JPH09196486A

JPH09196486A - パルス管冷凍機

Info

Publication number: JPH09196486A
Application number: JP8005328A
Authority: JP
Inventors: Etsuji Kawaguchi; 悦治川口; Shoichiro Togiya; 昌一郎研谷
Original assignee: Iwatani Plantech Corp; Iwatani International Corp
Current assignee: Iwatani Industrial Gases Corp; Iwatani International Corp
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】吸熱用連結管部に付着した霜を簡単に取り除
いて、長時間にわたって高い冷却効率を維持することの
できるパルス管冷凍機を提供する。【解決手段】パルス管(１)の低温端と蓄冷器(２)の低
温端とを吸熱用連結路(３)を介して連通し、圧縮機(７)
から冷媒ガス通路(28)を介して蓄冷器(２)の高温端に供
給される冷媒ガスを蓄冷器(２)、吸熱用連結路(３)を介
してパルス管(１)の低温端から高温端に向けて導入す
る。パルス管(１)の高温端に冷媒ガス通路(28)から分岐
導出した加熱ガス通路(32)を昇温用バルブ(33)を介して
接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、蓄冷器とパルス管とを
連通接続し、圧縮機からのガスを出し入れすることによ
り吸熱部に冷熱を発生させるパルス管冷凍機に関し、特
に、オリィフィスパルス管冷凍機やパルス管の高温側に
圧縮機からのガスを切り替え供給するダブルインレット
型パルス管冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、より低温の到達温度を得られるパ
ルス管冷凍機として、図４に示すダブルインレット型の
パルス管冷凍機も提案されている(学術誌「クライオジ
ェニックス」１９９０年９月号)。このダブルインレッ
ト型パルス管冷凍機は、パルス管(50)の低温端(51)と蓄
冷器(52)の低温端(53)とをコールドヘッドとなる吸熱用
連結管(54)を介して連通し、圧縮機(55)から冷媒ガス通
路(56)を介して蓄冷器(52)の高温端(57)に供給されるガ
スを蓄冷器(52)、吸熱用連結管(54)を介してパルス管(5
0)の低温端(51)から高温端(58)側に向けて導入し、パル
ス管(50)の高温端(58)にニードル弁(59)とバッファタン
ク(60)とで構成したフェーズシフタを配置し、パルス管
(50)の高温端とバッファタンク(60)との間の通路部分に
冷媒ガス通路(56)から分岐導出した分岐ガス通路(61)を
接続し、この分岐ガス通路(61)にニードル弁(62)を配置
し、蓄冷器(52)及びパルス管(50)の高温端部にウォータ
クーラ(63)(64)を配置して蓄冷器(52)及びパルス管(50)
の高温端部を水冷する構造になっている。

【０００３】このダブルインレット型パルス管冷凍機で
は、蓄冷器(52)及びパルス管(50)の高温端部を水冷する
構造であったことから、ウオータクーラ(63)(64)が冷凍
機に直結され、冷凍機が大型化するという問題があるう
え、パルス管(50)からバッファタンク(60)までの間にニ
ードル弁(59)を配置するとともに、パルス管(50)の高温
端とバッファタンク(60)との間の通路部分と冷媒ガス通
路(56)とを接続する分岐ガス通路(61)にニードル弁(62)
を配置していることから、このニードル弁(59)(62)によ
ってガス流が乱れ、渦流を発生させるという問題があっ
た。また、このダブルインレット型パルス管冷凍機で
は、往復型の圧縮機部分が寒冷発生部に剛接されている
ことから、圧縮機の振動が寒冷発生部に伝達されること
になり、振動を嫌うような機器や部品の冷却には使用で
きないという問題もあった。

