JP2706980B2 - パルス管式冷凍機 - Google Patents
パルス管式冷凍機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
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- 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
- F25B2309/1406—Pulse-tube cycles with pulse tube in co-axial or concentric 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
- F25B2309/1411—Pulse-tube cycles characterised by control details, e.g. tuning, phase shifting or general control
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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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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高温超伝導体の冷却や真空装置などで使用
する単純な構造、低価格、高信頼度を特長とする冷凍機
に関するものである。
する単純な構造、低価格、高信頼度を特長とする冷凍機
に関するものである。
［従来の技術］ パルス管式冷凍機は1963年W.E.Giffordにより初めて
提案された。
提案された。
この低温生成する方式は、作動流体の非平衡状態の特
性を動作原理としており、実際の動作状態の方程式を導
き解析することを困難にしている。また、パルス管式冷
凍機の低温生成に関する原理は多くの論文で発表されて
いるが、いづれも条件に仮定が多く、論理的には未だ確
立されていない。然し実際に低温生成が可能なことが実
証されている。
性を動作原理としており、実際の動作状態の方程式を導
き解析することを困難にしている。また、パルス管式冷
凍機の低温生成に関する原理は多くの論文で発表されて
いるが、いづれも条件に仮定が多く、論理的には未だ確
立されていない。然し実際に低温生成が可能なことが実
証されている。
［発明が解決しようとする課題］ 既存のパルス管式冷凍機は、機器構成が単純で、然も
低温部に可動部分がないことから冷凍機としての信頼性
が高いことをその特長としているが、反面効率が他の如
何なる冷凍機よりも悪い欠陥を有している。例えば絶体
温度77Kで冷凍出力１ワットを得るのに約１キロワット
の動力を必要としていた。
低温部に可動部分がないことから冷凍機としての信頼性
が高いことをその特長としているが、反面効率が他の如
何なる冷凍機よりも悪い欠陥を有している。例えば絶体
温度77Kで冷凍出力１ワットを得るのに約１キロワット
の動力を必要としていた。
即ち、従来の長所を損なうことなしに効率の高いパル
ス管式冷凍機が望まれていた。
ス管式冷凍機が望まれていた。
［課題を解決するための手段］ 本発明は上記のごとく、パルス管式冷凍機の効率を、
従来の長所を損なうことなしに高めることを目的とし、
低温部にピストン等の低温可動機構を一切必要とせずに
絶体温度で100K以下を効率よく生成し、且つ簡単な構造
から高信頼度を得ることを特長としたパルス管式冷凍機
を提案するものである。
従来の長所を損なうことなしに高めることを目的とし、
低温部にピストン等の低温可動機構を一切必要とせずに
絶体温度で100K以下を効率よく生成し、且つ簡単な構造
から高信頼度を得ることを特長としたパルス管式冷凍機
を提案するものである。
即ち、従来の蓄冷器、熱交換器、パルス管及び冷凍部
などの構成よりなるパルス管式冷凍機に対し、バッファ
ータンク又は可変容量空間を一方弁を介して、連接する
ことにより作動流体の熱交換の効率を向上させ、パルス
管式冷凍機の効率を高めることを提案するものである。
などの構成よりなるパルス管式冷凍機に対し、バッファ
ータンク又は可変容量空間を一方弁を介して、連接する
