JPH0814678A - 液体ピストンによるパルスチューブ冷凍機 - Google Patents
液体ピストンによるパルスチューブ冷凍機Info
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- JPH0814678A JPH0814678A JP16620094A JP16620094A JPH0814678A JP H0814678 A JPH0814678 A JP H0814678A JP 16620094 A JP16620094 A JP 16620094A JP 16620094 A JP16620094 A JP 16620094A JP H0814678 A JPH0814678 A JP H0814678A
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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
- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/70—Liquid pistons
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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
- 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
-
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-
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- 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)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 水素ガス等を断熱膨張させて低温を得るパル
スチューブ冷凍機に関し、パルス管内のガスピストンに
替えて圧力変動により伸縮変形のない液体ピストンの稼
動を可能とし、ガスの消費を削減すると共に、冷凍効率
の向上を図る。 【構成】 再生熱交換器２ａが内蔵の蓄冷器２に、圧縮
機構１の高圧側を高圧側圧力容器３ａ−高圧切換えバル
ブ４ａにより、低圧側を低圧側圧力容器３ｂ−低圧切替
バルブ４ｂにより夫々連設する。蓄冷器２と上端側が連
通のパルス管５には、ピストン用液７を収納して、その
液面７ａ上にガス膨張空間８を形成する。パルス管５の
下端側をコントロールバルブ９ａ付きの流液パイプ９
で、制御用封入液体１１を収納した室温圧力容器１０に
連設し、ピストン用液７が流液パイプ９より圧入される
ことで、室温圧力容器１０の上位における制御用室温封
入ガス１２を圧縮自在として、ピストン用液７を液体ピ
ストンＬＰとして稼動可能とする。
スチューブ冷凍機に関し、パルス管内のガスピストンに
替えて圧力変動により伸縮変形のない液体ピストンの稼
動を可能とし、ガスの消費を削減すると共に、冷凍効率
の向上を図る。 【構成】 再生熱交換器２ａが内蔵の蓄冷器２に、圧縮
機構１の高圧側を高圧側圧力容器３ａ−高圧切換えバル
ブ４ａにより、低圧側を低圧側圧力容器３ｂ−低圧切替
バルブ４ｂにより夫々連設する。蓄冷器２と上端側が連
通のパルス管５には、ピストン用液７を収納して、その
液面７ａ上にガス膨張空間８を形成する。パルス管５の
下端側をコントロールバルブ９ａ付きの流液パイプ９
で、制御用封入液体１１を収納した室温圧力容器１０に
連設し、ピストン用液７が流液パイプ９より圧入される
ことで、室温圧力容器１０の上位における制御用室温封
入ガス１２を圧縮自在として、ピストン用液７を液体ピ
ストンＬＰとして稼動可能とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウム、水素、空気
等のガスを、ガス圧力源により断熱膨張させることで、
冷蔵、冷凍、冷房等の温度領域の需要に供し得ると共
に、ガスピストンではなしに液体ピストンを用いること
により、従来のオリフィス型パルスチューブ冷凍機と近
似した簡潔構成によるガス冷凍機の改良に関する。
等のガスを、ガス圧力源により断熱膨張させることで、
冷蔵、冷凍、冷房等の温度領域の需要に供し得ると共
に、ガスピストンではなしに液体ピストンを用いること
により、従来のオリフィス型パルスチューブ冷凍機と近
似した簡潔構成によるガス冷凍機の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】既知の通りパルスチューブ冷凍機は、従
