JPH09296965A - パルス管冷凍機 - Google Patents
パルス管冷凍機Info
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- JPH09296965A JPH09296965A JP13274896A JP13274896A JPH09296965A JP H09296965 A JPH09296965 A JP H09296965A JP 13274896 A JP13274896 A JP 13274896A JP 13274896 A JP13274896 A JP 13274896A JP H09296965 A JPH09296965 A JP H09296965A
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- 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
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- 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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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
- F25B2309/14241—Pulse tubes with basic schematic including an orifice reservoir multiple inlet pulse tube
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた位相調整機能を保持しつつ，かつ一方
向流の発生を防止することができ，信頼性の高い，パル
ス管冷凍機を提供すること。 【解決手段】 作動ガスを圧力変動させる圧力振動源
（圧縮機１０）と，蓄冷材２０が充填された蓄冷器２
と，コールドヘッド３と，パルス管４と，作動ガスの圧
力変動と位置変動との間に位相差を生じさせる第１位相
調節機構（バッファオリフィス８４及びバッファタンク
５）とを順次直列接続してなる。また，第１通路８と第
２通路８２との間には，バイパス通路８３を有すると共
に，その途中にバイパスオリフィス８５を設け，これら
８３，８５により上記位相差を調節する第２位相調節機
構を構成してなる。バイパス通路には，該バイパス通路
８３の連通を遮断する往復動可能な区画体７が配されて
なる。
向流の発生を防止することができ，信頼性の高い，パル
ス管冷凍機を提供すること。 【解決手段】 作動ガスを圧力変動させる圧力振動源
（圧縮機１０）と，蓄冷材２０が充填された蓄冷器２
と，コールドヘッド３と，パルス管４と，作動ガスの圧
力変動と位置変動との間に位相差を生じさせる第１位相
調節機構（バッファオリフィス８４及びバッファタンク
５）とを順次直列接続してなる。また，第１通路８と第
２通路８２との間には，バイパス通路８３を有すると共
に，その途中にバイパスオリフィス８５を設け，これら
８３，８５により上記位相差を調節する第２位相調節機
構を構成してなる。バイパス通路には，該バイパス通路
８３の連通を遮断する往復動可能な区画体７が配されて
なる。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は，パルス管冷凍機に関するもので
あり，特に，圧力振動源とパルス管高温端とをオリフィ
スを介して直接連通するバイパス通路を設けたダブルイ
ンレット型パルス管冷凍機に係るものである。
あり，特に，圧力振動源とパルス管高温端とをオリフィ
スを介して直接連通するバイパス通路を設けたダブルイ
ンレット型パルス管冷凍機に係るものである。
【０００２】
【従来技術】従来より，極低温用の冷凍機として，パル
ス管冷凍機が知られている。パルス管冷凍機は，冷凍機
内に充填した作動ガスの圧縮変動と位置変動との位相を
ずらして振動させることにより，冷却能力を発揮するも
のである。
ス管冷凍機が知られている。パルス管冷凍機は，冷凍機
内に充填した作動ガスの圧縮変動と位置変動との位相を
ずらして振動させることにより，冷却能力を発揮するも
のである。
【０００３】かかる従来のパルス管冷凍機としては，図
３に示すものがある。即ち，従来のパルス管冷凍機９１
は，冷凍機９１内に充填してあるヘリウム等の作動ガス
の圧縮・膨張を繰り返すための圧縮機１０を有する。ま
た，圧縮機１０には，作動ガスと熱交換を行う蓄冷材２
０を充填した蓄冷器２を連結してある。蓄冷器２の高温
端側，つまり上記圧縮機１０側には，放熱器２８を配設
してある。
３に示すものがある。即ち，従来のパルス管冷凍機９１
は，冷凍機９１内に充填してあるヘリウム等の作動ガス
の圧縮・膨張を繰り返すための圧縮機１０を有する。ま
た，圧縮機１０には，作動ガスと熱交換を行う蓄冷材２
０を充填した蓄冷器２を連結してある。蓄冷器２の高温
端側，つまり上記圧縮機１０側には，放熱器２８を配設
してある。
【０００４】蓄冷器２における上記圧縮機１０と反対側
の低温端は，低温発生部であるコールドヘッド３を介し
てパルス管４に連結されている。コールドヘッド３は，
熱伝導のよい銅等よりなる。また，パルス管４は，中空
の管であって，ステンレス鋼等よりなる。
の低温端は，低温発生部であるコールドヘッド３を介し
てパルス管４に連結されている。コールドヘッド３は，
熱伝導のよい銅等よりなる。また，パルス管４は，中空