ことにより作動流体の熱交換の効率を向上させ、パルス
管式冷凍機の効率を高めることを提案するものである。
［作用］ 前記目的に対し、本発明は、圧縮機よりの作動流体を
弁を介して、又は圧縮部よりの作動流体を放熱器を介し
て蓄冷器に入れ冷却し、更に冷凍部、パルス管などを通
過させた後、ほぼ常温部にある熱交換器で放熱させ、流
入側逆止弁と流量調整弁、又はその一つを介して、機械
的、流体的、電磁的、或いはそれらの何れかにより制御
されるほぼ常温にある圧縮ピストンの背圧部の容積可変
空間に、又は一定容積のタンクに入れた後、再び排出側
逆止弁と流体調整弁、又はその何れかの一つを介してパ
ルス管を通過させ冷凍部で被冷却体を冷却して蓄冷器で
暖め再び弁を通じて圧縮機に戻る又は、蓄冷器で暖め再
び圧縮空間へ戻ることを連続的に行って低温生成するよ
うにしたものである。
弁を介して、又は圧縮部よりの作動流体を放熱器を介し
て蓄冷器に入れ冷却し、更に冷凍部、パルス管などを通
過させた後、ほぼ常温部にある熱交換器で放熱させ、流
入側逆止弁と流量調整弁、又はその一つを介して、機械
的、流体的、電磁的、或いはそれらの何れかにより制御
されるほぼ常温にある圧縮ピストンの背圧部の容積可変
空間に、又は一定容積のタンクに入れた後、再び排出側
逆止弁と流体調整弁、又はその何れかの一つを介してパ
ルス管を通過させ冷凍部で被冷却体を冷却して蓄冷器で
暖め再び弁を通じて圧縮機に戻る又は、蓄冷器で暖め再
び圧縮空間へ戻ることを連続的に行って低温生成するよ
うにしたものである。
［実施例］ 本発明を図面を参照して説明する。
第１図は従来のパルス管式冷凍機の構造説明図であ
る。図示しない圧縮機よりの作動流体（主としてヘリウ
ム、以後流体と云う）は、例えば15気圧で間欠的に開閉
する吸入弁１より蓄冷材として150メッシュの金網を数
百枚積層した蓄冷器２に入り温度降下し、流体と熱交換
し被冷却部を冷却する冷凍部３よりほぼ何も詰められて
いない空洞のパルス管５の内部で残留する流体を断熱圧
縮し、その時その残留する流体は温度上昇し、ほぼ常温
でその圧縮熱を熱交換器６で大気へ、或いは熱交換器６
と接触する図示しない冷却流体に放熱する。
る。図示しない圧縮機よりの作動流体（主としてヘリウ
ム、以後流体と云う）は、例えば15気圧で間欠的に開閉
する吸入弁１より蓄冷材として150メッシュの金網を数
百枚積層した蓄冷器２に入り温度降下し、流体と熱交換
し被冷却部を冷却する冷凍部３よりほぼ何も詰められて
いない空洞のパルス管５の内部で残留する流体を断熱圧
縮し、その時その残留する流体は温度上昇し、ほぼ常温
でその圧縮熱を熱交換器６で大気へ、或いは熱交換器６
と接触する図示しない冷却流体に放熱する。
この時のパルス管５は、冷凍部３を絶対温度77Kと
し、常温を300Kとすれば、熱交換器６の凡そ320Kまでの
温度勾配を保つ。
し、常温を300Kとすれば、熱交換器６の凡そ320Kまでの
温度勾配を保つ。
即ち320−77＝243で、243度の温度差を保つ。次に熱
交換器６の内部やパルス管５内に残留した流体は、間欠
的に開閉する吐出弁７が開くと再びパルス管５や蓄冷器
２の内部の蓄冷材空隙部に残留する流体を押し出しなが
ら温度降下し、冷凍部３で図示しない被冷却体を冷却し
て温度上昇し、更に蓄冷器２で暖められ、ほぼ常温で吐
出弁７より圧力略５気圧で圧縮機に戻る。これを連続的
に行って低温生成する。
交換器６の内部やパルス管５内に残留した流体は、間欠
的に開閉する吐出弁７が開くと再びパルス管５や蓄冷器
２の内部の蓄冷材空隙部に残留する流体を押し出しなが
ら温度降下し、冷凍部３で図示しない被冷却体を冷却し
て温度上昇し、更に蓄冷器２で暖められ、ほぼ常温で吐
出弁７より圧力略５気圧で圧縮機に戻る。これを連続的
に行って低温生成する。
尚、冷凍部３で得られる冷凍は、吐出弁７が開くこと
により蓄冷器などに残留する流体が、図示しないが、圧
縮機に戻る配管内の流体を押す仕事を連続的に行うこと
と、パルス管内と吐出弁７付近より圧縮機に戻る流体の
位相のずれにより得られる。また、冷凍は、理論的には
熱交換器６での放熱量から蓄冷器２で非効率分、更に断
熱損失分を差し引いた量が冷凍量として得られる。
により蓄冷器などに残留する流体が、図示しないが、圧
縮機に戻る配管内の流体を押す仕事を連続的に行うこと
と、パルス管内と吐出弁７付近より圧縮機に戻る流体の
位相のずれにより得られる。また、冷凍は、理論的には
