JP2013245889A - Pulse tube refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルス管冷凍機に関するものである。 The present invention relates to a pulse tube refrigerator.
図4は従来のアクティブバッファ方式パルス管冷凍機システム構成図、図5はそのアクティブバッファ方式パルス管冷凍機システムのP−V(圧力−容積)曲線〔図5(a)〕および制御バルブ開閉シーケンス〔図5(b)〕である(下記特許文献1参照)。なお、図5(b)において、線分部分はバルブが開いている状態を示している。
これらの図において、101はパルス管、102は冷端熱交換器、103は蓄冷器、104は低圧ガス制御バルブ(LC)、105はガス圧縮機、106は高圧ガス制御バルブ(HC)、107は高圧バッファ制御バルブ(HB)、108は高圧バッファタンク、109は低圧バッファ制御バルブ(LB)、110は低圧バッファタンクである。
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional active buffer type pulse tube refrigerator system, and FIG. 5 is a PV (pressure-volume) curve (FIG. 5A) and control valve opening / closing sequence of the active buffer type pulse tube refrigerator system. FIG. 5B (see
In these figures, 101 is a pulse tube, 102 is a cold end heat exchanger, 103 is a regenerator, 104 is a low pressure gas control valve (LC), 105 is a gas compressor, 106 is a high pressure gas control valve (HC), 107 Is a high pressure buffer control valve (HB), 108 is a high pressure buffer tank, 109 is a low pressure buffer control valve (LB), and 110 is a low pressure buffer tank.
また、Pclは圧縮機戻り圧力、Pchは圧縮機供給圧力、Prは蓄冷器常温側圧力、Ppはパルス管常温側圧力、Pbhは高圧バッファ圧力、Pblは低圧バッファ圧力である。
パルス管冷凍機はGM冷凍機等と同様に蓄冷器103を備えた冷凍機である。他の冷凍機と比べて特異な点は、冷凍部(膨張機)に動く固体部分がないことである。機械的可動部分は常温部のみであるため、伝導冷却で超電導コイルを冷却する場合、超電導コイル部分を昇温せずともメンテナンスが可能となる。パルス管冷凍機は、圧力振動源(ガス圧縮機)105と、膨張機(蓄冷器103、パルス管101で構成)、そして位相調節機構(種々の方式がある)からなっている。アクティブバッファ方式は位相調節方法の一つであり、現在もっとも優れた冷凍能力を達成できるものである。
Pcl is the compressor return pressure, Pch is the compressor supply pressure, Pr is the regenerator room temperature side pressure, Pp is the pulse tube room temperature side pressure, Pbh is the high pressure buffer pressure, and Pbl is the low pressure buffer pressure.
The pulse tube refrigerator is a refrigerator provided with a
しかしながら、上記した従来のアクティブバッファ方式パルス管冷凍機システムでは、運転時の圧力波形において、ガス圧縮機105の圧縮機供給圧力Pchとガス圧縮機105の戻り圧力Pclが鋸波形となり、電動機トルクが大きくなる。また、ガス圧縮機105の圧縮機供給圧力Pchに対して蓄冷器常温側圧力Prの振幅が小さく、圧力損失が大きいため、圧縮・膨張が十分なされていないといった問題があった。
However, in the above-described conventional active buffer type pulse tube refrigerator system, in the pressure waveform during operation, the compressor supply pressure Pch of the
本発明は、上記状況に鑑みて、パルス管冷凍機の圧力振動源の圧縮比を低減させ、かつ冷凍機内の圧縮・膨張の仕事量を増やし、パルス管内のPV(圧力−容積)曲線を最適化することによって、さらなる冷凍能力・COP(エネルギー消費効率)の向上を図り得るパルス管冷凍機を提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention reduces the compression ratio of the pressure vibration source of the pulse tube refrigerator, increases the work of compression / expansion in the refrigerator, and optimizes the PV (pressure-volume) curve in the pulse tube It aims at providing the pulse tube refrigerator which can aim at the improvement of the refrigerating capacity and COP (energy consumption efficiency) further.