の管であって，ステンレス鋼等よりなる。
【０００５】パルス管４は，バッファオリフィス８４を
介してバッファタンク５に連結されている。パルス管４
の室温側，つまり上記バッファオリフィス８４側には，
放熱器４８を配設してある。
介してバッファタンク５に連結されている。パルス管４
の室温側，つまり上記バッファオリフィス８４側には，
放熱器４８を配設してある。
【０００６】上記構成のパルス管冷凍機９１において，
圧縮機１０が駆動すると，冷凍機内の作動ガスの圧力変
動が生じる。このとき，バッファタンク５及びバッファ
オリフィス８４の作用により，作動ガスの圧力変動と位
置変動との間に位相差が生じる。このため作動ガスは，
一方に移動して熱を吸い込み，他方に移動して熱を吐き
出す動作を繰り返す。このような動作が蓄冷器２内で連
続的に行なわれることにより，コードヘッド３付近で低
温を発生する。
圧縮機１０が駆動すると，冷凍機内の作動ガスの圧力変
動が生じる。このとき，バッファタンク５及びバッファ
オリフィス８４の作用により，作動ガスの圧力変動と位
置変動との間に位相差が生じる。このため作動ガスは，
一方に移動して熱を吸い込み，他方に移動して熱を吐き
出す動作を繰り返す。このような動作が蓄冷器２内で連
続的に行なわれることにより，コードヘッド３付近で低
温を発生する。
【０００７】パルス管冷凍機は，上記動作により冷凍を
発生するものである。ところで，この種のパルス管冷凍
機において，冷凍効率を向上させるためには，コールド
ヘッド付近の作動ガスの圧力変動と位置変動との位相差
を最適位相差に制御する必要がある。ところが，図３に
示すパルス管冷凍機９１の如き構成であると，作動ガス
の圧力変動と位置変動との間に生じる位相差には限界が
あり，最適位相差に制御することは困難であった。
発生するものである。ところで，この種のパルス管冷凍
機において，冷凍効率を向上させるためには，コールド
ヘッド付近の作動ガスの圧力変動と位置変動との位相差
を最適位相差に制御する必要がある。ところが，図３に
示すパルス管冷凍機９１の如き構成であると，作動ガス
の圧力変動と位置変動との間に生じる位相差には限界が
あり，最適位相差に制御することは困難であった。
【０００８】このような問題を解決して，さらに冷凍能
力を向上させるべく，図４に示すごとき構成のダブルイ
ンレット型パルス管冷凍機９２が提案されている。この
ダブルインレット型パルス管冷凍機９２は，上記通常の
パルス管冷凍機９１において，圧縮機１０と蓄冷器２と
を結ぶ第１通路８１と，パルス管４とバッファオリフィ
ス８４とを結ぶ第２通路８２との間に，両通路８１，８
２を結ぶバイパス通路８３を有する。
力を向上させるべく，図４に示すごとき構成のダブルイ
ンレット型パルス管冷凍機９２が提案されている。この
ダブルインレット型パルス管冷凍機９２は，上記通常の
パルス管冷凍機９１において，圧縮機１０と蓄冷器２と
を結ぶ第１通路８１と，パルス管４とバッファオリフィ
ス８４とを結ぶ第２通路８２との間に，両通路８１，８
２を結ぶバイパス通路８３を有する。
【０００９】そして，該バイパス通路８３には，作動ガ
スの流量を調整するためのバイパスオリフィス８５を設
けている。このバイパスオリフィス８５を有するバイパ
ス通路８３によって，上記バッファタンク及びバッファ
オリフィスによって発生される位相差に修正を加えるこ
とができる。そのため，上記系内の作動ガスの圧力変動
と位置変動との位相差を最適位相差にすることができ
る。それ故，ダブルインレット型パルス管冷凍機９２
は，従来のバイパス通路８３を有していないパルス管冷
凍機９１よりも優れた冷凍能力を発揮するとされてい
る。
スの流量を調整するためのバイパスオリフィス８５を設
けている。このバイパスオリフィス８５を有するバイパ
ス通路８３によって，上記バッファタンク及びバッファ
オリフィスによって発生される位相差に修正を加えるこ
とができる。そのため，上記系内の作動ガスの圧力変動
と位置変動との位相差を最適位相差にすることができ
る。それ故，ダブルインレット型パルス管冷凍機９２
は，従来のバイパス通路８３を有していないパルス管冷
凍機９１よりも優れた冷凍能力を発揮するとされてい
る。
【００１０】
【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来のダ
ブルインレット型パルス管冷凍機９２においては，次の
問題がある。即ち，上記ダブルインレット型パルス管冷
凍機９２は，理想的には優れた冷凍能力を発揮し得る。
しかし，実際には，上記バイパス通路８３を設けたこと
により，上記蓄冷器２とパルス管４との間において，上
記バイパス通路８３を経由して常に一方向に作動ガスが
流れる現象（一方向流）が起こる場合がある。
ブルインレット型パルス管冷凍機９２においては，次の
問題がある。即ち，上記ダブルインレット型パルス管冷
凍機９２は，理想的には優れた冷凍能力を発揮し得る。
しかし，実際には，上記バイパス通路８３を設けたこと
により，上記蓄冷器２とパルス管４との間において，上
記バイパス通路８３を経由して常に一方向に作動ガスが
流れる現象（一方向流）が起こる場合がある。
【００１１】この一方向流が起こった場合には，コール
ドヘッドへの熱の流入がおこり，冷凍能力が大きく低下
し，不安定となる。したがって，ダブルインレット型パ
ルス管冷凍機は，上記作動ガスの圧力変動と位置変動と
の間の位相差を調整する位相調整機能に優れているもの
の，冷凍能力の安定性に欠ける。
ドヘッドへの熱の流入がおこり，冷凍能力が大きく低下
し，不安定となる。したがって，ダブルインレット型パ