熱交換器６での放熱量から蓄冷器２で非効率分、更に断
熱損失分を差し引いた量が冷凍量として得られる。
即ち、仮想上の冷凍量の最大値は、冷凍機外へ放熱し
たエネルギーだけ冷凍量として取れる。
たエネルギーだけ冷凍量として取れる。
尚、吐出弁７は吸入弁１が開いている時は閉じてお
り、１サイクルにおいて開いている時間は吸入弁１より
長い。
り、１サイクルにおいて開いている時間は吸入弁１より
長い。
以上のごとく従来のパルス管式冷凍機は単純な機器構
成でしかも低温部に可動機構がなくとも低温生成が可能
であり、高信頼度の冷凍機としての特長を有するが、効
率が悪いことが唯一の欠点であった。
成でしかも低温部に可動機構がなくとも低温生成が可能
であり、高信頼度の冷凍機としての特長を有するが、効
率が悪いことが唯一の欠点であった。
第２図は、第１図の構造を改良して高効率化した本発
明のパルス管式冷凍機の基本的な流路並び断面構造説明
図で、図示しない圧縮機よりのほぼ15気圧の流体は、吸
入弁１を瞬間的に開き直ぐ閉じることにより蓄冷器２、
冷凍部３、パルス管５内を通り放熱器６で冷却され、一
定方向のみに流体が流れる流入側逆止弁（以後、逆弁と
云う）８よりある容積を持つバッファータンク10に断熱
的に放出される。この時の圧縮熱は放熱器６やバッファ
ータンク10の外表面より大気へ、或いは他の被冷却流体
に放熱される。
明のパルス管式冷凍機の基本的な流路並び断面構造説明
図で、図示しない圧縮機よりのほぼ15気圧の流体は、吸
入弁１を瞬間的に開き直ぐ閉じることにより蓄冷器２、
冷凍部３、パルス管５内を通り放熱器６で冷却され、一
定方向のみに流体が流れる流入側逆止弁（以後、逆弁と
云う）８よりある容積を持つバッファータンク10に断熱
的に放出される。この時の圧縮熱は放熱器６やバッファ
ータンク10の外表面より大気へ、或いは他の被冷却流体
に放熱される。
次に吐出弁７が開くとバッファータンク10内の流体
は、排出側逆止弁11より放熱器６、パルス管５、冷凍部
３で図示しない被冷却体を冷却し蓄冷器２で暖められ、
吐出弁７よりほぼ５気圧で圧縮器に戻る。（冷えば流体
の作動圧力は15と８気圧でも、20と10気圧でも良いが、
圧力比が大きくなると効率は高くなるが、振動が大きく
なる） 尚、吸入弁１が閉まり、冷凍機内の流体がほぼ15気圧
で封入された後、吐出弁７が開くと、バッファータンク
10内、パルス管５内、蓄冷器２内の空間部などにそれぞ
れ残留する流体が吐出弁７より同時に放出され、圧縮機
の低圧に戻る配管内の流体を断熱的に圧縮する仕事によ
って特に冷凍部３前後の流体が膨張し低温が得られる。
は、排出側逆止弁11より放熱器６、パルス管５、冷凍部
３で図示しない被冷却体を冷却し蓄冷器２で暖められ、
吐出弁７よりほぼ５気圧で圧縮器に戻る。（冷えば流体
の作動圧力は15と８気圧でも、20と10気圧でも良いが、
圧力比が大きくなると効率は高くなるが、振動が大きく
なる） 尚、吸入弁１が閉まり、冷凍機内の流体がほぼ15気圧
で封入された後、吐出弁７が開くと、バッファータンク
10内、パルス管５内、蓄冷器２内の空間部などにそれぞ
れ残留する流体が吐出弁７より同時に放出され、圧縮機
の低圧に戻る配管内の流体を断熱的に圧縮する仕事によ
って特に冷凍部３前後の流体が膨張し低温が得られる。
第２図の基本図では、第１図の原型に対し逆止弁２個
とバッファータンク１個を加えた事が基本的な機器構成
の特長で、吸入用の逆止弁８は、吸入弁１が開き冷凍機
の内部圧力がある圧力になるまで開かないので（例え
ば、冷凍機内の流体の圧力が１気圧で、弁７が閉じて弁
１が開き15気圧の流体が入り出すと冷凍機内の圧力が少
しずつ上昇して１気圧になると逆止弁８が開く。この間
を圧力上昇時間と云い、弁１が閉で弁７が開で逆止弁11
が開くまでの時間を下降時間と云う）、この圧力上昇時
間の間に流体が放熱器６での放熱の滞留時間が第１図の
構造よりも長くなり、その分の放熱量が増える。更に吐
出弁７が開きある圧力に下がると逆止弁11が開くので、
この下降時間においてバッファータンク10内の流体が滞
留して放熱しているので、弁８の効果と同様に、第１図
の構造より放熱量が増加する。
とバッファータンク１個を加えた事が基本的な機器構成
の特長で、吸入用の逆止弁８は、吸入弁１が開き冷凍機
の内部圧力がある圧力になるまで開かないので（例え
ば、冷凍機内の流体の圧力が１気圧で、弁７が閉じて弁
