JP3944854B2 - 熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は不活性気体を利用して超伝導体を冷却する極低温冷凍機（ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）に関し、さらに詳細には、高温超伝導原理を利用する応用機器の駆動気体を冷却する駆動部内にメタルニットを設け、予混合燃焼（ｐｒｅｍｉｘｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）方式で駆動気体を均一に加熱する熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置に関する。

一般的に、極低温冷凍機は、例えば、約７７Ｋ（−１９６℃）で駆動される赤外線センサー冷却分野、極低温手術及びＭＲＩ分野、移動通信用超伝導ＲＦフィルターなどの電子装備分野、超伝導電力応用機器分野などに適用される。約７７Ｋ（−１９６℃）の温度は液体窒素が利用される高温超伝導体冷却温度である。超伝導体を冷却する極低温冷凍機は、熱力学的サイクルにより、スターリング極低温冷凍機（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）、ジュール−トムソン極低温冷凍機（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｓｏｎ ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）、Ｇ−Ｍ極低温冷凍機（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）、パルス管極低温冷凍機（Ｐｕｌｓｅ Ｔｕｂｅ ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）などに区分される。

前記Ｇ−Ｍ極低温冷凍機は、高温部及び低温部にそれぞれ１個以上の駆動部を装着しなければならないので、その動作効率が低くて冷凍容量が小さく、メンテナンス費用が多く必要となる問題点を有している。

図４は、従来のスターリング極低温冷凍機の動作原理を説明するための構成図であって、ピストン１ｃの運動に従って作動気体の体積が変わる圧縮部１ａ及び膨張部１ｂと、高温熱交換機５ａ、低温熱交換機５ｂ並びに再生機３からなる。

前記のように構成されるスターリング極低温冷凍機の動作原理は次の通りである。

先ず、圧縮部１ａのピストン１ｃと、膨張部１ｂのピストン１ｄとが、それらの間の距離を一定に維持しながら図面を基準として左側から右側へ移動すると、圧縮部１ａ内の作動気体は圧縮される。この時、圧縮部１ａ内の作動気体の温度は、高温熱交換機５ａの温度ＴＨより所定の増加された温度ｄＴＨが加わってＴＨ＋ｄＴＨに上昇する（Ｓ１０〜Ｓ２０）。

前記ピストン１ｃが、一定な圧力を維持しながら続いて左側から右側へ移動すると、高温熱交換機５ａの壁面温度より相対的に高い温度を有する圧縮部１ａ内の作動気体の熱は、高温熱交換機５ａを通じて外部に放出される（Ｓ２０〜Ｓ３０）。

同時に、作動気体の熱は高温熱交換機５ａを通じて再生機３の内部マトリックスにも伝達される。そうすると、再生機３のマトリックスの熱は低温熱交換機５ｂに伝達され、それにより低温熱交換機５ｂの温度は以前の温度より高い温度Ｔｃになる。その後、前記低温熱交換機５ｂの温度Ｔｃは膨張部１ｂの温度を変化させる。即ち、相対的に高い温度の熱が伝達された膨張部１ｂ内の作動気体は温度が上がって膨張する。この時、ピストン１ｄが、膨張部１ｂ内部の作動気体の熱膨張に従って移動するため、膨張部１ｂ内部の作動気体の温度は低温熱交換機５ｂの温度より低い所定の温度ｄＴＣが減少された ＴＣ−ｄＴＣになる（Ｓ３０〜Ｓ４０）。

一方、前記圧縮部１ａのピストン１ｃと、前記膨張部１ｂのピストン１ｄとが、それらの間の距離を一定に維持しながら図面を基準として右側から左側へ移動すると、膨張部１ｂ内の作動気体の温度は低温熱交換機５ｂの温度より相対的に低くなるため、作動気体は収縮し、それによってピストン１ｄが図面を基準として右側から左側へ移動し、同時に作動気体は外部から熱の供給を受ける（Ｓ４０〜Ｓ５０）。即ち、前記圧縮部の作動気体は再生機３のマトリックスから熱を受けて温度が上昇した高温熱交換機５ａから所定の熱を受けて高温熱交換機５ａの温度ＴＨになる。

ここで、Ｓ４０〜Ｓ５０で表示される段階の間に圧縮部１ａの作動気体が再生機３から受けた熱伝達量は、Ｓ２０〜Ｓ３０段階の間に圧縮部１ａの作動気体が再生機３へ伝達した熱伝達量と同じである。従って、再生機３がサイクル毎に取り交わす熱伝達量の合計は数値的に‘０’である。

