JPH03282161A - パルス管冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、パルス管冷凍機に関し、赤外線センサー等の
各種センサーの冷却装置、タライオボンプ及びその他の
極低温利用の装置の冷凍発生部として利用される。

（従来の技術） パルス管冷凍機は、蓄冷型閉サイクル冷凍機の一種であ
り、他の同種の冷凍機（例えば、スターリングサイクル
冷凍機、ギフオード・マクマフオン冷凍機等）に比し、
冷凍発生部にピストン等の可動部分が無く、構成が簡素
化できると共に耐久性を向上でき、更に製作コストが安
いという特長を備えている。従来のパルス管冷凍機とし
ては、第４図に示すように薄肉の金属パイプからなるパ
ルス管１の一端をコールドヘッド２．蓄冷器３及び第１
放熱器４を介して圧縮機５に連通されると共に、パルス
管１の他端を第２放熱器６に連通される密閉空間で構成
されるものが知られている。

このパルス管冷凍機は、一般にベーシック・パルス管冷
凍機と呼ばれるもので、次のように作用する。圧縮機５
が圧縮行程にある時には、作動ガスは第１放熱器４によ
り外部からの冷媒によって圧縮熱を除去された後、蓄冷
器３．コールドヘッド２及びパルス管１内に順次導入さ
れ、パルス管ｌ内で断熱圧縮されて生じる圧縮熱を第２
放熱器６により外部からの冷媒によって除去される。次
いで、圧縮機５が膨張行程に入ると、パルス管１内の作
動ガスはパルス管１内で断熱膨張して温度が低下し、コ
ールドヘッド２を冷却すると同時に、蓄冷器３及び第１
放熱器４を介して圧縮８１５に戻る。尚、パルス管１．
コールドヘッド２．蓄冷器３及び第２放熱器６は断熱の
ために、真空容器７内に収容されている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記した従来のベーシック・パルス管冷２！
ｌ！機の冷凍性能は、低く、せいぜい１３０に程までの
冷凍温度しかコールドヘッドにて得られず、他の同種の
冷凍機（例えば、スターリングサイクル冷凍機、ギフオ
ード・マクマフオン冷凍機等）に並ぶ性能を得ることが
できないという問題がある。

そこで、他の同種の冷凍機に並ぶ性能が得られるように
、第５図に示すようなパルス管冷凍機が従来提案されて
いる。このパルス管冷凍機は、−般にオリフィス・パル
ス管冷凍機と呼ばれるもので、第４図に示すベーシック
・パルス管冷凍機の第２放熱器６より更に作動ガスを真
空容器７外に取り出す導管８を設けて、大気中に設けた
バッファタンク１０に導管８及び可変オリフィス９を介
して作動ガスを導き、可変オリフィスの開度を適宜調節
することにより、前述のベーシック・パルス管冷凍機よ
り更に１００Ｋ程低い冷２ｉＩ温度をコールドヘッドに
て得られるようにしている。

しかしながら、上記した従来のパルス管冷凍機において
は、冷凍性能の冷凍温度の調節を、コールドヘッドに巻
回された電気ヒータによって与えられる熱負荷の調節に
より行っているため、その分余計な電気入力を必要とし
、冷凍機の効率が悪くなるという問題があった。尚、上
記した従来のパルス管冷凍機においては、冷凍機の運転
条件。

例えば、回転数や封入圧力を調節することに依っても冷
凍温度の調節は可能であるが、これらに依ると微調節が
極めて困難であるばかりでなく、再現性にも乏しいとい
う問題がある。

そこで本発明は、当該パルス管冷凍機において、電気入
力を必要とすることなく、冷凍性能の冷凍温度を簡単に
調節できるようにすることを、その技術的課題とする。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 上記した技術的課題を解決するために講じた手段は、パ
ルス管の一端をコールドヘッド、蓄冷器及び第１放熱器
を介して圧縮器に連通ずると共に、前記パルス管の他端
を第２放熱器及び流量調整機構を介してバッファタンク
に連通したパルス管冷凍機において、前記第２放熱器と
前記流量調整機構との間の流路に該流路の容積を可変と
する容積可変機構を介装したこと、である。

