JP2877592B2 - 極低温冷凍装置 - Google Patents
極低温冷凍装置Info
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- Japan
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- heat exchanger
- pulse tube
- temperature end
- end heat
- compressor
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- 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
-
- 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
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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-
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-
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パルスチューブを使用
して低温端熱交換器に１５０Ｋ〜２０Ｋ（−１２３℃〜
−２５３℃）の極低温を発生し、この極低温を各種赤外
線センサーや高温超伝導ディバイス等の冷却に利用する
極低温冷凍装置に関する。
して低温端熱交換器に１５０Ｋ〜２０Ｋ（−１２３℃〜
−２５３℃）の極低温を発生し、この極低温を各種赤外
線センサーや高温超伝導ディバイス等の冷却に利用する
極低温冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明に先行する特開平１−１１４６７
０号公報に記載された従来の極低温冷凍装置では、図５
に示すように、コンプレッサー１を順次、予冷用熱交換
器２、蓄冷器３、低温端熱交換器４、パルスチューブ
５、オリフィス弁６及びバッファータンク７に連通し、
圧縮過程においてコンプレッサー１で圧縮したガス状冷
媒を、予冷用熱交換器２及び蓄冷器３を通る間に冷却し
てパルスチューブ５に流入しこのパルスチューブ５の残
留冷媒を圧縮してその圧縮熱を高温端部５ａで放熱し、
更にオリフィス弁６を通る間に断熱膨張により冷却して
バッファータンク７に流入し、その後膨張過程において
コンプレッサー１を吸引動作することで前記バッファー
タンク７のガス状冷媒を、復帰移動してパルスチューブ
５内で断熱膨張し更に低温化して低温端熱交換器４及び
蓄冷器３を冷却しコンプレッサー１に帰還させ、斯る往
復移動サイクルを繰り返すことにより、低温端熱交換器
４に極低温を得ている。
０号公報に記載された従来の極低温冷凍装置では、図５
に示すように、コンプレッサー１を順次、予冷用熱交換
器２、蓄冷器３、低温端熱交換器４、パルスチューブ
５、オリフィス弁６及びバッファータンク７に連通し、
圧縮過程においてコンプレッサー１で圧縮したガス状冷
媒を、予冷用熱交換器２及び蓄冷器３を通る間に冷却し
てパルスチューブ５に流入しこのパルスチューブ５の残
留冷媒を圧縮してその圧縮熱を高温端部５ａで放熱し、
更にオリフィス弁６を通る間に断熱膨張により冷却して
バッファータンク７に流入し、その後膨張過程において
コンプレッサー１を吸引動作することで前記バッファー
タンク７のガス状冷媒を、復帰移動してパルスチューブ
５内で断熱膨張し更に低温化して低温端熱交換器４及び
蓄冷器３を冷却しコンプレッサー１に帰還させ、斯る往
復移動サイクルを繰り返すことにより、低温端熱交換器
４に極低温を得ている。
【０００３】しかしながらこの種従来の極低温冷凍装置
では、冷凍能力のアップの目的で前記パルスチューブ５
を伸長させた場合、極低温冷凍装置の全長についても大
型化し取扱が困難となり機構も複雑化する等の欠点があ
る。
では、冷凍能力のアップの目的で前記パルスチューブ５
を伸長させた場合、極低温冷凍装置の全長についても大
型化し取扱が困難となり機構も複雑化する等の欠点があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の欠点を
解消して、コンパクトで且つ冷凍能力の高い極低温冷凍
装置を提供するものである。
解消して、コンパクトで且つ冷凍能力の高い極低温冷凍
装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、コンプレッサ
ーを順次、予冷用熱交換器、蓄冷器、低温端熱交換器、
パルスチューブ、高温端熱交換器、オリフィス弁及びバ
ッファータンクに連通し、前記バッファータンクと前記
コンプレッサーとの間で、ガス状冷媒を往復移動させる
ことにより、前記低温端熱交換器を極低温に冷却してな
るものであって、前記パルスチューブを孤状に略１８０
°折り曲げることにより、前記パルスチューブ、前記高
温端熱交換器、前記オリフィス弁及び前記バッファータ
ンクを、前記コンプレッサー、前記予冷用熱交換器、前
記蓄冷器及び前記低温端熱交換器に対して略並行して配
置したものである。
ーを順次、予冷用熱交換器、蓄冷器、低温端熱交換器、
