JP3806185B2 - 流体制御機構付蓄熱型冷凍機及び流体制御機構付パルス管型冷凍機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量又は流れ方向を制御する流体制御器に関するものであり、特に、蓄熱型機関における作動流体を制御する流体制御器付蓄熱型機関に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルス管冷凍機（以下、既存の方式と云う）は、1963年 W. Gifford らにより初めて提案された。この方式での低温生成は、流体の非平衡状態の特性を動作原理としており、実際の動作状態を把握し方程式を導き解析することは極めて困難であった。また、低温生成温度はあまり低くなく、効率も低かった。最近では、いろいろな形式が提案され、１段蓄冷器方式でも最低到達温度は絶対温度で２３Ｋが得られるような形式も現れ、 効率も向上した。
【０００３】
既存の代表的なパルス管冷凍機の流路及び機器構成図を図１の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に、スターリング機関を図２（ａ）に示す。これらの熱サイクルにおける低温生成と動力発生に関する原理的な説明は、既に多くの文献が発表されているので詳細は省略する。
【０００４】
図１（ａ）はダブルインレット方式といわれるパルス管冷凍機の流路図で、圧縮機１からの常温の流体は、吸入弁２ａよりブロンズ、ステンレス等のメッシュや磁気比熱の大きな無数の球体が詰められた蓄冷器３に入り冷却され、蓄冷器３の低温端３ａとパルス管５の低温端５ａとの間で構成する被冷却体を冷却するコールドヘッド４を通過し、金属、セラミック、プラスチック材料等で造られたパルス管５で断熱膨張して温度降下し、徐々に温度上昇して流体の圧力、流量・流速を調整するニードル弁やオリフィス等の弁６を通過し、弁６とほぼ同じ機能を有し、流路系内の流体の流量・速度や圧力を調整し、且つ、放熱により流体の温度を常温にまで下げる流体溜（バッファータンクともいう）７に入る（一部の流体は温度が高くなるが、パルス管５の高温端部と流体溜７との接続配管や流体溜７で自然冷却される。）。つぎに吐出弁２ｂが開くと流体溜７内の流体は、弁６を通り、一部の流体がパルス管５の高温端部５ｂより弁８から蓄冷器３の高温端部３ｂ、吐出弁２ｂへと戻るが、殆どの流体はパルス管５内で温度降下し、蓄冷器３の低温端部３ａとパルス管５の低温端部５ａの間のコールドヘッド４で被冷却体を冷却し、蓄冷器３に入り徐々に温度上昇して吐出弁２ｂより圧縮機１に戻り、１サイクルを完了する。
【０００５】
従って、図１（ａ）の場合において、圧力を変動させる圧力変動源として機能するものは、圧縮器１及び給入弁２ａ、吐出弁２ｂである。
【０００６】
尚、導管１７は、ダブルインレット通路とよばれるものである。ダブルインレット通路１７は、その途中に設けられニードル弁やオリフィス等の構造を有する弁８を介して蓄冷器３の高温端部３ｂとパルス管５の高温端部５ｂとを接続し、流体をバイパスして系内の圧力や流量の調整を行うと共に、蓄冷器高温端部３ｂからの常温の流体をパルス管５側から入る比較的高温の流体と混合して弁６付近での温度上昇を防ぎ、且つ、流体溜７から流体が吐出弁２ｂに戻る過程での流体の流速を弁６とともに調整する機能をもつ。このため、ダブルインレット通路のないシングルオリフィス方式のパルス管冷凍機においては、系内の流体の流速等を制御して作動流体の圧力変動と変位変動の位相差を調節する位相調節機構の役割を果たすものは流体溜７及び弁６であるが、ダブルインレット方式のパルス管冷凍機においては、位相調節機構は流体溜７、弁６に加え、ダブルインレット通路１７、弁８が第２の位相調節機構として機能する。従って、ダブルインレット方式のパルス管冷凍機は、シングルオリフィス方式のパルス管冷凍機と比較して流体の制御幅が広く、より最適条件に近い状態で運転できるため、効率がよい。
【０００７】
尚、吸入弁２ａ及び吐出弁２ｂは、電動機や機械的・流体的に駆動される１個のロータリー弁を使用する場合が多い。
【０００８】
パルス管５を出た流体は、パルス管５の高温端部５ｂにおいて、弁８で常温からバイパスされた流体と混合して温度、流量・流速、圧力等が調整されるが、運転周波数が２〜４Ｈｚの範囲内においても常温より相当高い温度となる（およそ３３０Ｋ）。これらの流体はその後、弁８より流体溜７に入って自然冷却される。
【０００９】
従って、流体溜７を小型化したり運転周波数を高くして冷凍機としての比出力を大きくしようとすると、流体溜７の放熱面積が少なくなって装置が高温度になり、低温部への熱侵入の増加と流体の質量減少により、逆に冷凍出力の減少を招く。
【００１０】
図１（ｂ）は、ピストンタイプのパルス管冷凍機であり、常温のシリンダー９、図示しないクランクシャフトやリニアーモータで往復駆動されるピストン１０により流体の圧縮を繰り返す圧縮空間部１１、流体の圧縮熱をほぼ一定の入り口温度の冷却流体（空気、水等の液体、ＬＮＧ等の寒剤）の流路系２４に放出する第１放熱器１２を備え、他の機器構成は図１（ａ）と同じである。尚、２３はピストンリングである。ピストンタイプのパルス管冷凍機は、７７Ｋ以下の温度を容易に生成する。
【００１１】
尚、図１（ｂ）において、圧縮変動源は、ピストン１０、シリンダー９、圧縮空間１１で構成される。
【００１２】
図１（ｃ）は、スターリングサイクル型のパルス管冷凍機の流路及び機器構成図である。これは、圧縮空間部１１、常温のシリンダー１４及び図示しないクランクシャフトやリニアーモータ等で往復駆動される膨張ピストン１５により流体の膨張を繰り返す膨張空間部１６を備え、且つ、圧縮ピストン１０と膨張ピストン１５とはある位相差を保持して運転される。圧縮空間部１１と膨張空間部１６との間に、第１放熱器１２、蓄冷器３、コールドヘッド４、パルス管５、第２放熱器１３、弁６が接続された構成で低温の生成をする。
【００１３】
尚、図１（ｃ）において、圧力変動源は、図１（ｂ）と同じく、ピストン１０、シリンダー９、圧縮空間１１で構成され、位相調節機構はピストン１５、シリンダー１４、膨張空間１６で構成される。
【００１４】
図１（ｄ）は、図１（ｃ）の構成に、蓄冷器３の高温端部３ｂとパルス管５の高温端部５ｂとを弁８を介して接続し、流体をバイパスする構成となっている。
【００１５】
図１（ｄ）において、圧力変動源はピストン１０、シリンダー９、圧縮空間１１で構成され、位相調節機構はピストン１５、シリンダー１４、膨張空間１６で構成されるが、第２の位相調節機構として、ダブルインレット通路１７、弁８が付加されている。
【００１６】
図２（ａ）は、既存のスターリング機関の流路系で、数多く知られている蓄熱型機関であり、冷凍機でも、原動機の場合でも効率は非常に高い。
【００１７】
流体の圧縮空間部１１と、図示しないリニアモータやクランクシャフトでピストンロッド２８ｂを介して往復動する比較的に長いシリンダ２５とシリンダ２５内の膨張ピストン（ディ スプレーサの場合もある）２６により形成される膨張空間部２７との間に、第１放熱器１２、蓄冷器３、コールドヘッド４を接続し、コールドヘッド４で低温度を発生し被冷却体を冷却する。
【００１８】
尚、膨張ピストン２６は、圧縮ピストン１０とは８０度から１２０度の間のある進んだ位相差を保持しながら往復動作する。
【００１９】
尚、このサイクルは、コールドヘッド４を高温度に加熱すれば、膨張ピストン２６の膨張仕事でピストンロッド２８ｂを介して動力が得られる可逆サイクルである。この動力を得る原動機を、冷凍発生をする冷凍機を含めてスターリング機関という。機器構成は冷凍機でも原動機にする場合でも、ほぼ同じである。
【００２０】
尚、原動機の場合には、コールドヘッド４の部分を、ヒータチューヴ、加熱器などという。
【００２１】