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕作動気体を吐出する高圧端と作動気体を吸入する低圧端とを有する圧縮機と、低温端および高温端を有する蓄冷器と、低温端および高温端を有するパルス管とを備えたパルス管冷凍機において、前記圧縮機の高圧端に接続された第1流路と、この第1流路に設けられた高圧ガス制御バルブと、前記圧縮機の低圧端に接続された第2流路と、この第2流路に設けられた低圧ガス制御バルブと、前記第1流路および前記第2流路に前記蓄冷器の高温端が接続され、前記蓄冷器の低温端に前記パルス管の低温端が接続され、前記パルス管の高温端に接続された第3流路および第4流路と、前記第3流路に接続された高圧バッファと、前記第4流路に接続された低圧バッファと、前記第3流路に設けられた高圧バッファ制御バルブと、前記第4流路に設けられた低圧バッファ制御バルブと、前記高圧ガス制御バルブより圧縮機側の第1流路と、前記高圧バッファ制御バルブより高圧バッファ側の第3流路もしくは高圧バッファとを接続する第5流路と、前記低圧ガス制御バルブより圧縮機側の第2流路と、前記低圧バッファ制御バルブより低圧バッファ側の第4流路もしくは低圧バッファとを接続する第6流路と、前記第5流路に設けられた高圧開閉バルブと、前記第6流路に設けられた低圧開閉バルブを具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] A pulse having a compressor having a high pressure end for discharging a working gas and a low pressure end for sucking the working gas, a regenerator having a low temperature end and a high temperature end, and a pulse tube having a low temperature end and a high temperature end. In the tube refrigerator, a first flow path connected to the high pressure end of the compressor, a high pressure gas control valve provided in the first flow path, and a second flow path connected to the low pressure end of the compressor And a low pressure gas control valve provided in the second flow path, a high temperature end of the regenerator is connected to the first flow path and the second flow path, and the pulse tube is connected to a low temperature end of the regenerator. A low temperature end is connected, a third flow path and a fourth flow path connected to the high temperature end of the pulse tube, a high pressure buffer connected to the third flow path, and a low pressure connected to the fourth flow path A buffer, a high-pressure buffer control valve provided in the third flow path, and the fourth A low pressure buffer control valve provided in the passage, a first flow path on the compressor side from the high pressure gas control valve, and a third flow path or high pressure buffer on the high pressure buffer side from the high pressure buffer control valve. A flow path, a second flow path on the compressor side from the low pressure gas control valve, a sixth flow path connecting the fourth flow path or the low pressure buffer on the low pressure buffer side from the low pressure buffer control valve, and the fifth flow path. A high-pressure opening / closing valve provided in the flow path and a low-pressure opening / closing valve provided in the sixth flow path are provided.
〔2〕上記〔1〕記載のパルス管冷凍機において、前記高圧ガス制御バルブが閉状態の時の少なくとも一部の期間で前記高圧開閉バルブを開状態とし、前記低圧ガス制御バルブが閉状態の時の少なくとも一部の期間で低圧開閉バルブを開状態とすることを特徴とする。
〔3〕上記〔1〕記載のパルス管冷凍機において、前記高圧ガス制御バルブ、前記低圧ガス制御バルブおよび前記低圧バッファ制御バルブが閉状態で前記高圧バッファ制御バルブが開状態の時の少なくとも一部の期間で前記低圧開閉バルブを開状態とし、前記高圧ガス制御バルブ、前記低圧ガス制御バルブおよび前記高圧バッファ制御バルブが閉状態で前記低圧バッファ制御バルブが開状態の時の少なくとも一部の期間で前記高圧開閉バルブを開状態とすることを特徴とする。
[2] In the pulse tube refrigerator described in [1] above, the high pressure on / off valve is opened during at least a part of the period when the high pressure gas control valve is closed, and the low pressure gas control valve is closed. The low-pressure opening / closing valve is opened in at least a part of time.
[3] The pulse tube refrigerator according to [1], wherein at least a part of the high-pressure gas control valve, the low-pressure gas control valve, and the low-pressure buffer control valve is closed and the high-pressure buffer control valve is open. The low-pressure on-off valve is opened during the period of at least a part of the period when the high-pressure gas control valve, the low-pressure gas control valve and the high-pressure buffer control valve are closed and the low-pressure buffer control valve is open. The high-pressure opening / closing valve is opened.
