JPH1114173A - パルス管冷凍機 - Google Patents
パルス管冷凍機Info
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- JPH1114173A JPH1114173A JP16865197A JP16865197A JPH1114173A JP H1114173 A JPH1114173 A JP H1114173A JP 16865197 A JP16865197 A JP 16865197A JP 16865197 A JP16865197 A JP 16865197A JP H1114173 A JPH1114173 A JP H1114173A
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- JP
- Japan
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- pulse tube
- gas
- inlet valve
- compressor
- double inlet
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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
- F25B2309/1408—Pulse-tube cycles with pulse tube having U-turn or L-turn type geometrical arrangements
-
- 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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- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1411—Pulse-tube cycles characterised by control details, e.g. tuning, phase shifting or general control
-
- 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
- F25B2309/1413—Pulse-tube cycles characterised by performance, geometry or theory
-
- 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
- F25B2309/1424—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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 オリフィスバルブとダブルインレットバルブ
とによる位相制御を独立して良好に行うことにより、冷
凍能力の予測を確実化し、しかも配管部分の無駄容量を
低減して冷凍能力を高める。 【解決手段】 圧縮機１に対して、蓄冷器２、パルス管
３、オリフィスバルブ４およびリザーバータンク５をこ
の順に直列接続しているとともに、蓄冷器２のアフター
クーラー２ａとパルス管３のホットエンド３ａとの間に
ダブルインレットバルブ６を接続する。
とによる位相制御を独立して良好に行うことにより、冷
凍能力の予測を確実化し、しかも配管部分の無駄容量を
低減して冷凍能力を高める。 【解決手段】 圧縮機１に対して、蓄冷器２、パルス管
３、オリフィスバルブ４およびリザーバータンク５をこ
の順に直列接続しているとともに、蓄冷器２のアフター
クーラー２ａとパルス管３のホットエンド３ａとの間に
ダブルインレットバルブ６を接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はパルス管冷凍機に
関し、さらに詳細にいえば、ダブルインレット型のパル
ス管冷凍機に関する。
関し、さらに詳細にいえば、ダブルインレット型のパル
ス管冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、低温の可動部を必要としない
冷凍機としてパルス管冷凍機が知られている。このパル
ス管冷凍機としては、圧縮機に対して、畜冷器、パルス
