JP2844444B2 - 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】
【発明の属する分野】本発明は、蓄冷器とパルス管とを
連通接続し、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、オリィフィスパルス管冷凍機や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
型パルス管冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、小型で振動のない状態で冷却を行
えるパルス管冷凍機として実開平５−４７７５７号で開
示されたものが知られている。この従来のものは、図８
に示すように、蓄冷器(50)とパルス管(51)とを吸熱用連
結路(52)で連通させてなる寒冷発生部と圧縮機(53)とを
分離して構成し、蓄冷器(50)の高温端と圧縮機(53)の高
圧口(54)及び低圧口(55)とをロータリーバルブ(56)を介
して連通接続し、ロータリーバルブ(56)の作動で蓄冷器
(50)の高温端を圧縮機(53)の高圧口(54)と低圧口(55)に
切り換え接続するようにし、パルス管(51)の高温端部に
第１オリフィス(57)を介してバッファタンク(58)を接続
し、パルス管(51)とバッファタンク(58)とを連通するメ
インガス通路(59)から分岐導出したサブガス通路(60)を
ロータリーバルブ(56)と蓄冷器(50)とを連通接続してい
る冷媒ガス通路(61)に第２オリフィス(62)を介して接続
させた構成になっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
ものでは、寒冷発生部をバイパスする状態でガス通路を
形成し、このガス通路に第２オリフィスを介装している
ことから、圧縮機を流れる作動流体を十分に利用してい
ないという問題があった。このような点に着目し、本発
明は、圧縮機を流れる作動流体を十分に利用して、高い
冷凍能力を発揮することのできるパルス管冷凍機を提供
することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに請求項１に記載の発明は、パルス管の高温端部に開
閉弁を介してバッファタンクを連通接続するとともに、
このバッファタンクを流路切換弁を介して圧縮機ユニッ
トの高圧口及び低圧口とを切換接続可能に連通連結した
ことを特徴とし、請求項４に記載の発明は、パルス管の
高温端部に流路選択弁を介して３つバッファタンクを連
通接続し、１つのバッファタンクを圧縮機ユニットの高
圧口に、他の１つのバッファタンクを圧縮機ユニットの
低圧口にそれぞれ流路絞り機構を介して接続したことを
特徴としている。
【０００５】
【作用】請求項１に記載の発明では、パルス管の高温端
部に開閉弁を介してバッファタンクを連通接続するとと
もに、このバッファタンクを圧縮機ユニットの高圧口及
び低圧口とを切換接続可能に連通連結しているので、蓄
冷器と圧縮機ユニットとの接続系に配置した流路切換弁
と、バッファタンクと圧縮機との接続系に配置した流路
切換弁及びパルス管とバッファタンクとの接続系に配置
した開閉弁との切り換えタイミングを調整することによ
り、パルス管内での作動流体圧の変動及びガスディスプ
レーサの移動に伴う体積の変動を制御することができる
から、圧縮機を流れる作動流体を有効に利用することが
できる。
【０００６】また、請求項４の発明では、パルス管の高
温端部に流路選択弁を介して３つバッファタンクを連通
接続するとともに、この３つのバッファタンクの内の１
つを圧縮機ユニットの高圧口に、また残る２つのバッフ
ァタンクの内の１つを圧縮機ユニットの低圧口にそれぞ
れ連通接続しているので、バッファタンク内の圧力を高
圧、中圧、低圧に維持し、このバッファタンク内の圧力
を利用してパルス管内の圧力変動及びガスディスプレー
サの移動に伴う体積の変動を制御することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の１つの実施形態を
示すパルス冷凍機の概略構成図、図２はその概念図であ
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)と、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流路切換ユ
ニット(６)とで構成してある。
【０００８】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、流路切換ユニット(６)はロータリで形成
した主流路切換弁(12)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)が主流路切換弁(12)の一次側高圧ポートに接
続され、主流路切換弁(12)の一次側低圧ポートが低圧ガ
ス戻し路(15)を介して圧縮機(７)に連通接続してある。
【０００９】寒冷発生部(４)は２本のステンレスパイプ