１が開き15気圧の流体が入り出すと冷凍機内の圧力が少
しずつ上昇して１気圧になると逆止弁８が開く。この間
を圧力上昇時間と云い、弁１が閉で弁７が開で逆止弁11
が開くまでの時間を下降時間と云う）、この圧力上昇時
間の間に流体が放熱器６での放熱の滞留時間が第１図の
構造よりも長くなり、その分の放熱量が増える。更に吐
出弁７が開きある圧力に下がると逆止弁11が開くので、
この下降時間においてバッファータンク10内の流体が滞
留して放熱しているので、弁８の効果と同様に、第１図
の構造より放熱量が増加する。
即ち放熱量の大小は、第１図で説明したごとく冷凍量
とほぼ等価と考えられるので、冷凍量は各段に増え、例
えば入力が１キロワットで77Kの冷凍温度で約１ワット
であったのが、本第２図の構造では、約４ワットに増加
した。
とほぼ等価と考えられるので、冷凍量は各段に増え、例
えば入力が１キロワットで77Kの冷凍温度で約１ワット
であったのが、本第２図の構造では、約４ワットに増加
した。
尚、弁１、７の二つを、一つの電動や機械的に駆動さ
れるロータリー弁にすることも可能である。
れるロータリー弁にすることも可能である。
第３図は本発明の主たる実施例で、吸入弁１と吐出弁
７を取り去り、更に圧縮機の代わりに図示しないが、ク
ランクシャフト、カムなどによる機械的往復動やリニア
ーモータにより往復動するピストン12で圧縮空間15内の
流体を圧縮・膨張させるような構造とした事が特長であ
る。
７を取り去り、更に圧縮機の代わりに図示しないが、ク
ランクシャフト、カムなどによる機械的往復動やリニア
ーモータにより往復動するピストン12で圧縮空間15内の
流体を圧縮・膨張させるような構造とした事が特長であ
る。
尚、この圧縮空間内には圧力がほぼ20気圧の作動流体
が予かじめ封入されている ピストン12は、誘導型や同期型のリニアーモーターの
ローター部21と連結し固定され、ステイター14との電磁
作用で往復動される。尚、図示しないが、この機構には
ホットトランジスター、その他を用いて電磁ピストン
（12と21による）の位置検出制御がされている。また、
電磁機構は同期型でも誘導型の何れでも本発明は実施可
能である。18はピストン・ローターの位置決めやピスト
ン12をスムースに往復動させる為の流体やメカニカルス
プリングによるピストン制御機構であり、膨張仕事を受
けることによる発熱は、内部に残留する流体やこの機構
と接触する材料を介して熱伝導により冷凍機外部に放熱
される。
が予かじめ封入されている ピストン12は、誘導型や同期型のリニアーモーターの
ローター部21と連結し固定され、ステイター14との電磁
作用で往復動される。尚、図示しないが、この機構には
ホットトランジスター、その他を用いて電磁ピストン
（12と21による）の位置検出制御がされている。また、
電磁機構は同期型でも誘導型の何れでも本発明は実施可
能である。18はピストン・ローターの位置決めやピスト
ン12をスムースに往復動させる為の流体やメカニカルス
プリングによるピストン制御機構であり、膨張仕事を受
けることによる発熱は、内部に残留する流体やこの機構
と接触する材料を介して熱伝導により冷凍機外部に放熱
される。
20はピストンリング、19は流体溜、22は流体供給弁、
16は放熱器で大気や他の被冷却流体17に放熱する。ここ
までの機器が第２図の構造と変わるところである。定温
の発生機構は、ピストン12がパルス的に上死点に向かう
と圧縮空間15の流体及びパルス管５内の流体は、それぞ
れ断熱的に圧縮され放熱器16と６で圧縮熱を放出する。
この時、圧縮空間15の流体は蓄冷器２で冷され、パルス
管５内に入り、パルス管５内の流体は断熱的に圧縮され
て放熱器６で放熱し、ある圧力になると開く逆止弁８よ
りバッファータンク10内に入る。
16は放熱器で大気や他の被冷却流体17に放熱する。ここ
までの機器が第２図の構造と変わるところである。定温
の発生機構は、ピストン12がパルス的に上死点に向かう
と圧縮空間15の流体及びパルス管５内の流体は、それぞ
れ断熱的に圧縮され放熱器16と６で圧縮熱を放出する。
この時、圧縮空間15の流体は蓄冷器２で冷され、パルス
管５内に入り、パルス管５内の流体は断熱的に圧縮され
て放熱器６で放熱し、ある圧力になると開く逆止弁８よ
りバッファータンク10内に入る。
次にピストン12が下死点にパルス的に向かうと、圧縮
