JP2015031424A - Refrigerating machine - Google Patents

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    • F25B2309/1423—Pulse tubes with basic schematic including an inertance tube

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of enhancing refrigeration capacity of a pulse tube refrigerating machine.SOLUTION: A pulse tube refrigerating machine 100 includes a pulse tube 140 filled with helium gas. A high temperature end 145a of the pulse tube 140 is connected to a buffer tank 190 via an inertance tube 192, and a low temperature end 145b is connected to a pressure change generation part. The pressure change generation part periodically changes pressure of the helium gas at the low temperature end 145b of the pulse tube 140. At the high temperature end 145a and the low temperature end 145b of the pulse tube 140, a high temperature side rectifier 149a and a low temperature side rectifier 149b are provided respectively. The degree of the high temperature side rectifier 149a preventing the flow of the helium gas is larger than the degree of the low temperature side rectifier 149b preventing the flow of the helium gas.

Description

本発明は、パルス管を備える冷凍機に関する。   The present invention relates to a refrigerator provided with a pulse tube.

従来より極低温環境が必要となる装置を冷却する際には、パルスチューブ冷凍機が使用されている。   A pulse tube refrigerator is used to cool an apparatus that requires a cryogenic environment than before.

パルスチューブ冷凍機では、圧縮機により圧縮された作動ガス（例えば、ヘリウムガス）がリジェネレータおよびパルス管に流入する動作と、パルス管およびリジェネレータから作動ガスが排出され、圧縮機に回収される動作と、が繰り返されることで、リジェネレータおよびパルス管の低温端が冷却される。   In the pulse tube refrigerator, the operation gas (for example, helium gas) compressed by the compressor flows into the regenerator and the pulse tube, and the operation gas is discharged from the pulse tube and the regenerator and collected by the compressor. By repeating the operation, the cold end of the regenerator and the pulse tube is cooled.

パルスチューブ冷凍機のリジェネレータは、内部に蓄冷材を有する筒状部材（シリンダ）で構成される。パルス管は、中空の筒状部材（シリンダ）で構成される。両シリンダの低温端は、連通路で連通されており、この位置に、被冷却体が接続される冷却ステージが設置される。   The regenerator of a pulse tube refrigerator is composed of a cylindrical member (cylinder) having a cold storage material inside. The pulse tube is composed of a hollow cylindrical member (cylinder). The low temperature ends of both cylinders communicate with each other through a communication path, and a cooling stage to which the object to be cooled is connected is installed at this position.

特許文献１には、パルス管の低温端側に整流器を配置したパルスチューブ冷凍機が開示されている。   Patent Document 1 discloses a pulse tube refrigerator in which a rectifier is disposed on the low temperature end side of a pulse tube.

特開２００５−１２７６３３号公報JP 2005-127633 A

現状、多くのパルスチューブ冷凍機では、パルス管の高温端に位相調整用のイナータンス（Inertance）管が接続されている。パルスチューブ冷凍機の動作サイクルは、イナータンス管から常温程度の作動ガスがパルス管に流入するフェーズを含むが、そのように流入した作動ガスが低温側深くまで到達すると熱的な損失が発生し冷凍能力が低下しうる。   At present, in many pulse tube refrigerators, an inertance tube for phase adjustment is connected to the high temperature end of the pulse tube. The operation cycle of a pulse tube refrigerator includes a phase in which working gas at a room temperature from the inertance tube flows into the pulse tube, but when such flowing working gas reaches deep on the low temperature side, thermal loss occurs and the refrigeration occurs. Capability can be reduced.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、パルスチューブ冷凍機の冷凍能力を高めることができる技術の提供にある。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the technique which can improve the refrigerating capacity of a pulse tube refrigerator.

