JPH085174A - 大型パルスチューブ冷凍機 - Google Patents
大型パルスチューブ冷凍機Info
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- JPH085174A JPH085174A JP15805394A JP15805394A JPH085174A JP H085174 A JPH085174 A JP H085174A JP 15805394 A JP15805394 A JP 15805394A JP 15805394 A JP15805394 A JP 15805394A JP H085174 A JPH085174 A JP H085174A
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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
- 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
- F25B2309/002—Gas cycle refrigeration machines with parallel working cold producing expansion devices in one circuit
-
- 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
- F25B2309/1418—Pulse-tube cycles with valves in gas supply and return lines
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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
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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
-
- 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
- F25B2309/1425—Pulse tubes with basic schematic including several pulse tubes
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガスをパルス管内で断熱膨張させて低温を得
るオリフィス型パルスチューブの大型化に際し、小型機
用１本の小容量パルス管を所要本併設することで、簡易
に冷凍最適条件の満たされた冷凍能力の増大を可能とす
る。 【構成】 大型化に適応した大容量圧縮機構１、大容量
高圧側圧力容器２ａ、大容量高圧切替バルブ３ａそし
て、大容量低圧側圧力容器２ｂ、大容量低圧切替バルブ
３ｂ、さらに、大容量再生熱交換器４ａ具備の大容量蓄
冷器４を既知の如く連設する。大容量蓄冷器４の他端部
から、複数の低温部配管５ａ〜５ｄを介して小型冷凍機
として最適条件を満足する小容量パルス管６ａ〜６ｄ
を、大型化によるガス流量の増加に比例した本数だけ併
装連結し、１本当りのガス流量を不変とする。小容量パ
ルス管６ａ〜６ｄに、順次小容量オリフィスバルブ７ａ
〜７ｄそして、小容量バッファタンク８ａ〜８ｄを連結
する。
るオリフィス型パルスチューブの大型化に際し、小型機
用１本の小容量パルス管を所要本併設することで、簡易
に冷凍最適条件の満たされた冷凍能力の増大を可能とす
る。 【構成】 大型化に適応した大容量圧縮機構１、大容量
高圧側圧力容器２ａ、大容量高圧切替バルブ３ａそし
て、大容量低圧側圧力容器２ｂ、大容量低圧切替バルブ
３ｂ、さらに、大容量再生熱交換器４ａ具備の大容量蓄
冷器４を既知の如く連設する。大容量蓄冷器４の他端部
から、複数の低温部配管５ａ〜５ｄを介して小型冷凍機
として最適条件を満足する小容量パルス管６ａ〜６ｄ
を、大型化によるガス流量の増加に比例した本数だけ併
装連結し、１本当りのガス流量を不変とする。小容量パ
ルス管６ａ〜６ｄに、順次小容量オリフィスバルブ７ａ
〜７ｄそして、小容量バッファタンク８ａ〜８ｄを連結
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、
超電導体の冷却に供し得る極低温領域から、冷蔵、冷房
等の零度付近の温度領域にわたる広範囲の需要に供し得
て簡潔構造である所謂オリフィス型のパルスチューブ冷
凍機に係り、特にその大型化を実現しようとするもので
ある。
等のガスを、ガス圧力源により断熱膨張させることで、
超電導体の冷却に供し得る極低温領域から、冷蔵、冷房
等の零度付近の温度領域にわたる広範囲の需要に供し得
て簡潔構造である所謂オリフィス型のパルスチューブ冷
凍機に係り、特にその大型化を実現しようとするもので
ある。
【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３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３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３（Ｂ））、バルブ型パルスチューブ冷凍機（図
