JP2909934B2 - パルス管冷凍機 - Google Patents
パルス管冷凍機Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パルス管冷凍機に関す
るものである。
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりパルス管冷凍機には様々なもの
があるが、一般に図７に示すベーシツク・パルス管冷凍
機と呼ばれるものや、図８に示すオリフイス・パルス管
冷凍機と呼ばれるものがある。
があるが、一般に図７に示すベーシツク・パルス管冷凍
機と呼ばれるものや、図８に示すオリフイス・パルス管
冷凍機と呼ばれるものがある。
【０００３】図７に示すベーシツク・パルス管冷凍機５
０では、圧縮機５１の吸入通路５２と吐出通路５３に、
夫々吸入弁５４，吐出弁５５が配設されている。この吸
入弁５４，吐出弁５５を介して吸入通路５２と吐出通路
５３が選択的に流体通路５６の一端に連通され、流体通
路５６の他端は蓄冷器５７と連通する。また、蓄冷器５
７は薄肉の金属管にて形成されるパルス管５８と連通
し、パルス管５８の一端には放熱器５９が配設されてい
る。
０では、圧縮機５１の吸入通路５２と吐出通路５３に、
夫々吸入弁５４，吐出弁５５が配設されている。この吸
入弁５４，吐出弁５５を介して吸入通路５２と吐出通路
５３が選択的に流体通路５６の一端に連通され、流体通
路５６の他端は蓄冷器５７と連通する。また、蓄冷器５
７は薄肉の金属管にて形成されるパルス管５８と連通
し、パルス管５８の一端には放熱器５９が配設されてい
る。
【０００４】以上の構成を有するベーシツク・パルス管
冷凍機５０の作動を説明すると、吸入弁５４及び吐出弁
５５は、ある一定値に設定された開閉周波数及び弁開度
の下で開閉駆動されている。吐出弁５５が閉じ吸入弁５
４が開くと、圧縮機５１で圧縮された作動媒体（例えば
ヘリウム等）が高圧ガスとなつて圧縮熱を除去された後
に、蓄冷器５７，パルス管５８に順次導入され、パルス
管５８内で断熱圧縮されて生じる圧縮熱が放熱器５９に
より図示しない外部冷媒により除去される。次いで、吸
入弁５４が閉じ吐出弁５５が開くと、パルス管５８内の
作動媒体はパルス管５８内で断熱膨張して温度が低下し
て、パルス管５８の下端部５８ａを冷却した後、蓄冷器
５７を介して圧縮機５１へと戻る。
冷凍機５０の作動を説明すると、吸入弁５４及び吐出弁
５５は、ある一定値に設定された開閉周波数及び弁開度
の下で開閉駆動されている。吐出弁５５が閉じ吸入弁５
４が開くと、圧縮機５１で圧縮された作動媒体（例えば
ヘリウム等）が高圧ガスとなつて圧縮熱を除去された後
に、蓄冷器５７，パルス管５８に順次導入され、パルス
管５８内で断熱圧縮されて生じる圧縮熱が放熱器５９に
より図示しない外部冷媒により除去される。次いで、吸
入弁５４が閉じ吐出弁５５が開くと、パルス管５８内の
作動媒体はパルス管５８内で断熱膨張して温度が低下し
て、パルス管５８の下端部５８ａを冷却した後、蓄冷器
５７を介して圧縮機５１へと戻る。
【０００５】このベーシツク・パルス管冷凍機５０の冷
凍性能は低く、せいぜい１３０Ｋ程度の冷凍しか得られ
ない。そこで、図８に示すオリフイス・パルス管冷凍機
７０が提案されている。ここで、ベーシツク・パルス管
冷凍機５０と同一の構成部分については、同一の番号・
符号を付して説明を省略する。
凍性能は低く、せいぜい１３０Ｋ程度の冷凍しか得られ
ない。そこで、図８に示すオリフイス・パルス管冷凍機
７０が提案されている。ここで、ベーシツク・パルス管
冷凍機５０と同一の構成部分については、同一の番号・
符号を付して説明を省略する。
【０００６】このオリフイス・パルス管冷凍機７０で
は、パルス管５８の放熱器５９が配設された側の端部よ
り導管７１が配設され、導管７１上には可変オリフイス
７２が配設されると共に、導管７１の一端にはバツフア
タンク７３が配設されている。
は、パルス管５８の放熱器５９が配設された側の端部よ
り導管７１が配設され、導管７１上には可変オリフイス
７２が配設されると共に、導管７１の一端にはバツフア
タンク７３が配設されている。
【０００７】そして、この可変オリフイス７２の開度を
適宜調整することによつて、ベーシツク・パルス管冷凍
機５０よりも更に１００Ｋ程度低い冷凍が得られるよう
になつている。
適宜調整することによつて、ベーシツク・パルス管冷凍
機５０よりも更に１００Ｋ程度低い冷凍が得られるよう
になつている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一般に、パルス管冷凍