ルス管冷凍機は，上記作動ガスの圧力変動と位置変動と
の間の位相差を調整する位相調整機能に優れているもの
の，冷凍能力の安定性に欠ける。
【００１２】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，優れた位相調整機能を保持しつつ，かつ
一方向流の発生を防止することができ，信頼性の高い，
パルス管冷凍機を提供しようとするものである。
されたもので，優れた位相調整機能を保持しつつ，かつ
一方向流の発生を防止することができ，信頼性の高い，
パルス管冷凍機を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題の解決手段】請求項１の発明は，作動ガスを圧力
変動させる圧力振動源と，蓄冷材が充填された蓄冷器
と，コールドヘッドと，パルス管と，作動ガスの圧力変
動と位置変動との間に位相差を生じさせる第１位相調節
機構とを順次直列接続してなり，上記圧力振動源と上記
蓄冷器とを結ぶ第１通路と，上記パルス管と上記第１位
相調節機構とを結ぶ第２通路との間には，両通路を結ぶ
バイパス通路を有すると共に，該バイパス通路の途中に
バイパスオリフィスを設け，上記バイパス通路及び上記
バイパスオリフィスにより作動ガスの圧力変動と位置変
動との間の位相差を調節する第２位相調節機構を構成し
てなるパルス管冷凍機において，上記バイパス通路に，
該バイパス通路の連通を遮断する往復動可能な区画体が
配されてなることを特徴とするパルス管冷凍機にある。
変動させる圧力振動源と，蓄冷材が充填された蓄冷器
と，コールドヘッドと，パルス管と，作動ガスの圧力変
動と位置変動との間に位相差を生じさせる第１位相調節
機構とを順次直列接続してなり，上記圧力振動源と上記
蓄冷器とを結ぶ第１通路と，上記パルス管と上記第１位
相調節機構とを結ぶ第２通路との間には，両通路を結ぶ
バイパス通路を有すると共に，該バイパス通路の途中に
バイパスオリフィスを設け，上記バイパス通路及び上記
バイパスオリフィスにより作動ガスの圧力変動と位置変
動との間の位相差を調節する第２位相調節機構を構成し
てなるパルス管冷凍機において，上記バイパス通路に，
該バイパス通路の連通を遮断する往復動可能な区画体が
配されてなることを特徴とするパルス管冷凍機にある。
【００１４】本発明において最も注目すべきことは，上
記バイパス通路に，該バイパス通路内の連通を遮断し，
かつバイパス通路内を往復動可能である区画体を配置し
たことである。
記バイパス通路に，該バイパス通路内の連通を遮断し，
かつバイパス通路内を往復動可能である区画体を配置し
たことである。
【００１５】上記圧力振動源は，パルス管冷凍機内部に
充填される作動ガスの圧力を変動させるものである。そ
して，その構造としては，従来技術において示したよう
にピストンを往復動させるピストンタイプのものを用い
ることもできるし，また，高圧吐出弁及び低圧吸入弁を
備えたコンプレッサーを用いることもでき，少なくと
も，作動ガスの圧力を変動させることが必要である。
充填される作動ガスの圧力を変動させるものである。そ
して，その構造としては，従来技術において示したよう
にピストンを往復動させるピストンタイプのものを用い
ることもできるし，また，高圧吐出弁及び低圧吸入弁を
備えたコンプレッサーを用いることもでき，少なくと
も，作動ガスの圧力を変動させることが必要である。
【００１６】上記蓄冷器に充填されている蓄冷材として
は，例えば，ステンレス鋼，リン酸銅等のメッシュを用
いる。また，上記蓄冷器の高温端側，つまり上記圧力振
動源側には，放熱器を配設することが好ましい。これに
より効率よく冷凍能力を発揮することができる。
は，例えば，ステンレス鋼，リン酸銅等のメッシュを用
いる。また，上記蓄冷器の高温端側，つまり上記圧力振
動源側には，放熱器を配設することが好ましい。これに
より効率よく冷凍能力を発揮することができる。
【００１７】また，上記パルス管は，上記第１相調節機
構により発生する熱が振動によりコールドヘッドに伝達
されるのを防止するように設けられる中空管である。ま
た，上記パルス管の高温端，つまり上記第１位相調節機
構側にも，放熱用の熱交換器を配設することが好まし
い。これにより，さらに効率よく冷凍能力を発揮するこ
とができる。
構により発生する熱が振動によりコールドヘッドに伝達
されるのを防止するように設けられる中空管である。ま
た，上記パルス管の高温端，つまり上記第１位相調節機
構側にも，放熱用の熱交換器を配設することが好まし
い。これにより，さらに効率よく冷凍能力を発揮するこ
とができる。
【００１８】上記コールドヘッドは，上記蓄冷器の低温
端部と上記パルス管の低温端部との間に設けられてい
る。また，このコールドヘッドは，冷却されるべき被冷
却体からの熱を効率よく奪うため，例えば銅のように熱
伝導性に優れた材料により構成する。上記第１位相調節
機構は，作動ガスの圧力変動と位置変動との位相差を生
じさせるためのものである。位相調節機構として，例え
ば冷凍機の容積よりも充分大きな容積をもつバッファタ
ンク及びオリフィス等で構成することができる。
端部と上記パルス管の低温端部との間に設けられてい
る。また，このコールドヘッドは，冷却されるべき被冷
却体からの熱を効率よく奪うため，例えば銅のように熱
伝導性に優れた材料により構成する。上記第１位相調節
機構は，作動ガスの圧力変動と位置変動との位相差を生
じさせるためのものである。位相調節機構として，例え
ば冷凍機の容積よりも充分大きな容積をもつバッファタ
ンク及びオリフィス等で構成することができる。