３（Ｃ））、オリフィス型パルスチューブ冷凍機（図
４）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３（Ｂ））、バルブ型パルスチューブ冷凍機（図
３（Ｃ））、オリフィス型パルスチューブ冷凍機（図
４）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。
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。
【０００６】また、前記のオリフィス型パルスチューブ
冷凍機は、図４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。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、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４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。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、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
イズが可能であり、種々のガス圧力源であるＨｅ、Ｈ
2 、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
イズが可能であり、種々のガス圧力源であるＨｅ、Ｈ
2 、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、前記オリフィス型のものに至るま
で、すべて小型冷凍機、すなわち冷凍能力の比較的低い
ものの性能向上を目指して、その改良に傾注して来たた
め、大型化、すなわち冷凍能力の向上、換言すれば、ガ
ス流量を増大したパルスチューブ冷凍機についての研究
がなされていない。
冷凍機にあっては、前記オリフィス型のものに至るま
で、すべて小型冷凍機、すなわち冷凍能力の比較的低い
ものの性能向上を目指して、その改良に傾注して来たた
め、大型化、すなわち冷凍能力の向上、換言すれば、ガ
ス流量を増大したパルスチューブ冷凍機についての研究
がなされていない。
【０００９】本発明は、上記従来の実状に鑑み、オリフ
ィス型パルスチューブ冷凍機の大型化を図ろうとするも
のであり、この際、冷凍能力を増大しようとすれば、も
ちろん、圧縮機とか高圧容器、低圧容器、高圧バルブ、
低圧バルブ、再生熱交換器や、パルス管等の構成部材を
大型化すればよいことになるが、この際、単純にパルス
管のスケールアップを行ったとすれば、ガス流量の増加
に対して、パルス管の内径は平方根に比例して増加する
ため、当該パルス管内におけるガス流の状態は大きく変
化し、この結果パルス管内のガスがピストンのように振
る舞う最適条件が得られなくなってしまう。
ィス型パルスチューブ冷凍機の大型化を図ろうとするも
のであり、この際、冷凍能力を増大しようとすれば、も
ちろん、圧縮機とか高圧容器、低圧容器、高圧バルブ、
低圧バルブ、再生熱交換器や、パルス管等の構成部材を
大型化すればよいことになるが、この際、単純にパルス
管のスケールアップを行ったとすれば、ガス流量の増加
に対して、パルス管の内径は平方根に比例して増加する
ため、当該パルス管内におけるガス流の状態は大きく変
化し、この結果パルス管内のガスがピストンのように振
る舞う最適条件が得られなくなってしまう。
【００１０】そこで、請求項１ではパルスチューブ冷凍
機の大型化を実現しようとする際、これまでの小型パル
スチューブ冷凍機につき、容易に大型化が可能な上記の
構成部材についてはスケールアップするが、パルス管に
ついては、これを大型化するのでなく、小型パルスチュ
ーブ冷凍機として、前記の最適条件を満足しているパル
ス管自体を用いるようにし、大型化によってガス流量が
上記小型パルスチューブ冷凍機の何倍にしたいかによっ
て、その倍数に比例して上記のパルス管等を、所要複数
だけ併設して採択するようにし、このことで、当該パル
ス管１本当りのガス流量に変化を与えないようにして、
同管内のガス流状態を不変とし、前掲最適条件が簡易に
満たし得る大型パルスチューブ冷凍機を提供しようとす
るのがその目的である。
機の大型化を実現しようとする際、これまでの小型パル
スチューブ冷凍機につき、容易に大型化が可能な上記の
構成部材についてはスケールアップするが、パルス管に
ついては、これを大型化するのでなく、小型パルスチュ
ーブ冷凍機として、前記の最適条件を満足しているパル
ス管自体を用いるようにし、大型化によってガス流量が
上記小型パルスチューブ冷凍機の何倍にしたいかによっ
て、その倍数に比例して上記のパルス管等を、所要複数
だけ併設して採択するようにし、このことで、当該パル
ス管１本当りのガス流量に変化を与えないようにして、
同管内のガス流状態を不変とし、前掲最適条件が簡易に
満たし得る大型パルスチューブ冷凍機を提供しようとす
るのがその目的である。
【００１１】請求項２にあっては、請求項１と同じく所
要複数本のパルス管を用いるが、これらは、一つのパル