管およびリザーバータンクをこの順に直列接続してなる
最も簡単な構成のものから、オリフィスバルブをさらに
設けた構成のもの、オリフィスバルブおよびダブルイン
レットバルブをさらに設けた構成のものなどが知られて
いる。
冷凍機としてパルス管冷凍機が知られている。このパル
ス管冷凍機としては、圧縮機に対して、畜冷器、パルス
管およびリザーバータンクをこの順に直列接続してなる
最も簡単な構成のものから、オリフィスバルブをさらに
設けた構成のもの、オリフィスバルブおよびダブルイン
レットバルブをさらに設けた構成のものなどが知られて
いる。
【０００３】図１は、オリフィスバルブおよびダブルイ
ンレットバルブをさらに設けた従来のパルス管冷凍機の
構成を示す概略図である。このパルス管冷凍機は、圧縮
機２１に対して、畜冷器２２、パルス管２３、オリフィ
スバルブ２４およびリザーバータンク２５をこの順に直
列接続し、圧縮機２１と畜冷器２２とを接続する第１接
続管路２６の所定位置とパルス管２３、オリフィスバル
ブ２４とを接続する第２接続管路２７の所定位置との間
にダブルインレットバルブ２８を接続している。
ンレットバルブをさらに設けた従来のパルス管冷凍機の
構成を示す概略図である。このパルス管冷凍機は、圧縮
機２１に対して、畜冷器２２、パルス管２３、オリフィ
スバルブ２４およびリザーバータンク２５をこの順に直
列接続し、圧縮機２１と畜冷器２２とを接続する第１接
続管路２６の所定位置とパルス管２３、オリフィスバル
ブ２４とを接続する第２接続管路２７の所定位置との間
にダブルインレットバルブ２８を接続している。
【０００４】この構成を採用した場合には、パルス管低
温端での理想的なＰＶ線図を得ることができる位相関係
を達成することができ、優れた冷凍特性を実現すること
ができると思われる。
温端での理想的なＰＶ線図を得ることができる位相関係
を達成することができ、優れた冷凍特性を実現すること
ができると思われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図１の構成の
パルス管冷凍機では、冷凍性能を予測することが困難で
あるとともに、十分な冷凍性能を発揮させることができ
ないという不都合がある。さらに詳細に説明する。ダブ
ルインレット型のパルス管冷凍機は、本来、安定した冷
凍能力を制御するに当って他の因子に左右されることな
くバルブ開度に応じたガス流量が確保されるべきである
が、図１に示す構成のパルス管冷凍機は、ダブルインレ
ットバルブ２８がストレーナ（蓄冷器２２のアフターク
ーラー、パルス管２３のホットエンド）の末端にあり、
内部を通過してきたガスがオリフィスバルブ２４の開度
の影響を受けやすく、そのために、冷凍能力を予測する
ことが困難になってしまう。具体的には、オリフィスバ
ルブ２４は、パルス管２３内のガスカラム（ガスピスト
ン）の位相制御（圧力との位置関係）を行うものであ
り、パルス管冷凍機を効率よく作動させるために非常に
重要な構成要素である。ここで、オリフィス内部を通過
するガスは、図２に示すように出口で乱れが生じる。そ
して、オリフィスのガス流量ｍは、次式によって規定さ
れる。 ｍ＝α（Ｐ１2−Ｐ２2）1/2 ただし、αは比例定数であり、ガスの物性が同じであれ
ば、オリフィスの開口面積に比例する。Ｐ１は入口圧
力、Ｐ２は出口圧力である。
パルス管冷凍機では、冷凍性能を予測することが困難で
あるとともに、十分な冷凍性能を発揮させることができ
ないという不都合がある。さらに詳細に説明する。ダブ
ルインレット型のパルス管冷凍機は、本来、安定した冷
凍能力を制御するに当って他の因子に左右されることな
くバルブ開度に応じたガス流量が確保されるべきである
が、図１に示す構成のパルス管冷凍機は、ダブルインレ
ットバルブ２８がストレーナ（蓄冷器２２のアフターク
ーラー、パルス管２３のホットエンド）の末端にあり、
内部を通過してきたガスがオリフィスバルブ２４の開度
の影響を受けやすく、そのために、冷凍能力を予測する
ことが困難になってしまう。具体的には、オリフィスバ
ルブ２４は、パルス管２３内のガスカラム（ガスピスト
ン）の位相制御（圧力との位置関係）を行うものであ
り、パルス管冷凍機を効率よく作動させるために非常に
重要な構成要素である。ここで、オリフィス内部を通過
するガスは、図２に示すように出口で乱れが生じる。そ
して、オリフィスのガス流量ｍは、次式によって規定さ
れる。 ｍ＝α（Ｐ１2−Ｐ２2）1/2 ただし、αは比例定数であり、ガスの物性が同じであれ