【００１９】そして，上記の如く，上記第１通路と第２
通路との間に設けたバイパス通路には，上記区画体と上
記バイパスオリフィスが設けてあり，このバイパス通路
及びバイパスオリフィスにより上記第２位相調節機構が
構成される。第２位相調節機構は，上記第１位相調節機
構により生じる作動ガスの圧力変動と位置変動との間の
位相差をさらに最適な位相差に修正するものである。
通路との間に設けたバイパス通路には，上記区画体と上
記バイパスオリフィスが設けてあり，このバイパス通路
及びバイパスオリフィスにより上記第２位相調節機構が
構成される。第２位相調節機構は，上記第１位相調節機
構により生じる作動ガスの圧力変動と位置変動との間の
位相差をさらに最適な位相差に修正するものである。
【００２０】また，上記区画体は，上記バイパス通路内
の連通を遮断し，上記バイパス通路を上記第１通路側と
上記第２通路側とに区画している。さらに上記区画体
は，上記第１通路側の圧力と上記第２通路側の圧力に応
じて自由に往復動可能とされる。
の連通を遮断し，上記バイパス通路を上記第１通路側と
上記第２通路側とに区画している。さらに上記区画体
は，上記第１通路側の圧力と上記第２通路側の圧力に応
じて自由に往復動可能とされる。
【００２１】次に，本発明における作用につき説明す
る。本発明のパルス管冷凍機は，上記バイパス通路を有
し，該バイパス通路には，上記区画体を設けてなる。そ
のため，上記バイパス通路は，上記区画体によってその
連通が遮断され，該区画体の前後の作動ガスが行き交う
ことはない。それ故，バイパス通路を設けてあっても，
蓄冷器とパルス管との間にバイパス通路を経由して一方
向流が発生するという従来の不具合を確実に防止するこ
とができる。
る。本発明のパルス管冷凍機は，上記バイパス通路を有
し，該バイパス通路には，上記区画体を設けてなる。そ
のため，上記バイパス通路は，上記区画体によってその
連通が遮断され，該区画体の前後の作動ガスが行き交う
ことはない。それ故，バイパス通路を設けてあっても，
蓄冷器とパルス管との間にバイパス通路を経由して一方
向流が発生するという従来の不具合を確実に防止するこ
とができる。
【００２２】さらに，上記区画体は，バイパス通路の内
部を往復動可能に配置される。そのため，上記区画体の
前後における，作動ガスの振動は，上記区画体の移動に
よってその前後に確実に伝えることができる。即ち，上
記バイパス通路においては，上記区画体の存在によっ
て，上記一方向流の発生を確実に防止しつつ，上記作動
ガスの振動の伝達を行なうことができる。
部を往復動可能に配置される。そのため，上記区画体の
前後における，作動ガスの振動は，上記区画体の移動に
よってその前後に確実に伝えることができる。即ち，上
記バイパス通路においては，上記区画体の存在によっ
て，上記一方向流の発生を確実に防止しつつ，上記作動
ガスの振動の伝達を行なうことができる。
【００２３】そして，上記バイパス通路には，上記バイ
パスオリフィスを設けている。このバイパスオリフィス
は，従来のダブルインレット型の場合と同様に，バイパ
ス通路における作動ガスの流量を制御する。この流量の
制御により修正される作動ガスの圧力変動と位置変動と
の間の位相差は，上記区画体を介して，その前後に確実
に伝達される。
パスオリフィスを設けている。このバイパスオリフィス
は，従来のダブルインレット型の場合と同様に，バイパ
ス通路における作動ガスの流量を制御する。この流量の
制御により修正される作動ガスの圧力変動と位置変動と
の間の位相差は，上記区画体を介して，その前後に確実
に伝達される。
【００２４】このように，本発明においては，上記バイ
パスオリフィスおよび上記区画体を有するバイパス通路
で構成される第２位相調整機構を設けることによって，
従来のダブルインレット型と同様に，作動ガスの圧力変
動と位置変動との間に最適な位相差を実現することがで
きる一方，上記一方向流の発生を確実に防止することが
できる。それ故，本発明のパルス管冷凍機によって得ら
れる冷凍能力は，一層向上し，また安定した状態とな
る。
パスオリフィスおよび上記区画体を有するバイパス通路
で構成される第２位相調整機構を設けることによって，
従来のダブルインレット型と同様に，作動ガスの圧力変
動と位置変動との間に最適な位相差を実現することがで
きる一方，上記一方向流の発生を確実に防止することが
できる。それ故，本発明のパルス管冷凍機によって得ら
れる冷凍能力は，一層向上し，また安定した状態とな
る。
【００２５】また，請求項２の発明のように，上記バイ
パス通路に分断シリンダを設け，分断シリンダの内部
に，往復動可能な区画体を設け，この区画体により，上
記第１通路に連通する第１室と上記第２通路に連通する
第２室とを区画するよう構成することもできる。この場
合には，上記区画体は上記分断シリンダ内を往復するこ
とになり，区画体の往復動作が安定する。
パス通路に分断シリンダを設け，分断シリンダの内部
に，往復動可能な区画体を設け，この区画体により，上
記第１通路に連通する第１室と上記第２通路に連通する
第２室とを区画するよう構成することもできる。この場
合には，上記区画体は上記分断シリンダ内を往復するこ
とになり，区画体の往復動作が安定する。
【００２６】また，請求項３の発明のように，上記区画
体は，伸縮可能なベローズにより構成することができ
る。この場合には，摺動部を設けることなく区画体が往
復動可能となる。そのため，区画体の往復動の抵抗を極
力小さくすることができる。
体は，伸縮可能なベローズにより構成することができ
る。この場合には，摺動部を設けることなく区画体が往