(16)(17)を平行に配置し、その下端部を銅製エンドキャ
ップ(18)に嵌着し、上端部を取付フランジ(19)に嵌着し
て形成してあり、一方のステンレスパイプ(17)の内部に
ステンレス製メッシュ体を積層配置して蓄冷材(図示略)
とするとともに、上下両端部に整流板(図示略)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(16)の下端部に整流板(図示略)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(18)
には吸熱用連通路(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。
【００１０】蓄冷器(２)の上端部は取付フランジ(19)に
形成した冷媒ガス導入管(21)が可撓性ホースを介して主
流路切換弁(12)の二次ポートに連通してある。そして、
主流路切換弁(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)に供給し、蓄冷器
(２)内の冷媒ガスを圧縮機ユニット(５)に戻すようにな
っている。
【００１１】一方、パルス管(１)の上端部には電動式ロ
ータリー弁で形成した流路開閉弁(22)を介してバッファ
タンク(23)が連通接続してあり、このバッファタンク(2
3)の上端部は電動式ロータリー弁で形成した副流路切換
弁(24)を介して圧縮機ユニット(５)の高圧ガス通路(14)
と低圧ガス戻し路(15)に連通接続している。
【００１２】図３は上記実施態様での３つの弁(12)(22)
(24)の開閉タイミングを示す図であり、主流路切換弁(1
2)をＶ1、流路開閉弁(22)をＶ2、副流路切換弁(24)をＶ
3と、また主流路切換弁(12)及び副流路切換弁(24)の高
圧ガス通路(14)との連通状態をＯH、主流路切換弁(12)
及び副流路切換弁(24)の低圧ガス戻し路(15)との連通状
態をＯL、弁閉止状態をＳとそれぞれ表記してある。流
路開閉弁(22)では、開弁状態をＯと、閉弁状態をＳとそ
れぞれ表記してある。各弁の開閉をこのように制御する
ことにより、パルス管(１)での圧力変化が大きくなり、
パルス管(１)内でのＰＶ曲線を左傾斜でかつ、そのＰＶ
曲線で囲まれる面積を広くすることができる。
【００１３】図４は上記実施態様の変形例の概念図を示
し、このものは、バッファタンク(23)と副流路切換弁(2
4)との間に流路絞り機構(25)としてのオリフィスを介装
したもので、このようにすることにより、図５に示すよ
うに副流路切換弁(24)の切り換え制御を簡略化しても、
前記実施態様と同様の効果を得ることができる。
【００１４】図６は、本発明の別の実施態様の概念図を
示し、これは、パルス管(１)の高温端部に流路選択弁(2
6)を介して３つのバッファタンク(23Ａ)(23Ｂ)(23Ｃ)を
連通接続し、１つのバッファタンク(23Ａ)を流路絞り機
構(25)を介して圧縮機ユニット(５)の高圧ガス通路(14)
に連通接続するとともに、残る２つのバッファタンクの
内の一方のバッファタンク(23Ｃ)を流路絞り機構(25)を
介して圧縮機ユニット(５)の低圧ガス戻し路(14)に連通
接続し、高圧ガス通路(14)に連通しているバッファタン
ク(23Ａ)を高圧バッファタンクに、低圧ガス戻し路(15)
に連通しているバッファタンク(23Ｃ)を低圧バッファタ
ンクに、また、パルス管(１)にのみ連通しているバッフ
ァタンク(23Ｂ)を中圧バッファタンクに形成したもの
で、このようにすることにより、図７に示すように主流
路切換弁(12)と流路選択弁(26)の切換え制御しても、前
記実施態様と同様の効果を得ることができる。なお、図
７において流路選択弁(26)はＶ4と表記されており、高
圧バッファタンク(23Ａ)に連通する状態をＯH、中圧バ
ッファタンク(23Ｂ)に連通する状態をＯM、低圧バッフ
ァタンク(23Ｃ)に連通する状態をＯLと表記されてい
る。
【００１５】このように構成した本発明では、圧縮機
(７)からの高圧ガスをバッファタンク(23)を介してパル
ス管(１)に供給し、パルス管(１)内のガスの一部をバッ
ファタンク(23)を介して圧縮機(７)に返送することがで
きるから、パルス管(１)内での圧力変動幅を大きくする
ことができるうえ、パルス管内に生じるガスデイスプレ
サーの移動量を大きくすることができることになり、冷
凍機の冷凍能力を向上させることができる。
【００１６】上記各実施態様において、流路開閉弁(22)
及び副流路切換弁(24)、あるいは流路選択弁(26)を主流
路切換弁(12)と一体に形成し、各弁のロータを弁駆動用
モータ(13)の回転軸に固定しておくと、各弁の切り換え
タイミングを簡単に制御することができる。また、前記
各実施例では、流路絞り機構(25)としてオリフィスを使
用したものについて説明したが、流路絞り機構(25)とし
てはオリフィスに限らず、ニードル弁等の弁を使用する
こともできる。
【００１７】
【発明の効果】本発明では、パルス管の高温端に流路開
閉弁を介して１つのバッファタンクを連通接続するとと
