JP2690296B2 - パルス管冷凍機 - Google Patents
パルス管冷凍機Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1407—Pulse-tube cycles with pulse tube having in-line geometrical arrangements
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1417—Pulse-tube cycles without any valves in gas supply and return lines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1424—Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1426—Pulse tubes with basic schematic including at the pulse tube warm end a so called warm end expander
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Fluid-Damping Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス管冷凍機、
詳しくは、パルス管の高温端部に、圧力振動に対する流
体変位の位相差を制御する機構を持たせたパルス管冷凍
機に関する。
詳しくは、パルス管の高温端部に、圧力振動に対する流
体変位の位相差を制御する機構を持たせたパルス管冷凍
機に関する。
【０００２】
【技術の背景】赤外線センサや高温超伝導デバイスなど
の低温で動作するデバイスの冷却装置としては、例え
ば、スターリング冷凍機などが用いられていたが、構造
が複雑で長時間の運転が難しいという不都合があり、構
造のシンプルな「パルス管冷凍機」が注目されている。
の低温で動作するデバイスの冷却装置としては、例え
ば、スターリング冷凍機などが用いられていたが、構造
が複雑で長時間の運転が難しいという不都合があり、構
造のシンプルな「パルス管冷凍機」が注目されている。
【０００３】
【従来の技術】図４は、パルス管冷凍機の基本型（いわ
ゆるｂａｓｉｃ型）の構造図である。このｂａｓｉｃ型
は、所定の周波数で往復動するピストン１と、蓄冷器２
と、パルス管と呼ばれる先端閉鎖の管（以下、パルス
管）３とを有しており、その冷凍発生原理は、以下のと
おり理解されている。
ゆるｂａｓｉｃ型）の構造図である。このｂａｓｉｃ型
は、所定の周波数で往復動するピストン１と、蓄冷器２
と、パルス管と呼ばれる先端閉鎖の管（以下、パルス
管）３とを有しており、その冷凍発生原理は、以下のと
おり理解されている。
【０００４】まず、ピストン１が圧縮行程にあるとき
は、パルス管３に高圧ガスが流入してパルス管３の内部
温度が上昇するが、この圧縮行程ではガスの流れが一方
向流のため、その流れに沿って温度勾配（パルス管の高
温端部３ａが最も高温となる一定の勾配）ができ、ガス
は高温端部３ａやパルス管３の内壁に熱を与えつつ、ガ
ス自身は冷却される。次に、ピストン１が膨張行程にあ
るときは、パルス管３の内部のガスは圧縮と逆の方向に
流出（膨張）し、この断熱膨張によってガスは冷却され
るが、ガスの流出時に蓄冷器２の内部の蓄冷材を冷やす
ため、次の圧縮行程のときにパルス管３に流入するガス
はまず蓄冷器２によって予冷され、最初の行程よりも低
い温度が得られる。このように、パルス管３の内部に一
定の温度勾配を保ったまま、ガスがパルス管３の低温端
部３ｂ側の熱を高温端部３ａ側へ運ぶ。したがって、高
温端部３ａで強制的に熱を除去することにより、低温端
部３ｂで連続的に冷却効果が得られる。この熱移動の機
構はＳ．Ｈ．Ｐ（surface heat pumping）機構と呼ばれ
ており、ｂａｓｉｃ型はこの機構を利用して低温を得て
いる。
は、パルス管３に高圧ガスが流入してパルス管３の内部
温度が上昇するが、この圧縮行程ではガスの流れが一方
