JPH11248279A - パルス管冷凍機 - Google Patents

パルス管冷凍機

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JPH11248279A
JPH11248279A JP10053749A JP5374998A JPH11248279A JP H11248279 A JPH11248279 A JP H11248279A JP 10053749 A JP10053749 A JP 10053749A JP 5374998 A JP5374998 A JP 5374998A JP H11248279 A JPH11248279 A JP H11248279A
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pulse tube
temperature end
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flow
cold head
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JP10053749A
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Yoshinori Funatsu
義徳 船津
Nobuaki Okumura
暢朗 奥村
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 細管に配設される調整バルブを廃止して低コ
ストなパルス管冷凍機を提供すること。 【解決手段】 パルス管１２の高温端に細管を介して連
結されたバッファタンク３と、パルス管１２の高温端側
及び低温端側の少なくともいずれか一方に配設され作動
流体のパルス管１２への流れに抵抗を付与する網目状の
抵抗部材６と、抵抗部材６とパルス管１２との間に配設
され作動流体の流れを整流する複数の流通孔７１ａを備
えた整流部材７とを有して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス管冷凍機に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のパルス管冷凍機として
は、特開平９−１１９７３１号公報に示されるものが知
れている。これは、コールドヘッド、コールドヘッドの
一端に連結されたパルス管及びコールドヘッドの他端に
連結された蓄冷器を有する冷凍発生ユニットと、蓄冷器
の高温端側に連結され前記冷凍発生ユニット内の作動流
体を膨張・圧縮させて振動させる圧力変動源と、パルス
管の高温端側に連結され前記パルス管内に仮想的気体ピ
ストンを構成して圧力変動源の作動により振動する作動
流体の変位と圧力変動に位相差を持たせる流体制御機構
とを備えたものである。
【０００３】この従来装置における流体制御機構は、パ
ルス管の高温端に細管を介して連結されたバッファタン
クと、細管に配設され細管を流れる作動流体の流量を調
整するオリフィス部材としての調整バルブとを有して構
成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のパルス管冷凍機であると、振動する作動流体の変位と
圧力に位相差を持たせる流体制御機構は、調整バルブを
必要としているため。コスト的に不利なものとである。
【０００５】故に、本発明は、細管に配設される調整バ
ルブを廃止して低コストなパルス管冷凍機を提供するこ
とを、その技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために本発明において講じた技術的手段は、流体制御
機構を、パルス管の高温端に細管を介して連結されたバ
ッファタンクと、前記パルス管の高温端側及び低温端側
の少なくともいずれか一方に配設され作動流体の前記パ
ルス管への流れに抵抗を付与する網目状の抵抗部材と、
該抵抗部材と前記パルス管との間に配設され前記作動流
体の流れを整流する複数の流通孔を備えた整流部材とを
有して構成した、ことである。
【０００７】この技術的手段によれば、網目状の抵抗部
材によってバッファタンクから蓄冷器への作動流体の流
通が制限され、パルス管内に仮想的気体ピストンを構成
し得る。これにより、圧力変動源の作動によって振動す
る作動流体の変位と圧力変動に位相差が待たされる。こ
のように、従来の如き調整バルブに代えて網目状の抵抗
部材を配設するのみでよいため、よって、低コストなパ
ルス管冷凍機とし得る。
【０００８】より好ましくは、前記整流部材の前記複数
の流通孔を、前記抵抗部材側から前記蓄冷器側へ向かっ
てその径が夫々徐々に大きくなるように構成する、と良
い。
