JPH1114174A - パルス管冷凍機 - Google Patents
パルス管冷凍機Info
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- JPH1114174A JPH1114174A JP16865297A JP16865297A JPH1114174A JP H1114174 A JPH1114174 A JP H1114174A JP 16865297 A JP16865297 A JP 16865297A JP 16865297 A JP16865297 A JP 16865297A JP H1114174 A JPH1114174 A JP H1114174A
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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
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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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- F25B2309/1411—Pulse-tube cycles characterised by control details, e.g. tuning, phase shifting or general control
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- F25B2309/1413—Pulse-tube cycles characterised by performance, geometry or theory
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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
- 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】 アフタークーラーおよびホットエンドの長さ
と、フランジの厚みとを適切に設定した場合に設計上の
冷凍能力を達成する。 【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、蓄冷器２とパルス管３とをバイパス
させるダブルインレットバルブ６を接続し、蓄冷器２と
パルス管３とを真空容器に収容し、かつ真空容器のフラ
ンジ７を貫通させて蓄冷器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とを外部に導出し、アフ
タークーラー２ａの貫通部およびホットエンド３ａの貫
通部において、蓄冷器２、パルス管３とフランジ７との
温度干渉を低減すべくフランジ７を他の部分よりも薄肉
に形成する。
と、フランジの厚みとを適切に設定した場合に設計上の
冷凍能力を達成する。 【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、蓄冷器２とパルス管３とをバイパス
させるダブルインレットバルブ６を接続し、蓄冷器２と
パルス管３とを真空容器に収容し、かつ真空容器のフラ
ンジ７を貫通させて蓄冷器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とを外部に導出し、アフ
タークーラー２ａの貫通部およびホットエンド３ａの貫
通部において、蓄冷器２、パルス管３とフランジ７との
温度干渉を低減すべくフランジ７を他の部分よりも薄肉
に形成する。
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、蓄冷器、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、蓄冷器、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、蓄冷器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と蓄冷器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。そし
て、蓄冷器２２およびパルス管２３を真空容器に収容し
ているとともに、真空容器のフランジ２９を貫通させて
蓄冷器２２のアフタークーラー２２ａおよびパルス管２
３のホットエンド２３ａを外部に導出している。
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、蓄冷器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と蓄冷器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。そし
て、蓄冷器２２およびパルス管２３を真空容器に収容し
ているとともに、真空容器のフランジ２９を貫通させて
蓄冷器２２のアフタークーラー２２ａおよびパルス管２
３のホットエンド２３ａを外部に導出している。
【０００４】ここで、アフタークーラー２２ａおよびホ
ットエンド２３ａは熱交換器であり、外気との熱の授受