パルスチューブ、高温端熱交換器、オリフィス弁及びバ
ッファータンクに連通し、前記バッファータンクと前記
コンプレッサーとの間で、ガス状冷媒を往復移動させる
ことにより、前記低温端熱交換器を極低温に冷却してな
るものであって、前記パルスチューブを孤状に略１８０
°折り曲げることにより、前記パルスチューブ、前記高
温端熱交換器、前記オリフィス弁及び前記バッファータ
ンクを、前記コンプレッサー、前記予冷用熱交換器、前
記蓄冷器及び前記低温端熱交換器に対して略並行して配
置したものである。
【０００６】
【作用】本発明によれば、パルスチューブを略１８０°
折り曲げることにより、このパルスチューブを極低温冷
凍装置の全長についての大型化を招来することなしに延
長して、極低温冷凍装置の冷凍能力の向上を図れると共
に、前記パルスチューブの折り曲げ態様を孤状とするこ
とにより、冷媒流の急激な進路変更も、これにともなう
渦流の発生も防止して、パルスチューブ内の圧力損失を
最小限に抑制でき、従って、コンパクトで且つ冷凍能力
の高い極低温冷凍装置を提供できるようになる。
折り曲げることにより、このパルスチューブを極低温冷
凍装置の全長についての大型化を招来することなしに延
長して、極低温冷凍装置の冷凍能力の向上を図れると共
に、前記パルスチューブの折り曲げ態様を孤状とするこ
とにより、冷媒流の急激な進路変更も、これにともなう
渦流の発生も防止して、パルスチューブ内の圧力損失を
最小限に抑制でき、従って、コンパクトで且つ冷凍能力
の高い極低温冷凍装置を提供できるようになる。
【０００７】
【実施例】次に本発明の一実施例について説明する。
【０００８】８はコンプレッサーで、シリンダー９の内
部に往復動型のピストン１０を収納している。１１はコ
ンプレッサー８に配管接続した予冷用熱交換器で、水冷
又は空冷される。１２は予冷用熱交換器１１をその一部
に備えた蓄冷器で、鉛や銅等からなる蓄冷材１３を収納
している。１４は蓄冷器１２に接続した低温端熱交換
器、１５は低温端熱交換器１４にその一端部を接続した
ステンレス鋼製のパルスチューブで、圧縮過程で発生し
た圧縮熱を他端部の高温端熱交換器１６から放熱する。
１７はバッファータンクで、パルスチューブ１５から押
し出された圧縮過程時のガス状冷媒をオリフィス弁１８
にて断熱膨張させ更に冷却して流入させる。
部に往復動型のピストン１０を収納している。１１はコ
ンプレッサー８に配管接続した予冷用熱交換器で、水冷
又は空冷される。１２は予冷用熱交換器１１をその一部
に備えた蓄冷器で、鉛や銅等からなる蓄冷材１３を収納
している。１４は蓄冷器１２に接続した低温端熱交換
器、１５は低温端熱交換器１４にその一端部を接続した
ステンレス鋼製のパルスチューブで、圧縮過程で発生し
た圧縮熱を他端部の高温端熱交換器１６から放熱する。
１７はバッファータンクで、パルスチューブ１５から押
し出された圧縮過程時のガス状冷媒をオリフィス弁１８
にて断熱膨張させ更に冷却して流入させる。
【０００９】而して前記パルスチューブ１５は、前記低
温端熱交換器１４の接続端部１５ａの近傍を孤状に略１
８０°折り曲げると共にその全長Ｘを前記従来例に比較
して延長してある。この折り曲げられたパルスチューブ
１５は、パルスチューブ１５、高温端熱交換器１６、オ
リフィス弁１８及びバッファータンク１７を、コンプレ
ッサー８、予冷用熱交換器１１、蓄冷器１２及び低温端
熱交換器１４に対して並行して配置することにより、極
低温冷凍装置の全長Ｘを前記従来例に比較して略１／２
に短縮する。またパルスチューブ１５は、その折り曲げ
態様を孤状とすることにより、図２に示すような、エル
ボ型折り曲げのパルスチューブ１９とは異なり、冷媒流
の急激な進路変更も、これにともなう渦流２０の発生も
防止して、パルスチューブ１５内の圧力損失を最小限に
抑制できるようになる。
温端熱交換器１４の接続端部１５ａの近傍を孤状に略１
８０°折り曲げると共にその全長Ｘを前記従来例に比較
して延長してある。この折り曲げられたパルスチューブ
１５は、パルスチューブ１５、高温端熱交換器１６、オ
リフィス弁１８及びバッファータンク１７を、コンプレ
ッサー８、予冷用熱交換器１１、蓄冷器１２及び低温端
熱交換器１４に対して並行して配置することにより、極
低温冷凍装置の全長Ｘを前記従来例に比較して略１／２
に短縮する。またパルスチューブ１５は、その折り曲げ
態様を孤状とすることにより、図２に示すような、エル
ボ型折り曲げのパルスチューブ１９とは異なり、冷媒流
の急激な進路変更も、これにともなう渦流２０の発生も
防止して、パルスチューブ１５内の圧力損失を最小限に
抑制できるようになる。
【００１０】前記極低温冷凍装置では、圧縮過程におい
てコンプレッサー８を圧縮動作させると、圧縮冷媒はそ
の圧縮熱を予冷用熱交換器１１及び蓄冷器１２にて放熱
してパルスチューブ１５に流入しこのパルスチューブ１
５の残留冷媒を圧縮してこの圧縮熱を高温端熱交換器１
６から放熱し更にオリフィス弁１８を通って断熱膨張に
より冷却してバッファータンク１７に流入する。その後
膨張過程においてコンプレッサー８を吸引動作させる
と、ガス状冷媒は前記バッファータンク１７から高速で
復帰移動してパルスチューブ１５内で断熱膨張して更に
低温化して低温端熱交換器１５及び蓄冷器１３を冷却し
コンプレッサー８に戻る。斯る往復移動サイクルを繰り
返すことにより、低温端熱交換器１４に１５０Ｋ〜２０
