JPH08271069A - パルス管冷凍機 - Google Patents
パルス管冷凍機Info
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- JPH08271069A JPH08271069A JP7424195A JP7424195A JPH08271069A JP H08271069 A JPH08271069 A JP H08271069A JP 7424195 A JP7424195 A JP 7424195A JP 7424195 A JP7424195 A JP 7424195A JP H08271069 A JPH08271069 A JP H08271069A
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- pulse tube
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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
- F25B2309/1407—Pulse-tube cycles with pulse tube having in-line geometrical arrangements
-
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1414—Pulse-tube cycles characterised by pulse tube details
-
- 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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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1424—Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir
Landscapes
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 パルス管冷凍機において、パルス管内の作動
ガスの往復動に起因する、コールドヘッドへの熱の侵入
を極力防止し、冷凍性能の良いパルス管冷凍機を提供す
ること。 【構成】 パルス管８の少なくとも内壁１７を低熱伝導
物質１６で構成したこと。
ガスの往復動に起因する、コールドヘッドへの熱の侵入
を極力防止し、冷凍性能の良いパルス管冷凍機を提供す
ること。 【構成】 パルス管８の少なくとも内壁１７を低熱伝導
物質１６で構成したこと。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パルス管冷凍機に係
り、特に冷凍出力、冷凍効率の向上を図れるようにした
パルス管冷凍機に関する。
り、特に冷凍出力、冷凍効率の向上を図れるようにした
パルス管冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、構成が比較的簡単で到達温度の低
い冷凍機としてパルス管冷凍機が知られている。このパ
ルス管冷凍機の基本的な構成は、少なくとも圧力振動源
と、蓄冷器と、コールドヘッドと、パルス管と、位相調
節機構を有し、圧力振動源により作動ガスを往復動させ
るとともに、位相調節機構により作動ガスの往復動と圧
力の変化に位相差をもたせ、それにより、作動ガスの往
復動中、一端で熱を奪い、他端で熱を吐き出す動作を連
続的に行わしめ、片側に冷凍を発生させるものである。
い冷凍機としてパルス管冷凍機が知られている。このパ
ルス管冷凍機の基本的な構成は、少なくとも圧力振動源
と、蓄冷器と、コールドヘッドと、パルス管と、位相調
節機構を有し、圧力振動源により作動ガスを往復動させ
るとともに、位相調節機構により作動ガスの往復動と圧
力の変化に位相差をもたせ、それにより、作動ガスの往
復動中、一端で熱を奪い、他端で熱を吐き出す動作を連
続的に行わしめ、片側に冷凍を発生させるものである。
【０００３】上記作動ガスの動作は、主に蓄冷器内で行
われ、蓄冷器の一端に接続しているコールドヘッドにお
いて冷凍を発生するものである。
われ、蓄冷器の一端に接続しているコールドヘッドにお
いて冷凍を発生するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】パルス管内の作動ガス
も、当然ながら圧力振動源によって往復動している。こ
のパルス管内の作動ガスの往復動は、パルス管冷凍機の
冷凍性能に悪影響を及ぼす。即ち、パルス管内の温度は
コールドヘッドに近い側（低温端）で最も低く、逆の側
（室温端）で最も高くなっている。従って、作動ガスが
往復動する際に、室温端側のパルス管内壁から作動ガス
が熱をもらい、加熱された作動ガスが往復動によって低
温端側へと移動し、低温端側のパルス管内壁に熱を渡
す。そのため、パルス管内では室温端側から低温端側へ
と熱の流れが生じ、これにより、コールドヘッドでの冷
凍性能に悪影響を及ぼしていた。故に、本発明は、パル
ス管内での熱の移動を極力防止し、冷凍性能の優れたパ
ルス管冷凍機を提供することを、技術的課題とするもの
である。
も、当然ながら圧力振動源によって往復動している。こ
のパルス管内の作動ガスの往復動は、パルス管冷凍機の
冷凍性能に悪影響を及ぼす。即ち、パルス管内の温度は
コールドヘッドに近い側（低温端）で最も低く、逆の側
（室温端）で最も高くなっている。従って、作動ガスが
往復動する際に、室温端側のパルス管内壁から作動ガス
が熱をもらい、加熱された作動ガスが往復動によって低
温端側へと移動し、低温端側のパルス管内壁に熱を渡
す。そのため、パルス管内では室温端側から低温端側へ
と熱の流れが生じ、これにより、コールドヘッドでの冷
凍性能に悪影響を及ぼしていた。故に、本発明は、パル