来からあるスターリング冷凍機におけるピストンを、ガ
スで置換するようにしたもので、近年冷凍効率の向上と
最低到達温度の低下が実現されつつあることから、注目
を集めるようになって来ている。ここで、上記スターリ
ング冷凍機なるものは、図２の（Ａ）に例示する如き構
成を有し、モータ駆動部Ａによって圧縮ピストンＢを稼
動し、これにより室温空間Ｃを圧縮することで全体の圧
力が上昇し、この時発生する熱は室温空間Ｃの冷却によ
って、外部へ放出される（圧縮プロセス）ことになる。
来からあるスターリング冷凍機におけるピストンを、ガ
スで置換するようにしたもので、近年冷凍効率の向上と
最低到達温度の低下が実現されつつあることから、注目
を集めるようになって来ている。ここで、上記スターリ
ング冷凍機なるものは、図２の（Ａ）に例示する如き構
成を有し、モータ駆動部Ａによって圧縮ピストンＢを稼
動し、これにより室温空間Ｃを圧縮することで全体の圧
力が上昇し、この時発生する熱は室温空間Ｃの冷却によ
って、外部へ放出される（圧縮プロセス）ことになる。
【０００３】さらに、膨張ピストンＤが、外部である仕
事回収部Ｅへ仕事を行いながら、冷却空間Ｆを増加させ
る事により、全体の圧力が低下し、これにより低温空間
Ｆの温度が下降する（膨張プロセス）のであり、次い
で、膨張ピストンＤが低温空間Ｆの冷却ガスを、再生熱
交換器Ｇ（金網、金属粒等）を通して、室温空間Ｃ側へ
追い出し、同時に圧縮ピストンＢも動くため、圧力は一
定のままで熱の発生はなく、発生した上記の冷熱は、再
生熱交換器Ｇに蓄えられて、次のプロセスにおけるガス
の冷却に用いられる（移動プロセス）のである。
事回収部Ｅへ仕事を行いながら、冷却空間Ｆを増加させ
る事により、全体の圧力が低下し、これにより低温空間
Ｆの温度が下降する（膨張プロセス）のであり、次い
で、膨張ピストンＤが低温空間Ｆの冷却ガスを、再生熱
交換器Ｇ（金網、金属粒等）を通して、室温空間Ｃ側へ
追い出し、同時に圧縮ピストンＢも動くため、圧力は一
定のままで熱の発生はなく、発生した上記の冷熱は、再
生熱交換器Ｇに蓄えられて、次のプロセスにおけるガス
の冷却に用いられる（移動プロセス）のである。
【０００４】このスターリング冷凍機に対し、パルスチ
ューブ冷凍機としては、ピストン型パルスチューブ冷凍
機（図２（Ｂ））、バルブ型パルスチューブ冷凍機（図
２（Ｃ））、オリフィス型パルスチューブ冷凍機（図
３）が知られており、上記ピストン型パルスチューブ冷
凍機は、前記スターリング冷凍機における膨張ピストン
Ｄの大部分が、ガスピストンＨに置換されたもので、こ
れによるときは、ガスピストンＨが圧力に応じて伸縮す
るため、スターリング冷凍機より効率が低下するもの
の、膨張ピストンＤ1 がＤよりも軽量化されると共に、
低温で動作する部分がなくなることから、高速運転も可
能となる。
ューブ冷凍機としては、ピストン型パルスチューブ冷凍
機（図２（Ｂ））、バルブ型パルスチューブ冷凍機（図
２（Ｃ））、オリフィス型パルスチューブ冷凍機（図
３）が知られており、上記ピストン型パルスチューブ冷
凍機は、前記スターリング冷凍機における膨張ピストン
Ｄの大部分が、ガスピストンＨに置換されたもので、こ
れによるときは、ガスピストンＨが圧力に応じて伸縮す
るため、スターリング冷凍機より効率が低下するもの
の、膨張ピストンＤ1 がＤよりも軽量化されると共に、
低温で動作する部分がなくなることから、高速運転も可
能となる。
【０００５】次に、上記のバルブ型パルスチューブ冷凍
機は、スターリング冷凍機のモータ駆動部Ａと圧縮ピス
トンＢ、膨張ピストンＤと仕事回収部Ｅを、夫々高圧ガ
スＩ1 の流入側バルブＪ1 と低圧ガスＩ2 の流出側バル
ブＪ2 と、低圧ガスＫ1 の流出側バルブＬ1 と高圧ガス
Ｋ2 の流入側バルブＬ2 とに置換してしまうことによ
り、すべての駆動部分を排除可能としたものであるが、
スターリング冷凍機のように膨張ピストンＤによる仕事
の回収が無いために効率は低下する欠陥がある。
機は、スターリング冷凍機のモータ駆動部Ａと圧縮ピス
トンＢ、膨張ピストンＤと仕事回収部Ｅを、夫々高圧ガ
スＩ1 の流入側バルブＪ1 と低圧ガスＩ2 の流出側バル
ブＪ2 と、低圧ガスＫ1 の流出側バルブＬ1 と高圧ガス
Ｋ2 の流入側バルブＬ2 とに置換してしまうことによ
り、すべての駆動部分を排除可能としたものであるが、
スターリング冷凍機のように膨張ピストンＤによる仕事
の回収が無いために効率は低下する欠陥がある。
【０００６】また、前記のオリフィス型パルスチューブ
冷凍機は、図３の如くパルス管Ｍ側における前記の流出
側バルブＬ1 と流入側バルブＬ2 を、オリフィスバルブ