（作用） 上記した手段によれば、第２放熱器と流量調整機構との
間に形成される死容積の容積を容積可変機構によって可
変とすることにより、パルス管冷凍機内の作動ガスの圧
力変動を可変とすることができ、それによりコールドヘ
ッドにて発生される冷凍温度を調節することができる。

（実施例） 以下、本発明に従ったパルス管冷凍機の一実施例を図面
に基づき説明する。

第１図において、１０は断熱のための真空容器で、該真
空容器１０内には、薄肉の金属パイプからなるパルス管
１１が配設されている。パルス管１１の一端には、冷凍
発生部であるコールドヘッド１２を介して蓄冷器１３の
一端が真空容器１０内にて接続されている。蓄冷器１３
は、金網や小球の蓄冷材がある充填率で詰められたもの
で周知なものである。

蓄冷材１３の他端は、真空容器１０の端部に隣接され、
室温ないしそれ以上の温度になっていて、導管１４を介
して真空容器工０外に配される第１放熱器１５の一端に
連通されている。第１放熱器１５は、外部からの冷媒に
より熱交換するもので、その他端を導管１７を介して圧
縮機１６に連通されている。圧縮機１６は、本実施例に
おいては、導管１７の開口するシリンダ１６ａと、該シ
リンダ１６ａ内に気密的に摺動可能に嵌挿されてシリン
ダ１６ａ内に導管１７に連通ずる圧縮室１６ｃを形成す
るピストン１６ｂと、該ピストン１６ｂを駆動する駆動
機構１８から構成されている。尚、圧縮１１１６は、他
の形式の圧縮機構と吸入弁及び吐出弁との組合せからな
るものであっても良い。

また、パルス管１１の他端には真空容器１０内にて、外
部からの冷媒により熱交換する第２放熱器１９の一端が
連通されている。第２放熱器１９の他端は、真空容器ｌ
Ｏの端部に隣接され、室温ないしそれ以上の温度になっ
ていて、導管２０及び該導管２０中に介装される可変オ
リフィス２１を介して真空容器１０外に配されるバッフ
ァタンク２２に連通されている。

しかして本実施例においては、第２放熱器１９と可変オ
リフィス２１との間の導管２０から導管２３を分岐させ
、該導管２３を容積可変機構２４に連通させている。容
積可変機構２４は、導管２３の開口するシリンダ２４ａ
と、該シリンダ２４ａ内に気密的に摺動可能に嵌挿され
てシリンダ２４ａ内に導管２３に連通ずる作用室２４ｃ
を形成するピストン２４ｂと、該ピストン２４ｂを駆動
する回転ハンドル２５から構成されている。尚、圧縮Ｉ
！１６の圧縮室１６ｃからバッファタンク２２及び作用
室２４ｃに至る空間は、密閉空間となっており、該密閉
空間内には作動ガスが充填されている。

以上の構成から成る本実施例の作用を説明する。

圧縮Ｉ！１６が圧縮行程にある時には、圧縮室１６ｃ内
の作動ガスが圧縮され、圧縮された作動ガスは第１放熱
器１５により外部からの冷媒によって圧縮熱を除去され
た後、蓄冷器１３．コールドヘッド１２及びパルス管１
１内に順次導入される。

これにより、パルス管１１内の作動ガスが、パルス管１
１内で断熱圧縮され、その圧縮熱を第２放熱器６により
外部からの冷媒によって圧縮熱を除去されてほぼ室温と
なって、導管２０及び可変オリフィス２１を介してバッ
ファタンク２２に導入される。

