JPH10267445A - パルス管冷凍機 - Google Patents
パルス管冷凍機Info
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- JPH10267445A JPH10267445A JP7721597A JP7721597A JPH10267445A JP H10267445 A JPH10267445 A JP H10267445A JP 7721597 A JP7721597 A JP 7721597A JP 7721597 A JP7721597 A JP 7721597A JP H10267445 A JPH10267445 A JP H10267445A
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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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- 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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- 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
- F25B2309/1424—Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir
-
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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
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- 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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- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、パルス管冷凍機の冷却原理を用い
て冷却部における流体の圧力及び変位の位相差を、熱損
失なく簡易に制御できるようにして、小型化が可能な構
成で、かつ動作安定性及び冷却効率を向上させることを
課題とする。 【解決手段】 パルス管冷凍機１００は、一端側に冷却
部３が形成され、内部に蓄冷材が充填された蓄冷器２
と、蓄冷器２の他端側に設けられ、蓄冷器２側に収納さ
れたガスに所定の圧縮、膨張サイクルで圧力及び変位を
与える圧縮機１と、冷却部３に接し、蓄冷器２と略平行
に延在するパルス管４と、パルス管４の他端側に設けら
れ、パルス管４側に収納されたガスに所定の圧力及び変
位を与える位相調整部１０と、位相調整部１０と蓄冷器
２の他端側とを連通し、位相調整部１０に蓄冷器２側の
ガスの一部が流出入するパイプ５と、流量調整バルブ６
を介してパルス管４側のガスが流出入するバッファタン
ク７とを有して構成されている。
て冷却部における流体の圧力及び変位の位相差を、熱損
失なく簡易に制御できるようにして、小型化が可能な構
成で、かつ動作安定性及び冷却効率を向上させることを
課題とする。 【解決手段】 パルス管冷凍機１００は、一端側に冷却
部３が形成され、内部に蓄冷材が充填された蓄冷器２
と、蓄冷器２の他端側に設けられ、蓄冷器２側に収納さ
れたガスに所定の圧縮、膨張サイクルで圧力及び変位を
与える圧縮機１と、冷却部３に接し、蓄冷器２と略平行
に延在するパルス管４と、パルス管４の他端側に設けら
れ、パルス管４側に収納されたガスに所定の圧力及び変
位を与える位相調整部１０と、位相調整部１０と蓄冷器
２の他端側とを連通し、位相調整部１０に蓄冷器２側の
ガスの一部が流出入するパイプ５と、流量調整バルブ６
を介してパルス管４側のガスが流出入するバッファタン
ク７とを有して構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導デバイス等
の冷却に適用が可能なパルス管冷凍機に関し、特に動作
安定性が高く、かつ冷却能力に優れたパルス管冷凍機に
関する。
の冷却に適用が可能なパルス管冷凍機に関し、特に動作
安定性が高く、かつ冷却能力に優れたパルス管冷凍機に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、冷却される部位にピストンな
どの駆動部材を設けることなく、パルス管内のガス（流
体）を圧縮・膨張させつつ変位させて、冷却部に載置さ
れた被冷却物から熱を奪って冷却するパルス管冷凍機が
知られている。一方、近年の超伝導に関する研究の進展
に伴い、臨界温度が液体窒素温度（７７Ｋ）を越える高
温超伝導物質の存在が注目を集めている。そして、この
ような高温超伝導物質の種々の製品への適用に際し、パ
ルス管内にガスを収容するだけの簡単な構成で小型化が
容易であるとともに、ガスをパルス管内に圧送・吸引す
る装置は外付けすることができる等の特徴を有するパル
ス管冷凍機が注目され、各種の改良開発が進められてい
る。
どの駆動部材を設けることなく、パルス管内のガス（流
体）を圧縮・膨張させつつ変位させて、冷却部に載置さ
れた被冷却物から熱を奪って冷却するパルス管冷凍機が
知られている。一方、近年の超伝導に関する研究の進展
に伴い、臨界温度が液体窒素温度（７７Ｋ）を越える高
温超伝導物質の存在が注目を集めている。そして、この
ような高温超伝導物質の種々の製品への適用に際し、パ