ＮとバッファタンクＯに置換したことで、装置全体の簡
略化が図られているが、効率の向上は期待できないもの
となっている。ここで図中Ｐは圧縮機で、Ｑ1 とＱ2は
夫々高圧側圧力容器と低圧側圧力容器を示し、Ｒ1 、Ｒ
2 は冷却水による熱交換器で、Ｓは低温部、Ｔは低温側
熱交換器である。
冷凍機は、図３の如くパルス管Ｍ側における前記の流出
側バルブＬ1 と流入側バルブＬ2 を、オリフィスバルブ
ＮとバッファタンクＯに置換したことで、装置全体の簡
略化が図られているが、効率の向上は期待できないもの
となっている。ここで図中Ｐは圧縮機で、Ｑ1 とＱ2は
夫々高圧側圧力容器と低圧側圧力容器を示し、Ｒ1 、Ｒ
2 は冷却水による熱交換器で、Ｓは低温部、Ｔは低温側
熱交換器である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
ているパルスチューブ冷凍機によるときは、確かに次の
ような利点が存する。すなわち、バルブ以外に動作する
部分がないため、長期の信頼性を有し、ピストンを用い
ないので精密加工の要なく低コストの製造が可能であ
る、また、バルブ、再生熱交換器、パルス管等の機器構
成が簡潔であるため、超小型から大型まであらゆるサイ
ズのものが製造可能となり、種々のガス圧力源であるＨ
ｅ、Ｈ2 、空気等に対し、低圧力比（圧力比で２以下）
にて冷熱の発生が可能となる。
ているパルスチューブ冷凍機によるときは、確かに次の
ような利点が存する。すなわち、バルブ以外に動作する
部分がないため、長期の信頼性を有し、ピストンを用い
ないので精密加工の要なく低コストの製造が可能であ
る、また、バルブ、再生熱交換器、パルス管等の機器構
成が簡潔であるため、超小型から大型まであらゆるサイ
ズのものが製造可能となり、種々のガス圧力源であるＨ
ｅ、Ｈ2 、空気等に対し、低圧力比（圧力比で２以下）
にて冷熱の発生が可能となる。
【０００８】しかし、上記の如き従来のパルスチューブ
冷凍機にあっては、冷媒ガスの圧縮、膨張に際して、夫
々縮小、伸長してしまうこととなるガスピストンを採択
した構成となっているため、当然のことながら、上記冷
媒ガスの単位体積当りの冷凍能力は、他のガスサイクル
冷凍機に比し低いものとなっている。
冷凍機にあっては、冷媒ガスの圧縮、膨張に際して、夫
々縮小、伸長してしまうこととなるガスピストンを採択
した構成となっているため、当然のことながら、上記冷
媒ガスの単位体積当りの冷凍能力は、他のガスサイクル
冷凍機に比し低いものとなっている。
【０００９】本発明は、上記の如きパルスチューブ冷凍
機に関し、当該従来例の欠陥を解消しようとするもの
で、請求項１によるときは、従来パルス管内にあってガ
スピストンとしての作用を発揮していた部分につき、こ
れを適切に液体ピストンに置換できるよう構成し、この
ことによって固体ピストンのように摩耗を伴うガスシー
ル部品を不要とすると共に、液体ピストンを構成するピ
ストン用液の非圧縮性を活かして、冷媒ガスの圧力変化
に伴う当該液体ピストンの伸縮を実質的になくしてしま
い、このことによって固体ピストンと同等の冷凍効率を
実現し、かつ、冷媒ガスの使用量を減らし、冷凍発生に
寄与しない無駄なガスの消費を回避しようとするのが、
その目的である。
機に関し、当該従来例の欠陥を解消しようとするもの
で、請求項１によるときは、従来パルス管内にあってガ
スピストンとしての作用を発揮していた部分につき、こ
れを適切に液体ピストンに置換できるよう構成し、この
ことによって固体ピストンのように摩耗を伴うガスシー
ル部品を不要とすると共に、液体ピストンを構成するピ
ストン用液の非圧縮性を活かして、冷媒ガスの圧力変化
に伴う当該液体ピストンの伸縮を実質的になくしてしま
い、このことによって固体ピストンと同等の冷凍効率を
実現し、かつ、冷媒ガスの使用量を減らし、冷凍発生に
寄与しない無駄なガスの消費を回避しようとするのが、
その目的である。
【００１０】さらに、請求項２にあっては、上記請求項
１の構成に加えて、パルス管のピストン用液内に対流防
止具を内設することで、当該ピストン用液が室温の影響
を受けても、これにより生ずる対流を阻止して、冷凍能
力が低下しないようにしている。ここで、もちろん、ピ
ストン用液は、これが固化しない温度領域において用い
られることが必要であるから、極低温領域までの需要を
満たすことは困難となる。また、小型のパルスチューブ
冷凍機にあっては、液体ピストンの運動に伴う粘性発熱
損失の影響があり、ピストン用液を用いることで、当然
重力の影響を受けることから、当該冷凍機の設置向きに
関し、自由度の制約を伴うことになる。
１の構成に加えて、パルス管のピストン用液内に対流防