ス管内での熱の移動を極力防止し、冷凍性能の優れたパ
ルス管冷凍機を提供することを、技術的課題とするもの
である。
【０００５】
【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、本発明の請求項１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、少なくとも圧
力振動源と、蓄冷器と、コールドヘッドと、パルス管
と、位相調節機構とを直列接続し、作動ガスの往復動と
圧力の位相差を利用して前記コールドヘッドにおいて冷
凍を発生するパルス管冷凍機において、前記パルス管の
少なくとも内壁をステンレスよりも熱伝導度の低い低熱
伝導物質で構成したことを特徴とする、パルス管冷凍機
としたことである。
るために、本発明の請求項１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、少なくとも圧
力振動源と、蓄冷器と、コールドヘッドと、パルス管
と、位相調節機構とを直列接続し、作動ガスの往復動と
圧力の位相差を利用して前記コールドヘッドにおいて冷
凍を発生するパルス管冷凍機において、前記パルス管の
少なくとも内壁をステンレスよりも熱伝導度の低い低熱
伝導物質で構成したことを特徴とする、パルス管冷凍機
としたことである。
【０００６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２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、前記低熱伝導物質は、セラミッ
クス又は樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載
のパルス管冷凍機としたことである。
の請求項２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、前記低熱伝導物質は、セラミッ
クス又は樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載
のパルス管冷凍機としたことである。
【０００７】
【作用】上記第１の技術的手段によれば、パルス管の少
なくとも内壁を低熱伝導物質で構成した。パルス管内の
熱の流れは、パルス管内壁と作動ガスとの熱交換に起因
する。このパルス管内壁と作動ガスとの交換熱量は、パ
ルス管内壁の物質の熱伝導度に依存する。パルス管内壁
を低熱伝導物質とすれば、パルス管内壁の熱侵入長（パ
ルス管内の流体と熱交換するパルス管内壁の深さ方向の
距離）が小さくなり、作動ガスとの熱交換に関与するパ
ルス管内壁の物質量が少なくなり、パルス管内壁と作動
ガスとの熱の受渡し量が減少する。このためパルス管内
での室温端から低温端への熱の移動が極力抑えられる。
なくとも内壁を低熱伝導物質で構成した。パルス管内の
熱の流れは、パルス管内壁と作動ガスとの熱交換に起因
する。このパルス管内壁と作動ガスとの交換熱量は、パ
ルス管内壁の物質の熱伝導度に依存する。パルス管内壁
を低熱伝導物質とすれば、パルス管内壁の熱侵入長（パ
ルス管内の流体と熱交換するパルス管内壁の深さ方向の
距離）が小さくなり、作動ガスとの熱交換に関与するパ
ルス管内壁の物質量が少なくなり、パルス管内壁と作動
ガスとの熱の受渡し量が減少する。このためパルス管内
での室温端から低温端への熱の移動が極力抑えられる。
【０００８】上記第２の技術的手段によれば、低熱伝導
物質として、セラミックス又は樹脂を使用した。セラミ
ックス又は樹脂は、それ程高価ではなく、又パルス管に
使用される一般的な材質であるステンレスと比較して熱
伝導度は１０分の１以下である。従って、これらを使用
することにより、経済的で、冷凍性能の優れたパルス管
冷凍機を提供することができる。
物質として、セラミックス又は樹脂を使用した。セラミ
ックス又は樹脂は、それ程高価ではなく、又パルス管に
使用される一般的な材質であるステンレスと比較して熱
伝導度は１０分の１以下である。従って、これらを使用
することにより、経済的で、冷凍性能の優れたパルス管
冷凍機を提供することができる。
【０００９】
【実施例】図１にパルス管冷凍機の一例を示す。これ
は、圧縮振動源をピストンとシリンダで構成したピスト
ンタイプのパルス管冷凍機である。
は、圧縮振動源をピストンとシリンダで構成したピスト
ンタイプのパルス管冷凍機である。
【００１０】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１２を介して放熱器５、蓄冷
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は、その低温端９がコールドヘッ
ド７に、室温端１０が熱交換器（放熱器）１１に連結さ
れ、熱交換器１１が導管１３を介してバッファタンク１
４に接続する。
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１２を介して放熱器５、蓄冷
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は、その低温端９がコールドヘッ
ド７に、室温端１０が熱交換器（放熱器）１１に連結さ
れ、熱交換器１１が導管１３を介してバッファタンク１
４に接続する。
【００１１】導管１３はオリフィス１５を有す。オリフ
ィス１５は、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。
ィス１５は、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。
【００１２】パルス管８の拡大断面図を図２に示す。パ
ルス管８自体はステンレスにより構成されている。本発
明においては、パルス管８の内壁１７にテフロン系の樹
脂１６をコーティングしたものを用いる。
ルス管８自体はステンレスにより構成されている。本発
明においては、パルス管８の内壁１７にテフロン系の樹
