JPH08128744A - 複動型パルス管冷凍機 - Google Patents
複動型パルス管冷凍機Info
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- JPH08128744A JPH08128744A JP26668194A JP26668194A JPH08128744A JP H08128744 A JPH08128744 A JP H08128744A JP 26668194 A JP26668194 A JP 26668194A JP 26668194 A JP26668194 A JP 26668194A JP H08128744 A JPH08128744 A JP H08128744A
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- compression space
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- 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
- 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
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1408—Pulse-tube cycles with pulse tube having U-turn or L-turn type geometrical arrangements
-
- 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
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- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1417—Pulse-tube cycles without any valves in gas supply and return lines
-
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1426—Pulse tubes with basic schematic including at the pulse tube warm end a so called warm end expander
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- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価でかつ構造が簡単となる、複動型パルス
管冷凍機を提供すること。 【構成】 パルス管冷凍機の圧力振動源を凸型ピストン
1、シリンダ4、ガイド部材15で構成する。圧縮空間
2はシリンダ4の底部、内周側面、及び凸型ピストン1
で囲まれた空間で形成し、膨張空間3は凸型ピストン1
の段差面14、凸型ピストン1の小径部外周側面、シリ
ンダ4の内周側面及びガイド部材で囲まれた空間で形成
することにより、1つのシリンダ及びピストンで圧縮空
間と膨張空間を構成する。
管冷凍機を提供すること。 【構成】 パルス管冷凍機の圧力振動源を凸型ピストン
1、シリンダ4、ガイド部材15で構成する。圧縮空間
2はシリンダ4の底部、内周側面、及び凸型ピストン1
で囲まれた空間で形成し、膨張空間3は凸型ピストン1
の段差面14、凸型ピストン1の小径部外周側面、シリ
ンダ4の内周側面及びガイド部材で囲まれた空間で形成
することにより、1つのシリンダ及びピストンで圧縮空
間と膨張空間を構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パルス管冷凍機に係
り、特に圧力振動源として圧縮ピストン及び膨張ピスト
ンを用いたダブルピストン型パルス管冷凍機を改良した
複動型パルス管冷凍機に関するものである。
り、特に圧力振動源として圧縮ピストン及び膨張ピスト
ンを用いたダブルピストン型パルス管冷凍機を改良した
複動型パルス管冷凍機に関するものである。
【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管冷凍機が知られ