ス管収納容器に内装状態とするだけでなく、多孔板と充
填材をも適所に内装することにより、上記請求項１と同
じ大型化の目的を達成し得るようにし、かつ、その製作
を容易にすると共に、耐久性を向上し、機体を小型に製
作し得るようにしている。
要複数本のパルス管を用いるが、これらは、一つのパル
ス管収納容器に内装状態とするだけでなく、多孔板と充
填材をも適所に内装することにより、上記請求項１と同
じ大型化の目的を達成し得るようにし、かつ、その製作
を容易にすると共に、耐久性を向上し、機体を小型に製
作し得るようにしている。
【００１２】
【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にあっては、所要大容量圧縮機
構の高圧側圧力源は、順次大容量高圧側圧力容器と大容
量高圧切替バルブを介し、上記大容量圧縮機構の低圧側
圧力源は、順次大容量低圧側圧力容器と大容量低圧切替
バルブを介して、夫々大容量再生熱交換器を内蔵した大
容量蓄冷器に連設し、当該大容量蓄冷器は、複数の低温
部配管を介して連通の各小容量パルス管に連設されると
共に、当該小容量パルス管の室温部には、夫々の小容量
オリフィスバルブを介して各小容量バッファタンクが連
設され、これら各小容量パルス管と各小容量オリフィス
バルブおよび各小容量バッファタンクは、所定小容量の
ガス流量に適合した寸法と形状に設定され、かつ、当該
所定小容量にあってのガス流量を、前掲所要大容量とす
ることによる増加ガス流量に比例した数だけ併設するよ
うにしたことを特徴とする大型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にあっては、所要大容量圧縮機
構の高圧側圧力源は、順次大容量高圧側圧力容器と大容
量高圧切替バルブを介し、上記大容量圧縮機構の低圧側
圧力源は、順次大容量低圧側圧力容器と大容量低圧切替
バルブを介して、夫々大容量再生熱交換器を内蔵した大
容量蓄冷器に連設し、当該大容量蓄冷器は、複数の低温
部配管を介して連通の各小容量パルス管に連設されると
共に、当該小容量パルス管の室温部には、夫々の小容量
オリフィスバルブを介して各小容量バッファタンクが連
設され、これら各小容量パルス管と各小容量オリフィス
バルブおよび各小容量バッファタンクは、所定小容量の
ガス流量に適合した寸法と形状に設定され、かつ、当該
所定小容量にあってのガス流量を、前掲所要大容量とす
ることによる増加ガス流量に比例した数だけ併設するよ
うにしたことを特徴とする大型パルスチューブ冷凍機を
提供しようとしている。
【００１３】請求項２では、所要大容量圧縮機構の高圧
側圧力源は、順次大容量高圧側圧力容器と大容量高圧切
替バルブを介し、上記大容量圧縮機構の低圧側圧力源
は、順次大容量低圧側圧力容器と大容量低圧切替バルブ
を介して、夫々大容量再生熱交換器を内蔵した大容量蓄
冷器に連設し、当該大容量蓄冷器は、低温部を介してパ
ルス管収納圧力容器の一端部に連設すると共に、当該パ
ルス管収納圧力容器の他端部には、大容量オリフィスバ
ルブを介して大容量バッファタンクが連設され、上記パ
ルス管収納圧力容器の一端側と他端側には、夫々多孔板
を内設すると共に、当該両多孔板の間には、複数の小容
量パルス管を、当該パルス管収納圧力容器と同軸状に集
束内嵌し、これら各小容量パルス管は、所定小容量のガ
ス流合に適合した寸法と形状に設定され、かつ、当該所
定小容量にあってのガス流量を、前掲所要大容量とする
ことによる増加ガス流量に比例した数だけ併設すると共
に、これら併設の小容量パルス管相互間に形成された間
隙を、低熱伝導物質による充填材により閉塞するように
したことを特徴とする大型パルスチューブ冷凍機を、そ
の内容としている。
側圧力源は、順次大容量高圧側圧力容器と大容量高圧切
替バルブを介し、上記大容量圧縮機構の低圧側圧力源
は、順次大容量低圧側圧力容器と大容量低圧切替バルブ
を介して、夫々大容量再生熱交換器を内蔵した大容量蓄
冷器に連設し、当該大容量蓄冷器は、低温部を介してパ
ルス管収納圧力容器の一端部に連設すると共に、当該パ
ルス管収納圧力容器の他端部には、大容量オリフィスバ
ルブを介して大容量バッファタンクが連設され、上記パ
ルス管収納圧力容器の一端側と他端側には、夫々多孔板
を内設すると共に、当該両多孔板の間には、複数の小容
量パルス管を、当該パルス管収納圧力容器と同軸状に集
束内嵌し、これら各小容量パルス管は、所定小容量のガ
ス流合に適合した寸法と形状に設定され、かつ、当該所
定小容量にあってのガス流量を、前掲所要大容量とする
ことによる増加ガス流量に比例した数だけ併設すると共
に、これら併設の小容量パルス管相互間に形成された間
隙を、低熱伝導物質による充填材により閉塞するように
したことを特徴とする大型パルスチューブ冷凍機を、そ
の内容としている。
【００１４】
【作用】請求項１による大型パルスチューブ冷凍機にあ
っては、１本の小容量パルス管による小型パルスチュー
ブ冷凍機の最適条件、すなわち、当該小容量パルス管の
内径、長さ、形状に対する、ガス圧力、ガス流量、サイ
クル数、温度等を求め、その１本当りの冷凍能力から、
大型パルスチューブ冷凍機に必要な小容量パルス管の本
数を導出するようにして、当該複数の小容量パルス管を
併設するようにしたので、前記の如く大型化に伴い、パ