空間15の圧力が急に低下するので、逆止弁11が開きバッ
ファータンク10内の流体が圧縮空間15に戻る。この時バ
ッファータンク10内と圧縮空間15内の流体圧力との位相
がずれる事により低温が得られる。即ち膨張仕事をす
る。
空間15の圧力が急に低下するので、逆止弁11が開きバッ
ファータンク10内の流体が圧縮空間15に戻る。この時バ
ッファータンク10内と圧縮空間15内の流体圧力との位相
がずれる事により低温が得られる。即ち膨張仕事をす
る。
放熱量に関しては、第２図の構造とほぼ同じである
が、この方式では、ピストン12の往復動作をリニアーモ
ーターを使用する事によりサイン的に、或いは矩形波的
に駆動する事が可能であり、駆動周波数にもよるが機械
振動が多少増えても矩形波的に駆動すると５〜６ワット
の冷凍量が得られる。
が、この方式では、ピストン12の往復動作をリニアーモ
ーターを使用する事によりサイン的に、或いは矩形波的
に駆動する事が可能であり、駆動周波数にもよるが機械
振動が多少増えても矩形波的に駆動すると５〜６ワット
の冷凍量が得られる。
第４図は本発明の第３図の基本構造を元に改良した他
の実施例であり、バッファータンク10の代わりに圧縮ピ
ストンの反圧縮空間側に可変容積のバッファー空間10−
１とパルス管５を二つに分離した５−１と５−２を更
に、流量調整弁23,24を設けたことである。効率向上か
らの大きな特長は、圧縮ピストン12がパルス的に上死点
に向かうと圧縮空間15やその他からのパルス的に圧縮さ
れた流体が逆止弁８、放熱器６−１、流量調整弁23を通
り可変容積のバッファー空間10−１に入るが、同時に圧
縮ピストン12を押し上げる仕事をするので、圧縮ピスト
ン12が流体を圧縮する動力は20〜30％減ることである。
の実施例であり、バッファータンク10の代わりに圧縮ピ
ストンの反圧縮空間側に可変容積のバッファー空間10−
１とパルス管５を二つに分離した５−１と５−２を更
に、流量調整弁23,24を設けたことである。効率向上か
らの大きな特長は、圧縮ピストン12がパルス的に上死点
に向かうと圧縮空間15やその他からのパルス的に圧縮さ
れた流体が逆止弁８、放熱器６−１、流量調整弁23を通
り可変容積のバッファー空間10−１に入るが、同時に圧
縮ピストン12を押し上げる仕事をするので、圧縮ピスト
ン12が流体を圧縮する動力は20〜30％減ることである。
次に圧縮ピストン12が下死点に向かうと、バッファー
空間10−１の流体が放熱器６−２、流量調整弁24を通り
逆止弁11よりパルス管５−２を通じて冷凍部３、蓄冷器
２、放熱器16より圧縮空間15に戻る。さらにこの二つの
流体の行程変化において、流量調整弁23,24により流体
流量が制御出来るので、所要冷凍温度において最大にな
る冷凍量を得る事が出来る。実験では77Kにおいて最高
８ワットを得た。
空間10−１の流体が放熱器６−２、流量調整弁24を通り
逆止弁11よりパルス管５−２を通じて冷凍部３、蓄冷器
２、放熱器16より圧縮空間15に戻る。さらにこの二つの
流体の行程変化において、流量調整弁23,24により流体
流量が制御出来るので、所要冷凍温度において最大にな
る冷凍量を得る事が出来る。実験では77Kにおいて最高
８ワットを得た。
尚、弁25はピストン制御機構18と共に、流体溜19の圧
力及びピストン12の背圧の調整を自動的に行ってピスト
ン12をスムースに往復動作をするための機能を持つ。
力及びピストン12の背圧の調整を自動的に行ってピスト
ン12をスムースに往復動作をするための機能を持つ。
即ち、弁25を介して可変空間10−１に入る作動流体の
一部を流体溜19に分離挿入することにより、流体圧がロ
ーター下部21の下面に作用し、圧縮ピストンの仕事量を
更に減少することが出来る。
一部を流体溜19に分離挿入することにより、流体圧がロ
ーター下部21の下面に作用し、圧縮ピストンの仕事量を
更に減少することが出来る。
又、作動流体を可変空間10−１及び流体溜19に吸排出
させることにより、ピストン12及びローター部21に対す
る冷却効果を期待することが出来る。
させることにより、ピストン12及びローター部21に対す
る冷却効果を期待することが出来る。
第５図は、第４図の構造を元にして改良した更に他の
実施例の構造説明図で、１本又は複数の中央パルス管５
−３を軸中心にして、その同心円状に金属メッシュの数
