JP2003004322A - バッファタンクレスのパルス管冷凍機 - Google Patents
バッファタンクレスのパルス管冷凍機Info
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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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- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
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- 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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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パルス管冷凍機の防振器容器を多機能化し
て、この防振器容器にバッファタンクの機能を持たせよ
うとする多機能装置の開発。 【解決手段】 リニア圧縮機２０は防振器容器３０と対
抗して配置され、機械的な金属製発条(特殊合金)、振動
吸収性材料（特殊合成ゴム）等から構成される。これら
リニア圧縮機２０と防振器容器３０とは作動ガスが出入
しないように完全に遮蔽されて防振器容器は、防振器と
バッファタンクの機能とを兼ねる。真空チャンバー２４
中のコールドヘッドは蓄冷され、高周波信号送受信局や
その中継局等の施設として超伝導材料を利用した(極)低
温増幅器等を格納できる。リニア圧縮機２０と真空チャ
ンバー２４との間は熱交換器２２を含み、作動ガスの流
路を形成し、キャピラリチューブ２６の端末は防振器容
器に連通する。
て、この防振器容器にバッファタンクの機能を持たせよ
うとする多機能装置の開発。 【解決手段】 リニア圧縮機２０は防振器容器３０と対
抗して配置され、機械的な金属製発条(特殊合金)、振動
吸収性材料（特殊合成ゴム）等から構成される。これら
リニア圧縮機２０と防振器容器３０とは作動ガスが出入
しないように完全に遮蔽されて防振器容器は、防振器と
バッファタンクの機能とを兼ねる。真空チャンバー２４
中のコールドヘッドは蓄冷され、高周波信号送受信局や
その中継局等の施設として超伝導材料を利用した(極)低
温増幅器等を格納できる。リニア圧縮機２０と真空チャ
ンバー２４との間は熱交換器２２を含み、作動ガスの流
路を形成し、キャピラリチューブ２６の端末は防振器容
器に連通する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパルスチューブ（パ
ルス管）冷凍機に関し、殊に、バッファタンクを省いた
型〈以下、「バッファタンクレス」と称する〉のパルス
管冷凍機に係わる。
ルス管）冷凍機に関し、殊に、バッファタンクを省いた
型〈以下、「バッファタンクレス」と称する〉のパルス
管冷凍機に係わる。
【０００２】
【従来技術とその問題点】パルス管冷凍機は、パルス管
内を流動する作動ガスが圧縮・膨張することにより発熱
・冷却を生じ、パルス管に発熱部分と蓄冷部分とが形成
される。そして、この発熱をパルス管外に放熱すること
により、蓄冷部分を所定の低温に到達せしめることが可
能な冷凍機である。この際、作動ガスは或る所定の位置
において圧縮され、また別な所定の位置で膨張される必
要があるが、これらの条件を満たすために、高性能のリ
ニア圧縮機を使用して作動ガスが規則的な圧縮・膨張さ
れること、並びに作動ガスの波動が所定の位相となるよ
うに位相調整を行うことが不可欠である。そしてパルス
管冷凍機に設けられる位相調整手段の１つとしてバッフ
ァタンクが従来から知られている。パルス管冷凍機は蓄
冷器の性能を高めるために、位相調整手段により、低温
端の最適ＰＶ位相角度が９０度となるように（９０度に
可能な限り近づくように）して、冷凍能力を向上せしめ
るものであるが、その例として特開２０００−７４５１