ルス管そのものを大型化した場合の条件変化に伴う不確
定要素がなくなり、小容量パルス管内を流れるガス流量
を、小型パルスチューブ冷凍機の場合と同等に保有でき
ることとなり、労せずして、最適条件の満足された大型
パルスチューブ冷凍機を提供し得る。
っては、１本の小容量パルス管による小型パルスチュー
ブ冷凍機の最適条件、すなわち、当該小容量パルス管の
内径、長さ、形状に対する、ガス圧力、ガス流量、サイ
クル数、温度等を求め、その１本当りの冷凍能力から、
大型パルスチューブ冷凍機に必要な小容量パルス管の本
数を導出するようにして、当該複数の小容量パルス管を
併設するようにしたので、前記の如く大型化に伴い、パ
ルス管そのものを大型化した場合の条件変化に伴う不確
定要素がなくなり、小容量パルス管内を流れるガス流量
を、小型パルスチューブ冷凍機の場合と同等に保有でき
ることとなり、労せずして、最適条件の満足された大型
パルスチューブ冷凍機を提供し得る。
【００１５】請求項２の大型パルスチューブ冷凍機で
は、所要複数本の小容量パルス管に対し、夫々の小容量
オリフィスバルブと小容量バッファタンクを連設し、し
かも、これらの各小容量パルス管を夫々の低温部配管に
て、大容量蓄冷器と連結する請求項１のものと相違し、
上記の小容量パルス管は、すべてパルス管収納圧力容器
に収納してしまい、このパルス管収納圧力容器は、一個
の大容量オリフィスバルブを介して一個の大容量バッフ
ァタンクと連設すると共に、一つの低温部によって大容
量蓄冷器に連結したので、その製作が容易にして堅牢に
仕上げることができると共に、全体を小型に仕上げるこ
とができる。
は、所要複数本の小容量パルス管に対し、夫々の小容量
オリフィスバルブと小容量バッファタンクを連設し、し
かも、これらの各小容量パルス管を夫々の低温部配管に
て、大容量蓄冷器と連結する請求項１のものと相違し、
上記の小容量パルス管は、すべてパルス管収納圧力容器
に収納してしまい、このパルス管収納圧力容器は、一個
の大容量オリフィスバルブを介して一個の大容量バッフ
ァタンクと連設すると共に、一つの低温部によって大容
量蓄冷器に連結したので、その製作が容易にして堅牢に
仕上げることができると共に、全体を小型に仕上げるこ
とができる。
【００１６】また、上記所要複数の小容量パルス管の上
下には、多孔板が前掲パルス管収納圧力容器に内設され
ているため、各小容量パルス管内を流れるガス流量が平
均化されて最適条件を保証することができ、しかも、当
該各小容量パルス管相互間は、低熱伝導物質による充填
材によって閉塞されているので、余分なガス流量の増加
が阻止され、この点からも上記最適条件を満足させ得る
こととなる。
下には、多孔板が前掲パルス管収納圧力容器に内設され
ているため、各小容量パルス管内を流れるガス流量が平
均化されて最適条件を保証することができ、しかも、当
該各小容量パルス管相互間は、低熱伝導物質による充填
材によって閉塞されているので、余分なガス流量の増加
が阻止され、この点からも上記最適条件を満足させ得る
こととなる。
【００１７】
【実施例】本発明を図示の実施例によって詳記すると、
請求項１にあっては、図１に示されている通り、冷凍能
力の増加に適合するように、大型化した所要大容量圧縮
機構１として、機械的圧縮機等が用いられ、その高圧側
圧力源１ａは、順次大容量高圧側圧力容器２ａと大容量
高圧切替バルブ３ａを介して、大容量再生熱交換器４ａ
を内蔵した大容量蓄冷器４の一端部に連設される。一
方、上記大容量圧縮機構１の低圧側圧力源１ｂは、順次
大容量低圧側圧力容器２ｂと大容量低圧切替バルブ３ｂ
を介して、同上大容量蓄冷器４の同上一端部に連設され
ている。
請求項１にあっては、図１に示されている通り、冷凍能
力の増加に適合するように、大型化した所要大容量圧縮
機構１として、機械的圧縮機等が用いられ、その高圧側
圧力源１ａは、順次大容量高圧側圧力容器２ａと大容量
高圧切替バルブ３ａを介して、大容量再生熱交換器４ａ
を内蔵した大容量蓄冷器４の一端部に連設される。一
方、上記大容量圧縮機構１の低圧側圧力源１ｂは、順次
大容量低圧側圧力容器２ｂと大容量低圧切替バルブ３ｂ
を介して、同上大容量蓄冷器４の同上一端部に連設され
ている。
【００１８】ここで、当該発明では、上記大容量蓄冷器
４の他端部に、後述する所要複数の低温部配管５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄを分岐して、夫々所要の小容量パルス管
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが連設されており、さらに、当
該小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの室温部６
ａ′、６ｂ′、６ｃ′、６ｄ′には、夫々小容量オリフ
ィスバルブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを介して、各小容量
バッファタンク８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが連設されてい
る。同上図にあって、９は高圧側冷却熱交換部、１０は
低温側熱交換部、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、