向流のため、その流れに沿って温度勾配（パルス管の高
温端部３ａが最も高温となる一定の勾配）ができ、ガス
は高温端部３ａやパルス管３の内壁に熱を与えつつ、ガ
ス自身は冷却される。次に、ピストン１が膨張行程にあ
るときは、パルス管３の内部のガスは圧縮と逆の方向に
流出（膨張）し、この断熱膨張によってガスは冷却され
るが、ガスの流出時に蓄冷器２の内部の蓄冷材を冷やす
ため、次の圧縮行程のときにパルス管３に流入するガス
はまず蓄冷器２によって予冷され、最初の行程よりも低
い温度が得られる。このように、パルス管３の内部に一
定の温度勾配を保ったまま、ガスがパルス管３の低温端
部３ｂ側の熱を高温端部３ａ側へ運ぶ。したがって、高
温端部３ａで強制的に熱を除去することにより、低温端
部３ｂで連続的に冷却効果が得られる。この熱移動の機
構はＳ．Ｈ．Ｐ（surface heat pumping）機構と呼ばれ
ており、ｂａｓｉｃ型はこの機構を利用して低温を得て
いる。
【０００５】ところで、ｂａｓｉｃ型は、冷凍能力が十
分でないという欠点があり、その改良型としていわゆる
オリフィス型パルス管冷凍機（以下、オリフィス型と略
すこともある）が考案された。図５はその構造図であ
り、パルス管３の高温端部３ａに開度可変型のオリフィ
ス（ニードル弁）４を介してバッファタンク５を接続し
ている点でｂａｓｉｃ型と相違する。
分でないという欠点があり、その改良型としていわゆる
オリフィス型パルス管冷凍機（以下、オリフィス型と略
すこともある）が考案された。図５はその構造図であ
り、パルス管３の高温端部３ａに開度可変型のオリフィ
ス（ニードル弁）４を介してバッファタンク５を接続し
ている点でｂａｓｉｃ型と相違する。
【０００６】オリフィス型の動作原理はまだ十分に解明
されているとは言えないが、パルス管３の内部の高圧ガ
スの圧力振動に対する流体変位の位相差を制御すること
によって、流体変位の進行波成分を増加させ、パルス管
３の低温端部３ｂからピストン１の方向へと流れる熱量
を増大させて、ｂａｓｉｃ型よりも大きな冷凍能力を得
ているものと考えられており、ダブルインレット型と呼
ばれるパルス管冷凍機も同様な原理で動作している。
されているとは言えないが、パルス管３の内部の高圧ガ
スの圧力振動に対する流体変位の位相差を制御すること
によって、流体変位の進行波成分を増加させ、パルス管
３の低温端部３ｂからピストン１の方向へと流れる熱量
を増大させて、ｂａｓｉｃ型よりも大きな冷凍能力を得
ているものと考えられており、ダブルインレット型と呼
ばれるパルス管冷凍機も同様な原理で動作している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
オリフィス型のパルス管冷凍機にあっては、パルス管の
高温端部に、圧力振動に対する流体変位の位相差を制御
する位相差制御機構を持たせることによって、ｂａｓｉ
ｃ型よりも大きな冷凍能力を得ているが、ピストン１と
オリフィス４の間の位相差が最大９０゜にしかならない
ため、蓄冷器３の両端間における同位相差がそれよりも
遥かに少ない例えば４５゜程度（但し、理論上の値）し
か得られず、より一層の冷凍能力の向上を図るといった
点で改善の余地があった。
オリフィス型のパルス管冷凍機にあっては、パルス管の
高温端部に、圧力振動に対する流体変位の位相差を制御
する位相差制御機構を持たせることによって、ｂａｓｉ
ｃ型よりも大きな冷凍能力を得ているが、ピストン１と
オリフィス４の間の位相差が最大９０゜にしかならない
ため、蓄冷器３の両端間における同位相差がそれよりも
遥かに少ない例えば４５゜程度（但し、理論上の値）し
か得られず、より一層の冷凍能力の向上を図るといった
点で改善の余地があった。
【０００８】そこで、本発明は、ピストンとオリフィス
の間の位相差を９０゜以上に拡大することにより、蓄冷
器の両端間における位相差を拡大して、より一層の冷凍
能力の向上を図ることを目的とする。
の間の位相差を９０゜以上に拡大することにより、蓄冷
器の両端間における位相差を拡大して、より一層の冷凍