〔4〕上記〔1〕記載のパルス管冷凍機において、前記高圧バッファ制御バルブが開状態の時の少なくとも一部の期間で前記高圧開閉バルブを開状態とし、前記低圧バッファ制御バルブが開状態の時の少なくとも一部の期間で前記低圧開閉バルブを開状態とすることを特徴とする。
〔5〕上記〔1〕記載のパルス管冷凍機において、前記高圧ガス制御バルブが開状態の時の少なくとも一部の期間で前記高圧開閉バルブを開状態とし、前記低圧ガス制御バルブが開状態の時の少なくとも一部の期間で前記低圧開閉バルブを開状態とすることを特徴とする。
[4] In the pulse tube refrigerator as described in [1] above, the high pressure on / off valve is opened during at least a part of the period when the high pressure buffer control valve is open, and the low pressure buffer control valve is open. The low-pressure on-off valve is opened in at least a part of time.
[5] In the pulse tube refrigerator as described in [1] above, the high pressure on / off valve is opened at least during a period when the high pressure gas control valve is open, and the low pressure gas control valve is open. The low-pressure on-off valve is opened in at least a part of time.
〔6〕上記〔5〕記載のパルス管冷凍機において、前記高圧ガス制御バルブが開くのと概略同時に前記高圧開閉バルブを開き、前記高圧バッファ制御バルブよりも早く前記高圧開閉バルブを閉じ、前記低圧ガス制御バルブが開くのと概略同時に前記低圧開閉バルブを開き、前記低圧バッファ制御バルブよりも早く前記低圧開閉バルブを閉じるようにしたことを特徴とする。 [6] In the pulse tube refrigerator as described in [5] above, the high pressure on / off valve is opened substantially simultaneously with the opening of the high pressure gas control valve, and the high pressure on / off valve is closed earlier than the high pressure buffer control valve. The low-pressure on-off valve is opened almost simultaneously with the opening of the gas control valve, and the low-pressure on-off valve is closed earlier than the low-pressure buffer control valve.
〔7〕上記〔1〕から〔6〕記載のパルス管冷凍機において、前記第5流路および前記第6流路には絞り機構を付設することを特徴とする。 [7] In the pulse tube refrigerator as described in [1] to [6] above, a throttling mechanism is attached to the fifth channel and the sixth channel.
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
(1)高低圧開閉バルブを動作させることで、バッファタンクがガス圧縮機の高低圧バッファの役割を担い、圧縮機内のガス流が常時あるいは一時的に連続となることにより、圧力の脈動を緩衝し、ガス圧縮機の圧縮比を減少させることにより、運転負荷を少なくすることができ、COP(エネルギー消費効率)が大きくなる。
(2)バッファタンクの高低圧力差が圧縮機高低圧力差に近づくことにより、パルス管内のPV(圧力−容積)の仕事量が大きくなり、冷凍能力が大きくなる。
(3)以上により、冷凍機冷凍能力、COPの向上を図ることができる。
(4)請求項2および3の制御により、圧縮機の圧縮比を減らし、パルス管と蓄冷器による膨張の仕事量を増加させることで、冷凍機の効率の向上を図ることができる。
(5)請求項4〜6の制御により、パルス管内の最適なPV(圧力−容積)曲線を得ることができる。
(6)高低圧開閉制御バルブのCv値を調整(若しくは手動流量調整バルブやオリフィスなどの絞り機構を付設)することにより、ガス圧縮機性能に応じたパルス管内の最適なPV(圧力−容積)曲線を作ることができる。
According to the present invention, the following effects can be achieved.
(1) By operating the high / low pressure open / close valve, the buffer tank plays the role of the high / low pressure buffer of the gas compressor, and the gas flow in the compressor is always or temporarily continuous, thereby buffering the pressure pulsation. However, by reducing the compression ratio of the gas compressor, the operating load can be reduced and the COP (energy consumption efficiency) is increased.
(2) When the pressure difference in the buffer tank approaches the pressure difference in the compressor, the PV (pressure-volume) work in the pulse tube increases, and the refrigeration capacity increases.
(3) From the above, it is possible to improve the refrigerator refrigerating capacity and COP.
(4) By the control of claims 2 and 3, the efficiency of the refrigerator can be improved by reducing the compression ratio of the compressor and increasing the work of expansion by the pulse tube and the regenerator.