小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの室温部６
ａ′、６ｂ′、６ｃ′、６ｄ′におけるパルス管熱交換
部を示している。
４の他端部に、後述する所要複数の低温部配管５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄを分岐して、夫々所要の小容量パルス管
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが連設されており、さらに、当
該小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの室温部６
ａ′、６ｂ′、６ｃ′、６ｄ′には、夫々小容量オリフ
ィスバルブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを介して、各小容量
バッファタンク８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが連設されてい
る。同上図にあって、９は高圧側冷却熱交換部、１０は
低温側熱交換部、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、
小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの室温部６
ａ′、６ｂ′、６ｃ′、６ｄ′におけるパルス管熱交換
部を示している。
【００１９】ここで、上記の各小容量パルス管６ａ、６
ｂ、６ｃ、６ｄと各小容量オリフィスバルブ７ａ、７
ｂ、７ｃ、７ｄおよび各小容量バッファタンク８ａ、８
ｂ、８ｃ、８ｄは、これまでに多用されている小型パル
スチューブ冷凍機にあって採択されているもので、その
試作段階にあって、当該１本の小容量パルス管内に係る
径、長さ、形状に対する圧力、流量、サイクル数、温度
等に関し、同上小容量パルス管内のガスがピストンのよ
うに振る舞うことのできる最適条件を、予め求めておく
のである。
ｂ、６ｃ、６ｄと各小容量オリフィスバルブ７ａ、７
ｂ、７ｃ、７ｄおよび各小容量バッファタンク８ａ、８
ｂ、８ｃ、８ｄは、これまでに多用されている小型パル
スチューブ冷凍機にあって採択されているもので、その
試作段階にあって、当該１本の小容量パルス管内に係る
径、長さ、形状に対する圧力、流量、サイクル数、温度
等に関し、同上小容量パルス管内のガスがピストンのよ
うに振る舞うことのできる最適条件を、予め求めておく
のである。
【００２０】本発明では、パルスチューブ冷凍機の大型
化に際し、パルス管等自体をも大型サイズにしてしまう
ことなく、前記の試作段階におけるパルス管のガス流量
を、大型化に際して所要大容量とすることによる増加ガ
ス流量に比例した本数だけ、前掲小容量パルス管６ａ、
６ｂ、６ｃ、６ｄ等を併設するのであり、このため、当
該小容量パルス管の１本当りのガス流量は、前掲最適条
件を満足する小型パルスチューブ冷凍機の場合と変化す
ることなく、小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの
管内における流れの状態も、小型機の場合と変わらない
こととなる。
化に際し、パルス管等自体をも大型サイズにしてしまう
ことなく、前記の試作段階におけるパルス管のガス流量
を、大型化に際して所要大容量とすることによる増加ガ
ス流量に比例した本数だけ、前掲小容量パルス管６ａ、
６ｂ、６ｃ、６ｄ等を併設するのであり、このため、当
該小容量パルス管の１本当りのガス流量は、前掲最適条
件を満足する小型パルスチューブ冷凍機の場合と変化す
ることなく、小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの
管内における流れの状態も、小型機の場合と変わらない
こととなる。
【００２１】このように、１本の状態で最適な条件を満
足させる小容量パルス管等を、冷凍能力の増大に比例し
た数だけ増設させるようにするが、もちろん前記の如く
圧縮機構、高圧側圧力容器、低圧側圧力容器、高圧切替
バルブ、低圧切替バルブ、そして再生熱交換器を備えた
蓄冷器等については、その数を増設することなく容易な
大型化が可能であることから、所望大型化に適合した夫
々大容量圧縮機構１、大容量高圧側圧力容器２ａ、大容
量低圧側圧力容器２ｂ、大容量高圧切替バルブ３ａ、大
容量低圧切替バルブ３ｂ、そして大容量再生熱交換器４
ａを備えた大容量蓄冷器４が用いられるのである。
足させる小容量パルス管等を、冷凍能力の増大に比例し
た数だけ増設させるようにするが、もちろん前記の如く
圧縮機構、高圧側圧力容器、低圧側圧力容器、高圧切替
バルブ、低圧切替バルブ、そして再生熱交換器を備えた
蓄冷器等については、その数を増設することなく容易な
大型化が可能であることから、所望大型化に適合した夫
々大容量圧縮機構１、大容量高圧側圧力容器２ａ、大容
量低圧側圧力容器２ｂ、大容量高圧切替バルブ３ａ、大
容量低圧切替バルブ３ｂ、そして大容量再生熱交換器４
ａを備えた大容量蓄冷器４が用いられるのである。
【００２２】次に図２によって、請求項２に係る大型パ
ルスチューブ冷凍機に説示すると、前記図１のものと相
違する点は、先ず大容量蓄冷器４の他端側から導出され
