JPH07180938A - パルスチューブ冷蔵庫 - Google Patents

パルスチューブ冷蔵庫

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JPH07180938A
JPH07180938A JP32731493A JP32731493A JPH07180938A JP H07180938 A JPH07180938 A JP H07180938A JP 32731493 A JP32731493 A JP 32731493A JP 32731493 A JP32731493 A JP 32731493A JP H07180938 A JPH07180938 A JP H07180938A
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JP
Japan
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heat
pulse tube
refrigerator
tube refrigerator
heat exchange
Prior art date
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Pending
Application number
JP32731493A
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English (en)
Inventor
Toshio Otaka
敏男 大高
Kazuo Saito
和夫 齊藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression 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
    • F25B9/145Compression 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1408Pulse-tube cycles with pulse tube having U-turn or L-turn type geometrical arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1412Pulse-tube cycles characterised by heat exchanger details
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2309/1419Pulse-tube cycles with pulse tube having a basic pulse tube refrigerator [PTR], i.e. comprising a tube with basic schematic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D19/00Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
    • F25D19/006Thermal coupling structure or interface

Abstract

(57)【要約】 【目的】パルス管冷凍機の吸熱部を屈曲させ2箇所有す
る放熱部を1箇所にまとめ軽量化及び省スペース化を図
ることを目的とする。 【構成】圧縮機,蓄冷器,吸熱熱交換部及び第1,第2
の放熱熱交換部を有するパルスチューブ冷凍機と、この
パルスチューブ冷凍機の前記吸熱熱交換部を冷蔵庫庫内
に配置した冷却部と、前記第1,第2の放熱熱交換部を
庫外側に配置した放熱部とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ノンフロンのパルスチ
ューブ冷蔵庫に関する。
【0002】
【従来の技術】冷凍・冷蔵庫,空気調和装置などで代表
される冷凍サイクル装置では、蒸気圧縮式の冷凍サイク
ルが採用されている。こうした蒸気圧縮式の冷凍サイク
ルには、作動流体としての冷媒にフロンが用いられ、フ
ロンの凝縮,蒸発を利用して、所定の冷却性能を得るよ
うにしている。
【0003】ところが、冷媒として使用されるフロン
は、化学的安定性が高く、大気中に放出されると成層圏
に達して、オゾン層を破壊するとの指摘がある。このた
め、近年特定フロンを対象にしたフロンの使用並びに生
産が規制されている。
【0004】そこで、冷凍サイクル装置に代わるものの
一つとして、パルスチューブ冷凍機を利用した冷凍装置
が挙げられる。パルスチューブ冷凍機は極低温用冷凍機
として開発されてきた。極低温用冷凍機は、冷凍能力数
ワット程度のもので主に極低温を得るためのものであ
る。家庭用温度レベルで冷凍能力数百ワットのものは今
までにはなく、冷蔵庫への応用例もない。
【0005】しかしながらパルスチューブ冷凍機を冷凍
装置に利用するには、吸熱部が1箇所,放熱部が2箇所
存在し、吸熱部を冷蔵庫内部に配置すると、放熱部が2
箇所に分かれてしまうという不具合があった。また、冷
凍能力を得るためにパルスチューブ内部伝熱面積の拡大
に問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したようにパルス
チューブ冷凍機を冷凍装置に利用するには、吸熱部を冷
蔵庫内部に配置すると、放熱部が2箇所に分かれてしま
うという不具合が生じ、また、冷凍能力を得るためにパ
ルスチューブ内部伝熱面積の拡大に問題があるという欠
点があった。