機の種類を問わず、吸入弁５４及び吐出弁５５の開閉周
波数及び開度は一定とされている。ところが、パルス管
冷凍機が最大熱効率を発揮するための吸入弁５４及び吐
出弁５５の開閉周波数は、図３に示すように温度に依存
し、同様に開度も図４に示すように温度に依存してい
る。
機の種類を問わず、吸入弁５４及び吐出弁５５の開閉周
波数及び開度は一定とされている。ところが、パルス管
冷凍機が最大熱効率を発揮するための吸入弁５４及び吐
出弁５５の開閉周波数は、図３に示すように温度に依存
し、同様に開度も図４に示すように温度に依存してい
る。
【０００９】従つて、従来のパルス管冷凍機では、定常
運転状態に合わせて吸入弁及び吐出弁の開閉周波数及び
開度をある一定値に設定しているため、その運転開始時
や熱負荷の変動時には冷凍機の熱効率が良くない状態で
運転されていた。
運転状態に合わせて吸入弁及び吐出弁の開閉周波数及び
開度をある一定値に設定しているため、その運転開始時
や熱負荷の変動時には冷凍機の熱効率が良くない状態で
運転されていた。
【００１０】そこで、本発明では、パルス管冷凍機のど
の運転領域においても、その熱効率を最適にできるよう
にすることを、その技術的課題とする。
の運転領域においても、その熱効率を最適にできるよう
にすることを、その技術的課題とする。
【００１１】
【００１２】
【課題を解決するための手段】前述した本発明の技術的
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、吸
入通路及び吐出通路と連通する圧縮機と、吸入通路又は
吐出通路を選択的に流体通路の一端と連通させる少なく
とも１つの電磁弁と、流体通路の他端と連通する蓄冷器
と、蓄冷器の低温端と連通するパルス管と、パルス管の
一端に配設される放熱器とを有するパルス管冷凍機にお
いて、蓄冷器とパルス管との結合部に温度検出手段を配
設し、温度検出手段の出力信号が入力される制御手段
が、予め複数設定された最適周波数及び最適弁開度を温
度検出手段の出力に基づいて決定し、電磁弁を決定され
た最適周波数及び最適弁開度によつて駆動制御するよう
にしたことである。
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、吸
入通路及び吐出通路と連通する圧縮機と、吸入通路又は
吐出通路を選択的に流体通路の一端と連通させる少なく
とも１つの電磁弁と、流体通路の他端と連通する蓄冷器
と、蓄冷器の低温端と連通するパルス管と、パルス管の
一端に配設される放熱器とを有するパルス管冷凍機にお
いて、蓄冷器とパルス管との結合部に温度検出手段を配
設し、温度検出手段の出力信号が入力される制御手段
が、予め複数設定された最適周波数及び最適弁開度を温
度検出手段の出力に基づいて決定し、電磁弁を決定され
た最適周波数及び最適弁開度によつて駆動制御するよう
にしたことである。
【００１３】
【作用】上述した本発明の技術的手段によれば、蓄冷器
とパルス管との結合部に配設された温度検出手段により
パルス管冷凍機の熱負荷状態が検知でき、これに応じて
制御手段が吸入通路及び吐出通路を開閉制御する電磁弁
を最適に駆動できる。従つて、パルス管冷凍機はどの運
転領域においても、その熱効率が最適な状態で運転され
る。
とパルス管との結合部に配設された温度検出手段により
パルス管冷凍機の熱負荷状態が検知でき、これに応じて
制御手段が吸入通路及び吐出通路を開閉制御する電磁弁
を最適に駆動できる。従つて、パルス管冷凍機はどの運
転領域においても、その熱効率が最適な状態で運転され
る。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の技術的手段を具体化した実施
例について、添付図面に基づいて説明する。
例について、添付図面に基づいて説明する。
【００１５】図１に示す本発明実施例のパルス管冷凍機
１０では、圧縮機１１に連通する吸入通路１２及び吐出
通路１３が、電磁弁１４・１５の作用により、流体通路
１６と選択的に接続される。尚、電磁弁１４・１５は、
単一の電磁弁である３方弁によつて置換されてもよい。
１０では、圧縮機１１に連通する吸入通路１２及び吐出
通路１３が、電磁弁１４・１５の作用により、流体通路
１６と選択的に接続される。尚、電磁弁１４・１５は、
単一の電磁弁である３方弁によつて置換されてもよい。
【００１６】流体通路１６は、同時に、蓄冷器１７と連
通しており、蓄冷器１７の内部には金属製のメツシユや
小球体等が配設されている。また、蓄冷器１７は薄肉の
金属管からなるパルス管１８と連通し、パルス管１８の