を十分に行うことにより、冷凍能力を改善できることが
知られている。
ットエンド２３ａは熱交換器であり、外気との熱の授受
を十分に行うことにより、冷凍能力を改善できることが
知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図１の構成のパルス管
冷凍機では、アフタークーラー２２ａおよびホットエン
ド２３ａをフランジ２９から十分に外部に突出させるこ
とにより、外部熱伝達を促進させ、冷凍能力を高めるこ
とができると思われているが、このような構成を採用し
ようとすれば、アフタークーラー２２ａおよびホットエ
ンド２３ａを長くするか、または図２に示すように、蓄
冷器２２本体の一部およびアフタークーラー２２ａの一
部がフランジ２９を貫通するとともに、パルス管２３本
体の一部およびホットエンド２３の一部がフランジ２９
を貫通する構成を採用することになる。
冷凍機では、アフタークーラー２２ａおよびホットエン
ド２３ａをフランジ２９から十分に外部に突出させるこ
とにより、外部熱伝達を促進させ、冷凍能力を高めるこ
とができると思われているが、このような構成を採用し
ようとすれば、アフタークーラー２２ａおよびホットエ
ンド２３ａを長くするか、または図２に示すように、蓄
冷器２２本体の一部およびアフタークーラー２２ａの一
部がフランジ２９を貫通するとともに、パルス管２３本
体の一部およびホットエンド２３の一部がフランジ２９
を貫通する構成を採用することになる。
【０００６】しかし、アフタークーラー２２ａおよびホ
ットエンド２３ａを長くすれば、流体抵抗などが増加す
るので、冷凍能力が低下してしまうことになる。また、
蓄冷器２２本体の一部およびアフタークーラー２２ａの
一部がフランジ２９を貫通するとともに、パルス管２３
本体の一部およびホットエンド２３の一部がフランジ２
９を貫通する構成を採用すれば、フランジ２９と蓄冷器
２２本体、パルス管２３本体が温度干渉して冷凍能力が
低下してしまう。
ットエンド２３ａを長くすれば、流体抵抗などが増加す
るので、冷凍能力が低下してしまうことになる。また、
蓄冷器２２本体の一部およびアフタークーラー２２ａの
一部がフランジ２９を貫通するとともに、パルス管２３
本体の一部およびホットエンド２３の一部がフランジ２
９を貫通する構成を採用すれば、フランジ２９と蓄冷器
２２本体、パルス管２３本体が温度干渉して冷凍能力が
低下してしまう。
【０００７】また、後者の不都合の発生を防止するため
にフランジ２９の厚みを薄くすることが考えられる。し
かし、フランジ２９は真空容器本体に対する取り付けの
必要上、Ｏリング、ボルトなどの装着が必須であり、こ
れらを装着させるために必要最小限の厚みが定まるの
で、フランジ２９をこの厚みよりも薄くすることは不可
能である。
にフランジ２９の厚みを薄くすることが考えられる。し
かし、フランジ２９は真空容器本体に対する取り付けの
必要上、Ｏリング、ボルトなどの装着が必須であり、こ
れらを装着させるために必要最小限の厚みが定まるの
で、フランジ２９をこの厚みよりも薄くすることは不可
能である。
【０００８】したがって、アフタークーラー２２ａおよ
びホットエンド２３ａの長さと、フランジ２９の厚みと
を適切に設定した場合であっても、上述の理由により設
計上の冷凍能力を達成することができない。なお、ダブ
ルインレットバルブを設けていない構成のパルス管冷凍
機においても、上記と同様の不都合が発生すると思われ
る。
びホットエンド２３ａの長さと、フランジ２９の厚みと
を適切に設定した場合であっても、上述の理由により設
計上の冷凍能力を達成することができない。なお、ダブ
ルインレットバルブを設けていない構成のパルス管冷凍
機においても、上記と同様の不都合が発生すると思われ
る。
【０００９】
【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、アフタークーラーおよびホットエンドの
長さと、フランジの厚みとを適切に設定した場合に設計
上の冷凍能力を達成す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、アフタークーラーおよびホットエンドの
長さと、フランジの厚みとを適切に設定した場合に設計
上の冷凍能力を達成す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。
【００１０】
【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、少なくとも蓄冷器、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、蓄冷器と
パルス管とを真空容器に収容し、かつ真空容器のフラン
ジを貫通させて蓄冷器のアフタークーラーとパルス管の
ホットエンドとを外部に導出し、アフタークーラーの貫
通部およびホットエンドの貫通部において、蓄冷器、パ
ルス管とフランジとの温度干渉を低減すべくフランジを
他の部分よりも薄肉に形成したものである。
機は、圧縮機に対して、少なくとも蓄冷器、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、蓄冷器と
パルス管とを真空容器に収容し、かつ真空容器のフラン
ジを貫通させて蓄冷器のアフタークーラーとパルス管の
ホットエンドとを外部に導出し、アフタークーラーの貫
通部およびホットエンドの貫通部において、蓄冷器、パ