止具を内設することで、当該ピストン用液が室温の影響
を受けても、これにより生ずる対流を阻止して、冷凍能
力が低下しないようにしている。ここで、もちろん、ピ
ストン用液は、これが固化しない温度領域において用い
られることが必要であるから、極低温領域までの需要を
満たすことは困難となる。また、小型のパルスチューブ
冷凍機にあっては、液体ピストンの運動に伴う粘性発熱
損失の影響があり、ピストン用液を用いることで、当然
重力の影響を受けることから、当該冷凍機の設置向きに
関し、自由度の制約を伴うことになる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、請求項１では圧縮機構の高圧側圧力源
は、順次高圧側圧力容器と高圧切替バルブを介し、上記
圧縮機構の低圧側圧力源は、順次低圧側圧力容器と低圧
切替バルブを介して、夫々再生熱交換器を内蔵した蓄冷
器の一端側に連設し、当該蓄冷器の他端側は、低温部を
介してパルス管の上端側に連設すると共に、当該パルス
管には、その上端側にあって、ガス膨張空間が形成され
るようピストン用液を収納し、このパルス管には、その
下端側から、コントロールバルブを有する流液パイプ
を、室温圧力容器に貫設すると共に、当該室温圧力容器
には、これに収納した制御用封入液体の液面上位に、制
御用室温封入ガスが封装されていることを特徴とする液
体ピストンによるパルスチューブ冷凍機を提供しようと
している。
達成するため、請求項１では圧縮機構の高圧側圧力源
は、順次高圧側圧力容器と高圧切替バルブを介し、上記
圧縮機構の低圧側圧力源は、順次低圧側圧力容器と低圧
切替バルブを介して、夫々再生熱交換器を内蔵した蓄冷
器の一端側に連設し、当該蓄冷器の他端側は、低温部を
介してパルス管の上端側に連設すると共に、当該パルス
管には、その上端側にあって、ガス膨張空間が形成され
るようピストン用液を収納し、このパルス管には、その
下端側から、コントロールバルブを有する流液パイプ
を、室温圧力容器に貫設すると共に、当該室温圧力容器
には、これに収納した制御用封入液体の液面上位に、制
御用室温封入ガスが封装されていることを特徴とする液
体ピストンによるパルスチューブ冷凍機を提供しようと
している。
【００１２】請求項２にあっては、請求項１の構成に加
えて、パルス管にはピストン用液が収納されているだけ
でなく、当該ピストン用液に浸漬されるよう、パイプな
どによる対流防止具が内設されていることを、その内容
としている。
えて、パルス管にはピストン用液が収納されているだけ
でなく、当該ピストン用液に浸漬されるよう、パイプな
どによる対流防止具が内設されていることを、その内容
としている。
【００１３】
【作用】請求項１の液体ピストン冷凍機にあっては、圧
縮機構から蓄冷器に送り込まれた高圧ガスが、パルス管
のガス膨張空間に圧入されて、ピストン用液による液体
ピストンを押下し、これにより、当該ピストン用液はコ
ントロールバルブを介して室温圧力容器内に流入するの
で、この流入液量だけ制御用室温封入ガスを圧縮する仕
事が行われることになる。
縮機構から蓄冷器に送り込まれた高圧ガスが、パルス管
のガス膨張空間に圧入されて、ピストン用液による液体
ピストンを押下し、これにより、当該ピストン用液はコ
ントロールバルブを介して室温圧力容器内に流入するの
で、この流入液量だけ制御用室温封入ガスを圧縮する仕
事が行われることになる。
【００１４】次に、上記高圧ガスの流入を停止し、蓄冷
器を圧縮機構の低圧側圧力源と開通させることで、前記
ガス膨張空間の高圧ガスが膨張して冷却ガスとなる。こ
の際前記の如く圧縮されていた室温圧力容器の制御用室
温封入ガスによる圧力にて、液体ピストンがガス膨張空
間の膨張冷却ガスを蓄冷器に向け圧送する。従って、当
該膨張冷却ガスは、低温熱交換器から熱を奪って再生熱
交換器を冷却しながら圧縮機構に戻ることになり、従前
のガスピストンと同等の作用を、液体ピストンが伸縮す
ることなしに効率よく達成することができ、従って、冷
凍効率の向上が可能となる。
器を圧縮機構の低圧側圧力源と開通させることで、前記
ガス膨張空間の高圧ガスが膨張して冷却ガスとなる。こ
の際前記の如く圧縮されていた室温圧力容器の制御用室
温封入ガスによる圧力にて、液体ピストンがガス膨張空
間の膨張冷却ガスを蓄冷器に向け圧送する。従って、当
該膨張冷却ガスは、低温熱交換器から熱を奪って再生熱
交換器を冷却しながら圧縮機構に戻ることになり、従前
のガスピストンと同等の作用を、液体ピストンが伸縮す
ることなしに効率よく達成することができ、従って、冷
凍効率の向上が可能となる。
【００１５】請求項２では、請求項１の構成に対流防止
具が付加されているから、パルス管内のピストン用液