ルス管内にガスを収容するだけの簡単な構成で小型化が
容易であるとともに、ガスをパルス管内に圧送・吸引す
る装置は外付けすることができる等の特徴を有するパル
ス管冷凍機が注目され、各種の改良開発が進められてい
る。
【０００３】この種のパルス管冷凍機の基本原理は、冷
却部（熱交換器）に接するガスを膨張させて冷却部に載
置された被冷却物から吸熱する行程と、吸熱したガスを
隣接する蓄冷器方向に変位させるとともに、圧縮させて
蓄冷器に放熱する行程との一連の熱交換サイクルを、蓄
冷器でも行なわせることによって、冷却部から奪った熱
を蓄冷器に蓄熱させつつ、放熱を行なう外部方向へ順次
運び出す熱流を発生させ、冷却部を極低温に冷却するも
のである、と理解されている。
却部（熱交換器）に接するガスを膨張させて冷却部に載
置された被冷却物から吸熱する行程と、吸熱したガスを
隣接する蓄冷器方向に変位させるとともに、圧縮させて
蓄冷器に放熱する行程との一連の熱交換サイクルを、蓄
冷器でも行なわせることによって、冷却部から奪った熱
を蓄冷器に蓄熱させつつ、放熱を行なう外部方向へ順次
運び出す熱流を発生させ、冷却部を極低温に冷却するも
のである、と理解されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このパルス管冷凍機
は、ガスの圧縮・膨張（圧力）と変位とに大きな位相
差、理想的には９０゜の位相差を持たせることが、効率
のよい冷却を実現するためには必要であるが、旧来のも
のでは、単に蓄冷器およびパルス管にガスを圧送・吸引
するように圧縮機を連結するだけであったため、蓄冷器
およびパルス管の間に形成される冷却部での位相差を制
御することができず冷却能力が不十分であった（いわゆ
る、ベーシック型）。
は、ガスの圧縮・膨張（圧力）と変位とに大きな位相
差、理想的には９０゜の位相差を持たせることが、効率
のよい冷却を実現するためには必要であるが、旧来のも
のでは、単に蓄冷器およびパルス管にガスを圧送・吸引
するように圧縮機を連結するだけであったため、蓄冷器
およびパルス管の間に形成される冷却部での位相差を制
御することができず冷却能力が不十分であった（いわゆ
る、ベーシック型）。
【０００５】このことから、近年のパルス管冷凍機で
は、図４（ａ）に示すように、ガスの流路として、圧縮
機１、蓄冷器２およびパルス管４を直列に接続配置し、
さらにパルス管４の後端部にオリフィス６´を介してバ
ッファタンク７を設けることによって、圧縮機１のシリ
ンダ内を往復するピストンの移動とパルス管４内のガス
の圧縮・膨張との間の位相差を制御できるようにした構
成が知られている（いわゆる、オリフィス型）。
は、図４（ａ）に示すように、ガスの流路として、圧縮
機１、蓄冷器２およびパルス管４を直列に接続配置し、
さらにパルス管４の後端部にオリフィス６´を介してバ
ッファタンク７を設けることによって、圧縮機１のシリ
ンダ内を往復するピストンの移動とパルス管４内のガス
の圧縮・膨張との間の位相差を制御できるようにした構
成が知られている（いわゆる、オリフィス型）。
【０００６】さらに、図４（ｂ）に示すように、圧縮機
１と蓄冷器２の間からパルス管４とオリフィス６´の間
に別個のオリフィス９を有するバイパス流路８を設ける
ことによって、パルス管４内のガスの圧縮・膨張に同期
するようにオリフィス６´側から補助的にガスを導入し
て、冷却効率を向上させることが提案されている（いわ
ゆる、ダブルインレット型）。
１と蓄冷器２の間からパルス管４とオリフィス６´の間
に別個のオリフィス９を有するバイパス流路８を設ける
ことによって、パルス管４内のガスの圧縮・膨張に同期
するようにオリフィス６´側から補助的にガスを導入し
て、冷却効率を向上させることが提案されている（いわ
ゆる、ダブルインレット型）。
【０００７】しかしながら、このような従来のパルス管
冷凍機において、オリフィス型では、オリフィス６´に
よりバッファタンク７に流出入するガスの流量を絞るだ
けなので冷却部３での圧力及び変位の位相差を理想値で
ある９０゜に近付けることが難しく、冷却能力の向上の
点で課題を有し、一方ダブルインレット型では、バイパ
ス流路８を設けたことによりガスに循環流が発生して熱
損失が生じてしまい、動作安定性に劣るという問題があ
った。
冷凍機において、オリフィス型では、オリフィス６´に
よりバッファタンク７に流出入するガスの流量を絞るだ
けなので冷却部３での圧力及び変位の位相差を理想値で
ある９０゜に近付けることが難しく、冷却能力の向上の
点で課題を有し、一方ダブルインレット型では、バイパ
ス流路８を設けたことによりガスに循環流が発生して熱
損失が生じてしまい、動作安定性に劣るという問題があ
った。
【０００８】そのため、動作安定性及び冷却効率に優れ
た特性を有し、かつ設計自由度の向上を図ることができ
ることが、パルス管冷凍機の実用化条件とされている。
具体的には、以下のような条件を満たす必要がある。 パルス管内に収納されたガスが定位置で振幅動作し、
ガスの移動や入れ換わり（循環流）が抑制されること。 冷却部における圧力及び変位の位相差を理想値に十分
近似させるように制御できること。
た特性を有し、かつ設計自由度の向上を図ることができ
ることが、パルス管冷凍機の実用化条件とされている。
具体的には、以下のような条件を満たす必要がある。 パルス管内に収納されたガスが定位置で振幅動作し、
ガスの移動や入れ換わり（循環流）が抑制されること。 冷却部における圧力及び変位の位相差を理想値に十分
近似させるように制御できること。
【０００９】そこで、本発明は、パルス管冷凍機の冷却
原理に基づき、冷却部における流体の圧力及び変位の位
相差を、熱損失なく簡易に制御できるようにして、小型
化が可能な構成で、かつ動作安定性及び冷却効率を向上
させることを目的とする。