た一つの低温部５を介して、パルス管収納圧力容器１２
の一端部に連設されており、当該パルス管収納圧力容器
１２の他端部に大容量オリフィスバルブ７を介して、大
容量バッファタンク８が連設されていることである。
ルスチューブ冷凍機に説示すると、前記図１のものと相
違する点は、先ず大容量蓄冷器４の他端側から導出され
た一つの低温部５を介して、パルス管収納圧力容器１２
の一端部に連設されており、当該パルス管収納圧力容器
１２の他端部に大容量オリフィスバルブ７を介して、大
容量バッファタンク８が連設されていることである。
【００２３】そして、さらに請求項１のものと違ってい
ることは、上記のパルス管収納圧力容器１２に、前記し
た所要複数本の小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ
‥‥‥が、上下に開口の状態にて当該パルス管収納圧力
容器１２と同軸状に集束内嵌され、しかも、その下側と
上側には、夫々多孔板１３ａ、１３ｂが配装内嵌されて
おり、図示例では円形通孔１４ａ、１４ｂを多穿した板
状体が複数板重積されているが、網状板等を使用するこ
ともできる。
ることは、上記のパルス管収納圧力容器１２に、前記し
た所要複数本の小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ
‥‥‥が、上下に開口の状態にて当該パルス管収納圧力
容器１２と同軸状に集束内嵌され、しかも、その下側と
上側には、夫々多孔板１３ａ、１３ｂが配装内嵌されて
おり、図示例では円形通孔１４ａ、１４ｂを多穿した板
状体が複数板重積されているが、網状板等を使用するこ
ともできる。
【００２４】しかも、上記の場合、小容量パルス管６
ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ‥‥‥は外接状態となっているの
で、相互間に間隙が離間形成されることとなるが、これ
には、エポキシ系接着剤などによる低熱伝導物質により
形成された充填材１５を充填することで閉塞し、余分な
ガス流量の増加を阻止するようにしている。また、前記
のように多孔板１３ａ、１３ｂを配装することで、１本
当りの小容量パルス管内におけるガス流量が平均化さ
れ、これにより、各小容量パルス管が、何れも前記の最
適条件を満足し得るようにしている。尚、図中１１は、
小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ‥‥‥の室温部
６ａ′、６ｂ′、６ｃ′、６ｄ′‥‥‥における大容量
パルス管熱交換部を示している。
ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ‥‥‥は外接状態となっているの
で、相互間に間隙が離間形成されることとなるが、これ
には、エポキシ系接着剤などによる低熱伝導物質により
形成された充填材１５を充填することで閉塞し、余分な
ガス流量の増加を阻止するようにしている。また、前記
のように多孔板１３ａ、１３ｂを配装することで、１本
当りの小容量パルス管内におけるガス流量が平均化さ
れ、これにより、各小容量パルス管が、何れも前記の最
適条件を満足し得るようにしている。尚、図中１１は、
小容量パルス管６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ‥‥‥の室温部
６ａ′、６ｂ′、６ｃ′、６ｄ′‥‥‥における大容量
パルス管熱交換部を示している。
【００２５】従って、上記機構の大型パルスチューブ冷
凍機によるときは、請求項１のものと同等の冷凍効率を
発揮し得るだけでなく、大容量蓄冷器４とパルス管収納
圧力容器１２とを、一つの低温部５により連結すれば、
また、一個の大容量バッファタンク８を、これまた一大
容量オリフィスバルブ７を介して、パルス管収納圧力容
器１２に連結するだけでよいから、製作も容易となり、
かつ大型パルスチューブ冷凍機全体の大きさも、図１の
ものに比し、小型化できると共に堅牢に仕上げることが
可能となる。
凍機によるときは、請求項１のものと同等の冷凍効率を
発揮し得るだけでなく、大容量蓄冷器４とパルス管収納
圧力容器１２とを、一つの低温部５により連結すれば、
また、一個の大容量バッファタンク８を、これまた一大
容量オリフィスバルブ７を介して、パルス管収納圧力容
器１２に連結するだけでよいから、製作も容易となり、
かつ大型パルスチューブ冷凍機全体の大きさも、図１の
ものに比し、小型化できると共に堅牢に仕上げることが
可能となる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は以上のようにして構成されたも
のであるから、請求項１に係る大型パルスチューブ冷凍
機の場合には、冷凍最適条件を満たすことのできる小容
量パルス管を、大型化による冷凍能力の増大に比例した
数だけ併設するようにし、これに夫々の小容量オリフィ
スバルブおよび小容量バッファタンクを設けるようにし
たので、大型化した１つのパルス管を用いた場合におけ
る不確定要素の決定作業が不要となり、迅速にして労力
のかからない製造ができると共に、その冷凍最適条件の
満足度を保証することができる。
のであるから、請求項１に係る大型パルスチューブ冷凍
機の場合には、冷凍最適条件を満たすことのできる小容
