JPH05231733A

JPH05231733A - 脈動流ボルテックスチューブ冷凍機

Info

Publication number: JPH05231733A
Application number: JP20639592A
Authority: JP
Inventors: Naoji Isshiki; 尚次一色; Sumio Yagiyuu; 寿美夫柳生
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1992-08-03
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構造で極低温を効率良く得る冷凍機を
提供する。【構成】作動ガスＧを往復脈動流動させる圧縮機１に
冷却器５及び再生熱交換器６をその順に接続し、チュー
ブ８ａ内へ作動ガスＧを接線方向で噴出してチューブ８
ａ内に旋回流を形成するノズル９、及び、チューブ８ａ
内における中心軸芯部の作動ガスＧをチューブ８ａ外へ
取り出すガス出口１０をチューブ８ａの一端側に備え、
かつ、チューブ８ａの他端側を閉塞した閉塞型のボルテ
ックスチューブ８を設け、往流動行程において再生熱交
換器６を通過した作動ガスＧをノズル９に供給する往流
路１１と、復流動行程においてガス出口１０から取り出
した作動ガスＧを再生熱交換器６に戻す復流路１２とを
設け、これら往流路１１及び復流路１２の夫々における
作動ガスＧの逆流を阻止する逆止手段１３，１４を設
け、ボルテックスチューブ８の閉塞端側に放熱冷却器１
５を設け、復流路１２に冷熱発生熱交換器１６を介装し
てある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、極低温を得る冷凍機として、パル
ス管冷凍機が知られている。

【０００３】このパルス管冷凍機は、図３に示すよう
に、作動ガスＧを往復脈動流動させる圧縮機１に冷却器
５、再生熱交換器６、冷熱発生熱交換器１６、及び、パ
ルス管８’をその順に接続した基本構造となっており、
その作動については、圧縮機１による作動ガスＧの往流
動行程において、圧縮機１により圧縮された作動ガスＧ
は先ず冷却器５で放熱して温度降下し、続いて、再生熱
交換器６で予冷されて冷熱発生熱交換器１６を通過し、
そして、パルス管８’の一端（低温端８ｃ）からパルス
管８’内へ閉塞他端（高温端８ｈ）側に向け直線的に導
入される。

【０００４】パルス管８’内に導入された作動ガスＧは
パルス管８’内の残存作動ガスＧを閉塞高温端８ｈに向
けて圧縮する状態となり、これにより、パルス管８’内
において作動ガスＧは断熱圧縮により温度上昇しながら
高温端８ｈに向かい、その高温端８ｈに設けられた放熱
冷却器１５で圧縮熱を放熱する。

【０００５】次に圧縮機１による作動ガスＧの復流動行
程に移ると、放熱冷却器１５で圧縮熱を放熱した作動ガ
スＧはパルス管８’内において断熱膨張により温度降下
してパルス管８’の低温端８ｃから導出され、この温度
降下した作動ガスＧが冷熱発生熱交換器１６を冷やし、
続いて、再生熱交換器６に蓄冷し、これら冷やし込み・
蓄冷により温度上昇した状態で冷却器５を通過して圧縮
機１に戻る。

【０００６】そして、上記の往流動行程と復流動行程と
を脈動的に交互に繰り返すことにより、再生熱交換器６
の低温端６ｃにおける蓄冷温度、及び、冷熱発生熱交換
器１６における冷やし込み温度を次第に低下させて、最
終的に冷熱発生熱交換器１６で例えば１００°Ｋ以下と
いった極低温を得る。

【０００７】又、上記のパルス管冷凍機はパルス管８’
の高温端８ｈを単に閉塞した基本パルス管冷凍機である
が、近年、パルス管８’の高温端８ｈに位相差制御機構
として、オリフィスを介しバッファタンクを付設した
り、フリーピストンや一方向弁を備えたりして、作動ガ
スＧの圧力振動と流速振動との位相差を制御することに
より冷凍能力の向上を図った改良型パルス管冷凍機も開
発されている（例えば、特開平１−１１４６７０号、特
開平１−２８１３６７号、特開平２−２９８７６４号参
照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのパル
ス管冷凍機は、冷凍部に駆動部がなく、その構造が単純
であり、又、構造の単純さから長時間運転に対する信頼
性が高く、製造コストも安価であるといったメリットが
あるものの、効率が低い問題があった。

