JP2600714B2 - 二重管冷凍機 - Google Patents
二重管冷凍機Info
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- JP2600714B2 JP2600714B2 JP62246839A JP24683987A JP2600714B2 JP 2600714 B2 JP2600714 B2 JP 2600714B2 JP 62246839 A JP62246839 A JP 62246839A JP 24683987 A JP24683987 A JP 24683987A JP 2600714 B2 JP2600714 B2 JP 2600714B2
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- Japan
- Prior art keywords
- pulse tube
- regenerator
- tube
- refrigerator
- heat
- Prior art date
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Classifications
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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
- F25B2309/1406—Pulse-tube cycles with pulse tube in co-axial or concentric 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
- 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
- F25B2309/1412—Pulse-tube cycles characterised by heat exchanger details
-
- 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
- F25B2309/1419—Pulse-tube cycles with pulse tube having a basic pulse tube refrigerator [PTR], i.e. comprising a tube with basic schematic
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、パルスチューブを利用して100K以下の極低
温を実現するパルスチューブ型の二重管冷凍機に関す
る。
温を実現するパルスチューブ型の二重管冷凍機に関す
る。
［従来の技術］ 現在、常用される極低温冷凍機の基本原理は、高温
（常温）で圧縮したガスを低温で膨張させ冷却ガスを発
生させるというものである。そして、その際の共通した
手段として、可動要素をもって膨張室容積を増減させ、
ガスを膨張させることが行なわれる。
（常温）で圧縮したガスを低温で膨張させ冷却ガスを発
生させるというものである。そして、その際の共通した
手段として、可動要素をもって膨張室容積を増減させ、
ガスを膨張させることが行なわれる。
しかし、容積増減の目的で極低温下に機械的な運動を
営ませる機構では、次のような諸点で解決し難い欠点を
伴うことが不可避となる。具体的には、振動を発生す
ること、機構が複雑化しコストアップすること、摩
耗等の装置寿命阻害要因を除去し得ないこと、低温で
のシールが難しいこと、等である。
営ませる機構では、次のような諸点で解決し難い欠点を
伴うことが不可避となる。具体的には、振動を発生す
ること、機構が複雑化しコストアップすること、摩
耗等の装置寿命阻害要因を除去し得ないこと、低温で
のシールが難しいこと、等である。
そこで、極低温下で可動部を一切持たないものが指向
される訳であるが、このような要求に合致するガス膨張
要素として、パルスチューブ（Pulse tube）が知られ
る。パルスチューブは、それ自身は薄肉のステンレス細
管等で形成される構造単純なものであるが、その内部に
ガスを導入して往復動させると、温度勾配を形成しガス
導入側に低温端を反対側に高温端をつくり出す。このよ
うな熱交換機能は、パルスチューブ内に導入された圧力
パルスがガス・ピストンを形成して断熱圧縮、膨張作用
を果すためと考えられる。
される訳であるが、このような要求に合致するガス膨張
要素として、パルスチューブ（Pulse tube）が知られ
