JPH07260268A - パルス管冷凍機 - Google Patents

パルス管冷凍機

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Publication number
JPH07260268A
JPH07260268A JP7285994A JP7285994A JPH07260268A JP H07260268 A JPH07260268 A JP H07260268A JP 7285994 A JP7285994 A JP 7285994A JP 7285994 A JP7285994 A JP 7285994A JP H07260268 A JPH07260268 A JP H07260268A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pulse tube
impeller
working gas
refrigerator
heat exchanger
Prior art date
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Pending
Application number
JP7285994A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuo Inoue
龍夫 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP7285994A priority Critical patent/JPH07260268A/ja
Publication of JPH07260268A publication Critical patent/JPH07260268A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1407Pulse-tube cycles with pulse tube having in-line geometrical arrangements
    • 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
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1417Pulse-tube cycles without any valves in gas supply and return lines
    • 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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    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1424Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 ダブルピストン型のパルス管冷凍機は、パル
ス管の室温端部の作動ガスの動きと圧力変動との位相差
を室温ピストンで形成される可変容積室により調節する
が、ピストンの使用は大なる取付スペースと駆動源を必
要とし、冷凍機を大型、複雑化させるので、これを改良
する。 【構成】 パルス管(8)を導管(12)を用い、バッ
ファタンク(14)に接続し、導管(12)に羽根車
(15、15′)とオリフィス(16)を装着する。羽
根車(15、15′)は作動ガスの流れの変化に対し、
抵抗を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、作動ガスの流速度変動
と圧力の変動との位相差を制御する位相調節系を備える
パルス管冷凍機に関し、特に詳述すれば、パルス管に羽
根車を組込んだパルス管冷凍機に関する。
【0002】
【従来の技術】パルス管冷凍機の基本構成は、圧力振動
源としての圧縮ピストン、放熱器、再生器(蓄冷器)、
コールドヘッドおよび低温側ピストンからなるスターリ
ング冷凍機の低温側ピストンを一本のパイプ(位相調節
系としてのオリフィス(抵抗体)やバッファタンク(キ
ャパシタ)等を付加可能)に置き代えたものである。こ
のパルス管冷凍機の基本原理について説明する。
【0003】圧縮ピストンの往復動により冷凍機内の作
動ガスの圧力が変化すると共に作動ガスが往復動する。
この作動ガスの圧力変化と往復動により作動ガスは冷凍
機内の夫々の位置で熱の吸い吐きを行おうとする。即
ち、圧縮行程では、冷凍機全体の圧力が上がり、冷凍機
内の作動ガスが熱を吐き出し、膨脹行程では、冷凍機全
体の圧力が下がり、作動ガスが夫々の位置で熱を吸う。
位相調節系によりこのような作動ガスの圧力変化と作動
ガスの動きとの位相(タイミング)を調整することによ
り、主に再生器の中の作動ガスが夫々の位置から一方に
動いた所でその位置に存在する蓄冷材から熱を吸い、他
方に動いてその位置に存在する別の蓄冷材に熱を吐くこ
とを実現できる。このように再生器内に分布している作
動ガスが夫々の位置で往復動しながら蓄冷材に対して熱
の吸い吐きを行うことで、熱は再生器の中をあたかも熱
のバケツリレーの如く汲み上げられていく。その結果、
再生器の一端の温度が下がって冷凍を発生すると共に、