また、第１放熱器１２の冷却流路系２４を液化天然ガス等の寒剤で冷却し、コールドヘッド４を熱湯や火炎等で加熱すると、圧縮空間部１１が低温圧縮空間部となり、膨張空間部２７が高温の膨張空間部となり、膨張ピストンの膨張仕事で動力発生する低温型のスターリング機関となる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼図１（ａ）に示すダブルインレット型パルス管冷凍機の問題点
弁８、弁６を行き来する流体の流量・流速は、１サイクルにおいて、蓄冷器３の高温端部３ｂから、パルス管５の高温端部５ｂ、５ｂから流体溜７へと、逆の流体溜７から高温端部５ｂ、５ｂから３ｂと流れるときには、運転条件（冷凍サイクル、冷凍温度、運転周波数、流体の平均圧力等）によって最適な流量・流速値が存在する。しかしながら、既存の弁構造ではこれらの運転条件の調整は不可能であり、小型の冷凍機では冷凍温度７７Ｋで、成績係数（冷凍出力／消費動力）を０．０１以上にすることは困難であった。
【００２３】
▲２▼図１（ｂ）に示すピストンタイプのパルス管冷凍機の問題点
流体は初めのサイクル過程では圧縮空間部１１で作動流体が、例えば、１５気圧、２９０Ｋから圧縮されて２８気圧、３５０Ｋとなる。次に、第１放熱器１２で冷却流体２４で冷却されて１７では約３００Ｋとなり、蓄冷器３に入る。流体が幾つかの過程を行って圧縮空間部１１に戻る最終のサイクル過程において、蓄冷器３を出て第１放熱器１２に入る時の流体の温度は、およそ２８５Ｋである。
【００２４】
即ち、蓄冷器３側から第１放熱器へ入るときの流体の温度は、圧縮空間部１１から第１放熱器１２に入る時の温度よりも低く、およそ２８５Ｋである。しかしながらこの温度が低く、ほぼ１５気圧で戻る流体を、放熱面積が大きく、これを外部より大量の冷却流体２４、例えば空気で冷却し、しかも熱容量の大きな第１放熱器１２に入れれば、圧縮空間部１１から第１放熱器１２を出たときの流体の温度に近い温度勾配で圧縮空間部１１に戻ってしまう。すなわち、２８５Ｋで戻った流体は、第１放熱器１２で加熱され、３００Ｋ以上となって圧縮空間部１１に戻る。これにより、流体を圧縮するときの初期温度は高くなり、圧縮後の温度も高くなって圧縮動力が増えることになる。
【００２５】
又、放熱器１２（１３も含む）は、放熱面積を増やして放熱効果を高め、効率を向上させるため、無数の細管や流路内に複雑なインナーフインが付けられ、また、無数の穴あき板が積層された構造をしている。このため、流体抵抗が大きな圧力損失を発生させ、この結果、消費動力も非常に大きくなる。
【００２６】
▲３▼図１（ｃ）に示すスターリングサイクル型パルス管冷凍機の問題点
効率は図１（ａ）のパルス管冷凍機よりも高いが、上記▲１▼、▲２▼で説明した流路及び機器構成上の問題点が放熱器１２、１３、弁６に存在する。
【００２７】
▲４▼図１（ｄ）に示すダブルピストンタイプのダブルインレット型パルス管冷凍機の問題点
図１（ｄ）は、図１(c) の構成に、蓄冷器３の高温端部３ｂとパルス管５の高温端部５ｂとを弁８を介して接続し、流体をバイパスする構成となっている。
【００２８】
このものにおいても、▲１▼、▲２▼で指摘した問題点が、放熱器１２、１３、弁６、８に存在する。
【００２９】
▲５▼図２（ｉ）に示すスターリング冷凍機の問題点
上記▲２▼で指摘した問題点が、第１放熱器１２に存在する。
【００３０】
以上、従来技術における問題点をまとめると、
（１）従来の蓄熱型機関においては、往復する作動ガスの流量、流速を個別に制御することができず、効率の向上には限界がある。
【００３１】
（２）従来の蓄熱型機関においては、往復する作動ガスが往路、復路共に同じ経路を辿るために、往路、復路共に作動ガスが放熱器を通り、このため例えば冷凍機において冷却された作動ガスが復路において放熱器に侵入して加熱されてしまい、この温度上昇により圧縮動力も増大し、効率を低下させる原因となる。
【００３２】
（３）従来の蓄熱型機関においては、往復する作動ガスが往路、復路共に同じ経路を辿るために、往路、復路共に作動ガスが放熱器を通る。このため、放熱器を通過させるための圧力損失が、往路、復路とでいずれも発生することとなり、この圧力損失が、消費動力を増大させ、効率を低下させる原因となる。
【００３３】
故に、本発明は、上記問題点を解決し、効率の良い蓄熱型機関を提供することを技術的課題とするものである。
【００３４】
ここで、従来の蓄熱型機関の問題点について、作動流体の位置と温度との関係から考察してみる。
【００３５】
図１４（ａ）は、スターリング冷凍機を例とした機器類の概念図を示し、これは、圧縮ピストン１０、圧縮シリンダー９、圧縮ピストン１０及び圧縮シリンダー９より区画形成される圧縮空間部１１、放熱器１２、放熱器１２を冷却する冷却流体路２４、蓄冷器３、コールドヘッド４、被冷却体６３、膨張ピストン２６、膨張シリンダー２５、膨張ピストン２６及び膨張シリンダー２５により区画形成される膨張空間部２７よりなる。２３、２３１はピストンリング、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄは各機器類を接続する接続配管である。尚、各部品の符号について、図２（ａ）に示すものと同一部分には同一符号にて示した。図において、圧縮ピストン１０と膨張ピストン２６はそれぞれ下死点にある。
【００３６】
図１４（ｂ）は、図１４（ａ）において示したスターリング冷凍機の各機器に対応した位置を模式的に（Ｌ０〜Ｌ２２）横軸に示し、各機器類の位置とその点における作動流体の温度（縦軸）との関係を示したグラフである。
【００３７】
まず、理想の状態について説明する。膨張ピストン２６を上死点（Ｌ２０）に置き、圧縮ピストン１０を上死点の方向に動かすと、圧縮空間部１１の流体は放熱器１２で冷却されながら３００Ｋで等温適に圧縮される（図における変化ａ→ｂ、温度はＴｃで一定）。次に圧縮ピストン１０がさらに上死点に向かい、膨張ピストン２６が位置Ｌ２１になると、圧縮空間部１１の流体は放熱器１２を通り、蓄冷器３で冷却されながら等容的に膨張空間部２７に入る。流体の温度変化は図においてｂ→ｃで示される。さらに膨張ピストンが下死点に向かうと膨張空間部２７の流体は、コールドヘッド４で被冷却体６３を冷却しながら等温的に膨張する。膨張ピストン９は位置Ｌ２２であり、温度変化はｃ→ｄで、このときの冷凍温度Ｔｅは８０Ｋで一定である。最後に膨張ピストン２６が上死点に向かい、圧縮ピストン１０が下死点に向かうと、膨張空間部２７の流体はコールドヘッド７を通り、温度ｃから蓄冷器３で加熱され温度上昇してｂ（Ｔｃ＝３００Ｋ）となり、圧縮空間部１１に入って１サイクルが終了する。
【００３８】
上記は理想サイクルとしての動作を述べたが、スターリングサイクルは等温圧縮、等容変化、等温膨張、等容変化の４過程からなり、すでに公知のことである。なお、膨張ピストン２６は、圧縮ピストン１０よりほぼ９０度進んだ位相差で動作する。
【００３９】
次に、従来の冷凍機についての動作を説明する。
【００４０】
圧縮空間部１１を含む機器内には、例えば２０気圧のヘリウムの流体が封入されている。ある時間運転され定常状態における機器内のそれぞれの位置の流体温度は、一点鎖線で示した温度変化のようになると推察される。
【００４１】
圧縮空間部１１内の流体温度は、初めに常温Ｔｃ（例えば３００Ｋ）で運転されるが、定常状態になると温度上昇し、圧縮ピストン１０の下死点ではＴｃ１（例えば３２０Ｋ）の温度と高くなってしまう。圧縮ピストン１０が上死点に向かう圧縮過程では、流体温度は上昇してｆ１（例えば３３５Ｋ）の温度となる。次に、容積一定の等容過程で、流体は蓄冷器３に入り冷却されてｃ１（例えば７５Ｋ）となり、膨張空間部２７に入る。膨張ピストン２６が下死点（Ｌ２２）まで動くと膨張空間部２７の流体は、被冷却体６３を冷却しながら等温膨張（実際にはポリトロピック膨張）し、ｃ１よりも温度降下してｄ１となる。最後に膨張ピストン２６が上死点に向かうと圧縮ピストン１０も下死点に向かうため、膨張空間部２７の流体は押し出され、温度上昇してｃ２の温度で蓄冷器３に入り、徐々に加熱され温度上昇し、ｂ２（例えば３１０Ｋ）となる。そして、放熱器１２に入るが、運転周波数が高い（例えば６〜２５Ｈｚ）と、放熱器１２内での伝熱面積を増やす放熱用の内部フィンや多数本のパイプ類による熱容量が大きいため、冷却流体２４の温度まで下がらず、かえって加熱され、温度上昇して圧縮空間部３内に入り、Ｔｃ１の温度で１サイクルが終わる。