一端には放熱器１９が配設されている。
通しており、蓄冷器１７の内部には金属製のメツシユや
小球体等が配設されている。また、蓄冷器１７は薄肉の
金属管からなるパルス管１８と連通し、パルス管１８の
一端には放熱器１９が配設されている。
【００１７】制御手段２０には、蓄冷器１７とパルス管
１８との結合部３０の温度を検出する温度検出手段２１
の出力信号が入力され、この温度検出手段２１の出力信
号に基づいて制御手段２０が、弁駆動特性可変手段２２
を介して電磁弁１４・１５を駆動制御する。
１８との結合部３０の温度を検出する温度検出手段２１
の出力信号が入力され、この温度検出手段２１の出力信
号に基づいて制御手段２０が、弁駆動特性可変手段２２
を介して電磁弁１４・１５を駆動制御する。
【００１８】図２に基づいて、制御手段２０の制御系を
詳述する。温度検出手段２１は温度センサ２３及び増幅
器２４から構成され、結合部３０に配設された温度セン
サ２３の出力信号を増幅器２４にて増幅した後、制御手
段２０に出力する。
詳述する。温度検出手段２１は温度センサ２３及び増幅
器２４から構成され、結合部３０に配設された温度セン
サ２３の出力信号を増幅器２４にて増幅した後、制御手
段２０に出力する。
【００１９】制御手段２０において、増幅器２４の出力
信号は最適周波数演算器２５及び最適弁開度演算器２６
に夫々入力される。ここで、最適周波数演算器２５は図
３に示すような制御マツプをもち、同様に最適弁開度演
算器２６は図４に示すような制御マツプをもつている。
従つて、最適周波数演算器２５は結合部３０の温度（即
ち、パルス管冷凍機１０の熱負荷）に応じた電磁弁１４
・１５の開閉周波数を図３に示す制御マツプから演算
し、最適弁開度演算器２６は電磁弁１４・１５の弁開度
を図４に示す制御マツプから演算する。
信号は最適周波数演算器２５及び最適弁開度演算器２６
に夫々入力される。ここで、最適周波数演算器２５は図
３に示すような制御マツプをもち、同様に最適弁開度演
算器２６は図４に示すような制御マツプをもつている。
従つて、最適周波数演算器２５は結合部３０の温度（即
ち、パルス管冷凍機１０の熱負荷）に応じた電磁弁１４
・１５の開閉周波数を図３に示す制御マツプから演算
し、最適弁開度演算器２６は電磁弁１４・１５の弁開度
を図４に示す制御マツプから演算する。
【００２０】ここで、電磁弁１４・１５の弁開度とは、
図５に示すように、電磁弁１４・１５の開閉周波数の１
サイクルを３６０°とし、例えば電磁弁１４が０°〜
２００°の間開き、電磁弁１５が２００°〜３６０°の
間開いたとすると、２００°のことを示す。
図５に示すように、電磁弁１４・１５の開閉周波数の１
サイクルを３６０°とし、例えば電磁弁１４が０°〜
２００°の間開き、電磁弁１５が２００°〜３６０°の
間開いたとすると、２００°のことを示す。
【００２１】この後、最適周波数演算器２５及び最適弁
開度演算器２６にて演算された電磁弁１４・１５の開閉
周波数及び弁開度が、弁駆動特性可変手段２２の周波数
設定器２７及び弁開度設定器２８に夫々入力される。周
波数設定器２７及び弁開度設定器２８は、電磁弁１４・
１５が演算された開閉周波数及び弁開度にて駆動される
ように弁駆動電源２９に信号を出力し、この弁駆動電源
２９により電磁弁１４・１５が駆動される。
開度演算器２６にて演算された電磁弁１４・１５の開閉
周波数及び弁開度が、弁駆動特性可変手段２２の周波数
設定器２７及び弁開度設定器２８に夫々入力される。周
波数設定器２７及び弁開度設定器２８は、電磁弁１４・
１５が演算された開閉周波数及び弁開度にて駆動される
ように弁駆動電源２９に信号を出力し、この弁駆動電源
２９により電磁弁１４・１５が駆動される。
【００２２】尚、本実施例では電磁弁１４の閉時期及び
電磁弁１５の開時期は同一時期とされているが、図６に
示すように電磁弁１４の閉時期及び電磁弁１５の開時期
がオーバラツプしていてもよい。
電磁弁１５の開時期は同一時期とされているが、図６に
示すように電磁弁１４の閉時期及び電磁弁１５の開時期
がオーバラツプしていてもよい。
【００２３】
【発明の効果】以上に示した様に本発明では、蓄冷器と
パルス管との結合部（冷凍機の出力部）の温度に基づい
て、吸入・吐出用の電磁弁を最適な開閉周波数及び弁開
度の下で駆動制御するので、パルス管冷凍機は常時最適
な熱効率の下で運転される。
パルス管との結合部（冷凍機の出力部）の温度に基づい
て、吸入・吐出用の電磁弁を最適な開閉周波数及び弁開
度の下で駆動制御するので、パルス管冷凍機は常時最適
な熱効率の下で運転される。
【図１】本発明実施例のパルス管冷凍機の基本構成図を