ている。このパルス管冷凍機には種々のタイプがある
が、何れも基本的には、蓄冷器とコールドヘッド、パル
ス管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管へ導いた後に逆の経
路で排出膨張させることによって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管冷凍機が知られ
ている。このパルス管冷凍機には種々のタイプがある
が、何れも基本的には、蓄冷器とコールドヘッド、パル
ス管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管へ導いた後に逆の経
路で排出膨張させることによって寒冷を発生させるよう
にしている。
【0003】図3を参照して従来のダブルピストン型パ
ルス管冷凍機について説明する。
ルス管冷凍機について説明する。
【0004】図3において、圧縮シリンダ24内にはク
ランクシャフト23により往復動するガイドピストン3
5及びそれに連結する圧縮ピストン21が配設され、圧
縮シリンダ24と圧縮ピストン21との間で圧縮空間3
3を形成している。圧縮空間33は、配管26を介して
放熱器27、蓄冷器28、コールドヘッド29、パルス
管30及び熱交換器31の順に連結される。熱交換器3
1は配管32を介して膨張シリンダ25に連結され、膨
張シリンダ25内にはクランクシャフト23により往復
動するガイドピストン36及びそれに連結する膨張ピス
トン22が配設される、膨張シリンダ25と膨張ピスト
ン22との間で膨張空間34を形成している。圧縮シリ
ンダ24内のガイドピストン35はコーンロッド37に
連結され、コーンロッド37はクランクシャフト23に
設けたクランクピン39に連結されることにより、圧縮
ピストン21とクランクシャフト23が連動する構成と
なっている。また膨張シリンダ25内のガイドピストン
36はコーンロッド38に連結され、コーンロッド38
はクランクシャフト23に設けたクランクピン40に連
結されることにより、膨張ピストン22とクランクシャ
フト23が連動する構成となっている。41はクランク
角設定機構で、圧縮ピストン21に対する膨張ピストン
22のクランク角差を任意に設定できる。クランク角差
の設定は、冷凍温度に応じて行われるが、例えば、生成
する冷凍温度が27Kから100Kでは、配管の長さや
機器類の死容積によって異なるが、数度から40度の範
囲内である。
ランクシャフト23により往復動するガイドピストン3
5及びそれに連結する圧縮ピストン21が配設され、圧
縮シリンダ24と圧縮ピストン21との間で圧縮空間3
3を形成している。圧縮空間33は、配管26を介して
放熱器27、蓄冷器28、コールドヘッド29、パルス
管30及び熱交換器31の順に連結される。熱交換器3
1は配管32を介して膨張シリンダ25に連結され、膨
張シリンダ25内にはクランクシャフト23により往復
動するガイドピストン36及びそれに連結する膨張ピス
トン22が配設される、膨張シリンダ25と膨張ピスト
ン22との間で膨張空間34を形成している。圧縮シリ
ンダ24内のガイドピストン35はコーンロッド37に
連結され、コーンロッド37はクランクシャフト23に
設けたクランクピン39に連結されることにより、圧縮
ピストン21とクランクシャフト23が連動する構成と
なっている。また膨張シリンダ25内のガイドピストン
36はコーンロッド38に連結され、コーンロッド38
はクランクシャフト23に設けたクランクピン40に連
結されることにより、膨張ピストン22とクランクシャ
フト23が連動する構成となっている。41はクランク
角設定機構で、圧縮ピストン21に対する膨張ピストン
22のクランク角差を任意に設定できる。クランク角差
の設定は、冷凍温度に応じて行われるが、例えば、生成
する冷凍温度が27Kから100Kでは、配管の長さや
機器類の死容積によって異なるが、数度から40度の範
囲内である。
【0005】このような構成を持つダブルピストン型パ
ルス管冷凍機において、クランクシャフト23が図示し
ない伝動機や原動機で回転させられると、コーンロッド
37、ガイドピストン35、圧縮ピストン21が駆動す
る。圧縮空間33内に封入された作動流体は、圧縮ピス
トン21が上死点に向かうと圧縮される。圧縮された作