脂１６をコーティングしたものを用いる。
【００１３】上記構成のパルス管冷凍機において、次
に、冷凍発生の動作を説明する。
に、冷凍発生の動作を説明する。
【００１４】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、蓄冷器６、コールドヘッド７及びパルス管
８の夫々の位置で移動しながら熱を吐き出す。一方、圧
縮ピストン２が膨張行程に入ると、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、
蓄冷器６、コールドヘッド７及びパルス管８の夫々の位
置で移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、オリフィス１５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、主に蓄冷器６内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。
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、蓄冷器６、コールドヘッド７及びパルス管
８の夫々の位置で移動しながら熱を吐き出す。一方、圧
縮ピストン２が膨張行程に入ると、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、
蓄冷器６、コールドヘッド７及びパルス管８の夫々の位
置で移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、オリフィス１５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、主に蓄冷器６内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。
【００１５】つまり、蓄冷器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、熱は蓄冷器６の中を低温側から高
温側へ汲み上げられていく。その結果、蓄冷器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節することによ
り、効率良く熱を汲み上げることが可能になる。
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、熱は蓄冷器６の中を低温側から高
温側へ汲み上げられていく。その結果、蓄冷器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節することによ
り、効率良く熱を汲み上げることが可能になる。
【００１６】このパルス管冷凍機による冷凍発生中にお
いて、パルス管８内の作動ガスは往復動している。また
パルス管８内の温度分布は、コールドヘッドに近い低温
端９側で最も低く、熱交換器１１に近い室温端１０側で
最も温度が高くなっている。
いて、パルス管８内の作動ガスは往復動している。また
パルス管８内の温度分布は、コールドヘッドに近い低温
端９側で最も低く、熱交換器１１に近い室温端１０側で
最も温度が高くなっている。
【００１７】そのため、パルス管の室温端１０側の内壁
から作動ガスに熱が伝わり、作動ガスがその熱を持った
まま移動して、パルス管の低温端９側の内壁に熱を伝え
てしまう。これにより、パルス管の室温端１０から低温
端９へと熱が移動することになるが、本発明の実施例に
おいては、図２に示すように、パルス管８の内壁１７を
テフロン１６によりコーティングしてある。テフロンは
従来のパルス管用の材質であるステンレスと比較して熱
伝導度が１０分の１以下である。従って、パルス管８の
室温端１０側の内壁から熱を受け取った作動ガスが移動
して、パルス管の低温端９側の内壁に熱を伝えようとし
ても、パルス管８の内壁の熱伝導度が低いために、作動
ガスが内壁に充分に熱を伝えることができず、その熱を
持ったまま再び室温端１０側へと移動してしまう。この
ためパルス管８内での熱の移動を極めて少なく抑えるこ
とができ、コールドヘッドへの熱の侵入を極力少なくす
ることができる。
から作動ガスに熱が伝わり、作動ガスがその熱を持った
まま移動して、パルス管の低温端９側の内壁に熱を伝え
てしまう。これにより、パルス管の室温端１０から低温
端９へと熱が移動することになるが、本発明の実施例に
おいては、図２に示すように、パルス管８の内壁１７を
テフロン１６によりコーティングしてある。テフロンは
従来のパルス管用の材質であるステンレスと比較して熱
伝導度が１０分の１以下である。従って、パルス管８の
室温端１０側の内壁から熱を受け取った作動ガスが移動
して、パルス管の低温端９側の内壁に熱を伝えようとし
ても、パルス管８の内壁の熱伝導度が低いために、作動
ガスが内壁に充分に熱を伝えることができず、その熱を
持ったまま再び室温端１０側へと移動してしまう。この
ためパルス管８内での熱の移動を極めて少なく抑えるこ
とができ、コールドヘッドへの熱の侵入を極力少なくす
ることができる。
【００１８】尚、本発明の実施例においては、パルス管
の内壁をテフロンによりコーティングする構成とした
が、その他の実施態様、例えばパルス管の内壁をセラミ
ックスでコーティングしたり、またパルス管自体をセラ
ミックス、又は樹脂により形成する実施態様が考えら
れ、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適用可能
である。
の内壁をテフロンによりコーティングする構成とした
が、その他の実施態様、例えばパルス管の内壁をセラミ
ックスでコーティングしたり、またパルス管自体をセラ
ミックス、又は樹脂により形成する実施態様が考えら
れ、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適用可能
である。
【００１９】
【発明の効果】請求項１の発明は、以下の如く効果を有
