JPH0776642B2 - １次及び２次フローパスを備えた熱交換器を具備する低温冷却装置 - Google Patents
１次及び２次フローパスを備えた熱交換器を具備する低温冷却装置Info
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- JPH0776642B2 JPH0776642B2 JP1504704A JP50470489A JPH0776642B2 JP H0776642 B2 JPH0776642 B2 JP H0776642B2 JP 1504704 A JP1504704 A JP 1504704A JP 50470489 A JP50470489 A JP 50470489A JP H0776642 B2 JPH0776642 B2 JP H0776642B2
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
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- F02G2250/18—Vuilleumier cycles
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- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明は冷却装置、特に熱交換器を用いた低温冷却装
置に関する。
置に関する。
関連技術の説明 過去数十年、非常に小さな空間で約８゜K乃至150゜Kの
信頼できる低温を提供するためのコンパクトな低温冷却
装置が開発されてきた。今日のより性能が高い低温冷却
装置は熱交換器を用いて攪拌サイクル、分割攪拌サイク
ル、ギフオード−マクマホンサイクル、ソルベイサイク
ル、パルシ管サイクル及びビルミア（Vuilleumier）サ
イクルのような各種の冷却サイクルを行っている。通常
特別の冷却構造内で往復運動をする変位部材あるいはピ
ストンのいずれかに熱交換器を導入して、このような動
作サイクルの１つを達成している。
信頼できる低温を提供するためのコンパクトな低温冷却
装置が開発されてきた。今日のより性能が高い低温冷却
装置は熱交換器を用いて攪拌サイクル、分割攪拌サイク
ル、ギフオード−マクマホンサイクル、ソルベイサイク
ル、パルシ管サイクル及びビルミア（Vuilleumier）サ
イクルのような各種の冷却サイクルを行っている。通常
特別の冷却構造内で往復運動をする変位部材あるいはピ
ストンのいずれかに熱交換器を導入して、このような動
作サイクルの１つを達成している。
例えば、従来の熱交換低温冷却装置には流体密の閉チャ
ンバ内に変位部材が設けられることがある。この変位部
材によってチャンバが２つのより小さなチャンバ、すな
わち温チャンバ及び冷チャンバに分割される。変位部材
内には通常金属スクリーンのマトリックスを備え温チャ
ンバ及び冷チャンバへの各端部で開口している円筒状孔
を保持する熱交換器が具備されている。従って熱交換器
を通してガスは１つのチャンバから他のチャンバに流れ
る。
ンバ内に変位部材が設けられることがある。この変位部
材によってチャンバが２つのより小さなチャンバ、すな
わち温チャンバ及び冷チャンバに分割される。変位部材
内には通常金属スクリーンのマトリックスを備え温チャ
ンバ及び冷チャンバへの各端部で開口している円筒状孔
を保持する熱交換器が具備されている。従って熱交換器
を通してガスは１つのチャンバから他のチャンバに流れ
る。
通常の動作では、変位部材／熱交換器が流体密の閉チャ
ンバ内で前後に往復して、温チャンバ及び冷チャンバの
大きさが変わりその間をガスが通過する。冷チャンバは
冷却が生じる領域であり、赤外線センサーのような冷却
されるべき装置が設けられる位置である。このような装
置を冷却するために、温チャンバには高圧流体が導入さ
れ、熱交換器を通って変位部材の端部の孔を通って冷チ
ャンバに出る。高圧流体は熱交換器を通過する際に冷却
される。変位部材は温端部に向かって移動し、冷チャン
バの容積を増大させると同時に冷チャンバをより高圧の
ガスで満たす。次に温チャンバ及び冷チャンバ内の圧力
が減少し、それによって冷チャンバ内のガスが熱交換器
を通して後方に抽出され、ほぼ室温で温チャンバ中に出
る。従って冷チャンバ内のガスが膨脹してこのガスの温
度が低下する。冷却されたガスは熱交換器を通過する前
に冷部で熱を吸収する。次に変位部材が冷チャンバに向
かって移動し、なお低圧ガスを含む冷チャンバの容積が
減少する。再び高圧流体が温チャンバに導入されて熱交
換器を通して冷部分に移動し、冷チャンバの圧力が上昇
する。冷チャンバ圧力がこのように上昇すると、内部の
ガスの温度も上昇する。しかし冷チャンバから取られる
熱はこのチャンバに入る熱よりも大きいため、冷チャン
バには結果として冷却効果が起こり、望ましい冷却が行
われる。
ンバ内で前後に往復して、温チャンバ及び冷チャンバの
大きさが変わりその間をガスが通過する。冷チャンバは
冷却が生じる領域であり、赤外線センサーのような冷却
されるべき装置が設けられる位置である。このような装
置を冷却するために、温チャンバには高圧流体が導入さ