【００４２】
本発明は、流体の温度Ｔｃ１、ｆ1 、ｂ１を限りなくＴｃに近づけ、蓄熱型機関の効率を高める方法についてである。Ｔｃ１の温度が下がれば、ｆ１、ｂ１も自動的に下がる。蓄冷器３の温端の温度ｂ１と冷端の温度ｃ１との温度スパーン（同様にｂ２とｃ２との差）が小さくなって、蓄冷器３の熱負荷が減り、冷凍出力が一定でも、冷凍温度Ｔｅを生成するための仕事量は減少し、効率は高くなる。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の熱サイクルによる低温生成や動力発生する冷凍機や原動機の効率向上に関するものであり、基本的には作動流体の流路系に、流体の流れ方向を規制し、或いは、同時に流体の流れ方向によっては流量・流速、圧力等を調整するコックを内包した流量及び流路制御器を流路系に設置して流体の放熱器（熱交換器）での放熱効果を高めると同時に圧力損失を低減させ、効率を既存の冷凍機では１５〜２５％、原動機では約１５％向上させた流体制御機構付蓄熱型熱機関に関するものである。
【００４７】
また上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項１において講じた技術的手段は、圧力変動源と、再生器と、吸熱器と、位相調節機構とを直列接続し、作動流体の往復動と圧力変動に位相差をもたせることにより低温生成を行い、或いは動力を発生させる蓄熱型冷凍機において、前記蓄熱型冷凍機は、前記圧力変動源と前記再生器との間又は前記吸熱器と前記位相調節機構との間の少なくとも一方に配設された放熱器と、該放熱器に連設され、前記蓄熱型冷凍機の系内の作動流体の往路過程における流路を前記放熱器に連通し、復路過程における流路を前記放熱器からバイパスするように前記往路過程における流路と復路過程における流路とを規制する流路制御器と、を備えることを特徴とする、流体制御機構付蓄熱型冷凍機としたことである。
【００４８】
上記技術的手段における作用は以下のようである。即ち、圧力変動源と再生器との間又は吸熱器と位相調節機構との間の少なくともどちらか一方に設けられた流路制御器により、系内の作動流体の往路流と復路流との流路が各々規制される。そして、往路過程における流路は、流路制御手段に連設して設けられた放熱器に連通し、復路過程における流路は放熱器からバイパスするよう構成される。従って、流路制御器が圧力変動源と再生器との間にあるときは、作動流体はその往路過程において圧力変動源から放熱器を経て再生器に侵入し、その復路過程においては再生器から放熱器を経ずに圧力変動源に帰還する。また、流路制御器が吸熱器と位相調節機構との間にあるときは、作動流体はその往路過程において吸熱器から放熱器を経て位相調節機構に侵入し、その復路過程においては位相調節機構から放熱器を経ずに吸熱器に侵入する。このため、復路における作動流体が放熱器を通ることによる温度上昇、圧力損失を減少させることができる。
【００４９】
上記技術的手段を解決するにあたって、本発明の請求項２において講じた技術的手段のように、請求項１において、前記流路制御器は、往路における作動流体が通過する第１流体通路と、復路における作動流体が通過する第２流体通路とを備えることが好ましい。このように構成することにより、系内を往復動する作動流体は、その往路においては流路制御器の第１流体通路を通過し、その復路においては流路制御器の第２流体通路を通過する。
【００５０】
また、上記技術的手段を解決するにあたって、本発明の請求項３において講じた技術的手段のように、請求項１において、前記流路制御器は、復路における作動流体が通過する第２流体通路を備えており、往路における作動流体は前記流路制御器をバイパスするように構成するのが好ましい。上記構成によれば、往路における作動流体は、流路制御器をバイパスして放熱器に通じる。一方、復路における作動流体は、放熱器をバイパスして流路制御器の第２流体通路を通過する。これは、例えば圧力変動源と再生器との間又は吸熱器と位相調節機構との間に往路用配管と復路用配管とをそれぞれ設け、往路用配管は放熱器に連通し、復路用配管は放熱器には連通せずに、その途中に復路流のみを通す一方向弁（流路制御器）を介在させた簡単な構成で実現できる。このものにおいては、作動流体の往路流は直接放熱器と連通し、作動流体の復路流は放熱器をバイパスした復路用配管を流れる。このため流路制御器の構成が非常に簡単となり、また復路流は流路制御器を通らないため、さらに圧力損失が低減され、効率が向上する。
【００５１】
より好ましくは、本発明の請求項４において講じた技術的手段のように、請求項２において、前記流体制御機構付蓄熱型冷凍機は、前記第１流体通路と前記第２流体通路との少なくともどちらか一方に介装され、内部を通過する作動流体の流量を制御する流量制御器を具備して成ることが好ましい。これは、流路制御器に、流量制御機能を付加した構成である。即ち、系内を往復動する作動流体において、その往路流は流路制御器の第１流体通路を通り、また復路流は流路制御器の第２流体通路を通る。このとき第１流体通路又は第２流体通路の少なくともどちらか一方に介装された流量制御器により、その通路内を通過する作動流体の流量が制御されるものである。このように、流路制御器と流量制御器とを一体化したことにより、さらに簡単な構成で作動流体の制御を実現できる。
【００５２】
より好ましくは、本発明の請求項５において講じた技術的手段のように、請求項３において、前記流体制御機構付蓄熱型冷凍機は、前記第２流体通路に介装され作動流体の往路における流量を制御する流量制御器を具備して成ることである。この構成も、上記説明したものと同様流路制御器に流量制御機能を付加した構成である。このように、流路制御器と流量制御器とを一体化することにより、さらに簡単な構成で作動流体の制御を実現できる。
【００５３】
さらにより好ましくは、本発明の請求項６において講じた技術的手段のように、請求項２又は４のいずれか１項において、前記第１通路内には、作動流体の復路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第１通路内への復路における作動流体の通過を遮断し、前記第２通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第２通路内への往路における作動流体の通過を遮断ように構成することである。これによれば、第１通路内には、作動流体の復路方向に付勢された弁板を具備する弁機構が設けられているので、第１通路内に復路流が入ろうとすると、弁板がさらに付勢されるために、復路流の侵入が不可能となる。一方、第１通路内に往路流が入ろうとすると、弁板の付勢力に抗した力が働くため、開弁し、往路流が第１通路を通行可能となるものである。また、第２通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構が設けられているので、第２通路内に往路流が入ろうとすると、弁板がさらに付勢されるために往路流の侵入が不可能となる。一方、第２通路内に復路流が入ろうとすると、弁板の付勢力に抗した力が働くため、開弁し、復路流が第２通路を通行可能となるものである。
【００５４】