従って、Ｓ１０→Ｓ２０→Ｓ３０→Ｓ４０→Ｓ５０の順に熱力学的サイクルを行うスターリング極低温冷凍機は、低温部から熱を受けて高温部へ熱を放出する冷凍効果を得ることができる。

ところが、前記スターリング極低温冷凍機は、高温部及び低温部にそれぞれ１個ずつ駆動部を更に装着しなければならないので、その構造が複雑である。また、長時間駆動する場合には、特に低温でピストンのような変位機の封止部材とシリンダーとの間の摩擦によってその動作の信頼性が大きく落ちる。

前記パルス管極低温冷凍機は、前記スターリング極低温冷凍機から変形された機器であって、基本型（ｂａｓｉｃ Ｔｙｐｅ）、オリフィス型（Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｔｙｐｅ）、二重入口型（ｄｏｕｂｌｅ Ｉｎｌｅｔ Ｔｙｐｅ）などに区分される。また、冷凍温度と冷凍容量とのための構造によって共鳴管型、２バルブ型、４バルブ型及び混合型などに区分される。

図５は、従来のオリフィス型パルス管極低温冷凍機の構成図であって、一方が支持された管に一定な温度を有する気体が周期的に注入され、その注入された気体の圧力の変化に従って動作する機器である。即ち、気体の流動に乱流成分が少ない場合、非常に大きい温度勾配を得ることができる熱−ポンピング効果を利用する。

前記オリフィス型パルス管極低温冷凍機は、圧縮部２ａと、前記圧縮部２ａから前記圧縮部２ａへ順次的に連結される後処理熱交換機５ｃと、再生機３−１と、パルス管７ａと、ディフューザ７ｂと、冷凍気体貯蔵所７ｄと、前記ディフューザ７ｂ及び前記冷凍気体貯蔵所７ｄが連結される部位に存在するオリフィス７ｃとから構成される。ここで、前記圧縮部２ａはその動作によって膨張部になり、その内部には往復動式のピストン２ｃが設けられる。ここで、パルス管７ａの内部には仮想の気体ピストンがあると仮定される。

前記オリフィス型パルス管極低温冷凍機と前記スターリング冷凍機とを比較すると、次の通りである。

パルス管７ａ、高温熱交換機５ｅ及び冷凍気体貯蔵所７ｄの組合せ構造は前記スターリング冷凍機の膨張部１ｂに該当する。

前記スターリング極低温冷凍機の圧縮部１ａのピストン１ｃと膨張部１ｂのピストン１ｄとは、同一な位相で運動するが、前記オリフィス型パルス管極低温冷凍機のパルス管７ａの内部に位置する仮想の気体ピストンは、冷凍気体貯蔵所７ｄによって圧縮部２ａのピストン２ｃのような位相で運動する。

従って、オリフィス型パルス管極低温冷凍機の圧縮部２ａのピストン２ｃと、仮想の気体ピストンとの間の位相差（パルス管内部の圧力と質量流量との間の関係から形成される）は、パルス管７ａと冷凍気体貯蔵所７ｄとの間で発生する。

前記オリフィス型パルス管極低温冷凍機で発生される位相差は、前記スターリング極低温冷凍機の膨張部１ｂのピストン１ｃによって発生する位相差より少なく発生し、それによってオリフィス型パルス管極低温冷凍機の冷凍効果が相対的に大きい。しかし、オリフィス型パルス管極低温冷凍機は、圧力変化の振幅に対してスターリング極低温冷凍機より更に多い単位冷凍容量当り質量流量を必要とする。

一方、前記スターリング極低温冷凍機は、圧縮部１ａ及び膨張部１ｂのような２個以上の駆動部を必要とするが、前記パルス管極低温冷凍機は１個の駆動部のみが設けられる。従って、オリフィス型パルス管極低温冷凍機は、スターリング極低温冷凍機よりもその構造が相対的に簡単で、長期間の作動にもメンテナンスに所要される費用が少なくてすむが、振動が発生する問題点を依然として有している。