原理に基づき、冷却部における流体の圧力及び変位の位
相差を、熱損失なく簡易に制御できるようにして、小型
化が可能な構成で、かつ動作安定性及び冷却効率を向上
させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１に記載の発明は、内部に流体が収納され、該流体
との間で熱交換した熱を蓄積する蓄冷器と、前記蓄冷器
の一端側の端部に形成され、被冷却体を冷却する冷却部
と、前記蓄冷器の他端側から前記流体の圧送及び吸引を
繰り返すことにより、前記蓄冷器内の前記流体に圧力及
び変位を与える第１の流体制御手段と、前記冷却部に一
端側が隣接するとともに、内部に前記流体が前記蓄冷器
側と連通して収納されたパルス管と、前記パルス管の他
端側に設けられ、前記パルス管内の前記流体に圧力及び
変位を与える第２の流体制御手段と、前記パルス管の他
端側に設けられ、流量変位制御弁を介して前記パルス管
内から変位した前記流体を蓄えるバッファタンクとを備
え、前記第２の流体制御手段により前記パルス管内の前
記流体に与えられる圧力及び変位を、前記第１の流体制
御手段により前記蓄冷器内の前記流体に与えられる圧力
及び変位に対して所定の位相差を有するように設定する
とともに、前記冷却部の熱を前記蓄冷器の他端側に移動
させて前記被冷却体を冷却することを特徴とするもので
ある。
求項１に記載の発明は、内部に流体が収納され、該流体
との間で熱交換した熱を蓄積する蓄冷器と、前記蓄冷器
の一端側の端部に形成され、被冷却体を冷却する冷却部
と、前記蓄冷器の他端側から前記流体の圧送及び吸引を
繰り返すことにより、前記蓄冷器内の前記流体に圧力及
び変位を与える第１の流体制御手段と、前記冷却部に一
端側が隣接するとともに、内部に前記流体が前記蓄冷器
側と連通して収納されたパルス管と、前記パルス管の他
端側に設けられ、前記パルス管内の前記流体に圧力及び
変位を与える第２の流体制御手段と、前記パルス管の他
端側に設けられ、流量変位制御弁を介して前記パルス管
内から変位した前記流体を蓄えるバッファタンクとを備
え、前記第２の流体制御手段により前記パルス管内の前
記流体に与えられる圧力及び変位を、前記第１の流体制
御手段により前記蓄冷器内の前記流体に与えられる圧力
及び変位に対して所定の位相差を有するように設定する
とともに、前記冷却部の熱を前記蓄冷器の他端側に移動
させて前記被冷却体を冷却することを特徴とするもので
ある。
【００１１】すなわち、本発明は、いわゆるダブルイン
レット型のパルス管冷凍機において、第１の流体制御手
段によって圧力及び変位が与えられる蓄冷器側の流体
と、第２の流体制御手段によって圧力及び変位が与えら
れるパルス管の流体とが、冷却部においてのみ連通し、
蓄冷器側とパルス管側とを連通する、いわゆるバイパス
管を介しては流体が完全に隔離されて混合しないことを
特徴としている。そのため、ダブルインレット型におい
て問題となっている循環流を生じることがなく、また蓄
冷器側から第１の流体制御手段により、一方パルス管側
から第２の流体制御手段により、それぞれ収納された気
体に与える圧力及び変位の位相差を調整、制御すること
ができるため、動作安定性が高く、冷却能力の高いパル
ス管冷凍機を容易に実現することができる。
レット型のパルス管冷凍機において、第１の流体制御手
段によって圧力及び変位が与えられる蓄冷器側の流体
と、第２の流体制御手段によって圧力及び変位が与えら
れるパルス管の流体とが、冷却部においてのみ連通し、
蓄冷器側とパルス管側とを連通する、いわゆるバイパス
管を介しては流体が完全に隔離されて混合しないことを
特徴としている。そのため、ダブルインレット型におい
て問題となっている循環流を生じることがなく、また蓄
冷器側から第１の流体制御手段により、一方パルス管側
から第２の流体制御手段により、それぞれ収納された気
体に与える圧力及び変位の位相差を調整、制御すること
ができるため、動作安定性が高く、冷却能力の高いパル
ス管冷凍機を容易に実現することができる。
【００１２】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
記載のパルス管冷凍機において、前記第２の流体制御手
段が、前記蓄冷器の他端側に連通する連通管を備え、前
記第１の流体制御手段により圧力及び変位が与えられ、
前記連通管を介して流出入する前記流体に基づいて、前
記パルス管内の前記流体に所定の位相差を有する圧力及
び変位を設定することを特徴としている。
記載のパルス管冷凍機において、前記第２の流体制御手
段が、前記蓄冷器の他端側に連通する連通管を備え、前
記第１の流体制御手段により圧力及び変位が与えられ、
前記連通管を介して流出入する前記流体に基づいて、前
記パルス管内の前記流体に所定の位相差を有する圧力及
び変位を設定することを特徴としている。
【００１３】このような構成によれば、第１の流体制御
手段によって圧力及び変位が与えられる蓄冷器側の流体
の一部を連通管により連通して第２の流体制御手段内に
流出入させ、第１の流体の圧力及び変位に基づいて第２
の流体制御手段を駆動させて、パルス管側から流体に圧
力及び変位を与えることができるため、ダブルインレッ
ト型における循環流を防止するとともに、蓄冷器側及び
パルス管側から流体に与える圧力及び変位に所定の位相
差を設定するように容易に調整、制御することができ、
冷却能力の向上を図ることができる。ここで、連通管と
しては第１の流体制御手段から蓄冷器への主幹に比較し
て十分細く、かつ主幹により形成される流路から分岐し
て設けられた細管が適している。
手段によって圧力及び変位が与えられる蓄冷器側の流体
の一部を連通管により連通して第２の流体制御手段内に
流出入させ、第１の流体の圧力及び変位に基づいて第２
の流体制御手段を駆動させて、パルス管側から流体に圧