復動可能となる。そのため，区画体の往復動の抵抗を極
力小さくすることができる。
【００２７】また，請求項４の発明のように，上記圧力
振動源は，上記第１通路に連通する圧縮室と，該圧縮室
と外部とを区画する伸縮可能なベローズとより構成する
ことができる。この場合には，該ベローズを伸縮するこ
とによって上記作動ガスの圧縮・膨張を発生させること
ができる。これにより，従来の摺動型ピストンタイプの
場合におけるシール材の摩耗による作動ガス汚染等を防
止することができる。
振動源は，上記第１通路に連通する圧縮室と，該圧縮室
と外部とを区画する伸縮可能なベローズとより構成する
ことができる。この場合には，該ベローズを伸縮するこ
とによって上記作動ガスの圧縮・膨張を発生させること
ができる。これにより，従来の摺動型ピストンタイプの
場合におけるシール材の摩耗による作動ガス汚染等を防
止することができる。
【００２８】
実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかるパルス管冷凍機につき，図
１を用いて説明する。本例のパルス管冷凍機１は，図１
に示すごとく，作動ガスの圧力変動を発生させるための
圧縮機１０と，蓄冷材２０を充填した蓄冷器２と，極低
温を発生するコールドヘッド３と，中空状のパルス管４
と，作動ガスの流量を調節するためのバッファオリフィ
ス８４と，バッファタンク５とを順次直列に連結してな
る。ここで，圧縮機１０が本発明における圧力振動源
に，バッファオリフィス８４及びバッファタンク５が本
発明における第１位相調節機構に相当する。
１を用いて説明する。本例のパルス管冷凍機１は，図１
に示すごとく，作動ガスの圧力変動を発生させるための
圧縮機１０と，蓄冷材２０を充填した蓄冷器２と，極低
温を発生するコールドヘッド３と，中空状のパルス管４
と，作動ガスの流量を調節するためのバッファオリフィ
ス８４と，バッファタンク５とを順次直列に連結してな
る。ここで，圧縮機１０が本発明における圧力振動源
に，バッファオリフィス８４及びバッファタンク５が本
発明における第１位相調節機構に相当する。
【００２９】そして，圧縮機１０と蓄冷器２とを結ぶ第
１通路８１と，パルス管４と上記バッファオリフィス８
４とを結ぶ第２通路８２との間には，両通路８１，８２
を結ぶバイパス通路８３を有する。該バイパス通路８３
には作動ガスの流量を調整するためのバイパスオリフィ
ス８５を設けてなる。ここで，バイパス通路８３及びバ
イパスオリフィス８５が本発明における第２位相調節機
構に相当する。
１通路８１と，パルス管４と上記バッファオリフィス８
４とを結ぶ第２通路８２との間には，両通路８１，８２
を結ぶバイパス通路８３を有する。該バイパス通路８３
には作動ガスの流量を調整するためのバイパスオリフィ
ス８５を設けてなる。ここで，バイパス通路８３及びバ
イパスオリフィス８５が本発明における第２位相調節機
構に相当する。
【００３０】また，バイパス通路８３には，該バイパス
通路８３を分断する分断シリンダ６を，バイパスオリフ
ィス８５と上記第１通路８１との間に設けている。該分
断シリンダ６の内部は，往復移動可能な区画体７によっ
て，第１通路８１に連通する第１室６１と第２通路８２
に連通する第２室６２とに区画されている。
通路８３を分断する分断シリンダ６を，バイパスオリフ
ィス８５と上記第１通路８１との間に設けている。該分
断シリンダ６の内部は，往復移動可能な区画体７によっ
て，第１通路８１に連通する第１室６１と第２通路８２
に連通する第２室６２とに区画されている。
【００３１】以下，これを詳述する。上記圧縮機１０
は，図１に示すごとく，本体部１１と該本体部１１内に
ピストンリング１２１を介して摺動可能に配設したピス
トン１２とよりなる。そして，このピストン１２を往復
動させることにより，ピストン１２と本体部１１とによ
り形成されている圧縮室１３内の作動ガスを圧縮・膨張
するよう構成されている。
は，図１に示すごとく，本体部１１と該本体部１１内に
ピストンリング１２１を介して摺動可能に配設したピス
トン１２とよりなる。そして，このピストン１２を往復
動させることにより，ピストン１２と本体部１１とによ
り形成されている圧縮室１３内の作動ガスを圧縮・膨張
するよう構成されている。
【００３２】また，図１に示すごとく，上記蓄冷器２，
コールドヘッド３，パルス管４，バッファオリフィス８
４，及びバッファタンク５については，従来例と同様で
ある。そして，上記蓄冷器２及びパルス管４の室温側に
は，放熱用の熱交換器２８，４８を設けてある。また，
バイパス通路８３にバイパスオリフィス８５を設けてあ
る。
コールドヘッド３，パルス管４，バッファオリフィス８
４，及びバッファタンク５については，従来例と同様で
ある。そして，上記蓄冷器２及びパルス管４の室温側に
は，放熱用の熱交換器２８，４８を設けてある。また，
バイパス通路８３にバイパスオリフィス８５を設けてあ
る。
【００３３】バイパス通路８３における分断シリンダ６
は，図１に示すごとく，伸縮可能なベローズよりなる区
画体７を有する。区画体７のパルス管高温端側には，上
記第２通路８２側に連通した第１室６２が形成されてお
り，一方，区画体７の蓄冷器高温端側には，上記第１通
路８１側に連通した第２室６１が形成されている。そし
て，区画体７が伸縮することによって，第１室８１及び
第２室８２の容積が変化するように構成されている。
は，図１に示すごとく，伸縮可能なベローズよりなる区
画体７を有する。区画体７のパルス管高温端側には，上
記第２通路８２側に連通した第１室６２が形成されてお