れ、熱交換器を通って変位部材の端部の孔を通って冷チ
ャンバに出る。高圧流体は熱交換器を通過する際に冷却
される。変位部材は温端部に向かって移動し、冷チャン
バの容積を増大させると同時に冷チャンバをより高圧の
ガスで満たす。次に温チャンバ及び冷チャンバ内の圧力
が減少し、それによって冷チャンバ内のガスが熱交換器
を通して後方に抽出され、ほぼ室温で温チャンバ中に出
る。従って冷チャンバ内のガスが膨脹してこのガスの温
度が低下する。冷却されたガスは熱交換器を通過する前
に冷部で熱を吸収する。次に変位部材が冷チャンバに向
かって移動し、なお低圧ガスを含む冷チャンバの容積が
減少する。再び高圧流体が温チャンバに導入されて熱交
換器を通して冷部分に移動し、冷チャンバの圧力が上昇
する。冷チャンバ圧力がこのように上昇すると、内部の
ガスの温度も上昇する。しかし冷チャンバから取られる
熱はこのチャンバに入る熱よりも大きいため、冷チャン
バには結果として冷却効果が起こり、望ましい冷却が行
われる。
歴史的に見ると、熱交換器と冷チャンバの間の熱伝達路
は熱交換器の端部にある孔によって構成されていた。端
部孔により熱交換器を出るガスは冷チャンバの端部壁に
向けられる。この方法によって冷却装置の冷端部で効率
的な熱伝達が行われ、例えば米国特許第3877239号及び
第3913339号（両特許とも本願の出願人に譲渡されてい
る）明細書に記載されている。しかし冷却能力のより大
きな冷却構造が開発され、それによって冷却装置とその
各々の部品の大きさが増大するにつれて、端部孔による
例チャンバへの熱伝達は効果的なものではなくなった。
端部孔に代わって、例えば米国特許第3218815号及び第3
303658号明細書に記載されているような変位部材の端部
付近に設けられた放射孔が用いられた。放射孔を用いた
冷却装置では、ガスは冷却装置を出て冷チャンバの環状
の内壁に衝突する。このガスは冷チャンバのより大きな
表面上で分散する。従って熱はより大きな領域上の冷チ
ャンバ壁から熱が移動し、端部孔による熱伝達よりも大
きな熱伝達係数が可能であった。
は熱交換器の端部にある孔によって構成されていた。端
部孔により熱交換器を出るガスは冷チャンバの端部壁に
向けられる。この方法によって冷却装置の冷端部で効率
的な熱伝達が行われ、例えば米国特許第3877239号及び
第3913339号（両特許とも本願の出願人に譲渡されてい
る）明細書に記載されている。しかし冷却能力のより大
きな冷却構造が開発され、それによって冷却装置とその
各々の部品の大きさが増大するにつれて、端部孔による
例チャンバへの熱伝達は効果的なものではなくなった。
端部孔に代わって、例えば米国特許第3218815号及び第3
303658号明細書に記載されているような変位部材の端部
付近に設けられた放射孔が用いられた。放射孔を用いた
冷却装置では、ガスは冷却装置を出て冷チャンバの環状
の内壁に衝突する。このガスは冷チャンバのより大きな
表面上で分散する。従って熱はより大きな領域上の冷チ
ャンバ壁から熱が移動し、端部孔による熱伝達よりも大
きな熱伝達係数が可能であった。
今日の冷却装置は軍事用及び一般的な市販用に必要な大
きさ及び重量に見合うようにより小さく作られるように
なっている。さらに遠隔においても電子装置を冷却する
ためにますます小型の冷却装置が用いられるにつれて、
信頼性が高く、効率が高くまた長期間のメンテナンスの
必要のない冷却装置が必要とされている。現在の大体の
冷却装置では、性能の損失または故障の主な原因は、熱
交換器から冷端部への通路を遮断する凝縮汚染物質の冷
凍によって生じる。ポンプ及び焼成を含む激しい清掃工
程を導入することもできるが、動作流体で満たした後に
望ましくない量の凝縮汚染物質はなお冷却装置内に存在
する。その上冷却装置の部品部分間の化学反応によって
さらに汚染物質が生成される。現在まで多年にわたって
産業界で問題になってきたこのような汚染問題を効果的
に処理する冷却装置は実現していない。
きさ及び重量に見合うようにより小さく作られるように
なっている。さらに遠隔においても電子装置を冷却する
ためにますます小型の冷却装置が用いられるにつれて、
信頼性が高く、効率が高くまた長期間のメンテナンスの
必要のない冷却装置が必要とされている。現在の大体の
冷却装置では、性能の損失または故障の主な原因は、熱
交換器から冷端部への通路を遮断する凝縮汚染物質の冷
凍によって生じる。ポンプ及び焼成を含む激しい清掃工
程を導入することもできるが、動作流体で満たした後に
望ましくない量の凝縮汚染物質はなお冷却装置内に存在
する。その上冷却装置の部品部分間の化学反応によって
さらに汚染物質が生成される。現在まで多年にわたって
産業界で問題になってきたこのような汚染問題を効果的
に処理する冷却装置は実現していない。
発明の概要 従って本発明の目的は先行技術で可能な寿命よりもさら
にずっと寿命の長い低温冷却装置を提供することであ
る。
にずっと寿命の長い低温冷却装置を提供することであ
る。
本発明の別の目的は比較的高い周囲温度でより信頼性の
高い動作を行う低温冷却装置を提供することである。
高い動作を行う低温冷却装置を提供することである。