動流体は、膨張ピストン22が圧縮ピストン21よりも
クランク角差分だけ進んで下死点に向かうために、配管
26より放熱器27で放熱しながらほぼ常温になって蓄
冷器28に入り、逐次冷却されて60K程度でコールド
ヘッド29を通り、パルス管30内で加速し、熱交換器
31を経由して、配管32から膨張空間34に入り、断
熱膨張してクランクシャフト23を回す仕事をする。こ
のときコールドヘッド29内や、この部分に近い蓄冷器
28やパルス管30内に残留する流体が断熱膨張によっ
て更に温度降下する。
ルス管冷凍機において、クランクシャフト23が図示し
ない伝動機や原動機で回転させられると、コーンロッド
37、ガイドピストン35、圧縮ピストン21が駆動す
る。圧縮空間33内に封入された作動流体は、圧縮ピス
トン21が上死点に向かうと圧縮される。圧縮された作
動流体は、膨張ピストン22が圧縮ピストン21よりも
クランク角差分だけ進んで下死点に向かうために、配管
26より放熱器27で放熱しながらほぼ常温になって蓄
冷器28に入り、逐次冷却されて60K程度でコールド
ヘッド29を通り、パルス管30内で加速し、熱交換器
31を経由して、配管32から膨張空間34に入り、断
熱膨張してクランクシャフト23を回す仕事をする。こ
のときコールドヘッド29内や、この部分に近い蓄冷器
28やパルス管30内に残留する流体が断熱膨張によっ
て更に温度降下する。
【0006】一方、膨張ピストン22が上死点に向かう
と、膨張空間34の作動流体は押し出され、配管32、
熱交換器31、パルス管30を通り、コールドヘッド2
9で図示しない被冷却体を冷却し、蓄冷器28に入って
逐次温められ、放熱器27でほぼ常温となり、配管26
より圧縮空間33に戻って1サイクルが終了する。
と、膨張空間34の作動流体は押し出され、配管32、
熱交換器31、パルス管30を通り、コールドヘッド2
9で図示しない被冷却体を冷却し、蓄冷器28に入って
逐次温められ、放熱器27でほぼ常温となり、配管26
より圧縮空間33に戻って1サイクルが終了する。
【0007】これを連続させることにより回転数にもよ
るが、十数分で80K、最終的には蓄冷器5の性能にも
よるが、23K程度の冷凍温度が得られる。
るが、十数分で80K、最終的には蓄冷器5の性能にも
よるが、23K程度の冷凍温度が得られる。
【0008】尚、作動流体に関して、絶対温度100K
以下がコールドヘッドにおいて要求されるときの流体
は、主に純度の高いヘリウムや水素、あるいはこれらの
混合流体であるが、200K程度の温度が要求される場
合はアルゴン、窒素、ヘリウム等の単体、あるいは混合
流体でも可能である。また、冷暖房の温度領域では、エ
タン、プロパン等の炭化水素系の気体やこれらとヘリウ
ムや窒素等の不活性ガスと混合して用いる場合がある。
炭化水素系の気体は、この冷暖房温度領域では飽和蒸気
圧の高さによっては液化するために液体の蒸発潜熱が利
用でき、熱交換器を小さくすることができる有利さがあ
る。
以下がコールドヘッドにおいて要求されるときの流体
は、主に純度の高いヘリウムや水素、あるいはこれらの
混合流体であるが、200K程度の温度が要求される場
合はアルゴン、窒素、ヘリウム等の単体、あるいは混合
流体でも可能である。また、冷暖房の温度領域では、エ
タン、プロパン等の炭化水素系の気体やこれらとヘリウ
ムや窒素等の不活性ガスと混合して用いる場合がある。
炭化水素系の気体は、この冷暖房温度領域では飽和蒸気
圧の高さによっては液化するために液体の蒸発潜熱が利
用でき、熱交換器を小さくすることができる有利さがあ
る。
【0009】また、冷凍機の最高の効率を得るための容
積比(圧縮空間1の容積/膨張空間2の容積)の最適値
は、運転条件や冷凍温度、流体の種類、蓄冷材料、パル
ス管の直径長さ、形状、系内の死容積等によって大きく
異なるが、2以上およそ8.5までの範囲内であり、最
適なクランク角も数度から110度の領域であった。
積比(圧縮空間1の容積/膨張空間2の容積)の最適値
は、運転条件や冷凍温度、流体の種類、蓄冷材料、パル
ス管の直径長さ、形状、系内の死容積等によって大きく
異なるが、2以上およそ8.5までの範囲内であり、最
適なクランク角も数度から110度の領域であった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のダブルピストン