６号公報が挙げられる。この文献には、圧縮機の接続管
に対して、蓄冷器及びパルスチューブをこの順に直列接
続し、パルスチューブの常温端（実際には常温ではな
く、数十度高温となるので「高温端」と呼ぶ例もあ
る。）にオリフィスバルブを介してバッファタンクを接
続し、当該バッファタンクと圧縮機とをバルブ及びバッ
ファタンクから圧縮機への流れを許容する一方向性弁
（逆止弁）を介在させた環流管路により接続し、パルス
チューブの常温端側と蓄冷器の常温端側とをダブルイン
レットバルブを介して接続する構成である。
内を流動する作動ガスが圧縮・膨張することにより発熱
・冷却を生じ、パルス管に発熱部分と蓄冷部分とが形成
される。そして、この発熱をパルス管外に放熱すること
により、蓄冷部分を所定の低温に到達せしめることが可
能な冷凍機である。この際、作動ガスは或る所定の位置
において圧縮され、また別な所定の位置で膨張される必
要があるが、これらの条件を満たすために、高性能のリ
ニア圧縮機を使用して作動ガスが規則的な圧縮・膨張さ
れること、並びに作動ガスの波動が所定の位相となるよ
うに位相調整を行うことが不可欠である。そしてパルス
管冷凍機に設けられる位相調整手段の１つとしてバッフ
ァタンクが従来から知られている。パルス管冷凍機は蓄
冷器の性能を高めるために、位相調整手段により、低温
端の最適ＰＶ位相角度が９０度となるように（９０度に
可能な限り近づくように）して、冷凍能力を向上せしめ
るものであるが、その例として特開２０００−７４５１
６号公報が挙げられる。この文献には、圧縮機の接続管
に対して、蓄冷器及びパルスチューブをこの順に直列接
続し、パルスチューブの常温端（実際には常温ではな
く、数十度高温となるので「高温端」と呼ぶ例もあ
る。）にオリフィスバルブを介してバッファタンクを接
続し、当該バッファタンクと圧縮機とをバルブ及びバッ
ファタンクから圧縮機への流れを許容する一方向性弁
（逆止弁）を介在させた環流管路により接続し、パルス
チューブの常温端側と蓄冷器の常温端側とをダブルイン
レットバルブを介して接続する構成である。
【０００３】ところで、機能的に不可欠な要素であるバ
ッファタンク（位相調整手段）をパルス管冷凍機から消
去（省略）することは、それ自体が画期的発想と云え
る。もっとも、従来技術においてもバッファタンクを省
く技術的思想があり、バッファタンク以外に位相調整機
能を有する他の要素部材に代用させる試みが提案されて
いる。
ッファタンク（位相調整手段）をパルス管冷凍機から消
去（省略）することは、それ自体が画期的発想と云え
る。もっとも、従来技術においてもバッファタンクを省
く技術的思想があり、バッファタンク以外に位相調整機
能を有する他の要素部材に代用させる試みが提案されて
いる。
【０００４】この発想の先駆は、特開平６−１８５８１
７号公報に開示されているが、このパルスチューブ冷凍
機は２つの連通管を備えており、第１の連通管は蓄熱器
と低温熱交換器とを介して圧縮室とパルスチューブとを
連通し、また第２の一対の連通管は常温熱交換器を介し
てバッファ室と前記パルスチューブとを連通しているの
で、作動ガスがこのパルスチューブを介してバッファ室
と圧縮室との間を流れることとなる。従って、従前型の
バッファタンクが無くとも支障が生じないような構成で
あり、位相調整機能を備えている。しかしながら、この
技術は作動ガスの圧縮機能を受持つ圧縮室に、同時にバ
ッファ機能を要請(賦課)するものであり、作動ガスの圧
力変動を招く原因となりかねない。また、作動ガスの圧
力変動が間接的な影響を及ぼし、冷凍機の性能を不安定
にする懼れがある。このような理由から実用性に疑問符
が打たれている。作動ガスの溜まるバッファタンクやキ
ャピラリは作動ガス自体が９０℃程度の温度に達する場
合があり、高温度では作動ガスの位相調整が低温に較べ
て一層難しくなる傾向があるので、この性能が不安定と
なるパルスチューブ冷凍機は実際に使用に耐えられるか
という疑問がある。
７号公報に開示されているが、このパルスチューブ冷凍
機は２つの連通管を備えており、第１の連通管は蓄熱器
と低温熱交換器とを介して圧縮室とパルスチューブとを
連通し、また第２の一対の連通管は常温熱交換器を介し