り，一方，区画体７の蓄冷器高温端側には，上記第１通
路８１側に連通した第２室６１が形成されている。そし
て，区画体７が伸縮することによって，第１室８１及び
第２室８２の容積が変化するように構成されている。
【００３４】次に，本例におけるパルス管冷凍機の作動
について説明する。まず，圧縮機１０が駆動してピスト
ン１２が往復動すると，圧縮室１３内の作動ガスが周期
的に高圧状態から低圧状態への圧力変動を繰り返す。こ
の周期的な圧力変動は，圧縮室１３に連通しているパル
ス管冷凍機１内の作動ガスに伝達され，系内の作動ガス
も圧力変動を起こす。
について説明する。まず，圧縮機１０が駆動してピスト
ン１２が往復動すると，圧縮室１３内の作動ガスが周期
的に高圧状態から低圧状態への圧力変動を繰り返す。こ
の周期的な圧力変動は，圧縮室１３に連通しているパル
ス管冷凍機１内の作動ガスに伝達され，系内の作動ガス
も圧力変動を起こす。
【００３５】このとき，バッファタンク５及びバッファ
オリフィス８４で構成される第１位相調節機構と，バイ
パス通路８３及びバッファオリフィス８５で構成される
第２位相調節機構との作用により，系内の作動ガスの圧
力変動と位相変動との位相差が，コールドヘッド３の部
分において最適位相差となるように調節される。これに
より，コールドヘッド３内の熱が蓄冷器２側に受け渡さ
れ，コールドヘッド３において極低温を発生する。
オリフィス８４で構成される第１位相調節機構と，バイ
パス通路８３及びバッファオリフィス８５で構成される
第２位相調節機構との作用により，系内の作動ガスの圧
力変動と位相変動との位相差が，コールドヘッド３の部
分において最適位相差となるように調節される。これに
より，コールドヘッド３内の熱が蓄冷器２側に受け渡さ
れ，コールドヘッド３において極低温を発生する。
【００３６】本例のパルス管冷凍機１においては，上記
バイパス通路８３に分断シリンダ６を設けてある。さら
に，分断シリンダ６には，伸縮可能なベローズよりなる
区画体７がその内部に配されており，この区画体７によ
り分断シリンダ６内を第１室６１と第２室６２とに区画
している。このためバイパス通路８３内を流れる作動ガ
スは区画体７によりせき止められ，第１室６１と第２室
６２とで作動ガスが行き交うことはない。それ故，バイ
パス通路８３を設けてあっても，蓄冷器２とパルス管４
との間に一方向流が発生することがない。
バイパス通路８３に分断シリンダ６を設けてある。さら
に，分断シリンダ６には，伸縮可能なベローズよりなる
区画体７がその内部に配されており，この区画体７によ
り分断シリンダ６内を第１室６１と第２室６２とに区画
している。このためバイパス通路８３内を流れる作動ガ
スは区画体７によりせき止められ，第１室６１と第２室
６２とで作動ガスが行き交うことはない。それ故，バイ
パス通路８３を設けてあっても，蓄冷器２とパルス管４
との間に一方向流が発生することがない。
【００３７】さらに，区画体７は，ベローズより構成さ
れているため，第１室６１と第２室６２とで圧力差が生
じた場合には伸縮し，両室間における圧力変化（圧力変
動）は伝達可能である。例えば，第１室６１が第２室６
２よりも高圧であった場合，ベローズが縮み，第２室６
２の容積が減少される。このため第２室６２も高圧状態
となる。また逆に，第２室６２が第１室６１よりも高圧
であった場合，ベローズが伸び，第１室６１の容積が減
少される。このため第１室６１も高圧となる。
れているため，第１室６１と第２室６２とで圧力差が生
じた場合には伸縮し，両室間における圧力変化（圧力変
動）は伝達可能である。例えば，第１室６１が第２室６
２よりも高圧であった場合，ベローズが縮み，第２室６
２の容積が減少される。このため第２室６２も高圧状態
となる。また逆に，第２室６２が第１室６１よりも高圧
であった場合，ベローズが伸び，第１室６１の容積が減
少される。このため第１室６１も高圧となる。
【００３８】即ち，バイパス通路８３においては，区画
体７の存在によって，一方向流の発生を確実に防止しつ
つ，圧力変動の伝達を行なうことができる。このため，
バイパス通路８３及びバイパスオリフィス８４によって
構成される第２位相調節機構は，作動ガスの圧力変動と
位置変動との間の位相差を調節する機能を損なうことな
く，かつバイパス通路８３を通る一方向流を遮断してコ
ールドヘッドの熱流入を防止することができる。よっ
て，従来よりも一層冷凍能力が安定し，向上する。
体７の存在によって，一方向流の発生を確実に防止しつ
つ，圧力変動の伝達を行なうことができる。このため，
バイパス通路８３及びバイパスオリフィス８４によって
構成される第２位相調節機構は，作動ガスの圧力変動と
位置変動との間の位相差を調節する機能を損なうことな
く，かつバイパス通路８３を通る一方向流を遮断してコ
ールドヘッドの熱流入を防止することができる。よっ
て，従来よりも一層冷凍能力が安定し，向上する。
【００３９】実施形態例２ 本例のパルス管冷凍機１０４においては，図２に示すご
とく，実施形態例１における圧縮機１０に代えて，伸縮
可能なベローズ１２４を用いた圧縮機１４を用いた。即
ち，圧縮機１４は，第１通路８１に連通する圧縮室１３
と，該圧縮室１３と外部とを区画する伸縮可能なベロー
ズ１２４とより構成した。ベローズ１２４は，ロッド１
２５の円板状座板１２６の外周に配設されており，ロッ
ド１２５の往復動により伸縮するように構成されてい
る。
とく，実施形態例１における圧縮機１０に代えて，伸縮
可能なベローズ１２４を用いた圧縮機１４を用いた。即
ち，圧縮機１４は，第１通路８１に連通する圧縮室１３
と，該圧縮室１３と外部とを区画する伸縮可能なベロー
