JP2663247B2 - パルス管冷凍機 - Google Patents

パルス管冷凍機

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄冷器とパルス管とを
接続し、圧縮機からのガスを出し入れすることにより吸
熱部に冷熱を発生させるパルス管冷凍機に関し、特に、
パルス管の高温側に圧縮機からのガスを切り替え供給す
るダブルインレット型のパルス管冷凍機に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、より低温の到達温度を得られるパル
ス管冷凍機として、図３に示すダブルインレット型のパ
ルス管冷凍機も提案されている(学術誌「クライオジェ
ニックス」１９９０年９月号)。このダブルインレット
型パルス管冷凍機は、パルス管(50)の低温端(51)と蓄冷
器(52)の低温端(53)とをコールドヘッドとなる吸熱用連
結管(54)を介して連通し、圧縮機(55)から冷媒ガス通路
(56)を介して蓄冷器(52)の高温端(57)に供給されるガス
を蓄冷器(52)、吸熱用連結管(54)を介してパルス管(50)
の低温端(51)から高温端(58)側に向けて導入し、パルス
管(50)の高温端(58)にニードル弁(59)とバッファタンク
(60)とで構成したフェーズシフタを配置し、パルス管(5
0)の高温端とバッファタンク(60)との間の通路部分に冷
媒ガス通路(56)から分岐導出した分岐ガス通路(61)を接
続し、この分岐ガス通路(61)にニードル弁(62)を配置
し、蓄冷器(52)及びパルス管(50)の高温端部にウォータ
クーラ(63)(64)を配置して蓄冷器(52)及びパルス管(50)
の高温端部を水冷する構造になっている。
【０００３】このダブルインレット型パルス管冷凍機で
は、蓄冷器(52)及びパルス管(50)の高温端部を水冷する
構造であったことから、ウオータクーラ(63)(64)が冷凍
機に直結され、冷凍機が大型化するという問題があるう
え、パルス管(50)からバッファタンク(60)までの間にニ
ードル弁(59)を配置するとともに、パルス管(50)の高温
端とバッファタンク(60)との間の通路部分と冷媒ガス通
路(56)とを接続する分岐ガス通路(61)にニードル弁(62)
を配置していることから、このニードル弁(59)(62)によ
ってガス流が乱れ、渦流を発生させるという問題があっ
た。また、このダブルインレット型パルス管冷凍機で
は、往復型の圧縮機部分が寒冷発生部に剛接されている
ことから、圧縮機の振動が寒冷発生部に伝達されること
になり、振動を嫌うような機器や部品の冷却には使用で
きないという問題もあった。
【０００４】そこで、本出願人は、小型で振動のない状
態で冷却を行えるものとして、図４に示すものダブルイ
ンレット型のパルス管冷凍機を提案した(実開平５−４
７７５７号)。この先に提案したものは、寒冷発生部
(Ｒ)と圧縮機部分(Ｃ)とを分離して構成し、蓄冷器(52)
への冷媒ガス供給を圧縮機部分(Ｃ)に配置したロータリ
ーバルブ(65)の切り替えで行うようにし、パルス管(50)
の高温端部に第１オリフィス(66)を介してフレキブル管
製ガスリザーバ(バッファタンク)(60)を接続し、パルス
管(50)とガスリザーバ(60)とを連通するメインガス通路
(68)から斜めに分岐導出したサブガス通路(69)をロータ
リーバルブ(65)と蓄冷器(52)とを連通接続している冷媒
ガス通路(56)に第２オリフィス(70)を介して接続させた
構造になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この先に提
案したものでは、ロータリーバルブ(65)を介して冷媒ガ
スの圧力波がパルス的な矩形波となり、吸熱用連結管(5
4)での圧力変動が圧縮機での圧力変動に対して所定の遅
れ角である９０度からずれて十分な性能が発揮できにく
いという問題が残っていた。 本発明はこのような点に着目して、小型軽量で、かつ、