図６は、従来の熱音響パルス管極低温冷凍機の構成図であって、駆動気体貯蔵所９ａと、駆動気体貯蔵所９ａに隣接する順次的に連結される電気ヒーター９ｂと、シリンダー型チューブ９ｃと、熱音響駆動部９ｄと、ドライブスタック９ｅと、冷凍スタック管９ｆと、パルス管７ｅとから構成される。ここで、前記パルス管７ｅは冷凍スタック管９ｆが連結される反対側にディフューザ７ｆ及び冷凍気体貯蔵所７ｇが連結される。

前記のように構成される熱音響パルス管極低温冷凍機は、前記電気ヒーター９ｂの電気的熱源が駆動気体貯蔵所９ａに貯蔵された駆動気体の圧力パルスを発生させると、その圧力パルスは気体を断熱圧縮及び断熱膨張させ、それによって気体は温度が変化されて複数個の薄板へその温度に該当する熱を前記ドライブスタック９ｅ及び冷凍スタック管９ｆに伝達することによって動作する。ここで、パルス管７ｅに伝達された熱は、パルス管７ｅ内の冷却水が循環することによってパルス管７ｅで熱交換され、それによってパルス管７ｅから外部へ熱が放出される。

しかし、前記熱音響パルス管極低温冷凍機は、電気的熱源を音響エネルギーに変更して極低温を実現するため、電気的熱源の容量限界によってその冷凍能力に限界がある。

本発明の第１の目的は、メタルファイバーから製織されるメタルニットを利用して駆動気体を均一に加熱できる燃焼構造を有する熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置を提供することである。

本発明の第２の目的は、メタルファイバーから製織されるメタルニットを利用して駆動気体を均一に加熱できる燃焼構造を有し、熱音響駆動方式で発生された振動及び騒音と、信頼性低下並びに低容量とを克服する熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置を提供することである。

本発明の第３の目的は、赤外線センサー冷却分野、極低温手術及びＭＲＩ分野、移動通信用超伝導ＲＦフィルターなどの電子装備分野、超伝導電力応用機器分野などのような超伝導電子装備用及び小容量を要求する超伝導応用機器の冷却用極低温冷凍機として活用できるように、メタルファイバーから製織されるメタルニットを利用して駆動気体を均一に加熱できる燃焼構造を有する熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置を提供することである。

このために、本発明による熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置は、駆動気体が一定な周波数の音波を発生するように所定の温度の熱を発生する火炎を生成し、前記駆動気体を均一に加熱して断熱圧縮させる駆動部１０と、前記駆動部１０から出力される駆動気体を受け入れて冷却させる再生機２０と、前記再生機２０から出力される冷却された駆動気体を受け入れ、断熱圧縮させて高温の駆動気体を生成するパルス管４０と、前記パルス管４０から出力される高温駆動気体を受け入れて断熱膨張させる冷凍気体貯蔵所６０とを基本的に有し、
前記再生機２０と前記パルス管４０との間には、外部と熱交換する第２の高温熱交換機３０が設けられ、前記パルス管４０と前記冷凍気体貯蔵所６０との間には、外部と熱交換する低温熱交換機５０が設けられ、前記冷凍気体貯蔵所６０の内部には、前記冷凍気体貯蔵所６０と前記パルス管４０との間を往復する駆動気体の量を制御して前記冷凍気体貯蔵所の圧力を一定に維持するオリフィス６２が設けられており、前記駆動気体がパルス管を中心として圧縮及び膨張される過程を繰り返し行うことができるように構成されていることを特徴とする。

本発明による熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置は、赤外線センサー冷却分野、極低温手術及びＭＲＩ分野、移動通信用超伝導ＲＦフィルターなどの電子装備分野、超伝導電力応用機器分野などのような超伝導電子装備用及び小容量を要求する超伝導応用機器に更に効率的に動作する機器として使われることができる。

本発明による冷凍装置によれば、その駆動部を単一素子で駆動させることもでき、その駆動部に設けられるメタルファイバーは既存の約１５０ｃｍの火炎長さを約２０ｃｍ程度まで減らすことができ、それによって振動及び騒音を減らすことが可能となり、さらに動作の信頼性を高め、効率性及び冷凍容量を更に大きくすることができる。

図１は、本発明による熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置の構成図であり、図２は図１の駆動部を詳細に示した構成図である。

図示されたように、本発明による熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置（以下、単に「冷凍装置」という）１００は、熱から音響に変換される時発生する振動エネルギーを利用し、駆動気体として注入される不活性気体が断熱圧縮及び断熱膨張行程を経ながら温度の変化を起こすようにして不活性気体と外部環境との間で熱交換がなされるようにし、約７７ｋ（−１９６℃）以下の極低温の冷凍効果を得ることができる装置である。