本発明のある態様は、冷凍機に関する。この冷凍機は、作動ガスで満たされたパルス管を備える冷凍機である。パルス管の一端はイナータンス管を介してバッファタンクと接続され、他端は圧力変化生成部と接続される。圧力変化生成部はパルス管の他端における作動ガスの圧力を周期的に変化させる。パルス管の一端、他端にはそれぞれ第１整流器、第２整流器が設けられている。第１整流器が作動ガスの流れを妨げる度合いは、第２整流器が作動ガスの流れを妨げる度合いよりも大きい。   One embodiment of the present invention relates to a refrigerator. This refrigerator is a refrigerator provided with a pulse tube filled with working gas. One end of the pulse tube is connected to the buffer tank via the inertance tube, and the other end is connected to the pressure change generation unit. The pressure change generator periodically changes the pressure of the working gas at the other end of the pulse tube. A first rectifier and a second rectifier are provided at one end and the other end of the pulse tube, respectively. The degree to which the first rectifier blocks the working gas flow is greater than the degree to which the second rectifier blocks the working gas flow.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and those obtained by replacing the constituent elements and expressions of the present invention with each other among apparatuses, methods, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、パルスチューブ冷凍機の冷凍能力を高めることができる。   According to the present invention, the refrigeration capacity of the pulse tube refrigerator can be increased.

実施の形態に係るパルスチューブ冷凍機の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the pulse tube refrigerator which concerns on embodiment. 高温側整流器の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of a high temperature side rectifier. 整流器を有さないパルス管について計算により得られた等価ＰＶ図である。It is the equivalent PV figure obtained by calculation about the pulse tube which does not have a rectifier. 整流器の流路抵抗の比とパルスチューブ冷凍機の冷凍能力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between ratio of the flow-path resistance of a rectifier, and the refrigerating capacity of a pulse tube refrigerator.

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。   Hereinafter, the same or equivalent components and members shown in the respective drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions thereof are omitted as appropriate. In addition, the dimensions of the members in each drawing are appropriately enlarged or reduced for easy understanding. Also, in the drawings, some of the members that are not important for describing the embodiment are omitted.

図１は、実施の形態に係るパルスチューブ冷凍機１００の構成を示す模式図である。パルスチューブ冷凍機１００はインライン型であり、圧縮機１１０と、アフタクーラ１３０と、蓄冷管またはリジェネレータ（regenerator）１２０と、パルス管１４０と、冷却ステージ１８０と、バッファタンク１９０と、を備える。リジェネレータ１２０は、高温端１２５ａおよび低温端１２５ｂを有し、パルス管１４０は、高温端１４５ａおよび低温端１４５ｂを有する。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a pulse tube refrigerator 100 according to an embodiment. The pulse tube refrigerator 100 is an inline type, and includes a compressor 110, an aftercooler 130, a regenerator or regenerator 120, a pulse tube 140, a cooling stage 180, and a buffer tank 190. The regenerator 120 has a high temperature end 125a and a low temperature end 125b, and the pulse tube 140 has a high temperature end 145a and a low temperature end 145b.

パルスチューブ冷凍機１００の作動ガスはヘリウムガスである。圧縮機１１０で生成されるヘリウムガスの圧力振動は、アフタクーラ１３０およびリジェネレータ１２０を介してパルス管１４０へと伝達される。パルスチューブ冷凍機１００の動作中、配管１１６、リジェネレータ１２０、パルス管１４０、イナータンス管１９２、バッファタンク１９０はそれぞれヘリウムガスで満たされている。   The working gas of the pulse tube refrigerator 100 is helium gas. The pressure vibration of the helium gas generated by the compressor 110 is transmitted to the pulse tube 140 via the aftercooler 130 and the regenerator 120. During the operation of the pulse tube refrigerator 100, the piping 116, the regenerator 120, the pulse tube 140, the inertance tube 192, and the buffer tank 190 are each filled with helium gas.