型パルス管冷凍機は、低温ピストンや低温可動機構を一
切必要とせず、また作動流体の圧力変動がほぼ正弦波形
状であつため、被冷却体を冷却するコールドヘッドでは
機械振動がほとんど発生しないという利点がある。しか
しながら、圧縮空間側と膨張空間側とにそれぞれピスト
ン及びシリンダを設ける必要があり、部品点数が増加し
てコスト高になると共に、装置自体が複雑となる、等の
問題点があった。
型パルス管冷凍機は、低温ピストンや低温可動機構を一
切必要とせず、また作動流体の圧力変動がほぼ正弦波形
状であつため、被冷却体を冷却するコールドヘッドでは
機械振動がほとんど発生しないという利点がある。しか
しながら、圧縮空間側と膨張空間側とにそれぞれピスト
ン及びシリンダを設ける必要があり、部品点数が増加し
てコスト高になると共に、装置自体が複雑となる、等の
問題点があった。
【0011】故に、本発明は、冷凍機の部品点数を低減
し、安価で構造が簡単となるパルス管冷凍機を提供する
ことを、その技術的課題とする。
し、安価で構造が簡単となるパルス管冷凍機を提供する
ことを、その技術的課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために請求項1の発明において講じた技術的手段(以
下、第1の技術的手段と称する。)は、1つのシリンダ
と、該シリンダ内に配設された1つの凸型ピストンと、
該凸型ピストンを往復動可能に案内するガイド部材とか
らなる圧力振動源と、少なくとも蓄冷器とコールドヘッ
ドとパルス管とを直列接続してなる寒冷発生器と、前記
寒冷発生器の前記パルス管温端部側に接続され、作動ガ
スの圧力変動と作動ガスの動きとの間の位相を調節する
位相調節機構と、を有し、前記圧力振動源の圧縮空間
は、前記シリンダの底部及び内周側面と前記凸型ピスト
ンとで囲まれた空間で形成し、前記圧力振動源の膨張空
間は、前記凸型ピストンの段差面及び小径部外周側面と
前記シリンダの内周側面と前記ガイド部材とで囲まれた
空間で形成し、前記圧縮空間は前記寒冷発生器の蓄冷器
側に連結し、前記膨張空間は前記位相調節機構に連結す
ることを特徴とする、複動型パルス管冷凍機としたこと
である。
るために請求項1の発明において講じた技術的手段(以
下、第1の技術的手段と称する。)は、1つのシリンダ
と、該シリンダ内に配設された1つの凸型ピストンと、
該凸型ピストンを往復動可能に案内するガイド部材とか
らなる圧力振動源と、少なくとも蓄冷器とコールドヘッ
ドとパルス管とを直列接続してなる寒冷発生器と、前記
寒冷発生器の前記パルス管温端部側に接続され、作動ガ
スの圧力変動と作動ガスの動きとの間の位相を調節する
位相調節機構と、を有し、前記圧力振動源の圧縮空間
は、前記シリンダの底部及び内周側面と前記凸型ピスト
ンとで囲まれた空間で形成し、前記圧力振動源の膨張空
間は、前記凸型ピストンの段差面及び小径部外周側面と
前記シリンダの内周側面と前記ガイド部材とで囲まれた
空間で形成し、前記圧縮空間は前記寒冷発生器の蓄冷器
側に連結し、前記膨張空間は前記位相調節機構に連結す
ることを特徴とする、複動型パルス管冷凍機としたこと
である。
【0013】上記技術的課題を解決するために請求項2
の発明において講じた技術的手段(以下、第2の技術的
手段と称する。)は、前記圧縮空間の容積は、前記膨張
空間の容積の2倍以上とした特許請求の範囲第1項記載
の復動型パルス管冷凍機としたことである。
の発明において講じた技術的手段(以下、第2の技術的
手段と称する。)は、前記圧縮空間の容積は、前記膨張
空間の容積の2倍以上とした特許請求の範囲第1項記載
の復動型パルス管冷凍機としたことである。
【0014】
【作用】上記第1の技術的手段によれば、1つのシリン
ダ内に凸型ピストン及び、凸型ピストンの小径部をガイ
ドし且つ外気とシールするガイド部材を配設した。そし
て、圧縮空間はシリンダ底部とシリンダ内周側部及び凸
型ピストンとで囲まれた空間で構成し、膨張空間は凸型
ピストンの大径部から小径部になるところに形成される
段差面、凸型ピストンの小径部の外周側面、ガイドシリ
ンダ内周側面及びガイド部材で囲まれた空間で構成し
た。これにより、1つのシリンダ内に圧縮空間及び膨張
空間が構成され、また凸型ピストン1つで圧縮ピストン
及び膨張ピストンの機能を兼ね備えることができる。従
って、部品点数が減少し、安価で構造が比較的簡単な冷