能力の向上を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、パルス管の高温端部に、圧力振動に対す
る流体変位の位相差を制御する位相差制御機構を備えた
パルス管冷凍機において、前記パルス管の内部に小質量
の移動体を入れること、前記パルス管の所定位置に該移
動体の移動を制限する制限力を発生する制限力発生手段
を取り付けることを特徴とし、又は、これらに加えて、
前記所定位置と前記制限力を調節する機構を有すること
を特徴とする。
成するために、パルス管の高温端部に、圧力振動に対す
る流体変位の位相差を制御する位相差制御機構を備えた
パルス管冷凍機において、前記パルス管の内部に小質量
の移動体を入れること、前記パルス管の所定位置に該移
動体の移動を制限する制限力を発生する制限力発生手段
を取り付けることを特徴とし、又は、これらに加えて、
前記所定位置と前記制限力を調節する機構を有すること
を特徴とする。
【００１０】若しくは、パルス管の高温端部に、圧力振
動に対する流体変位の位相差を制御する位相差制御機構
を備えたパルス管冷凍機において、前記位相差制御機構
を、バッファタンクと、該バッファタンクと前記高温端
部との間を接続する細管と、該細管内に移動可能に挿入
された小質量の移動体と、該移動体の移動を制限する制
限力を発生する制限力発生手段と、を含んで構成したこ
とを特徴とする。
動に対する流体変位の位相差を制御する位相差制御機構
を備えたパルス管冷凍機において、前記位相差制御機構
を、バッファタンクと、該バッファタンクと前記高温端
部との間を接続する細管と、該細管内に移動可能に挿入
された小質量の移動体と、該移動体の移動を制限する制
限力を発生する制限力発生手段と、を含んで構成したこ
とを特徴とする。
【００１１】本発明では、移動体がパルス管の所定位置
に到達すると、制限力発生手段の制限力によってその移
動が制限され、ガスの圧力が制限力を上回ると移動が許
容される。したがって、移動体の移動が規制されている
間は、圧力振動に対する流体変位の位相差が変化せず、
ピストンとオリフィスの間の位相差が９０゜以上に拡大
するから、結果的に、蓄冷器の両端間における同位相差
が拡大し、より一層の冷凍能力の向上が図られる。
に到達すると、制限力発生手段の制限力によってその移
動が制限され、ガスの圧力が制限力を上回ると移動が許
容される。したがって、移動体の移動が規制されている
間は、圧力振動に対する流体変位の位相差が変化せず、
ピストンとオリフィスの間の位相差が９０゜以上に拡大
するから、結果的に、蓄冷器の両端間における同位相差
が拡大し、より一層の冷凍能力の向上が図られる。
【００１２】また、パルス管の高温端部とバッファタン
クの間を細管で結び、その細管内に移動体を入れると、
上記の位相差拡大作用に加えて、オリフィス型パルス管
冷凍機の構成要素の一つである「開度可変型のオリフィ
ス」を不要にできるから好ましい。
クの間を細管で結び、その細管内に移動体を入れると、
上記の位相差拡大作用に加えて、オリフィス型パルス管
冷凍機の構成要素の一つである「開度可変型のオリフィ
ス」を不要にできるから好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は、本発明に係るオリフィス型の
パルス管冷凍機の一実施例を示す図である。図１におい
て、１０は所定の周波数で往復動するピストン、１１は
蓄冷器、１２は所定の長さのパルス管、１３は開度可変
型のオリフィス、１４はバッファタンクであり、本実施
例のポイントは、パルス管１２の内部に移動体１５を入
れたこと、この移動体１５の移動を制限する制限力を発
生するための制限力発生手段１６、１７をパルス管１２
の所定位置に取り付けたことにある。
づいて説明する。図１は、本発明に係るオリフィス型の
パルス管冷凍機の一実施例を示す図である。図１におい
て、１０は所定の周波数で往復動するピストン、１１は
蓄冷器、１２は所定の長さのパルス管、１３は開度可変
型のオリフィス、１４はバッファタンクであり、本実施
例のポイントは、パルス管１２の内部に移動体１５を入
れたこと、この移動体１５の移動を制限する制限力を発
生するための制限力発生手段１６、１７をパルス管１２