る。パルスチューブは、それ自身は薄肉のステンレス細
管等で形成される構造単純なものであるが、その内部に
ガスを導入して往復動させると、温度勾配を形成しガス
導入側に低温端を反対側に高温端をつくり出す。このよ
うな熱交換機能は、パルスチューブ内に導入された圧力
パルスがガス・ピストンを形成して断熱圧縮、膨張作用
を果すためと考えられる。
しかして、近年、このパルスチューブとリジェネレー
タとを組合わせた小型極低温冷凍機が提案されている。
この冷凍機の構造を第４図に示す。このものは、パルス
チューブ１の低温端1aとリジェネレータ２の低温端2aと
を吸熱部３を介して連通し、圧縮機（ピストン）４から
ガス通路５を通してリジェネレータ２の高温端2b側に供
給されるガスを、該リジェネレータ２及び吸熱部３を介
しパルスチューブ１の低温端1aから高温端1b側に向けて
導入するように構成される。その他、図において、６は
リジェネレータ高温端2bに接続するガス通路５に設けた
放熱部（アフタークーラ）、７はパルスチューブ高温端
1bに設けた放熱部（熱交換器）であり、８はこれらの放
熱部６、７を構成する冷却水管を示している。
タとを組合わせた小型極低温冷凍機が提案されている。
この冷凍機の構造を第４図に示す。このものは、パルス
チューブ１の低温端1aとリジェネレータ２の低温端2aと
を吸熱部３を介して連通し、圧縮機（ピストン）４から
ガス通路５を通してリジェネレータ２の高温端2b側に供
給されるガスを、該リジェネレータ２及び吸熱部３を介
しパルスチューブ１の低温端1aから高温端1b側に向けて
導入するように構成される。その他、図において、６は
リジェネレータ高温端2bに接続するガス通路５に設けた
放熱部（アフタークーラ）、７はパルスチューブ高温端
1bに設けた放熱部（熱交換器）であり、８はこれらの放
熱部６、７を構成する冷却水管を示している。
この冷凍機の作動は、以下の様である。今、ピストン
４を押し込むと、ガスはリジェネレータ２の内部を通り
予冷されながら吸熱部３及びパルスチューブ低温端1aに
入る。そして、パルスチューブ１の低温端1aに導入され
た高圧ガスは、その中に残留するガスを高温端1bに向け
て圧縮する。このときパルスチューブ１内のガスは、断
熱圧縮を受けて温度上昇しながら温度勾配のある同チュ
ーブ１内を移動する。そして、圧縮後のガスはパルスチ
ューブ高温端1bの放熱部７に入り、ここで放熱して冷却
される。次いで、ピストン４を引き上げると、放熱部７
で熱を放出したガスはパルスチューブ１内で断熱膨張し
低温に降下してから、吸熱部３及びリジェネレータ２を
冷やし込みながら戻される。そして、このようなサイク
ルを繰り返すことで、その吸熱部３に100K以下の極低温
を得ることができる。
４を押し込むと、ガスはリジェネレータ２の内部を通り
予冷されながら吸熱部３及びパルスチューブ低温端1aに
入る。そして、パルスチューブ１の低温端1aに導入され
た高圧ガスは、その中に残留するガスを高温端1bに向け
て圧縮する。このときパルスチューブ１内のガスは、断
熱圧縮を受けて温度上昇しながら温度勾配のある同チュ
ーブ１内を移動する。そして、圧縮後のガスはパルスチ
ューブ高温端1bの放熱部７に入り、ここで放熱して冷却
される。次いで、ピストン４を引き上げると、放熱部７
で熱を放出したガスはパルスチューブ１内で断熱膨張し
低温に降下してから、吸熱部３及びリジェネレータ２を
冷やし込みながら戻される。そして、このようなサイク
ルを繰り返すことで、その吸熱部３に100K以下の極低温
を得ることができる。
以上のように、パルスチューブ型冷凍機では、極低温
下に可動部を保有せずに小型極低温冷凍機を実現できる
のが大きな特徴である。
下に可動部を保有せずに小型極低温冷凍機を実現できる
のが大きな特徴である。
［発明が解決しようとする問題点］ しかし、既提案に係る構造のパルスチューブ型冷凍機
によると、反面、低温側へ熱侵入が大きい等の問題点が
ある。パルスチューブ１とリジェネレータ２とは、勿論
低温側を真空にシールド（図示省略）しているが、この
場合、対をなすパルスチューブ１とリジェネレータ２と
は別個に配置され、しかも両者とも低温端1a、2aから高
温端1b、2bに向けて大きな温度勾配に有するものである
ため、各々のチューブから大きな熱侵入を来たすことを
免れない。
によると、反面、低温側へ熱侵入が大きい等の問題点が
ある。パルスチューブ１とリジェネレータ２とは、勿論
低温側を真空にシールド（図示省略）しているが、この
場合、対をなすパルスチューブ１とリジェネレータ２と
は別個に配置され、しかも両者とも低温端1a、2aから高
温端1b、2bに向けて大きな温度勾配に有するものである