示す。
示す。
【図２】図１における要部詳細構成図を示す。
【図３】図１における温度−周波数特性図を示す。
【図４】図１における温度−弁開度特性図を示す。
【図５】図１における弁開度の説明図を示す。
【図６】図５の変形説明図を示す。
【図７】従来技術のベーシツク・パルス管冷凍機の構成
図を示す。
図を示す。
【図８】従来技術のオリフイス・パルス管冷凍機の構成
図を示す。
図を示す。
１０ パルス管冷凍機、 １１ 圧縮機、 １２ 吸入通路、 １３ 吐出通路、 １４，１５ 電磁弁、 １６ 流体通路、 １７ 蓄冷器、 １８ パルス管、 １９ 放熱器、 ２０ 制御手段、 ２１ 温度検出手段、 ３０ 結合部。
Claims (1)
- 【請求項１】 吸入通路及び吐出通路と連通する圧縮機
と、前記吸入通路又は吐出通路を選択的に流体通路の一
端と連通させる少なくとも１つの電磁弁と、 前記流体通路の他端と連通する蓄冷器と、 前記蓄冷器の低温端と連通するパルス管と、 前記パルス管の一端に配設される放熱器とを有するパル
ス管冷凍機において、 前記蓄冷器と前記パルス管との結合部に温度検出手段を
配設し、 前記温度検出手段の出力信号が入力される制御手段が、
予め複数設定された最適周波数及び最適弁開度を前記温
度検出手段の出力に基づいて決定し、前記電磁弁を決定
された前記最適周波数及び最適弁開度によつて駆動制御
する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 |
|---|---|---|---|
| JP3172579A JP2909934B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | パルス管冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3172579A JP2909934B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | パルス管冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0518621A JPH0518621A (ja) | 1993-01-26 |
| JP2909934B2 true JP2909934B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=15944460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3172579A Expired - Fee Related JP2909934B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | パルス管冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2909934B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011094835A (ja) * | 2009-10-27 | 2011-05-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | パルスチューブ冷凍機 |
| CN102393096A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-03-28 | 南京柯德超低温技术有限公司 | 一种带自动调节气体流量和相位装置的脉管制冷机 |
| CN104534719A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-22 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 两级高频脉管制冷机直流驱动与主动温控系统及设计方法 |
| CN114396735A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-04-26 | 南方科技大学 | 一种电脑程控自动脉冲管制冷机配气系统及配气方法 |
-
1991
- 1991-07-12 JP JP3172579A patent/JP2909934B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0518621A (ja) | 1993-01-26 |
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