凍機を提供することができる。
ダ内に凸型ピストン及び、凸型ピストンの小径部をガイ
ドし且つ外気とシールするガイド部材を配設した。そし
て、圧縮空間はシリンダ底部とシリンダ内周側部及び凸
型ピストンとで囲まれた空間で構成し、膨張空間は凸型
ピストンの大径部から小径部になるところに形成される
段差面、凸型ピストンの小径部の外周側面、ガイドシリ
ンダ内周側面及びガイド部材で囲まれた空間で構成し
た。これにより、1つのシリンダ内に圧縮空間及び膨張
空間が構成され、また凸型ピストン1つで圧縮ピストン
及び膨張ピストンの機能を兼ね備えることができる。従
って、部品点数が減少し、安価で構造が比較的簡単な冷
凍機を提供することができる。
【0015】上記第2の技術的手段によれば、特許請求
の範囲第1項記載のパルス管冷凍機において、圧縮空間
と膨張空間との容積比を2倍以上とした。これにより、
本発明に係るパルス管冷凍機において、冷凍効率の向上
を図ることができる。
の範囲第1項記載のパルス管冷凍機において、圧縮空間
と膨張空間との容積比を2倍以上とした。これにより、
本発明に係るパルス管冷凍機において、冷凍効率の向上
を図ることができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
【0017】図1は本発明に係る復動ピストン型パルス
管冷凍機の一例を示す。凸型ピストン1は、その小径部
側の端部17に連結された図示せぬ駆動手段の作動によ
り、シリンダ4内を往復動する。15は凸型ピストン1
の小径部分のガイド部材であり、ガイド部材15の中心
に穿設された導入孔18に凸型ピストン1の小径部が挿
入されて往復動する。シリンダ4の底部と内周側面、凸
型ピストン1により形成される空間は圧縮空間2であ
る。また圧縮空間2は、凸型ピストン1の大径部の外周
側面に設けられた大径部ピストンリング13により外部
と気密に保持されている。凸型ピストン1の大径部から
小径部になる部分には段差面14が形成されており、こ
の段差面14とシリンダ4の内周側面、凸型ピストン1
の小径部の外周側面、及びガイド部材15により囲まれ
た空間で膨張空間3が形成される。
管冷凍機の一例を示す。凸型ピストン1は、その小径部
側の端部17に連結された図示せぬ駆動手段の作動によ
り、シリンダ4内を往復動する。15は凸型ピストン1
の小径部分のガイド部材であり、ガイド部材15の中心
に穿設された導入孔18に凸型ピストン1の小径部が挿
入されて往復動する。シリンダ4の底部と内周側面、凸
型ピストン1により形成される空間は圧縮空間2であ
る。また圧縮空間2は、凸型ピストン1の大径部の外周
側面に設けられた大径部ピストンリング13により外部
と気密に保持されている。凸型ピストン1の大径部から
小径部になる部分には段差面14が形成されており、こ
の段差面14とシリンダ4の内周側面、凸型ピストン1
の小径部の外周側面、及びガイド部材15により囲まれ
た空間で膨張空間3が形成される。
【0018】また膨張空間3は、ガイド部材15の導入
孔18に設けられたリング16と凸型ピストン1の小径
部とが気密に摺動するため、外部空間との気密性が保持
されている。圧縮空間2は、配管5を介して放熱器6、
蓄冷器7、コールドヘッド8、パルス管9の順に連結さ
れる。パルス管9は配管10に連通され、配管10はニ
ードルバルブ11に連結される。尚、ニードルバルブ1
1は作動流体の流れに対する抵抗となり、流体の圧力変
動と流体の移動との位相を制御する位相制御機構として
の役割を果たす。ニードルバルブ11は、配管12に連
結され、配管12はシリンダ4内に形成される膨張空間
3と連結される。
孔18に設けられたリング16と凸型ピストン1の小径
部とが気密に摺動するため、外部空間との気密性が保持
されている。圧縮空間2は、配管5を介して放熱器6、
蓄冷器7、コールドヘッド8、パルス管9の順に連結さ
れる。パルス管9は配管10に連通され、配管10はニ
ードルバルブ11に連結される。尚、ニードルバルブ1
1は作動流体の流れに対する抵抗となり、流体の圧力変
動と流体の移動との位相を制御する位相制御機構として
の役割を果たす。ニードルバルブ11は、配管12に連
結され、配管12はシリンダ4内に形成される膨張空間
3と連結される。
【0019】このような構成のパルス管冷凍機におい
て、凸型ピストン1が図1において左側に移動すると、