冷却効率の高いダブルインレット型のパルス管冷凍機を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明は、パルス管の高温端とバッファタンクとを
第１オリフィスを介して接続し、バッファタンクに冷媒
ガス通路から分岐導出したサブガス通路を第２オリフィ
スを介して接続したことを特徴としている。
【０００７】
【作用】本発明では、パルス管の高温端とバッファタン
クとを第１オリフィスを介して接続し、バッファタンク
に冷媒ガス通路から分岐導出したサブガス通路を第２オ
リフィスを介して接続しているので、バッファタンク内
での圧力波を冷媒ガス通路を流れる主ガス流の圧力波に
同期させ、第１オリフィスでの理想的なフェーズシフタ
効果を持たせることができることになる。
【０００８】
【実施例】図１及び図２は本発明の実施例を示し、図１
はパルス管冷凍機の概略構成図、図２は寒冷発生部の縦
断面図である。このパルス管冷凍機は、パルス管(１)と
蓄冷器(２)とをその一端部同士を吸熱用連結路(３)を介
して連通させることにより構成した寒冷発生部(４)と、
圧縮機ユニット(５)及び圧縮機ユニット(５)で発生した
高圧ガスの寒冷発生部(４)への給排を切り換え制御する
ロータリ弁ユニット(６)とで構成してある。
【０００９】圧縮機ユニット(５)は圧縮機(７)、冷却器
(８)、油分離器(９)、油吸着器(10)及び保圧弁(11)とで
構成してあり、ロータリ弁ユニット(６)はロータリ弁(1
2)と弁駆動用モータ(13)とで構成してある。そして、吸
着器(10)から導出されている高圧ガス通路(14)がフレキ
シブルホース(15)でロータリ弁(12)の一次側高圧ポート
に接続され、ロータリ弁(12)の一次側低圧ポートから導
出したフレキシブルホース(16)が低圧ガス戻し路(17)を
介して圧縮機(７)に連通接続してある。
【００１０】寒冷発生部(４)は２本のステンレスパイプ
(18)(19)を平行に配置し、その下端部を銅製エンドキャ
ップ(20)に嵌着し、上端部をステンレス製取付フランジ
(21)に嵌着して形成してあり、一方のステンレスパイプ
(18)の内部にステンレス製メッシュ体(22)を積層配置す
るとともに、上下両端部に整流板(23)を配置することに
より蓄冷器(２)に構成し、他方のステンレスパイプ(19)
の下端部に整流板(24)を配置してパルス管(１)に構成し
てある。そして、銅製エンドキャップ(20)にはスペーサ
(26)を装着することにより吸熱用連通路(３)を形成し
て、蓄冷器(２)とパルス管(１)とを連通するようになっ
ている。
【００１１】蓄冷器(２)の上端部は取付フランジ(21)に
装着したガス導入プラグ(27)に連通しており、このガス
導入プラグ(27)から連出した冷媒ガス導入管(28)が可撓
性ホース(29)を介してロータリ弁(12)の二次ポートに連
通してある。そして、ロータリ弁(12)の切換により圧縮
機ユニット(５)で発生させた高圧冷媒ガスを蓄冷器(２)
に供給するようになっている。
【００１２】一方、パルス管(１)の上端部は取付フラン
ジ(21)に装着したガスリザーバ(バッファタンク)(30)に
第１オリィフィス(31)を介して連通している。そして、
ガスリザーバ(30)の上端部に冷媒ガス導入管(28)から分
岐導出したサブ冷媒ガス通路(32)が第２オリィフィス(3
3)を介して連通接続してある。
【００１３】また、パルス管(１)の上端寄り部分での内
面には、熱良導体製のライナ(34)が挿嵌固定してある。
このライナ(34)はパルス管(１)の上端約１／４程度にわ
たって配置してあり、その上端部分はパルス管(１)が装
着されている取付けフランジ(21)に熱的に接続されてい
る。なお、このライナ(34)の内径はライナを装着してい
ない部分でのパルス管(１)の内径と等しく形成してあ
る。
【００１４】このように構成したパルス管冷凍機では、
蓄冷器(２)を通ってパルス管(１)に流入した高圧冷媒ガ
スの圧力変化によって銅製エンドキャップ(20)部分に液
体窒素温度(７７Ｋ)以下の低温が発生する。しかも、こ
の場合、寒冷発生部(４)には可動部分がなく、また、蓄
冷器(２)に冷媒ガスを給排制御するロータリ弁ユニット