力及び変位を与えることができるため、ダブルインレッ
ト型における循環流を防止するとともに、蓄冷器側及び
パルス管側から流体に与える圧力及び変位に所定の位相
差を設定するように容易に調整、制御することができ、
冷却能力の向上を図ることができる。ここで、連通管と
しては第１の流体制御手段から蓄冷器への主幹に比較し
て十分細く、かつ主幹により形成される流路から分岐し
て設けられた細管が適している。
【００１４】さらに、請求項３記載の発明は、請求項２
記載のパルス管冷凍機において、前記第２の流体制御手
段が、弾性を有する隔壁部材を備え、前記連通管を介し
て流出入する前記流体の圧力及び変位に応じて、前記隔
壁部材が振幅動作し、前記パルス管内の前記流体に所定
の位相差を有する圧力及び変位を設定することを特徴と
している。
記載のパルス管冷凍機において、前記第２の流体制御手
段が、弾性を有する隔壁部材を備え、前記連通管を介し
て流出入する前記流体の圧力及び変位に応じて、前記隔
壁部材が振幅動作し、前記パルス管内の前記流体に所定
の位相差を有する圧力及び変位を設定することを特徴と
している。
【００１５】このような構成によれば、第２の流体制御
手段として、連通管を介して流出入する蓄冷器側の流体
の一部を駆動源とし、流体の圧力及び変位に対して所定
の位相差を有するように振幅動作に関するパラメータが
設定された隔壁部材を適用することにより、連通管を介
しての流体の混合を阻止して、ダブルインレット型にお
ける循環流を防止するとともに、圧力及び変位のみを所
定の位相差で伝搬することができるため、より動作安定
性が高く、かつ冷却能力の高い冷凍機を実現することが
できる。ここで、弾性を有する隔壁部材としては、コイ
ルばね、円錐コイルばねあるいは渦巻き状の板ばね等の
形状中心にピストンの中心軸を接続したピストン−シリ
ンダ構成や、べローズ、隔膜（ダイアフラム）等を良好
に適用することができる。
手段として、連通管を介して流出入する蓄冷器側の流体
の一部を駆動源とし、流体の圧力及び変位に対して所定
の位相差を有するように振幅動作に関するパラメータが
設定された隔壁部材を適用することにより、連通管を介
しての流体の混合を阻止して、ダブルインレット型にお
ける循環流を防止するとともに、圧力及び変位のみを所
定の位相差で伝搬することができるため、より動作安定
性が高く、かつ冷却能力の高い冷凍機を実現することが
できる。ここで、弾性を有する隔壁部材としては、コイ
ルばね、円錐コイルばねあるいは渦巻き状の板ばね等の
形状中心にピストンの中心軸を接続したピストン−シリ
ンダ構成や、べローズ、隔膜（ダイアフラム）等を良好
に適用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の請求項１、２又は３に係るパル
ス管冷凍機の第１の実施例を示す図である。図１におい
て、パルス管冷凍機１００は、一端側（図面右方）に冷
却部３が形成され、内部に粒状、粉状あるいはプレート
形状等の蓄冷材が充填された蓄冷器２と、蓄冷器２の他
端側（図面左方）に設けられ、蓄冷器２側に収納された
ガス（流体）に所定の圧縮、膨張サイクルで圧力及び変
位を与える周知の圧縮機（第１の流体制御手段）１と、
一端側（図面右方）が冷却部３に接し、蓄冷器２と略平
行に延在するパルス管４と、パルス管４の他端側（図面
左方）に設けられ、パルス管４側に収納されたガスに所
定の圧力及び変位を与える位相調整部（第２の流体制御
手段）１０と、位相調整部１０と蓄冷器２の他端側（圧
縮機１側）とを連通し、位相調整部１０に蓄冷器２側の
ガスの一部が流出入するパイプ５と、パルス管４の他端
側に設けられ、オリフィス等の流量調整バルブ（流体変
位制御手段）６を介してパルス管４側のガスが流出入す
るバッファタンク７とを有して構成されている。
明する。図１は本発明の請求項１、２又は３に係るパル
ス管冷凍機の第１の実施例を示す図である。図１におい
て、パルス管冷凍機１００は、一端側（図面右方）に冷
却部３が形成され、内部に粒状、粉状あるいはプレート
形状等の蓄冷材が充填された蓄冷器２と、蓄冷器２の他
端側（図面左方）に設けられ、蓄冷器２側に収納された
ガス（流体）に所定の圧縮、膨張サイクルで圧力及び変
位を与える周知の圧縮機（第１の流体制御手段）１と、
一端側（図面右方）が冷却部３に接し、蓄冷器２と略平
行に延在するパルス管４と、パルス管４の他端側（図面
左方）に設けられ、パルス管４側に収納されたガスに所
定の圧力及び変位を与える位相調整部（第２の流体制御
手段）１０と、位相調整部１０と蓄冷器２の他端側（圧
縮機１側）とを連通し、位相調整部１０に蓄冷器２側の
ガスの一部が流出入するパイプ５と、パルス管４の他端
側に設けられ、オリフィス等の流量調整バルブ（流体変
位制御手段）６を介してパルス管４側のガスが流出入す
るバッファタンク７とを有して構成されている。
【００１７】圧縮機１は、具体的にはシリンダ内をピス
トンが往復運動することによりガスを圧送・吸引する流
体制御手段を構成しており、この圧送・吸引によって蓄
冷器２内に収納されたガスを圧縮・膨張させる。図示を
省略したが、蓄冷器２の圧縮機１側には放熱器が設けら
れ、冷却部３からガスが奪った熱を蓄冷器２を介して外
部に放出する。蓄冷器２は、内部にガスの移動を許容し
つつ、ガスとの接触面積を大きくするために、上述した
ような蓄冷材が充填された構成を有し、ガスとの接触に
より熱交換が行なわれる。
トンが往復運動することによりガスを圧送・吸引する流
体制御手段を構成しており、この圧送・吸引によって蓄
冷器２内に収納されたガスを圧縮・膨張させる。図示を
省略したが、蓄冷器２の圧縮機１側には放熱器が設けら
れ、冷却部３からガスが奪った熱を蓄冷器２を介して外
部に放出する。蓄冷器２は、内部にガスの移動を許容し