てバッファ室と前記パルスチューブとを連通しているの
で、作動ガスがこのパルスチューブを介してバッファ室
と圧縮室との間を流れることとなる。従って、従前型の
バッファタンクが無くとも支障が生じないような構成で
あり、位相調整機能を備えている。しかしながら、この
技術は作動ガスの圧縮機能を受持つ圧縮室に、同時にバ
ッファ機能を要請(賦課)するものであり、作動ガスの圧
力変動を招く原因となりかねない。また、作動ガスの圧
力変動が間接的な影響を及ぼし、冷凍機の性能を不安定
にする懼れがある。このような理由から実用性に疑問符
が打たれている。作動ガスの溜まるバッファタンクやキ
ャピラリは作動ガス自体が９０℃程度の温度に達する場
合があり、高温度では作動ガスの位相調整が低温に較べ
て一層難しくなる傾向があるので、この性能が不安定と
なるパルスチューブ冷凍機は実際に使用に耐えられるか
という疑問がある。
【０００５】なお、特開２０００−７４５１６号公報や
特開２０００−７４５１７号公報に記載されている例
は、オリフィスチューブがシングルチューブであり、圧
縮機の接続管をダブルインレットバルブで連結すること
やバッファタンクと連結管とをオリフィスチューブで連
通しているが、この型式はパルスチューブ冷却機の冷却
能を低減する。その理由は、連結管中に存する、圧縮機
側で高温に至った作動ガスがオリフィスチューブの中に
侵入して、オリフィスチューブ自体が加熱されるため
に、低温部から汲み上げた熱をオリフィスチューブが充
分放熱することができないからであり、装置全体の熱効
率を低減させる結果を生じる。
特開２０００−７４５１７号公報に記載されている例
は、オリフィスチューブがシングルチューブであり、圧
縮機の接続管をダブルインレットバルブで連結すること
やバッファタンクと連結管とをオリフィスチューブで連
通しているが、この型式はパルスチューブ冷却機の冷却
能を低減する。その理由は、連結管中に存する、圧縮機
側で高温に至った作動ガスがオリフィスチューブの中に
侵入して、オリフィスチューブ自体が加熱されるため
に、低温部から汲み上げた熱をオリフィスチューブが充
分放熱することができないからであり、装置全体の熱効
率を低減させる結果を生じる。
【０００６】つまり、パルス管冷凍機を小型化しようと
すると上記のような課題が存する。
すると上記のような課題が存する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、防振器容器
を多機能化して、この防振器容器にバッファタンクの機
能を持たせようとするものである。
を多機能化して、この防振器容器にバッファタンクの機
能を持たせようとするものである。
【０００８】パルス管冷凍機では、作動ガスに規則的な
疎密状態（膨張・圧縮状態）を齎すために、通常リニア
モータ構造の圧縮機を使用するが、このリニアモータの
安定なレシプロカル運動を担保する手段としてバランス
の優れた複気筒型からなる圧縮機を採用してきている。
しかしながら、パルス管冷凍機、圧縮機その他の装置全
体を容積的に小型化する必要があり、同時に効率化、省
エネルギー化等の観点から単気筒型圧縮機を開発しつつ
ある。その開発過程において、単気筒型圧縮機を円滑に
稼動させるために、圧縮機振動を抑える機能をもつ防振
器を単気筒型圧縮機に連結配設し、これを防振器容器と
してバッファタンク機能を賦課したタンク（容器）装置
に改造した。すると、バッファタンクを圧縮室に連通し
た従来技術に見られたものと異なって、本発明の防振器
容器は圧力変動が全くない安定な状態を持続できること
を知見し、本発明を完成するに至ったのである。
疎密状態（膨張・圧縮状態）を齎すために、通常リニア
モータ構造の圧縮機を使用するが、このリニアモータの
安定なレシプロカル運動を担保する手段としてバランス
の優れた複気筒型からなる圧縮機を採用してきている。
しかしながら、パルス管冷凍機、圧縮機その他の装置全
体を容積的に小型化する必要があり、同時に効率化、省
エネルギー化等の観点から単気筒型圧縮機を開発しつつ
ある。その開発過程において、単気筒型圧縮機を円滑に
稼動させるために、圧縮機振動を抑える機能をもつ防振