【０００４】そこで、本出願人は、小型で振動のない状
態で冷却を行えるものとして、図５に示すものダブルイ
ンレット型のパルス管冷凍機を提案した(実開平５−４
７７５７号)。この先に提案したものは、寒冷発生部
(Ｒ)と圧縮機部分(Ｃ)とを分離して構成し、蓄冷器(52)
への冷媒ガス供給を圧縮機部分(Ｃ)に配置したロータリ
ーバルブ(65)の切り替えで行うようにし、パルス管(50)
の高温端部に第１オリフィス(66)を介してフレキブル管
製ガスリザーバ(バッファタンク)(60)を接続し、パルス
管(50)とガスリザーバ(60)とを連通するメインガス通路
(68)から斜めに分岐導出したサブガス通路(69)をロータ
リーバルブ(65)と蓄冷器(52)とを連通接続している冷媒
ガス通路(56)に第２オリフィス(70)を介して接続させた
構造になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のパル
ス管冷凍機では使用時に寒冷温度を発生している吸熱連
結管部に着霜して冷却効率が低下することがあったが、
この付着した霜を除去するための構成は採用されていな
かった。本発明はこのような点に着目して、吸熱用連結
管部に付着した霜を簡単に取り除いて、長時間にわたっ
て高い冷却効率を維持することのできるパルス管冷凍機
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明は、圧縮機と蓄冷器の高温端とを接続してい
る冷媒ガス通路から分岐導出した加熱ガス通路をパルス
管の高温端に連通接続し、この加熱ガス通路に昇温バル
ブを介装し、この昇温バルブの開閉切り換え作動で吸熱
用連結路に寒冷を発生させる状態と温熱を発生させる状
態とに切り換えるようにしたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】本発明では、圧縮機と蓄冷器の高温端とを接続
している冷媒ガス通路から分岐導出した加熱ガス通路を
パルス管の高温端に連通接続し、この加熱ガス通路に昇
温バルブを介装し、この昇温バルブの開閉切り換え作動
で吸熱用連結路に寒冷を発生させる状態と温熱を発生さ
せる状態とに切り換えるようにしていることから、昇温
バルブを閉止姿勢に保持することにより、圧縮機からの
高圧ガスが蓄冷器から流入して冷凍機として作用し、昇
温バルブを開き姿勢にすることにより、圧縮機からの高
圧常温ガスがパルス管側から流入し、パルス管及び蓄冷
器の中で圧縮されることになり、吸熱用連結路部分に圧
縮熱が生じる加熱機として作用する。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明の実施の態
様を示し、図１はパルス管冷凍機の概略構成図、図２は
寒冷発生部の縦断面図である。このパルス管冷凍機は、
パルス管(１)と蓄冷器(２)とをその一端部同士を吸熱用
連結路(３)を介して連通させることにより構成した寒冷
発生部(４)と、圧縮機ユニット(５)及び圧縮機ユニット
(５)で発生した高圧ガスの寒冷発生部(４)への給排を切
り換え制御するロータリ弁ユニット(６)とで構成してあ
る。

【０００９】圧縮機ユニット(５)は圧縮機(７)、冷却器
(８)、油分離器(９)、油吸着器(10)及び保圧弁(11)とで
構成してあり、ロータリ弁ユニット(６)はロータリ弁(1
2)と弁駆動用モータ(13)とで構成してある。そして、吸
着器(10)から導出されている高圧ガス通路(14)がフレキ
シブルホース(15)でロータリ弁(12)の一次側高圧ポート
に接続され、ロータリ弁(12)の一次側低圧ポートから導
出したフレキシブルホース(16)が低圧ガス戻し路(17)を
介して圧縮機(７)に連通接続してある。

【００１０】寒冷発生部(４)は２本のステンレスパイプ
(18)(19)を平行に配置し、その下端部を銅製エンドキャ
ップ(20)に嵌着し、上端部をステンレス製取付フランジ
(21)に嵌着して形成してあり、一方のステンレスパイプ
(18)の内部にステンレス製メッシュ体を積層配置して蓄
冷材(22)とするとともに、上下両端部に整流板(23)を配
置することにより蓄冷器(２)に構成し、他方のステンレ
スパイプ(19)の下端部に整流板(24)を配置してパルス管
(１)に構成してある。そして、銅製エンドキャップ(20)
にはスペーサ(26)を装着することにより吸熱用連通路
(３)を形成して、蓄冷器(２)とパルス管(１)とを連通す
るようになっている。

【００１１】蓄冷器(２)の上端部は取付フランジ(21)に
装着したガス導入プラグ(27)に連通しており、このガス
導入プラグ(27)から連出した冷媒ガス導入管(28)が可撓
性ホース(29)を介してロータリ弁(12)の二次ポートに連
通してある。そして、ロータリ弁(12)の切換により圧縮
機ユニット(５)で発生させた高圧冷媒ガスを蓄冷器(２)
に供給するようになっている。

【００１２】一方、パルス管(１)の上端部にはオリフィ
ス(30)を介してバッファタンク(31)が連通接続してあ
り、このオリフィス(30)よりもパルス管(１)側部分と、
蓄冷器(２)の上端側に接続されている冷媒ガス導入管(2
8)とを加熱用ガス通路(32)で連通接続し、この加熱用ガ
ス通路(32)はその流通系の途中に介装した電動式の昇温
バルブ(33)で開閉制御されている。

【００１３】また、蓄冷器(２)の下端部及びパルス管
(１)の下端部に嵌着している銅製エンドキャップ(20)の
外周部分に銅製エンドキャップ(20)の表面温度を検出す
る温度センサー(35)が配置してある。

【００１４】このように構成したパルス管冷凍機では、
寒冷発生時には、加熱用ガス通路(32)に装着されている
昇温バルブ(33)を閉塞して、冷媒ガス導入管(28)を流れ
る高圧冷媒ガスを蓄冷器(２)に導入し、蓄冷器(２)を通
ってパルス管(１)に流入した高圧冷媒ガスの圧力変化に
よって銅製エンドキャップ(20)部分に液体窒素温度(７
７Ｋ)以下の低温が発生する。しかも、この場合、寒冷
発生部(４)には可動部分がなく、また、蓄冷器(２)に冷
媒ガスを給排制御するロータリ弁ユニット(６)と寒冷発
生部(４)とを可撓性ホース(29)で連通接続させてあるこ
とから、無振動の冷凍機を提供することができる。