は、室温の影響を受けても対流が阻止されることで、低
温部における膨張冷却ガスの不本意な昇温を抑止するこ
とができる。
具が付加されているから、パルス管内のピストン用液
は、室温の影響を受けても対流が阻止されることで、低
温部における膨張冷却ガスの不本意な昇温を抑止するこ
とができる。
【００１６】
【実施例】本発明を図示の実施例によって説示すれば、
図１に示す如く以下の構成については従来のものと略同
じである。すなわち、機械的圧縮機等による圧縮機構１
にあって、その高圧側圧力源１ａと、再生熱交換器２ａ
を具備した蓄冷器２の一端側との間には、順次高圧側圧
力容器３ａと高圧切替バルブ４ａとが直列に連設され、
上記圧縮機構１の低圧側圧力源１ｂと蓄冷器２との間に
は、順次低圧側圧力容器３ｂと低圧切替バルブ４ｂとが
連設され、当該蓄冷器２の他端側とパルス管５とは低温
部６によって連設されている。
図１に示す如く以下の構成については従来のものと略同
じである。すなわち、機械的圧縮機等による圧縮機構１
にあって、その高圧側圧力源１ａと、再生熱交換器２ａ
を具備した蓄冷器２の一端側との間には、順次高圧側圧
力容器３ａと高圧切替バルブ４ａとが直列に連設され、
上記圧縮機構１の低圧側圧力源１ｂと蓄冷器２との間に
は、順次低圧側圧力容器３ｂと低圧切替バルブ４ｂとが
連設され、当該蓄冷器２の他端側とパルス管５とは低温
部６によって連設されている。
【００１７】本発明では、上記パルス管５の上端側に低
温部６が連結されていると共に、当該パルス管５には、
液体ピストンＬＰとして作動するピストン用液７が収納
されており、その液面７ａ上にあってガス膨張空間８が
残置され、従って、当該ガス膨張空間８に前記低温部６
の通口６ａが開成されている。
温部６が連結されていると共に、当該パルス管５には、
液体ピストンＬＰとして作動するピストン用液７が収納
されており、その液面７ａ上にあってガス膨張空間８が
残置され、従って、当該ガス膨張空間８に前記低温部６
の通口６ａが開成されている。
【００１８】さらに、上記パルス管５の下端側からは、
コントロールバルブ９ａを有する流液パイプ９が突設さ
れており、これが室温圧力容器１０に貫通固定され、そ
の端口９ｂが、室温圧力容器１０に収納されている制御
用封入液体１１内に浸漬され、この制御用封入液体１１
の液面１１ａ上には、制御用室温封入ガス１２が封装状
態となっている。図１にあって、１３は高圧側冷却熱交
換部、１４は低温部６に臨設の低温側熱交換部、１５は
室温圧力容器１０にあって制御用室温封入ガス１２に臨
装された封入ガス側熱交換部を夫々示している。
コントロールバルブ９ａを有する流液パイプ９が突設さ
れており、これが室温圧力容器１０に貫通固定され、そ
の端口９ｂが、室温圧力容器１０に収納されている制御
用封入液体１１内に浸漬され、この制御用封入液体１１
の液面１１ａ上には、制御用室温封入ガス１２が封装状
態となっている。図１にあって、１３は高圧側冷却熱交
換部、１４は低温部６に臨設の低温側熱交換部、１５は
室温圧力容器１０にあって制御用室温封入ガス１２に臨
装された封入ガス側熱交換部を夫々示している。
【００１９】さらに、上記のパルス管５には請求項２に
係る対流防止具１６が内設されており、図示例では多数
本のパイプ１６ａを、離間状態で縦設することにより当
該対流防止具１６を構成するようにしている。もちろ
ん、これに限られるものではなく、板状体を立設するな
ど、適宜のものを採択すればよく、また、当然のことな
がら、対流防止具１６はピストン用液７に浸漬状態とな
るように、図示しない適宜の支持体によりパルス管に固
設されることとなる。
係る対流防止具１６が内設されており、図示例では多数
本のパイプ１６ａを、離間状態で縦設することにより当
該対流防止具１６を構成するようにしている。もちろ
ん、これに限られるものではなく、板状体を立設するな
ど、適宜のものを採択すればよく、また、当然のことな
がら、対流防止具１６はピストン用液７に浸漬状態とな
るように、図示しない適宜の支持体によりパルス管に固
設されることとなる。
【００２０】上記の液体ピストンＬＰを形成するため用
いられるピストン用液７としては、低温部６の温度によ
り凝固してしまわないものを選ぶことになり、これに
は、例えば冷凍温度が４℃程度であれば水を用いること
ができ、当該冷凍温度が−１０℃であるときは、２０ｗ
ｔ％以上のエチレングリコール水溶液などを採択するこ
とができる。尚、ヘリウム、水素、空気等による冷媒ガ
ス中には飽和蒸気圧分の液体成分が、上記のピストン用
液７により混在することになるが、当該混在量はごく微
量であるため、ガス冷凍機としての運転に支障を与える
ことはない。
いられるピストン用液７としては、低温部６の温度によ