の所定位置に取り付けたことにある。
【００１４】移動体１５に求められる事項は、質量が小
さく軽量であること、及び、少なくとも制限力発生手段
１６、１７の取付位置において、パルス管１２の内部を
完全に又はほぼ閉鎖可能な適正形状を有していることに
ある。なお、図では移動体１５を球状にしているが、こ
れは、妥当と思われる形状の一例を示したに過ぎない。
上記の機能を満たしていればよく、例えば円筒状や算盤
の球に似た形状であってもよい。
さく軽量であること、及び、少なくとも制限力発生手段
１６、１７の取付位置において、パルス管１２の内部を
完全に又はほぼ閉鎖可能な適正形状を有していることに
ある。なお、図では移動体１５を球状にしているが、こ
れは、妥当と思われる形状の一例を示したに過ぎない。
上記の機能を満たしていればよく、例えば円筒状や算盤
の球に似た形状であってもよい。
【００１５】次に、制限力発生手段１６、１７に求めら
れる事項は、まず、第１に移動体１５の移動を制限する
ための制限力を発生することにある。この制限力の大き
さは、パルス管１２の内部における圧力ガスの分布に依
存するため、定量的に示すことはできないが、少なくと
も、その位置における圧力ガスがある程度高まるまでは
移動を制限できる必要があり、試行錯誤的な調節を要す
るから、制限力発生手段１６、１７はその制限力を適宜
に増減し得る機構を有していることが望ましい。例え
ば、移動体１５が金属の場合には、制限力に磁力を利用
するとともに、その磁力の強さを変更できるようにして
もよいし、又は、図２に示すように、パルス管１２の管
壁に筒状部材２０を取付け、その筒状部材２０に螺合す
るボルト２１にバネ２２を介して球体２３を取り付けて
もよい。バネ２３の力を移動体１５の移動を制限する制
限力に利用できると共に、ボルト２２の筒状部材２０へ
の侵入量を調節すれば、その制限力を容易に増減でき
る。なお、図２の構成は制限力可変の一例を示したに過
ぎない。冷凍機では冷媒（一般にガス）の漏れを防ぐた
めに配管等を溶接するのが常識であるから、何らかの漏
れ対策を施すことはもちろんである。
れる事項は、まず、第１に移動体１５の移動を制限する
ための制限力を発生することにある。この制限力の大き
さは、パルス管１２の内部における圧力ガスの分布に依
存するため、定量的に示すことはできないが、少なくと
も、その位置における圧力ガスがある程度高まるまでは
移動を制限できる必要があり、試行錯誤的な調節を要す
るから、制限力発生手段１６、１７はその制限力を適宜
に増減し得る機構を有していることが望ましい。例え
ば、移動体１５が金属の場合には、制限力に磁力を利用
するとともに、その磁力の強さを変更できるようにして
もよいし、又は、図２に示すように、パルス管１２の管
壁に筒状部材２０を取付け、その筒状部材２０に螺合す
るボルト２１にバネ２２を介して球体２３を取り付けて
もよい。バネ２３の力を移動体１５の移動を制限する制
限力に利用できると共に、ボルト２２の筒状部材２０へ
の侵入量を調節すれば、その制限力を容易に増減でき
る。なお、図２の構成は制限力可変の一例を示したに過
ぎない。冷凍機では冷媒（一般にガス）の漏れを防ぐた
めに配管等を溶接するのが常識であるから、何らかの漏
れ対策を施すことはもちろんである。
【００１６】制限力発生手段１６、１７に求められる第
２の事項は、その制限力をパルス管１２の所定位置での
み発揮することにある。所定位置は２箇所Ｐ1 、Ｐ2 で
あり、Ｐ1 の位置は特定（パルス管１２の高温端部１２
ａ付近）できるが、Ｐ2 の位置は、ピストン１０の周
期、オリフィス１３の開度、バッファタンク１４の容
積、パルス管１２の内部における圧力ガスの分布などさ
まざまな要素に依存するため、定量的に示すことは難し
い。したがって、少なくとも、一方の制限力発生手段１
６については、その位置Ｐ2 を調節できる機構になって
いることが望ましい。
２の事項は、その制限力をパルス管１２の所定位置での
み発揮することにある。所定位置は２箇所Ｐ1 、Ｐ2 で
あり、Ｐ1 の位置は特定（パルス管１２の高温端部１２
ａ付近）できるが、Ｐ2 の位置は、ピストン１０の周