前記冷凍装置１００は、駆動気体を加熱して脈動させる加熱源であって、予混合燃焼（Ｐｒｅｍｉｘｅｄ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）方式により駆動気体を加熱して脈動させた時、駆動気体から発生される音波によってその駆動気体の温度を変化させる駆動部１０と、後処理熱交換機１３を介して前記駆動部１０と連結される再生機２０と、前記再生機から出力される駆動気体が外部と熱を交換する第２の高温熱交換機３０と、前記第２の高温熱交換機３０を介して前記再生機２０と連結されるパルス管４０と、前記パルス管から出力される駆動気体が外部と熱を交換する低温熱交換機５０と、前記低温熱交換機５０を介して前記パルス管４０と連結される前記冷凍気体貯蔵所６０とを有する。

前記駆動部１０は、図２に示したように外部から混合気体（燃料及び空気）が導入される燃焼機１１と、前記燃焼機１１の内側に設けられ、駆動気体を含む第１の高温熱交換機１２と、駆動気体を均一に加熱するために、第１の高温熱交換機１２の表面に覆い被せ、前記燃焼機１１の内側壁面から一定な距離を置いて設けられるメタルニット１２ａと、前記第１の高温熱交換機１２内に装着され、前記燃焼機１１の外に露出されて前記再生機２０に連結され、外部と前記駆動気体とに伝達される熱量を熱伝達方式で制御する後処理熱交換機１３とから構成される。

ここで、前記第１の高温熱交換機１２は望ましくは略円筒形状である。

前記再生機２０はその内部に複数個の板材２１が積層されている構造を有している。

前記パルス管４０は、その内部に前記駆動気体の移動方向と略平行となるように並んで設けられる薄板４１ａが積層された形態で有するスタック４１と、前記低温熱交換機５０を介して前記冷凍気体貯蔵所６０と連結されるディフューザ６１とを含む。

前記ディフューザ６１と前記冷凍気体貯蔵所６０とが連結される地点には前記冷凍気体貯蔵所６０の内側にオリフィス６２が設けられ、そのオリフィス６２は冷凍気体貯蔵所６０とパルス管４０との間を往復する駆動気体の量を制御して冷凍気体貯蔵所６０の圧力を一定にする。

前記駆動気体はヘリウム及びアルゴンのような不活性気体であって、前記駆動部１０が加熱されると自発的に振動し、それによって圧力波が発生する。前記圧力波は後処理熱交換機１３、再生機２０、第２の高温熱交換機３０及びパルス管４０を順に移動する。

ここで、前記駆動部１０は、その内部で火炎を発生して駆動気体を加熱する。即ち、前記駆動部１０は駆動気体を加熱するために、予混合燃焼（ｐｒｅｍｉｘｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）方式で約１０００℃以上の温度で火炎を生じさせると、前記第１の高温熱交換機１２の中に含まれた駆動気体は約１０気圧、５００ＨＺ程度の周波数を有する音波を生成する。

一方、前記メタルニット１２ａは、メタルファイバー（ｍｅｔａｌ ｆｉｂｅｒ）から製造される熱伝達部材であって、前記駆動部１０内の予混合燃焼方式によって発生される火炎の熱がその表面に直接触れながら、前記第１の高温熱交換機１２の表面全体に均一に熱を加える。従って、火炎によって第１の高温熱交換機１２を加熱する時間は短縮される。即ち、メタルファイバーはその物理的な特性上、加えられた熱を隠してから（潜熱）前記第１の高温熱交換機１２の表面を加熱するため、メタルニットは熱伝達の約７０％程度が輻射を通じて実現される。前記メタルニット１２の構成成分及びその重量％別の含量を示すと次の表−１の通りである。

本発明の実施例において前記メタルニット１２ａは、製織されて前記第１の高温熱交換機１２の表面に附着されており、その形態は図３に示される。

前記再生機２０は、駆動部１０から所定帯域周波数の波動を有する駆動気体がその内部に導入された後、第２の高温熱交換機３０を経てパルス管４０に到逹し、パルス管４０に導入された駆動気体が、再生機２０と冷凍気体貯蔵所６０との間で往復移動しながら、第２の高温熱交換機３０及び低温熱交換機５０でそれぞれ外部と熱交換するようにする。