つつ、ガスとの接触面積を大きくするために、上述した
ような蓄冷材が充填された構成を有し、ガスとの接触に
より熱交換が行なわれる。
【００１８】一方、パルス管４は、冷却部３を介して蓄
冷器２側と連通し、例えば図１に示されるように蓄冷器
２と同方向に略平行に延伸して設置される。パルス管４
内に収納されたガスは、他端側に設けられた位相調整部
１０に設けられたパイプ５を介して流出入する蓄冷器２
側のガスとは直接入れ換わりや混合が生じないように構
成されている。また、パルス管４とバッファタンク７と
は流量調整バルブ６を介して連通する構成を有してお
り、パルス管４内から変位したガスを一時的に蓄え、流
量調整バルブ６によってパルス管４とバッファタンク７
との圧力差が所定値に達したときのみ連通するように構
成されている。
冷器２側と連通し、例えば図１に示されるように蓄冷器
２と同方向に略平行に延伸して設置される。パルス管４
内に収納されたガスは、他端側に設けられた位相調整部
１０に設けられたパイプ５を介して流出入する蓄冷器２
側のガスとは直接入れ換わりや混合が生じないように構
成されている。また、パルス管４とバッファタンク７と
は流量調整バルブ６を介して連通する構成を有してお
り、パルス管４内から変位したガスを一時的に蓄え、流
量調整バルブ６によってパルス管４とバッファタンク７
との圧力差が所定値に達したときのみ連通するように構
成されている。
【００１９】また、位相調整部１０は、上述したように
圧縮機１により圧力及び変位が与えられる蓄冷器２側の
ガスが連通管５を介して流出入するが、パルス管４の他
端側で直接ガスの入れ換わりや混合が生じないように隔
壁構造を有している。位相調整部１０は、具体的にはパ
イプ５を介して流出入する蓄冷器２側のガスの圧力及び
変位、すなわち流出入量及びそのタイミングに応じて微
小な振幅動作を行なう（あるいは振動する）ピストン１
０ｂと、ピストン１０ｂを潤滑に動作させ、かつ境界面
におけるガスの漏出、混合が生じないように密着して、
ガイドするシリンダ１０ａと、ピストン１０ｂの振幅動
作を補助し、蓄冷器２側のガスの圧力及び変位に対して
所定の位相差を設定するためのコイルばね１０ｃを有し
て構成されている。
圧縮機１により圧力及び変位が与えられる蓄冷器２側の
ガスが連通管５を介して流出入するが、パルス管４の他
端側で直接ガスの入れ換わりや混合が生じないように隔
壁構造を有している。位相調整部１０は、具体的にはパ
イプ５を介して流出入する蓄冷器２側のガスの圧力及び
変位、すなわち流出入量及びそのタイミングに応じて微
小な振幅動作を行なう（あるいは振動する）ピストン１
０ｂと、ピストン１０ｂを潤滑に動作させ、かつ境界面
におけるガスの漏出、混合が生じないように密着して、
ガイドするシリンダ１０ａと、ピストン１０ｂの振幅動
作を補助し、蓄冷器２側のガスの圧力及び変位に対して
所定の位相差を設定するためのコイルばね１０ｃを有し
て構成されている。
【００２０】このような構成において、圧縮機１が例え
ば６０Ｈｚ等の動作周波数で駆動すると、蓄冷器２内に
収納されたガスが圧縮・膨張を繰り返すとともに、パイ
プ５を介して蓄冷器２側のガスの一部が流体位相調整部
１０のコイルばね１０ｃ側に圧送・吸引されてシリンダ
１０ａ内をピストン１０ｂが振動（振幅動作）すること
により、パルス管４の他端側から所定の位相差で圧縮・
膨張に伴う圧力及び変位が与えられ、パルス管４内及び
バッファタンク７に収納されたガスが圧縮・膨張を繰り
返す。そのため、位相調整部１０において、蓄冷器２側
のガスに応じた圧力及び変位のみが、所定の位相差でパ
ルス管４内のガスに伝搬、付与されるとともに、冷却部
３から蓄冷器２方向に向かう熱流を発生させ、冷却部３
に載置された被冷却体を極低温に冷却することができ
る。
ば６０Ｈｚ等の動作周波数で駆動すると、蓄冷器２内に
収納されたガスが圧縮・膨張を繰り返すとともに、パイ
プ５を介して蓄冷器２側のガスの一部が流体位相調整部
１０のコイルばね１０ｃ側に圧送・吸引されてシリンダ
１０ａ内をピストン１０ｂが振動（振幅動作）すること
により、パルス管４の他端側から所定の位相差で圧縮・
膨張に伴う圧力及び変位が与えられ、パルス管４内及び
バッファタンク７に収納されたガスが圧縮・膨張を繰り
返す。そのため、位相調整部１０において、蓄冷器２側
のガスに応じた圧力及び変位のみが、所定の位相差でパ
ルス管４内のガスに伝搬、付与されるとともに、冷却部
３から蓄冷器２方向に向かう熱流を発生させ、冷却部３
に載置された被冷却体を極低温に冷却することができ
る。
【００２１】このとき、パイプ５を介して蓄冷器２及び
パルス管４の他端側でガスの混合が生じないように隔壁
するとともに、位相調整部１０の、例えばコイルばね１
０ｃのばね定数を適当に設定することによりピストン１
０ｂが所定の振幅動作を生じるように構成することによ
って、従来のダブルインレット型のパルス管冷凍機にお
いて理想的とされる冷却条件、すなわち蓄冷器側とパル
ス管側とを連通するバイパス管（本発明のパイプ５に相
当）を介してガスの移動（循環流）が生じず、また、圧
縮機１及び位相調整部１０により、冷却部３位置におけ
るガスの圧力及び変位の位相差を所定値（理想的には９
０゜）に設定することができるという、２条件を満たす
ことができる。
パルス管４の他端側でガスの混合が生じないように隔壁
するとともに、位相調整部１０の、例えばコイルばね１
０ｃのばね定数を適当に設定することによりピストン１
０ｂが所定の振幅動作を生じるように構成することによ
って、従来のダブルインレット型のパルス管冷凍機にお
いて理想的とされる冷却条件、すなわち蓄冷器側とパル
ス管側とを連通するバイパス管（本発明のパイプ５に相
当）を介してガスの移動（循環流）が生じず、また、圧
縮機１及び位相調整部１０により、冷却部３位置におけ