ば、オリフィスの開口面積に比例する。Ｐ１は入口圧
力、Ｐ２は出口圧力である。
【０００６】したがって、式からも分かるように、ガス
流量は、オリフィスの開口面積と出入り口圧力差によっ
て決定される。しかし、上述のように、オリフィスの出
口でガスの乱れが生じるので、互いにガスの干渉が起こ
り、位相制御が独立してうまく作動しない状態になって
しのう。また、蓄冷器２２とダブルインレットバルブ２
８との間、およびパルス管２３とダブルインレットバル
ブ２８との間が無駄容量であり、この無駄容量がかなり
多いのであるから、冷凍能力が低下し、十分な冷凍能力
を発揮させることができなくなってしまう。
流量は、オリフィスの開口面積と出入り口圧力差によっ
て決定される。しかし、上述のように、オリフィスの出
口でガスの乱れが生じるので、互いにガスの干渉が起こ
り、位相制御が独立してうまく作動しない状態になって
しのう。また、蓄冷器２２とダブルインレットバルブ２
８との間、およびパルス管２３とダブルインレットバル
ブ２８との間が無駄容量であり、この無駄容量がかなり
多いのであるから、冷凍能力が低下し、十分な冷凍能力
を発揮させることができなくなってしまう。
【０００７】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、オリフィスバルブとダブルインレットバ
ルブとによる位相制御を独立して良好に行うことによ
り、冷凍能力の予測を確実化し、しかも配管部分の無駄
容量を低減して冷凍能力を高めることができるパルス管
冷凍機を提供することを目的としている。
たものであり、オリフィスバルブとダブルインレットバ
ルブとによる位相制御を独立して良好に行うことによ
り、冷凍能力の予測を確実化し、しかも配管部分の無駄
容量を低減して冷凍能力を高めることができるパルス管
冷凍機を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１のパルス管冷凍
機は、圧縮機に対して、畜冷器、パルス管、オリフィス
バルブおよびリザーバータンクをこの順に直列接続し、
蓄冷器のアフタークーラーとパルス管のホットエンドと
の間にダブルインレットバルブを接続したものである。
機は、圧縮機に対して、畜冷器、パルス管、オリフィス
バルブおよびリザーバータンクをこの順に直列接続し、
蓄冷器のアフタークーラーとパルス管のホットエンドと
の間にダブルインレットバルブを接続したものである。
【０００９】
【作用】請求項１のパルス管冷凍機であれば、圧縮機に
対して、畜冷器、パルス管、オリフィスバルブおよびリ
ザーバータンクをこの順に直列接続し、蓄冷器のアフタ
ークーラーとパルス管のホットエンドとの間にダブルイ
ンレットバルブを接続したのであるから、オリフィスの
出口においてガスの乱れが生じるけれども、ダブルイン
レットバルブがパルス管のホットエンドに接続されてい
る関係上、ホットエンドのストレーナによりガスの乱れ
を低減でき、ガスの乱れによる緩衝を減少させることが
できる。この結果、冷凍能力の予測を確実化し、ダブル
インレットバルブの開度を調整することによる冷凍能力
の制御を容易に達成することができる。また、ダブルイ
ンレットバルブと蓄冷器のアフタークーラーとの間の無
駄容積およびダブルインレットバルブとパルス管のホッ
トエンドとの間の無駄容量を大幅に低減し、冷凍能力を
高めることができる。
対して、畜冷器、パルス管、オリフィスバルブおよびリ
ザーバータンクをこの順に直列接続し、蓄冷器のアフタ
ークーラーとパルス管のホットエンドとの間にダブルイ
ンレットバルブを接続したのであるから、オリフィスの
出口においてガスの乱れが生じるけれども、ダブルイン
レットバルブがパルス管のホットエンドに接続されてい
る関係上、ホットエンドのストレーナによりガスの乱れ
を低減でき、ガスの乱れによる緩衝を減少させることが
できる。この結果、冷凍能力の予測を確実化し、ダブル
インレットバルブの開度を調整することによる冷凍能力
の制御を容易に達成することができる。また、ダブルイ
ンレットバルブと蓄冷器のアフタークーラーとの間の無
駄容積およびダブルインレットバルブとパルス管のホッ
トエンドとの間の無駄容量を大幅に低減し、冷凍能力を
高めることができる。
【００１０】
【発明の実施の態様】以下、添付図面を参照して、この
発明のパルス管冷凍機の実施の態様を詳細に説明する。
図３は、この発明のパルス管冷凍機の一実施態様を示す