器を単気筒型圧縮機に連結配設し、これを防振器容器と
してバッファタンク機能を賦課したタンク（容器）装置
に改造した。すると、バッファタンクを圧縮室に連通し
た従来技術に見られたものと異なって、本発明の防振器
容器は圧力変動が全くない安定な状態を持続できること
を知見し、本発明を完成するに至ったのである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明では、リニア圧縮機の振動を抑制
せしめ得る防振器容器と、パルス管冷凍機の先端に接続
された位相調整機能をもつキャピラリチューブとを連通
する。その結果、バッファタンクを省くことが可能な小
型パルス管冷凍機が設計できる。この請求項１の発明で
は、防振器容器とキャピラリチューブとを連通すること
によって、バッファタンクを省略できる点が肝要であ
り、複気筒型リニア圧縮機でも単気筒型リニア圧縮機で
も区別なく適用できる。これを要するに、圧縮部(圧縮
機や従来技術の圧縮室)と位相調整手段とが作動ガスで
連通しないように隔離・遮断されていることが必要条件
となる。
めに、請求項１の発明では、リニア圧縮機の振動を抑制
せしめ得る防振器容器と、パルス管冷凍機の先端に接続
された位相調整機能をもつキャピラリチューブとを連通
する。その結果、バッファタンクを省くことが可能な小
型パルス管冷凍機が設計できる。この請求項１の発明で
は、防振器容器とキャピラリチューブとを連通すること
によって、バッファタンクを省略できる点が肝要であ
り、複気筒型リニア圧縮機でも単気筒型リニア圧縮機で
も区別なく適用できる。これを要するに、圧縮部(圧縮
機や従来技術の圧縮室)と位相調整手段とが作動ガスで
連通しないように隔離・遮断されていることが必要条件
となる。
【００１０】請求項２の発明では、小型化、熱効率化を
一層発展させたものとして単気筒のリニア圧縮機とその
振動を抑制せしめ得る防振器容器とを巧妙に連結したも
のである。即ち、作動ガスを膨張・圧縮させ得る単気筒
型リニア圧縮機と、該単気筒型リニア圧縮機の振動を抑
制せしめ得る防振器容器と、低温真空チャンバーと、該
低温真空チャンバー内に格納されたパルス管と、該パル
ス管先端の高温部に連結されるキャピラリチューブとを
含むバッファタンクのないパルス管冷凍機において、該
キャピラリチューブを該防振器容器に連通すること、及
び該単気筒型リニア圧縮機と該防振器容器とは前記作動
ガスが流出入できないように遮蔽されていることを特徴
とする。
一層発展させたものとして単気筒のリニア圧縮機とその
振動を抑制せしめ得る防振器容器とを巧妙に連結したも
のである。即ち、作動ガスを膨張・圧縮させ得る単気筒
型リニア圧縮機と、該単気筒型リニア圧縮機の振動を抑
制せしめ得る防振器容器と、低温真空チャンバーと、該
低温真空チャンバー内に格納されたパルス管と、該パル
ス管先端の高温部に連結されるキャピラリチューブとを
含むバッファタンクのないパルス管冷凍機において、該
キャピラリチューブを該防振器容器に連通すること、及
び該単気筒型リニア圧縮機と該防振器容器とは前記作動
ガスが流出入できないように遮蔽されていることを特徴
とする。
【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明を統合したものであって、作動ガスの疎密波の発
生に伴う振動吸収と位相調整とを防振器容器に担わせる
パルス管冷凍機である。即ち、作動ガスに膨張・圧縮
（疎密）波動を形成する圧縮機における機械的振動の制
振機能と、パルス管冷凍機のキャピラリチューブを含む
作動ガスの位相調整機能とを兼備した防振器容器を有す
る特徴がある。
の発明を統合したものであって、作動ガスの疎密波の発
生に伴う振動吸収と位相調整とを防振器容器に担わせる
パルス管冷凍機である。即ち、作動ガスに膨張・圧縮
（疎密）波動を形成する圧縮機における機械的振動の制
振機能と、パルス管冷凍機のキャピラリチューブを含む
作動ガスの位相調整機能とを兼備した防振器容器を有す
る特徴がある。
【００１２】本発明では、既述したように、防振器容器
はリニア圧縮機と作動ガスが流出入しないように隔壁等
により遮断されている必要がある。また、この遮断は、