(5) By the control of claims 4 to 6, an optimal PV (pressure-volume) curve in the pulse tube can be obtained.
(6) By adjusting the Cv value of the high / low pressure open / close control valve (or by attaching a throttle mechanism such as a manual flow control valve or orifice), the optimum PV (pressure-volume) in the pulse tube according to the performance of the gas compressor A curve can be made.
本発明のパルス管冷凍機は、作動気体を吐出する高圧端と作動気体を吸入する低圧端とを有する圧縮機と、低温端および高温端を有する蓄冷器と、低温端および高温端を有するパルス管とを備えたパルス管冷凍機において、前記圧縮機の高圧端に接続された第1流路と、この第1流路に設けられた高圧ガス制御バルブと、前記圧縮機の低圧端に接続された第2流路と、この第2流路に設けられた低圧ガス制御バルブと、前記第1流路および前記第2流路に前記蓄冷器の高温端に接続され、前記蓄冷器のの低温端に前記パルス管の低温端が接続され、前記パルス管の高温端に接続された第3流路および第4流路と、前記第3流路に接続された高圧バッファと、前記第4流路に接続された低圧バッファと、前記第3流路に設けられた高圧バッファ制御バルブと、前記第4流路に設けられた低圧バッファ制御バルブと、前記高圧ガス制御バルブより圧縮機側の第1流路と、前記高圧ガス制御バルブより高圧バッファ側の第3流路もしくは高圧バッファとを接続する第5流路と、前記低圧ガス制御バルブより圧縮機側の第2流路と、前記低圧バッファ制御バルブより低圧バッファ側の第4流路もしくは低圧バッファとを接続する第6流路と、前記第5流路に設けられた高圧開閉バルブと、前記第6流路に設けられた低圧開閉バルブを具備するようにした。 The pulse tube refrigerator of the present invention includes a compressor having a high pressure end for discharging a working gas and a low pressure end for sucking the working gas, a regenerator having a low temperature end and a high temperature end, and a pulse having a low temperature end and a high temperature end. In a pulse tube refrigerator having a pipe, a first flow path connected to a high pressure end of the compressor, a high pressure gas control valve provided in the first flow path, and a low pressure end of the compressor The second flow path, the low pressure gas control valve provided in the second flow path, and the first flow path and the second flow path connected to a high temperature end of the regenerator, A low temperature end of the pulse tube is connected to a low temperature end, a third flow path and a fourth flow path connected to the high temperature end of the pulse tube, a high pressure buffer connected to the third flow path, and the fourth A low-pressure buffer connected to the flow path, and a high-pressure buffer provided in the third flow path A control valve, a low pressure buffer control valve provided in the fourth flow path, a first flow path on the compressor side from the high pressure gas control valve, and a third flow path on the high pressure buffer side from the high pressure gas control valve, or A fifth flow path for connecting the high pressure buffer, a second flow path on the compressor side from the low pressure gas control valve, and a fourth flow path or low pressure buffer on the low pressure buffer side from the low pressure buffer control valve. 6 flow paths, a high-pressure opening / closing valve provided in the fifth flow path, and a low-pressure opening / closing valve provided in the sixth flow path are provided.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の実施例を示すパルス管冷凍機システム構成図である。