圧縮機１１０は、第１シリンダ１１２ａと、第２シリンダ１１２ｂと、第１シリンダ１１２ａ内を移動する第１ピストン１１４ａと、第２シリンダ１１２ｂ内を移動する第２ピストン１１４ｂと、を含む。第１ピストン１１４ａおよび第２ピストン１１４ｂは互いに対向するように配置される。第１シリンダ１１２ａと第２シリンダ１１２ｂとを接続する配管１１６内のヘリウムガスには、各ピストンの１１４ａ、１１４ｂの動きに応じて圧力波が生成される。配管１１６はアフタクーラ１３０を介してリジェネレータ１２０の高温端１２５ａに接続されている。   The compressor 110 includes a first cylinder 112a, a second cylinder 112b, a first piston 114a that moves within the first cylinder 112a, and a second piston 114b that moves within the second cylinder 112b. The first piston 114a and the second piston 114b are arranged to face each other. In the helium gas in the pipe 116 connecting the first cylinder 112a and the second cylinder 112b, a pressure wave is generated according to the movement of the pistons 114a and 114b. The pipe 116 is connected to the high temperature end 125 a of the regenerator 120 via the aftercooler 130.

２つのピストン１１４ａ、１１４ｂが配管１１６に関して対称に往復駆動されることにより、配管１１６に圧力波が生成される。より具体的には、２つのピストン１１４ａ、１１４ｂが互いに近づくと配管１１６内圧力が高くなって配管１１６からリジェネレータ１２０へヘリウムガスが送り出される。２つのピストン１１４ａ、１１４ｂが互いに遠ざかると配管１１６内圧力が低くなってリジェネレータ１２０から配管１１６へヘリウムガスが引き込まれる。   When the two pistons 114 a and 114 b are reciprocally driven symmetrically with respect to the pipe 116, a pressure wave is generated in the pipe 116. More specifically, when the two pistons 114a and 114b come close to each other, the pressure in the pipe 116 increases, and helium gas is sent from the pipe 116 to the regenerator 120. When the two pistons 114a and 114b move away from each other, the pressure in the pipe 116 is lowered and helium gas is drawn from the regenerator 120 into the pipe 116.

圧縮機１１０の動作周波数すなわち２つのピストン１１４ａ、１１４ｂの対称的な往復運動の周波数は３０Ｈｚ以上であり、例えば５０Ｈｚ程度である。圧縮機１１０のように基本的にバルブを使用せず（バルブレス）に圧力振動を生成する場合、バルブの応答速度を考慮しなくてよいので動作周波数を比較的高めることができる。これに対して、ＧＭ型圧縮機のようにバルブの開閉に基づいて（バルブド）圧力振動を生成する場合は動作周波数を比較的低くする必要があり、一例では数Ｈｚ以下となる。   The operating frequency of the compressor 110, that is, the frequency of the symmetrical reciprocating motion of the two pistons 114a and 114b is 30 Hz or more, for example, about 50 Hz. When the pressure vibration is generated basically without using a valve (valveless) like the compressor 110, the operating frequency can be relatively increased because the response speed of the valve does not have to be taken into consideration. On the other hand, when generating (valved) pressure vibration based on opening / closing of a valve as in the case of a GM type compressor, the operating frequency needs to be relatively low, and in an example, it is several Hz or less.

アフタクーラ１３０は配管１１６からリジェネレータ１２０の高温端１２５ａへ送出されるヘリウムガスを予冷する。アフタクーラ１３０は、アフタクーラ１３０を通過するヘリウムガスと、冷媒（不図示）と、の間の熱交換を実現する熱交換器として機能する。   The aftercooler 130 precools the helium gas sent from the pipe 116 to the high temperature end 125 a of the regenerator 120. The aftercooler 130 functions as a heat exchanger that realizes heat exchange between helium gas passing through the aftercooler 130 and a refrigerant (not shown).

リジェネレータ１２０は、中空状のシリンダ１２１で構成され、その内部には、蓄冷材１２２が充填されている。   The regenerator 120 is composed of a hollow cylinder 121 and is filled with a cold storage material 122.