ルス管とフランジとの温度干渉を低減すべくフランジを
他の部分よりも薄肉に形成したものである。
【００１１】請求項２のパルス管冷凍機は、圧縮機に対
して、蓄冷器、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、蓄冷器とパルス管
とをバイパスさせるダブルインレットバルブを接続し、
蓄冷器とパルス管とを真空容器に収容し、かつ真空容器
のフランジを貫通させて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を外部に導出し、アフタークー
ラーの貫通部およびホットエンドの貫通部において、蓄
冷器、パルス管とフランジとの温度干渉を低減すべくフ
ランジを他の部分よりも薄肉に形成したものである。
して、蓄冷器、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、蓄冷器とパルス管
とをバイパスさせるダブルインレットバルブを接続し、
蓄冷器とパルス管とを真空容器に収容し、かつ真空容器
のフランジを貫通させて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を外部に導出し、アフタークー
ラーの貫通部およびホットエンドの貫通部において、蓄
冷器、パルス管とフランジとの温度干渉を低減すべくフ
ランジを他の部分よりも薄肉に形成したものである。
【００１２】請求項３のパルス管冷凍機は、前記フラン
ジとして、アフタークーラーの貫通部およびホットエン
ドの貫通部において真空容器の内部側が凹入形成される
ことにより、該当部分が他の部分よりも薄肉に形成した
ものを採用するものである。請求項４のパルス管冷凍機
は、前記ダブルインレットバルブとして、その両端部が
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
にそれぞれ接続されたものを採用するものである。
ジとして、アフタークーラーの貫通部およびホットエン
ドの貫通部において真空容器の内部側が凹入形成される
ことにより、該当部分が他の部分よりも薄肉に形成した
ものを採用するものである。請求項４のパルス管冷凍機
は、前記ダブルインレットバルブとして、その両端部が
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
にそれぞれ接続されたものを採用するものである。
【００１３】
【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、少なくとも蓄冷器、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、蓄冷器とパルス管とを真
空容器に収容し、かつ真空容器のフランジを貫通させて
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
を外部に導出し、アフタークーラーの貫通部およびホッ
トエンドの貫通部において、蓄冷器、パルス管とフラン
ジとの温度干渉を低減すべくフランジを他の部分よりも
薄肉に形成したのであるから、蓄冷器、パルス管とフラ
ンジとの温度干渉を排除して、アフタークーラーとホッ
トエンドとの長さに基づいて定まる理論上可能な冷凍能
力を達成することができ、しかも、フランジはアフター
クーラーとホットエンドとの貫通部においてのみ厚みを
薄く設定しているので、真空容器本体に対するフランジ
の取り付けを良好に達成することができる。
対して、少なくとも蓄冷器、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、蓄冷器とパルス管とを真
空容器に収容し、かつ真空容器のフランジを貫通させて
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
を外部に導出し、アフタークーラーの貫通部およびホッ
トエンドの貫通部において、蓄冷器、パルス管とフラン
ジとの温度干渉を低減すべくフランジを他の部分よりも
薄肉に形成したのであるから、蓄冷器、パルス管とフラ
ンジとの温度干渉を排除して、アフタークーラーとホッ
トエンドとの長さに基づいて定まる理論上可能な冷凍能
力を達成することができ、しかも、フランジはアフター
クーラーとホットエンドとの貫通部においてのみ厚みを
薄く設定しているので、真空容器本体に対するフランジ
の取り付けを良好に達成することができる。
【００１４】請求項２のパルス管冷凍機であれば、圧縮
機に対して、蓄冷器、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、蓄冷器とパ
ルス管とをバイパスさせるバルブを接続し、蓄冷器とパ
ルス管とを真空容器に収容し、かつ真空容器のフランジ
を貫通させて蓄冷器のアフタークーラーとパルス管のホ
ットエンドとを外部に導出し、アフタークーラーの貫通
部およびホットエンドの貫通部において、蓄冷器、パル
ス管とフランジとの温度干渉を低減すべくフランジを他
の部分よりも薄肉に形成したのであるから、蓄冷器、パ
ルス管とフランジとの温度干渉を排除して、アフターク
ーラーとホットエンドとの長さに基づいて定まる理論上
可能な冷凍能力を達成することができ、しかも、フラン
ジはアフタークーラーとホットエンドとの貫通部におい
てのみ厚みを薄く設定しているので、真空容器本体に対
するフランジの取り付けを良好に達成することができ
る。