本発明の特徴は変位部材あるいはピストンに放射状及び
端部の両方に孔を設けて、汚染物質が詰まって冷却装置
の冷端部の動作流体の流れが遮断されることが容易に阻
止されることである。
端部の両方に孔を設けて、汚染物質が詰まって冷却装置
の冷端部の動作流体の流れが遮断されることが容易に阻
止されることである。
本発明の利点は、端部孔及び放射孔が一次及び二次流路
を提供して、冷却装置にほとんどコストを付加せずに低
温冷却装置の寿命が10倍以上増大されることである。
を提供して、冷却装置にほとんどコストを付加せずに低
温冷却装置の寿命が10倍以上増大されることである。
本発明による低温冷却装置は熱交換マトリックスを保持
する変位部材（あるいはピストン）を具備している。こ
の熱交換器の冷却端部には複数の放射孔及び１個の端部
孔があり、冷却装置の熱交換器と冷チャンバ間のフロー
パスを形成している。
する変位部材（あるいはピストン）を具備している。こ
の熱交換器の冷却端部には複数の放射孔及び１個の端部
孔があり、冷却装置の熱交換器と冷チャンバ間のフロー
パスを形成している。
本発明のその他の目的、利点及び特徴は、添付請求の範
囲を参照して以下の本発明の望ましい実施例の詳細な説
明から明かである。
囲を参照して以下の本発明の望ましい実施例の詳細な説
明から明かである。
図面の簡単な説明 図は本発明による低温冷却装置の断面図である。
発明の詳細な説明 図面を参照すると低温冷却装置10が示されており、この
冷却装置は液密の容器を備え、それはハウジング12、ハ
ウジング端部キャップ14、細長い円筒管16及びプラグ18
を具備している。ハウジング端部キャップ14は円筒状で
あり、その外部には熱伝達のための環状の鰭が備えられ
ている。ハウジング12を通ってによって一端部から他端
部に軸孔が延在している。ハウジング12にはさらにフラ
ンジ22があり、通常は冷却装置10を支持部材（図示され
ていない）に固定させるのに用いられる。ハウジング端
部キャップ14はハウジング12のねじを切った端部に捩込
まれ、その間を押圧シール20により液密状態にされてい
る。円筒管16はインコネルあるいは他の強度の高い材料
で形成され、ハウジング12の他端部にハンダ付けあるい
は他の方法で接着して２つの部材が一体となって内部に
長い円筒状チャンバを形成している。フラグ18は円筒管
16の他端部を密閉するが、これは通常例えばハンダ付け
によって接着される。プラグ18は冷却装置の冷却端部を
形成し、通常例えば銅やニッケルのような冷却温度で高
い熱伝導性を有する材料から成る。電子センサー17のよ
うな冷却される装置は通常プラグ18に固定される。
冷却装置は液密の容器を備え、それはハウジング12、ハ
ウジング端部キャップ14、細長い円筒管16及びプラグ18
を具備している。ハウジング端部キャップ14は円筒状で
あり、その外部には熱伝達のための環状の鰭が備えられ
ている。ハウジング12を通ってによって一端部から他端
部に軸孔が延在している。ハウジング12にはさらにフラ
ンジ22があり、通常は冷却装置10を支持部材（図示され
ていない）に固定させるのに用いられる。ハウジング端
部キャップ14はハウジング12のねじを切った端部に捩込
まれ、その間を押圧シール20により液密状態にされてい
る。円筒管16はインコネルあるいは他の強度の高い材料
で形成され、ハウジング12の他端部にハンダ付けあるい
は他の方法で接着して２つの部材が一体となって内部に
長い円筒状チャンバを形成している。フラグ18は円筒管
16の他端部を密閉するが、これは通常例えばハンダ付け
によって接着される。プラグ18は冷却装置の冷却端部を
形成し、通常例えば銅やニッケルのような冷却温度で高
い熱伝導性を有する材料から成る。電子センサー17のよ
うな冷却される装置は通常プラグ18に固定される。
細長い円筒管16の内部にあってハウジング12中に延在す
る変位部材24は自由に浮動する。機械的なバネが取着け
られた非浮動性変位部材も用いることができる。変位部
材24は例えばエポキシを含浸させたフアイバガラスによ
って形成することができる。変位部材端部キャップ56は
プラグ18に最も近接した変位部材24の端部上に摺動可能
に設けられており、例えばエポキシによってこの端部に
接着される。変位部材端部キャップ56は例えばフアイバ
ガラスによって形成することもできる。変位部材24によ
って管16の内部で形成された細長いチャンバは管16の冷
却端部における冷部分26のハウジング12の内部の温部分
28に分割される。ライダー30は例えばテフロンやルロン
のリングから形成され、変位部材24の冷却端部付近の環
状の溝内に変位部材24の周囲に設けられている。ライダ
ー30は円筒管16の内壁60に通常0.002インチのクリアラ
ンスを保持してぴったりと設けられているため、変位部
材24が管16の内部で前後に往復運動する際にこれを案内
する。
る変位部材24は自由に浮動する。機械的なバネが取着け
られた非浮動性変位部材も用いることができる。変位部
材24は例えばエポキシを含浸させたフアイバガラスによ
って形成することができる。変位部材端部キャップ56は
プラグ18に最も近接した変位部材24の端部上に摺動可能
に設けられており、例えばエポキシによってこの端部に
接着される。変位部材端部キャップ56は例えばフアイバ
ガラスによって形成することもできる。変位部材24によ
って管16の内部で形成された細長いチャンバは管16の冷
却端部における冷部分26のハウジング12の内部の温部分
28に分割される。ライダー30は例えばテフロンやルロン
のリングから形成され、変位部材24の冷却端部付近の環
状の溝内に変位部材24の周囲に設けられている。ライダ
ー30は円筒管16の内壁60に通常0.002インチのクリアラ
ンスを保持してぴったりと設けられているため、変位部
材24が管16の内部で前後に往復運動する際にこれを案内
する。
変位部材24の端部はハウジング12の内部でピン34によっ
てプランジャ32に接続している。プランジャ32はナット
40によって、ハウジング12の内壁38に対してぴったりと
取り付けられているプッシング36の内部に往復運動する
ように設けられている。プッシング36とハウジング12の
内壁38の環状溝の間に設けられたＯリング42は第３の部
分44を温部分28から遮断する。第３の部分44には加圧ガ
スを封入して部分的に変位部材24の往復運動に応答する
ようにすることもできる。例えばスプリングや電気モー
タのような他の手段を用いて変位部材を往復運動させる
こともできる。プランジャ32は第３の部分44に延在し、
第３の部分44の端部に固定され留具として作用するゴム
パンパー46が具備されている。
てプランジャ32に接続している。プランジャ32はナット
40によって、ハウジング12の内壁38に対してぴったりと
取り付けられているプッシング36の内部に往復運動する
ように設けられている。プッシング36とハウジング12の
内壁38の環状溝の間に設けられたＯリング42は第３の部
分44を温部分28から遮断する。第３の部分44には加圧ガ
スを封入して部分的に変位部材24の往復運動に応答する
ようにすることもできる。例えばスプリングや電気モー
タのような他の手段を用いて変位部材を往復運動させる
こともできる。プランジャ32は第３の部分44に延在し、
第３の部分44の端部に固定され留具として作用するゴム
パンパー46が具備されている。
変位部材24の内部には熱交換器48が設けられている。熱
交換器８は円筒状のチャンバであり、通常は内部にステ
ンレスのデイスク型スクリーン50が重ねられて満たされ
ている。もちろんスクリーンの大きさは冷却装置の望ま
しい冷却能力及び動作速度によって異なる。熱交換器の
チャンバを満たすために例えば鉛のボールやワイヤのよ
うに他の材料を用いることもできる。
交換器８は円筒状のチャンバであり、通常は内部にステ
ンレスのデイスク型スクリーン50が重ねられて満たされ
ている。もちろんスクリーンの大きさは冷却装置の望ま
しい冷却能力及び動作速度によって異なる。熱交換器の
チャンバを満たすために例えば鉛のボールやワイヤのよ
うに他の材料を用いることもできる。
熱交換器48はその一端部が通路52によって温部分28に開
口している。熱交換器48の他端部は冷部分の端部壁に向
いている端部孔54によって冷部分26に開口している。熱
交換器48はさらに円筒管16の環状内壁60に面している複
数の放射孔58によって冷部分26に開口している。変位部
材24の冷却端部部分の外壁と円筒管16の環状内壁60の間
の狭い環状通路62によって、放射孔から冷部分26への流
体通路が形成されている。放射孔58の全体の断面の大き
さは端部孔54の断面の大きさとほぼ等しく、放射孔と端
部孔が同一の全体フロー領域を形成することが望まし
い。しかし特定の冷却装置が必要とする流れ特性によっ
てはより大きいあるいはより小さい孔を用いることもで
きる。４乃至８個の放射孔が管16の周囲に同心円上に等
間隔で設けられることが望ましい。
口している。熱交換器48の他端部は冷部分の端部壁に向
いている端部孔54によって冷部分26に開口している。熱
交換器48はさらに円筒管16の環状内壁60に面している複
数の放射孔58によって冷部分26に開口している。変位部
材24の冷却端部部分の外壁と円筒管16の環状内壁60の間
の狭い環状通路62によって、放射孔から冷部分26への流
体通路が形成されている。放射孔58の全体の断面の大き
さは端部孔54の断面の大きさとほぼ等しく、放射孔と端
部孔が同一の全体フロー領域を形成することが望まし
い。しかし特定の冷却装置が必要とする流れ特性によっ
てはより大きいあるいはより小さい孔を用いることもで
きる。４乃至８個の放射孔が管16の周囲に同心円上に等
間隔で設けられることが望ましい。
ピストン駆動コンプレッサ68のような流体付勢駆動シス
テムによって、導管66を通して冷却装置の温部分と液密
の伝達が行われる。このコンプレッサにより高圧流体及
び低圧流体の交互パルスが温部分に与えられる。コンプ
レッサはロータリ型でもリニア型でも良い。コンプレッ
サの動作中、第３の部分44にはシステムの残りと同一の
冷却ガスが充填され、温部分28の平均圧力である。プラ
ンジャ32のブッシング36の間の漏れによって第３の部分
44の圧力は温部分28の平均圧力に維持される。コンプレ
ッサから高圧パルスが送られる、温部分28に高圧ガスが
入り、熱交換器48を通過する際に冷却されて、冷却端部
における冷却温度よりわずかに上の温度で端部孔54を通
って出る。変位部材24は温部分28に向かって移動するた
め、冷部分26のガスは膨脹してガスはさらに冷却され
る。コンプレッサの圧力が高から低へ循環し、冷部分26
からの冷却ガスは熱交換器48中を通路52によって抽出さ
れてそこから温部分28に出ていく。温部分28内のガスの
温度はハウジング12の周囲の室温より上であるため、熱
はハウジング12を通して温部分28から引き出される。次
に変位部材24が冷部分26に向けて移動し、この冷部分26
内のガスにわずかな熱を与えるが、この熱は引き出され
る熱よりは小さい。従って冷却装置10の冷却端部26にお
いては結果として冷却効果が起こる。
テムによって、導管66を通して冷却装置の温部分と液密
の伝達が行われる。このコンプレッサにより高圧流体及
び低圧流体の交互パルスが温部分に与えられる。コンプ
レッサはロータリ型でもリニア型でも良い。コンプレッ
サの動作中、第３の部分44にはシステムの残りと同一の
冷却ガスが充填され、温部分28の平均圧力である。プラ
ンジャ32のブッシング36の間の漏れによって第３の部分
44の圧力は温部分28の平均圧力に維持される。コンプレ
ッサから高圧パルスが送られる、温部分28に高圧ガスが
入り、熱交換器48を通過する際に冷却されて、冷却端部
における冷却温度よりわずかに上の温度で端部孔54を通
って出る。変位部材24は温部分28に向かって移動するた
め、冷部分26のガスは膨脹してガスはさらに冷却され
る。コンプレッサの圧力が高から低へ循環し、冷部分26
からの冷却ガスは熱交換器48中を通路52によって抽出さ
れてそこから温部分28に出ていく。温部分28内のガスの
温度はハウジング12の周囲の室温より上であるため、熱
はハウジング12を通して温部分28から引き出される。次
に変位部材24が冷部分26に向けて移動し、この冷部分26
内のガスにわずかな熱を与えるが、この熱は引き出され
る熱よりは小さい。従って冷却装置10の冷却端部26にお
いては結果として冷却効果が起こる。
上記の工程では端部孔54は熱交換器48と冷部分26の間を
通過するガスの一次流体流路として作用する。冷却動作
中、グリースおよびベアリング材料の反応によってコン
プレッサ内には液体汚染物質が生成される。この汚染物
質の生成はロータリコンプレッサの場合に最も縣著であ
るが、リニアコンプレッサにおいても少量見られる。コ
ンプレッサの運転が停止されると、この液体汚染物質は
通常冷却装置の最も低温部分分、すなわち冷部分26の領
域に集められる。従来の冷却装置ではこの汚染物質が端
部孔に集積して冷却装置の性能を低下させ、ついには動
作流体のフローが遮断されて冷却装置が故障してしま
う。
通過するガスの一次流体流路として作用する。冷却動作
中、グリースおよびベアリング材料の反応によってコン
プレッサ内には液体汚染物質が生成される。この汚染物
質の生成はロータリコンプレッサの場合に最も縣著であ
るが、リニアコンプレッサにおいても少量見られる。コ
ンプレッサの運転が停止されると、この液体汚染物質は
通常冷却装置の最も低温部分分、すなわち冷部分26の領
域に集められる。従来の冷却装置ではこの汚染物質が端
部孔に集積して冷却装置の性能を低下させ、ついには動
作流体のフローが遮断されて冷却装置が故障してしま
う。
本発明による冷却装置の放射孔58は二次流体流路として
作用し、一次端部孔54が遮断されると交代の流体流路を
提供する。実際には放射孔58によって冷却装置の寿命は
10倍以上にも延びる。従来の技術では放射孔によって熱
交換器の長さが不所望に減少し冷却効率も低下するた
め、より小さな冷却装置では用いないと考えられてい
る。しかし二次放射孔によって冷却装置の寿命は増大
し、性能の低下を十分に補償してそれを上回るものであ
る。
作用し、一次端部孔54が遮断されると交代の流体流路を
提供する。実際には放射孔58によって冷却装置の寿命は
10倍以上にも延びる。従来の技術では放射孔によって熱
交換器の長さが不所望に減少し冷却効率も低下するた
め、より小さな冷却装置では用いないと考えられてい
る。しかし二次放射孔によって冷却装置の寿命は増大
し、性能の低下を十分に補償してそれを上回るものであ
る。
ある特定の例では、実際に図示されているように構成さ
れ任意の放射孔58を用いないこと以外はここに示されて
いるような３つの低温冷却装置について動作寿命の試験
を行った。この３つの冷却装置はロータリコンプレッサ
を用いた1/4ワット分割攪拌サイクル低温冷却装置であ
る。３つの冷却装置すべてには外径が約0.185インチの
変位部材を有していた。熱交換チャンバの直径は約0.12
5インチであり、端部孔の直径は約0.060インチであっ
た。この３つのユニットを寿命を加速するために厳しい
環境条件においた。24時間サイクルで３つのユニットを
まず室温で（24℃）で１時間、次に55℃で22時間動作さ
せ、最後に１時間通電を停止した状態にした。ユニット
は故障して冷却できなくなるまでこの方法で継続的に循
環試験を行なった。そして３つのユニットは42、48及び
24時間の動作の後にそれぞれ故障した。同じ３つのユニ
ットは約0.30インチの二次放射孔を、変位部材の端部か
ら約0.40インチ離して変位部材の周囲に同心円上に等間
隔に配置して付加することによって変形した。３つのユ
ニットは同じ試験条件にさらされ、それぞれ438時間、2
60時間及び139時間動作した。寿命の上昇は最高10倍以
上に達し、平均でも約7.3倍増加した。
れ任意の放射孔58を用いないこと以外はここに示されて
いるような３つの低温冷却装置について動作寿命の試験
を行った。この３つの冷却装置はロータリコンプレッサ
を用いた1/4ワット分割攪拌サイクル低温冷却装置であ
る。３つの冷却装置すべてには外径が約0.185インチの
変位部材を有していた。熱交換チャンバの直径は約0.12
5インチであり、端部孔の直径は約0.060インチであっ
た。この３つのユニットを寿命を加速するために厳しい
環境条件においた。24時間サイクルで３つのユニットを
まず室温で（24℃）で１時間、次に55℃で22時間動作さ
せ、最後に１時間通電を停止した状態にした。ユニット
は故障して冷却できなくなるまでこの方法で継続的に循
環試験を行なった。そして３つのユニットは42、48及び
24時間の動作の後にそれぞれ故障した。同じ３つのユニ
ットは約0.30インチの二次放射孔を、変位部材の端部か
ら約0.40インチ離して変位部材の周囲に同心円上に等間
隔に配置して付加することによって変形した。３つのユ
ニットは同じ試験条件にさらされ、それぞれ438時間、2
60時間及び139時間動作した。寿命の上昇は最高10倍以
上に達し、平均でも約7.3倍増加した。
上記の望ましい実施例は本発明の技術範囲から逸脱する
ことなく種々変形することもできる。例えば大きさ及び
形状を変えたさらに多くの、またはもっと少ない孔を使
用することができる。さらに冷却装置が図示され熱交換
器と共に変位部材を具備するように記載されているが、
本発明の原理は熱交換器と共にピストンを用いる冷却装
置に適用することもできる。従って本発明は特定の実施
例について図示され記載されているが、当業者には明確
な変形が添付請求の範囲に記載されている本発明の原理
及び技術範囲内にあることは理解されるべきである。
ことなく種々変形することもできる。例えば大きさ及び
形状を変えたさらに多くの、またはもっと少ない孔を使
用することができる。さらに冷却装置が図示され熱交換
器と共に変位部材を具備するように記載されているが、
本発明の原理は熱交換器と共にピストンを用いる冷却装
置に適用することもできる。従って本発明は特定の実施
例について図示され記載されているが、当業者には明確
な変形が添付請求の範囲に記載されている本発明の原理
及び技術範囲内にあることは理解されるべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−145952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−116866（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−112073（ＪＰ，Ｕ)
Claims (10)
- 【請求項１】冷端部を備えた管部材と、 前記管部材内に往復運動をするように設けられ、前記管
部材の前記冷却端部の冷部分と他方の端部の温部分にこ
の管部材を分離している変位部材と、 内部の前記温部分と前記冷部分の間の流体伝達を行う熱
交換チャンバを限定し、さらに前記冷却端部に面してい
るその端部の孔とこの端部から短い距離離れた側面に放
射状に位置している複数の孔を具備している実質的に円
筒状の変位部材と、 前記円筒の冷却端部及び温端部に変位部材を交互に移動
させるための圧力応答手段とを具備していることを特徴
とする低温冷却装置。 - 【請求項２】前記端部の前記孔の断面積が前記側面の全
放射孔の合計断面積とほぼ同じである特許請求の範囲第
１項記載の低温冷却装置。 - 【請求項３】前記放射孔が前記変位部材の周囲に同心円
上に等間隔で設けられている特許請求の範囲第１項記載
の低温冷却装置。 - 【請求項４】流体密のハウジングと、 前記ハウジング内にあり異なる温度レベルに維持される
ように設けられている複数のチャンバと、 前記ハウジング内に往復運動をするように設けられ、前
記複数のチャンバの少なくとも２つの容積を変化させる
変位部材と、 前記複数のチャンバの少なくとも２つの前記チャンバに
結合した前記変位部材内に設けられ、一端部の軸孔と、
この端部の近くにある複数の放射孔とを有する熱交換器
と、 この冷却装置が予め決められたサイクルで動作するよう
に前記変位部材を往復運動させる駆動手段とを具備して
いることを特徴とする低温冷却装置。 - 【請求項５】熱的に冷却される装置が前記流体密のハウ
ジングに結合されている特許請求の範囲第４項記載の低
温冷却装置。 - 【請求項６】２つの端部を備えた細長い円筒状部材と、 前記細長い円筒状部材内に設けられた熱交換器であっ
て、一端部の少なくとも１つの開口部と他端部の少なく
とも１つの開口部とを備えた細長いチャンバを具備し、
さらに前記他端部の近くに複数の放射状開口部を具備す
る熱交換器と、 前記熱交換器の細長いチャンバ内に設けられた熱伝達手
段とを具備している低温冷却装置用変位部材。 - 【請求項７】細長いチャンバを内部に具備する液密の容
器と、 前記細長いチャンバ内にあってこのチャンバを冷部分と
温部分とに分割している変位部材であって、一端部が前
記温部分にまた他端部が前記冷部分に開口している熱交
換器を内部に具備し、前記冷部分に向かう開口部は端部
孔と複数の放射孔とを備えている変位部材と、 前記変位部材に結合してこの変位部材を往復運動させる
駆動手段と、 前記温部分に加圧流体を供給する手段とを具備している
冷却装置。 - 【請求項８】加圧下で流体を供給する前記手段がロータ
リコンプレッサである特許請求の範囲第７項記載の冷却
装置。 - 【請求項９】加圧下で流体を供給する前記手段がリニア
コンプレッサである特許請求の範囲第７項記載の冷却装
置。 - 【請求項１０】冷端部を具備する管状部材と、 前記管状部材の前記冷端部において冷部分を限定する前
記容器内に往復運動するように設けられたピストンとを
具備しており、 前記ピストンが前記冷端部に向かうピストンの端部にあ
る孔とこの端部から短い距離の側面にある複数の放射状
に延在する孔によって限定される前記冷部分と流体で連
通するピストン内部にある熱交換チャンバを限定し、 さらに前記ピストンを往復運動させて前記冷部分の容積
を変化させる手段を具備している低温冷却装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US191,095 | 1988-05-06 | ||
| US07/191,095 US4846861A (en) | 1988-05-06 | 1988-05-06 | Cryogenic refrigerator having a regenerator with primary and secondary flow paths |
| PCT/US1989/001180 WO1989011070A1 (en) | 1988-05-06 | 1989-03-03 | Regenerative cryogenic refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02504182A JPH02504182A (ja) | 1990-11-29 |
| JPH0776642B2 true JPH0776642B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=22704124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1504704A Expired - Fee Related JPH0776642B2 (ja) | 1988-05-06 | 1989-03-03 | １次及び２次フローパスを備えた熱交換器を具備する低温冷却装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4846861A (ja) |
| EP (1) | EP0372029B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0776642B2 (ja) |
| ES (1) | ES2013485A6 (ja) |
| IL (1) | IL89919A (ja) |
| SA (1) | SA90100178B1 (ja) |
| TR (1) | TR24884A (ja) |
| WO (1) | WO1989011070A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5501111A (en) * | 1990-12-09 | 1996-03-26 | Kistler Instrumente Ag | Force sensor systems especially for determining dynamically the axle load, speed, wheelbase and gross weight of vehicles |
| US5214922A (en) * | 1991-10-24 | 1993-06-01 | Hughes Aircraft Company | Multi-expander cryogenic cooler |
| NL9401251A (nl) * | 1994-08-01 | 1996-03-01 | Hollandse Signaalapparaten Bv | Stirling-koeler. |
| US5488830A (en) * | 1994-10-24 | 1996-02-06 | Trw Inc. | Orifice pulse tube with reservoir within compressor |
| US6256997B1 (en) | 2000-02-15 | 2001-07-10 | Intermagnetics General Corporation | Reduced vibration cooling device having pneumatically-driven GM type displacer |
| US6327862B1 (en) * | 2000-04-26 | 2001-12-11 | Superconductor Technologies, Inc. | Stirling cycle cryocooler with optimized cold end design |
| US6393844B1 (en) * | 2000-08-22 | 2002-05-28 | Raytheon Company | Pulse tube expander having a porous plug phase shifter |
| US6687122B2 (en) | 2001-08-30 | 2004-02-03 | Sun Microsystems, Inc. | Multiple compressor refrigeration heat sink module for cooling electronic components |
| US6694730B2 (en) * | 2002-05-30 | 2004-02-24 | Superconductor Technologies, Inc. | Stirling cycle cryocooler with improved magnet ring assembly and gas bearings |
| US6637231B1 (en) | 2002-06-28 | 2003-10-28 | Sun Microsystems, Inc. | Field replaceable packaged refrigeration heat sink module for cooling electronic components |
| US6741469B1 (en) | 2003-02-07 | 2004-05-25 | Sun Microsystems, Inc. | Refrigeration cooling assisted MEMS-based micro-channel cooling system |
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| US20050056036A1 (en) * | 2003-09-17 | 2005-03-17 | Superconductor Technologies, Inc. | Integrated cryogenic receiver front-end |
| WO2006068664A2 (en) | 2004-07-13 | 2006-06-29 | Tiax Llc | System and method of refrigeration |
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| US8910486B2 (en) | 2010-07-22 | 2014-12-16 | Flir Systems, Inc. | Expander for stirling engines and cryogenic coolers |
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| JP5917153B2 (ja) * | 2012-01-06 | 2016-05-11 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機、ディスプレーサ |
| US11209192B2 (en) * | 2019-07-29 | 2021-12-28 | Cryo Tech Ltd. | Cryogenic Stirling refrigerator with a pneumatic expander |
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-
1989
- 1989-03-03 WO PCT/US1989/001180 patent/WO1989011070A1/en not_active Ceased
- 1989-03-03 EP EP89904908A patent/EP0372029B1/en not_active Expired
- 1989-03-03 JP JP1504704A patent/JPH0776642B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1989-05-03 TR TR89/0370A patent/TR24884A/xx unknown
- 1989-05-05 ES ES8901554A patent/ES2013485A6/es not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-04-18 SA SA90100178A patent/SA90100178B1/ar unknown
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