する。
する。
【００２０】パルス管の少なくとも内壁をステンレスよ
りも熱伝導度の低い低熱伝導物質で構成した。これによ
り、パルス管内の作動ガスによる、コールドヘッドへの
熱の持込みを極力防止でき、パルス管冷凍機の冷凍能力
を増加させることができる。
りも熱伝導度の低い低熱伝導物質で構成した。これによ
り、パルス管内の作動ガスによる、コールドヘッドへの
熱の持込みを極力防止でき、パルス管冷凍機の冷凍能力
を増加させることができる。
【００２１】請求項２の発明は、以下の如く効果を有す
る。
る。
【００２２】パルス管の少なくとも内壁を、樹脂又はセ
ラミックスにより構成した。樹脂、セラミックスは、安
価であり、また熱伝導度を従来のステンレスと比較して
１０分の１以下であるため、経済的で冷凍能力の優れた
パルス管冷凍機とすることが可能となる。
ラミックスにより構成した。樹脂、セラミックスは、安
価であり、また熱伝導度を従来のステンレスと比較して
１０分の１以下であるため、経済的で冷凍能力の優れた
パルス管冷凍機とすることが可能となる。
【図１】本発明の実施例における、パルス管冷凍機の全
体図である。
体図である。
【図２】本発明の実施例における、パルス管の拡大断面
図である。
図である。
１ クランクシャフト ２ 圧縮ピストン ３ シリンダ ４ 圧縮空間 ５ 放熱器 ６ 蓄冷器 ７ コールドヘッド ８ パルス管 ９ 低温端 １０ 室温端 １１ 熱交換器 １２，１３ 導管 １４ バッファタンク １５ オリフィス １６ テフロン（低熱伝導物質） １７ 内壁
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも圧力振動源と、蓄冷器と、コ
ールドヘッドと、パルス管と、位相調節機構とを直列接
続し、作動ガスの往復動と圧力の位相差を利用して前記
コールドヘッドにおいて冷凍を発生するパルス管冷凍機
において、 前記パルス管の少なくとも内壁をステンレスよりも熱伝
導度の低い低熱伝導物質で構成したことを特徴とする、
パルス管冷凍機。 - 【請求項２】 前記低熱伝導物質は、セラミックス又は
樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載のパルス
管冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7424195A JPH08271069A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | パルス管冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7424195A JPH08271069A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | パルス管冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271069A true JPH08271069A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=13541476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7424195A Pending JPH08271069A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | パルス管冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08271069A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1325856C (zh) * | 2002-11-22 | 2007-07-11 | 普莱克斯技术有限公司 | 一种为高温超导提供致冷的方法 |
| US8590318B2 (en) | 2007-04-26 | 2013-11-26 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Pulse-tube refrigerating machine |
| JP2014055738A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Railway Technical Research Institute | 蓄冷式冷凍機 |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP7424195A patent/JPH08271069A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1325856C (zh) * | 2002-11-22 | 2007-07-11 | 普莱克斯技术有限公司 | 一种为高温超导提供致冷的方法 |
| US8590318B2 (en) | 2007-04-26 | 2013-11-26 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Pulse-tube refrigerating machine |
| JP2014055738A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Railway Technical Research Institute | 蓄冷式冷凍機 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20040809 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040817 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041221 |