機に対して、蓄冷器、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、蓄冷器とパ
ルス管とをバイパスさせるバルブを接続し、蓄冷器とパ
ルス管とを真空容器に収容し、かつ真空容器のフランジ
を貫通させて蓄冷器のアフタークーラーとパルス管のホ
ットエンドとを外部に導出し、アフタークーラーの貫通
部およびホットエンドの貫通部において、蓄冷器、パル
ス管とフランジとの温度干渉を低減すべくフランジを他
の部分よりも薄肉に形成したのであるから、蓄冷器、パ
ルス管とフランジとの温度干渉を排除して、アフターク
ーラーとホットエンドとの長さに基づいて定まる理論上
可能な冷凍能力を達成することができ、しかも、フラン
ジはアフタークーラーとホットエンドとの貫通部におい
てのみ厚みを薄く設定しているので、真空容器本体に対
するフランジの取り付けを良好に達成することができ
る。
【００１５】請求項３のパルス管冷凍機であれば、前記
フランジとして、アフタークーラーの貫通部およびホッ
トエンドの貫通部において真空容器の内部側が凹入形成
されることにより、該当部分が他の部分よりも薄肉に形
成したものを採用しているので、請求項２と同様の作用
を達成することができる。請求項４のパルス管冷凍機で
あれば、前記ダブルインレットバルブとして、その両端
部が蓄冷器のアフタークーラーとパルス管のホットエン
ドとにそれぞれ接続されたものを採用しているので、ダ
ブルインレットバルブがガスの乱れの影響を殆ど受け
ず、パルス管内のガスカラムの位相制御を意図どおりに
行うことができ、また、蓄冷器とダブルインレットバル
ブとの間およびパルス管とダブルインレットバルブとの
間における無駄容量を大幅に低減して冷凍能力を向上さ
せることができるほか、請求項２または請求項３と同様
の作用を達成することができる。
フランジとして、アフタークーラーの貫通部およびホッ
トエンドの貫通部において真空容器の内部側が凹入形成
されることにより、該当部分が他の部分よりも薄肉に形
成したものを採用しているので、請求項２と同様の作用
を達成することができる。請求項４のパルス管冷凍機で
あれば、前記ダブルインレットバルブとして、その両端
部が蓄冷器のアフタークーラーとパルス管のホットエン
ドとにそれぞれ接続されたものを採用しているので、ダ
ブルインレットバルブがガスの乱れの影響を殆ど受け
ず、パルス管内のガスカラムの位相制御を意図どおりに
行うことができ、また、蓄冷器とダブルインレットバル
ブとの間およびパルス管とダブルインレットバルブとの
間における無駄容量を大幅に低減して冷凍能力を向上さ
せることができるほか、請求項２または請求項３と同様
の作用を達成することができる。
【００１６】
【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、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とパルス管３とをバイパスするダブルイン
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、蓄冷器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。このフランジ７は、真空容器本
体に対する取り付け、および気密保持のためのシール部
材の取り付けに必要な最小限の厚みを有しているととも
に、少なくともアフタークーラー２ａ、ホットエンド３
ａの貫通部の厚みを小さく設定して、蓄冷器２、パルス
管３とフランジ７との温度干渉を防止するとともに、ア
フタークーラー２ａ、ホットエンド３ａのフランジ７か
らの突出長さを長くしている。
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、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とパルス管３とをバイパスするダブルイン
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、蓄冷器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。このフランジ７は、真空容器本
体に対する取り付け、および気密保持のためのシール部
材の取り付けに必要な最小限の厚みを有しているととも
に、少なくともアフタークーラー２ａ、ホットエンド３
ａの貫通部の厚みを小さく設定して、蓄冷器２、パルス
管３とフランジ７との温度干渉を防止するとともに、ア
フタークーラー２ａ、ホットエンド３ａのフランジ７か
らの突出長さを長くしている。
【００１７】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。蓄冷器２、パルス管３とフラン
ジ７との関係についてさらに説明する。蓄冷器２、パル
ス管３とフランジ７との接触部分は、機能上蓄冷器２、
パルス管３の端面がフランジ７の下部と溶接される。な
ぜならば、蓄冷器２、パルス管３のそれぞれが温度勾配
を持っているので、フランジ７の下部よりも上部で蓄冷
器２、パルス管３を接続すると（換言すれば、蓄冷器
２、パルス管３の端部をフランジ７の内部に侵入させた
状態で蓄冷器２、パルス管３をフランジ７に接続する
と）、蓄冷器２、パルス管３がフランジ７に接触してい
る範囲で温度干渉が起こるのであり、このような不都合
の発生を未然に防止するためである。また、蓄冷器２、