【００１５】次に、冷凍機の冷凍運転により、銅製エン
ドキャップ(20)の外周面に霜や氷が付着して、熱交換効
率が低下すると、昇温バルブ(33)を開弁作動させる。昇
温バルブ(33)が開弁して加熱用ガス通路(32)が連通する
と、蓄冷器(２)内には蓄冷材(22)が充填されていること
から冷媒ガスの流通抵抗が大きいのに対して、パルス管
(１)側は流通抵抗が少ないことから、圧縮機ユニット
(５)から供給される高圧冷媒ガスはパルス管(１)側に流
れ、蓄冷器(２)や吸熱用連通路(３)内で圧縮されて圧縮
熱を発生する。この圧縮熱で銅製エンドキャップ(20)の
外周面に霜や氷を溶解させて冷凍機を再生する。

【００１６】また、冷凍機としての運転中に昇温バルブ
(33)を開弁すると、冷媒ガスの一部が加熱用ガス通路(3
2)を通ってパルス管(１)側に流れ込んだり、加熱用ガス
通路(32)から流出することになるから、パルス管(１)内
でのガスの挙動が昇温用バルブ(33)の開弁量で変化し、
パルス管冷凍機としての出力が変動することになる。し
たがって、銅製エンドキャップ(20)の温度を検出してい
る温度センサー(35)での検出温度に基づき、昇温用バル
ブ(33)の開弁量を調節することにより、パルス管冷凍機
の出力を調整することができる。

【００１７】なお、上記の実施態様では、加熱用ガス通
路(32)に昇温用バルブ(33)を装着したが、加熱用ガス通
路(32)とこの加熱用ガス通路(32)の分岐導出部よりも蓄
冷器(２)側の冷媒ガス供給路とに開閉切換弁を配置して
もよく、また、加熱用ガス通路(32)の蓄冷器(２)側から
の導出部に三方弁を装着して、冷媒ガス導入路を蓄冷器
(２)とパルス管(１)とに択一的に連通させるように構成
してもよい。

【００１８】

【実施例】液体窒素温度で出力３wのパルス管冷凍機の
蓄冷器(２)の高温端とパルス管(１)の高温端とを加熱用
ガス通路(32)で連通し、このガス通路(32)中に昇温用バ
ルブ(33)を装着して、昇温用バルブ(33)を閉塞状態にし
て大気中で運転すると、当初３２℃あった銅製エンドキ
ャップ(20)が運転開始後１５分で−９４℃まで低下し
た。そして、運転を継続した状態で昇温用バルブ(33)を
全開すると、バルブ開弁操作後７分で５４℃まで上昇し
た。その経時変化を図３に示す。なお、冷却工程終了後
にパルス管冷凍機の運転を停止した場合の温度上昇(自
然昇温)の経時変化を図３中に破線で示す。

【００１９】

【発明の効果】本発明では、パルス管の高温端側部分と
蓄冷器の高温端側部分とを加熱用ガス通路で連通接続
し、この加熱用ガス通路に昇温用バルブを装着している
ので、この昇温用バルブの開閉操作により、冷凍機とし
ての作動状態とヒータとしての作動状態とに切り換え使
用することができる。これにより、昇温用バルブの切り
換え操作だけて冷凍機の再生を効率よく行うことができ
る。また、昇温用バルブの開弁度合いを調節することに
より、冷凍機の出力を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すパルス管冷凍機の概略構
成図である。

【図２】本発明の実施例での寒冷発生部の縦断面図であ
る。

【図３】温度の経時変化を示す温度−時間関係図であ
る。

【図４】従来のダブルインレット型パルス管冷凍機の概
略構成図である。

【図５】本出願人が先に提案したダブルインレット型パ
ルス管冷凍機の概略構成図である。

【符号の説明】

１…パルス管、２…蓄冷器、３…吸熱用連結路、７…圧
縮機、28…冷媒ガス通路、32…加熱ガス通路、33…昇温
バルブ、35…温度センサー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス管(１)の低温端と蓄冷器(２)の低
温端とを吸熱用連結路(３)を介して連通し、圧縮機(７)
から冷媒ガス通路(28)を介して蓄冷器(２)の高温端に供
給される冷媒ガスを蓄冷器(２)、吸熱用連結路(３)を介
してパルス管(１)の低温端から高温端に向けて導入する
ように構成したパルス管冷凍機において、パルス管(１)の高温端に冷媒ガス通路(28)から分岐導出
した加熱ガス通路(32)を接続し、この加熱ガス通路(32)
に昇温バルブ(33)を装着し、この昇温バルブ(33)の開閉
切換作動で吸熱用連結路(３)に寒冷を発生させる状態と
温熱を発生させる状態とに切り換えるようにしたことを
特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】昇温バルブ(33)を電動弁とし、温度セン
サー(35)からの信号に基づき冷暖切替と温度調整可能と
した請求項１に記載のパルス管冷凍機。