圧縮空間2内の作動流体は圧縮され、配管5より放熱器
6で放熱しながらほぼ常温になって蓄冷器7に入り、逐
次冷却されてコールドヘッド8を通り、パルス管9内で
加速し、配管10、ニードルバルブ11、配管12を通
り、膨張空間3内に入る。膨張空間3内に入った作動流
体は断熱膨張して凸型ピストン1の段差部14を押す仕
事をする。また凸型ピストン1が図1において右側に移
動すると、膨張空間3の流体は押し出され、配管12、
ニードルバルブ11、配管10、パルス管9を通り、コ
ールドヘッド8で図示せぬ被冷却体を冷却し、蓄冷器7
に入って逐次暖められ、放熱器6で常温程になり、配管
5より圧縮空間2に戻って1サイクルが終了する。 本
発明の復動ピストン型パルス管冷凍機では、凸型ピスト
ン1の大きな直径部分で圧縮空間2を、反対側の小さな
直径部分では膨張空間3を形成する。即ち、従来のダブ
ルピストン型パルス管冷凍機では、2本のそれぞれ直径
やストロークの異なるピストンを使用して圧縮空間と膨
張空間を形成していたが、本発明では、それらを凸型形
状の1本のピストンで簡単に構成することが可能となっ
た。
て、凸型ピストン1が図1において左側に移動すると、
圧縮空間2内の作動流体は圧縮され、配管5より放熱器
6で放熱しながらほぼ常温になって蓄冷器7に入り、逐
次冷却されてコールドヘッド8を通り、パルス管9内で
加速し、配管10、ニードルバルブ11、配管12を通
り、膨張空間3内に入る。膨張空間3内に入った作動流
体は断熱膨張して凸型ピストン1の段差部14を押す仕
事をする。また凸型ピストン1が図1において右側に移
動すると、膨張空間3の流体は押し出され、配管12、
ニードルバルブ11、配管10、パルス管9を通り、コ
ールドヘッド8で図示せぬ被冷却体を冷却し、蓄冷器7
に入って逐次暖められ、放熱器6で常温程になり、配管
5より圧縮空間2に戻って1サイクルが終了する。 本
発明の復動ピストン型パルス管冷凍機では、凸型ピスト
ン1の大きな直径部分で圧縮空間2を、反対側の小さな
直径部分では膨張空間3を形成する。即ち、従来のダブ
ルピストン型パルス管冷凍機では、2本のそれぞれ直径
やストロークの異なるピストンを使用して圧縮空間と膨
張空間を形成していたが、本発明では、それらを凸型形
状の1本のピストンで簡単に構成することが可能となっ
た。
【0020】また、圧縮空間と膨張空間の容積比を変更
する際、従来のダブルピストン型パルス管冷凍機では2
本のピストンのそれぞれの直径、ストロークを決めてか
らそれぞれの容積を計算して容積比の変更をおこなって
いたが、本発明においてはそれらを1本の凸型ピストン
のみを変更することにより簡単に実施することが可能と
なった。即ち、図2において、ピストン1の大径部の直
径をD1とし、小径部の直径をD2とし、ストロークを
Sとすれば、圧縮空間2の容積V1は、数1によって求
められる。
する際、従来のダブルピストン型パルス管冷凍機では2
本のピストンのそれぞれの直径、ストロークを決めてか
らそれぞれの容積を計算して容積比の変更をおこなって
いたが、本発明においてはそれらを1本の凸型ピストン
のみを変更することにより簡単に実施することが可能と
なった。即ち、図2において、ピストン1の大径部の直
径をD1とし、小径部の直径をD2とし、ストロークを
Sとすれば、圧縮空間2の容積V1は、数1によって求
められる。
【0021】
【数1】V1=(D1)2 /(4πS) 一方、膨張空間3の容積V2は、数2により求められ
る。
る。
【0022】
【数2】V2=(D1)2 /(4πS)−(D2)2 /
(4πS) 従って、容積比V1/V2は数3により求められる。
(4πS) 従って、容積比V1/V2は数3により求められる。
【0023】
【数3】D12 /(D12 −D22 ) 従って、容積比を検討する場合には、ストロークSが双
方同じであるから、数3のみの検討により済ますことが
できる。例えば容積比3を必要とするとき、D1を3セ
ンチとすれば、D2は2.45センチとなる。
方同じであるから、数3のみの検討により済ますことが
できる。例えば容積比3を必要とするとき、D1を3セ
ンチとすれば、D2は2.45センチとなる。
【0024】また容積比を変更する場合は、従来では2
本のピストン、シリンダ、ピストンリングをそれぞれ新
たに製造しなければならないが、本発明では、ガイド部