また、さらにより好ましくは、本発明の請求項７において講じた技術的手段のように、請求項３又は５のいずれか１項において、前記第２通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第２通路内への往路における作動流体の通過を遮断するように構成することである。これによれば、第２通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構が設けられているので、第２通路内に往路流が入ろうとすると、弁板がさらに付勢されるために往路流の侵入が不可能となる。また、第２通路内に復路流が入ろうとすると、弁板の付勢力に抗した力が働くため、開弁し、復路流が第２通路を通行可能となるものである。
【００５５】
さらにより好ましくは、本発明の請求項８において講じた技術的手段のように、請求項４、５、６又は７のいずれか１項において、前記流量制御器は、該流量制御器が介装された流路内を通過する作動流体の流量を制御するコックで構成されることである。これは、前記第１通路又は前記第２通路に介装される流量制御器として、安価で組付けも簡単なコックにより構成するものである。
【００５６】
又、上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項９において講じた技術的手段は、圧力変動源と、再生器と、吸熱器と、パルス管と、位相調節機構とを直列接続し、作動流体の往復動と圧力変動に位相差をもたせることにより低温生成を行うパルス管型冷凍機において、前記パルス管型冷凍機は、前記再生器の高温端と前記パルス管の高温端とを連通したダブルインレット通路と、前記ダブルインレット通路内の作動流体の往路における流量と復路における流量との少なくとも一方を独立に制御する流量制御器と、前記ダブルインレット通路内を往復する作動流体の往路と復路とを規制する流路制御器とを備え、前記流路制御器は、往路過程における作動流体が通過する第３通路と、復路過程における作動流体が通過する第４通路とを備える流体制御機構付パルス管型冷凍機としたことである。
【００５７】
上記技術的手段における作用は以下のようである。即ち、ダブルインレット方式のパルス管型蓄熱型機関において、ダブルインレット通路内を往復する作動流体の往路における流量と復路における流量との少なくとも一方が、流量制御器によって独立に制御される。ここで、ダブルインレット通路内を往復する作動流体の往路とは、圧力変動源から位相調節機構に向かう作動流体の流路のことであり、作動流体の復路とは、位相調節機構から圧力変動源に向かう作動流体の流路のことである。
【００５８】
ダブルインレット方式のパルス管型蓄熱機関においては、そのダブルインレット内を往復する作動流体の流量、圧力等を制御することにより、更に蓄熱機関の運転条件の最適化を図ることができる。さらに、作動流体の流量、圧力等を、往路流、復路流とで個別に制御することにより、さらに最適な運転条件で蓄熱機関を運転することができる。
【００５９】
特に、ダブルインレット方式の蓄熱機関は、往復動する作動流体の交流的な流れに加え、再生器、吸熱器、パルス管、ダブルインレット通路を循環する直流的な流れも存在する。この直流的な循環流は蓄熱機関の効率に悪影響を及ぼすが、上記構成としてダブルインレット通路での流れを制御することにより、この種の循環流も制御することが可能となる、効率を更に改善させることができる。
【００６０】
また、本発明の構成によれば、ダブルインレット通路内を往復する作動流体は、流路制御器により往路における流路と復路における流路とが独立に規制されるものである。
【００６１】
また、本発明の構成によれば、ダブルインレット通路内を通過する作動流体の往路流は流路制御器の第３流体通路を通過し、復路流は第４流体通路を通過するものである。
【００６２】
さらにより好ましくは、本発明の請求項１０において講じた技術的手段のように、請求項９において、前記第３通路内には、作動流体の復路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第３通路内への復路における作動流体の通過を遮断し、前記第４通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第４通路内への往路における作動流体の通過を遮断するように構成することである。これによれば、第３通路内には、作動流体の復路方向に付勢された弁板を具備する弁機構が設けられているので、第３通路内に復路流が入ろうとすると、弁板がさらに付勢されるために、復路流の侵入が不可能となる。一方、第３通路内に往路流が入ろうとすると、弁板の付勢力に抗した力が働くため、開弁し、往路流が第３通路を通行可能となるものである。また、第４通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構が設けられているので、第４通路内に往路流が入ろうとすると、弁板がさらに付勢されるために往路流の侵入が不可能となる。一方、第４通路内に復路流が入ろうとすると、弁板の付勢力に抗した力が働くため、開弁し、復路流が第４通路を通行可能となるものである。
【００６３】
さらにより好ましくは、本発明の請求項１１において講じた技術的手段のように、請求項１０において、前記流量制御器は、該流量制御器が介装された流路内の作動流体の流量を制御するコックで構成されることである。これにより、簡単な構成で流量及び流路の調節が達成できる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
従来技術において、蓄熱機関の効率を低下させている因子を説明したが、本発明はこの損失の因子を除くため、サイクル過程における流体の流れ方向によって放熱器を通したり、通さなかったり、また、流れ方向によってはコックの開度により流量を調整できる流体制御機構を開発し、これを流路系に附加して熱サイクルを改良し、冷凍機ならびに原動機の効率をより向上させた。流体制御器を附加した流路系を、図２の（ｂ）、図３の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に挙げる。流体制御器自体の構成を、図４〜図１１に示す。また、従来技術と同一部分については同一符号で示し、その説明を省略する。
【００６６】
本発明の流量制御器の用途は広いため、主としてパルス管の冷凍機とスターリング機関への応用例について述べる。また、以下において、作動流体の流量、又は流路を制御する流量制御器、流路制御器を総称して流体制御器と称することとする。
【００６７】
（第１実施形態例）
図４は本発明の実施形態例１である流体制御器の構造の部分断面図で、流路４０、４１よりの流体は、板バネの弁板３２１を介して流路３７に侵入する。反対側の流れは、流路３７、３８から弁板３２２を介して流路３９に侵入する。
【００６８】
尚，３０は弁板２個を有するフランジ、３５、３６はＯリング、２９１、２９２は流路口をもつフランジ、３４はボルト・ナットである。
【００６９】
図４と図２（ｂ）を基に、この流体制御器の動作について説明する。尚、この場合は、図４に示す流体制御器は、図２（ｂ）の符号１９で表される。
【００７０】
図２（ｂ）において、ピストン１０が上死点に向かうと往路流としての圧縮空間部１１からの流体は、圧縮されて圧縮空間部の流路口５５より第１放熱器１２に入り、例えば空気の冷却流体２４で冷却されて流路管５６より第１流体制御器１９に入る。
【００７１】
即ち、往路流としての圧縮空間部１１からの流体は、図４の流体制御器の断面構造図の流路４０、４１に入り、弁板３２１を開かせて流路３７に侵入し、流路３７より図２（ｂ）の流路管５７から蓄冷器３に入る。
【００７２】