【０００９】本発明の目的は、合理的な冷凍原理によ
り、パルス管冷凍機と同等の単純な構造でありながら極
低温を効率良く得ることができる冷凍機を提供する点に
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による脈動流ボル
テックスチューブ冷凍機の特徴構成は、作動ガスを往復
脈動流動させる圧縮機に冷却器及び再生熱交換器をその
順に接続し、チューブ内へ作動ガスを接線方向で噴出し
てチューブ内に旋回流を形成するノズル、及び、チュー
ブ内における中心軸芯部の作動ガスをチューブ外へ取り
出すガス出口をチューブの一端側に備え、かつ、チュー
ブの他端側を閉塞した閉塞型のボルテックスチューブを
設け、前記圧縮機による作動ガスの往流動行程において
前記再生熱交換器を通過した作動ガスを前記ノズルに供
給する往流路と、前記圧縮機による作動ガスの復流動行
程において前記ガス出口から取り出した作動ガスを前記
再生熱交換器に戻す復流路とを設け、これら往流路及び
復流路の夫々における作動ガスの逆流を阻止する逆止手
段を設け、前記ボルテックスチューブの閉塞端側に放熱
冷却器を設け、前記復流路に冷熱発生熱交換器を介装し
てあることにあり、その作用・効果は次の通りである。

【００１１】

【作用】つまり、上記の特徴構成では（図１参照）、圧
縮機１による作動ガスＧの往流動行程において、圧縮機
１により圧縮された作動ガスＧは先ず冷却器５で放熱し
て温度降下し、続いて、再生熱交換器６で予冷される。

【００１２】再生熱交換器６とボルテックスチューブ８
とを結ぶ往流路１１及び復流路１２の夫々は逆止手段１
３，１４により作動ガスＧの逆流が阻止されることか
ら、再生熱交換器６を通過した作動ガスＧは復流路１２
の通過を阻止された状態で往流路１１を介してボルテッ
クスチューブ８のノズル９に供給される。

【００１３】ノズル９は往流路１１から供給される作動
ガスＧをチューブ８ａの一端側において接線方向でチュ
ーブ８ａ内に噴出して、チューブ８ａ内に作動ガスＧの
旋回流を形成するが、他端側が閉塞されたボルテックス
チューブではノズル９から吹き込まれた作動ガスＧの旋
回流は、チューブ８ａの一端側から閉塞された他端側へ
向けて螺旋状に進む状態で、同一方向に回転する仕事を
行うと同時に圧縮仕事を行う。

【００１４】ここで、作動ガスＧが同一方向に回転する
仕事を行う結果として、所謂ボルテックスチューブの温
度分離効果、すなわち、チューブ８ａの中心軸芯部（他
端側を閉塞したボルテックスチューブではチューブ８ａ
の一端側付近のチューブ中心軸芯部）における作動ガス
Ｇの温度が低下し、逆に、周辺で旋回する作動ガスＧの
温度が上昇する効果が生じる。

【００１５】その結果、旋回作動ガスＧはボルテックス
チューブ８の閉塞端側に設けた放熱冷却器１５におい
て、チューブ中心軸芯部の作動ガスＧから奪取した熱
と、圧縮により生じる圧縮熱と、更に、旋回作動ガスＧ
とチューブ内周面との摩擦により発生した熱を放熱す
る。

【００１６】次に圧縮機１による作動ガスＧの復流動行
程に移って、往流動行程とは逆に往流路１１の通過が逆
止手段１３により阻止された状態でボルテックスチュー
ブ８のガス出口１０から復流路１２への作動ガス導出が
開始されると、放熱冷却器１５で上記の各熱を放熱した
作動ガスＧはチューブ８ａ内において断熱膨張により温
度降下し、この温度降下と、これに加え上記のボルテッ
クスチューブの温度分離効果の存在とによってボルテッ
クスチューブ８の一端側付近、すなわち、ガス出口１０
付近の作動ガスＧの温度が極めて効果的に低温化（すな
わち、ボルテックスチューブの温度分離効果が存在しな
い従来のパルス管８’に比べはるかに低温化）され、こ
の低温作動ガスＧがガス出口１０から復流路１２へ導出
される。