材15、凸型ピストン1の小径部、リング16の3部品
だけを製造すればよいので、仕様変更にかかるコストも
削減できる。
本のピストン、シリンダ、ピストンリングをそれぞれ新
たに製造しなければならないが、本発明では、ガイド部
材15、凸型ピストン1の小径部、リング16の3部品
だけを製造すればよいので、仕様変更にかかるコストも
削減できる。
【0025】また、本発明では、圧縮空間部2と膨張空
間部3との位相差は180度異なるが、膨張空間部3に
出入りする流体を配管10、ニードルバルブ11、配管
12によって流体抵抗を調節することによりそれぞれの
容積変化に位相差をつけることが容易であることが実験
的に確かめられた。この結果、従来のように、クランク
角設定機構等で圧縮ピストンと膨張ピストンとのクラン
ク角差の設定を行う必要がなくなった。
間部3との位相差は180度異なるが、膨張空間部3に
出入りする流体を配管10、ニードルバルブ11、配管
12によって流体抵抗を調節することによりそれぞれの
容積変化に位相差をつけることが容易であることが実験
的に確かめられた。この結果、従来のように、クランク
角設定機構等で圧縮ピストンと膨張ピストンとのクラン
ク角差の設定を行う必要がなくなった。
【0026】また本発明における実施例において、位相
調節機構としてニードルバルブ11を設けたが、これ
は、流体の抵抗となるものであればどのようなものでも
よい。
調節機構としてニードルバルブ11を設けたが、これ
は、流体の抵抗となるものであればどのようなものでも
よい。
【0027】また配管10、12の内管形状、死容積、
長さ、内断面積等の調整や、あるいはそれをキャピラリ
ーや細管にすれば、ニードルバルブ11の代わりにする
効果を得ることもできる。
長さ、内断面積等の調整や、あるいはそれをキャピラリ
ーや細管にすれば、ニードルバルブ11の代わりにする
効果を得ることもできる。
【0028】
【効果】請求項1の発明は、以下の如く効果を有する。
【0029】従来のダブルピストン型パルス管冷凍機と
比較して、1つのシリンダと該シリンダ内に配設された
1つの凸型ピストンと該凸型ピストンを往復動可能に案
内するガイド部材により、圧縮空間と膨張空間とを1つ
のシリンダ内に形成できることから、ピストン数が減
り、ピストン駆動系も単純化されて部品数が減少し、圧
縮空間部及び膨張空間部が単純な構造となり、安価に製
造できる。さらに凸型ピストンの採用により、流体を圧
縮中でも凸型ピストンの段差面14に常に背圧がかかる
構成となっているため、ピストンの往復動作が動的に安
定し、ピストン駆動手段のトルク変動が抑えられ、冷凍
機の効率を上げることができる。またピストンが1本で
あるために、ピストンとシリンダの摺動部が減少し、耐
久性を向上できる。
比較して、1つのシリンダと該シリンダ内に配設された
1つの凸型ピストンと該凸型ピストンを往復動可能に案
内するガイド部材により、圧縮空間と膨張空間とを1つ
のシリンダ内に形成できることから、ピストン数が減
り、ピストン駆動系も単純化されて部品数が減少し、圧
縮空間部及び膨張空間部が単純な構造となり、安価に製
造できる。さらに凸型ピストンの採用により、流体を圧
縮中でも凸型ピストンの段差面14に常に背圧がかかる
構成となっているため、ピストンの往復動作が動的に安
定し、ピストン駆動手段のトルク変動が抑えられ、冷凍
機の効率を上げることができる。またピストンが1本で
あるために、ピストンとシリンダの摺動部が減少し、耐
久性を向上できる。
【0030】請求項2の発明は、以下の如く効果を有す
る。
る。
【0031】請求項1の発明にかかる複動型パルス管冷
凍機において、圧縮空間と膨張空間との容積比を2倍以
上とした。これにより、効率の良い冷凍機の運転が可能
となった。
凍機において、圧縮空間と膨張空間との容積比を2倍以
上とした。これにより、効率の良い冷凍機の運転が可能
となった。
【図1】本発明の実施例に係る複動型パルス管冷凍機の
断面図である。
断面図である。
【図2】本発明の実施例に係る複動型パルス管冷凍機の
圧力振動源の拡大断面図である。
圧力振動源の拡大断面図である。
【図3】従来技術に係るダブルピストン型パルス管冷凍
機の概略図である。
機の概略図である。