ズ１２４とより構成した。ベローズ１２４は，ロッド１
２５の円板状座板１２６の外周に配設されており，ロッ
ド１２５の往復動により伸縮するように構成されてい
る。
【００４０】本例においては，上記圧縮機１４及び分断
シリンダ６のいずれにおいも，摺動部を排除することが
できる。そのため，シール材の摩耗による作動ガス汚れ
を防止することができ，冷凍機の信頼性を向上させるこ
とができる。その他，実施形態例１と同様の効果が得ら
れる。
シリンダ６のいずれにおいも，摺動部を排除することが
できる。そのため，シール材の摩耗による作動ガス汚れ
を防止することができ，冷凍機の信頼性を向上させるこ
とができる。その他，実施形態例１と同様の効果が得ら
れる。
【００４１】実施形態例３ 本例においては，実施形態例１における圧縮機１０に代
えて，高圧吐出弁および低圧吸入弁を備えたコンプレッ
サを用いた。この場合には，高圧吐出弁と低圧吸入弁と
を交互に開閉することによって圧力変動を生じさせるこ
とができる。その他，実施形態例２と同様の効果が得ら
れる。
えて，高圧吐出弁および低圧吸入弁を備えたコンプレッ
サを用いた。この場合には，高圧吐出弁と低圧吸入弁と
を交互に開閉することによって圧力変動を生じさせるこ
とができる。その他，実施形態例２と同様の効果が得ら
れる。
【００４２】
【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，優れた
位相調整機能を保持しつつ，かつ一方向流の発生を防止
することができ，信頼性の高い，パルス管冷凍機を提供
することができる。
位相調整機能を保持しつつ，かつ一方向流の発生を防止
することができ，信頼性の高い，パルス管冷凍機を提供
することができる。
【図１】実施形態例１のパルス管冷凍機の構成を示す説
明図。
明図。
【図２】実施形態例２のパルス管冷凍機の構成を示す説
明図。
明図。
【図３】従来例のパルス管冷凍機の構成を示す説明図。
【図４】従来例における，ダブルインレット型パルス管
冷凍機の構成を示す説明図。
冷凍機の構成を示す説明図。
１，１０４．．．パルス管冷凍機， ２．．．蓄冷器， ２０．．．蓄冷材， ３．．．コールドヘッド， ４．．．パルス管， ５．．．バッファタンク， ６，６０４．．．分断シリンダ， ６１．．．第１室， ６２．．．第２室， ７，７０４．．．区画体， ８１．．．第１通路， ８２．．．第２通路， ８３．．．バイパス通路， ８４．．．バッファオリフィス， ８５．．．バイパスオリフィス，
Claims (4)
- 【請求項１】 作動ガスを圧力変動させる圧力振動源
と，蓄冷材が充填された蓄冷器と，コールドヘッドと，
パルス管と，作動ガスの圧力変動と位置変動との間に位
相差を生じさせる第１位相調節機構とを順次直列接続し
てなり，上記圧力振動源と上記蓄冷器とを結ぶ第１通路
と，上記パルス管と上記第１位相調節機構とを結ぶ第２
通路との間には，両通路を結ぶバイパス通路を有すると
共に，該バイパス通路の途中にバイパスオリフィスを設
け，上記バイパス通路及び上記バイパスオリフィスによ
り作動ガスの圧力変動と位置変動との間の位相差を調節
する第２位相調節機構を構成してなるパルス管冷凍機に
おいて，上記バイパス通路に，該バイパス通路の連通を
遮断する往復動可能な区画体が配されてなることを特徴
とするパルス管冷凍機。 - 【請求項２】 請求項１において，上記バイパス通路に
は，該バイパス通路を分断する分断シリンダを設けてな
り，該分断シリンダの内部は，往復動可能な上記区画体
によって，上記第１通路に連通する第１室と上記第２通
路に連通する第２室とに区画されていることを特徴とす
るパルス管冷凍機。 - 【請求項３】 請求項１または２において，上記区画体
は，伸縮可能なベローズであることを特徴とするパルス
管冷凍機。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項において，
上記圧力振動源は，上記第１通路に連通する圧縮室と，
該圧縮室と外部とを区画する伸縮可能なベローズとより
なることを特徴とするパルス管冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13274896A JP3674151B2 (ja) | 1996-04-29 | 1996-04-29 | パルス管冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13274896A JP3674151B2 (ja) | 1996-04-29 | 1996-04-29 | パルス管冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09296965A true JPH09296965A (ja) | 1997-11-18 |
| JP3674151B2 JP3674151B2 (ja) | 2005-07-20 |
Family
ID=15088665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13274896A Expired - Fee Related JP3674151B2 (ja) | 1996-04-29 | 1996-04-29 | パルス管冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3674151B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6938426B1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-09-06 | Praxair Technology, Inc. | Cryocooler system with frequency modulating mechanical resonator |