百枚の積層その他の材料で構成された蓄冷器２−１を設
けた事が大きな特長で、第４図より単純化された構造で
ある。６−３は集約熱交換器であるが、逆止弁８の前に
接続しても、後でも良いが、後に接続すると断熱圧縮に
よる流体熱が弁を加熱して劣化を早める。
実施例の構造説明図で、１本又は複数の中央パルス管５
−３を軸中心にして、その同心円状に金属メッシュの数
百枚の積層その他の材料で構成された蓄冷器２−１を設
けた事が大きな特長で、第４図より単純化された構造で
ある。６−３は集約熱交換器であるが、逆止弁８の前に
接続しても、後でも良いが、後に接続すると断熱圧縮に
よる流体熱が弁を加熱して劣化を早める。
又、集約熱交換器６−３、放熱器16−２は一体化した
放熱器にすることが可能であり、更に流量調整弁23は逆
止弁８の前に接続しても後でも良いが、所要冷凍温度を
変える事が必要のない場合では、逆止弁のCV値を一定と
し開閉圧力も正確に調整出来るようになれば設置しなく
とも良い。
放熱器にすることが可能であり、更に流量調整弁23は逆
止弁８の前に接続しても後でも良いが、所要冷凍温度を
変える事が必要のない場合では、逆止弁のCV値を一定と
し開閉圧力も正確に調整出来るようになれば設置しなく
とも良い。
本方式では、冷凍出力８〜10ワットが容易に得られ
た。
た。
尚、本発明の実施例の第２図〜第５図の蓄冷器及びパ
ルス管は真空断熱されており、放熱器6,6−1,6−２の放
熱量が充分取れる場合は、放熱器16,16−1,16−２を単
純で簡単な構造の空冷型か、或いは取り除いて流体の圧
力損失を無くすような構造にしても本発明のパルス管式
冷凍機の構造においては低温生成が可能である。
ルス管は真空断熱されており、放熱器6,6−1,6−２の放
熱量が充分取れる場合は、放熱器16,16−1,16−２を単
純で簡単な構造の空冷型か、或いは取り除いて流体の圧
力損失を無くすような構造にしても本発明のパルス管式
冷凍機の構造においては低温生成が可能である。
［発明の効果］ 上記に述べたごとく、本発明は従来のパルス管式冷凍
機の部品数が少なく軽量コンパクトで且つ信頼性が高い
長所を損なうことなく、冷凍効率を極めて向上させるこ
とが出来、効率のよい低温生成を可能とした。従って、
従来に増して軽量コンパクト化が可能となり、より安価
な冷凍機の提供が期待できる。
機の部品数が少なく軽量コンパクトで且つ信頼性が高い
長所を損なうことなく、冷凍効率を極めて向上させるこ
とが出来、効率のよい低温生成を可能とした。従って、
従来に増して軽量コンパクト化が可能となり、より安価
な冷凍機の提供が期待できる。
第１図は従来のパルス管式冷凍機の構造説明図、第２図
は本発明のパルス管式冷凍機の基本的構造説明図、第３
図は本発明の主たる実施例の構造説明図、第４図は本発
明の他の実施例の構造説明図、第５図は本発明の更に他
の実施例の構造説明図を示す。 図中矢印は流体の流れ方向を示す。 １……吸入弁、２……蓄冷器、３……冷凍部、４……パ
ルス管部分、５−１……流入側パルス管、５−２……排
出側パルス管、５−３……中央パルス管、６……熱交換
器、６−１……流入側熱交換器、６−２……排出側熱交
換器、６−３……集約熱交換器、７……吐出弁、８……
流入側逆止弁、９……流量制御弁（図示せず）、10……
バッファータンク、10−１……可変容量バッファ空間、
11……排出側逆止弁、12……ピストン、13……リニアモ
ーターのローター、14……ステイター、15……圧縮空
間、16……放熱器、17……被冷却流体、18……スプリン
グ、19……流体溜、20……ピストンリング、21……リニ
アモーターのローター下部、22……流体供給弁、23……
流入側流量調整弁、24……排出側流量調整弁、25……
弁。
は本発明のパルス管式冷凍機の基本的構造説明図、第３
図は本発明の主たる実施例の構造説明図、第４図は本発
明の他の実施例の構造説明図、第５図は本発明の更に他
の実施例の構造説明図を示す。 図中矢印は流体の流れ方向を示す。 １……吸入弁、２……蓄冷器、３……冷凍部、４……パ
ルス管部分、５−１……流入側パルス管、５−２……排
出側パルス管、５−３……中央パルス管、６……熱交換
器、６−１……流入側熱交換器、６−２……排出側熱交
換器、６−３……集約熱交換器、７……吐出弁、８……
流入側逆止弁、９……流量制御弁（図示せず）、10……
バッファータンク、10−１……可変容量バッファ空間、