パルス管１４０は、中空状のシリンダ１４１と、シリンダ１４１の高温端１４５ａ側に設けられた高温側整流器１４９ａと、シリンダ１４１の低温端１４５ｂ側に設けられた低温側整流器１４９ｂと、を含む。高温側整流器１４９ａは、ヘリウムガスがイナータンス管１９２からパルス管１４０に流入する際に、ヘリウムガスの速度の空間分布を平均化する。低温側整流器１４９ｂは、ヘリウムガスが熱交換器１８２からパルス管１４０に流入する際に、ヘリウムガスの速度の空間分布を平均化する。以下、このような速度分布の平均化を整流と称す。パルス管１４０の各端部で整流を行うことにより、後述のガスピストンを安定させることができ、パルスチューブ冷凍機１００の冷凍性能を向上させることができる。   The pulse tube 140 includes a hollow cylinder 141, a high temperature side rectifier 149a provided on the high temperature end 145a side of the cylinder 141, and a low temperature side rectifier 149b provided on the low temperature end 145b side of the cylinder 141. The high temperature side rectifier 149a averages the spatial distribution of the velocity of the helium gas when the helium gas flows into the pulse tube 140 from the inertance tube 192. The low temperature side rectifier 149b averages the spatial distribution of the velocity of the helium gas when the helium gas flows into the pulse tube 140 from the heat exchanger 182. Hereinafter, such averaging of the velocity distribution is referred to as rectification. By performing rectification at each end of the pulse tube 140, a gas piston, which will be described later, can be stabilized, and the refrigeration performance of the pulse tube refrigerator 100 can be improved.

図２は、高温側整流器１４９ａの概略的な構成図である。高温側整流器１４９ａは、所定の網目またはメッシュを有する金網１６０をＭ枚（Ｍは自然数）積層してなる積層構造を有する。したがって、高温側整流器１４９ａを構成する金網は略同一の網目を有する。Ｍ枚の金網１６０は例えば拡散接合処理により互いに結合されてもよい。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the high temperature side rectifier 149a. The high temperature side rectifier 149a has a laminated structure in which M pieces of metal mesh 160 having a predetermined mesh or mesh are laminated (M is a natural number). Therefore, the metal mesh which comprises the high temperature side rectifier 149a has the substantially same mesh. The M metal meshes 160 may be coupled to each other by, for example, a diffusion bonding process.

「網目」とは、金網の隣接する線部分同士間の距離（隙間の長さ）を意味する。
「メッシュ」とは、１インチ（２５．４ｍｍ）の間にある目数を意味する。
「拡散接合処理」とは、加熱により、各金網同士の界面で原子相互拡散が生じ、これにより界面接合が行われる方法の総称である。通常、拡散接合処理は、８００℃〜１０８０℃の範囲（例えば１０００℃）で行われる。 “Mesh” means the distance between adjacent line portions of the wire mesh (the length of the gap).
“Mesh” means the number of eyes between 1 inch (25.4 mm).
“Diffusion bonding treatment” is a general term for a method in which atomic interdiffusion occurs at the interface between metal meshes by heating, and thereby interface bonding is performed. Usually, the diffusion bonding process is performed in a range of 800 ° C. to 1080 ° C. (eg, 1000 ° C.).

低温側整流器１４９ｂは、高温側整流器１４９ａを構成する金網１６０と同じ金網をＮ枚（ＮはＭよりも小さな自然数）積層してなる積層構造を有する。Ｎ＜Ｍなので、高温側整流器１４９ａがヘリウムガスの流れを妨げる度合い（以下、流路抵抗と称す）は、低温側整流器１４９ｂの流路抵抗よりも大きい。   The low temperature side rectifier 149b has a laminated structure in which N pieces of the same metal mesh as the metal mesh 160 constituting the high temperature side rectifier 149a are laminated (N is a natural number smaller than M). Since N <M, the degree to which the high temperature side rectifier 149a hinders the flow of helium gas (hereinafter referred to as flow path resistance) is greater than the flow path resistance of the low temperature side rectifier 149b.