【００１７】復流路１２へ導出された低温作動ガスＧ
は、復流路１２に介装された冷熱発生熱交換器１６を冷
やし、続いて、再生熱交換器６に蓄冷し、その後、冷却
器５を通過して圧縮器１に吸入される。

【００１８】そして、上記の往流動行程と復流動行程と
を脈動的に交互に繰り返すことにより、再生熱交換器６
の低温端６ｃにおける蓄冷温度、及び、冷熱発生熱交換
器１６の冷やし込み温度を次第に低下させて、冷熱発生
熱交換器１６で極低温を得る。

【００１９】

【発明の効果】つまり、本発明の特徴構成によれば、構
造面においては従来のパルス管冷凍機におけるパルス管
をボルテックスチューブに置き換えた構造で、冷凍部に
駆動部がない極めて単純な構造にでき、又、構造の単純
さから長時間運転に対する信頼性も高く確保でき、製造
コストも安価にできる。

【００２０】そして、このように極めて単純な構造とし
ながらも、効率面においては、作動ガスの往復脈動に伴
い、閉塞型のボルテックスチューブにおいて作動ガスの
旋回流を形成してボルテックスチューブの温度分離効果
と圧縮・膨張作用とを合わせ生じさせ、かつ、旋回作動
ガスとチューブ内周面との摩擦による大きな摩擦熱を放
熱させて低温を効果的に得るという形態により、パルス
管内で作動ガスを単に直線的に往復脈動させて圧縮・膨
張させるだけの従来のパルス管冷凍機に比べ、温度効果
及び効率を大きく向上し得る。

【００２１】又、この効率の向上は、放熱冷却器での放
熱量について、ボルテックスチューブの温度分離効果と
してチューブ中心軸芯部の作動ガスから奪取した熱、及
び、作動ガスの単なる直線的な移動に比べ旋回による大
きな発生摩擦熱を、圧縮熱とともに放熱冷却器から放熱
させることで、パルス管冷凍機に比べ放熱冷却器での放
熱量を大きくできることからも理解される。

【００２２】〔本発明の第２特徴構成〕本発明による脈
動流ボルテックスチューブ冷凍機の第２の特徴構成は、
復流動行程において作動ガスの一部を、前記冷熱発生熱
交換器を迂回させて前記ボルテックスチューブの閉塞端
側から前記圧縮機側に導く迂回路を設け、この迂回路に
おける前記ボルテックスチューブの閉塞端側への作動ガ
スの逆流を阻止する迂回路逆止手段を設けたことにあ
る。

【００２３】つまり、この第２特徴構成によれば（図１
参照）、復流動行程において、ボルテックスチューブ８
のガス出口１０から復流路１２へ導出する低温作動ガス
Ｇに比べ高温であるボルテックスチューブ閉塞端側（す
なわち、放熱冷却器１５側）の作動ガスＧを、復流路１
２へ導出する低温作動ガスＧと分離した状態で冷熱発生
熱交換器１６を迂回させて上記迂回路１７を介し圧縮機
１側へ戻すことができ、これにより、冷熱発生熱交換器
１６の冷やし込みをより効果的に行え効率の一層の向上
が可能となる。

【００２４】尚、迂回路１７に設ける迂回路逆止手段１
８は、作動ガスＧが往流路１１を介しボルテックスチュ
ーブ８のノズル９に送給される往流動行程において、圧
縮機１からの作動ガスＧが迂回路１７を逆流してボルテ
ックスチューブ８の閉塞端側に短絡送給されることを阻
止する。

【００２５】又、迂回路１７の圧縮機１側の接続位置
は、ボルテックスチューブ８の閉塞端側から送出される
作動ガスＧの温度条件等に応じて再生熱交換器６の低温
端６ｃと圧縮機１との間の適当位置に選定すればよく、
例えば、再生熱交換器６の中間部、すなわち、再生熱交
換器６における蓄冷温度勾配方向の中間部に接続する等
してもよい。

【００２６】〔本発明の第３特徴構成〕本発明による脈
動流ボルテックスチューブ冷凍機の第３の特徴構成は、
上記第２特徴構成の採用において、前記復流路の流量と
前記迂回路の流量との流量比を変更する流量比調整手段
を設けたことにある。

【００２７】つまり、この第３特徴構成によれば（図１
参照）、復流路１２の流量と迂回路１７の流量との流量
比を上記の流量比調整手段１８により運転条件等に応じ
変更調整することで、運転状態の最適化、ひいては、効
率の最適化を図ることができる。