次いで、圧縮機５が膨張行程に入ると、バッファタンク
２２内の作動ガスは、可変オリフィス２１及び導管２０
を通り、パルス管１１内で断熱膨張して温度が低下し、
コールドヘッド１２にて冷凍を発生させると同時に、蓄
冷器１３及び第１放熱器１５を介して圧縮室１６ｃに戻
る。

しかして本実施例においては、第２放熱器１９と可変オ
リフィス２１間の導管２０に導管２３を介して容積可変
機構２４の作用室２４ｃが連通されている。作用室２４
ｃは、可変オリフィス２１と第２放熱器１９との間の導
管２０及び導管２３とで当該パルス管冷凍機の死容積と
して機能し、作用室２４ｃの容積を容積可変機構２４に
よって可変とすることにより、パルス管冷凍機内の作動
ガスの圧力変動を可変とすることができる。従って、本
実施例においては、第２図に示されるように作用室２４
ｃの容積を回転ハンドル２５によりピストン２４ｂを微
動させて可変とすることにより、電気入力を必要とする
ことなく、コールドヘッド１２にて発生される冷凍温度
を調節することができる。

第２図は、本発明者らの実験結果を示し、横軸は容積可
変機構２４で付加した死容積（ｃｃ）で、たて軸はその
死容積でのコールドヘッド１２に発生する冷凍温度（Ｋ
）を示しである。第２図かられかるように、約１０ｃｃ
の付加死容積で温度にして約２０に、冷凍出力で約１０
−の変化が現れている。

この変化の大きさは、パルス管の大きさや冷凍機の運転
条件によって異なるが、微小な死容積変化が冷凍性能の
大きな変化になることは確かである。

尚、第２図中、盲腸型死容積のデータが本実施例による
容積可変機構２４によるデータである。

第３図は、本発明の変形実施例で、本実施例においては
、第２放熱器１１９と可変オリフィス１２１間の導管１
２０中にインラインに容積可変機構１２４を介装してい
る。容積可変機構１２４は、一端を第２放熱器１１９の
他端に連結され、他端を導管１２０に連結されて導管１
２０の一部を構成する伸縮自在なベローズ１２４ａと、
導管１２０に固定されるプレート１２４ｂと、第２放熱
器１１９の他端側に立設されてプレート１２４ｂを貫通
する一対のガイドロッド１２４ｃと、該ガイドロッド１
２４ｃの自由端に螺合されるナツト１２５により構成さ
れている。この容積可変機構１２４によれば、電気入力
を必要とすることなく、ナツト１２５を進退させること
により、ベローズ１２４ａ内に形成される死容積を可変
とすることにより、上述した実施例と同様にコールドヘ
ッドにて発生される冷凍温度を調節することができる。

尚、第２図中、流路的死容積のデータが本実施例による
容積可変機構１２４によるデータである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、パルス管冷凍機
において、電気入力を必要とすることなく、冷凍性能の
冷凍温度を簡単に調節できるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従ったパルス管冷凍機の一実施例を示
す構成図、第２図は本発明における容積可変機構による
付加死容積と冷凍温度の関係を示す特性図、第３図は本
発明の変形実施例を示す構成図、第４図及び第５図は従
来のパルス管冷凍機の構成図である。 １１・・・パルス管、１２・・・コールドヘッド、１３
・・・蓄冷器、１５・・・第１放熱器、１６・・・圧縮
機、１９．１１９・・・第２放熱器、２０．１２０・・
・導管（流路）、２１，１２１・・・可変オリフィス（
流Ｉ調整機構）、２２・・・バッファタンク、２３・・
・導管、２４１２４・・・容積可変機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パルス管の一端をコールドヘッド、蓄冷器及び第１放熱
   器を介して圧縮器に連通すると共に、前記パルス管の他
   端を第２放熱器及び流量調整機構を介してバッファタン
   クに連通したパルス管冷凍機において、前記第２放熱器
   と前記流量調整機構との間の流路に該流路の容積を可変
   とする容積可変機構を介装したことを特徴とするパルス
   管冷凍機。