図１に戻り、リジェネレータ１２０の低温端１２５ｂは熱交換器１８２を介してパルス管１４０の低温端１４５ｂと接続されている。熱交換器１８２は冷却ステージ１８０と熱的に接続されている。熱交換器１８２は、リジェネレータ１２０の低温端１２５ｂとパルス管１４０の低温端１４５ｂとの間を行き来する低温のヘリウムガスと冷却ステージ１８０との間の熱交換を実現するよう構成される。冷却ステージ１８０には不図示の冷却対象物が熱的に接続される。パルスチューブ冷凍機１００の動作中、冷却対象物の熱が冷却ステージ１８０および熱交換器１８２を介してヘリウムガスに移動することにより、冷却対象物が冷却される。   Returning to FIG. 1, the low temperature end 125 b of the regenerator 120 is connected to the low temperature end 145 b of the pulse tube 140 via the heat exchanger 182. The heat exchanger 182 is thermally connected to the cooling stage 180. The heat exchanger 182 is configured to achieve heat exchange between the cold helium gas that travels between the cold end 125 b of the regenerator 120 and the cold end 145 b of the pulse tube 140 and the cooling stage 180. A cooling target (not shown) is thermally connected to the cooling stage 180. During the operation of the pulse tube refrigerator 100, the heat of the object to be cooled moves to the helium gas via the cooling stage 180 and the heat exchanger 182 so that the object to be cooled is cooled.

バッファタンク１９０は、イナータンス管１９２を介して、パルス管１４０の高温端１４５ａに接続されている。   The buffer tank 190 is connected to the high temperature end 145 a of the pulse tube 140 via the inertance tube 192.

以上のように構成されたパルスチューブ冷凍機１００の動作について説明する。
２つのピストン１１４ａ、１１４ｂが互いに近づくことにより、圧縮機１１０から高圧のヘリウムガスがアフタクーラ１３０に供給され、予冷される。予冷された高圧のヘリウムガスはリジェネレータ１２０に供給される。リジェネレータ１２０内に流入したヘリウムガスは、蓄冷材１２２により冷却されて温度を下げながら、リジェネレータ１２０の低温端１２５ｂから出て熱交換器１８２を通過する。熱交換器１８２を通過したヘリウムガスは、パルス管１４０の低温端１４５ｂに設けられた低温側整流器１４９ｂを通過することで整流されて、パルス管１４０の内部に流入する。 Operation | movement of the pulse tube refrigerator 100 comprised as mentioned above is demonstrated.
When the two pistons 114a and 114b approach each other, high-pressure helium gas is supplied from the compressor 110 to the aftercooler 130 and precooled. The pre-cooled high-pressure helium gas is supplied to the regenerator 120. The helium gas that has flowed into the regenerator 120 is cooled by the cold storage material 122 to lower the temperature, and passes through the heat exchanger 182 from the low temperature end 125b of the regenerator 120. The helium gas that has passed through the heat exchanger 182 is rectified by passing through the low temperature side rectifier 149b provided at the low temperature end 145b of the pulse tube 140, and flows into the pulse tube 140.

この際に、パルス管１４０の内部に予め存在していた低圧のヘリウムガスは、流入した高圧のヘリウムガスにより圧縮される。これにより、パルス管１４０内のヘリウムガスの圧力は、バッファタンク１９０内の圧力よりも高くなり、ヘリウムガスの一部は、イナータンス管１９２を通って、バッファタンク１９０に流入する。   At this time, the low-pressure helium gas previously existing inside the pulse tube 140 is compressed by the high-pressure helium gas that has flowed in. As a result, the pressure of the helium gas in the pulse tube 140 becomes higher than the pressure in the buffer tank 190, and a part of the helium gas flows into the buffer tank 190 through the inertance tube 192.

次に、２つのピストン１１４ａ、１１４ｂが遠ざかると、パルス管１４０内のヘリウムガスは、パルス管１４０の低温端１４５ｂから熱交換器１８２を通過して、リジェネレータ１２０の低温端１２５ｂに流入する。さらにヘリウムガスは、蓄冷材１２２を冷却しながらリジェネレータ１２０内を通過し、リジェネレータ１２０の高温端１２５ａからアフタクーラ１３０を通過して圧縮機１１０に回収される。   Next, when the two pistons 114 a and 114 b move away, the helium gas in the pulse tube 140 passes through the heat exchanger 182 from the low temperature end 145 b of the pulse tube 140 and flows into the low temperature end 125 b of the regenerator 120. Further, the helium gas passes through the regenerator 120 while cooling the regenerator material 122, passes through the aftercooler 130 from the high temperature end 125 a of the regenerator 120, and is recovered by the compressor 110.