本発明のパルス管冷凍機は、図1に示すように、作動気体を吐出する高圧端Pchと作動気体を吸入する低圧端Pclとを有する圧縮機5と、低温端Lrおよび高温端Prを有する蓄冷器3と、低温端Lpおよび高温端Ppを有するパルス管1とを備えており、蓄冷器3の低温端Lrにパルス管1の低温端Lpが接続されている。圧縮機5の高圧端Pchには第1流路21が接続され、この第1流路21に高圧ガス制御バルブ(HC)6が配置されている。圧縮機5の低圧端Pclには第2流路22が接続され、この第2流路22に低圧ガス制御バルブ(LC)4が接続されている。これら第1流路21および第2流路22は蓄冷器3の高温端Prに接続されている。また、パルス管1の高温端Ppには高圧バッファ8と接続する第3流路23、ならびに低圧バッファ10と接続する第4流路24が設けられている。第3流路23には高圧バッファ制御バルブ(HB)7が、第4流路24には低圧バッファ制御バルブ(LB)9がそれぞれ配置されている。さらに、高圧ガス制御バルブ(HC)6より圧縮機5側の第1流路21と、前記高圧バッファ制御バルブ(HB)7より高圧バッファ8側の第3流路23もしくは高圧バッファ8とを接続する第5流路25が設けられ、低圧ガス制御バルブ(LC)4より圧縮機5側の第2流路22と、前記低圧バッファ制御バルブ(LB)9より低圧バッファ10側の第4流路24もしくは低圧バッファ10とを接続する第6流路26が設けられる。第5流路25および第6流路26には高圧開閉バルブ(AHC)11、低圧開閉バルブ(ALC)12を配置するようにした。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a block diagram of a pulse tube refrigerator system showing an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the pulse tube refrigerator of the present invention has a
以下、本発明のパルス管冷凍機の制御方法について説明する。
〔A〕実施例1
図2は本発明の第1実施例を示すパルス管冷凍機システムのP−V(圧力−容積)曲線および制御バルブ開閉シーケンスを示す図である。なお、図2(a)において、点線は図5にも示した従来の方式でのP−V(圧力−容積)曲線であり、実線は本実施例により改善されたP−V(圧力−容積)曲線を示す。また、図2(b)において、実線部分は、バルブが開いている状態(開状態)を示している。また、破線部分は、その線の一部の期間でバルブが開いている状態を示している。
Hereinafter, the control method of the pulse tube refrigerator of the present invention will be described.
[A] Example 1
FIG. 2 is a diagram showing a PV (pressure-volume) curve and a control valve opening / closing sequence of the pulse tube refrigerator system showing the first embodiment of the present invention. In FIG. 2A, the dotted line is a PV (pressure-volume) curve in the conventional method also shown in FIG. 5, and the solid line is a PV (pressure-volume) improved by this embodiment. ) Show the curve. Moreover, in FIG.2 (b), the continuous line part has shown the state (open state) in which the valve | bulb is open. Moreover, the broken line part has shown the state which the valve | bulb opened in the part period of the line.
(1)図2に示すように、高圧ガス制御バルブ(HC)6が閉状態の時の少なくとも一部の期間で高圧開閉バルブ(AHC)11が開状態であり、低圧ガス制御バルブ(LC)4が閉状態の時の少なくとも一部の期間で低圧開閉バルブ(ALC)12が開状態であるように制御することで、前記圧縮機の圧縮比を減らし、前記パルス管と前記蓄冷器による膨張の仕事量を増加させるようにした。 (1) As shown in FIG. 2, the high pressure on / off valve (AHC) 11 is open during at least a part of the period when the high pressure gas control valve (HC) 6 is closed, and the low pressure gas control valve (LC) By controlling the low pressure on-off valve (ALC) 12 to be open during at least a part of the period when 4 is closed, the compression ratio of the compressor is reduced, and expansion by the pulse tube and the regenerator is performed. Increased the amount of work.
(2)また、高圧ガス制御バルブ(HC)6、低圧ガス制御バルブ(LC)4および低圧バッファ制御バルブ(LB)9が閉状態の時で高圧バッファ制御バルブ(HB)7が開状態の時の少なくとも一部の期間で低圧開閉バルブ(ALC)12が開状態であり、高圧ガス制御バルブ(HC)6、低圧ガス制御バルブ(LC)4および高圧バッファ制御バルブ(HB)7が閉状態の時で低圧バッファ制御バルブ(LB)9が開状態の時の少なくとも一部の期間で高圧開閉バルブ(AHC)11が開状態であるように制御することで、前記圧縮機の圧縮比を減らし、前記パルス管と前記蓄冷器による膨張の仕事量を増加させるようにした。 (2) When the high pressure gas control valve (HC) 6, the low pressure gas control valve (LC) 4 and the low pressure buffer control valve (LB) 9 are closed and the high pressure buffer control valve (HB) 7 is open The low pressure on-off valve (ALC) 12 is open during at least a part of the period, and the high pressure gas control valve (HC) 6, the low pressure gas control valve (LC) 4 and the high pressure buffer control valve (HB) 7 are closed. By controlling the high pressure on-off valve (AHC) 11 to be open at least during a period when the low pressure buffer control valve (LB) 9 is open, the compression ratio of the compressor is reduced, The work of expansion by the pulse tube and the regenerator is increased.