パルス管３の常温端の熱交換器であるアフタークーラー
２ａ、ホットエンド３ａは、外気と接触する面積を可能
な限り多くすることが好ましい。しかし、フランジ７の
厚み分だけは、どうしても外気と接触させることができ
ない。したがって、フランジ７を薄くすることにより、
アフタークーラー２ａ、ホットエンド３ａが外気と接触
する面積を大きくすることが考えられる。しかし、フラ
ンジ７は、真空容器本体に対する取り付けのためにボル
トなどを挿通しなければならないだけでなく、気密保持
のためにＯリングなどを装着しなければならないので、
フランジ７を薄くすることには限界がある。本願では、
これらの相反する要求を満足するために、フランジ７の
厚みを全体的に薄くするのではなく、アフタークーラー
２ａ、ホットエンド３ａが貫通する部分のみを薄くして
いる。
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。蓄冷器２、パルス管３とフラン
ジ７との関係についてさらに説明する。蓄冷器２、パル
ス管３とフランジ７との接触部分は、機能上蓄冷器２、
パルス管３の端面がフランジ７の下部と溶接される。な
ぜならば、蓄冷器２、パルス管３のそれぞれが温度勾配
を持っているので、フランジ７の下部よりも上部で蓄冷
器２、パルス管３を接続すると（換言すれば、蓄冷器
２、パルス管３の端部をフランジ７の内部に侵入させた
状態で蓄冷器２、パルス管３をフランジ７に接続する
と）、蓄冷器２、パルス管３がフランジ７に接触してい
る範囲で温度干渉が起こるのであり、このような不都合
の発生を未然に防止するためである。また、蓄冷器２、
パルス管３の常温端の熱交換器であるアフタークーラー
２ａ、ホットエンド３ａは、外気と接触する面積を可能
な限り多くすることが好ましい。しかし、フランジ７の
厚み分だけは、どうしても外気と接触させることができ
ない。したがって、フランジ７を薄くすることにより、
アフタークーラー２ａ、ホットエンド３ａが外気と接触
する面積を大きくすることが考えられる。しかし、フラ
ンジ７は、真空容器本体に対する取り付けのためにボル
トなどを挿通しなければならないだけでなく、気密保持
のためにＯリングなどを装着しなければならないので、
フランジ７を薄くすることには限界がある。本願では、
これらの相反する要求を満足するために、フランジ７の
厚みを全体的に薄くするのではなく、アフタークーラー
２ａ、ホットエンド３ａが貫通する部分のみを薄くして
いる。
【００１８】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、蓄
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、上記の動作に拘ら
ずパルス管３から出入りしないものとに区分され、後者
のガスがディスプレーサ（ガスカラム）として機能す
る。したがって、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。
とおりである。圧縮機１から供給される圧力ガスは、蓄
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、上記の動作に拘ら
ずパルス管３から出入りしないものとに区分され、後者
のガスがディスプレーサ（ガスカラム）として機能す
る。したがって、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。
【００１９】また、オリフィスバルブ４およびダブルイ
ンレットバルブ６によりパルス管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。さらに、蓄冷器２、パルス管３とフランジ７との温
度干渉を排除し、しかもアフタークーラー２ａ、ホット
エンド３ａが外気と接触する面積を増加させることがで
き、この面からも冷凍能力を高めることができる。
ンレットバルブ６によりパルス管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。さらに、蓄冷器２、パルス管３とフランジ７との温
度干渉を排除し、しかもアフタークーラー２ａ、ホット
エンド３ａが外気と接触する面積を増加させることがで
き、この面からも冷凍能力を高めることができる。
【００２０】図４はこの発明のパルス管冷凍機の他の実
施態様を示す概略図であり、図３の実施態様と異なる点
は、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
続した点のみである。この実施態様を採用した場合に
は、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。
施態様を示す概略図であり、図３の実施態様と異なる点
は、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
続した点のみである。この実施態様を採用した場合に
は、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。
【００２１】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３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６
がストレーナ（蓄冷器２のアフタークーラー２ａ、パル