| WO2006112741A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-10-26 | Industrial Research Limited | Pressure wave generator |
| EP1738117A2 (en) * | 2004-03-23 | 2007-01-03 | Praxair Technology, Inc. | Resonant linear motor driven cryocooler system |
| CN1304799C (zh) * | 2005-10-09 | 2007-03-14 | 浙江大学 | 具有波纹管直流阻断结构的双向进气型脉管制冷机 |
| US8984898B2 (en) | 2005-04-21 | 2015-03-24 | Industrial Research Limited | Cryogenic refrigerator system with pressure wave generator |
-
1996
- 1996-04-29 JP JP13274896A patent/JP3674151B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007530904A (ja) * | 2004-03-23 | 2007-11-01 | プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド | 共振リニアモータ駆動クライオクーラー・システム |
| EP1738117A4 (en) * | 2004-03-23 | 2009-03-04 | Praxair Technology Inc | RESONANCE LINEAR MOTOR DRIVEN CRYO COOLER SYSTEM |
| EP1738117A2 (en) * | 2004-03-23 | 2007-01-03 | Praxair Technology, Inc. | Resonant linear motor driven cryocooler system |
| EP1740891A1 (en) * | 2004-03-30 | 2007-01-10 | Praxair Technology, Inc. | Cryocooler system with frequency modulating mechanical resonator |
| US6938426B1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-09-06 | Praxair Technology, Inc. | Cryocooler system with frequency modulating mechanical resonator |
| JP2007530911A (ja) * | 2004-03-30 | 2007-11-01 | プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド | 周波数変換の機械的共振器を備えた低温冷却器システム |
| EP1740891A4 (en) * | 2004-03-30 | 2009-02-25 | Praxair Technology Inc | CRYOGENIC COOLER SYSTEM WITH MECHANICAL RESONATOR WITH FREQUENCY MODULATION |
| JP2008542671A (ja) * | 2005-04-21 | 2008-11-27 | インダストリアル リサーチ リミテッド | 圧力波発生器 |
| WO2006112741A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-10-26 | Industrial Research Limited | Pressure wave generator |
| US8171742B2 (en) | 2005-04-21 | 2012-05-08 | Industrial Research Limited | Pressure wave generator |
| KR101271948B1 (ko) * | 2005-04-21 | 2013-06-07 | 인더스트리얼 리서치 리미티드 | 압력파 생성장치 |
| US8984898B2 (en) | 2005-04-21 | 2015-03-24 | Industrial Research Limited | Cryogenic refrigerator system with pressure wave generator |
| CN1304799C (zh) * | 2005-10-09 | 2007-03-14 | 浙江大学 | 具有波纹管直流阻断结构的双向进气型脉管制冷机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3674151B2 (ja) | 2005-07-20 |
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