図3は本発明の第2実施例を示すパルス管冷凍機システムのP−V(圧力−容積)曲線および制御バルブ開閉シーケンスを示す図である。なお、図3(a)において、点線は図5にも示した従来の方式でのP−V(圧力−容積)曲線であり、実線は本実施例により改善されたP−V(圧力−容積)曲線を示す。また、図3(b)において、実線部分は、バルブが開いている状態(開状態)を示している。また、破線部分は、その線の一部の期間でバルブが開いている状態を示している。 FIG. 3 is a diagram showing a PV (pressure-volume) curve and a control valve opening / closing sequence of the pulse tube refrigerator system showing the second embodiment of the present invention. In FIG. 3A, the dotted line is a PV (pressure-volume) curve in the conventional method shown in FIG. 5, and the solid line is a PV (pressure-volume) improved by the present embodiment. ) Show the curve. Moreover, in FIG.3 (b), the continuous line part has shown the state (open state) in which the valve | bulb is open. Moreover, the broken line part has shown the state which the valve | bulb opened in the part period of the line.
〔B〕実施例2
(1)図3に示すように、高圧バッファ制御バルブ(HB)7が開状態の時の少なくとも一部の期間で高圧開閉バルブ(AHC)11が開状態であり、低圧バッファ制御バルブ(LB)9が開状態の時の少なくとも一部の期間で低圧開閉バルブ(ALC)12が開状態であるように制御することで、PV(圧力−容積)曲線を改善するようにした。
[B] Example 2
(1) As shown in FIG. 3, the high pressure on / off valve (AHC) 11 is open during at least a part of the period when the high pressure buffer control valve (HB) 7 is open, and the low pressure buffer control valve (LB) The PV (pressure-volume) curve was improved by controlling the low pressure on-off valve (ALC) 12 to be open during at least a part of the period when 9 was open.
(2)また、高圧ガス制御バルブ(HC)6が開状態の時の少なくとも一部の期間で高圧開閉バルブ(AHC)11が開状態であり、低圧ガス制御バルブ(LC)4が開状態の時の少なくとも一部の期間で低圧開閉バルブ(ALC)12が開状態であるように、制御することで、PV(圧力−容積)曲線を改善するようにした。
さらに、上記(2)において、高圧ガス制御バルブ(HC)6が開くのと概略同時に高圧開閉バルブ(AHC)11が開き、高圧ガス制御バルブ(HC)6よりも早く高圧開閉バルブ(AHC)12が閉じ、低圧ガス制御バルブ(LC)4が開くのと概略同時に低圧開閉バルブ(ALC)12が開き、低圧ガス制御バルブ(LC)4よりも早く低圧開閉バルブ(ALC)12が閉じるように制御することで、PV(圧力−容積)曲線を改善するようにした。
(2) In addition, the high pressure on / off valve (AHC) 11 is in an open state and the low pressure gas control valve (LC) 4 is in an open state at least during a period when the high pressure gas control valve (HC) 6 is in an open state. The PV (pressure-volume) curve was improved by controlling the low pressure on-off valve (ALC) 12 to be open during at least part of the time.
Further, in the above (2), the high pressure on / off valve (AHC) 11 is opened almost simultaneously with the opening of the high pressure gas control valve (HC) 6, and the high pressure on / off valve (AHC) 12 is earlier than the high pressure gas control valve (HC) 6. Is closed, and at the same time the low pressure gas control valve (LC) 4 is opened, the low pressure on / off valve (ALC) 12 is opened, and the low pressure on / off valve (ALC) 12 is closed earlier than the low pressure gas control valve (LC) 4. By doing so, the PV (pressure-volume) curve was improved.
上記2つの実施例のような開閉シーケンスで制御バルブの開閉制御を行うことで、80Kでの冷凍能力が165.2Wから171.3Wに向上した。また、COPでは3.1%の向上が見られた。
さらに、このパルス管冷凍機において、上記した第5流路25および第6流路26には絞り機構、例えば、手動流量調整バルブ11′,12′又はオリフィスなどを付設することにより、開閉バルブのCv値を調整することで、ガス圧縮機性能に応じたパルス管内の最適なPV(圧力−容積)曲線を作ることができるようになり、なお良い。この実施例では、パルス管冷凍機の例としてエア・ウォーター株式会社製パルス管冷凍機システム、型番:GP1580Sを用いた。
By performing the open / close control of the control valve in the open / close sequence as in the above two embodiments, the refrigeration capacity at 80 K was improved from 165.2 W to 171.3 W. Further, COP showed an improvement of 3.1%.