キャピラリチューブを流れる作動ガス（通常６５〜７０
℃）が圧縮機内の圧縮により高温に達したガス（９０℃
程度）と混合しないためにも熱効率から必要であり、冷
凍機の冷凍能力がバッファタンクを備えたものと差異が
ない利点がある。
はリニア圧縮機と作動ガスが流出入しないように隔壁等
により遮断されている必要がある。また、この遮断は、
キャピラリチューブを流れる作動ガス（通常６５〜７０
℃）が圧縮機内の圧縮により高温に達したガス（９０℃
程度）と混合しないためにも熱効率から必要であり、冷
凍機の冷凍能力がバッファタンクを備えたものと差異が
ない利点がある。
【００１３】
【実施の態様】図面を参照して本発明の実施の態様を説
明する。
明する。
【００１４】図１は、本発明の実施例の一つを模式的に
表示したものであって、請求項２に相当する単気筒型リ
ニア圧縮機を用いた例である。
表示したものであって、請求項２に相当する単気筒型リ
ニア圧縮機を用いた例である。
【００１５】リニア圧縮機２０は防振器容器３０と対抗
して配置されるが、機械的な金属製発条(特殊合金)、振
動吸収性材料（特殊合成ゴム）、空気ばね等から構成さ
れる。これらリニア圧縮機２０と防振器容器３０とは作
動ガスを含む流体が出入しないように完全に遮蔽され
る。
して配置されるが、機械的な金属製発条(特殊合金)、振
動吸収性材料（特殊合成ゴム）、空気ばね等から構成さ
れる。これらリニア圧縮機２０と防振器容器３０とは作
動ガスを含む流体が出入しないように完全に遮蔽され
る。
【００１６】真空チャンバー２４の中にはコールドヘッ
ドが置かれ蓄冷され、またパルス管冷凍機のパルスチュ
ーブ部分も配置される。この真空チャンバー２４が冷凍
機の主要部であって、高周波信号送受信局やその中継局
等の施設として超伝導材料を利用した低温増幅器等を格
納できる。リニア圧縮機２０と真空チャンバー２４との
間は熱交換器２２を含み、作動ガスの流路を形成する。
ドが置かれ蓄冷され、またパルス管冷凍機のパルスチュ
ーブ部分も配置される。この真空チャンバー２４が冷凍
機の主要部であって、高周波信号送受信局やその中継局
等の施設として超伝導材料を利用した低温増幅器等を格
納できる。リニア圧縮機２０と真空チャンバー２４との
間は熱交換器２２を含み、作動ガスの流路を形成する。
【００１７】真空チャンバー２４と防振器容器３０との
間はキャピラリチューブ２６によって位相調整が図られ
る。
間はキャピラリチューブ２６によって位相調整が図られ
る。
【００１８】なお、複気筒型リニア圧縮機に、図１と同
様に、防振器容器３０を配置することが可能となり、こ
の場合でもパルス管冷凍機の先端からキャピラリチュー
ブ２６を介して、防振器容器３０に作動ガスを連通でき
る。勿論位相調整機能は変わらない。
様に、防振器容器３０を配置することが可能となり、こ
の場合でもパルス管冷凍機の先端からキャピラリチュー
ブ２６を介して、防振器容器３０に作動ガスを連通でき
る。勿論位相調整機能は変わらない。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、防振器容器を多機能化させ
て、パルス管冷凍機全体を小型化させ、しかも熱効率、
冷却能を向上させたものである。
て、パルス管冷凍機全体を小型化させ、しかも熱効率、
冷却能を向上させたものである。
【００２０】本発明のパルス管冷凍機は複気筒型リニア
圧縮機のみでなく単気筒型リニア圧縮機に適用でき、防
振器としての制振機能と位相調整機能とを有するので、
バッファタンクを設けずにも冷凍能力を高度に維持でき
る効果を奏する。
圧縮機のみでなく単気筒型リニア圧縮機に適用でき、防
振器としての制振機能と位相調整機能とを有するので、
バッファタンクを設けずにも冷凍能力を高度に維持でき
る効果を奏する。
【００２１】
【発明の用途】本発明のパルス管冷凍機は７０Ｋ程度の
低温に到達できる性能を有し、しかも小型化されてい
る。図１における真空チャンバー２４中のコールドヘッ
ドは７０Ｋ程度に蓄冷され、超伝導材料を利用した精度
の高いフィルタや雑音の極めて少ない低温増幅器等をそ
の真空チャンバー内に格納しているので高周波信号送受