ため、各々のチューブから大きな熱侵入を来たすことを
免れない。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、このような熱侵入の問題を改善し、併せて
装置の集約化を図る見地より、必須要素であるパルスチ
ューブとリジェネレータとを、一方を他方の内側に配し
て二重管に構成したパルスチューブ型の二重管冷凍機を
提供するものである。
装置の集約化を図る見地より、必須要素であるパルスチ
ューブとリジェネレータとを、一方を他方の内側に配し
て二重管に構成したパルスチューブ型の二重管冷凍機を
提供するものである。
［作用］ このようにパルスチューブとリジェネレータとを内外
二重管に構成すれば、両者を一体物として支持できるの
で、高温側の支持部材からの熱伝導に起因する低温側の
熱侵入を少なくすることができる。同時に、別個に配置
する場合に比較すると、その占有スペースを削減でき
る。
二重管に構成すれば、両者を一体物として支持できるの
で、高温側の支持部材からの熱伝導に起因する低温側の
熱侵入を少なくすることができる。同時に、別個に配置
する場合に比較すると、その占有スペースを削減でき
る。
［実施例］ 第１図と第２図は、本発明の一実施例を図示したもの
で、外側にパルスチューブ１を、内側にリジェネレータ
２を配置した二重管の構造を具備している。すなわち、
外筒Ａと内筒Ｂとの間にパルスチューブ１の環状中空部
が形成され、更に内筒Ｂの内周にリジェネレータ２を構
成する有孔構築体が内挿固着され、両者は内筒Ｂを挟ん
で一体化されている。そして、外側パルスチューブ１の
低温端1aと内側リジェネレータ２の低温端2aとが、吸熱
部３を介して連通される。また、内側リジェネレータ２
の高温端2bはガス通路５を介して圧縮機４と連通され
る。また、各高温端1b、2bに設けられる放熱部７、６
は、この場合共通の水冷管８をもって構成される。な
お、外筒Ａの周囲は図外の真空シールドで包囲される。
で、外側にパルスチューブ１を、内側にリジェネレータ
２を配置した二重管の構造を具備している。すなわち、
外筒Ａと内筒Ｂとの間にパルスチューブ１の環状中空部
が形成され、更に内筒Ｂの内周にリジェネレータ２を構
成する有孔構築体が内挿固着され、両者は内筒Ｂを挟ん
で一体化されている。そして、外側パルスチューブ１の
低温端1aと内側リジェネレータ２の低温端2aとが、吸熱
部３を介して連通される。また、内側リジェネレータ２
の高温端2bはガス通路５を介して圧縮機４と連通され
る。また、各高温端1b、2bに設けられる放熱部７、６
は、この場合共通の水冷管８をもって構成される。な
お、外筒Ａの周囲は図外の真空シールドで包囲される。
このような構成した二重管冷凍機であれば、既述した
パルスチューブ型冷凍機と同様のサイクルを営んで、可
動部無しに吸熱部３に極低温が実現される上に、次の改
良効果が得られる。一つは外部熱侵入を減少できること
であり、これにより冷凍効率を高め、一層の極低温を得
ることができる。もう一つは、パルスチューブ１とリジ
ェネレータ２及び放熱部７、６をコンパクトに集約し
て、装置の小形簡素化を達成することができる。
パルスチューブ型冷凍機と同様のサイクルを営んで、可
動部無しに吸熱部３に極低温が実現される上に、次の改
良効果が得られる。一つは外部熱侵入を減少できること
であり、これにより冷凍効率を高め、一層の極低温を得
ることができる。もう一つは、パルスチューブ１とリジ
ェネレータ２及び放熱部７、６をコンパクトに集約し
て、装置の小形簡素化を達成することができる。
なお上記実施例では、第４図の従来例の場合と同様、
パルスチューブ型冷凍機にスターリングサイクルを利用
する場合を例示したが、これはGMサイクルを営ませるも
のであってもよい。但し、GMサイクルを利用する場合
は、リジェネレータ２の入口側に所定のタイミングで交
互に高・低圧を切換えるタイミングバルブの追加を要す
る。
パルスチューブ型冷凍機にスターリングサイクルを利用
する場合を例示したが、これはGMサイクルを営ませるも
のであってもよい。但し、GMサイクルを利用する場合
は、リジェネレータ２の入口側に所定のタイミングで交
互に高・低圧を切換えるタイミングバルブの追加を要す
る。
また、上記実施例において、高温側の内外放熱部７、
６は一体化することもできる。
６は一体化することもできる。
以上、パルスチューブ１を外側に、リジェネレータ２
を内側に配置する例について説明したが、両者の位置関
係は逆であってもよい。第３図は、その実施例を示すも
ので、外筒Ａと内筒Ｂとの環状隙間にリジェネレータ２
を組込む一方、中空部を有する内筒Ｂをパルスチューブ
１としている。