量パルス管を、大型化による冷凍能力の増大に比例した
数だけ併設するようにし、これに夫々の小容量オリフィ
スバルブおよび小容量バッファタンクを設けるようにし
たので、大型化した１つのパルス管を用いた場合におけ
る不確定要素の決定作業が不要となり、迅速にして労力
のかからない製造ができると共に、その冷凍最適条件の
満足度を保証することができる。
【００２７】請求項２にあっては、これまた請求項１と
同等の効果を発揮し得ると共に、より一層、その製作を
簡易にして迅速に行うことができ、しかも、全体の小型
化が可能で、かつ、堅牢な大型パルスチューブ冷凍機を
提供することができる。
同等の効果を発揮し得ると共に、より一層、その製作を
簡易にして迅速に行うことができ、しかも、全体の小型
化が可能で、かつ、堅牢な大型パルスチューブ冷凍機を
提供することができる。
【図１】本発明に係る大型パルスチューブ冷凍機に関
し、請求項１に係る一実施例を示した一部切欠の全体構
成配管図である。
し、請求項１に係る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】請求項２に係る大型パルスチューブ冷凍機の一
実施例を示した一部切欠の全体構成配管図である。
実施例を示した一部切欠の全体構成配管図である。
【図３】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４】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 大容量圧縮機構 １ａ 高圧側圧力源 １ｂ 低圧側圧力源 ２ａ 大容量高圧側圧力容器 ２ｂ 大容量低圧側圧力容器 ３ａ 大容量高圧切替バルブ ３ｂ 大容量低圧切替バルブ ４ａ 大容量再生熱交換器 ４ 大容量蓄冷器 ５ 低温部 ５ａ 低温部配管 ５ｂ 低温部配管 ５ｃ 低温部配管 ５ｄ 低温部配管 ６ 小容量パルス管 ６ａ 小容量パルス管 ６ｂ 小容量パルス管 ６ｃ 小容量パルス管 ６ｄ 小容量パルス管 ６ａ′ 小容量パルス管の室温部 ６ｂ′ 小容量パルス管の室温部 ６ｃ′ 小容量パルス管の室温部 ６ｄ′ 小容量パルス管の室温部 ７ 大容量オリフィスバルブ ７ａ 小容量オリフィスバルブ ７ｂ 小容量オリフィスバルブ ７ｃ 小容量オリフィスバルブ ７ｄ 小容量オリフィスバルブ ８ 大容量バッファタンク ８ａ 小容量バッファタンク ８ｂ 小容量バッファタンク ８ｃ 小容量バッファタンク ８ｄ 小容量バッファタンク １２ パルス管収納圧力容器 １３ａ 多孔板 １３ｂ 多孔板 １５ 充填材
Claims (2)
- 【請求項１】 所要大容量圧縮機構の高圧側圧力源は、
順次大容量高圧側圧力容器と大容量高圧切替バルブを介
し、上記大容量圧縮機構の低圧側圧力源は、順次大容量
低圧側圧力容器と大容量低圧切替バルブを介して、夫々
大容量再生熱交換器を内蔵した大容量蓄冷器に連設し、
当該大容量蓄冷器は、複数の低温部配管を介して連通の
各小容量パルス管に連設されると共に、当該小容量パル
ス管の室温部には、夫々の小容量オリフィスバルブを介
して各小容量バッファタンクが連設され、これら各小容
量パルス管と各小容量オリフィスバルブおよび各小容量
バッファタンクは、所定小容量のガス流量に適合した寸
法と形状に設定され、かつ、当該所定小容量にあっての
ガス流量を、前掲所要大容量とすることによる増加ガス
流量に比例した数だけ併設するようにしたことを特徴と
する大型パルスチューブ冷凍機。 - 【請求項２】 所要大容量圧縮機構の高圧側圧力源は、
順次大容量高圧側圧力容器と大容量高圧切替バルブを介
し、上記大容量圧縮機構の低圧側圧力源は、順次大容量
低圧側圧力容器と大容量低圧切替バルブを介して、夫々
大容量再生熱交換器を内蔵した大容量蓄冷器に連設し、
当該大容量蓄冷器は、低温部を介してパルス管収納圧力
容器の一端部に連設すると共に、当該パルス管収納圧力
容器の他端部には、大容量オリフィスバルブを介して大
容量バッファタンクが連設され、上記パルス管収納圧力
容器の一端側と他端側には、夫々多孔板を内設すると共
に、当該両多孔板の間には、複数の小容量パルス管を、
当該パルス管収納圧力容器と同軸状に集束内嵌し、これ
ら各小容量パルス管は、所定小容量のガス流合に適合し
た寸法と形状に設定され、かつ、当該所定小容量にあっ
てのガス流量を、前掲所要大容量とすることによる増加
ガス流量に比例した数だけ併設すると共に、これら併設
の小容量パルス管相互間に形成された間隙を、低熱伝導
物質による充填材により閉塞するようにしたことを特徴
とする大型パルスチューブ冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15805394A JP3566751B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 大型パルスチューブ冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15805394A JP3566751B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 大型パルスチューブ冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH085174A true JPH085174A (ja) | 1996-01-12 |