【００２８】〔本発明の第４特徴構成〕本発明による脈
動流ボルテックスチューブ冷凍機の第４の特徴構成は、
前記復流路において前記ガス出口と前記冷熱発生熱交換
器との間に、往流動行程で前記ガス出口から前記チュー
ブ内の作動ガスを前記復流路へ流出させて、その流出作
動ガスを受け入れ貯留し、かつ、復流動行程で貯留作動
ガスを放出するバッファタンク部を設けたことにある。

【００２９】つまり、この第４特徴構成によれば（図２
参照）、上記のバッファタンク部Ｂの装備により、往流
動行程においてガス出口１０からチューブ８ａ内の作動
ガスＧ（すなわち、ボルテックスチューブ８の温度分離
効果により低温化したチューブ中心軸芯部の作動ガス）
を復流路１２へ流出させて、その流出作動ガスＧをバッ
ファタンク部Ｂに受け入れ貯留させることで、ボルテッ
クスチューブ８の温度分離効果により低温化したチュー
ブ中心軸芯部の作動ガスＧが、復流動行程へ移るまでの
チューブ８ａ内での滞留過程でチューブ内周部の高温作
動ガスＧとの間での熱伝導により昇温してしまうことを
防止し、これにより、ボルテックスチューブの温度分離
効果を一層確実、かつ有効に利用する。

【００３０】そして、復流動行程において、チューブ８
ａ内の残存作動ガスＧを断熱膨張により温度降下させ
て、その低温作動ガスＧをガス出口１０から導出するこ
とに伴い、バッファタンク部Ｂにおいても貯留作動ガス
Ｇを断熱膨張によりさらに温度降下させてバッファタン
ク部Ｂから導出し、これら低温作動ガスＧを冷熱発生熱
交換器１６に導くことで低温をより効率よく得る。

【００３１】ちなみに、ボルテックスチューブの温度分
離効果を確実、かつ有効に利用するのに、別手段として
は、冷熱発生熱交換器１６や復流路１２そのものの内容
積を大きくして上記のバッファタンク部Ｂを設けるのと
同様の機能を備えせることも考えられるが、簡単な部品
付加だけで済ませて装置構築を容易しながら同機能を確
実に得るには、復流路１２にバッファタンク部Ｂを設け
る上記の第４特徴構成を採用するのが有利である。

【００３２】

【実施例】次に実施例を説明する。

【００３３】図１は脈動流ボルテックスチューブ冷凍機
の一構成例を示し、図中、１はクランク軸２の駆動回転
により往復動するピストン３を圧縮室４に内装した圧縮
機であり、ピストン３の往復動により例えばヘリウム等
の作動ガスＧを圧縮室４から加圧吐出することと圧縮室
４に吸入することとを交互に行う。

【００３４】圧縮機１における圧縮室４の出口には、大
気や冷却水、あるいは、その他の冷却媒体を放熱対象と
する冷却器５の一端側を直接的にないし管路を介して接
続してあり、それに続いて冷却器５の他端側には、内部
に蓄熱要素を備える蓄冷器としての再生熱交換器６の一
端（高温端６ｈ）側を直接的にないし管路を介して接続
してある。

【００３５】又、再生熱交換器６の他端（低温端６ｃ）
側にはチャンバ室７を形成してある。

【００３６】一方、スターリング冷凍機における膨張室
やパルス管冷凍機におけるパルス管に相当するものとし
てボルテックスチューブ８を設け、このボルテックスチ
ューブ８は、チューブ８ａ内へ作動ガスＧを接線方向で
噴出してチューブ８ａ内に旋回流を形成するノズル９、
及び、チューブ８ａ内における中心軸芯部の作動ガスＧ
をチューブ８ａ外へ取り出す中央ガス出口１０を一端側
に備えている。

【００３７】又、一般にボルテックスチューブの他端に
はチューブ内における周辺部の作動ガス（高温化ガス）
を取り出す周部ガス出口を形成するが、この冷凍機にお
いては、チューブ８ａの他端を閉塞した閉塞型のボルテ
ックスチューブ８としてある。