(６)と寒冷発生部(４)とを可撓性ホース(29)で連通接続
させてあることから、無振動の冷凍機を提供することが
できる。
【００１５】また、パルス管(１)とガスリザーバ(30)及
びガスリザーバ(30)とサブ冷媒ガス通路(32)とをそれぞ
れオリフイス(31)(32)を介して接続していることから、
ガス流に乱れを生じさせることがないうえ、第２オリフ
ィス(33)を介してガスリザーバ(30)に流入したサブガス
流のガスリザーバ(30)内での圧力波を冷媒ガス導入管(2
8)を流れる主ガス流の圧力波に同期させ、第１オリフィ
ス(31)での理想的なフェーズシフタの効果を持たせるこ
とができる。
【００１６】さらに、このパルス管冷凍機では、パルス
管(１)の上端寄り部分に熱良導体製のライナ(34)を内嵌
し、このライナ(34)を取付けフランジ(21)に熱的に接続
しているので、パルス管(１)の上端(高温側端部)から少
し低温側の個所に生じる最高温度発生部での熱をライナ
(34)が取付けフランジ(21)に伝達するので、パルス管
(１)での熱分布をほぼ直線的にすることができる。
【００１７】
【発明の効果】本発明では、パルス管のバッファタンク
を配置し、このバッファタンクに冷媒ガス通路から分岐
導出したサブガスを供給するようにしているので、バッ
ファタンク内での圧力波を冷媒ガス通路を流れる主ガス
流の圧力波に同期させることができ、第１オリフィスで
の理想的なフェーズシフタ効果を持たせて冷却効率を高
めることができる。また、圧縮機ユニットからの高圧ガ
スを利用することができるので、バッファタンクを小型
に形成することができ、冷凍機全体を小型に形成するこ
とができる。
【００１８】さらに、パルス管の高温端部分での内面に
熱良導体製ライナを内嵌固定した場合には、高温端部か
ら所定距離低温側部分に生じる最高温度部分の熱エネル
ギーを効率よく逃がすことができるから、パルス管に生
じる温度分布が一定の割合で変化する状態となり、冷凍
機としての冷却効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すパルス管冷凍機の概略構
成図である。
【図２】本発明の実施例での寒冷発生部の縦断面図であ
る。
【図３】従来のダブルインレット型パルス管冷凍機の概
略構成図である。
【図４】本出願人が先に提案したダブルインレット型パ
ルス管冷凍機の概略構成図である。
【符号の説明】
１…パルス管、２…蓄冷器、３…吸熱用連結路、７…圧
縮機、21…取付けフランジ、28…冷媒ガス通路、30…バ
ッファタンク、31…第１オリフィス、32…サブガス通
路、33…第２オリフィス、34…ライナ。
フロントページの続き (72)発明者 西谷 富雄 滋賀県守山市勝部町1095番地 岩谷産業 株式会社滋賀技術センター内 (56)参考文献 特開 平６−101916（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パルス管(１)の低温端と蓄冷器(２)の低
    温端とを吸熱用連結路(３)を介して連通し、圧縮機(７)
    から冷媒ガス通路(28)を介して蓄冷器(２)の高温端に供
    給される冷媒ガスを蓄冷器(２)、吸熱用連結路(３)を介
    してパルス管(１)の低温端から高温端に向けて導入する
    ように構成したパルス管冷凍機において、 パルス管(１)の高温端とバッファタンク(30)とを第１オ
    リフィス(31)を介して接続し、このバッファタンク(30)
    に冷媒ガス通路(28)から分岐導出としたサブガス通路(3
    2)を第２オリフィス(33)を介して接続したことを特徴と
    するパルス管冷凍機。
  2. 【請求項２】 パルス管(１)の高温端の内面に熱良導体
    製のライナ(34)を一定範囲にわたって内嵌固定し、この
    ライナ(34)を取付けフランジ(21)に熱的に接続した請求
    項１に記載のパルス管冷凍機。
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