【０００９】より好ましくは、前記整流部材において前
記複数の流通孔が形成される範囲を、前記パルス管の径
より大きく構成する、と良い。
【００１０】より好ましくは、前記整流部材の前記複数
の流通孔を、夫々同径で且つ同距離で隣り合うものとす
る、と良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に示されるように、パルス管
冷凍機は。冷凍発生ユニット１、圧力変動源となるコン
プレッサ２及びバッファタンク３より構成されている。
【００１２】冷凍発生ユニット１は、円柱状を呈し銅等
で形成されたコールドヘッド１１を備え、その軸方向一
面（図１示上面）にパルス管１２が取り付けられ、他面
（図２示下端）に蓄冷器１３が取り付けられたもので、
気体ヘリウム等の作動ガスが封入されている。パルス管
１２及び蓄冷器１３は、コールドヘッド１１と同一軸線
上に配置されており、冷凍発生ユニット１内の作動ガス
の流れの乱れが減少し、冷却効率が向上する。又、コー
ルドヘッド１１には、軸方向に延在し且つ一面及び他面
に開口し作動ガスが流通する複数の貫通孔１１ａが形成
されており、このコールドヘッド１１が被冷却体と接触
して熱交換を行う。パルス管１２は、中空の円筒管であ
り、ステンレス等により形成される。このパルス管１２
は、コールドヘッド１１に近い側で低温となり、遠い側
で高温となる温度分布を持ち、コールドヘッド１１に近
い側の端が低温端１２ａ、反対側の端が高温端１２ｂと
なる。蓄冷器１３は、円筒状のケース内部にメッシュ等
が積層して形成された蓄冷材が充填されてなるものであ
って、コールドヘッド１１に近い側で低温となり、遠い
側で高温となる温度分布を持ち、コールドヘッド１１に
近い側の端が低温端１３ａ、反対側の端が高温端１３ｂ
となる。
【００１３】コンプレッサ２は、シリンダ２１内を往復
動するピストン２２を備えたもので、ピストン２２の往
復動により圧縮されるシリンダ２１内の圧縮室２３は、
細管４により蓄冷器１３の高温端１３ｂに連通してい
る。バッファタンク３は、細管５により後述する抵抗部
材６及び整流部材７を介してパルス管３の高温端１２ｂ
に連通している。このコンプレッサ２及びバッファタン
ク３は、冷凍発生ユニット１と同一軸線上に配置されて
いる。これにより、冷凍発生ユニット１へ流通する作動
ガスの流れの乱れが減少し、冷却効率が向上する。
【００１４】抵抗部材６は、細管５と冷凍発生ユニット
１のパルス管１２の高温端１２ｂとの間に配置されてい
る。この抵抗部材６は、所望寸法の複数の貫通孔を形成
する複数枚の金網を積層してなる網目状のものである。
尚、抵抗部材６を構成する複数の金網は、夫々の貫通孔
が互い違いになるように積層されていても、同じ位置と
なるように積層されていてもよい。又、一枚の金網から
構成してもよい。
【００１５】整流部材７は、銅、ステンレス等よりな
り、抵抗部材６と冷凍発生ユニット１のパルス管１２と
の間に配設されている。この整流部材７には、図２及び
図３に示されるように、冷凍発生ユニット１のコールド
ヘッド１１の複数の貫通孔１１と対向するように同軸
（図２示Ｚ軸方向）で形成された複数の貫通孔７１が形
成されている。この複数の貫通孔７１は、夫々、抵抗部
材６側の一面（図３示上面）での径よりパルス管１２側
の他面（図３示下面）での径が大きくなるように徐々に
テーパ状となっており、全て同じ径で且つ隣合う貫通孔
７１同士が図２示Ｘ軸方向及びＹ軸方向の夫々の方向に
おいて等距離で隣り合っている。又、これら複数の貫通
孔７１の整流部材７に対する形成範囲は、パルス管１２
の径よりも広くっている。
【００１６】次に作動について説明する。
【００１７】コンプレッサ２を作動させると、冷凍発生
ユニット１内の作動ガスに正弦波の振動が付与され、膨
張・圧縮して圧力変動が引き起こされる。この作動ガス
は、この圧力変動に伴って変位するが、冷凍発生ユニッ
ト１のパルス管１２内とバッファタンク３内とを行き来
する作動ガスは、抵抗部材６の貫通孔６１を流通するこ
とでその流通量が制限されるので、パルス管１２内に仮
想的気体ピストンを構成して作動ガスの圧力変動と変位
との間に一定の位相差が生じさせる。これにより、作動
ガスは、コールドヘッド１１付近の熱を吸込み、蓄冷器
１３の高温端１３ｂ側又はパルス管１２の高温端１２ｂ
側に移動し、移動した後その位置で熱を吐き出し、熱を
吐き出した後、蓄冷器１３の低温端１３ａ側又はパルス
管１２の低温端１２ａ側に移動する動作を繰り返す。こ
の結果、コールドヘッド１１付近の熱が蓄冷器１３の高
温端１３ｂ側またはパルス管１２の高温端１２ｂ側に汲
み出され、コールドヘッド１１付近において極低温が発
生する。
【００１８】作動ガスが抵抗部材６を流通してパルス管
１２内に流入する時、作動ガスは、整流部材７の貫通孔