期、オリフィス１３の開度、バッファタンク１４の容
積、パルス管１２の内部における圧力ガスの分布などさ
まざまな要素に依存するため、定量的に示すことは難し
い。したがって、少なくとも、一方の制限力発生手段１
６については、その位置Ｐ2 を調節できる機構になって
いることが望ましい。
【００１７】このような構成において、説明のために、
移動体１５を取り外した状態を考えると、パルス管１２
の内部の高圧ガスの圧力振動に対する流体変位の位相差
は、冒頭で述べたように最大９０゜になる。これは、ピ
ストン１０からパルス管１２の高温端部（厳密にはオリ
フィス１３）までの位相差に相当し、蓄冷器１１の両端
間の位相差はこれよりも遥かに少ない（４５゜程度；但
し、理論上の値）。
移動体１５を取り外した状態を考えると、パルス管１２
の内部の高圧ガスの圧力振動に対する流体変位の位相差
は、冒頭で述べたように最大９０゜になる。これは、ピ
ストン１０からパルス管１２の高温端部（厳密にはオリ
フィス１３）までの位相差に相当し、蓄冷器１１の両端
間の位相差はこれよりも遥かに少ない（４５゜程度；但
し、理論上の値）。
【００１８】一方、移動体１５を入れ、且つ、制限力発
生手段１６、１７によって適切な制限力を発生すると共
に、その制限力の作用位置Ｐ1 、Ｐ2 を適切に調節した
場合には、パルス管１２の二つの位置Ｐ1 、Ｐ2 でその
移動体１５の移動が制限され、この制限作用は、二つの
位置Ｐ1 、Ｐ2 に高圧ガスに対する障害物を入れたこと
に相当するから、これら二つの位置Ｐ1 、Ｐ2 ではピス
トン１０の動きと高圧ガスの動きとの間にずれを生じ、
結局、そのずれに対応して位相差の拡大が図られること
になる。したがって、例えば、ピストン１０とパルス管
１２の高温端部間の位相差をある割合拡大できたとする
と、蓄冷器１１の両端間の位相差もそれと同じ割合拡大
でき、従来例の４５゜程度（但し、理論上の値）よりも
大きくできるから、それだけ冷凍能力の向上を図ること
ができる。
生手段１６、１７によって適切な制限力を発生すると共
に、その制限力の作用位置Ｐ1 、Ｐ2 を適切に調節した
場合には、パルス管１２の二つの位置Ｐ1 、Ｐ2 でその
移動体１５の移動が制限され、この制限作用は、二つの
位置Ｐ1 、Ｐ2 に高圧ガスに対する障害物を入れたこと
に相当するから、これら二つの位置Ｐ1 、Ｐ2 ではピス
トン１０の動きと高圧ガスの動きとの間にずれを生じ、
結局、そのずれに対応して位相差の拡大が図られること
になる。したがって、例えば、ピストン１０とパルス管
１２の高温端部間の位相差をある割合拡大できたとする
と、蓄冷器１１の両端間の位相差もそれと同じ割合拡大
でき、従来例の４５゜程度（但し、理論上の値）よりも
大きくできるから、それだけ冷凍能力の向上を図ること
ができる。
【００１９】なお、上記実施例では、パルス管１２の内
部に移動体１５を入れているが、これに限らない。たと
えば、図３に示すように、パルス管１２の高温端部１２
ａとバッファタンク１４の間を細管３０で結び、この細
管３０の内部に移動体３１を入れてもよい。この場合、
制限力発生手段には、もちろん、上記実施例のような磁
力やバネ力を利用できるが、たとえば、細管３０の適当
な二つの位置（位相差の拡大に効果のある二つの位置）
の内径サイズを移動体１５の直径程度まで絞り込み、か
つ、二つの位置の間の管径を移動体１５の直径よりも若
干大きくするようにしてもよい。このようにすると、移
動体３１は、細管３０の二つの位置の間でスムーズに移
動し、同二つの位置でその移動が制限されるから、上記
実施例と同様な制限力発生手段を実現できるほか、さら
に、細管３０と移動体３１との間の微小な隙間によって
オリフィス作用が得られるから、開度可変型のオリフィ
ス（図１の符号１３参照）を不要にして部品点数を削減
できるという有益なメリットが得られる。
部に移動体１５を入れているが、これに限らない。たと
えば、図３に示すように、パルス管１２の高温端部１２
ａとバッファタンク１４の間を細管３０で結び、この細
管３０の内部に移動体３１を入れてもよい。この場合、