ここで、パルス管１４０は、イナータンス管１９２を介して、バッファタンク１９０と接続されている。したがって、バッファタンク１９０からイナータンス管１９２を介してヘリウムガスがパルス管１４０の高温端１４５ａに供給され、そのように供給されるヘリウムガスは高温側整流器１４９ａを通過することで整流される。   Here, the pulse tube 140 is connected to the buffer tank 190 via the inertance tube 192. Therefore, helium gas is supplied from the buffer tank 190 to the high temperature end 145a of the pulse tube 140 through the inertance tube 192, and the helium gas supplied in this way is rectified by passing through the high temperature side rectifier 149a.

イナータンス管１９２およびバッファタンク１９０の作用により、ヘリウムガスの圧力変化の位相と、ヘリウムガスの体積変化の位相とは、略一定の位相差を有する。この位相差により、パルス管１４０の低温端１４５ｂにおいて、ヘリウムガスが膨張することによる冷却作用が発生する。パルスチューブ冷凍機１００は、上記の動作が反復されることで、冷却ステージ１８０に接続された被冷却対象を冷却することができる。   Due to the action of the inertance pipe 192 and the buffer tank 190, the phase of the pressure change of the helium gas and the phase of the volume change of the helium gas have a substantially constant phase difference. Due to this phase difference, a cooling action due to the expansion of the helium gas occurs at the low temperature end 145 b of the pulse tube 140. The pulse tube refrigerator 100 can cool the object to be cooled connected to the cooling stage 180 by repeating the above operation.

なお、ある圧力を保持しながら、パルス管１４０内を上下に周期的に移動するヘリウムガスの動きは、しばしば「ガスピストン」と称される。   The movement of helium gas that periodically moves up and down in the pulse tube 140 while maintaining a certain pressure is often referred to as a “gas piston”.

図３は、整流器を有さないパルス管について計算により得られた等価ＰＶ図である。パルス管の高温端付近の変位６２は、低温端付近の変位６４よりも大きくなっている。したがって、低温端において十分な整流作用を発揮する整流器と同じ整流器を高温端に設けても、高温端では要求される整流作用が奏されない状況が生じうる。   FIG. 3 is an equivalent PV diagram obtained by calculation for a pulse tube without a rectifier. The displacement 62 near the high temperature end of the pulse tube is larger than the displacement 64 near the low temperature end. Therefore, even if the same rectifier as the rectifier that exhibits a sufficient rectifying action at the low temperature end is provided at the high temperature end, a situation where the required rectifying action is not achieved at the high temperature end may occur.

これに対して本実施の形態に係るパルスチューブ冷凍機１００では、高温側整流器１４９ａの流路抵抗は低温側整流器１４９ｂの流路抵抗よりも大きいので、高温端１４５ａおよび低温端１４５ｂのそれぞれにおいて十分な整流作用を得ることができる。特に、高温側整流器１４９ａの流路抵抗を大きくすることで、パルスチューブ冷凍機１００の動作中に、比較的高温（〜３００Ｋ）のヘリウムガスの低温端１４５ｂ側への移動を抑えることができる。その結果、熱損失を抑えてパルスチューブ冷凍機１００の冷凍性能を向上させることができる。   On the other hand, in the pulse tube refrigerator 100 according to the present embodiment, the flow path resistance of the high temperature side rectifier 149a is larger than the flow path resistance of the low temperature side rectifier 149b, so that it is sufficient at each of the high temperature end 145a and the low temperature end 145b. Rectifying action can be obtained. In particular, by increasing the flow path resistance of the high temperature side rectifier 149a, the movement of the relatively high temperature (˜300K) helium gas toward the low temperature end 145b can be suppressed during the operation of the pulse tube refrigerator 100. As a result, heat loss can be suppressed and the refrigeration performance of the pulse tube refrigerator 100 can be improved.