他端側に熱が輸送されて外部に放出される。このよう
に、位相調節系を用いて作動ガスの圧力変化と動きとの
位相を調整することにより、効率良く熱を汲み上げるこ
とが可能になる。
【0004】スターリング冷凍機が位相調節系として低
温部のピストンを用いているのに対し、パルス管冷凍機
の位相調節系は中空のパルス管を介して隔てられた室温
部に設けられる。従って、パルス管冷凍機の場合、遠隔
操作的即ち間接的に蓄冷器内の作動ガスの動きを制御す
ることになる。そこで、上記した位相調節系をもつパル
ス管冷凍機としては、「ALTERNATIVEMETHODS OF THE OR
IFICE PULSE TUBE REFRIGERATOR」(Y.Matsubara and
A.Miyake, Proc, Fifth International Cryocooler Con
f., (1988), P127〜135 )が知られている。このものの
構成を図3を用いて説明する。
【0005】図3において、シリンダ3内にはクランク
シャフト1により往復動する圧縮ピストン2が配設さ
れ、シリンダ3との間で圧縮空間3を形成している。圧
縮空間3は、導管11を介して放熱器5、再生器6、コ
ールドヘッド7、パルス管8及び熱交換器9の順に連結
される。熱交換器9は導管12を介してキャパシタとし
てのバッファタンク14に連結される。導管12内に
は、可動プラグ13が作動ガスの流速度の変化に対する
抵抗となるように往復動自在に設けられている。上記し
たバッファタンク14及び可動プラグ13により位相調
節系が構成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した図
3に示すパルス管冷凍機では、位相調節系として可動プ
ラグ13を用いているので、往復動するためのスペース
が必要になり、その分導管12を長くしなければならな
い。又、冷凍機が振動した場合、可動プラグ13が往復
動する恐れがある。更に、可動プラグ13と導管12と
の間で摺動熱が発生してコールドヘッド7での冷凍能力
に悪影響を及ぼす危険性がある。故に、本発明は、上記
した不具合を解決することをその技術的課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するために、基本的には、水車型又はプロペラ型
の羽根車を、パルス管の内部及び熱交換器(吸熱器)と
バッファタンクとの間の少なくとも何れか一方に配す技
術手段を採用する。
【0008】具体的には、本発明は、圧力振動源と、該
圧力振動源と直列に接続される放熱器、再生器、コール
ドヘッドおよびパルス管と、パルス管の温端部の熱交換
器にオリフィスを介して接続されるバッファタンクと、
パルス管の内部及び熱交換器とオリフィスとの間の少な
くとも一方に設けられる羽根車とを有するパルス管冷凍
機を提供する。
【0009】好ましくは、羽根車は、水車型又はプロペ
ラ型であり、負荷を受ける。
【0010】
【作用】本発明は、従来の室温膨脹ピストンに代えて、
バッファタンク、オリフィスと羽根車とにより、作動ガ
スの動きと圧力変動との間の位相差制御を行ない極低温
を得る。電気回路にたとえると羽根車はコイル(インダ
クタンス)、オリフィスは(可変)抵抗、パルス管とバ
ッファタンクがコンデンサーの働きをなし、位相差を可
変調整可能とさせる。即ち、羽根車が作動ガスの流れの
変化に対する抵抗として作用する。
【0011】
【実施例】図1と図2に本発明の一例を示すが、図3の
従来例と同構成部分には図3に用いたものと同符号を記
す。クランクシャフト1により往復動する圧縮ピストン
2が、シリンダ3内の圧縮空間4の容積を可変とする。
圧縮空間4は導管11を介して放熱器5、再生器6およ
びコールドヘッド7に連結され、圧縮空間4からの作動
ガスはこれらの部分を介してパルス管8内に導入され
る。パルス管8の温端部は熱交換器(放熱器)9を有
し、この熱交換器9が導管12を介してバッファタンク
14に接続する。
【0012】導管12は、羽根車15とオリフィス16
を有す。羽根車15の位置は、オリフィス16に近接さ
せても、又、パルス管8内でもよい。羽根車15は、自
身の慣性モーメントにより作動ガスの流速度変化に対す
る抵抗となり、さらにその軸に摩擦を与えておくか或い
は羽根車の回転が電磁気抵抗を発生させるように羽根車
を磁石で構成し周囲にコイルを配しても良い。オリフィ
ス16は可変タイプとし、作動ガスの動きと圧力振動の
制御範囲を調節可能とさせる。
【0013】圧縮ピストン2が圧縮行程に入ると、冷凍
機内のヘリウム等の作動ガスの圧力が上がり、作動ガス
は放熱器5、再生器6、コールドヘッド7及びパルス管
8の夫々の位置で振動しながら熱を吐き出す。一方、圧
縮ピストン2が膨脹行程に入ると、冷凍機内のヘリウム
等の作動ガスの圧力が下がり、作動ガスは、放熱器5、
再生器6、コールドヘッド7及びパルス管8の夫々の位
置で振動しながら熱を吸い込む。ここで、位相調節系で
あるバッファタンク14、羽根車15及びオリフィス1
6により作動ガスの圧力変化と作動ガスの動きとの位相
を調整することにより、主に再生器6の中の作動ガスが
現在の位置から一方に動いてその位置に存在する蓄冷材
から熱を吸い、他方に動いてその位置に存在する蓄冷材
に熱を吐くことを実現できる。
【0014】つまり、再生器6内に分布している作動ガ