【００３８】ボルテックスチューブ８と再生熱交換器６
の低温端６ｃとを結ぶ管路構成として、チャンバ室７と
ボルテックスチューブ８のノズル９とにわたる往流路１
１、及び、チャンバ室７とボルテックスチューブ８の中
央ガス出口１０とにわたる復流路１２を設け、往流路１
１には、再生熱交換器６側からノズル９側への作動ガス
通過のみを許容してノズル９側から再生熱交換器６側へ
の逆流を阻止する逆止弁１３を介装し、又、復流路１２
には、中央ガス出口１０側から再生熱交換器６側への作
動ガス通過のみを許容して再生熱交換器６側から中央ガ
ス出口１０側への逆流を阻止する逆止弁１４を介装して
ある。

【００３９】そして、ボルテックスチューブ８の閉塞端
側において、チューブ８ａの内部側へ突出する円錐形状
に形成した放熱冷却器１５を設け、又、冷凍機における
対象物冷却部として、冷熱発生熱交換器１６を復流路１
２に介装し、更に、付加構成として、ボルテックスチュ
ーブ８の閉塞端は迂回路１７を介して再生熱交換器６に
おけるガス流れ方向の中間部（中温部）に対しても接続
し、この迂回路１７には、ボルテックスチューブ閉塞端
側から再生熱交換器６側への作動ガス通過のみを許容し
て再生熱交換器６側からボルテックスチューブ閉塞端側
への逆流を阻止する逆止弁１８を介装してある。

【００４０】尚、この逆止弁１８には流量調整機能を有
する弁を採用してあり、迂回路１７における作動ガス流
量を弁操作をもって変更調整できるようにしてある。

【００４１】上記の冷凍機構成における冷凍作動につい
ては、圧縮機１の運転により作動ガスＧを冷却器５から
ボルテックスチューブ８にわたる系において往復脈動流
動させることにより、その往復脈動流動における作動ガ
スＧの往流動行程では、圧縮機１から吐出された圧縮作
動ガスＧは、圧縮器１での圧縮に伴う温度上昇に対する
アフタークーリングとして先ず冷却器５で放熱して温度
降下し、続いて、再生熱交換器６で予冷される。

【００４２】再生熱交換器６を通過した作動ガスＧは、
復流路１２の通過を逆止弁１４により阻止され、往流路
１１を介してボルテックスチューブ８のノズル９に送給
される。

【００４３】ノズル９は往流路１１から供給される作動
ガスＧをボルテックスチューブ８の一端側において接線
方向でチューブ８ａ内に噴出して、チューブ８ａ内に作
動ガスＧの高速旋回流を形成し、この高速旋回流は、チ
ューブ８ａの他端側が閉塞された状況下においてチュー
ブ８ａの一端側から閉塞端側へ螺旋状に進む状態で、同
一方向に回転する仕事を行うと同時に圧縮仕事を行う。

【００４４】旋回流を形成する作動ガスＧが同一方向に
回転する仕事を行う結果、ボルテックスチューブの温度
分離効果としてチューブ８ａの一端側付近のチューブ中
心軸芯部における作動ガスＧの温度が低下し、逆に、周
辺で旋回する作動ガスＧの温度が上昇する。

【００４５】又、高速旋回流を形成する作動ガスＧとチ
ューブ８ａ内周面との摩擦により大きな摩擦熱が発生す
る。

【００４６】その結果、旋回作動ガスＧはボルテックス
チューブ８の閉塞端側に設けた放熱冷却器１５におい
て、ボルテックスチューブの温度分離効果としてチュー
ブ中心軸芯部の作動ガスＧから奪取した熱、圧縮により
生じる圧縮熱、並びに、摩擦熱を放熱する。

【００４７】次に往復脈動流動における作動ガスＧの復
流動行程に移って、往流動行程とは逆に往流路１１の作
動ガス通過が逆止弁１３により阻止された状態でボルテ
ックスチューブ８の中央ガス出口１０から復流路１２へ
の作動ガス導出が開始されると、放熱冷却器１５で上記
の各熱を放熱した作動ガスＧはチューブ８ａ内において
断熱膨張により温度降下する。

【００４８】この断熱膨張による温度降下と上記のボル
テックスチューブの温度分離効果とが相まってボルテッ
クスチューブ８の一端側付近、すなわち、中央ガス出口
１０付近の作動ガスＧは効果的に低温化され、この低温
作動ガスＧが中央ガス出口１０から復流路１２へ導出さ
れる。