尚、圧縮された流体は、弁板３２１から蓄冷器３にいかずに流路３８、弁板３２２、流路３９に侵入することはない。何故なら、圧縮空間部１１で圧縮された流体は、第１放熱器１２で冷却され、初めの圧力よりも低下し、弁板３２１を通過する。弁板３２２は、圧縮空間部１１より流路管５８を介して弁板を閉めるよう直接圧力がかかるが、この圧力は作動ガスが第１放熱器１２により冷却されていないため、流路３７側からかかる圧力よりも高い。このため、弁板３２２が開くことはない。
【００７３】
即ち、冷凍機が運転されているときには、弁板３２１、３２２に動圧が掛かり、流体の圧縮過程では、それぞれの流路での圧力の高さがＰ３９＞Ｐ４１＞Ｐ３７（Ｐ３９は流路３９での圧力、Ｐ４１は流路４１での圧力、Ｐ３７は流路３７での圧力をそれぞれ示す。）であり、Ｐ３９≫Ｐ３７となって弁板３２２は開かない。また、圧縮ピストン１０が上死点に向かうときは、熱サイクル上は圧縮過程か等容過程であり、膨張空間２７の圧力は３７よりも低い。
【００７４】
この熱サイクルでピストン１０が下死点に向かう等容と膨張過程では、圧縮空間部１１の圧力は蓄冷器３よりも減少する。このため、復路流としての蓄冷器３より戻る流体は、流路管５７より流路３７、３８、そして流路３８と３９との圧力差が大きくなって弁板３２２を開かせ、流路３９、５８、吸入口５８１より圧縮空間部１１に戻る。
【００７５】
即ち、先の機能と動圧分布は逆になる。Ｐ３７＞Ｐ４１＞Ｐ３９で、Ｐ３７≫Ｐ３９となり、弁３２１は開かない。この結果、往路流と復路流とがそれぞれ別々に規制され、蓄冷器３より圧縮空間部１１に戻るときの復路流体のみを、第１放熱器１２からバイパスさせることが可能となる。尚、流路口５５と吸入口５８１とを一つにして導通させても動作可能である。また、３３は弁板３２１、３２２の止めネジである。
【００７６】
図５は、図４よりも構造が簡単で部品数も少なく、且つ、高い運転周波数でも応答可能な構造である流体制御器の部分断面図である。耐久性と弁の応答性の良さから弁板の付勢力としてスプリング４２を使用した。
【００７７】
この流体制御器は、弁板４７１、４７２、弁座４６、５０をもつ弁箱４３、４４、これを止めるボルトナット５３、Ｏリング５４を主構成とし、流路４９、４８は図４の４０、３９に対応する。流路５２、４５は一つ口に導通させれば図４の流路３７にそれぞれ対応する。
【００７８】
また、図５に示す構成であると、図４の弁板２個を有するフランジ３０が除かれるため、構造がより単純化されると同時に、流路長さが短くなり死容積も少なくなる。尚、この図５に示す流体制御器の動作については、上記図４及び図２（ｂ）を基に説明したものと略同一であるため、説明を省略する。
【００７９】
この図４、図５に示す流体制御器１９の蓄熱機関への他の適用例は、図２（ｂ）および図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す冷凍サイクルの流路系の符号１９で示され、これらの第１放熱器１２での圧力損失は半分になり熱効率も向上して冷凍機の消費動力は減少する。
【００８０】
尚、図４において、流路４０、４１が本発明の第１流体通路に、流路３８、３９が本発明の第２流体通路に該当し、又、図５において、流路４９、５１が本発明の第１流体通路に、流路４５、４８が本発明の第２流体通路に該当する。
【００８１】
（第２実施形態例）
本発明の第２実施形態例である流体制御器の部分断面図を図６の（ａ）に、斜視図を図７（ａ）に、平面図を図７（ｂ）に示す。図６（ａ）に示すものは、図４に示す流体制御器の弁機構に、１つのコックを附加して一体化構造にし、流体の一方向の流量・流速、圧力の調整をおこなうようにしたものである。
【００８２】
コックの斜視図を図６（ｂ）に、断面図を図６（ｃ）に、正面図を図６（ｄ）にそれぞれ示す。
【００８３】
図６（ａ）及び図７において、７１はコック、７２はコック内を通過する流体の流体通路、７３は流体通路７２と平行に削られ弁開度を示すコック回転用溝、７４はＯリング溝、７５はコックのストッパー溝、７６は流路であり、他の番号は図４と同じである。図６（ａ）に示す流体制御器の動作を図３（ａ）と図６（ａ）で説明する。この場合において、図６（ａ）に示す流体制御器は、図３（ａ）において符号２０１で表される第２流体制御器の部分に適用するものとする。
【００８４】
圧縮機１からの高圧の流体は、吸入弁２ａが開くと蓄冷器３の高温端３ｂより蓄冷器３に侵入し、蓄冷器３内の蓄冷材で徐々に冷やされ温度降下し、低温度となってコールドヘッド４、パルス管５を通過し、蓄冷器３の高温端３ｂより第３流体制御器２０２（後述）を経てきた流体とパルス管５の高温端５ｂで合流し、第２放熱器１３で冷却されて第２流体制御器２０１に侵入する。第２流体制御器２０１に侵入した流体は、図６（ａ）の流路７６、適当な開度にされたコック７１の流体通路７２、流路４０、弁板３２１を通過し、流路３７より図３（ａ）に示す導管２９を経て流体溜２２に入る。つぎに吸入弁２ａが閉まり、吐出弁２ｂが開くと系内の流体は吐出弁２ｂより圧縮機１に戻る流体に断熱膨張仕事をして温度降下する。流体溜２２の流体は導管２９より図６（ａ）に示す流路３７、弁板３２２、流路３９、を通り、第２放熱器１３をバイパスしてパルス管５、コールドヘッド４で被冷却体を冷却し、蓄熱器３内で蓄熱材に冷熱を与えて温度上昇し、パルス管５の高温端５ｂより第３流体制御器２０２からの流体とともに吐出弁２ｂより圧縮機１に戻る。吐出弁２ｂが閉まると１サイクルが終わる。
【００８５】
流体制御器の導入により、パルス管５の温端から流体溜２２に入る流体を、第２放熱器１３で冷却した後に入れることができ、且つ、冷凍機の効率が最大になるよう、その流量・流速、圧力の最適値をコックの開度の調整で得られる。
【００８６】
この流体制御器の他の適用例は、図３（ｂ），（ｃ）の２０１である。
【００８７】
尚図６（ａ）において、流路５５、４０が本発明の第３流体通路に、流路３９が本発明の第４流体通路に該当する。又、コック５７が、本発明の第１調節手段に該当する。
【００８８】
（第３実施形態例）
図８に、本発明の第３実施形態例である流体制御器の断面図を示す。これは、図４に示す流体制御器に、二つのコックを附加して一体化構造にし、それぞれの流体の流量・流速、圧力の調整をおこなうようにしたものである。
【００８９】
この流体制御器の適用例は、図３において符号２０２で示される第３流体制御器に適用されるものとする。
【００９０】
図８、図６（ａ）、図３（ａ）を用い、パルス管冷凍機の動作を説明する。
【００９１】
図３に示すように、圧縮機１からの高圧の流体は、吸入弁２ａが開くと流体の殆どは蓄冷器３の高温端３ｂより蓄冷器３に侵入し、蓄冷器３内の蓄冷材で徐々に冷やされ温度降下し、低温度となってコールドヘッド４、パルス管５を通過し、蓄冷器３の高温端３ｂより第３流体制御器２０２を経てきた流体とパルス管５の高温端５ｂで合流し、第２放熱器２１で冷却されて第２流体制御器２０１に侵入し、図６（ａ）の流路７６、適当な開度のコック７１の流路７２、流路４０、弁板３２１を通過し、流路３７を経て、図３（ａ）の導管２９より流体溜２２に入る。吸入弁２ａが閉まり、吐出弁２ｂが開くと系内の流体は吐出弁２ｂより圧縮機１に戻る流体に断熱膨張仕事をして温度降下する。流体溜２２の流体は、導管２９より図６（ａ）の流路３７、弁板３２２、流路３９、パルス管５、コールドヘッド４で被冷却体を冷却し、蓄冷器３内で蓄冷材に冷熱を与えて温度上昇し、パルス管５の高温端５ｂから流体制御器２０２を経てきた流体と蓄冷器３の高温端３ｂで合流し、吐出弁２ｂより圧縮機１に戻る。弁２が閉まると１サイクルが終わる。
【００９２】
蓄冷器３の高温端３ｂから流体制御器２０２に侵入する流体は、図８の流路７７から流体制御器２０２に侵入し、弁板３２１、適度に開度されたコック７１１の流路７２１を経て流体制御器２０２からパルス管５の高温端５ｂに到達する。又パルス管５の高温端５ｂから流体制御器２０２に侵入する流体は、図８の流路６１から流体制御器２０２に侵入し、弁板３２２、適度に開度されたコック７１２の流路７２２、流路６２を経て流体制御器２０２から蓄冷器３の高温端３ｂに到達する。