Ｋ（−１２３℃〜−２５３℃）の極低温が得られるよう
になる。
てコンプレッサー８を圧縮動作させると、圧縮冷媒はそ
の圧縮熱を予冷用熱交換器１１及び蓄冷器１２にて放熱
してパルスチューブ１５に流入しこのパルスチューブ１
５の残留冷媒を圧縮してこの圧縮熱を高温端熱交換器１
６から放熱し更にオリフィス弁１８を通って断熱膨張に
より冷却してバッファータンク１７に流入する。その後
膨張過程においてコンプレッサー８を吸引動作させる
と、ガス状冷媒は前記バッファータンク１７から高速で
復帰移動してパルスチューブ１５内で断熱膨張して更に
低温化して低温端熱交換器１５及び蓄冷器１３を冷却し
コンプレッサー８に戻る。斯る往復移動サイクルを繰り
返すことにより、低温端熱交換器１４に１５０Ｋ〜２０
Ｋ（−１２３℃〜−２５３℃）の極低温が得られるよう
になる。
【００１１】また前記極低温冷凍装置では、パルスチュ
ーブ１５は略１８０°折り曲げることにより、極低温冷
凍装置の全長Ｘの大型化を招来することなしに延長でき
るようになり、このパルスチューブ１５を延長すること
で、このパルスチューブ１５の両端の高温端熱交換器１
６と低温端熱交換器１４との温度差が大きくなり、高温
端熱交換器１６の放熱が促進されると共にこの高温端熱
交換器１６から低温端熱交換器１４への熱的悪影響も制
限され、冷凍能力が向上する。更に、前記パルスチュー
ブ１５の折り曲げ態様を孤状とすることにより、冷媒流
の急激な進路変更も、これにともなう渦流の発生も防止
され、パルスチューブ１５内の圧力損失が最小限に抑制
され、冷凍能力が向上する。
ーブ１５は略１８０°折り曲げることにより、極低温冷
凍装置の全長Ｘの大型化を招来することなしに延長でき
るようになり、このパルスチューブ１５を延長すること
で、このパルスチューブ１５の両端の高温端熱交換器１
６と低温端熱交換器１４との温度差が大きくなり、高温
端熱交換器１６の放熱が促進されると共にこの高温端熱
交換器１６から低温端熱交換器１４への熱的悪影響も制
限され、冷凍能力が向上する。更に、前記パルスチュー
ブ１５の折り曲げ態様を孤状とすることにより、冷媒流
の急激な進路変更も、これにともなう渦流の発生も防止
され、パルスチューブ１５内の圧力損失が最小限に抑制
され、冷凍能力が向上する。
【００１２】図３は他の実施例を示し、この実施例の特
徴点は、パルスチューブ２１に、該パルスチューブ２１
と同一形状に折り曲げた複数個のベンドチューブ２２を
挿入したことである。ベンドチューブ２２に示すよう
に、口径の異なる各ベンドチューブ２２ａ，２２ｂ，２
２ｃをスペーサー２３で保持することにより、パルスチ
ューブ２１に対して中心軸を一致させて挿入してある。
各ベンドチューブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、曲管状故
にパルスチューブ２１内で複雑化しようとする冷媒流
を、整流すべく機能する。
徴点は、パルスチューブ２１に、該パルスチューブ２１
と同一形状に折り曲げた複数個のベンドチューブ２２を
挿入したことである。ベンドチューブ２２に示すよう
に、口径の異なる各ベンドチューブ２２ａ，２２ｂ，２
２ｃをスペーサー２３で保持することにより、パルスチ
ューブ２１に対して中心軸を一致させて挿入してある。
各ベンドチューブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、曲管状故
にパルスチューブ２１内で複雑化しようとする冷媒流
を、整流すべく機能する。
【００１３】他の実施例の極低温冷凍装置では、その圧
縮過程においてパルスチューブ２１に流入したガス状圧
縮冷媒は、各ベンドチューブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃに
沿ってパルスチューブ２１の中心軸と平行に案内されて
円滑に高温端熱交換器１６に向かって圧送され圧送途中
における径方向外側への内部熱拡散が防止されるように
なり、その結果、低温端熱交換器１４から高温端熱交換
器１６に向かっての熱勾配が大きくなり、高温端熱交換
器１６の温度が上昇して放熱量が増加し、その増加分だ
け更に冷凍能力が向上する。
縮過程においてパルスチューブ２１に流入したガス状圧
縮冷媒は、各ベンドチューブ２２ａ，２２ｂ，２２ｃに
沿ってパルスチューブ２１の中心軸と平行に案内されて
円滑に高温端熱交換器１６に向かって圧送され圧送途中
における径方向外側への内部熱拡散が防止されるように
なり、その結果、低温端熱交換器１４から高温端熱交換
器１６に向かっての熱勾配が大きくなり、高温端熱交換
器１６の温度が上昇して放熱量が増加し、その増加分だ
け更に冷凍能力が向上する。
【００１４】尚、他の実施例では、その他の部分は前記
実施例と同様に構成され同一符号を付してその説明を省
略する。
実施例と同様に構成され同一符号を付してその説明を省
略する。
【００１５】
【発明の効果】本発明は以上のように構成したから、パ
ルスチューブを略１８０°折り曲げることにより、この
パルスチューブを極低温冷凍装置の全長についての大型
化を招来することなしに延長して、極低温冷凍装置の冷
凍能力の向上を図れると共に、前記パルスチューブの折
り曲げ態様を孤状とすることにより、冷媒流の急激な進
路変更も、これにともなう渦流の発生も防止して、パル
スチューブ内の圧力損失を最小限に抑制でき、従って、