り凝固してしまわないものを選ぶことになり、これに
は、例えば冷凍温度が４℃程度であれば水を用いること
ができ、当該冷凍温度が−１０℃であるときは、２０ｗ
ｔ％以上のエチレングリコール水溶液などを採択するこ
とができる。尚、ヘリウム、水素、空気等による冷媒ガ
ス中には飽和蒸気圧分の液体成分が、上記のピストン用
液７により混在することになるが、当該混在量はごく微
量であるため、ガス冷凍機としての運転に支障を与える
ことはない。
【００２１】そこで、上記のパルスチューブ冷凍機を稼
動させるには、先ず、高圧切替バルブ４ａを開成する
と、圧縮機構１により得られた冷媒ガス（ガス圧力源）
としての高圧ガスが、高圧側圧力容器３ａから、蓄冷器
２内の再生熱交換器２ａを通って、パルス管５の上端部
におけるガス膨張空間８へ充填される。これにより、当
該高圧ガスがピストン用液７によって形成された液体ピ
ストンＬＰを、初期の設定レベルまで押し下げることと
なり、この結果、ガス膨張空間８は所望の膨張体積を確
保することになる。
動させるには、先ず、高圧切替バルブ４ａを開成する
と、圧縮機構１により得られた冷媒ガス（ガス圧力源）
としての高圧ガスが、高圧側圧力容器３ａから、蓄冷器
２内の再生熱交換器２ａを通って、パルス管５の上端部
におけるガス膨張空間８へ充填される。これにより、当
該高圧ガスがピストン用液７によって形成された液体ピ
ストンＬＰを、初期の設定レベルまで押し下げることと
なり、この結果、ガス膨張空間８は所望の膨張体積を確
保することになる。
【００２２】上記の膨張体積確保に際し、ピストン用液
７は、パルス管５からコントロールバルブ９ａを介し
て、室温圧力容器１０内に高圧液として流入して行くこ
ととなり、この結果、制御用封入液体１１の液面１１ａ
が上昇し、これに対応して中間圧力の制御用室温封入ガ
ス１２を圧縮するから、上記のガス膨張空間８に充填さ
れた高圧ガスは、制御用室温封入ガス１２の圧縮という
仕事を行い、この際発生する熱は、室温圧力容器１０か
ら放出される。ここで、図示例では、当該熱放出を、封
入ガス熱交換部１５によって行うようにしている。
７は、パルス管５からコントロールバルブ９ａを介し
て、室温圧力容器１０内に高圧液として流入して行くこ
ととなり、この結果、制御用封入液体１１の液面１１ａ
が上昇し、これに対応して中間圧力の制御用室温封入ガ
ス１２を圧縮するから、上記のガス膨張空間８に充填さ
れた高圧ガスは、制御用室温封入ガス１２の圧縮という
仕事を行い、この際発生する熱は、室温圧力容器１０か
ら放出される。ここで、図示例では、当該熱放出を、封
入ガス熱交換部１５によって行うようにしている。
【００２３】次に、前記高圧切替バルブ４ａは閉じ、低
圧切替バルブ４ｂを開成するのであり、これにより、ガ
ス膨張空間８内の前記高圧ガスは膨張して膨張冷却ガス
となる。この際、圧縮状態となっていた、制御用室温封
入ガス１２の圧力により、液体ピストンＬＰの水面７ａ
が上昇し、従って当該ガス膨張空間８の上記膨張冷却ガ
スは、低温側熱交換部１４から熱を奪い、蓄冷器２内に
流入して再生熱交換器２ａを冷却しながら、圧縮機構１
の定圧側圧力源１ｂへ戻って行くことになる。
圧切替バルブ４ｂを開成するのであり、これにより、ガ
ス膨張空間８内の前記高圧ガスは膨張して膨張冷却ガス
となる。この際、圧縮状態となっていた、制御用室温封
入ガス１２の圧力により、液体ピストンＬＰの水面７ａ
が上昇し、従って当該ガス膨張空間８の上記膨張冷却ガ
スは、低温側熱交換部１４から熱を奪い、蓄冷器２内に
流入して再生熱交換器２ａを冷却しながら、圧縮機構１
の定圧側圧力源１ｂへ戻って行くことになる。
【００２４】上記のようなプロセスを繰り返すことによ
り、再生熱交換器２ａに蓄えられる寒冷分が、次の充填
高圧ガスを冷却するので、低温側熱交換部１４とガス膨
張空間８の高圧ガスが、より低温になって行き、冷凍能
力が大となる。
り、再生熱交換器２ａに蓄えられる寒冷分が、次の充填
高圧ガスを冷却するので、低温側熱交換部１４とガス膨
張空間８の高圧ガスが、より低温になって行き、冷凍能
力が大となる。
【００２５】また、上記のピストン用液７に対流防止具
１６を設置するようにした場合には、室温に基づくピス
トン用液７の対流が抑制されるから、ガス膨張空間８に
おける膨張冷却ガスへの熱影響を削減でき、冷凍能力の
向上に資することができる。
１６を設置するようにした場合には、室温に基づくピス
トン用液７の対流が抑制されるから、ガス膨張空間８に
おける膨張冷却ガスへの熱影響を削減でき、冷凍能力の
向上に資することができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、以上のようにして構成するこ
