JPH06101916A - パルスチューブ冷凍機 - Google Patents
パルスチューブ冷凍機Info
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- JPH06101916A JPH06101916A JP24998892A JP24998892A JPH06101916A JP H06101916 A JPH06101916 A JP H06101916A JP 24998892 A JP24998892 A JP 24998892A JP 24998892 A JP24998892 A JP 24998892A JP H06101916 A JPH06101916 A JP H06101916A
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- pulse tube
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- piston
- gas compressor
- refrigerator
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1407—Pulse-tube cycles with pulse tube having in-line geometrical arrangements
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-
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-
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- F25B2309/1424—Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir
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-
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- F25B9/10—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point with several cooling stages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
- F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】効率の高いパルスチューブ冷凍機を提供する。
【構成】寒冷発生器１は、蓄冷器３と、低温熱交換器４
と、パルスチューブ５とを直列接続して構成されてい
る。蓄冷器３の入口８は往復動式のガス圧縮機２に接続
されており、パルスチューブ５の終端部はポーラスプラ
グ２０を介してバッファータンク１７に接続されてい
る。
と、パルスチューブ５とを直列接続して構成されてい
る。蓄冷器３の入口８は往復動式のガス圧縮機２に接続
されており、パルスチューブ５の終端部はポーラスプラ
グ２０を介してバッファータンク１７に接続されてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パルスチューブ冷凍機
に係り、特に効率の向上を図れるようにしたパルスチュ
ーブ冷凍機に関する。
に係り、特に効率の向上を図れるようにしたパルスチュ
ーブ冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、構成が比較的簡単で、しかも到達
温度も比較的低い冷凍機としてパルスチューブ冷凍機が
知られている。このパルスチューブ冷凍機には種々のタ
イプがある。何れも基本的には、蓄冷器とパルスチュー
ブとを直列接続してなる寒冷発生器を備え、高圧の冷媒
ガスを蓄冷器を経由させてパルスチューブ内へ導いた後
に逆の経路で排出膨張させることによってパルスチュー
ブ内に寒冷を発生させるようにしている。
温度も比較的低い冷凍機としてパルスチューブ冷凍機が
知られている。このパルスチューブ冷凍機には種々のタ
イプがある。何れも基本的には、蓄冷器とパルスチュー
ブとを直列接続してなる寒冷発生器を備え、高圧の冷媒
ガスを蓄冷器を経由させてパルスチューブ内へ導いた後
に逆の経路で排出膨張させることによってパルスチュー
ブ内に寒冷を発生させるようにしている。
【０００３】ところで、このようなパルスチューブ冷凍
機において、寒冷の発生量を増加させるためには、パル
スチューブ内の圧力変動の位相と冷媒ガスの変位の位相
との間に位相差を持たせる必要がある。このようなこと
から、従来のパルスチューブ冷凍機では、位相差を設け
るための系統を設けているものが多い。図７には位相差
を設けるための系統を備えた従来のパルスチューブ冷凍
機が示されている。すなわち、図中１は寒冷発生器を示
し、２はガス圧縮機を示している。
機において、寒冷の発生量を増加させるためには、パル
スチューブ内の圧力変動の位相と冷媒ガスの変位の位相
との間に位相差を持たせる必要がある。このようなこと
から、従来のパルスチューブ冷凍機では、位相差を設け
るための系統を設けているものが多い。図７には位相差
を設けるための系統を備えた従来のパルスチューブ冷凍
機が示されている。すなわち、図中１は寒冷発生器を示
し、２はガス圧縮機を示している。
【０００４】寒冷発生器１は、蓄冷器３と、この蓄冷器
３に対して低温熱交換器４を介して直列に接続されたパ
ルスチューブ５とで構成されている。蓄冷器３は、断熱
材あるいは熱伝導率の低い金属材で形成された容器６内
にステンレス鋼や銅のメッシュなどで形成された蓄冷材
７を収容したものとなっている。パルスチューブ５は、
断熱材あるいは熱伝導率の低い金属材でパイプ状に形成
されている。
３に対して低温熱交換器４を介して直列に接続されたパ
ルスチューブ５とで構成されている。蓄冷器３は、断熱
材あるいは熱伝導率の低い金属材で形成された容器６内
にステンレス鋼や銅のメッシュなどで形成された蓄冷材
７を収容したものとなっている。パルスチューブ５は、
断熱材あるいは熱伝導率の低い金属材でパイプ状に形成
されている。
【０００５】蓄冷器３の入口８は、ガス圧縮機２に接続
されている。ガス圧縮機２は、シリンダ９とピストン１
０とで構成された圧縮室１１を備えてなる往復動式のも
のである。ピストン９の背面にはピストンロッド１２の
一端側が接続されており、このピストンロッド１２の他
端側はガイド機構１３にガイドされて図示しない往復動
駆動源に連結されている。
されている。ガス圧縮機２は、シリンダ９とピストン１
０とで構成された圧縮室１１を備えてなる往復動式のも
のである。ピストン９の背面にはピストンロッド１２の
一端側が接続されており、このピストンロッド１２の他
端側はガイド機構１３にガイドされて図示しない往復動
駆動源に連結されている。
【０００６】一方、パルスチューブ５の終端部と蓄冷器
３の入口８との間には、これらを通じさせる、いわゆる
ダブルインレット通路用の配管１４が設けてあり、この
配管１４の途中には冷媒ガスの流量を調節するためのバ
ルブ１５が設けられている。また、パルスチューブ５の
終端部はオリフィスバルブ１６を介してバッファータン
ク１７にも通じている。そして、上記のように接続され
た系内には、たとえばヘリウムガス等の冷媒ガスが所定
圧力に封入されている。
３の入口８との間には、これらを通じさせる、いわゆる
ダブルインレット通路用の配管１４が設けてあり、この
配管１４の途中には冷媒ガスの流量を調節するためのバ
ルブ１５が設けられている。また、パルスチューブ５の
終端部はオリフィスバルブ１６を介してバッファータン
ク１７にも通じている。そして、上記のように接続され
た系内には、たとえばヘリウムガス等の冷媒ガスが所定
圧力に封入されている。
【０００７】このように構成されたパルスチューブ冷凍
機では、ピストン１０が図中上方に向け往動し、圧縮室
１１内の容積が小さくなると、圧縮された冷媒ガスが、
一方においては蓄冷器３内を通ってパルスチューブ５内
へ流れ込み、他方においては配管１４を介してパルスチ
ューブ５内およびバッファータンク１７内へ流れ込む。
また、ピストン１０が図中下方に向け復動すると、パル
スチューブ５内の冷媒ガスは、一方においては蓄冷器３
内を通って圧縮室１１内に流れ込み、他方においては配
管１４を介して圧縮室１１内に流れ込む。
機では、ピストン１０が図中上方に向け往動し、圧縮室
１１内の容積が小さくなると、圧縮された冷媒ガスが、
一方においては蓄冷器３内を通ってパルスチューブ５内
へ流れ込み、他方においては配管１４を介してパルスチ
ューブ５内およびバッファータンク１７内へ流れ込む。
また、ピストン１０が図中下方に向け復動すると、パル
スチューブ５内の冷媒ガスは、一方においては蓄冷器３
内を通って圧縮室１１内に流れ込み、他方においては配
管１４を介して圧縮室１１内に流れ込む。
【０００８】このような冷媒ガスの流れに伴ってパルス
チューブ５内に圧力変動が生じ、寒冷が発生する。この
寒冷の一部は低温熱交換器４を介して被冷却物を冷却す
る。また、残りは冷媒ガスが逆の経路で戻るときに蓄冷
材７の冷却に供される。
チューブ５内に圧力変動が生じ、寒冷が発生する。この
寒冷の一部は低温熱交換器４を介して被冷却物を冷却す
る。また、残りは冷媒ガスが逆の経路で戻るときに蓄冷
材７の冷却に供される。
【０００９】このとき、バルブ１５およびオリフィスバ
ルブ１６の開度を調節することによって最適な運転状況
を作り出すことができる。すなわち、配管１４，バルブ
１５，オリフィスバルブ１６およびバッファータンク１
７は、前述した位相差の形成に寄与している。
ルブ１６の開度を調節することによって最適な運転状況
を作り出すことができる。すなわち、配管１４，バルブ
１５，オリフィスバルブ１６およびバッファータンク１
７は、前述した位相差の形成に寄与している。
【００１０】しかしながら、上記のように構成された従
来のパルスチューブ冷凍機にあっては、前述した位相差
の調節範囲がガス圧縮機２によって制限されるため、位
相差を十分に大きくすることが困難で、たとえば低温部
に膨張ピストンを備え、このピストンによって強制的に
位相差を持たせるようにしたスターリング冷凍機より効
率が低いと言う問題があった。また、シリンダ９とピス
トン１０との間の摺動抵抗によって圧縮効率が低下し、
これも冷凍機の効率を低下させる一因となっていた。
来のパルスチューブ冷凍機にあっては、前述した位相差
の調節範囲がガス圧縮機２によって制限されるため、位
相差を十分に大きくすることが困難で、たとえば低温部
に膨張ピストンを備え、このピストンによって強制的に
位相差を持たせるようにしたスターリング冷凍機より効
率が低いと言う問題があった。また、シリンダ９とピス
トン１０との間の摺動抵抗によって圧縮効率が低下し、
これも冷凍機の効率を低下させる一因となっていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のパ
ルスチューブ冷凍機にあっては、低温部に可動部を必要
としない利点を備えているが、効率が低いという問題が
あった。そこで本発明は、上述した利点を損なうことな
く冷凍効率の向上を図れるパルスチューブ冷凍機を提供
することを目的としている。
ルスチューブ冷凍機にあっては、低温部に可動部を必要
としない利点を備えているが、効率が低いという問題が
あった。そこで本発明は、上述した利点を損なうことな
く冷凍効率の向上を図れるパルスチューブ冷凍機を提供
することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一実施例に係るパルスチューブ冷凍機で
は、少なくとも蓄冷器とパルスチューブとを直列接続し
てなる寒冷発生器と、ガス圧縮機と、前記パルスチュー
ブの終端部に接続されたバッファータンクとを備え、前
記ガス圧縮機で圧縮された冷媒ガスを前記蓄冷器を経由
させて前記パルスチューブ内へ導いた後に逆の経路で前
記ガス圧縮機に吸込ませるように構成し、かつ前記パル
スチューブの終端部と前記バッファータンクとの間にポ
ーラスプラグを介在させている。
に、本発明の一実施例に係るパルスチューブ冷凍機で
は、少なくとも蓄冷器とパルスチューブとを直列接続し
てなる寒冷発生器と、ガス圧縮機と、前記パルスチュー
ブの終端部に接続されたバッファータンクとを備え、前
記ガス圧縮機で圧縮された冷媒ガスを前記蓄冷器を経由
させて前記パルスチューブ内へ導いた後に逆の経路で前
記ガス圧縮機に吸込ませるように構成し、かつ前記パル
スチューブの終端部と前記バッファータンクとの間にポ
ーラスプラグを介在させている。
【００１３】
【作用】パルスチューブの終端部とバッファータンクと
の間にポーラスプラグを介在させているので、オリフィ
スバルブを介在させたものに較べてパルスチューブ内の
圧力変動の位相と冷媒ガスの変位の位相との間の位相差
を大きくでき、この結果、効率を向上させることが可能
になる。
の間にポーラスプラグを介在させているので、オリフィ
スバルブを介在させたものに較べてパルスチューブ内の
圧力変動の位相と冷媒ガスの変位の位相との間の位相差
を大きくでき、この結果、効率を向上させることが可能
になる。
【００１４】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
る。
【００１５】図１には本発明の一実施例に係るパルスチ
ューブ冷凍機の概略構成が示されている。なお、この図
では図７と同一要素部分が同一符号で示してある。した
がって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
ューブ冷凍機の概略構成が示されている。なお、この図
では図７と同一要素部分が同一符号で示してある。した
がって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００１６】この実施例に係るパルスチューブ冷凍機が
従来の冷凍機と異なる点は、パルスチューブ５の終端部
とバッファータンク１７との間に適度な細密通気路を持
つポーラスプラグ２０を介在させたことにある。
従来の冷凍機と異なる点は、パルスチューブ５の終端部
とバッファータンク１７との間に適度な細密通気路を持
つポーラスプラグ２０を介在させたことにある。
【００１７】このような構成であると、冷凍原理そのも
のは従来の冷凍機と変らないが、オリフィスバルブに代
え、ポーラスプラグ２０を設けたことによってパルスチ
ューブ５内の圧力変動の位相と冷媒ガスの変位の位相と
の間の位相差を大きくでき、効率を向上させることがで
きる。
のは従来の冷凍機と変らないが、オリフィスバルブに代
え、ポーラスプラグ２０を設けたことによってパルスチ
ューブ５内の圧力変動の位相と冷媒ガスの変位の位相と
の間の位相差を大きくでき、効率を向上させることがで
きる。
【００１８】図２には実施例に係るパルスチューブ冷凍
機と図７に示した従来のパルスチューブ冷凍機との８０
Ｋにおける冷凍能力特性が示されている。なお、実験に
用いた冷凍機は次のようなものである。ガス圧縮機２は
内径６０mm，ストローク１５〜３０mm、蓄冷器３は軸方
向長さ１００mmで内径３４mmおよび２８mmの２種類、パ
ルスチューブ５は内径１８mm, 軸方向長さ１５０mm、バ
ッファータンク１７は内容積が１０００ccである。
機と図７に示した従来のパルスチューブ冷凍機との８０
Ｋにおける冷凍能力特性が示されている。なお、実験に
用いた冷凍機は次のようなものである。ガス圧縮機２は
内径６０mm，ストローク１５〜３０mm、蓄冷器３は軸方
向長さ１００mmで内径３４mmおよび２８mmの２種類、パ
ルスチューブ５は内径１８mm, 軸方向長さ１５０mm、バ
ッファータンク１７は内容積が１０００ccである。
【００１９】同図において、横軸は運転周波数を示して
いる。図中破線が従来の冷凍機の特性を示し、実線が本
実施例に係る冷凍機の特性を示している。本実施例に係
る冷凍機では、寒冷発生量を増加できるので、従来の冷
凍機に較べて高い冷凍能力特性を発揮している。
いる。図中破線が従来の冷凍機の特性を示し、実線が本
実施例に係る冷凍機の特性を示している。本実施例に係
る冷凍機では、寒冷発生量を増加できるので、従来の冷
凍機に較べて高い冷凍能力特性を発揮している。
【００２０】なお、冷凍機によっては、ダブルインレッ
ト用の配管１４を備えていないものがあるが、このよう
な冷凍機においてもポーラスプラグ２０の使用は効果を
発揮する。
ト用の配管１４を備えていないものがあるが、このよう
な冷凍機においてもポーラスプラグ２０の使用は効果を
発揮する。
【００２１】図３には本発明の別の実施例に係るパルス
チューブ冷凍機が示されている。この図においは図１と
同一要素部分が同一符号で示されている。したがって、
重複する部分の詳しい説明は省略する。
チューブ冷凍機が示されている。この図においは図１と
同一要素部分が同一符号で示されている。したがって、
重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００２２】このパルスチューブ冷凍機が前記実施例と
異なる点は、パルスチューブ５の終端部が、この終端部
に直接接続されたオリフィスバルブ２１を介してバッフ
ァータンク１７に接続されるとともに上記終端部に直接
接続された調節バルブ２２を介してダブルインレット用
の配管１４に接続されていることにある。
異なる点は、パルスチューブ５の終端部が、この終端部
に直接接続されたオリフィスバルブ２１を介してバッフ
ァータンク１７に接続されるとともに上記終端部に直接
接続された調節バルブ２２を介してダブルインレット用
の配管１４に接続されていることにある。
【００２３】このような構成であると、冷凍原理そのも
のは従来の冷凍機と変らないが、パルスチューブ５とオ
リフィスバルブ２１との間の配管容積およびパルスチュ
ーブ５と調節バルブ２２との間の配管容積をそれぞれな
くすことができるので、パルスチューブ５内の圧力変動
の位相と冷媒ガスの変位の位相との間の位相差を大きく
でき、効率を向上させることができるので、到達最低温
度を低くできる。なお、ダブルインレット用の配管１４
を備えていないものについても上記関係にオリフィスバ
ルブ２１を設けることによって効果を期待できる。
のは従来の冷凍機と変らないが、パルスチューブ５とオ
リフィスバルブ２１との間の配管容積およびパルスチュ
ーブ５と調節バルブ２２との間の配管容積をそれぞれな
くすことができるので、パルスチューブ５内の圧力変動
の位相と冷媒ガスの変位の位相との間の位相差を大きく
でき、効率を向上させることができるので、到達最低温
度を低くできる。なお、ダブルインレット用の配管１４
を備えていないものについても上記関係にオリフィスバ
ルブ２１を設けることによって効果を期待できる。
【００２４】図４には本発明の別の実施例に係るパルス
チューブ冷凍機が示されている。この図においても図１
および図７と同一要素部分が同一符号で示されている。
したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。こ
のパルスチューブ冷凍機が先の実施例と異なる点は、ガ
ス圧縮機２ａの構成とガス通流系統とにある。
チューブ冷凍機が示されている。この図においても図１
および図７と同一要素部分が同一符号で示されている。
したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。こ
のパルスチューブ冷凍機が先の実施例と異なる点は、ガ
ス圧縮機２ａの構成とガス通流系統とにある。
【００２５】ガス圧縮機２ａは、シリンダ３１とピスト
ン３２とで構成された圧縮室３３を備えてなる往復動式
のものである。シリンダ３１の底部壁は閉じられてお
り、ピストンロッド３４は上記底部壁を気密に、かつ摺
動自在に貫通して図示しない、たとえばボイスコイルモ
ータ式の駆動装置に連結されている。そして、圧縮室３
３は蓄冷器３の入口８に接続されており、またピストン
３２を境にして圧縮室３３とは反対側に形成された背面
室３５は配管３６および流量調整用のバルブ４３を介し
てバッファータンク１７に通じている。
ン３２とで構成された圧縮室３３を備えてなる往復動式
のものである。シリンダ３１の底部壁は閉じられてお
り、ピストンロッド３４は上記底部壁を気密に、かつ摺
動自在に貫通して図示しない、たとえばボイスコイルモ
ータ式の駆動装置に連結されている。そして、圧縮室３
３は蓄冷器３の入口８に接続されており、またピストン
３２を境にして圧縮室３３とは反対側に形成された背面
室３５は配管３６および流量調整用のバルブ４３を介し
てバッファータンク１７に通じている。
【００２６】シリンダ３１の周壁は二重構造に形成され
ており、内側壁３７はセラミックで形成されている。ピ
ストン３２の外周面には環状溝が形成されており、この
環状溝にはシリンダ３１とピストン３２との間をシール
するシールリング３８が装着されている。このシールリ
ング３８は環状溝内に装着されたばね３９の力によって
内側壁３７に弱く押付けられている。さらに、ピストン
ロッド３４の外部に突出している部分には鍔４０が設け
てあり、この鍔４０と静止部材４１との間にはピストン
３２を含む可動部分を支持するためのコイルばね４２が
装着されている。このコイルばね４２のばね定数は、ピ
ストン３２に作用する冷媒ガスのガスばね定数より小さ
い値に設定されている。
ており、内側壁３７はセラミックで形成されている。ピ
ストン３２の外周面には環状溝が形成されており、この
環状溝にはシリンダ３１とピストン３２との間をシール
するシールリング３８が装着されている。このシールリ
ング３８は環状溝内に装着されたばね３９の力によって
内側壁３７に弱く押付けられている。さらに、ピストン
ロッド３４の外部に突出している部分には鍔４０が設け
てあり、この鍔４０と静止部材４１との間にはピストン
３２を含む可動部分を支持するためのコイルばね４２が
装着されている。このコイルばね４２のばね定数は、ピ
ストン３２に作用する冷媒ガスのガスばね定数より小さ
い値に設定されている。
【００２７】このような構成であると、ピストン３２が
図中上方に向け往動し、圧縮室３３内の容積が小さくな
ると、圧縮された冷媒ガスが、一方においては蓄冷器３
内を通ってパルスチューブ５内へ流れ込み、他方におい
ては配管１４を介してパルスチューブ５内およびバッフ
ァータンク１７内へ流れ込む。このとき、バッファータ
ンク１７内の一部の冷媒ガスは配管３６を介して背面室
３５内へと流れる。また、ピストン３２が図中下方に向
け復動すると、パルスチューブ５内の冷媒ガスは、一方
においては蓄冷器３内を通って圧縮室３３内に流れ込
み、他方においては配管１４を介して圧縮室３３内に流
れ込む。このとき、背面室３５内の冷媒ガスが配管３６
を介してバッファータンク１７内に流れ、バッファータ
ンク１７内の冷媒ガスが配管１４内とパルスチューブ５
内へ流れる。このような冷媒ガスの流れに伴ってパルス
チューブ５内に圧力変動が生じ、寒冷が発生する。
図中上方に向け往動し、圧縮室３３内の容積が小さくな
ると、圧縮された冷媒ガスが、一方においては蓄冷器３
内を通ってパルスチューブ５内へ流れ込み、他方におい
ては配管１４を介してパルスチューブ５内およびバッフ
ァータンク１７内へ流れ込む。このとき、バッファータ
ンク１７内の一部の冷媒ガスは配管３６を介して背面室
３５内へと流れる。また、ピストン３２が図中下方に向
け復動すると、パルスチューブ５内の冷媒ガスは、一方
においては蓄冷器３内を通って圧縮室３３内に流れ込
み、他方においては配管１４を介して圧縮室３３内に流
れ込む。このとき、背面室３５内の冷媒ガスが配管３６
を介してバッファータンク１７内に流れ、バッファータ
ンク１７内の冷媒ガスが配管１４内とパルスチューブ５
内へ流れる。このような冷媒ガスの流れに伴ってパルス
チューブ５内に圧力変動が生じ、寒冷が発生する。
【００２８】そして、この場合には、ピストン３２に作
用する冷媒ガスのガスばね定数より小さいばね定数に設
定されたコイルばね４２でピストン３２を含む可動部分
を支持しているので、ピストン３２が傾くようなことは
ない。したがって、シールリング３８が、いわゆる片当
たりすることがないので、シリンダ３１とピストン３２
との間を確実にシールできるばかりか、摺動抵抗を小さ
くでき、結局、冷凍機としての効率を向上させることが
できる。また、この構成であると、ピストン３２の重量
を調節してピストン３２の共振周波数を冷凍効率の大き
い周波数帯に一致させることができる。したがって、冷
凍効率を一層向上させることができる。図５にはパルス
チューブ冷凍機の使用例が示されている。
用する冷媒ガスのガスばね定数より小さいばね定数に設
定されたコイルばね４２でピストン３２を含む可動部分
を支持しているので、ピストン３２が傾くようなことは
ない。したがって、シールリング３８が、いわゆる片当
たりすることがないので、シリンダ３１とピストン３２
との間を確実にシールできるばかりか、摺動抵抗を小さ
くでき、結局、冷凍機としての効率を向上させることが
できる。また、この構成であると、ピストン３２の重量
を調節してピストン３２の共振周波数を冷凍効率の大き
い周波数帯に一致させることができる。したがって、冷
凍効率を一層向上させることができる。図５にはパルス
チューブ冷凍機の使用例が示されている。
【００２９】ここには断熱容器の内槽をパルスチューブ
冷凍機で冷却している例が示されている。すなわち、図
中５１は断熱容器の内槽を示し、５２は外槽を示し、５
３は内槽５１と外槽５２との間に形成された真空断熱層
を示している。
冷凍機で冷却している例が示されている。すなわち、図
中５１は断熱容器の内槽を示し、５２は外槽を示し、５
３は内槽５１と外槽５２との間に形成された真空断熱層
を示している。
【００３０】真空断熱層５３内には、１段蓄冷器３ａ、
低温熱交換部４ａ、１段パルスチューブ５ａが直列に接
続されている。また、低温熱交換部４ａは２段蓄冷器３
ｂ、内槽５１に熱的に接続された低温熱交換部４ｂを介
して２段パルスチューブ５ｂに接続されている。この例
の場合、２段パルスチューブ５ｂは、軸方向の長さが１
段パルスチューブ５ａの２倍以上に設定されている。そ
して、２段パルスチューブ５ｂの外周面で軸方向の中間
位置と低温熱交換部４ａとが熱伝導体５４で接続されて
いる。また、１段蓄冷器３ａの入口は、外槽５２を気密
に貫通して設けられた配管５５を介してガス圧縮機２に
接続されている。同様に、１段パルスチューブ５ａの終
端および２段パルスチューブ５ｂの終端は、それぞれ外
槽５２を気密に貫通して設けられた配管５６，５７、オ
リフィスバルブ１６ａ，１６ｂを介してバッファータン
ク１７ａ，１７ｂに接続されている。
低温熱交換部４ａ、１段パルスチューブ５ａが直列に接
続されている。また、低温熱交換部４ａは２段蓄冷器３
ｂ、内槽５１に熱的に接続された低温熱交換部４ｂを介
して２段パルスチューブ５ｂに接続されている。この例
の場合、２段パルスチューブ５ｂは、軸方向の長さが１
段パルスチューブ５ａの２倍以上に設定されている。そ
して、２段パルスチューブ５ｂの外周面で軸方向の中間
位置と低温熱交換部４ａとが熱伝導体５４で接続されて
いる。また、１段蓄冷器３ａの入口は、外槽５２を気密
に貫通して設けられた配管５５を介してガス圧縮機２に
接続されている。同様に、１段パルスチューブ５ａの終
端および２段パルスチューブ５ｂの終端は、それぞれ外
槽５２を気密に貫通して設けられた配管５６，５７、オ
リフィスバルブ１６ａ，１６ｂを介してバッファータン
ク１７ａ，１７ｂに接続されている。
【００３１】このような配置であると、低温熱交換部４
ａより低温熱交換部４ｂの温度が低くなり、この低温で
内槽５１が冷却されることになる。また、この場合には
２つのオリフィスバルブ１６ａ，１６ｂおよび２つのバ
ッファータンク１７ａ，１７ｂを露出させることができ
るので、調整および保守の容易化を図ることができる。
このように配置されるパルスチューブ冷凍機において
も、先に各実施例において説明した手法を採用して冷凍
効率を向上させることができる。図６にはパルスチュー
ブ冷凍機の別の使用例が示されている。
ａより低温熱交換部４ｂの温度が低くなり、この低温で
内槽５１が冷却されることになる。また、この場合には
２つのオリフィスバルブ１６ａ，１６ｂおよび２つのバ
ッファータンク１７ａ，１７ｂを露出させることができ
るので、調整および保守の容易化を図ることができる。
このように配置されるパルスチューブ冷凍機において
も、先に各実施例において説明した手法を採用して冷凍
効率を向上させることができる。図６にはパルスチュー
ブ冷凍機の別の使用例が示されている。
【００３２】一般に、真空断熱層を備えた断熱容器で
は、輻射による熱侵入を防止するために真空断熱層内に
熱シールド板を設け、この熱シールド板を所定温度に冷
却することが行われている。図６に示す例では、熱シー
ルド板の冷却と熱シールド板の支持とをパルスチューブ
冷凍機で行わせている。すなわち、図中６１は断熱容器
の内槽を示し、６２は外槽を示し、６３は内槽６１と外
槽６２との間に形成された真空断熱層を示し、６４は真
空断熱層６３内に内槽６１を囲むように配置された熱シ
ールド板を示している。
は、輻射による熱侵入を防止するために真空断熱層内に
熱シールド板を設け、この熱シールド板を所定温度に冷
却することが行われている。図６に示す例では、熱シー
ルド板の冷却と熱シールド板の支持とをパルスチューブ
冷凍機で行わせている。すなわち、図中６１は断熱容器
の内槽を示し、６２は外槽を示し、６３は内槽６１と外
槽６２との間に形成された真空断熱層を示し、６４は真
空断熱層６３内に内槽６１を囲むように配置された熱シ
ールド板を示している。
【００３３】外槽６２と熱シールド板６３との間にパル
スチューブ冷凍機の蓄冷器３とパルスチューブ５とが外
槽６２に対して熱シールド板６４を支持する支持材を兼
ねて配置され、また低温熱交換部４が熱シールド板６４
に熱的に接続されている。なお、図中６５は液体ヘリウ
ム等の極低温液体を示し、６６は断熱支持材を示してい
る。
スチューブ冷凍機の蓄冷器３とパルスチューブ５とが外
槽６２に対して熱シールド板６４を支持する支持材を兼
ねて配置され、また低温熱交換部４が熱シールド板６４
に熱的に接続されている。なお、図中６５は液体ヘリウ
ム等の極低温液体を示し、６６は断熱支持材を示してい
る。
【００３４】この例では、１箇所だけにパルスチューブ
冷凍機を設けているが、熱シールド板６４を支持してい
る複数の断熱支持材６６の全部あるいは複数個をパルス
チューブ冷凍機に置換えてもよい。
冷凍機を設けているが、熱シールド板６４を支持してい
る複数の断熱支持材６６の全部あるいは複数個をパルス
チューブ冷凍機に置換えてもよい。
【００３５】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、上述した各実施例は、蓄冷
器内全体に同一組成の蓄冷材を充填しているが、たとえ
ば蓄冷材としてステンレス鋼のメッシュと銅のメッシュ
とを用いる場合には、ステンレス鋼のメッシュを蓄冷器
の高温側に、銅のメッシュを蓄冷器の低温側に充填する
ことによって効率を向上させることができる。つまり、
比熱の大きいものを低温側に充填すればよい。また、図
４に示される以外のパルスチューブ冷凍機では、往復動
式のガス圧縮機以外のガス圧縮機に代えてもよい。この
場合には、吐出，吸込みを切換えるためのバルブを必要
とすることは勿論である。
るものではない。すなわち、上述した各実施例は、蓄冷
器内全体に同一組成の蓄冷材を充填しているが、たとえ
ば蓄冷材としてステンレス鋼のメッシュと銅のメッシュ
とを用いる場合には、ステンレス鋼のメッシュを蓄冷器
の高温側に、銅のメッシュを蓄冷器の低温側に充填する
ことによって効率を向上させることができる。つまり、
比熱の大きいものを低温側に充填すればよい。また、図
４に示される以外のパルスチューブ冷凍機では、往復動
式のガス圧縮機以外のガス圧縮機に代えてもよい。この
場合には、吐出，吸込みを切換えるためのバルブを必要
とすることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
効率の高いパルスチューブ冷凍機を提供できる。
効率の高いパルスチューブ冷凍機を提供できる。
【図１】本発明の第１の実施例に係るパルスチューブ冷
凍機の概略構成図
凍機の概略構成図
【図２】同冷凍機の８０Ｋにおける冷凍能力特性を従来
の冷凍機のそれと比較して示す図
の冷凍機のそれと比較して示す図
【図３】本発明の第２の実施例に係るパルスチューブ冷
凍機の概略構成図
凍機の概略構成図
【図４】本発明の第３の実施例に係るパルスチューブ冷
凍機の概略構成図
凍機の概略構成図
【図５】パルスチューブ冷凍機の使用例を説明するため
の概略図
の概略図
【図６】パルスチューブ冷凍機の別の使用例を説明する
ための概略図
ための概略図
【図７】従来のパルスチューブ冷凍機の概略構成図
１…寒冷発生器 ２，２ａ…ガス圧
縮機 ３…蓄冷器 ４…低温熱交換器 ５…パルスチューブ １４…配管 １５…調節バルブ １６…オリフィス
バルブ １７…バッファータンク ２０…ポーラスプ
ラグ ２１…オリフィスバルブ ２２…調節バルブ ３１…シリンダ ３２…ピストン ３３…圧縮室 ３４…ピストンロ
ッド ３５…背面室 ３６…配管 ３７…内側壁 ３８…シールリン
グ ３９…ばね ４２…コイルばね
縮機 ３…蓄冷器 ４…低温熱交換器 ５…パルスチューブ １４…配管 １５…調節バルブ １６…オリフィス
バルブ １７…バッファータンク ２０…ポーラスプ
ラグ ２１…オリフィスバルブ ２２…調節バルブ ３１…シリンダ ３２…ピストン ３３…圧縮室 ３４…ピストンロ
ッド ３５…背面室 ３６…配管 ３７…内側壁 ３８…シールリン
グ ３９…ばね ４２…コイルばね
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 洋一 千葉県船橋市大穴北２−３−３
Claims (5)
- 【請求項１】少なくとも蓄冷器とパルスチューブとを直
列接続してなる寒冷発生器と、ガス圧縮機と、前記パル
スチューブの終端部に接続されたバッファータンクとを
備え、前記ガス圧縮機で圧縮された冷媒ガスを前記蓄冷
器を経由させて前記パルスチューブ内へ導いた後に逆の
経路で前記ガス圧縮機に吸込ませるように構成されてな
るパルスチューブ冷凍機において、前記パルスチューブ
の終端部と前記バッファータンクとの間にポーラスプラ
グを介在させてなることを特徴とするパルスチューブ冷
凍機。 - 【請求項２】前記蓄冷器の入口と前記パルスチューブの
終端部とがダブルインレット通路で接続されていること
を特徴とする請求項１に記載のパルスチューブ冷凍機。 - 【請求項３】少なくとも蓄冷器とパルスチューブとを直
列接続してなる寒冷発生器と、ガス圧縮機と、前記パル
スチューブの終端部に接続されたバッファータンクとを
備え、前記ガス圧縮機で圧縮された冷媒ガスを前記蓄冷
器を経由させて前記パルスチューブ内へ導いた後に逆の
経路で前記ガス圧縮機に吸込ませるように構成されてな
るパルスチューブ冷凍機において、前記パルスチューブ
の終端部が該終端部に直接接続されたオリフィスバルブ
を介して前記バッファータンクに接続されてなることを
特徴とするパルスチューブ冷凍機。 - 【請求項４】前記蓄冷器の入口と前記パルスチューブの
終端部とが該終端部に直接接続された調節バルブを持つ
ダブルインレット通路で接続されていることを特徴とす
る請求項３に記載のパルスチューブ冷凍機。 - 【請求項５】少なくとも蓄冷器とパルスチューブとを直
列接続してなる寒冷発生器と、シリンダとピストンとで
構成された圧縮室を備えてなる往復動式のガス圧縮機
と、このガス圧縮機の前記ピストンを往復動させる駆動
手段とを備え、前記ピストンの往動に伴って前記圧縮室
で圧縮された冷媒ガスを前記蓄冷器を経由させて前記パ
ルスチューブ内へ導いた後、前記ピストンの復動に伴わ
せて逆の経路で上記冷媒ガスを前記圧縮室に吸込ませる
ように構成されてなるパルスチューブ冷凍機において、
前記ピストンが前記冷媒ガスによるガスばね定数より小
さいばね定数を有したばねで支持されてなることを特徴
とするパルスチューブ冷凍機。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24998892A JP3152757B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | パルスチューブ冷凍機 |
| US08/065,900 US5335505A (en) | 1992-05-25 | 1993-05-25 | Pulse tube refrigerator |
| US08/252,270 US5412952A (en) | 1992-05-25 | 1994-06-01 | Pulse tube refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24998892A JP3152757B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | パルスチューブ冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06101916A true JPH06101916A (ja) | 1994-04-12 |
| JP3152757B2 JP3152757B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17201166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24998892A Expired - Fee Related JP3152757B2 (ja) | 1992-05-25 | 1992-09-18 | パルスチューブ冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3152757B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075003A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 低温装置 |
| WO2004088217A1 (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-14 | Japan Aerospace Exploration Agency | パルス管冷凍機 |
| JP2016003781A (ja) * | 2014-06-13 | 2016-01-12 | 株式会社東芝 | スターリング型冷凍機 |
| WO2020235554A1 (ja) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機、パルス管冷凍機のコールドヘッド |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3974869B2 (ja) * | 2003-03-26 | 2007-09-12 | アイシン精機株式会社 | パルス管冷凍機 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP24998892A patent/JP3152757B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075003A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 低温装置 |
| WO2004088217A1 (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-14 | Japan Aerospace Exploration Agency | パルス管冷凍機 |
| JP2016003781A (ja) * | 2014-06-13 | 2016-01-12 | 株式会社東芝 | スターリング型冷凍機 |
| WO2020235554A1 (ja) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機、パルス管冷凍機のコールドヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3152757B2 (ja) | 2001-04-03 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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