スが夫々の位置で往復動しながら蓄冷材に対して熱の吸
い吐きを行うことで、熱は再生器6の中を低温側から高
温側へあたかも熱のバケツリレーの如く汲み上げられて
いく。その結果、再生器6の低温側に連結されるコール
ドヘッド7の温度が下がって冷凍を発生すると共に、高
温側に熱が輸送されて外部に放出される。このように、
位相調節系を用いて作動ガスの圧力変化と作動ガスの動
きとの位相を調整することにより、効率良く熱を汲み上
げることが可能になる。
【0015】羽根車15は、作動ガスの流れの変化に対
する抵抗を示し、オリフィス16が流速と圧力変動に対
する抵抗となり、作動ガスの動きと圧力変動との間の位
相差範囲を調整可能とする。
【0016】図1の例は、水車型の羽根車15を用いて
いるが、図2のようにプロペラ型の軸流タイプの羽根車
15′を用いてもよい。図2の例は羽根車15′以外、
図1の例と同構成を有するので、その説明を省略する。
【0017】以上示したように、本実施例では、熱交換
器9とバッファタンク14との間に作動ガスの流れの変
化に対する抵抗となる羽根車15を配したので、従来技
術の如く往復動タイプの可動プラグ13を用いる場合と
比較して、摺動スペースがない分だけ占有スペースを小
とでき、その分冷凍機全体の長さを短縮できる。又、往
復動タイプではないので、外部からの振動の影響を受け
にくくなる。更に、摺動部が殆ど存在しないので、摺動
熱の発生が殆どない。又、パルス管8の内部に羽根車1
5を配すると、前述した効果以外に、パルス管内に生じ
る対流の発生を抑制することができ、その結果、冷凍能
力が向上する。
【0018】
【効果】パルス管内部及び熱交換器とバッファタンクと
の間の少なくとも何れか一方に作動ガスの流れの変化に
対する抵抗となる羽根車を配したので、従来技術の如く
往復動タイプの可動プラグを用いる場合と比較して、摺
動スペースがない分だけ占有スペースを小とでき、その
分冷凍機全体の長さを短縮できる。又、往復動タイプで
はないので、外部からの振動の影響を受けにくくなる。
更に、摺動部が殆ど存在しないので、摺動熱の発生が殆
どない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例の断面図である。
【図2】本発明の他の例の断面図である。
【図3】従来例の断面図である。
【符号の説明】
1 クランクシャフト 2 圧縮ピストン 4 圧縮空間 5 放熱器 6 再生器 7 コールドヘッド 8 パルス管 9 熱交換器 14 バッファタンク 15、15′ 羽根車 16 オリフィス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力振動源と、該圧力振動源と直列に接
    続される放熱器、再生器、コールドヘッドおよびパルス
    管と、パルス管の温端部の熱交換器にオリフィスを介し
    て接続されるバッファタンクと、パルス管の内部及び熱
    交換器とオリフィスとの間の少なくとも一方に設けられ
    る羽根車とを有するパルス管冷凍機。
  2. 【請求項2】 羽根車が水車型又はプロペラ型であり、
    負荷付与部を有する請求項1記載のパルス管冷凍機。
  3. 【請求項3】 負荷付与部が羽根車軸摩擦からなる請求
    項2記載のパルス管冷凍機。
JP7285994A 1994-03-18 1994-03-18 パルス管冷凍機 Pending JPH07260268A (ja)

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JP7285994A JPH07260268A (ja) 1994-03-18 1994-03-18 パルス管冷凍機

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JP7285994A JPH07260268A (ja) 1994-03-18 1994-03-18 パルス管冷凍機

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JPH07260268A true JPH07260268A (ja) 1995-10-13

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ID=13501503

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JP (1) JPH07260268A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103245120A (zh) * 2013-04-26 2013-08-14 中国科学院上海技术物理研究所 一种应用于直线型脉冲管制冷机的集成式杜瓦及制造方法
CN104296412A (zh) * 2014-10-30 2015-01-21 郑州大学 使用液体工质的脉动冷管
CN106288540A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 昆明物理研究所 斯特林制冷机的回热器及回热器所用填料体的加工方法

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