とができるので、請求項１の場合には、パルスチューブ
冷凍機のパルス管内におけるガスピストンを用いず、液
体ピストンを適切に採択したことから、パルスチューブ
冷凍機の利点として知られるように、動作部分がバルブ
部材だけで信頼性の高い長所を、そのまま生かすことが
でき、しかも、従来のガスピストンによるものに比し、
伸縮しない液体ピストンによる作動であることから、冷
凍効率の向上が保証されると共に、ガスの無駄な消費を
も削減することができる。
とができるので、請求項１の場合には、パルスチューブ
冷凍機のパルス管内におけるガスピストンを用いず、液
体ピストンを適切に採択したことから、パルスチューブ
冷凍機の利点として知られるように、動作部分がバルブ
部材だけで信頼性の高い長所を、そのまま生かすことが
でき、しかも、従来のガスピストンによるものに比し、
伸縮しない液体ピストンによる作動であることから、冷
凍効率の向上が保証されると共に、ガスの無駄な消費を
も削減することができる。
【００２７】請求項２にあっては、液体ピストンを構成
するピストン用液の対流を、対流防止具により抑制する
ようにしたことから、より一層その効率を向上すること
が可能となる。
するピストン用液の対流を、対流防止具により抑制する
ようにしたことから、より一層その効率を向上すること
が可能となる。
【図１】本発明に係る液体ピストンによるパルスチュー
ブ冷凍機につき、その一実施例を示した一部切欠の全体
構成配管図である。
ブ冷凍機につき、その一実施例を示した一部切欠の全体
構成配管図である。
【図２】従来の冷凍機を示し、（Ａ）はスターリング冷
凍機、（Ｂ）はピストン型パルスチューブ冷凍機、
（Ｃ）はバルブ型パルスチューブ冷凍機の各縦断全体構
成説明図である。
凍機、（Ｂ）はピストン型パルスチューブ冷凍機、
（Ｃ）はバルブ型パルスチューブ冷凍機の各縦断全体構
成説明図である。
【図３】従来のオリフィス型パルスチューブ冷凍機を示
す一部切欠の全体構成配管図である。
す一部切欠の全体構成配管図である。
１ 圧縮機構 １ａ 高圧側圧力源 ２ 蓄冷器 ２ａ 再生熱交換器 ３ａ 高圧側圧力容器 ３ｂ 低圧側圧力容器 ４ａ 高圧切替バルブ ４ｂ 低圧切替バルブ ５ パルス管 ６ 低温部 ７ ピストン用液 ８ ガス膨張空間 ９ 流液パイプ ９ａ コントロールバルブ １０ 室温圧力容器 １１ 制御用封入液体 １１ａ 液面 １２ 制御用室温封入ガス １６ 対流防止具
Claims (2)
- 【請求項１】 圧縮機構の高圧側圧力源は、順次高圧側
圧力容器と高圧切替バルブを介し、上記圧縮機構の低圧
側圧力源は、順次低圧側圧力容器と低圧切替バルブを介
して、夫々再生熱交換器を内蔵した蓄冷器の一端側に連
設し、当該蓄冷器の他端側は、低温部を介してパルス管
の上端側に連設すると共に、当該パルス管には、その上
端側にあって、ガス膨張空間が形成されるようピストン
用液を収納し、このパルス管には、その下端側から、コ
ントロールバルブを有する流液パイプを、室温圧力容器
に貫設すると共に、当該室温圧力容器には、これに収納
した制御用封入液体の液面上位に、制御用室温封入ガス
が封装されていることを特徴とする液体ピストンによる
パルスチューブ冷凍機。 - 【請求項２】 圧縮機構の高圧側圧力源は、順次高圧側
圧力容器と高圧切替バルブを介し、上記圧縮機構の低圧
側圧力源は、順次低圧側圧力容器と低圧切替バルブを介
して夫々再生熱交換器を内蔵した蓄冷器の一端側に連設
し、当該蓄冷器の他端側は、低温部を介してパルス管の
上端側に連設すると共に、当該パルス管には、その上端
側にあって、ガス膨張空間が形成されるようピストン用
液を収納し、かつ、このピストン用液に浸漬された対流
防止具が内設され、当該パルス管の下端側から、コント
ロールバルブを有する流液パイプを、室温圧力容器に貫
設すると共に、当該室温圧力容器には、これに収納した
制御用封入液体の液面上位に、制御用室温封入ガスが封
装されていることを特徴とする液体ピストンによるパル