概略図である。このパルス管冷凍機は、圧縮機１に対し
て、畜冷器２、パルス管３、オリフィスバルブ４および
リザーバータンク５をこの順に直列接続しているととも
に、蓄冷器２のアフタークーラー２ａとパルス管３のホ
ットエンド３ａとの間にダブルインレットバルブ６を接
続している。なお、蓄冷器２のアフタークーラー２ａと
パルス管３のホットエンド３ａとは、所定厚みのフラン
ジ７を貫通しているとともに、フランジ７よりも常温側
に突出している。また、フランジ７は、畜冷器２、パル
ス管３を収容する真空容器の一部を構成するものであ
る。
発明のパルス管冷凍機の実施の態様を詳細に説明する。
図３は、この発明のパルス管冷凍機の一実施態様を示す
概略図である。このパルス管冷凍機は、圧縮機１に対し
て、畜冷器２、パルス管３、オリフィスバルブ４および
リザーバータンク５をこの順に直列接続しているととも
に、蓄冷器２のアフタークーラー２ａとパルス管３のホ
ットエンド３ａとの間にダブルインレットバルブ６を接
続している。なお、蓄冷器２のアフタークーラー２ａと
パルス管３のホットエンド３ａとは、所定厚みのフラン
ジ７を貫通しているとともに、フランジ７よりも常温側
に突出している。また、フランジ７は、畜冷器２、パル
ス管３を収容する真空容器の一部を構成するものであ
る。
【００１１】なお、アフタークーラー２ａ、ホットエン
ド３ａには、ガスの乱れを低減するストレーナ（図示せ
ず）が設けられている。上記の構成のパルス管冷凍機の
作用は次のとおりである。圧縮機１から供給される圧力
ガスは、畜冷器２を通してパルス管３に供給される。そ
して、パルス管３の一部のガスは、オリフィスバルブ４
を通してリザーバータンク５に供給される。そして、圧
縮機１からの圧力ガスの供給が停止されれば、ガスが上
記と逆に流れる。また、パルス管３内のガスは、上記の
動作に伴ってパルス管３から出入りするものと、上記の
動作にも拘らずパルス管３から出入りしないものとに区
分される。したがって、後者のガスがディスプレーサと
して機能し、上記の動作に伴ってガスの圧縮、断熱膨脹
が反復され、パルス管３の低温端３ｂに寒冷が発生させ
られる。
ド３ａには、ガスの乱れを低減するストレーナ（図示せ
ず）が設けられている。上記の構成のパルス管冷凍機の
作用は次のとおりである。圧縮機１から供給される圧力
ガスは、畜冷器２を通してパルス管３に供給される。そ
して、パルス管３の一部のガスは、オリフィスバルブ４
を通してリザーバータンク５に供給される。そして、圧
縮機１からの圧力ガスの供給が停止されれば、ガスが上
記と逆に流れる。また、パルス管３内のガスは、上記の
動作に伴ってパルス管３から出入りするものと、上記の
動作にも拘らずパルス管３から出入りしないものとに区
分される。したがって、後者のガスがディスプレーサと
して機能し、上記の動作に伴ってガスの圧縮、断熱膨脹
が反復され、パルス管３の低温端３ｂに寒冷が発生させ
られる。
【００１２】これらの場合において、ガスの一部がダブ
ルインレットバルブ６を通して流れるのであり、しかも
オリフィスバルブ４を通った後のガスの乱れがホットエ
ンド３ａのストレーナにより低減されるのであるから、
ダブルインレットバルブ６はガスの乱れの影響を殆ど受
けず、本来の機能を達成して、パルス管３のホットエン
ド３ａでの位相差を大きくし、冷凍能力を高めることが
できる。
ルインレットバルブ６を通して流れるのであり、しかも
オリフィスバルブ４を通った後のガスの乱れがホットエ
ンド３ａのストレーナにより低減されるのであるから、
ダブルインレットバルブ６はガスの乱れの影響を殆ど受
けず、本来の機能を達成して、パルス管３のホットエン
ド３ａでの位相差を大きくし、冷凍能力を高めることが
できる。
【００１３】また、蓄冷器２のアフタークーラー２ａと
パルス管３のホットエンド３ａとの間にダブルインレッ
トバルブ６を接続しているのであるから、ダブルインレ
ットバルブ６と蓄冷器２のアフタークーラー２ａとの間
の無駄容積、ダブルインレットバルブ６とパルス管３の
ホットエンド３ａとの間の無駄容積を大幅に低減し、無
駄容積の低減に伴う冷凍能力の向上を達成することがで
きる。図４はダブルインレットバルブ６の装着位置とフ
ランジ７との距離に対応する到達温度（冷凍による到達
温度）の変化を示す図であり、無駄容積を低減すること
により、到達温度を低くでき、冷凍能力を向上できたこ
とが分かる。
パルス管３のホットエンド３ａとの間にダブルインレッ