【００４９】復流路１２へ導出された低温作動ガスＧ
は、復流路１２に介装された冷熱発生熱交換器１６を冷
やし、続いて、再生熱交換器６に蓄冷し、その後、冷却
器５を通過して圧縮器１に吸入される。

【００５０】一方、この復流動行程において、ボルテッ
クスチューブ８の閉塞端側に位置する一部作動ガスＧ、
すなわち、ボルテックスチューブ８の中央ガス出口１０
から復流路１２へ導出する低温作動ガスＧに比べ高温で
あるボルテックスチューブ閉塞端側の作動ガスＧは、復
流路１２へ導出する低温作動ガスＧとは分離された状態
で迂回路１７を介し冷熱発生熱交換器１６を迂回してボ
ルテックスチューブ８の閉塞端側から圧縮機１側へ戻
る。

【００５１】尚、復流路１２と迂回路１７との２流路を
介しての上記復流動については、迂回路１７の流量を前
記逆止弁１８の操作により調整して迂回路１７と復流路
１２との流量比を変更調整することで、運転状態の最適
化を図る。

【００５２】そして、上記の往流動行程と復流動行程と
を脈動的に交互に繰り返すことにより、再生熱交換器６
の低温端における蓄冷温度を次第に低下させて再生熱交
換器６での作動ガス予冷温度を次第に低下させ、それに
伴い、冷熱発生熱交換器１６の冷やし込み温度を次第に
低下させ、これによって、冷熱発生熱交換器１６で例え
ば８０°Ｋといった極低温を得る。

【００５３】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。

【００５４】図２に示すように、復流路１２においてボ
ルテックスチューブ８のガス出口１０と冷熱発生熱交換
器１６との間に、往流動行程でガス出口１０からチュー
ブ８ａ内の作動ガスＧを復流路１２へ流出させて、その
流出作動ガスＧを受け入れ貯留するとともに、復流動行
程において貯留作動ガスＧを放出するバッファタンク部
Ｂを設け、これにより、ボルテックスチューブの温度分
離効果をより確実、かつ有効に利用して、一層の高効率
化を図ってもよい。

【００５５】つまり、往流動行程において、ボルテック
スチューブ８の温度分離効果により低温化したチューブ
中心軸芯部の作動ガスＧを、周部の高温作動ガスＧとの
間での熱伝導による再昇温を防止すべくガス出口１０か
ら流出させてバッファタンク部Ｂに流入させ、そして、
復流動行程において、チューブ８ａ内の残存作動ガスＧ
を断熱膨張により温度降下させて、その低温作動ガスＧ
をガス出口１０から導出することに伴い、バッファタン
ク部Ｂにおいても貯留作動ガスＧを断熱膨張によりさら
に温度降下させてバッファタンク部Ｂから導出し、これ
ら低温作動ガスＧを冷熱発生熱交換器１６に導く形態と
する。

【００５６】尚、バッファタンク部Ｂの細部構造・形状
は種々の構成変更が可能であり、ボルテックスチューブ
８との容積比も種々の条件に応じて適当値を決定すれば
よい。

【００５７】又、上記の如きバッファタンク部Ｂを付加
装備するに代えて、冷熱発生熱交換器１６や復流路１２
の内容積そのものを大きくすることで、上記のバッファ
タンク部Ｂを設ける場合と同様の機能を備えさせるよう
にしてもよい。

【００５８】作動ガスＧにはヘリウム以外にも種々のも
のを適用でき、例えば、空気を用いてもよい。

【００５９】圧縮機１は往復ピストン形式のものに限定
されるものではない。

【００６０】又、吐出弁と吸気弁との背反的交互開閉に
より圧縮機１の圧縮作動ガス吐出と圧縮機１の吸込側へ
の作動ガス吸気とを交互に繰り返し行って、作動ガスＧ
を往復脈動流動させるようにしてもよい。

【００６１】冷却器５、再生熱交換器６、放熱冷却器１
５、及び、冷熱発生熱交換器１６の夫々の具体的構造は
種々の構成変更が可能である。

【００６２】冷却器５、及び、放熱冷却器１５の夫々に
おける冷却媒体には種々のものを適用できる。

【００６３】往流路１１及び復流路１２の夫々における
逆流を阻止する逆止手段は、前述の実施例の如く逆止弁
１３、１４を適用するに代えて、例えば、往流路１１及
び復流路１２を背反的に開閉する二つの仕切弁を適用す
る等、種々の構成変更が可能である。