７１を流通して整流されてパルス管１２内に流入する。
これにより、抵抗部材６内を流通する時に生じるパルス
管１２内に流入する作動ガスの流れの乱れは抑えられ、
冷却効率の低下が抑制される。
【００１９】作動ガスが流通する整流部材７の貫通孔７
１は、抵抗部材６からパルス管１２に向かってその径が
徐々に大きくなっているので、作動ガスの流路が抵抗部
材６からパルス管１７に至る際に急激に大きくなること
が低減され、これにより、作動ガスがパルス管１７に流
入する時の膨張を抑制してこの膨張に起因する作動ガス
の流れの乱れが抑えられ、冷却効率の低下が抑制され
る。又、一般的に流通する作動ガスの速度分布は、流路
の中心が最も早く中心から離れるに従い徐々に遅くなる
が、整流部材７の貫通孔７１の形成範囲がパルス管１７
の径よりも広くなっているので、パルス管１７内を流通
する作動ガスの流通速度を高く保ち得、これにより、冷
却効率の低下が抑制される。更に、整流部材７の貫通孔
７１は、コールドヘッド１１の貫通孔１１ａと対向して
同軸上に配置されているので、冷凍発生ユニット１内の
作動ガスを振動させる力の方向は、蓄冷器１３からパル
ス管１２に流入する場合とバッファタンク３から細管５
を経て流入する場合とで向きが反転するだけで、パルス
管１２内での力の成分は、大部分が軸方向となり、軸方
向と直交する方向の成分が少なくなる。これにより、パ
ルス管１２内での作動ガスの流れの乱れが低減され、冷
却効率の低下が抑制される。
【００２０】尚、抵抗部材６を構成する金網の線径や寸
法を任意に設定することで前述した所望の圧力変動と変
位の位相差を比較的に容易に得られる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、流体制御機構を網目状
の抵抗部材を有して構成し、この抵抗部材により作動流
体の流通を制限して冷凍発生ユニット内の作動流体の圧
力変動と変位に位相差を持たせるようにしたので、従
来、必要であった調整バルブを廃止することができ、低
コスト化を図ることができる。又、抵抗部材に隣接して
整流部材を設けたので、抵抗部材による作動流体の流れ
の乱れを抑制することができ、これにより、冷却効率の
低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパルス管冷凍機を示す概略図であ
る。
【図２】本発明に係るパルス管冷凍機の整流部材とコー
ルドヘッドとの位置関係を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】 １ 冷凍発生ユニット ２ コンプレッサ（圧力変動源） ３ バッファタンク ６ 抵抗部材（流体制御機構） ７ 整流部材（流体制御機構） １１ コールドヘッド １３ 蓄冷器 １４ パルス管 ７１ 貫通孔（流通孔）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コールドヘッド、該コールドヘッドの一
    端に連結されたパルス管及び前記コールドヘッドの他端
    に連結された蓄冷器を有する冷凍発生ユニットと、前記
    蓄冷器の高温端側に連結され前記冷凍発生ユニット内の
    作動流体を膨張・圧縮させて振動させる圧力変動源と、
    前記パルス管の高温端側に連結され前記パルス管内に仮
    想的気体ピストンを構成して前記圧力変動源の作動によ
    り振動する前記作動流体の変位と圧力変動に位相差を持
    たせる流体制御機構とを備えたパルス管冷凍機におい
    て、前記流体制御機構を、前記パルス管の高温端に細管
    を介して連結されたバッファタンクと、前記パルス管の
    高温端側及び低温端側の少なくともいずれか一方に配設
    され前記作動流体の前記パルス管への流れに抵抗を付与
    する網目状の抵抗部材と、該抵抗部材と前記パルス管と
    の間に配設され前記作動流体の流れを整流する複数の流
    通孔を備えた整流部材とを有して構成した、ことを特徴
    とするパルス管冷凍機。
  2. 【請求項２】 前記整流部材の前記複数の流通孔は、前
    記抵抗部材側から前記蓄冷器側へ向かってその径が夫々
    徐々に大きくなるように構成されている、請求項１記載
    のパルス管冷凍機。
  3. 【請求項３】 前記整流部材において前記複数の流通孔
    が形成される範囲は、前記パルス管の径より広く構成さ
    れている、請求項１記載のパルス管冷凍機。
  4. 【請求項４】 前記整流部材の前記複数の流通孔は、夫
    々同径で且つ同距離で隣り合う請求項１記載のパルス管
    冷凍機。
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