また、整流器の流路抵抗を大きくし過ぎると、整流器における損失によりパルス管１４０の冷却作用に悪影響が生じうる。したがって、要求される整流作用が比較的低い低温端１４５ｂには流路抵抗の比較的小さい低温側整流器１４９ｂを設け、要求される整流作用が比較的高い高温端１４５ａには流路抵抗の比較的大きい高温側整流器１４９ａを設けることで、パルス管１４０の冷却作用の極大化を図ることができる。   Further, if the flow resistance of the rectifier is increased too much, the cooling effect of the pulse tube 140 may be adversely affected by the loss in the rectifier. Therefore, the low-temperature end 145b having a relatively low rectifying action is provided with a low-temperature side rectifier 149b having a relatively low flow resistance and the high-temperature end 145a having a relatively high rectifying action is provided with a relatively low flow resistance. By providing the large high temperature side rectifier 149a, the cooling action of the pulse tube 140 can be maximized.

また、本実施の形態に係るパルスチューブ冷凍機１００では、圧縮機１１０の動作周波数は３０Ｈｚ以上となっている。ヘリウムガスがイナータンス管１９２からパルス管１４０に流入する際の流速は一般に動作周波数が高いほど大きいので、高温側整流器１４９ａの流路抵抗を大きくして熱損失を低減するという本実施の形態の作用効果は、動作周波数が高いほどより有効となる。   Moreover, in the pulse tube refrigerator 100 according to the present embodiment, the operating frequency of the compressor 110 is 30 Hz or more. Since the flow velocity when helium gas flows into the pulse tube 140 from the inertance tube 192 is generally higher as the operating frequency is higher, the flow resistance of the high temperature side rectifier 149a is increased to reduce heat loss. The effect becomes more effective as the operating frequency is higher.

図４は、整流器の流路抵抗の比とパルスチューブ冷凍機１００の冷凍能力との関係を示すグラフである。図４のグラフのデータは本発明者が行った実験結果に基づく。グラフの横軸はＭ／Ｎ、すなわち高温側整流器１４９ａの金網の枚数を低温側整流器１４９ｂの金網の枚数で除した値である。この値は、高温側整流器１４９ａの流路抵抗と低温側整流器１４９ｂの流路抵抗との比の値に対応する。金網のメッシュは＃２５０であった。縦軸は、Ｍ／Ｎ＝２のときの７７Ｋにおけるパルスチューブ冷凍機１００の冷凍能力を１としたときの、各Ｍ／Ｎにおける７７Ｋにおけるパルスチューブ冷凍機１００の冷凍能力を表す。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the flow resistance ratio of the rectifier and the refrigeration capacity of the pulse tube refrigerator 100. The data in the graph of FIG. 4 is based on the results of experiments conducted by the inventor. The horizontal axis of the graph is M / N, that is, the value obtained by dividing the number of wire meshes of the high temperature side rectifier 149a by the number of wire meshes of the low temperature side rectifier 149b. This value corresponds to the value of the ratio between the channel resistance of the high temperature side rectifier 149a and the channel resistance of the low temperature side rectifier 149b. The mesh of the wire mesh was # 250. The vertical axis represents the refrigeration capacity of the pulse tube refrigerator 100 at 77K at each M / N when the refrigeration capacity of the pulse tube refrigerator 100 at 77K when M / N = 2 is 1.

図４のグラフから明らかな通り、冷凍能力はＭ／Ｎ＝６の辺りで極大となる。特に、Ｍ／Ｎが４から８の範囲であれば、冷凍能力が顕著に向上する。メッシュを＃３００として行われた実験でも同様の結果が示された。   As is clear from the graph of FIG. 4, the refrigeration capacity is maximized around M / N = 6. In particular, when the M / N is in the range of 4 to 8, the refrigerating capacity is significantly improved. Similar results were shown in experiments conducted with # 300 mesh.

以上、実施の形態に係るパルスチューブ冷凍機１００について説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The pulse tube refrigerator 100 according to the embodiment has been described above. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective components, and such modifications are also within the scope of the present invention.