を内側に配置する例について説明したが、両者の位置関
係は逆であってもよい。第３図は、その実施例を示すも
ので、外筒Ａと内筒Ｂとの環状隙間にリジェネレータ２
を組込む一方、中空部を有する内筒Ｂをパルスチューブ
１としている。
［発明の効果］ 以上のように、本発明ではパルスチューブとリジェネ
レータとを内外二重管に構成したものであるから、低温
部に可動部を有しないパルスチューブ型冷凍機の特徴を
確保しながら、熱侵入の増大を抑えることができ、併せ
て冷凍機の小型、構造簡素化を図ることができる。
レータとを内外二重管に構成したものであるから、低温
部に可動部を有しないパルスチューブ型冷凍機の特徴を
確保しながら、熱侵入の増大を抑えることができ、併せ
て冷凍機の小型、構造簡素化を図ることができる。
第１図と第２図は本発明の一実施例を示し、第１図は冷
凍機本体をなす二重管の概略縦断面図であり、第２図は
第１図のＩ−Ｉ線断面図である。第３図は本発明の他の
実施例を示す二重管の横断面図（第１図のＩ−Ｉ位置相
当）である。第４図はパルスチューブ型冷凍機の従来例
を示すシステム図である。 Ａ……外筒、Ｂ……内筒 １……パルスチューブ、２……リジェネレータ 1a、2a……低温端、1b、2d……高温端 ３……吸熱部、４……圧縮機 ６、７……放熱部
凍機本体をなす二重管の概略縦断面図であり、第２図は
第１図のＩ−Ｉ線断面図である。第３図は本発明の他の
実施例を示す二重管の横断面図（第１図のＩ−Ｉ位置相
当）である。第４図はパルスチューブ型冷凍機の従来例
を示すシステム図である。 Ａ……外筒、Ｂ……内筒 １……パルスチューブ、２……リジェネレータ 1a、2a……低温端、1b、2d……高温端 ３……吸熱部、４……圧縮機 ６、７……放熱部
Claims (1)
- 【請求項１】パルスチューブとリジェネレータとを、一
方を他方の内側に配して二重管に構成したことを特徴と
する二重管冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246839A JP2600714B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 二重管冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246839A JP2600714B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 二重管冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6490964A JPS6490964A (en) | 1989-04-10 |
| JP2600714B2 true JP2600714B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=17154466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62246839A Expired - Lifetime JP2600714B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 二重管冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2600714B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014231953A (ja) * | 2013-05-29 | 2014-12-11 | 住友重機械工業株式会社 | スターリング型パルス管冷凍機 |
| CN105222389B (zh) * | 2015-09-25 | 2017-10-13 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种脉管制冷机 |
| CN105115182B (zh) * | 2015-09-25 | 2018-08-14 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 采用环形脉管结构的单级同轴脉管制冷装置及其设计方法 |
-
1987
- 1987-09-30 JP JP62246839A patent/JP2600714B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6490964A (en) | 1989-04-10 |
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