るガスの圧力及び変位の位相差を所定値（理想的には９
０゜）に設定することができるという、２条件を満たす
ことができる。
【００２２】次に、請求項１、２または３に係るパルス
管冷凍機の第２の実施例について図２を参照して説明す
る。ここで、上述した実施例と同様の構成についてはそ
の説明を省略する。本実施例の特徴は、図２（ａ）に示
すように、位相調整部１０の弾性体としてコイルばね１
０ｃに替えて、円錐コイルばね、あるいは渦巻形状の板
ばね１０ｄを用い、ばねの形状中心にピストン１０ｂの
中心軸を接続した構成を有していることにある。
管冷凍機の第２の実施例について図２を参照して説明す
る。ここで、上述した実施例と同様の構成についてはそ
の説明を省略する。本実施例の特徴は、図２（ａ）に示
すように、位相調整部１０の弾性体としてコイルばね１
０ｃに替えて、円錐コイルばね、あるいは渦巻形状の板
ばね１０ｄを用い、ばねの形状中心にピストン１０ｂの
中心軸を接続した構成を有していることにある。
【００２３】このような構成によれば、ピストン１０ｂ
の振幅動作を精度良く、かつシリンダ１０ａに密着させ
て潤滑に行うことができるため、ピストン１０ｂとシリ
ンダ１０ａの境界面からのガスの漏出、混合を抑制する
ことができ、ダブルインレット型における循環流の現象
を抑制して動作安定性を向上させることができる。ま
た、図２（ｂ）に示すように、位相調整部１０をパルス
管４の延伸方向とは垂直に相互に対向するように一組設
けた構成を有していることを特徴としている。
の振幅動作を精度良く、かつシリンダ１０ａに密着させ
て潤滑に行うことができるため、ピストン１０ｂとシリ
ンダ１０ａの境界面からのガスの漏出、混合を抑制する
ことができ、ダブルインレット型における循環流の現象
を抑制して動作安定性を向上させることができる。ま
た、図２（ｂ）に示すように、位相調整部１０をパルス
管４の延伸方向とは垂直に相互に対向するように一組設
けた構成を有していることを特徴としている。
【００２４】このような構成によれば、位相調整部１０
におけるピストン１０ｂー1、１０ｂ ー2の振幅動作に伴う
板ばね１０ｄー1、１０ｄー2の振動差を相互に相殺して抑
制することができるため、パイプ５を介して流出入する
蓄冷器２側のガスに応じた位相差で圧力及び変位のみを
パルス管４側のガスに良好に伝搬することができ、動作
安定性が高く、かつ冷却能力を向上させたパルス管冷凍
機を提供することができる。
におけるピストン１０ｂー1、１０ｂ ー2の振幅動作に伴う
板ばね１０ｄー1、１０ｄー2の振動差を相互に相殺して抑
制することができるため、パイプ５を介して流出入する
蓄冷器２側のガスに応じた位相差で圧力及び変位のみを
パルス管４側のガスに良好に伝搬することができ、動作
安定性が高く、かつ冷却能力を向上させたパルス管冷凍
機を提供することができる。
【００２５】次に、請求項１、２または３に係るパルス
管冷凍機の第３の実施例について図３を参照して説明す
る。ここで、上述した実施例と同様の構成についてはそ
の説明を省略する。本実施例の特徴は、位相調整部１０
が、上述したピストン１０ｂ、シリンダ１０ａ及びばね
１０ｃ、１０ｄからなるピストン−シリンダ構成に替え
て、図３（ａ）、（ｂ）に示すようにパルス管４の他端
側にベローズ１０ｅあるいは隔膜１０ｆを設けた構成を
有していることにある。
管冷凍機の第３の実施例について図３を参照して説明す
る。ここで、上述した実施例と同様の構成についてはそ
の説明を省略する。本実施例の特徴は、位相調整部１０
が、上述したピストン１０ｂ、シリンダ１０ａ及びばね
１０ｃ、１０ｄからなるピストン−シリンダ構成に替え
て、図３（ａ）、（ｂ）に示すようにパルス管４の他端
側にベローズ１０ｅあるいは隔膜１０ｆを設けた構成を
有していることにある。
【００２６】このような構成によれば、ばね性の弾性部
材を用いた場合の振動周期の問題や、位相差設定に際
し、ばね常数やピストン−シリンダ間の摩擦係数、ガス
の漏出に伴う圧力損失等の複雑な変動要因を排除するこ
とができ、パルス管４の他端側に伸縮する（振動する）
隔壁部材を設けた簡単な構成で、パイプ５を介して流出
入する蓄冷器２側のガスに応じた圧力及び変位のみを所
定の位相差でパルス管４の他端側から良好に伝搬するこ
とができ、動作安定性や冷却能力を容易に向上させるこ
とができる。
材を用いた場合の振動周期の問題や、位相差設定に際
し、ばね常数やピストン−シリンダ間の摩擦係数、ガス
の漏出に伴う圧力損失等の複雑な変動要因を排除するこ
とができ、パルス管４の他端側に伸縮する（振動する）
隔壁部材を設けた簡単な構成で、パイプ５を介して流出
入する蓄冷器２側のガスに応じた圧力及び変位のみを所
定の位相差でパルス管４の他端側から良好に伝搬するこ
とができ、動作安定性や冷却能力を容易に向上させるこ
とができる。
【００２７】以上説明したように、本発明のパルス管冷
凍機１００によれば、冷却部３における圧力及び変位に
所定の位相差を設定するための位相調整部１０として、
図１から図３に示したような種々の形態を良好に適用す
ることができるため、パルス管冷凍機が搭載される最終
製品の形態等に応じて最適な構成を選択することがで
き、設計上の自由度を向上させることができる。
凍機１００によれば、冷却部３における圧力及び変位に
所定の位相差を設定するための位相調整部１０として、
図１から図３に示したような種々の形態を良好に適用す
ることができるため、パルス管冷凍機が搭載される最終
製品の形態等に応じて最適な構成を選択することがで
き、設計上の自由度を向上させることができる。
【００２８】なお、上述した各実施例においては、冷却
部３を共通の端部（図面右方端）として蓄冷器２及びパ
ルス管４を同一方向（図面左方）に延在させた構成を示