もに、このバッファタンクに圧縮機ユニットの高圧口及
び低圧口を流路切り換え弁を介して連通接続させ、ある
いはパルス管の高温端に流路選択弁を介して３つのバッ
ファタンクを連通接続し、１つのバッファタンクを圧縮
機ユニットの高圧口に、残るバッファタンクのうちの一
方のバッファタンクを圧縮機ユニットの低圧口にそれぞ
れ連通接続していることから、圧縮機ユニットからの高
圧ガスをバッファタンクを介してパルス管に供給し、あ
るいはパルス管内のガスの一部をバッファタンクを介し
て圧縮機ユニットに返送することができるから、パルス
管内での圧力変動幅を大きくすることができるうえ、パ
ルス管内に生じるガスデイスプレサーの移動量を大きく
することができることになり、冷凍機の冷凍能力を向上
させることができる。
【００１８】また、圧縮機ユニットの高圧口及び低圧口
がバッファタンクに連通接続してあることから、バッフ
ァタンクの容量はパルス管内容積の数倍程度の小容量で
よく、実用性に優れるうえ、圧縮機の能力を十分活用す
ることができ、高い冷凍機性能を発揮させることができ
る。
【００１９】各バルブをロータリー弁で構成した場合に
は、１つの駆動モータで各弁を作動させることが可能で
あることから、各弁の開閉作動タイミングの調整を容易
に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パルス冷凍機の概略構成図である。
【図２】その概念図である。
【図３】各バルブの開閉タイミングを示す図である。
【図４】変形例の概念図である。
【図５】変形例での各バルブの開閉タイミングを示す図
である。
【図６】異なる実施態様の概念図である。
【図７】異なる実施態様での各バルブの開閉タイミング
を示す図である。
【図８】従来技術を示す概念図である。
【符号の説明】
１…パルス管、２…蓄冷器、３…吸熱用連結路、５…圧
縮機ユニット、12…流路切換弁、22…流路開閉弁、23…
バッファタンク、24…流路切換弁、25…流路絞り機構、
26…流路選択弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−129724（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−260269（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 9/00 311

Claims (5)

    (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、蓄冷器(２)
    の高温端を流路切換弁(12)を介して圧縮機ユニット(５)
    の高圧口と低圧口とに切換接続可能に連通連結して構成
    したパルス管冷凍機において、 パルス管(１)の高温端部に流路開閉弁(22)を介してバッ
    ファタンク(23)を連通接続するとともに、このバッファ
    タンク(23)を流路切換弁(24)を介して圧縮機ユニット
    (５)の高圧口及び低圧口に切換接続可能に連通連結した
    ことを特徴とするパルス管冷凍機。
  2. 【請求項２】 バッファタンク(23)を圧縮機ユニット
    (５)の高圧口及び低圧口に切り換え接続する流路切換弁
    (24)とバッファタンク(23)との間に流路絞り機構(25)を
    介装した請求項１のパルス管冷凍機。
  3. 【請求項３】 蓄冷器(２)を圧縮機ユニット(５)の高圧
    口及び低圧口に切り換え接続する流路切換弁(12)と、バ
    ッファタンク(23)を圧縮機ユニット(５)の高圧口及び低
    圧口に切り換え接続する流路切換弁(24)と、パルス管
    (１)とバッファタンク(23)との間に配置した流路開閉弁
    (22)とをそれぞれ電動式ロータリー弁で構成した請求項
    １または請求項２に記載のパルス管冷凍機。
  4. 【請求項４】 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、蓄冷器(２)
    の高温端を圧縮機ユニット(５)の高圧口と低圧口とに切
    換接続可能に連通連結して構成したパルス管冷凍機にお
    いて、 パルス管(１)の高温端部に流路選択弁(26)を介して３つ
    バッファタンク(23)を連通接続するとともに、１つのバ
    ッファタンク(23Ａ)を圧縮機ユニット(５)の高圧口に、
    他の１つのバッファタンク(23Ｃ)を圧縮機ユニット(５)
    の低圧口にそれぞれ流路絞り機構(25)を介して接続した
    ことを特徴とするパルス管冷凍機。
  5. 【請求項５】 蓄冷器(２)を圧縮機ユニット(５)の高圧
    口及び低圧口に切り換え接続する流路切換弁(12)と、パ
    ルス管(１)とバッファタンク(23)との間に配置した流路
    選択弁(26)とをそれぞれ電動式ロータリー弁で構成した
    請求項４に記載のパルス管冷凍機。
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