【００９３】
尚、流路７７と６２、流路７２１と６１は小冷凍容量のときには、ここを流れる流量が少ないため、それぞれ図４の３７のように導通されて一つ口となり、流体の行きと帰りの最適な流量・流速、圧力が調整される。
【００９４】
この第３流体制御器２０２を第２流体制御器２０１の代わりに使用することも出来る。例えば、図３（ｃ）の第２流体制御器２０１の代わりに第３流体制御器２０２を使用すると、その図中の２０２を省略して図３（ｄ）に示すものとなり、流路系を簡単化することも可能である。但し、流路７７と６２、７２１と６１は、それぞれ独立の流路にして他の機器に接続されたり、一つ口にされたりして流路系に導入される。
【００９５】
尚、図８において、流路７７、７２１が本発明の第１流体通路に、流路６１、７２２、６２が本発明の第２流体通路に該当する。又、この実施例の場合、コック７１１、７１２が本発明の流量制御器に該当する。又いうまでもないが、図８に示す流体制御器は、他の部分の流体制御に当然適用可能である。例えば図３（ｃ）の符号１９で示す第１流体制御器、図３（ｂ）の符号２０１で示す第２流体制御器に適用も図８に示す流体制御器は適用可能である。
【００９６】
尚、本発明を蓄熱型機関の機器構成を一段型で説明したが、これらを冷凍温度に応じて複数段に組み合わせて２０Ｋ以下、４Ｋを生成することも可能である。（第４実施形態例）
第４実施形態例について、説明する。
【００９７】
図９は、第４実施形態例において使用する流体制御器の断面図であり、これは、一方向弁としての機能を有する。図において、流体制御器の内部には、流路４０、４１、３７が形成されている。流路４１と流路３７との間には弁板３２１が設けられており、弁板３２１は、常に流路４１と流路３７との連通を遮断する方向に付勢されている。このため流路４０側からの流れは弁板３２１の付勢力に抗して弁板３２１を押し上げ、流路３７の方へと流れることが可能であるが、流路３７側からの流れは弁板３２１をさらに付勢するために、この流れが流路４０に伝達されることはない。
【００９８】
図１０は、図９に示す流体制御器をさらに簡単に構成したものである。４３、４４は弁箱であり、５３は両弁箱４３、４４を止めるボルトナットである。弁箱４３には流路５２が、弁箱４４には流路４９が形成されており、両流路はスプリング４２により付勢された弁板４７１によりその連通、遮断が行われる。このため流路４９側からの流れは弁板４７１の付勢力に抗して弁板４７１を押し上げ、流路５２の方へと流れることが可能であるが、流路５２側からの流れは弁板４７１をさらに付勢するため、この流れが流路４９に伝達されることはない。
【００９９】
図１１は、図９における一方向弁（流体制御器）に、流量調整用のコック７１を一体化したものの断面図である。流路７６からの流体は、コック７１により流量を制御され、流路４０を経て、弁板３２１を押し上げ、流路３７へと流れる。コック７１は、図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すものと同一である。このコック７１での流量を調節するには、図６（ｂ）に示す溝５８をドライバー等で回してやればよい。
【０１００】
ここで、蓄冷型冷凍機では、機器内の流体の死容積を少なくしないと流体の圧縮比が高くならないために効率は上がらない。そのため流路系や配管を極力細くするとともに、図１１に示すように一方向弁と流量制御用のコックとを一体化することにより効率の向上を図ることが可能である。
【０１０１】
図９、１０、１１に示す流体制御器を、パルス管冷凍機に適用した例を図１２に示す。図１２において、符号１９で示されるものに、図９〜１１に示した流体制御器が連結される。この場合において、図９〜１１の矢印Ａ方向で示す流れ方向が、図１２に示すパルス管冷凍機の復路方向（バッファタンク２２からパルス管５へ向かう流れ、又は、膨張空間１６からパルス管５へ向かう流れ）と一致するように連結する。
【０１０２】
図１２（ａ）に示したものにおいて、圧縮機１により約２０気圧の流体は吸入弁２ａが開くと蓄冷器３の低温端３ｂから蓄冷器３、コールドヘッド４、パルス管５、パルス管５の高温端５ｂを流れ、第２放熱器１３で放熱し、流体溜２２に入る。この流体は、これより先に、ダブルインレット通路１７に入った一部の流体と混合する。吸入弁２ａが閉まり、吐出弁２ｂが開くと、流体溜２２の殆どの流体は、流体制御器１９、パルス管５、コールドヘッド４、蓄冷器３を通じて圧縮機１に戻る。これより先に、一部の流体が５ｂより第２流体制御器２０２、３ｂ、２ｂで戻っていた流体と混合し、吐出弁２ｂが閉まり、１サイクルが終了する。既存のパルス管冷凍機では、流体制御器１９が流路系に付加されていないため、常に第２放熱器１３より戻り、第２放熱器１３内の流体抵抗による損失があり、サイクルとしての容積変化の位相ずれにより発生する冷凍発生量の調整も困難で、効率が悪かった。これに対し、本実施形態例では、流体の流れ方向によっては放熱器をバイパスすることが可能であるため、従来と比較して効率が飛躍的に向上する。
【０１０３】
（第５実施形態例）
第５実施形態例として、図１２（ｂ）に示したパルス管冷凍機に図９〜図１１に示す流体制御器を付加したものを示す。ここで、流体制御器は、符号１９１及び１９２で示される。これは、電磁誘導式や同期式のリニアモータで駆動されるピストン９により容積可変が行われる圧縮空間部１１と、流体溜２２との間に第１放熱器１２、蓄冷器３、コールドヘッド４、パルス管５、第２放熱器１３を接続した機器構成に、流体制御器１９１及び１９２を導入した応用例である。圧縮空間部１１からの圧縮された作動ガスは、第１放熱器１２を経て蓄冷器３に入る。その後、コールドヘッド４、パルス管５を通り、パルス管５の高温端５ｂに達する。ここで、第２流体制御器２０２を経てダブルインレット通路１７からきた作動ガスと合流し、第２放熱器１３を経て膨張シリンダ１４と膨張ピストン１５とで区画形成される膨張空間に入る。一方膨張空間１６からの作動ガスは、流体制御器１９２に入り、第２放熱器１３をバイパスしてパルス管５、コールドヘッド４、蓄冷器３を経て流体制御器１９１に入る。そして、放熱器１２をバイパスし、直接圧縮空間１１に侵入する。これにより、１５％以上の効率が向上した。
【０１０４】
（第６実施形態例）
第６実施形態例として、図１２（ｃ）に示したパルス管冷凍機に図９〜１１で示した流体制御器１９を付加したものを示す。このものにおける作動ガスの流れは、第５実施形態例で説明したものとほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【０１０５】
（第７実施形態例）
第７実施形態例として、図１２（ｄ）に示したパルス管冷凍機に図９〜１１で示した流体制御器１９１、１９２を付加したのを示す。これは、図１２（ａ）に示す圧縮機１と吸入弁２ａ、吐出弁２ｂで構成される圧力変動源を、圧縮ピストン１０及び圧縮シリンダ９で構成されるものに置き換え、図１２（ａ）に示す流体溜２２で構成される位相調節機構を、膨張シリンダ１４と膨張ピストン１５で構成されるものに置き換えたものである。作動ガスの流れは、第５実施形態例で示したものとほぼ同一であるため、その説明を省略する。
【０１０６】