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来
のオリフィス型やダブルインレット型のように各構成を
直列的に配置するもの、あるいは他の形態であってもよ
いことはいうまでもない。
部３を共通の端部（図面右方端）として蓄冷器２及びパ
ルス管４を同一方向（図面左方）に延在させた構成を示
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来
のオリフィス型やダブルインレット型のように各構成を
直列的に配置するもの、あるいは他の形態であってもよ
いことはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ダブル
インレット型のパルス管冷凍機において、第１の流体制
御手段によって圧力及び変位が与えられる蓄冷器側の流
体と、第２の流体制御手段によって圧力及び変位が与え
られるパルス管の流体とが、冷却部においてのみ連通
し、蓄冷器側とパルス管側とを連通するバイパス管を介
しては流体が完全に隔離されて混合しない構成を有して
いるため、ダブルインレット型特有の循環流を生じるこ
とがなく、また蓄冷器側から第１の流体制御手段によ
り、一方パルス管側から第２の流体制御手段により、そ
れぞれ収納された気体に与える圧力及び変位の位相差を
調整、制御することができるため、動作安定性が高く、
冷却能力の高いパルス管冷凍機を容易に実現することが
できる。
インレット型のパルス管冷凍機において、第１の流体制
御手段によって圧力及び変位が与えられる蓄冷器側の流
体と、第２の流体制御手段によって圧力及び変位が与え
られるパルス管の流体とが、冷却部においてのみ連通
し、蓄冷器側とパルス管側とを連通するバイパス管を介
しては流体が完全に隔離されて混合しない構成を有して
いるため、ダブルインレット型特有の循環流を生じるこ
とがなく、また蓄冷器側から第１の流体制御手段によ
り、一方パルス管側から第２の流体制御手段により、そ
れぞれ収納された気体に与える圧力及び変位の位相差を
調整、制御することができるため、動作安定性が高く、
冷却能力の高いパルス管冷凍機を容易に実現することが
できる。
【００３０】そして、請求項２に記載の発明によれば、
第１の流体制御手段によって圧力及び変位が与えられる
蓄冷器側の流体の一部を連通管により連通して第２の流
体制御手段内に流出入させ、第１の流体の圧力及び変位
に基づいて第２の流体制御手段を駆動させて、パルス管
側から流体に圧力及び変位を与えることができるため、
ダブルインレット型における循環流を防止するととも
に、蓄冷器側及びパルス管側から流体に与える圧力及び
変位に所定の位相差を設定するように容易に調整、制御
することができ、冷却能力の向上を図ることができる。
第１の流体制御手段によって圧力及び変位が与えられる
蓄冷器側の流体の一部を連通管により連通して第２の流
体制御手段内に流出入させ、第１の流体の圧力及び変位
に基づいて第２の流体制御手段を駆動させて、パルス管
側から流体に圧力及び変位を与えることができるため、
ダブルインレット型における循環流を防止するととも
に、蓄冷器側及びパルス管側から流体に与える圧力及び
変位に所定の位相差を設定するように容易に調整、制御
することができ、冷却能力の向上を図ることができる。
【００３１】そして、請求項３記載の発明によれば、第
２の流体制御手段として、連通管を介して流出入する蓄
冷器側の流体の一部を駆動源とし、流体の圧力及び変位
に対して所定の位相差を有するように振幅動作に関する
パラメータが設定された隔壁部材を適用することによ
り、連通管を介しての流体の混合を阻止して、ダブルイ
ンレット型における循環流を防止するとともに、圧力及
び変位のみを所定の位相差で伝搬することができるた
め、より動作安定性が高く、かつ冷却能力の高い冷凍機
を実現することができる。
２の流体制御手段として、連通管を介して流出入する蓄
冷器側の流体の一部を駆動源とし、流体の圧力及び変位
に対して所定の位相差を有するように振幅動作に関する
パラメータが設定された隔壁部材を適用することによ
り、連通管を介しての流体の混合を阻止して、ダブルイ
ンレット型における循環流を防止するとともに、圧力及
び変位のみを所定の位相差で伝搬することができるた
め、より動作安定性が高く、かつ冷却能力の高い冷凍機
を実現することができる。
【図１】請求項１、２または３に係るパルス管冷凍機の
第１の実施例を示す概略構成図である。
第１の実施例を示す概略構成図である。
【図２】請求項１、２または３に係るパルス管冷凍機の
第２の実施例を示す概略構成図である。
第２の実施例を示す概略構成図である。
【図３】請求項１、２または３に係るパルス管冷凍機の
第３の実施例を示す概略構成図である。
第３の実施例を示す概略構成図である。
【図４】従来のパルス管冷凍機の例を示す概略構成図で
ある。
ある。
１ 圧縮機（第１の流体制御手段） ２ 蓄冷器 ３ 冷却部 ４ パルス管 ５ パイプ（連通管） ６ 流量調整バルブ（流体変位制御弁） ６´、９ オリフィス ７ バッファタンク ８ バイパス流路 １０ 位相調整部（第２の流体制御手段） １０ａ シリンダ １０ｂ ピストン（隔壁部材） １０ｃ コイルばね １０ｄ 板ばね １０ｅ ベローズ（隔壁部材） １０ｆ ダイアフラム（隔壁部材） １００ パルス管冷凍機
Claims (3)
- 【請求項１】内部に流体が収納され、該流体との間で熱
交換した熱を蓄積する蓄冷器と、 前記蓄冷器の一端側の端部に形成され、被冷却体を冷却
する冷却部と、 前記蓄冷器の他端側から前記流体の圧送及び吸引を繰り
返すことにより、前記蓄冷器内の前記流体に圧力及び変
位を与える第１の流体制御手段と、 前記冷却部に一端側が隣接するとともに、内部に前記流