Further, in this pulse tube refrigerator, the above-described
このように本発明によれば、
(1)バッファタンクがガス圧縮機の高低圧バッファの役割を担い、圧縮比を減少させることにより、運転負荷を少なくすることができる。
(2)バッファタンクの高低圧力差が圧縮機高低圧力差に近づくことにより、パルス管内のPV(圧力−容積)の仕事量が大きくなり、冷凍能力が大きくなる。(3)以上により、冷凍機冷凍能力、COPの向上を図ることができる。
(4)請求項2および3の制御により、圧縮機の圧縮比を減らし、パルス管と蓄冷器による膨張の仕事量を増加させることで、冷凍機の効率の向上を図ることができる。
(5)請求項4〜6の制御により、パルス管内の最適なPV(圧力−容積)曲線を得ることができる。
(6)高低圧開閉制御バルブのCv値を調整(若しくは手動流量調整バルブやオリフィスなどの絞り機構を付設)することにより、ガス圧縮機性能に応じたパルス管内の最適なPV(圧力−容積)曲線を作ることができる。
Thus, according to the present invention,
(1) The buffer tank plays the role of a high / low pressure buffer of the gas compressor, and the operation load can be reduced by reducing the compression ratio.
(2) When the pressure difference in the buffer tank approaches the pressure difference in the compressor, the PV (pressure-volume) work in the pulse tube increases, and the refrigeration capacity increases. (3) From the above, it is possible to improve the refrigerator refrigerating capacity and COP.
(4) By the control of claims 2 and 3, the efficiency of the refrigerator can be improved by reducing the compression ratio of the compressor and increasing the work of expansion by the pulse tube and the regenerator.
(5) By the control of claims 4 to 6, an optimal PV (pressure-volume) curve in the pulse tube can be obtained.
(6) By adjusting the Cv value of the high / low pressure open / close control valve (or by attaching a throttle mechanism such as a manual flow control valve or orifice), the optimum PV (pressure-volume) in the pulse tube according to the performance of the gas compressor A curve can be made.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明のパルス管冷凍機は、パルス管冷凍機の圧力振動源のエネルギー損失を低減させ、圧縮・膨張の仕事量を増やすことによって、さらなる冷凍能力の向上を図り得るパルス管冷凍機として利用可能である。 The pulse tube refrigerator of the present invention can be used as a pulse tube refrigerator that can further improve the refrigerating capacity by reducing the energy loss of the pressure vibration source of the pulse tube refrigerator and increasing the work of compression and expansion. It is.
1 パルス管
2 冷端熱交換器
3 蓄冷器
4 低圧ガス制御バルブ(LC)
5 ガス圧縮機
6 高圧ガス制御バルブ(HC)
7 高圧バッファ制御バルブ(HB)
8 高圧バッファ
9 低圧バッファ制御バルブ(LB)
10 低圧バッファ
11 高圧開閉バルブ(AHC)
12 低圧開閉バルブ(ALC)
11′,12′ 手動流量調整バルブ
1 Pulse tube 2 Cold end heat exchanger 3 Regenerator 4 Low pressure gas control valve (LC)
5
7 High pressure buffer control valve (HB)
8 High pressure buffer 9 Low pressure buffer control valve (LB)
10
12 Low pressure on-off valve (ALC)
11 ', 12' Manual flow adjustment valve
Claims (7)
前記圧縮機の高圧端に接続された第1流路と、該第1流路に設けられた高圧ガス制御バルブと、前記圧縮機の低圧端に接続された第2流路と、該第2流路に設けられた低圧ガス制御バルブと、前記第1流路および前記第2流路に前記蓄冷器の高温端が接続され、前記蓄冷器の低温端に前記パルス管の低温端が接続され、前記パルス管の高温端に接続された第3流路および第4流路と、前記第3流路に接続された高圧バッファと、前記第4流路に接続された低圧バッファと、前記第3流路に設けられた高圧バッファ制御バルブと、前記第4流路に設けられた低圧バッファ制御バルブと、前記高圧ガス制御バルブより圧縮機側の第1流路と、前記高圧バッファ制御バルブより高圧バッファ側の第3流路もしくは高圧バッファとを接続する第5流路と、前記低圧ガス制御バルブより圧縮機側の第2流路と、前記低圧バッファ制御バルブより低圧バッファ側の第4流路もしくは低圧バッファとを接続する第6流路と、前記第5流路に設けられた高圧開閉バルブと、前記第6流路に設けられた低圧開閉バルブを具備することを特徴とするパルス管冷凍機。 A pulse tube refrigerator having a compressor having a high pressure end for discharging a working gas and a low pressure end for sucking the working gas, a regenerator having a low temperature end and a high temperature end, and a pulse tube having a low temperature end and a high temperature end In