制限力発生手段には、もちろん、上記実施例のような磁
力やバネ力を利用できるが、たとえば、細管３０の適当
な二つの位置（位相差の拡大に効果のある二つの位置）
の内径サイズを移動体１５の直径程度まで絞り込み、か
つ、二つの位置の間の管径を移動体１５の直径よりも若
干大きくするようにしてもよい。このようにすると、移
動体３１は、細管３０の二つの位置の間でスムーズに移
動し、同二つの位置でその移動が制限されるから、上記
実施例と同様な制限力発生手段を実現できるほか、さら
に、細管３０と移動体３１との間の微小な隙間によって
オリフィス作用が得られるから、開度可変型のオリフィ
ス（図１の符号１３参照）を不要にして部品点数を削減
できるという有益なメリットが得られる。
【００２０】ここで、移動体３１（又は上記実施例の移
動体１５）の質量をｍとし、このｍと位相差（高圧ガス
の圧力振動に対する流体変位の位相差）の拡大効果との
関係について考察する。一般にパルス管のような閉鎖空
間内の高圧ガスは、減衰要素とバネ要素からなる１自由
度の振動系と見做すことができ、ｍは、この振動系を介
して図３のピストン１０で加振されることになる。ｍの
振動振幅Ｙは、振動系の共振周波数付近で最大となり、
且つ、ｍが大きいほどＹも大きくなる傾向がある。した
がって、Ｙが大きくなると上記位相差も大きくなるか
ら、ｍをできるだけ大きくすることにより、所要の位相
差を得ることができる。なお、ｍの最大値は、減衰要素
やバネ要素の成分に影響を与える様々な条件（例えば蓄
冷器やパルス管の体積、蓄冷器やパルス管内の圧力損
失、パルス管冷凍機の運転周波数、圧縮比、作動ガスの
平均圧など）によって制限を受けることは言うまでもな
い。かかる条件も考慮したうえで、最大の位相差となる
適正な値にｍを設定すればよい。
動体１５）の質量をｍとし、このｍと位相差（高圧ガス
の圧力振動に対する流体変位の位相差）の拡大効果との
関係について考察する。一般にパルス管のような閉鎖空
間内の高圧ガスは、減衰要素とバネ要素からなる１自由
度の振動系と見做すことができ、ｍは、この振動系を介
して図３のピストン１０で加振されることになる。ｍの
振動振幅Ｙは、振動系の共振周波数付近で最大となり、
且つ、ｍが大きいほどＹも大きくなる傾向がある。した
がって、Ｙが大きくなると上記位相差も大きくなるか
ら、ｍをできるだけ大きくすることにより、所要の位相
差を得ることができる。なお、ｍの最大値は、減衰要素
やバネ要素の成分に影響を与える様々な条件（例えば蓄
冷器やパルス管の体積、蓄冷器やパルス管内の圧力損
失、パルス管冷凍機の運転周波数、圧縮比、作動ガスの
平均圧など）によって制限を受けることは言うまでもな
い。かかる条件も考慮したうえで、最大の位相差となる
適正な値にｍを設定すればよい。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、ピストンとオリフィス
の間の位相差を９０゜以上に拡大することができ、蓄冷
器の両端間における位相差を拡大して、より一層の冷凍
能力の向上を図ることができるという、従来例にない有
利な効果が得られる。また、パルス管の高温端部とバッ
ファタンクの間を細管で結び、その細管内に移動体を入
れると、上記の位相差拡大作用に加えて、オリフィス型
パルス管冷凍機の構成要素の一つである「開度可変型の
オリフィス」を不要にでき、構成の簡素化を図ることが
できる。
の間の位相差を９０゜以上に拡大することができ、蓄冷
器の両端間における位相差を拡大して、より一層の冷凍
能力の向上を図ることができるという、従来例にない有
利な効果が得られる。また、パルス管の高温端部とバッ
ファタンクの間を細管で結び、その細管内に移動体を入
れると、上記の位相差拡大作用に加えて、オリフィス型
パルス管冷凍機の構成要素の一つである「開度可変型の
オリフィス」を不要にでき、構成の簡素化を図ることが
できる。
【図１】一実施例の概念構成図である。
【図２】一実施例の制限力発生手段の一例構成図であ
る。
る。
【図３】一実施例の変形構成図である。
【図４】ｂａｓｉｃ型パルス管冷凍機の概念構成図であ
る。
る。
【図５】オリフィス型パルス管冷凍機の概念構成図であ