前記パルス管４０のスタック４１は、その一方が相対的に温度が低い駆動気体と接し、他方は相対的に温度が高い駆動気体と接する。即ち、前記スタック４１の一端は相対的に温度が低い熱が伝えられ、他端は相対的に温度が高い熱が伝えられる。

前記冷凍気体貯蔵所６０の内部圧力はいつも一定である。

前記のように構成される本発明による冷凍装置１００の動作方法を説明すると、次の通りである。

例えば、駆動部１０の燃焼機１１内で発生された約１０００℃程度の火炎がメタルニット１２ａに加えられると、その火炎は輻射方式で第１の高温熱交換機１２内の駆動気体に均一に伝達される。そうすると、前記駆動気体は約１０気圧、５００ＨＺ程度の音波で振動し、その振動によって駆動気体は断熱圧縮過程を経ながら温度が上昇する。

温度が上昇した駆動気体は、再生機２０を通過しながら熱を伝達して低温気体に冷却される。この時、冷却された低温気体の温度は約７７Ｋ程度になる。その次に、前記低温の駆動気体は第２の高温熱交換機３０に到逹して外部と熱交換する。

その次に、前記駆動気体はパルス管４０のスタック４１を経ながら加熱されて高温の気体になり、オリフィス６２へ移動する。この過程の間に低温熱交換機５０は外部と熱交換する。

前記オリフィス６２を経って冷凍気体貯蔵所６０に流入された駆動気体は断熱膨張して温度が下降するが、この時の温度が前記低温熱交換機５０の温度より低くなり、温度が低くなった駆動気体は再び低温熱交換機５０に移動して外部から熱の供給を受ける。

その次に、低温熱交換機５０を通り過ぎた前記駆動気体は、パルス管４０を経て再生機２０に流入されて熱が供給され、前記熱の供給を受けた駆動気体は再生機２０から再び第２の高温熱交換機３０へ移動する。この時、第２の高温熱交換機３０から再生機２０へ移動する間に、駆動気体が再生機２０から受けた熱伝達量は、以前の過程で再生機２０から第２の高温熱交換機３０に移動する間に駆動気体が再生機２０に伝達した熱量と同一であるため、１サイクル当りに交換された熱量の合算値は数値的に‘０’になる。

全般的に、前記駆動気体は、パルス管４０のスタック４１を中心としてスタック４１の冷凍気体貯蔵所側で低温に存在し、再生機側で高温に存在しながら第２の高温熱交換機３０及び低温熱交換機５０の間を往復移動する。即ち、パルス管は仮想の気体ピストンで作動するため、前記駆動気体はパルス管を中心として圧縮及び膨張される過程を繰り返し行う。

従って、本発明による冷凍装置は前記のような一連の過程を経ながら低温側から熱を受けて高温側に熱を放出する冷凍原理が実現される。

図３は本発明によるメタルニット組職の表面を拡大した写真である。

前記メタルニット１２ａは、駆動部１０の第１の高温熱交換機１２の表面に附着され、燃焼機１１の中で発生される火炎の熱を輻射させて第１の高温熱交換機１２内の駆動気体に均一に伝達する。

この時、前記メタルニット１２ａは比較的細いが、一定な厚さを有する複数個の筋状のメタルファイバーが製織されてニット形態に製造される。従って、前記メタルニット１２ａが前記第１の高温熱交換機１２の表面に密着するように被せられた状態で火炎が加えられると、前記第１の高温熱交換機１２の表面全体に均一に熱が伝達されるようになる。また、前記メタルニット１２ａは、火炎が前記第１の高温熱交換機１２と接する面積を相対的に大きくするため、相対的に多量の熱が一度に第１の高温熱交換機１２に伝達されるようになる。従って、前記燃焼機１１で発生される火炎の長さは約２０ｃｍ程度にまで小さくすることができる。

本発明の実施例において、前記駆動気体はヘリウム、アルゴン気体のような不活性気体を例として挙げたが、これらの不活性気体の以外にもネオン、キセノンなどのような不活性気体またはこれらの不活性気体などが混合された気体なども用いることができる。

また、本発明の実施例においては、前記メタルファイバーを製織したメタルニット１２ａが、第１の高温熱交換機１２の表面に覆い被されている例を挙げたが、複数個の筋状のメタルファイバーを第１の高温熱交換機１２の表面に均一に附着させて用いることもできる。