上記説明した、本発明の実施形態例において、作動ガスの位置と、その位置における温度の関係を、図１３に基づいて説明する。図１３（ａ）は、圧力変動源としての圧縮ピストン１０及び圧縮シリンダ９と、蓄冷器３との間の構成を示したものであり、図１３（ｂ）は各機器の位置とその位置における作動ガスの温度との関係を示したグラフである。従来技術において、放熱器１２は、流体が往復する再生熱交換器のように使用されていたが、本発明ではこれを除き、本来の一方向の高温、高圧の流体を放熱して冷却する放熱器にするため、蓄冷器３より圧縮空間部１１に戻る復路流体を、一方向弁等で構成される流体制御器１９を介在した配管６５で放熱器１２をバイパスし、圧縮空間部１１に直接戻すようにした。この結果、図１３（ｂ）の２点鎖線で示すように、圧縮空間部１１でＴｃ２で圧縮が始まり、高圧高温の流体はｆ３の温度で配管６４ａから放熱器１２に入って放熱し、ｂ３に冷却されて蓄冷器３に入る。冷凍を終えて蓄冷器３より戻る流体は、温度ｂ４で配管６５から流体抵抗の極小の一方向弁１９を通り、温度はほぼ一定のｈ１で圧縮空間部１１に入って温度上昇し、温度Ｔｃ２で１サイクルが終わる。これに対し、１点鎖線で示した従来の冷凍機構成では、圧縮された流体が蓄冷器３に入るまで、又は冷凍を終えた流体が蓄冷器３から圧縮空間部１１に入るまでの温度はそれぞれの位置において本実施形態例のものよりも高く、温度Ｔｃからより離れていることが分かる。これより、本実施形態例で説明した機器構成の高効率性が証明される。
【０１０７】
尚、蓄冷器３より圧縮空間部１１に戻る等容過程では、蓄冷器３内の流体の圧力が圧縮空間部１１の圧力よりも高い。しかし、配管６４ａより放熱器、配管６５から圧縮空間部に戻る流体の量は極少となり、それが性能に影響することはない。なぜなら、放熱器１２の流体抵抗が、配管６４ａ、流体制御器１９よりも圧倒的に大きいからであり、殆どの流体は蓄冷器３を出た温度で圧縮空間部に戻る。
【０１０８】
又、圧縮空間部からの高圧、高温度の流体は、配管６５、流体制御器１９より蓄冷器３に流れることは絶対にない。流体制御器１９が一方向弁的な機能を有しており、逆流を不可能にする構造であるからである。
【０１０９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１１０】
蓄熱型機関の系内の作動流体の流量、圧力を往路、復路の各流れ毎に個別に制御可能となり、最適な運転条件で蓄熱機関を運転することができる。このため、効率のよい蓄熱型機関とすることができる。
【０１１１】
請求項２の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１１２】
蓄熱型機関の系内を往復動する作動流体の往路、復路それぞれの流路を個別に規制可能に構成としたため、作動流体が往路、復路共に同じ経路を辿ることに起因する効率向上の阻害要因を排除でき、蓄熱型機関の効率を更に向上させることができる。
【０１１３】
請求項３の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１１４】
蓄熱型機関の系内を往復動する作動流体は、その往路においては流路制御器の第１流体通路を通過し、その復路においては流路制御器の第２流体通路を通過する。このように構成することにより簡単な構成で作動流体の流路制御を実現できる。
【０１１５】
請求項４の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１１６】
蓄熱型機関の系内を往復動する作動流体の往路においては、流路制御器をバイパスして放熱器に通じる。一方、復路においては、放熱器をバイパスして流路制御器の第２流体通路を通過する。このため流路制御器の構成が非常に簡単となり、また復路流は流路制御器を通らないため、さらに圧力損失が低減され、効率が向上する。
【０１１７】
請求項５の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１１８】
蓄熱型機関お系内を往復動する作動流体において、その往路流は流路制御器の第１流体通路を通り、また復路流は流路制御器の第２流体通路を通る。このとき第１流体通路又は第２流体通路の少なくともどちらか一方に介装された流量制御器により、その通路内を通過する作動流体の流量が制御される。このように、流路制御器と流量制御器とを一体化したことにより、さらに簡単な構成で作動流体の制御を効果的に実現できる。
【０１１９】
請求項６の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１２０】
流路制御器と流量制御器とを一体化することにより、さらに簡単な構成で作動流体の制御を実現できる。
【０１２１】
請求項７の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１２２】
第１通路内には、作動流体の復路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第１通路内への復路における作動流体の通過を遮断し、第２通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第２通路内への往路における作動流体の通過を遮断するように構成することで、より簡単な構成で往復路の規制が実現される。
【０１２３】
請求項８の効果は、以下の如く効果を有する。
【０１２４】
流路制御器の第２通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構が設けられているので、簡単な構成で、流体の流路及び流量を制御することができる。
【０１２５】
請求項９の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１２６】
流量制御器は、該流量制御器が介装された流路内を通過する作動流体の流量を制御するコックで構成される。このため、安価で組付けも簡単な流体制御器とすることができる。
【０１２７】
請求項１０の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１２８】
ダブルインレット方式のパルス管型蓄熱型機関において、ダブルインレット通路内を往復する作動流体の往路における流量と復路における流量との少なくとも一方が、流量制御器によって独立に制御される。このような構成をとることにより、ダブルインレット通路を設けたことによる利点（運転条件の最適化）を維持しつつ、ダブルインレット通路を設けたことによる欠点（蓄冷器、吸熱器、パルス管、ダブルインレット通路を循環する直流的な循環流の発生）を減少させることができるため、蓄熱型機関の効率を向上させることができる。
【０１２９】
請求項１１の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１３０】
ダブルインレット通路内を往復する作動流体の往路と復路とを独立して規制する流路制御器を設けた。これにより、往路、復路それぞれの作動流体の流路を個別に規制可能な構成となり、蓄熱型機関の効率を更に向上させることができる。
請求項１２の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１３１】
ダブルインレット通路内を通過する作動流体の往路流は流路制御器の第３流体通路を通過し、復路流は第４流体通路を通過する構成とした。これにより、簡単な構成でダブルインレット通路内の作動流体の流路制御が実現できる。
【０１３２】
請求項１３の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１３３】
流路制御器を、第３通路及び第４通路内に設けられた弁機構により構成した。これにより、簡単な構成でダブルインレット通路内の作動流体の流路制御が実現できる。
【０１３４】
請求項１４の発明は、以下の如く効果を有する。
【０１３５】
流量制御器を、作動流体の流路内に介装されたコックで構成した。これにより、簡単な構成で流量及び流路の調節が達成できる。可能となるものである。
【０１３６】
【符号の説明】
１ 圧縮器（圧力変動源）
２ａ 吸入弁（圧力変動源）
２ｂ 吐出弁（圧力変動源）
３ 蓄冷器（再生器）
３ａ 蓄冷器低温端
３ｂ 蓄冷器高温端
４ コールドヘッド（吸熱器）
５ パルス管
５ａ パルス管低温端
５ｂ パルス管高温端
６ 弁（位相調節機構）