A first flow path connected to the high pressure end of the compressor; a high pressure gas control valve provided in the first flow path; a second flow path connected to the low pressure end of the compressor; A high-temperature end of the regenerator is connected to the low-pressure gas control valve provided in the flow path, the first flow path and the second flow path, and a low-temperature end of the pulse tube is connected to the low-temperature end of the regenerator. A third flow path and a fourth flow path connected to the high temperature end of the pulse tube; a high pressure buffer connected to the third flow path; a low pressure buffer connected to the fourth flow path; From the high pressure buffer control valve provided in the three flow paths, the low pressure buffer control valve provided in the fourth flow path, the first flow path on the compressor side from the high pressure gas control valve, and the high pressure buffer control valve The third flow path on the high-pressure buffer side or the fifth flow path connecting the high-pressure buffer A second flow path on the compressor side from the low pressure gas control valve, a sixth flow path connecting the fourth flow path or the low pressure buffer on the low pressure buffer side from the low pressure buffer control valve, and the fifth flow path. A pulse tube refrigerator comprising a high-pressure opening / closing valve provided and a low-pressure opening / closing valve provided in the sixth flow path.
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JP2019128055A (en) * | 2018-01-22 | 2019-08-01 | 住友重機械工業株式会社 | Active buffer pulse tube refrigeration machine |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10232057A (en) * | 1997-02-18 | 1998-09-02 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Pulse tube refrigerating machine and its operating method |
JP2000283580A (en) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Aisin Seiki Co Ltd | Pulse tube refrigerating machine |
JP2001099506A (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Aisin Seiki Co Ltd | Pulse tube refrigerating machine |
JP2001124426A (en) * | 1999-10-28 | 2001-05-11 | Aisin Seiki Co Ltd | Pulse tube refrigerating machine |
US6256998B1 (en) * | 2000-04-24 | 2001-07-10 | Igcapd Cryogenics, Inc. | Hybrid-two-stage pulse tube refrigerator |
US20040040315A1 (en) * | 2001-03-27 | 2004-03-04 | Tomohiro Koyama | High and low pressure gas selector valve of refrigerator |
-
2012
- 2012-05-28 JP JP2012120591A patent/JP5893510B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10232057A (en) * | 1997-02-18 | 1998-09-02 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Pulse tube refrigerating machine and its operating method |
JP2000283580A (en) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Aisin Seiki Co Ltd | Pulse tube refrigerating machine |
US6301902B1 (en) * | 1999-03-30 | 2001-10-16 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Pulse tube refrigerator |
JP2001099506A (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Aisin Seiki Co Ltd | Pulse tube refrigerating machine |
JP2001124426A (en) * | 1999-10-28 | 2001-05-11 | Aisin Seiki Co Ltd | Pulse tube refrigerating machine |
US6256998B1 (en) * | 2000-04-24 | 2001-07-10 | Igcapd Cryogenics, Inc. | Hybrid-two-stage pulse tube refrigerator |
JP2003532045A (en) * | 2000-04-24 | 2003-10-28 | アイジーシー−エーピーディー クライオジェニクス、 インコーポレイテッド | Hybrid two-stage pulse tube refrigerator |
US20040040315A1 (en) * | 2001-03-27 | 2004-03-04 | Tomohiro Koyama | High and low pressure gas selector valve of refrigerator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019128055A (en) * | 2018-01-22 | 2019-08-01 | 住友重機械工業株式会社 | Active buffer pulse tube refrigeration machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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