合わせて、メタルファイバーの各構成成分の含量数値を変更して、他の多様な形態のメタルファイバーを製造することもできる。

図１は、本発明による熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置の構成図である。 図２は、図１の駆動部を詳細に示した構成図である。 図３は、本発明によるメタルニット組職の表面の拡大写真である。 図４は、従来のスターリング極低温冷凍機の動作原理を説明するための構成図である。 図５は、従来のオリフィス型パルス管極低温冷凍機の構成図である。 図６は、従来の熱音響パルス管極低温冷凍機の構成図である。

符号の説明

１ａ 圧縮部
１ｂ 膨張部
１ｃ，１ｄ，２ｃ ピストン
２ａ 圧縮部
３−１，２０ 再生機
５ａ，５ｄ 高温熱交換機
５ｂ，５ｅ 低温熱交換機
５ｃ 後処理熱交換機
７ａ，７ｅ パルス管
７ｂ，７ｆ，６１ ディフューザ
７ｃ，６２ オリフィス
７ｄ，７ｇ 冷凍気体保存所
９ａ 駆動気体貯蔵所
９ｂ 電気ヒータ
９ｃ シリンダー型チューブ
９ｄ 熱音響駆動部
９ｅ ドライブスタック
９ｆ 冷凍スタック管
１０ 駆動部
１１ 燃焼機
１２ 第１の高温熱交換機
１２ａ メタルニット
１３ 後処理熱交換機
２１ 板材
３０ 第２の高温熱交換機
４０ パルス管
４１ 薄板
４１ａ スタック
５０ 低音熱交換機
６０ 冷凍気体貯蔵所
１００ 熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置

Claims (6)

1. 外部から混合気体を導入する燃焼機と、前記燃焼機の内側に設けられ、駆動気体を含む第１の高温熱交換機と、駆動気体を均一に加熱するために前記第１の高温熱交換機の表面に覆い被せ、前記燃焼機の内側壁面から一定距離離間して設けられているメタルファイバーを製織して形成されるメタルニットからなる熱伝達部材と、前記第１の高温熱交換機内に装着されるとともに、前記燃焼機の外に露出して前記再生機に連結され、外部と前記駆動気体とに伝達される熱量を制御する後処理熱交換機とを有し、駆動気体が一定な周波数の音波を発生するように所定の温度の熱を発生する火炎を生成し、前記駆動気体を均一に加熱して断熱圧縮させる駆動部と、
   前記駆動部から出力される駆動気体を受け入れて冷却させる再生機と、
   前記再生機から出力される冷却された駆動気体を受け入れ、断熱圧縮させて高温の駆動気体を生成するパルス管と、
   前記パルス管から出力される高温駆動気体を受け入れて断熱膨張させる冷凍気体貯蔵所と、を有する熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置であって、
   前記再生機と前記パルス管との間には、外部と熱交換する第２の高温熱交換機が設けられ、
   前記パルス管と前記冷凍気体貯蔵所との間には、外部と熱交換する低温熱交換機が設けられ、
   前記冷凍気体貯蔵所の内部には、前記冷凍気体貯蔵所と前記パルス管との間を往復する駆動気体の量を制御して前記冷凍気体貯蔵所の圧力を一定に維持するオリフィスが設けられており、
   前記駆動気体がパルス管を中心として圧縮及び膨張される過程を繰り返し行うことができるように構成されていることを特徴とする熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置。
2. 前記混合気体は、燃料と空気とが混合された気体であることを特徴とする請求項１に記載の熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置。
3. 前記第１の高温熱交換機は、略円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置。
4. 前記メタルファイバーは、
   ２０．００重量％のクロム、
   ５．００重量％のアルミニウム、
   ０．１０重量％のイットリウム、
   ０．３０重量％の珪素、
   ０．０８重量％のマンガン、
   ０．０３重量％の銅、
   ０．０３重量％のカーボン、
   ７４．４６重量％の鉄を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置。
5. 前記パルス管は、
   前記駆動気体の移動方向と略平行となるように並んで設けられる薄板が積層されている形態で含むスタックと、
   前記低温熱交換機を通じて前記冷凍気体貯蔵所と連結され、前記冷凍気体貯蔵所と連結される部位に前記オリフィスが設けられているディフューザと
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置。
6. 前記駆動気体は、不活性気体であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱音響駆動オリフィス型パルス管極低温冷凍装置。

Images