11……排出側逆止弁、12……ピストン、13……リニアモ
ーターのローター、14……ステイター、15……圧縮空
間、16……放熱器、17……被冷却流体、18……スプリン
グ、19……流体溜、20……ピストンリング、21……リニ
アモーターのローター下部、22……流体供給弁、23……
流入側流量調整弁、24……排出側流量調整弁、25……
弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 洋一 千葉県船橋市大穴町592―64
Claims (3)
- 【請求項１】蓄冷器、熱交換器、パルス管、冷凍部等か
ら構成されるパルス管式冷凍機において、 パルス管冷凍機に内蔵された圧縮機の圧縮空間15よりの
作動流体を、放熱器16を介して蓄冷器２に入れ冷却し、
更に前記冷凍部３、パルス管５などを通過させた後、ほ
ぼ常温部にある熱交換器６で放熱させ、流入側逆止弁８
と流量調整弁９又はその何れか一方を介してバッファー
タンク10に流入した後、再び排出用逆止弁11と流量調整
弁又はその何れか一方を介してパルス管５を通過させて
冷凍部３で被冷却体を冷却し、更に前記蓄冷器２で加熱
した後、放熱器16を介して前記圧縮空間15に戻すことを
特徴とするパルス管式冷凍機。 - 【請求項２】前記バッファータンクが前記圧縮機の可変
容量バッファ空間により少くとも構成されることを特徴
とする請求項１記載のパルス管式冷凍機。 - 【請求項３】前記１本又は複数のパルス管が複数の蓄冷
器に取り囲まれるごとく配設されたことを特徴とする請
求項２記載のパルス管式冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1117269A JP2706980B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | パルス管式冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1117269A JP2706980B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | パルス管式冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02298764A JPH02298764A (ja) | 1990-12-11 |
| JP2706980B2 true JP2706980B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=14707577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1117269A Expired - Lifetime JP2706980B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | パルス管式冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2706980B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9080794B2 (en) * | 2010-03-15 | 2015-07-14 | Sumitomo (Shi) Cryogenics Of America, Inc. | Gas balanced cryogenic expansion engine |
| US10852040B2 (en) | 2015-07-23 | 2020-12-01 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Linear expander and cryogenic refrigeration system including the same |
-
1989
- 1989-05-12 JP JP1117269A patent/JP2706980B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02298764A (ja) | 1990-12-11 |
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