1 凸型ピストン 2 圧縮空間 3 膨張空間 4 シリンダ 5 配管 6 放熱器 7 蓄冷器 8 コールドヘッド 9 パルス管 10 配管 11 ニードルバルブ 12 配管 13 ピストンリング 14 段差部 15 ガイド部材 16 リング 17 端部 18 導入孔
Claims (2)
- 【請求項1】 1つのシリンダと、該シリンダ内に配設
される1つの凸型ピストンと、該凸型ピストンを往復動
可能に案内するガイド部材とからなる圧力振動源と、 少なくとも蓄冷器とコールドヘッドとパルス管とを直列
接続してなる寒冷発生器と、 前記寒冷発生器の前記パルス管温端部側に接続され、作
動ガスの圧力変動と作動ガスの動きとの間の位相を調節
する位相調節機構と、を有し、 前記圧力振動源の圧縮空間は、前記シリンダの底部及び
内周側面と前記凸型ピストンとで囲まれた空間で形成
し、 前記圧力振動源の膨張空間は、前記凸型ピストンの段差
面及び小径部外周側面と前記シリンダの内周側面と前記
ガイド部材とで囲まれた空間で形成し、 前記圧縮空間は前記寒冷発生器の蓄冷器側に連結し、前
記膨張空間は前記位相調節機構に連結することを特徴と
する、複動型パルス管冷凍機。 - 【請求項2】 前記圧縮空間の容積は、前記膨張空間の
容積の2倍以上とした特許請求の範囲第1項記載の複動
型パルス管冷凍機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26668194A JPH08128744A (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 複動型パルス管冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26668194A JPH08128744A (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 複動型パルス管冷凍機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08128744A true JPH08128744A (ja) | 1996-05-21 |
Family
ID=17434222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26668194A Pending JPH08128744A (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 複動型パルス管冷凍機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08128744A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100561769B1 (ko) * | 1998-06-12 | 2006-03-16 | 에어 워터 가부시키가이샤 | 펄스관 냉동기 및 이를 이용한 크라이오펌프 |
CN114739040A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-07-12 | 上海铂钺制冷科技有限公司 | 一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机 |
-
1994
- 1994-10-31 JP JP26668194A patent/JPH08128744A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100561769B1 (ko) * | 1998-06-12 | 2006-03-16 | 에어 워터 가부시키가이샤 | 펄스관 냉동기 및 이를 이용한 크라이오펌프 |
CN114739040A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-07-12 | 上海铂钺制冷科技有限公司 | 一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机 |
CN114739040B (zh) * | 2022-03-11 | 2023-12-01 | 上海铂钺制冷科技有限公司 | 一种采用单压缩机实现主动调相的脉冲管制冷机 |
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