ス管３のホットエンド３ａ）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４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４は、パ
ルス管３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５
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。
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３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６
がストレーナ（蓄冷器２のアフタークーラー２ａ、パル
ス管３のホットエンド３ａ）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４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４は、パ
ルス管３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５
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。
【００２２】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
しまう。また、蓄冷器２とダブルインレットバルブ６と
の間、およびパルス管３とダブルインレットバルブ６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
しまう。また、蓄冷器２とダブルインレットバルブ６と
の間、およびパルス管３とダブルインレットバルブ６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。
【００２３】図４に示すパルス管冷凍機においては、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、オリフィスバルブ４の出口で生じた
ガスの乱れを大幅に低減し、ガスの干渉を大幅に低減し
て、オリフィスバルブ４、ダブルインレットバルブ６に
よるパルス管３内のガスカラムの位相制御を互いに独立
して意図どおりに行うことができ、冷凍能力の予測を簡
単に達成することができる。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７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。
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、オリフィスバルブ４の出口で生じた
ガスの乱れを大幅に低減し、ガスの干渉を大幅に低減し
て、オリフィスバルブ４、ダブルインレットバルブ６に
よるパルス管３内のガスカラムの位相制御を互いに独立
して意図どおりに行うことができ、冷凍能力の予測を簡
単に達成することができる。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７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。
【００２４】また、上記の何れの実施態様のパルス管冷
凍機においても、パルス管内のガスカラムをオリフィス
バルブ４、ダブルインレットバルブ６によって位相制御
し、最適な冷凍能力を得ようとしている。そして、ダブ
ルインレットバルブ６内のガス流量は、ダブルインレッ
トバルブ６の出入り口のガス圧力差と開閉度合いに依存
して定まる。ここで、開閉度合いは、外部からの操作量
により簡単に設定できるのに対して、出入り口のガス圧
力差は蓄冷器２の抵抗値とパルス管３の抵抗値とに依存
して定まる。しかし、従来は、両抵抗値の割合などの目
安が存在していないので、出入り口のガス圧力差を最適
値に設定することが困難であり、例えば、思考錯誤など
によるしかなかった。
凍機においても、パルス管内のガスカラムをオリフィス
バルブ４、ダブルインレットバルブ６によって位相制御
し、最適な冷凍能力を得ようとしている。そして、ダブ
ルインレットバルブ６内のガス流量は、ダブルインレッ
トバルブ６の出入り口のガス圧力差と開閉度合いに依存
して定まる。ここで、開閉度合いは、外部からの操作量
により簡単に設定できるのに対して、出入り口のガス圧
力差は蓄冷器２の抵抗値とパルス管３の抵抗値とに依存
して定まる。しかし、従来は、両抵抗値の割合などの目
安が存在していないので、出入り口のガス圧力差を最適
値に設定することが困難であり、例えば、思考錯誤など
によるしかなかった。
【００２５】しかし、本願発明者は、蓄冷器２の抵抗値
に対するパルス管３の抵抗値を変化させて冷凍能力の変
化を測定し、蓄冷器２の抵抗値に対するパルス管３の抵
抗値の割合を０．２５以下の正の値に設定すればよいこ
とを見出した。さらに詳細に説明すると、蓄冷器２の抵
抗値の調整はメッシュの枚数を変化させることにより行
い、パルス管３の抵抗値の調整はホットエンド、低温端
のストレーナ内に充填されているメッシュまたはそれに
相当する充填物の枚数（量）を変化させることにより行
う。そして、ダブルインレットバルブ６内のガス流量を
一定値（例えば、１５ｌ／ｍｉｎ）に設定した状態で、