スチューブ冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16620094A JPH0814678A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 液体ピストンによるパルスチューブ冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16620094A JPH0814678A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 液体ピストンによるパルスチューブ冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814678A true JPH0814678A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15826954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16620094A Withdrawn JPH0814678A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 液体ピストンによるパルスチューブ冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814678A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1733172A2 (en) * | 2005-03-10 | 2006-12-20 | Praxair Technology, Inc. | Low frequency pulse tube with oil-free drive |
| DE102005035892A1 (de) * | 2005-07-30 | 2007-02-08 | Bruker Biospin Gmbh | Magnetresonanzapparatur mit Druckreservoir |
| CN106500385A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-03-15 | 中国科学院理化技术研究所 | 液体活塞功回收型脉管制冷系统及液体活塞在其中的应用 |
| KR102209211B1 (ko) * | 2019-08-14 | 2021-01-29 | 한국에너지기술연구원 | 공기 압축 및 팽창을 이용한 냉난방 시스템 |
| JP2021097460A (ja) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 株式会社東芝 | 液体ピストン装置および液体ピストン動作方法 |
-
1994
- 1994-06-24 JP JP16620094A patent/JPH0814678A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1733172A2 (en) * | 2005-03-10 | 2006-12-20 | Praxair Technology, Inc. | Low frequency pulse tube with oil-free drive |
| EP1733172A4 (en) * | 2005-03-10 | 2009-03-04 | Praxair Technology Inc | LOW FREQUENCY PULSE EMITTER TUBE WITH OIL-FREE PILOT DEVICE |
| DE102005035892A1 (de) * | 2005-07-30 | 2007-02-08 | Bruker Biospin Gmbh | Magnetresonanzapparatur mit Druckreservoir |
| US7279900B2 (en) | 2005-07-30 | 2007-10-09 | Bruker Biospin Gmbh | Magnetic resonance apparatus with pressure reservoir |
| DE102005035892B4 (de) * | 2005-07-30 | 2012-07-12 | Bruker Biospin Gmbh | Magnetresonanzapparatur mit Druckreservoir |
| CN106500385A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-03-15 | 中国科学院理化技术研究所 | 液体活塞功回收型脉管制冷系统及液体活塞在其中的应用 |
| KR102209211B1 (ko) * | 2019-08-14 | 2021-01-29 | 한국에너지기술연구원 | 공기 압축 및 팽창을 이용한 냉난방 시스템 |
| JP2021097460A (ja) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 株式会社東芝 | 液体ピストン装置および液体ピストン動作方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010904 |