コンパクトで且つ冷凍能力の高い極低温冷凍装置を提供
できる。
ルスチューブを略１８０°折り曲げることにより、この
パルスチューブを極低温冷凍装置の全長についての大型
化を招来することなしに延長して、極低温冷凍装置の冷
凍能力の向上を図れると共に、前記パルスチューブの折
り曲げ態様を孤状とすることにより、冷媒流の急激な進
路変更も、これにともなう渦流の発生も防止して、パル
スチューブ内の圧力損失を最小限に抑制でき、従って、
コンパクトで且つ冷凍能力の高い極低温冷凍装置を提供
できる。
【図１】本発明の一実施例の構成図である。
【図２】同実施例の従来例と比較して示す動作説明図で
ある。
ある。
【図３】本発明の他の実施例の構成図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】従来例の構成図である。
８ コンプレッサー １１ 予冷用熱交換器 １２ 蓄冷器 １４ 低温端熱交換器 １５ パルスチューブ １６ 高温端熱交換器 １７ バッファータンク １８ オリフィス弁 ２２ ベンドチューブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒河 通広 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−118684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−52948（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 9/00 311
Claims (2)
- 【請求項１】 コンプレッサーを順次、予冷用熱交換
器、蓄冷器、低温端熱交換器、パルスチューブ、高温端
熱交換器、オリフィス弁及びバッファータンクに連通
し、前記バッファータンクと前記コンプレッサーとの間
で、ガス状冷媒を往復移動させることにより、前記低温
端熱交換器を極低温に冷却してなるものであって、 前記パルスチューブを孤状に略１８０°折り曲げること
により、前記パルスチューブ、前記高温端熱交換器、前
記オリフィス弁及び前記バッファータンクを、前記コン
プレッサー、前記予冷用熱交換器、前記蓄冷器及び前記
低温端熱交換器に対して略並行して配置したことを特徴
とする極低温冷凍装置。 - 【請求項２】 前記パルスチューブは、該パルスチュー
ブと同一形状に折り曲げた複数個のベンドチューブを挿
入してなることを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3295824A JP2877592B2 (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | 極低温冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3295824A JP2877592B2 (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | 極低温冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05133630A JPH05133630A (ja) | 1993-05-28 |
| JP2877592B2 true JP2877592B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=17825652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3295824A Expired - Lifetime JP2877592B2 (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | 極低温冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2877592B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100664854B1 (ko) * | 2005-07-28 | 2007-01-04 | 두산중공업 주식회사 | 극저온 냉각시스템 |
| JP5931787B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2016-06-08 | 住友重機械工業株式会社 | Ｕ字型パルス管冷凍機 |
| CN106440448A (zh) * | 2015-08-05 | 2017-02-22 | 同济大学 | 一种调相型推移活塞脉管制冷机及其调相方法 |
| CN107677004A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-02-09 | 上海理工大学 | 微通道脉管制冷机 |
-
1991
- 1991-11-12 JP JP3295824A patent/JP2877592B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05133630A (ja) | 1993-05-28 |
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