る。
る。
１２：パルス管 １３：オリフィス（位相差制御機構） １４：バッファタンク（位相差制御機構） １５：移動体 １６、１７：制限力発生手段 ３０：細管 ３１：移動体
Claims (3)
- 【請求項１】パルス管の高温端部に、圧力振動に対する
流体変位の位相差を制御する位相差制御機構を備えたパ
ルス管冷凍機において、 前記パルス管の内部に小質量の移動体を入れること、 前記パルス管の所定位置に該移動体の移動を制限する制
限力を発生する制限力発生手段を取り付けること、 を特徴とするパルス管冷凍機。 - 【請求項２】前記所定位置と前記制限力を調節する機構
を有することを特徴とする請求項１記載のパルス管冷凍
機。 - 【請求項３】パルス管の高温端部に、圧力振動に対する
流体変位の位相差を制御する位相差制御機構を備えたパ
ルス管冷凍機において、 前記位相差制御機構を、 バッファタンクと、 該バッファタンクと前記高温端部との間を接続する細管
と、 該細管内に移動可能に挿入された小質量の移動体と、 該移動体の移動を制限する制限力を発生する制限力発生
手段と、 を含んで構成したことを特徴とするパルス管冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8146914A JP2690296B2 (ja) | 1995-11-09 | 1996-06-10 | パルス管冷凍機 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-290736 | 1995-11-09 | ||
| JP29073695 | 1995-11-09 | ||
| JP8146914A JP2690296B2 (ja) | 1995-11-09 | 1996-06-10 | パルス管冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09189455A JPH09189455A (ja) | 1997-07-22 |
| JP2690296B2 true JP2690296B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=26477607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8146914A Expired - Lifetime JP2690296B2 (ja) | 1995-11-09 | 1996-06-10 | パルス管冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2690296B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101258820B1 (ko) | 2011-08-26 | 2013-05-06 | 한국과학기술원 | 맥동관 냉동기용 위상조절장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6644038B1 (en) * | 2002-11-22 | 2003-11-11 | Praxair Technology, Inc. | Multistage pulse tube refrigeration system for high temperature super conductivity |
-
1996
- 1996-06-10 JP JP8146914A patent/JP2690296B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101258820B1 (ko) | 2011-08-26 | 2013-05-06 | 한국과학기술원 | 맥동관 냉동기용 위상조절장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09189455A (ja) | 1997-07-22 |
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