７ 流体溜（位相調節機構）
８ 弁（第２の位相調節機構）
９ シリンダー（圧力変動源）
１０ ピストン（圧力変動源）
１１ 圧縮空間（圧力変動源）
１２ 第１放熱器（放熱器）
１３ 第２放熱器（放熱器）
１４ シリンダー（位相調節機構）
１５ ピストン（位相調節機構）
１６ 膨張空間（位相調節機構）
１７ ダブルインレット通路
１９ 第１流体制御器（第１流体制御機構）
２０１ 第２流体制御器（第２流体制御機構）
２０２ 第３流体制御器（第３流体制御機構）
２２ 流体溜（位相調節機構）
２３ ピストンリング
２４ 冷却冷媒
２５ 膨張シリンダー（位相調節機構）
２６ 膨張ピストン（位相調節機構）
２７ 膨張空間（位相調節機構）
２８ａ，２８ｂ ピストンロッド
２９１，２９２ フランジ
３０ フランジ
３２１，３２２ 弁板（弁）
３３ 止めネジ
３４ ボルト・ナット
３５，３６ Ｏリング
３７，３８ 流路
３９ 流路（第２流体通路，第４流体通路）
４０，４１ 流路（第１流体通路，第３流体通路）
４２ スプリング
４３，４４ 弁箱
４５，４８ 流路（第２流体通路，第４流体通路）
４６，５０ 弁座
４７１，４７２ 弁板（弁）
４９，５２ 流路（第１流体通路，第３流体通路）
５３ ボルト・ナット
５４ Ｏリング
７２１ 流路（第１流体通路，第３流体通路）
７２２ 流路（第２流体通路，第４流体通路）
７１、７１１、７１２ コック（流量調節器）
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のパルス管型蓄熱型機関の流路系と機器構成を示す図である。
【図２】スターリング機関の流路系と機器構成を示す図であり、（ａ）は従来技術のスターリング機関であり、（ｂ）は本発明におけるスターリング機関である。
【図３】本発明のパルス管型蓄熱型機関の流路系と機器構成を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態例における流体制御器の部分断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態例における、他の流体制御器の部分断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態例における流体制御器を示す図であり、（ａ）は流体制御器の部分断面図、（ｂ）はコックの斜視図、（ｃ）はコックの断面図、（ｄ）はコックの正面図である。
【図７】本発明の第２実施形態例における流体制御器を示す図であり、（ａ）は流体制御器の斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図８】本発明の第３実施形態例における流体制御器の部分断面図である。
【図９】本発明の第４〜第７実施形態例において使用可能な流体制御器の部分断面図である。
【図１０】本発明の第４〜第７実施形態例において使用可能な流体制御器の部分断面図である。
【図１１】本発明の第４〜第７実施形態例において使用可能な流体制御器の部分断面図である。
【図１２】本発明の第４〜第７実施形態例のパルス管型蓄熱機関の流路系を示したものであり、（ａ）が第４実施形態例、（ｂ）が第５実施形態例、（ｃ）が第６実施形態例、（ｄ）が第７実施形態例である。
【図１３】本発明における蓄熱型機関の系内の作動流体の位置と温度との関係を示したグラフである。
【図１４】従来技術における蓄熱型機関の系内の作動流体の位置と温度との関係を示したグラフである。

Claims (11)

1. 圧力変動源と、再生器と、吸熱器と、位相調節機構とを直列接続し、作動流体の往復動と圧力変動に位相差をもたせることにより低温生成を行う蓄熱型冷凍機において、
   前記蓄熱型冷凍機は、前記圧力変動源と前記再生器との間又は前記吸熱器と前記位相調節機構との間の少なくとも一方に配設された放熱器と、
   該放熱器に連設され、前記蓄熱型冷凍機の系内の作動流体の往路過程における流路を前記放熱器に連通し、復路過程における流路を前記放熱器からバイパスするように前記往路過程における流路と復路過程における流路とを規制する流路制御器と、を備えることを特徴とする、流体制御機構付蓄熱型冷凍機。
2. 請求項１において、
   前記流路制御器は、往路における作動流体が通過する第１流体通路と、復路における作動流体が通過する第２流体通路とを備えることを特徴とする、流体制御機構付蓄熱型冷凍機。
3. 請求項１において、
   前記流路制御器は、復路における作動流体が通過する第２流体通路を備えており、往路における作動流体は前記流路制御器をバイパスすることを特徴とする、流体制御機構付蓄熱型冷凍機。
4. 請求項２において、
   前記流体制御機構付蓄熱型冷凍機は、前記第１流体通路と前記第２流体通路との少なくともどちらか一方に介装され、内部を通過する作動流体の流量を制御する流量制御器を具備して成ることを特徴とする、流体制御機構付蓄熱型冷凍機。
5. 請求項３において、
   前記流体制御機構付蓄熱型冷凍機は、前記第２流体通路に介装され作動流体の往路における流量を制御する流量制御器を具備して成ることを特徴とする、流体制御機構付蓄熱型冷凍機。
6. 請求項２又は４のいずれか１項において、
   前記第１通路内には、作動流体の復路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第１通路内への復路における作動流体の通過を遮断し、
   前記第２通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第２通路内への往路における作動流体の通過を遮断することを特徴とする、流体制御機構付蓄熱型冷凍機。
7. 請求項３又は５のいずれか１項において、
   前記第２通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第２通路内への往路における作動流体の通過を遮断することを特徴とする、流体制御機構付蓄熱型冷凍機。
8. 請求項４、５、６又は７のいずれか１項において、
   前記流量制御器は、該流量制御器が介装された流路内を通過する作動流体の流量を制御するコックで構成されることを特徴とする、流体制御機構付蓄熱型冷凍機。
9. 圧力変動源と、再生器と、吸熱器と、パルス管と、位相調節機構とを直列接続し、作動流体の往復動と圧力変動に位相差をもたせることにより低温生成を行うパルス管型蓄熱型冷凍機において、
   前記パルス管型蓄熱冷凍機は、前記再生器の高温端と前記パルス管の高温端とを連通したダブルインレット通路と、
   前記ダブルインレット通路内の作動流体の往路における流量と復路における流量との少なくとも一方を独立に制御する流量制御器と、
   前記ダブルインレット通路内を往復する作動流体の往路と復路とを規制する流路制御器とを備え、
   前記流路制御器は、往路過程における作動流体が通過する第３通路と、復路過程における作動流体が通過する第４通路とを備えて成ることを特徴とする、流体制御機構付パルス管型冷凍機。
10. 請求項９において、
    前記第３通路内には、作動流体の復路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第３通路内への復路における作動流体の通過を遮断し、
    前記第４通路内には、作動流体の往路方向に付勢された弁板を具備する弁機構を備え、該弁機構により前記第４通路内への往路における作動流体の通過を遮断することを特徴とする、流体制御機構付パルス管型冷凍機。
11. 請求項１０において、
    前記流量制御器は、該流量制御器が介装された流路内の作動流体の流量を制御するコックで構成されることを特徴とする、流体制御機構付パルス管型冷凍機。

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