実施の形態では、高温側整流器１４９ａおよび低温側整流器１４９ｂを略同一の網目を有する金網により構成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、高温側整流器を構成する金網のメッシュを、低温側整流器を構成する金網のメッシュよりも大きくしてもよい。本発明者が行った実験によると、積層枚数が同じ場合にメッシュナンバーの比率（高温側整流器のメッシュナンバー／低温側整流器のメッシュナンバー）を、５から１２の範囲とすると冷凍能力が向上した。
また、例えば整流器を金網ではなく多孔体により構成してもよい。 In the embodiment, the case where the high temperature side rectifier 149a and the low temperature side rectifier 149b are configured by a wire mesh having substantially the same mesh is described, but the present invention is not limited to this. For example, the mesh of the wire mesh constituting the high temperature side rectifier may be made larger than the mesh of the wire mesh constituting the low temperature side rectifier. According to experiments conducted by the present inventors, when the number of stacked layers is the same, the refrigerating capacity is improved when the ratio of mesh numbers (mesh number of high-temperature rectifier / mesh number of low-temperature rectifier) is in the range of 5 to 12.
Further, for example, the rectifier may be constituted by a porous body instead of a wire mesh.

１００ パルスチューブ冷凍機、 １１０ 圧縮機、 １２０ リジェネレータ、 １３０ アフタクーラ、 １４０ パルス管、 １４９ａ 高温側整流器、 １４９ｂ 低温側整流器、 １８０ 冷却ステージ、 １９０ バッファタンク、 １９２ イナータンス管。   100 pulse tube refrigerator, 110 compressor, 120 regenerator, 130 aftercooler, 140 pulse tube, 149a high temperature side rectifier, 149b low temperature side rectifier, 180 cooling stage, 190 buffer tank, 192 inertance tube.

Claims (4)

作動ガスで満たされたパルス管を備える冷凍機であって、前記パルス管の一端はイナータンス管を介してバッファタンクと接続され、他端は圧力変化生成部と接続され、
前記圧力変化生成部は前記パルス管の他端における作動ガスの圧力を周期的に変化させ、
前記パルス管の一端、他端にはそれぞれ第１整流器、第２整流器が設けられており、
前記第１整流器が作動ガスの流れを妨げる度合いは、前記第２整流器が作動ガスの流れを妨げる度合いよりも大きいことを特徴とする冷凍機。 A refrigerator comprising a pulse tube filled with a working gas, wherein one end of the pulse tube is connected to a buffer tank via an inertance tube, and the other end is connected to a pressure change generation unit,
The pressure change generation unit periodically changes the pressure of the working gas at the other end of the pulse tube,
A first rectifier and a second rectifier are provided at one end and the other end of the pulse tube,
The refrigerator in which the first rectifier hinders the flow of working gas is greater than the degree that the second rectifier hinders the flow of working gas. 前記パルス管の他端における作動ガスの圧力の変化の周波数は３０Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。   The refrigerator according to claim 1, wherein the frequency of change in the pressure of the working gas at the other end of the pulse tube is 30 Hz or more. 前記第１整流器が作動ガスの流れを妨げる度合いを前記第２整流器が作動ガスの流れを妨げる度合いで除した値は４から８の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍機。   The value obtained by dividing the degree to which the first rectifier blocks the flow of working gas by the degree to which the second rectifier blocks the flow of working gas is in the range of 4 to 8. refrigerator. Ｎを自然数、ＭをＮよりも大きな自然数とするとき、前記第２整流器は略同一の網目を有するＮ枚の金網が積層された積層構造を有し、前記第１整流器は前記金網の網目と略同一の網目を有するＭ枚の金網が積層された積層構造を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の冷凍機。   When N is a natural number and M is a natural number larger than N, the second rectifier has a laminated structure in which N metal meshes having substantially the same mesh are laminated, and the first rectifier has a mesh of the metal mesh. The refrigerator according to any one of claims 1 to 3, wherein the refrigerator has a laminated structure in which M metal meshes having substantially the same mesh are laminated.
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