体が前記蓄冷器側と連通して収納されたパルス管と、 前記パルス管の他端側に設けられ、前記パルス管内の前
記流体に圧力及び変位を与える第２の流体制御手段と、 前記パルス管の他端側に設けられ、流量変位制御弁を介
して前記パルス管内から変位した前記流体を蓄えるバッ
ファタンクとを備え、 前記第２の流体制御手段により前記パルス管内の前記流
体に与えられる圧力及び変位を、前記第１の流体制御手
段により前記蓄冷器内の前記流体に与えられる圧力及び
変位に対して所定の位相差を有するように設定するとと
もに、前記冷却部の熱を前記蓄冷器の他端側に移動させ
て前記被冷却体を冷却することを特徴とするパルス管冷
凍機。 - 【請求項２】前記第２の流体制御手段が、前記蓄冷器の
他端側に連通する連通管を備え、前記第１の流体制御手
段により圧力及び変位が与えられ、前記連通管を介して
流出入する前記流体に基づいて、前記パルス管内の前記
流体に所定の位相差を有する圧力及び変位を設定するこ
とを特徴とする請求項１記載のパルス管冷凍機。 - 【請求項３】前記第２の流体制御手段が、弾性を有する
隔壁部材を備え、前記連通管を介して流出入する前記流
体の圧力及び変位に応じて、前記隔壁部材が振幅動作
し、前記パルス管内の前記流体に所定の位相差を有する
圧力及び変位を設定することを特徴とする請求項２記載
のパルス管冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9077215A JP2838080B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | パルス管冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9077215A JP2838080B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | パルス管冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10267445A true JPH10267445A (ja) | 1998-10-09 |
| JP2838080B2 JP2838080B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=13627625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9077215A Expired - Fee Related JP2838080B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | パルス管冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2838080B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006275352A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Aisin Seiki Co Ltd | パルス管型蓄熱機関 |
| EP1738117A2 (en) * | 2004-03-23 | 2007-01-03 | Praxair Technology, Inc. | Resonant linear motor driven cryocooler system |
| 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 |
| JP2010175117A (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Aisin Seiki Co Ltd | 冷凍機 |
| WO2020235554A1 (ja) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機、パルス管冷凍機のコールドヘッド |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP9077215A patent/JP2838080B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1738117A2 (en) * | 2004-03-23 | 2007-01-03 | Praxair Technology, Inc. | Resonant linear motor driven cryocooler system |
| 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 |
| 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 |
| JP2006275352A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Aisin Seiki Co Ltd | パルス管型蓄熱機関 |
| JP2010175117A (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Aisin Seiki Co Ltd | 冷凍機 |
| WO2020235554A1 (ja) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機、パルス管冷凍機のコールドヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2838080B2 (ja) | 1998-12-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |