JP4766800B2 - パルス管冷凍機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄冷器に接続され発熱を伴う高温端部を有するパルス管を備えたパルス管冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパルス管冷凍機（特開平８−２７１０７１）は、図１４に示されるように、圧力振動源１０１の高圧ポート１０８ａが、主切換弁１１１に接続され、主切換弁１１１のポート１１１ｈは放熱器通路１１２を介して蓄冷器１０３、吸熱器１０４、パルス管１０５に連通している。パルス管１０５の温端部１０５ｃは流量調整手段１２２を介して、管体状の第１伝熱管１１６、位相調整切換弁１０６のポート１０６ｐに接続している。位相調整切換弁１０６は、圧力振動源１０１の高圧ポート１０８ａと低圧ポート１０８ｂに接続している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のパルス管冷凍機では、冷媒が位相調整切換弁１０６から流量調整手段１２２を通ってパルス管１０５の温端部１０５ｃに流入するとパルス管１０５内で断熱圧縮され、パルス管内のガス温度が高くなり、パルス管１０５の壁の温度も、パルス管１０５の温端部１０５ｃからパルス管の長手方向の中央部あたりまで約１２０℃になるため、パルス管１０５の低温端部には、パルス管１０５内の温度の高いガスからの熱と、パルス管１０５の壁からの伝導による熱が侵入し、冷凍能力が低下するという問題があった。
【０００４】
また、熱交換器Ａの放熱器１０２は、主切換弁１１１と蓄冷器１０３の間に設けられているため、死容積が増大し、冷凍機の冷凍能力が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで本発明者は、パルス管１０５の低温端部に侵入する熱を少なくすること、熱交換器Ａの放熱器１０２の死容積をなくするという技術的知見に着目して、蓄冷器に接続され発熱を伴う高温端部を有するパルス管を備えたパルス管冷凍機において、前記パルス管の高温側の管壁を該パルス管の高温側の管壁の温度より低い冷却媒体によって冷却するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという目的を達成する本発明に到達した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）のパルス管冷凍機は、
蓄冷器に接続され発熱を伴う高温端部を有するパルス管を備えたパルス管冷凍機において、
前記パルス管の高温側を該パルス管の高温側の温度より低い冷却媒体によって冷却する冷却手段と、
圧力源の吐出口と連通された高圧入口と、前記圧力源の吸入口と連通された低圧出口と、前記蓄冷器の高温端に連通されたポートとを有し、前記ポートが、前記圧力源から前記蓄冷器に冷媒が流れる時は前記高圧入口に連通し、前記蓄冷器から前記圧力源に冷媒が流れる時は前記低圧出口に連通するように切換制御される切換弁を備え、
前記パルス管冷凍機の冷媒によって前記パルス管の高温側を冷却する前記冷却手段が、前記圧力源の前記吐出口と該圧力源の前記吐出口に連通する前記切換弁の前記高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温側を冷却する
ものである。
【０００７】
本発明（請求項１に記載の第１発明）のパルス管冷凍機は、
前記第１発明において、
前記冷却手段が、前記パルス管冷凍機の冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却する
ものである。
【０００８】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記冷却手段が、大気によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却する
ものである。
【０００９】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記冷却手段が、圧力源から流出し前記蓄冷器に流入する冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却する
ものである。
【００１０】
本発明（請求項１に記載の第１発明）のパルス管冷凍機は、
前記第１発明において、
前記冷却手段が、圧力源の吐出口と該圧力源の前記吐出口に連通する切換弁の高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温側を冷却する
ものである。
本発明（請求項２に記載の第２発明）のパルス管冷凍機は、
前記第１発明において、
前記冷却手段が、圧力源の吐出口と該圧力源の前記吐出口に連通する切換弁の高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却する
ものである。
【００１１】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記冷却手段が、前記蓄冷器から圧力源に流入する冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却する
ものである。
【００１２】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記冷却手段が、切換弁の低圧出口と圧力源の吸入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却する
ものである。
【００１３】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記冷却手段が、別置の圧縮機からの冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却する
ものである。
【００１４】
本発明（請求項３に記載の第３発明）のパルス管冷凍機は、
前記第１発明または前記第２発明において、
前記冷却手段が、圧力源の吐出側と該圧力源の前記吐出側に連通する切換弁の高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温端に配設された放熱器を冷却する
ものである。
【００１５】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記冷却手段が、圧力源の吸入口と該圧力源の前記吸入口に連通する切換弁の低圧出口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温端に配設された放熱器を冷却する
ものである。
【００１６】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
圧力源の吸入口と該圧力源の前記吸入口に連通する切換弁の低圧出口との間にラジエターを設け、
前記冷却手段が、前記切換弁の低圧出口から流出した冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却するとともに、
前記パルス管の高温側の管壁を冷却した冷媒を前記ラジエターにおいて冷却する
ものである。
【００１７】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
圧力源の吸入口と該圧力源の前記吸入口に連通する切換弁の低圧出口との間にラジエターを設け、
前記冷却手段が、前記切換弁の低圧出口から流出した冷媒によって前記パルス管の高温端に配設された放熱器を冷却するとともに、
前記放熱器を冷却した冷媒を前記ラジエターにおいて冷却する
ものである。
【００１８】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記冷却手段が、大気中に設けられた前記パルス管の高温側の管壁によって構成されている
ものである。
【００１９】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記大気中に設けられた前記パルス管高温側の管の外側面にフィンを設けた
ものである。
【００２０】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記パルス管の高温側の管壁に強制的に空気を供給する
ものである。
【００２１】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
大気中に設けられた前記パルス管の高温側の管を熱伝導の良好な部材によって構成するとともに、
真空槽内に設けた前記パルス管の低温側の管を熱伝導の悪い部材によって構成し、
前記パルス管の高温側の管と前記パルス管の低温側の管を接合した
ものである。
【００２２】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記パルス管の高温側の管壁に伝導部材を熱接触させ、前記伝導部材の他端を前記パルス管の高温側の管壁温度より低い冷却源に熱接触させる
ものである。
【００２３】
本発明のパルス管冷凍機は、
前記発明において、
前記冷却源を、前記冷凍機の真空槽によって構成した
ものである。
【００２４】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明のパルス管冷凍機は、前記冷却手段によって、前記パルス管の高温側を該パルス管の高温側の温度より低い冷却媒体によって冷却するので、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００２５】
上記構成より成る第１発明のパルス管冷凍機は、前記冷却手段が、前記パルス管冷凍機の冷媒によって前記パルス管の高温側を冷却するので、前記パルス管の高温側の温度が低くなるため、パルス管低温端に伝導熱で侵入する熱が少なくなるとともに、パルス管の高温側の内壁に接した部分の冷媒ガスも冷却されるので、冷媒ガスの移動によってパルス管低温端に侵入する熱も少なくなる結果、冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００２６】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却手段が、大気によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却するので、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００２７】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却手段が、圧力源から流出し前記蓄冷器に流入する冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却するので、位相調整器からパルス管の方向に冷媒が流れる時、パルス管高温側のガス温度が高くなり、前記圧力源から流出し、前記蓄冷器に流入するタイミングとほぼ同期して、前記位相調整器から前記パルス管の方向に冷媒が流れるので、前記パルス管の高温側の管壁および該管壁を介してパルス管の高温側の冷媒を効果的に冷却することにより、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００２８】
上記構成より成る第１発明のパルス管冷凍機は、前記冷却手段が、圧力源の吐出口と該圧力源の前記吐出口に連通する切換弁の高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温側を冷却するとともに、前記圧力源の吐出口と前記切換弁の流入側の間を流れる冷媒で冷却するため、前記圧力源の吐出口の冷媒でパルス管高温側を冷却しても、前記切換弁と前記蓄冷器高温端の間の死容積が増大することがないので、パルス管冷凍機の冷凍能力を良好に増大させるという効果を奏する。
上記構成より成る第２発明のパルス管冷凍機は、前記第１発明において、前記冷却手段が、圧力源の吐出口と該圧力源の前記吐出口に連通する切換弁の高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却するので、前記パルス管の高温側の管壁と、また壁を介してパルス管高温側を冷却するとともに、前記圧力源の吐出口と前記切換弁の流入側の間を流れる冷媒で冷却するため、前記圧力源の吐出口の冷媒でパルス管高温側を冷却しても、前記切換弁と前記蓄冷器高温端の間の死容積が増大することがないので、パルス管冷凍機の冷凍能力を良好に増大させるという効果を奏する。
【００２９】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却手段が、前記蓄冷器から圧力源に流入する冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却するので、パルス管高温側を冷却するタイミングは、前記第４発明と比べると約１８０度ずれているが、前記圧力源に流入する冷媒は、前記蓄冷器高温側から流出してきた冷媒であるので蓄冷器高温側に流入する冷媒より低い温度であるため、パルス管高温側の管壁を冷却する冷媒の温度が低いことから、パルス管の管壁が厚い場合は、パルス管の熱容量が大きくなり管壁の蓄熱効果によってタイミングのずれの影響が少なくなるので、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００３０】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却手段が、切換弁の低圧出口と圧力源の吸入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却するので、前記パルス管の高温側の管壁と、また壁を介してパルス管高温側の冷却の作用は、前記第６発明と同様であるが、前記圧力源の吸入パルス管と前記切換弁の低圧出口の間を流れる冷媒で冷却するため、圧力源の吸入口の冷媒でパルス管高温側を冷却しても、切換弁と蓄冷器高温端の間の死容積が増大することがないため、パルス管冷凍機の冷凍能力を良好に増大させるという効果を奏する。
【００３１】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却手段が、別置の圧縮機からの冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却するので、前記圧力源の冷媒によるパルス管高温側の冷却する時に伴う冷媒の圧力損失、温度上昇がなくなり、パルス管高温側を冷却することが出来るため、パルス管冷凍機の冷凍能力を最も良好に増大させるという効果を奏する。
【００３２】
上記構成より成る第３発明のパルス管冷凍機は、前記第１発明または前記第２発明において、前記冷却手段が、圧力源の吐出側と該圧力源の前記吐出側に連通する切換弁の高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温端に配設された放熱器を冷却するので、パルス管の高温側の管壁と、また壁を介してパルス管高温側の冷却の作用は、前記発明と同様であるが、圧力源の吐出口と切換弁の流入側の間を流れる冷媒で冷却するため、圧力源の吐出口の冷媒で放熱器を冷却することにより、切換弁と蓄冷器高温端の間の死容積が増大することがないため、パルス管冷凍機の冷凍能力を良好に増大させるという効果を奏する。
【００３３】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却手段が、圧力源の吸入口と該圧力源の前記吸入口に連通する切換弁の低圧出口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温端に配設された放熱器を冷却するので、圧力源の吸入口と切換弁の出口側の間を流れる冷媒で冷却するため、圧力源の吸入口の冷媒で放熱器を冷却することにより、切換弁と蓄冷器高温端の間の死容積が増大することがないため、パルス管冷凍機の冷凍能力を良好に増大させるという効果を奏する。
【００３４】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却手段が、前記切換弁の低圧出口から流出した冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却するとともに、前記パルス管の高温側の管壁を冷却した冷媒を圧力源の吸入口と該圧力源の前記吸入口に連通する切換弁の低圧出口との間に設けた前記ラジエターにおいて冷却するので、パルス管冷凍機の冷凍能力を良好に増大させるという効果を奏する。
【００３５】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却手段が、前記切換弁の低圧出口から流出した冷媒によって前記パルス管の高温端に配設された放熱器を冷却するとともに、前記放熱器を冷却した冷媒を圧力源の吸入口と該圧力源の前記吸入口に連通する切換弁の低圧出口との間に設けた前記ラジエターにおいて冷却するので、パルス管冷凍機の冷凍能力を良好に増大させるという効果を奏する。
【００３６】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却手段が、大気中に設けられた前記パルス管の高温側の管壁によって構成されているので、前記パルス管の高温側の管壁を空気で冷却することにより、前記パルス管の高温側の管壁温度が低くなるため、パルス管低温端に伝導熱で侵入する熱が少なくなり、またパルス管の高温側の内壁に接した部分の冷媒ガスも冷却されるので、冷媒ガスの移動によってパルス管低温端に侵入する熱も少なくなることにより、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００３７】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記大気中に設けられた前記パルス管高温側の管の外側面にフィンを設けたので、前記パルス管の冷却面積を増大させ、空気による冷却量の増大を図ることによって、前記パルス管の高温側管壁の温度が低くなり、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００３８】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記パルス管の高温側の管壁に強制的に空気を供給するので、前記パルス管の高温側の管壁を冷却する空気の熱伝達を良好にして、空気による冷却量の増大を図ることによって、パルス管の高温側管壁の温度が低くなり、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００３９】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、大気中に設けられ熱伝導の良好な部材によって構成された前記パルス管の高温側の管と真空槽内に設けた前記パルス管の低温側の管を熱伝導の悪い部材によって構成された前記パルス管の低温側の管を接合したので、大気中に設けた前記パルス管高温側の管の径方向の熱伝導が良好になることにより、前記パルス管高温側の内周面と外周面の温度差は小さくなるとともに、内周面に接した冷媒の温度が低くなり、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００４０】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記パルス管の高温側の管壁に伝導部材を熱接触させ、前記伝導部材の他端を前記パルス管の高温側の管壁温度より低い冷却源に熱接触させるので、前記パルス管の高温側の管壁を熱伝導によって冷却して、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００４１】
上記構成より成る本発明のパルス管冷凍機は、前記発明において、前記冷却源を、前記冷凍機の真空槽によって構成したので、パルス管高温側の管から伝導部材を通って真空槽に入った熱は、真空槽外周面で大気に放熱され、パルス管高温側の管壁が冷却されることによって、パルス管冷凍機の冷凍能力を増大させるという効果を奏する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００４３】
（第１実施形態）
本第１実施形態のパルス管冷凍機は、図１に示されるように蓄冷器９に接続され発熱を伴う高温端部１１ａを有するパルス管１１を備えたパルス管冷凍機において、前記パルス管の高温側の管壁１１ｃｄを該パルス管の高温側の管壁の温度より低い冷却媒体によって冷却する冷却手段３０が、前記パルス管冷凍機の圧力源１から流出し前記蓄冷器９に流入する冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁１１ｃｄを冷却するものである。
【００４４】
本第１実施形態は、前記第２発明、第４発明、第５発明、第９発明、第１０発明に属する実施形態であり、前記圧力源１の吐出口１ａは、順次、流路２、流路３、流路４、流路５、流路６を介して切換弁７の高圧入口７ａに連通している。前記圧力源１の吸入口１ｂは、流路１８を介して前記切換弁７の低圧出口７ｂに連通している。
【００４５】
前記冷却手段３０を構成する前記流路３は、図１に示されるように前記パルス管１１の常温より温度の高い管壁１１ｄから高温端近傍１１ｃの間のパルス管高温側１１ｃｄの外壁を冷却するように熱接触するようにパルス管高温側１１ｃｄの外壁に当接させて配設されている。
【００４６】
前記冷却手段３０を構成する前記流路５は、前記パルス管１１の高温端１１ａに配設された放熱器１２の内を流動する冷媒と熱交換するように放熱器１２の外周面に熱接触するように放熱器１２の外壁に当接させて配設されている。
【００４７】
切換弁７のポート７ｃは、前記圧力源１から蓄冷器９に冷媒が流れる時は、高圧入口７ａに連通し、前記蓄冷器９から前記圧力源１に冷媒が流れる時には、低圧出口７ｂに連通するように切換制御されている。
【００４８】
前記蓄冷器９には金網等の蓄冷材９ｃが充填されている。ポート７ｃは、流路８を介して蓄冷器９の高温端９ａに連通し、蓄冷器９の低温端９ｂは、流路１０を介してパルス管１１の低温端１１ｂに連通している。
【００４９】
前記パルス管１１の高温端１１ａは、前記放熱器１２および前記流路１３を介して位相調整器１４に連通している。１５は真空槽で、内部は真空状態に維持されている。このようにしてパルス管冷凍機が構成されている。
【００５０】
前記圧力源１において圧縮された冷媒は、圧縮機用冷却機１００によって冷却されている。
図６は、本第１実施形態におけるパルス管低温側と高温側のＰＶ線図を示している。
【００５１】
上記構成より成る本第１実施形態のパルス管冷凍機の作動について、以下に述べる。
（圧縮過程Ｉ）
切換弁７のポート７ｃと高圧入口７ａ及び低圧出口７ｂが共に連通してない状態の圧縮過程Ｉａ（図６）では、位相調整器１４から流路１３、放熱器１２を通ってパルス管１１の高温端１１ａに冷媒が流れ、パルス管内の圧力は低圧からほぼ中間の圧力になり、冷媒の温度も上昇する。
【００５２】
前記切換弁７の高圧入口７ａとポート７ｃが連通している状態の圧縮過程Ｉｂ（図６）では、圧力源１の高圧口１ａから流出する高圧の冷媒は、順次、流路２、流路３、流路４、流路５、流路６、切換弁７、蓄冷器９、流路１０を通ってパルス管１１の低温端１１ｂに流入し、一方位相調整器１４の冷媒は、流路１３、放熱器１２を通って冷媒がパルス管１１の高温端１１ａに流入し、その結果、パルス管１１内の冷媒はほぼ中間の圧力からさらに圧縮され略高圧になり、パルス管内の冷媒温度も更に上昇する。
圧縮過程Ｉａと圧縮過程Ｉｂが圧縮過程Ｉを形成する。
【００５３】
（略等圧過程II）
前記圧縮過程Ｉの後、前記切換弁７の高圧入口７ａとポート７ｃが連通している状態の略等圧過程II（図６）では、圧力源１から切換弁７は、蓄冷器９、流路１０を通ってパルス管１１の低温端１１ｂに冷媒が流れ、一方、位相調整器には、パルス管高温端１１ａから放熱器１２、流路１３を通って冷媒が流れ込み、圧力も圧縮過程Ｉの終わりの圧力より僅か高くなり、温度も圧縮過程Ｉの終わりの温度より僅か高くなる。
【００５４】
（膨張過程III ）
前記切換弁７の高圧入口７ａ、低圧出口７ｂが共にポート７ｃと連通してない状態の膨張過程III ａ（図６）では、パルス管１１内の冷媒の一部がパルス管１１の高温端１１ａから放熱器１２、流路１３を通って位相調整器１４に流れ、圧力がほぼ中間の圧力まで低下し、パルス管１１内の冷媒温度も低下する。
【００５５】
前記切換弁７の低圧出口７ｂが共にポート７ｃと連通している状態の膨張過程III ｂ（図６）は、パルス管低温端から流路１０、蓄冷器９、切換弁７、流路８を通って圧力源１の低圧側に冷媒が流入し、一方位相調整器１４には、パルス管１１の高温端１１ａから放熱器１２、流路１３を通って冷媒が流れ込み、圧力は略中間圧から略低圧力まで低下し、パルス管１１内の冷媒温度も更に低下する。膨張過程III は、上記の膨張過程III ａとIII ｂとから形成される。
【００５６】
（略等圧過程IV）
前記膨張過程III の後、切換弁７の低圧出口７ｂが共にポート７ｃと連通している状態の略等圧過程IVでは、パルス管低温端１１ｂから流路１０、蓄冷器９、流路８、切換弁７、流路８を通って圧力源１の吸入側に低圧の冷媒が流れ、一方、パルス管１１の高温端１１ａから放熱器１２、流路１３を通って、位相調整器１４にも低圧の冷媒が流れ、膨張過程III の終わりの圧力より僅か低い圧力となり、パルス管１１内の冷媒温度も僅か低下する。
【００５７】
前述した略等圧過程IIと膨張過程III で、パルス管１１内の冷媒は仕事（Ｌ１）をなし、略等圧過程IVと圧縮過程Ｉで、パルス管１１内の冷媒は仕事（Ｌ２）を受ける。仕事（Ｌ１）と仕事（Ｌ２）の差がパルス管低温側で発生する冷凍量（Ｑｉ）である。
【００５８】
流路３ｃを流れている冷媒は、パルス管高温側１１ｃｄの管壁を冷却し、パルス管高温側１１ｃｄの管壁は、パルス管高温側１１ｃｄｂの内壁に接している近傍の冷媒から熱を奪い冷媒の温度を下げる。
【００５９】
この結果、パルス管壁を伝わりパルス管低温側に侵入する熱伝導による熱損失と、パルス管内に接した近傍の往復流動によってパルス管１１の低温側に侵入する熱損失が小さくなるので、パルス管低温側で発生する冷凍量Ｑｉから差引かれる熱が少なくなるので、利用出来る冷凍量が増え、パルス管冷凍機の冷凍能力は増大する。
【００６０】
前述したパルス管低温側から流れ込む冷媒でパルス管１１内の冷媒は、パルス管高温端１１ａから放熱器１２、流路１３を通って位相調節器１４に流れるパルス管１１内の冷媒は、放熱器１２を流れる際、流路５を流れる冷媒によって冷却される。流路５は、切換弁７と圧力源１の間に設けてあるので、流路８、蓄冷器９、流路１０、パルス管１１、放熱器１２、流路１３の死容積を増大させることがないため、冷凍能力の低下が少ない。
【００６１】
（第２実施形態）
本第２実施形態のパルス管冷凍機は、前記第２発明、第４発明、第５発明、第９発明、第１０発明に属する他の実施形態で、図２に示されるように圧力源１の吐出口１ａと切換弁７の高圧入口７ａの間の回路が図１に示される前記第１実施形態と異なり主回路と分岐回路から構成されているものである。
【００６２】
前記主回路は、圧力源１の吐出口１ａが、流路２ａ、流量調整弁１９、流路２ｂ、切換弁７の高圧入口７ａに連通している。前記分岐回路は、流路２ａから分岐して、流路２ｃ、流量調整弁２０、流路２ｄ、流路３、流路４、流路５、流路６を介して、流路２ｂに合流する。流路３、流路５は、それぞれパルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁と放熱器１２の外周面に熱接触している。
【００６３】
前記流量調整弁１９および流量調整弁２０は、分岐回路に流れる冷媒量を調整するために設けたものであり、流路２ｃ、流路２ｄ、流路３、流路４、流路５、流路６の流路抵抗によっては、流量調整弁１９、流量調整弁２０の両方、あるいはいずれかを設けなくても良い。その他の構成は、図１に示される前記第１実施形態と同様である。
【００６４】
上記構成より成る本第２実施形態のパルス管冷凍機は、パルス管１１の冷却と放熱器１２の冷却の作用が、前記第１実施形態と同様であり、蓄冷器１２に流れる流量が多い場合、あるいは流路３、流路５の流路抵抗が大きい場合、流路３と流路５での圧力損失が小さく出来るので、圧力損失による冷凍能力の低下が小さいという利点を有する。
【００６５】
（第３実施形態）
本第３実施形態のパルス管冷凍機は、前記第２発明に属する実施形態で、図３に示されるようには圧力源１の吐出口１ａから流出する冷媒の一部が、パルス管高温側１１ｃｄの管壁と放熱器１２を冷却し、蓄冷器９には流れず、圧力源１の吸入口１ｂに戻る。
【００６６】
即ち、圧力源１の吐出口１ａは、流路２ａ、流量調整弁１９、流路２ｂ、切換弁７の高圧入口７ａに連通している。流路２ａから分岐して、流路３２、流路３３、流路３４、流路３５、流路３６、流量調整弁２０、流路３７を介して圧力源１の吸入口１ｂに連通している。流路３３、流路３５は、それぞれパルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁と放熱器１２の外周面に熱接触している。
【００６７】
前記流量調整弁１９および流量調整弁２０は、流路２ａ、流路３２に流れる冷媒量を調整するために設けたものであり、流路３２、流路３３、流路３４、流路３５、流路３６、流路３７、の流路抵抗によっては、流量調整弁１９、流量調整弁２０の両方、あるいはいずれかを設けなくても良い。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００６８】
本第３実施形態は、流路３３、流路３５には、圧力源１の吐出口１ａから流出する冷媒の一部が、連続して流れているので、パルス管冷凍サイクルの全過程（圧縮過程Ｉ、略等圧過程II、膨張過程III 、略等圧過程IV）でパルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁と放熱器１２を間欠なく冷却しているため、圧力源１の流量は多くなるが、冷凍能力は前記第１実施形態より大きくなる。
【００６９】
（第４実施形態）
本第４実施形態のパルス管冷凍機は、前記第８発明に属する実施形態で、図４に示されるように圧力源１とは異なる別の圧力源４１の吐出口４１ａから流出する冷媒でパルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁、放熱器１２を冷却することを特徴とするものである。
【００７０】
即ち、圧力源４１の吐出口４１ａは、流路４２、流路４３、流路４４、流路４５、流路４６を介して圧力源４１の吸入口４１ｂに連通しており、流路４３、流路４５は、それぞれパルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁と放熱器１２に熱接触している。
【００７１】
前記圧力源１の吐出口１ａは、流路２ａ、切換弁７の高圧入口７ａに連通している。その他の構成は図１に示される前記第１実施形態と同様である。
【００７２】
本第４実施形態は、流路４３、流路４５には、圧力源４１の吐出側４１ａから流出する冷媒が、連続して流れているので、パルス管冷凍サイクルの全過程（圧縮過程Ｉ、略等圧過程II、膨張過程III 、略等圧過程IV）でパルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁を冷却しているので、圧力源４１を新たに設けなければならないが、パルス管１１の低温側の冷凍能力は前記第１実施形態より大きい。
【００７３】
（第５実施形態）
本第５実施形態のパルス管冷凍機は、前記第６発明、第７発明、第１１発明、第１１発明に属する実施形態で、図５に示されるように切換弁７の低圧出口７ｂと前記圧力源１の吸入口１ｂの間を流れる冷媒で冷却することを特徴とするものである。
【００７４】
即ち、切換弁７の低圧出口７ｂは、流路５２、流路５３、流路５４、流路５５、流路５６、ファン５９により送風されているラジエター５７、流路５８を介して、圧力源１の吸入口１ｂに連通しており、流路５３、流路５５は、それぞれパルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁と放熱器１２に熱接触している。
【００７５】
圧力源１の吐出口１ａは、流路２ａ、切換弁７の高圧入口７ａに連通している。その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００７６】
本第５実施形態は、蓄冷器９から切換弁７の低圧出口７ｂ、流路５２を通って流路５３に流入する冷媒は、そこで、パルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁を冷却し、流路５４を通って流路５５に流入し、そこで放熱器１２内で位相調整器１４とパルス管１１の間を流動する冷媒を冷却するため、パルス管壁を伝わりパルス管低温側に侵入する熱伝導による熱損失と、パルス管内に接した近傍の冷媒の往復流動によってパルス管１１の低温側に侵入する熱損失が小さくなるので、冷凍能力は増大する。
【００７７】
パルス管高温側を冷却するタイミングは、前記第５発明の場合と比べると約１８０度ずれるが、圧力源に流入する冷媒は、蓄冷器高温端から流出してきた冷媒であるので蓄冷器高温端に流入する冷媒より低い温度であるので、パルス管高温側を冷却する冷媒の温度が低いことが特徴である。
【００７８】
この場合、パルス管高温側を冷却するタイミングは、前記第５発明に対し約１８０度ずれるのでタイミング的には前記第５発明に属する実施形態の方が優れているが、パルス管１１の管壁が厚い場合は、熱容量が大きくなり管壁の蓄熱効果によってタイミングのずれの影響が少なくなるので、冷凍能力が増大する。
【００７９】
（第６実施形態）
本第６実施形態のパルス管冷凍機は、図７に示されるように蓄冷器９に接続され発熱を伴う高温端部１１ａを有するパルス管１１を備えたパルス管冷凍機において、前記パルス管の高温側の管壁を該パルス管の高温側の管壁の温度より低い冷却媒体によって冷却する冷却手段３０が、大気中に設けられた前記パルス管の高温側の管壁１１ｃｄによって構成されているものである。
【００８０】
圧力源１の吐出口１ａは、流路２を介して切換弁７の高圧入口７ａに連通している。圧力源１の吸入口１ｂは、流路１８を介して切換弁７の低圧出口７ｂに連通している。切換弁７のポート７ｃは、圧力源１から蓄冷器９に冷媒が流れる時は、高圧入口７ａに連通し、蓄冷器９から圧力源１に冷媒が流れる時には、低圧出口７ｂに連通するようにしてある。
【００８１】
蓄冷器９には金網等の蓄冷材９ｃが充填されている。ポート７ｃは、流路８を介して蓄冷器９の高温端９ａに連通し、蓄冷器９の低温端９ｂは、流路１０を介してパルス管１１の低温端１１ｂに連通している。パルス管１１の高温端１１ａは放熱器１２、流路１３を介して位相調整器１４に連通している。
【００８２】
前記冷却手段３０を構成する前記パルス管１１の高温側１１ｃｄは、真空槽１５の外側の大気中に設けてあり、低温側１１ｄｅは、真空槽内に設けてある。真空槽１５の内部は真空状態である。
【００８３】
前記圧力源１で圧縮された冷媒は圧縮機用冷却器１００で冷却されている。本第６実施形態のパルス管冷凍機は、上述のようにしてパルス管冷凍機が構成され、パルス管の低温側と高温側のＰＶ線図は、第１実施形態と同様に図６に示されるものである。
【００８４】
上記構成より成る本第６実施形態のパルス管冷凍機の作動は、本第１実施形態と同一である。
【００８５】
パルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁温度は、周囲の空気の温度より高いので、パルス管高温側１１ｃｄの管壁は周囲の空気で冷却され、パルス管高温側１１ｃｄの管壁は、パルス管高温側１１ｃｄｂの内壁に接している近傍の冷媒から熱を奪い冷媒の温度を下げる。この結果、パルス管壁を伝わりパルス管低温側に侵入する熱伝導による熱損失と、パルス管内に接した近傍の冷媒の往復流動によってパルス管１１の低温側に侵入する熱損失が小さくなるので、パルス管低温側で発生する冷凍量Ｑｉから差引かれる熱が少なくなるので、利用出来る冷凍量が増え、パルス管冷凍機の冷凍能力は増大する。
【００８６】
（第７実施形態）
本第７実施形態のパルス管冷凍機は、図８に示されるように真空槽１５の外側の大気中に設けてあるパルス管１１の高温側の管１１ｃｄと放熱器１２にそれぞれドーナツ型のフィン２１、２２を多数枚設けたことを特徴するものである。
【００８７】
前記ドーナツ型のフィン２１、２２は、図８に示されるように前記パルス管１１および放熱器１２の外周壁に軸方向一定間隔で多数並設されている。
【００８８】
本第７実施形態のパルス管冷凍機は、フィン２１、２２を設けたことにより、伝導面積が増大し、パルス管１１の高温側の管１１ｃｄと放熱器１２の冷却が図７に示される前記第６実施形態より良好になる。その結果、冷凍能力が前記第６実施形態より増大する。
【００８９】
尚本第７実施形態において、フィン２１，２２は、ドーナツ型を多数枚適切な間隔でパルス管１１の高温側１１ｃｄの外周面と熱交換器１２の外周面に固着させているが、フィンをパルス管１１の高温側１１ｃｄの外周面と熱交換器１２の外周面に螺旋状に設けても良い。
【００９０】
（第８実施形態）
本第８実施形態のパルス管冷凍機は、図９に示されるように真空槽１５の外側の大気中に設けてあるパルス管１１の高温側の管１１ｃｄと放熱器１２にそれぞれ縦フィン３１，３２を多数枚設けたことを特徴とするものである。
【００９１】
前記縦フィン３１、３２は、図９に示されるように前記パルス管１１および放熱器１２の外周壁の軸方向全体に延在させて周方向一定角度毎に多数列設されている。
【００９２】
本第８実施形態のパルス管冷凍機は、前記第７実施形態と同様にフィン３１、３２を設けたことにより、伝熱面積が増大し、パルス管１１の高温側の管１１ｃｄと放熱器１２の冷却が前記第６実施形態より良好になることから、冷凍能力が前記第６実施形態より増大する。
【００９３】
（第９実施形態）
本第９実施形態のパルス管冷凍機は、図１０に示されるように前記パルス管の高温側の管壁に強制的に空気を流すことを特徴とするものであり、パルス管高温側１１ｃｄ、放熱器１２の近傍にファン等の圧力発生源２４を設けている。
【００９４】
本第９実施形態のパルス管冷凍機は、パルス管高温側１１ｃｄ、放熱器１２を冷却する空気の熱伝達を良好にして、空気による冷却量の増大を図ることによって、パルス管の高温側管壁の温度が低くなり、前記第６実施形態と同様の作用により、冷凍能力が増大するものである。
【００９５】
（第１０実施形態）
本第１０実施形態のパルス管冷凍機は、図１１に示されるように大気中に設けた前記パルス管１１の高温側の管１１ｃｄは熱伝導の良好な部材２５とし、真空槽１５内に設けた前記パルス管１１の低温側の管１１ｂｄを熱伝導の悪い部材２６とし、前記パルス管１１の高温側の管１１ｃｄと前記パルス管の低温側の管１１ｂｄを接合している。
【００９６】
前記熱伝導の良好な部材２５は例えば、銅、アルミで、熱伝導の悪い部材２６はステンレス等である。
【００９７】
本第１０実施形態のパルス管冷凍機は、大気中に設けた前記パルス管高温側の管の径方向、熱伝導が良好になり、前記パルス管高温側の内周面と外周面の温度差は小さくなり、内周面に接した冷媒の温度が低くなり、冷凍能力が増大する。
【００９８】
（第１１実施形態）
本第１１実施形態のパルス管冷凍機は、図１２に示されるようにパルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁に伝導部材３０を熱接触させ、伝導部材３０の他端を真空槽１５に熱接触するようにするものである。
【００９９】
本第１１実施形態のパルス管冷凍機は、パルス管１１の高温側１１ｃｄの管壁を高温側１１ｃｄの管壁温度より温度の低い冷却源１５としての真空槽で伝導部材３０を介して冷却することにより、冷凍能力の増大を図るものである。
【０１００】
この場合、パルス管１１の高温側１１ｃｄは、真空槽内でも、あるいは、真空槽外の大気中に設けても良い。
【０１０１】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【０１０２】
上述した実施形態における位相調整器１４は、図１３（Ａ）に示されるオリフィス型、図１３（Ｂ）に示されるアクティブバッファ型、図１３（Ｃ）に示されるダブインレット型、図１３（Ｄ）に示される４バルブ等いずれの方式でも良いものである。
【０１０３】
また上述の実施形態においては、１段のパルス管冷凍機について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、２段以上のパルス管冷凍機にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図４】本発明の第４実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図５】本発明の第５実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図６】本発明の実施形態のパルス管における低温側と高温側のＰＶ線図を示す。
【図７】本発明の第６実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図８】本発明の第７実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図９】本発明の第８実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図１０】本発明の第９実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図１１】本発明の第１０実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図１２】本発明の第１１実施形態のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【図１３】本発明の実施形態における位相調整器の４個の具体例を示す回路図である。
【図１４】従来のパルス管冷凍機を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 圧力源
９ 蓄冷器
１１ パルス管
１１ａ 高温端部
１１ｃｄ 高温側の管壁
３０ 冷却手段

Claims (3)

1. 蓄冷器に接続され発熱を伴う高温端部を有するパルス管を備えたパルス管冷凍機において、
   前記パルス管の高温側を該パルス管の高温側の温度より低い冷却媒体によって冷却する冷却手段と、
   圧力源の吐出口と連通された高圧入口と、前記圧力源の吸入口と連通された低圧出口と、前記蓄冷器の高温端に連通されたポートとを有し、前記ポートが、前記圧力源から前記蓄冷器に冷媒が流れる時は前記高圧入口に連通し、前記蓄冷器から前記圧力源に冷媒が流れる時は前記低圧出口に連通するように切換制御される切換弁を備え、
   前記パルス管冷凍機の冷媒によって前記パルス管の高温側を冷却する前記冷却手段が、前記圧力源の前記吐出口と該圧力源の前記吐出口に連通する前記切換弁の前記高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温側を冷却する
   ことを特徴とするパルス管冷凍機。
2. 請求項１において、
   前記冷却手段が、圧力源の吐出口と該圧力源の前記吐出口に連通する切換弁の高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温側の管壁を冷却する
   ことを特徴とするパルス管冷凍機。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記冷却手段が、圧力源の吐出側と該圧力源の前記吐出側に連通する切換弁の高圧入口の間を流れる冷媒によって前記パルス管の高温端に配設された放熱器を冷却する
   ことを特徴とするパルス管冷凍機。

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