両抵抗値の比（パルス管側における圧力低下／蓄冷器側
における圧力低下）を変化させて冷凍能力（Ｑｃｏｌｄ
Ｗ）を測定した。この測定の結果は、図６に示すとおり
であり、０．２５以下の正の値に設定することにより高
い冷凍能力を達成できることが分かる。ただし、０．２
５以下、かつ０．１５以上であることが好ましく、０．
２０以下、かつ０．１５以上であることが最も好まし
い。なお、抵抗値の測定は、例えば、定常流試験により
行う。
に対するパルス管３の抵抗値を変化させて冷凍能力の変
化を測定し、蓄冷器２の抵抗値に対するパルス管３の抵
抗値の割合を０．２５以下の正の値に設定すればよいこ
とを見出した。さらに詳細に説明すると、蓄冷器２の抵
抗値の調整はメッシュの枚数を変化させることにより行
い、パルス管３の抵抗値の調整はホットエンド、低温端
のストレーナ内に充填されているメッシュまたはそれに
相当する充填物の枚数（量）を変化させることにより行
う。そして、ダブルインレットバルブ６内のガス流量を
一定値（例えば、１５ｌ／ｍｉｎ）に設定した状態で、
両抵抗値の比（パルス管側における圧力低下／蓄冷器側
における圧力低下）を変化させて冷凍能力（Ｑｃｏｌｄ
Ｗ）を測定した。この測定の結果は、図６に示すとおり
であり、０．２５以下の正の値に設定することにより高
い冷凍能力を達成できることが分かる。ただし、０．２
５以下、かつ０．１５以上であることが好ましく、０．
２０以下、かつ０．１５以上であることが最も好まし
い。なお、抵抗値の測定は、例えば、定常流試験により
行う。
【００２６】したがって、両抵抗値の比を上述のように
設定することにより、パルス管を最適設計することが容
易になる。なお、以上には、オリフィスバルブ４および
ダブルインレットバルブ６を有するパルス管冷凍機につ
いて説明したが、オリフィスバルブ４、ダブルインレッ
トバルブ６を有していないパルス管冷凍機、ダブルイン
レットバルブ６を有していないパルス管冷凍機について
も同様に適用することが可能である。
設定することにより、パルス管を最適設計することが容
易になる。なお、以上には、オリフィスバルブ４および
ダブルインレットバルブ６を有するパルス管冷凍機につ
いて説明したが、オリフィスバルブ４、ダブルインレッ
トバルブ６を有していないパルス管冷凍機、ダブルイン
レットバルブ６を有していないパルス管冷凍機について
も同様に適用することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】請求項１の発明は、蓄冷器、パルス管と
フランジとの温度干渉を排除して、アフタークーラーと
ホットエンドとの長さに基づいて定まる設計上の冷凍能
力を達成することができ、しかも、真空容器本体に対す
るフランジの取り付けを良好に達成することができると
いう特有の効果を奏する。
フランジとの温度干渉を排除して、アフタークーラーと
ホットエンドとの長さに基づいて定まる設計上の冷凍能
力を達成することができ、しかも、真空容器本体に対す
るフランジの取り付けを良好に達成することができると
いう特有の効果を奏する。
【００２８】請求項２の発明は、蓄冷器、パルス管とフ
ランジとの温度干渉を排除して、アフタークーラーとホ
ットエンドとの長さに基づいて定まる設計上の冷凍能力
を達成することができ、しかも、真空容器本体に対する
フランジの取り付けを良好に達成することができるとい
う特有の効果を奏する。請求項３の発明は、請求項２と
同様の効果を奏する。
ランジとの温度干渉を排除して、アフタークーラーとホ
ットエンドとの長さに基づいて定まる設計上の冷凍能力
を達成することができ、しかも、真空容器本体に対する
フランジの取り付けを良好に達成することができるとい
う特有の効果を奏する。請求項３の発明は、請求項２と
同様の効果を奏する。
【００２９】請求項４の発明は、ダブルインレットバル
ブがガスの乱れの影響を殆ど受けず、パルス管内のガス
カラムの位相制御を意図どおりに行うことができ、ま
た、蓄冷器とダブルインレットバルブとの間およびパル
ス管とダブルインレットバルブとの間における無駄容量
を大幅に低減して冷凍能力を向上させることができるほ
か、請求項２または請求項３と同様の効果を奏する。
ブがガスの乱れの影響を殆ど受けず、パルス管内のガス
カラムの位相制御を意図どおりに行うことができ、ま
た、蓄冷器とダブルインレットバルブとの間およびパル
ス管とダブルインレットバルブとの間における無駄容量
を大幅に低減して冷凍能力を向上させることができるほ
か、請求項２または請求項３と同様の効果を奏する。
【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】従来のダブルインレット型のパルス管冷凍機の
他の構成を示す概略図である。
他の構成を示す概略図である。
【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】この発明のパルス管冷凍機の他の実施態様を示
す概略図である。
す概略図である。
【図５】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６】ダブルインレットバルブ内のガス流量を一定値
に設定した状態で、両抵抗値の比を変化させて冷凍能力
を測定した結果を示す図である。
に設定した状態で、両抵抗値の比を変化させて冷凍能力
を測定した結果を示す図である。
【図７】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 ７ フランジ