| JP3566751B2 JP3566751B2 (ja) | 2004-09-15 |
Family
ID=15663268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15805394A Expired - Lifetime JP3566751B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 大型パルスチューブ冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3566751B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2750481A1 (fr) * | 1996-06-28 | 1998-01-02 | Thomson Csf | Refroidisseur a gaz pulse |
| EP0851184A1 (fr) * | 1996-12-30 | 1998-07-01 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Réfrigérateur cryogénique |
| FR2773392A1 (fr) * | 1998-01-06 | 1999-07-09 | Cryotechnologies | Procede et dispositif de climatisation par tubes a gaz pulse |
| JP2000130874A (ja) * | 1998-10-28 | 2000-05-12 | Aisin Seiki Co Ltd | 蓄冷型冷凍機 |
| KR100393790B1 (ko) * | 2001-02-13 | 2003-08-02 | 엘지전자 주식회사 | 맥동관 냉동기 |
| EP1408293A1 (en) * | 2001-06-21 | 2004-04-14 | Air Water Inc. | Cold storage type freezing machine |
| CN105222387A (zh) * | 2015-09-18 | 2016-01-06 | 同济大学 | 一种脉管膨胀机 |
| CN110726265A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-01-24 | 上海理工大学 | 一种脉管制冷机及燃料电池汽车的供氢制冷系统 |
-
1994
- 1994-06-16 JP JP15805394A patent/JP3566751B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2750481A1 (fr) * | 1996-06-28 | 1998-01-02 | Thomson Csf | Refroidisseur a gaz pulse |
| EP0851184A1 (fr) * | 1996-12-30 | 1998-07-01 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Réfrigérateur cryogénique |
| FR2773392A1 (fr) * | 1998-01-06 | 1999-07-09 | Cryotechnologies | Procede et dispositif de climatisation par tubes a gaz pulse |
| JP2000130874A (ja) * | 1998-10-28 | 2000-05-12 | Aisin Seiki Co Ltd | 蓄冷型冷凍機 |
| KR100393790B1 (ko) * | 2001-02-13 | 2003-08-02 | 엘지전자 주식회사 | 맥동관 냉동기 |
| EP1408293A1 (en) * | 2001-06-21 | 2004-04-14 | Air Water Inc. | Cold storage type freezing machine |
| EP1408293A4 (en) * | 2001-06-21 | 2006-06-21 | Air Water Inc | COLD STORAGE FACILITY FREEZER |
| CN105222387A (zh) * | 2015-09-18 | 2016-01-06 | 同济大学 | 一种脉管膨胀机 |
| CN105222387B (zh) * | 2015-09-18 | 2018-02-09 | 同济大学 | 一种脉管膨胀机 |
| CN110726265A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-01-24 | 上海理工大学 | 一种脉管制冷机及燃料电池汽车的供氢制冷系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3566751B2 (ja) | 2004-09-15 |
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