信局や中継局等の施設として機能する。
低温に到達できる性能を有し、しかも小型化されてい
る。図１における真空チャンバー２４中のコールドヘッ
ドは７０Ｋ程度に蓄冷され、超伝導材料を利用した精度
の高いフィルタや雑音の極めて少ない低温増幅器等をそ
の真空チャンバー内に格納しているので高周波信号送受
信局や中継局等の施設として機能する。
【図１】本発明の実施例の一つを模式的に表示したもの
であって、請求項２に相当する概略図である。
であって、請求項２に相当する概略図である。
【符号の説明】
２０ リニア圧縮機
２２ 熱交換器
２４ 真空チャンバー
２６ キャピラリチューブ
３０ 防振器容器
Claims (3)
- 【請求項１】リニア圧縮機の振動を抑制せしめ得る防振
器容器と、パルス管冷凍機の先端に接続されたキャピラ
リチューブとを連通してなるバッファタンクレスのパル
ス管冷凍機。 - 【請求項２】作動ガスを膨張・圧縮させ得る単気筒型リ
ニア圧縮機と、該単気筒型リニア圧縮機の振動を抑制せ
しめ得る防振器容器と、低温真空チャンバーと、該低温
真空チャンバー内に格納されたパルス管と、該パルス管
先端の高温部に連結されるキャピラリチューブとを含む
バッファタンクのないパルス管冷凍機において、該キャ
ピラリチューブを該防振器容器に連通すること、及び該
単気筒型リニア圧縮機と該防振器容器とは前記作動ガス
が流出入できないように遮蔽されていること、を特徴と
するバッファタンクレスのパルス管冷凍機。 - 【請求項３】作動ガスに膨張・圧縮（疎密）波動を形成
する圧縮機における機械的振動の制振機能と、パルス管
冷凍機のキャピラリチューブを含む作動ガスの位相調整
機能とを兼備した防振器容器を有するパルス管冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001188493A JP2003004322A (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | バッファタンクレスのパルス管冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001188493A JP2003004322A (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | バッファタンクレスのパルス管冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003004322A true JP2003004322A (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=19027583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001188493A Pending JP2003004322A (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | バッファタンクレスのパルス管冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003004322A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7802447B2 (en) | 2004-09-30 | 2010-09-28 | Daikin Industries, Ltd. | Positive displacement expander |
-
2001
- 2001-06-21 JP JP2001188493A patent/JP2003004322A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7802447B2 (en) | 2004-09-30 | 2010-09-28 | Daikin Industries, Ltd. | Positive displacement expander |
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