トバルブ６を接続しているのであるから、ダブルインレ
ットバルブ６と蓄冷器２のアフタークーラー２ａとの間
の無駄容積、ダブルインレットバルブ６とパルス管３の
ホットエンド３ａとの間の無駄容積を大幅に低減し、無
駄容積の低減に伴う冷凍能力の向上を達成することがで
きる。図４はダブルインレットバルブ６の装着位置とフ
ランジ７との距離に対応する到達温度（冷凍による到達
温度）の変化を示す図であり、無駄容積を低減すること
により、到達温度を低くでき、冷凍能力を向上できたこ
とが分かる。
【００１４】
【発明の効果】請求項１の発明は、ガスの乱れを低減
し、ガスの乱れによる干渉を減少させて、冷凍能力の予
測を確実化し、ダブルインレットバルブの開度を調整す
ることによる冷凍能力の制御を容易に達成することがで
き、また、ダブルインレットバルブと蓄冷器のアフター
クーラーとの間の無駄容積およびダブルインレットバル
ブとパルス管のホットエンドとの間無駄容量を大幅に低
減し、冷凍能力を高めることができるという特有の効果
を奏する。
し、ガスの乱れによる干渉を減少させて、冷凍能力の予
測を確実化し、ダブルインレットバルブの開度を調整す
ることによる冷凍能力の制御を容易に達成することがで
き、また、ダブルインレットバルブと蓄冷器のアフター
クーラーとの間の無駄容積およびダブルインレットバル
ブとパルス管のホットエンドとの間無駄容量を大幅に低
減し、冷凍能力を高めることができるという特有の効果
を奏する。
【図１】従来のダブルインレット型のパルス管冷凍機の
構成を示す概略図である。
構成を示す概略図である。
【図２】オリフィスにおけるガスの流れを示す概略図で
ある。
ある。
【図３】この発明のパルス管冷凍機の一実施態様を示す
概略図である。
概略図である。
【図４】ダブルインレットバルブの装着位置とフランジ
との距離に対応する到達温度の変化を示す図である。
との距離に対応する到達温度の変化を示す図である。
１ 圧縮機 ２ 蓄冷器 ２ａ アフタークーラー ３ パルス管 ３ａ ホットエンド ４ オリフィスバルブ ５ リザーバータンク ６ ダブルインレットバルブ
Claims (1)
- 【請求項１】 圧縮機（１）に対して、畜冷器（２）、
パルス管（３）、オリフィスバルブ（４）およびリザー
バータンク（５）をこの順に直列接続し、蓄冷器（２）
のアフタークーラー（２ａ）とパルス管（３）のホット
エンド（３ａ）との間にダブルインレットバルブ（６）
を接続してあ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 |
|---|---|---|---|
| JP16865197A JPH1114173A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | パルス管冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16865197A JPH1114173A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | パルス管冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114173A true JPH1114173A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15871985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16865197A Pending JPH1114173A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | パルス管冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1114173A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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
- 1997-06-25 JP JP16865197A patent/JPH1114173A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
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