【0007】そこで、本発明は上記欠点を除去し、パル
ス管冷凍機の吸熱部を屈曲させ2箇所有する放熱部を1
箇所にまとめ軽量化及び省スペース化を図ることを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、圧縮機,蓄冷器,吸熱熱交換部及び第
1,第2の放熱熱交換部を有するパルスチューブ冷凍機
と、このパルスチューブ冷凍機の前記吸熱熱交換部を冷
蔵庫庫内に配置した冷却部と、前記第1,第2の放熱熱
交換部を庫外側に配置した放熱部とを具備している。
【0009】
【作用】このように構成されたものにおいては、冷蔵庫
の冷却手段としてパルス管冷凍機を構成する2箇所の放
熱熱交換部を屈曲させ、1箇所にまとめることにより、
軽量及び省スペース化を図るというというものである。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を図1乃至図8を参照し、詳
細に説明する。図1は、本発明の第1の実施例にかかる
パルスチューブ冷蔵庫の断面図である。
【0011】図に示すように、冷蔵庫1内を冷却する手
段としてパルス管冷凍機3が冷蔵庫の背面部1aに設け
られている。パルスチューブ冷蔵庫の説明の前に、パル
ス管冷凍機について、図2のパルス管冷凍機の断面図を
参照しながら説明すると、まず、封入ガスには、ヘリウ
ムガス,窒素ガス,水素ガスといったノンフロンの作動
流体が用いられている。そして、この作動流体を圧縮す
る手段としてピストン7を有する圧縮機9が設けられ、
パルス管5内には、作動流体のガスを通し、熱的遮断す
るための蓄冷器11が設けられている。この蓄冷器11
を設けることにより、第1の放熱熱交換器13,吸熱熱
交換器15,第2の放熱熱交換器17が形成される。
【0012】次に図1を用いて本発明の第1の実施例に
かかるパルスチューブ冷蔵庫について説明する。図に示
すように、冷蔵庫正面部1bには、被冷蔵物を出し入れ
可能にするための扉19が設けられている。
【0013】パルス管冷凍機3を構成する各要素の配置
について説明すると、圧縮機9が冷蔵庫背面下部に設け
られており、第1の放熱熱交換器13が冷蔵庫背面部1
aに設けられている。この第1の放熱熱交換器13は、
冷蔵庫1庫内と庫外を区画する断熱材21の庫外側に設
けられ、庫内側は、圧縮された作動流体の放熱の影響を
受けない構成となっている。そして吸熱熱交換器15は
前述した冷蔵庫1背面一体を形成している断熱材21を
介して冷蔵庫1内上方に配置し、冷蔵庫1内において屈
曲形状を成している。この時、蓄冷器11は、断熱材2
1内に配置されている。この屈曲されたパルス管3の他
端は、第1の放熱熱交換器13付近になるように断熱材
21を介して冷蔵庫1外部に第2の放熱熱交換器17と
して配置される。つまり、吸熱熱交換器15を冷蔵庫1
内部に、また第1及び第2の放熱熱交換器13,17を
冷蔵庫1外部になるように配置されている。
【0014】更に、冷蔵庫1には、断熱材21を介して
前述した吸熱熱交換器15,第1及び第2の放熱熱交換
器13及び17の吸熱及び放熱を行うために冷蔵庫内側
ファン23,冷蔵庫外側ファン25及びこれらファン2
3及び25を駆動するためのモータ27が設けられてい
る。上述した吸熱熱交換器15は冷蔵庫内側ファン23
により冷蔵庫1内の吸熱を行い、第1及び第2の放熱熱
交換器13及び17は冷蔵庫外側ファン25により放熱
する。これら冷蔵庫内側ファン23及び冷蔵庫外側ファ
ン25は、同一モータ27により駆動を行っている。そ
して冷蔵庫内側23及び外側ファン25による通風のた
めの通風壁28,29が設けらえており、この通風壁2
8,29により通風路30,31が確保されている。
【0015】上述したように、本発明のパルスチューブ
冷蔵庫は、冷却手段としてパルス管冷凍機3を用いてい
るため、軽量及び省スペース化を図ることができる。ま
た、このパルス管冷凍機3の吸熱熱交換器15である吸
熱部を屈曲させることにより、2箇所の放熱部を1箇所
にまとめているため、更に省スペース化を図ることがで
きる。更に、他のノンフロン冷蔵庫(スターリング冷蔵
庫等)のように冷却部に可動部を設ける必要がないた
め、低振動・低騒音化お実現できる。
【0016】図3は、本発明の第2の実施例にかかるパ
ルスチューブ冷蔵庫である。図に示すように、吸熱熱交
換器15の屈曲部がなめらかなU字形状のターン部とな
っている。
【0017】上記構成にすることにより、パルス管5内
の圧力損失が減少されるため、冷凍能力の向上を図るこ
とができる。また、曲げると必然的にU字形状になるた
め、製造の簡単化を図ることができ、それに伴い、製造
コストも安くなる。
【0018】また、吸熱熱交換器15及び、第1及び第
2の放熱熱交換器13及び17には、それぞれフィン3
3及び35が設けられている。上記構成にすることによ
り、吸熱及び放熱効率を図ることができるため、冷凍能
力の向上を図ることができる。
【0019】図4乃至図8を用いて本発明の第3の実施
例にかかるパルスチューブ冷蔵庫について説明する。ま
ず、図4は、上記各実施例に共通する蓄冷器11内に設
けられた蓄冷材37であり、充填マトリックス400メ
ッシュのタイプを示している。これに対し、図5は、伝
熱拡大手段としてパルス管5内に設けられた内部伝熱フ
ィン39であり、充填マトリックス100メッシュのタ
イプを示している。
【0020】図4及び図5から明らかなように、パルス
管5内に設けられた内部伝熱フィン39のマトリックス
充填密度は、蓄冷器11内に設けられた蓄冷材37のマ
トリックス充填密度より2倍以上粗くなっている。
【0021】上記構成の内部伝熱フィン39をパルス管
冷凍機3のパルス管5に用いることにより、圧力脈動波
を崩すことなく、パルス管3内の作動流体の中央部の熱
を効率よく採ることにより伝熱面積の拡大が図れ、冷凍
能力及び冷凍効率の向上を図ることができる。
【0022】また、本発明の第3の実施例においては、
伝熱拡大能力及び組立上最も最適な形状のものを用いて
説明したにすぎず、図6及び図7に示したような、スリ
ットタイプの内部伝熱フィン41及び43を用いても構
わないし、図8に示したパイプ管壁面に設置するフィン
45を用いても構わない。
【0023】図9は、本発明の第5の実施例にかかるパ
ルスチューブ冷蔵庫の拡大断面図である。図に示すよう
に、バッファタンク49内で共鳴が発生するように、断
面積可変可能なオリフィス47を配置し、このオリフィ
ス47の断面積を圧縮機周波数に合わせて可変すること
でオリフィス47を出入りするガスの量が増加し、冷凍
能力及び効率の向上を図ることができる。
【0024】また、この共鳴の発生は、圧縮機9の運転
周波数,オリフィス47の径の断面積,バッファタンク
49の体積等により決定し、発生させることができる。
このため、周波数及びバッファタンク49の体積が決定
していると、オリフィス47の径の断面積が容易に制御
可能な箇所であり、このオリフィス47の径の断面積を
制御するために、ニードル弁が用いられている。また、
これは、ニードル弁に限るものではなく、電子制御弁を
用いても構わない。
【0025】上述したように、オリフィス47に、径の
断面積の制御可能な弁(ニードル弁,パルスメカトロバ
ルブ等)を用いることにより、組み立て後、共鳴発生の
ための微調節を行うことができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、冷蔵
庫の冷却手段としてパルス管冷凍機を構成する2箇所の
放熱熱交換器を屈曲させ、1箇所にまとめることによ
り、軽量及び省スペース化を図るという効果を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例にかかるパルスチューブ
冷蔵庫の側面断面図である。
【図2】本発明の一実施例にかかるパルス管冷凍機の側
面断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例にかかるパルスチューブ
冷蔵庫の側面断面図である。
【図4】本発明の一実施例にかかる内部伝熱フィンの断
面図である
【図5】本発明の第3の実施例にかかる内部伝熱フィン
の断面図である。
【図6】本発明の内部伝熱フィンの他の一例を示した斜
視図である。
【図7】本発明の内部伝熱フィンの他の一例を示した斜
視図である。
【図8】本発明の内部伝熱フィンの他の一例を示した斜
視図である。
【図9】本発明の第4の実施例にかかるパルスチューブ
冷蔵庫の拡大断面図である。
【符号の説明】
1…冷蔵庫,3…パルス管冷凍機,5…パルス管,9…
圧縮機,11…蓄冷器,13…第1の放熱熱交換器,1
5…吸熱熱交換器,17…第2の放熱熱交換器。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機,蓄冷器,吸熱熱交換部及び第
    1,第2の放熱熱交換部を有するパルスチューブ冷凍機
    と、 このパルスチューブ冷凍機の前記吸熱熱交換部を冷蔵庫
    庫内に配置した冷却部と、 前記第1,第2の放熱熱交換部を庫外側に配置した放熱
    部とを具備してなることを特徴とするパルスチューブ冷
    蔵庫。
  2. 【請求項2】 圧縮機,蓄冷器,屈曲させた吸熱熱交換
    部及び前記吸熱熱交換部を屈曲させることにより第1,
    第2の放熱熱交換部を1箇所にまとめたパルス管冷凍機
    と、 このパルスチューブ冷凍機の前記吸熱熱交換部を冷蔵庫
    庫内に配置した冷却部と、 前記第1及び第2の放熱熱交換部を庫外側に配置した放
    熱部を具備してなることを特徴とするパルスチューブ冷
    蔵庫。
  3. 【請求項3】 前記吸熱熱交換部はU字形状に曲げたこ
    とを特徴とする請求項1記載のパルスチューブ冷蔵庫。
  4. 【請求項4】 前記吸熱熱交換部及び、第1及び第2の
    放熱熱交換部の内部に前記蓄冷器に設けられた蓄冷器内
    伝熱面積拡大手段のマトリックス充填密度より2倍以上
    粗いパルス管伝熱面積拡大手段を設けたことを特徴とす
    る請求項1記載のパルスチューブ冷蔵庫。
  5. 【請求項5】 圧縮機,蓄冷器,吸熱熱交換部及び第
    1,第2の放熱熱交換部を有するパルスチューブ冷凍機
    と、 このパルスチューブ冷凍機の前記吸熱熱交換部を冷蔵庫
    庫内に配置した冷却部と、 前記第1,第2の放熱熱交換部を庫外側に配置した放熱
    部と、 前記第2の放熱熱交換部にオリフィスを介してバッファ
    タンクを少なくとも1個設けたことを特徴とする請求項
    1記載のパルスチューブ冷蔵庫。
JP32731493A 1993-12-24 1993-12-24 パルスチューブ冷蔵庫 Pending JPH07180938A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1014014A1 (en) * 1998-06-12 2000-06-28 Daido Hoxan Inc. Pulse pipe refrigerating machine and cryopump using the refrigerating machine
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