Claims (4)
- 【請求項１】 圧縮機（１）に対して、少なくとも蓄冷
器（２）、パルス管（３）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）とパルス管
（３）とを真空容器に収容し、かつ真空容器のフランジ
（７）を貫通させて蓄冷器（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）とを
外部に導出し、アフタークーラー（２ａ）の貫通部およ
びホットエンド（３ａ）の貫通部において、蓄冷器
（２）、パルス管（３）とフランジ（７）との温度干渉
を低減すべくフランジ（７）を他の部分よりも薄肉に形
成してあることを特徴とするパルス管冷凍機。 - 【請求項２】 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、蓄冷器（２）
とパルス管（３）とをバイパスさせるダブルインレット
バルブ（６）を接続し、蓄冷器（２）とパルス管（３）
とを真空容器に収容し、かつ真空容器のフランジ（７）
を貫通させて蓄冷器（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）とを外部に導
出し、アフタークーラー（２ａ）の貫通部およびホット
エンド（３ａ）の貫通部において、蓄冷器（２）、パル
ス管（３）とフランジ（７）との温度干渉を低減すべく
フランジ（７）を他の部分よりも薄肉に形成してあるこ
とを特徴とするパルス管冷凍機。 - 【請求項３】 前記フランジ（７）は、アフタークーラ
ー（２ａ）の貫通部およびホットエンド（３ａ）の貫通
部において真空容器の内部側が凹入形成されることによ
り、該当部分が他の部分よりも薄肉に形成してある請求
項１または請求項２に記載のパルス管冷凍機。 - 【請求項４】 前記ダブルインレットバルブ（６）は、
その両端部が蓄冷器（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）とにそれぞれ
接続されている請求項２または請求項３に記載のパルス
管冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16865297A JP3786383B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP16865297A JP3786383B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | パルス管冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114174A true JPH1114174A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3786383B2 JP3786383B2 (ja) | 2006-06-14 |
Family
ID=15872002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16865297A Expired - Fee Related JP3786383B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | パルス管冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3786383B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7047750B2 (en) * | 2001-08-30 | 2006-05-23 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Pulse tube refrigerating machine |
| 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 |
| USD937683S1 (en) | 2020-10-29 | 2021-12-07 | Suntory Holdings Limited | Bottle |
-
1997
- 1997-06-25 JP JP16865297A patent/JP3786383B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7047750B2 (en) * | 2001-08-30 | 2006-05-23 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Pulse tube refrigerating machine |
| 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 |
| USD937683S1 (en) | 2020-10-29 | 2021-12-07 | Suntory Holdings Limited | Bottle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3786383B2 (ja) | 2006-06-14 |
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