【００６４】作動ガスＧの温度、圧力を始めとする各諸
元は適宜決定すればよい。

【００６５】前述実施例においては迂回路１７に設ける
逆止弁１８に流量調整機能を有する弁を採用して、この
逆止弁１８の操作により迂回路１７と復流路１２との流
量比を変更調整するようにしたが、迂回路１７と復流路
１２との流量比を変更調整する流量比調整手段の具体的
構成は種々の構成変更が可能である。

【００６６】本発明の実施において、場合によっては前
述実施例における迂回路１７を省略してもよい。

【００６７】本発明による脈動流ボルテックスチューブ
冷凍機は各種分野において種々の対象物の冷却に適用で
きる。

【００６８】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするため符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す装置構成図

【図２】本発明の別実施例を示す装置構成図

【図３】従来例を示す基本パルス管冷凍機の装置構成図

【符号の説明】

Ｂバッファタンク部Ｇ作動ガス１圧縮機５冷却器６再生熱交換器８ボルテックスチューブ８ａチューブ９ノズル１０ガス出口１１往流路１２復流路１３，１４逆止手段１５放熱冷却器１６冷熱発生熱交換器１７迂回路１８迂回路逆止手段（流量比調整手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作動ガス（Ｇ）を往復脈動流動させる圧
縮機（１）に冷却器（５）及び再生熱交換器（６）をそ
の順に接続し、チューブ（８ａ）内へ作動ガス（Ｇ）を
接線方向で噴出してチューブ（８ａ）内に旋回流を形成
するノズル（９）、及び、チューブ（８ａ）内における
中心軸芯部の作動ガス（Ｇ）をチューブ（８ａ）外へ取
り出すガス出口（１０）をチューブ（８ａ）の一端側に
備え、かつ、チューブ（８ａ）の他端側を閉塞した閉塞
型のボルテックスチューブ（８）を設け、前記圧縮機
（１）による作動ガス（Ｇ）の往流動行程において前記
再生熱交換器（６）を通過した作動ガス（Ｇ）を前記ノ
ズル（９）に供給する往流路（１１）と、前記圧縮機
（１）による作動ガス（Ｇ）の復流動行程において前記
ガス出口（１０）から取り出した作動ガス（Ｇ）を前記
再生熱交換器（６）に戻す復流路（１２）とを設け、こ
れら往流路（１１）及び復流路（１２）の夫々における
作動ガス（Ｇ）の逆流を阻止する逆止手段（１３），
（１４）を設け、前記ボルテックスチューブ（８）の閉
塞端側に放熱冷却器（１５）を設け、前記復流路（１
２）に冷熱発生熱交換器（１６）を介装してある脈動流
ボルテックスチューブ冷凍機。
【請求項２】復流動行程において作動ガス（Ｇ）の一
部を、前記冷熱発生熱交換器（１６）を迂回させて前記
ボルテックスチューブ（８）の閉塞端側から前記圧縮機
（１）側に導く迂回路（１７）を設け、この迂回路（１
７）における前記ボルテックスチューブ（８）の閉塞端
側への作動ガス（Ｇ）の逆流を阻止する迂回路逆止手段
（１８）を設けた請求項１記載の脈動流ボルテックスチ
ューブ冷凍機。
【請求項３】前記復流路（１２）の流量と前記迂回路
（１７）の流量との流量比を変更する流量比調整手段
（１８）を設けた請求項２記載の脈動流ボルテックスチ
ューブ冷凍機。
【請求項４】前記復流路（１２）において前記ガス出
口（１０）と前記冷熱発生熱交換器（１６）との間に、
往流動行程で前記ガス出口（１０）から前記チューブ
（８ａ）内の作動ガス（Ｇ）を前記復流路（１２）へ流
出させて、その流出作動ガス（Ｇ）を受け入れ貯留し、
かつ、復流動行程で貯留作動ガス（Ｇ）を放出するバッ
ファタンク部（Ｂ）を設けた請求項１、２又は３のいず
れかに記載の脈動流ボルテックスチューブ冷凍機。