JPH1163699A - パルス管冷凍機 - Google Patents

パルス管冷凍機

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JPH1163699A
JPH1163699A JP22360397A JP22360397A JPH1163699A JP H1163699 A JPH1163699 A JP H1163699A JP 22360397 A JP22360397 A JP 22360397A JP 22360397 A JP22360397 A JP 22360397A JP H1163699 A JPH1163699 A JP H1163699A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のパルス管冷凍機においては、パルス管
の高温端の排熱に補助冷凍機を用いているため、補助冷
凍機を運転する圧縮機の動力などを必要とし、さらにパ
ルス管および蓄冷器内のガスを圧縮する圧縮機などにも
大きな動力を必要としている。 【解決手段】 パルス管１１内のガスを圧縮しパルス管
１１の高温端１２における発熱を除去した後にガスを膨
張させてパルス管１１の低温端１４に寒冷熱を得るパル
ス管冷凍機におけるパルス管１１内のガスを共鳴管３６
の一端を補助冷凍機により冷却するとともに共鳴管３６
の他端をヒータ４１により加熱して得られる自励振動に
より圧縮および膨張させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、極低温流体の液化
などに適用されるパルス管冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は極低温流体の液化などに使用され
ている従来のパルス管冷凍機の説明図である。図におい
て、本パルス管冷凍機はパルス管の高温端における排熱
をＧＭ冷凍機などの補助冷凍機を用いて行っており、図
における符号１は本パルス管冷凍機へ侵入する熱を低減
する断熱真空容器、２は断熱真空容器１のフランジ部、
３は補助冷凍機の第一段寒冷発生部、４は第一段寒冷発
生部３に取付けられて輻射により侵入する熱を抑制する
シールド板、５は補助冷凍機の作動用ガスを圧縮する圧
縮機、６は補助冷凍機に対する高圧ガスの供給ライン、
７は補助冷凍機に対する低圧ガスの供給ラインである。
８，９はそれぞれ高圧ガスおよび低圧ガスのロータリー
バルブである。
【０００３】１０は補助冷凍機の第二段寒冷発生部であ
る。１１はパルス管で、パルス管１１の高温端１２は銅
ブロック１３により補助冷凍機の第二段寒冷発生部１０
と熱的に接続されている。１４はパルス管１１の低温端
で、導管１５によって蓄冷器１６の低温端１７と接続さ
れている。１８は蓄冷器１６の高温端で、バイパス弁１
９によりパルス管１１の高温端１２と接続されている。
蓄冷器１６の材料として、例えば磁性蓄冷材であるＥｒ
3 Ｎｉなどを用いている。
【０００４】２０は圧縮機、２１は蓄冷器１６への低圧
ガスライン、２２は蓄冷器１６への高温ガスラインであ
る。２３，２４はそれぞれ低圧ガス用および高温ガス用
のロータリーバルブで、このロータリーバルブ２３，２
４の開閉により蓄冷器１６およびパルス管１１内の圧力
を調整する。２５はパルス管１１から流出するガスのバ
ッファ、２６は流出するガスの流量をコントロールする
オリフィス、２７，２８はそれぞれパルス管１１と低圧
ガスライン２１および高温ガスライン２２とを結ぶ導
管、２９，３０は導管２７，２８内を流れるガスの流量
をコントロールするバルブである。これらバイパス弁１
９，導管２７，２８，バルブ２９，３０はパルス管１１
および蓄冷器１６を流れるガスの圧力と変位の位相差と
をコントロールする位相制御機構である。
【０００５】３１は沸点が液体窒素以下の例えば液体水
素などの極低温流体、３２は極低温流体３１を収める容
器、３３は極低温流体３１の供給管、３４は蒸発した極
低温流体３１の逃気管、３５は膨張して温度の低下した
ガスが流れる導管１５に設置されているフィンである。
蒸発した極低温流体３１はフィン３５の表面で液化して
再び液体となる。
【０００６】このように構成されているパルス管冷凍機
において、パルス管１１および蓄冷器１６高温側のロー
タリーバルブ２４を開にすると、蓄冷器１６およびパル
ス管１１内のガスが高温ガスによって押され、行き場の
なくなったガスはパルス管１１の高温端１２で発熱す
る。この発熱を補助冷凍機の第二段寒冷ヘッド１０によ
って除去し、次に低圧側のロータリーバルブ２３を開く
と、パルス管１１の低温端１４および蓄冷器１６の低温
端１７に寒冷熱を与えながらガスが膨張する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
パルス管冷凍機においてはパルス管１１の高温端１２の
排熱に補助冷凍機を用いているため、補助冷凍機を運転
する圧縮機５の動力などを必要とし、さらにパルス管１
１および蓄冷器１６内のガスを圧縮する圧縮機２０など
にも大きな動力を必要としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係るパルス管冷
凍機は上記課題の解決を目的にしており、パルス管内の
ガスを圧縮し上記パルス管の高温端における発熱を除去
した後に上記ガスを膨張させて上記パルス管の低温端に
寒冷熱を得るパルス管冷凍機における上記パルス管内の
ガスを共鳴管の一端を補助冷凍機により冷却するととも
に上記共鳴管の他端をヒータにより加熱して得られる自
励振動により圧縮および膨張させるようになっている。
【０００９】即ち、本発明に係るパルス管冷凍機におい
ては、パルス管の圧力振動源として共鳴管の両端に温度
差を与えて共鳴管に自励振動を発生させ、この共鳴管の
自励振動をパルス管の圧力振動源として用いており、共
鳴管の低温端を補助冷凍機により冷却し高温端をヒータ
により加熱すると共鳴管の温度差により誘起されて共鳴
管内に自励振動が発生する。このようにパルス管の圧力
振動源として共鳴管を用いることにより、従来例におけ
るパルス管用の大規模な圧縮機が不要になる。
【００１０】また、本発明に係るパルス管冷凍機は、パ
ルス管内のガスを圧縮し上記パルス管の高温端における
発熱を除去した後に上記ガスを膨張させて上記パルス管
の低温端に寒冷熱を得るパルス管冷凍機における上記パ
ルス管内のガスを共鳴管の一端を液体窒素により冷却し
上記共鳴管の他端をヒータにより加熱して得られる自励
振動により圧縮および膨張させるとともに、上記パルス
管の高温端における発熱を液体窒素により除去するよう
になっている。
【００１１】即ち、本発明に係るパルス管冷凍機におい
ては、パルス管の圧力振動源として共鳴管の両端に温度
差を与えて共鳴管に自励振動を発生させ、この共鳴管の
自励振動をパルス管の圧力振動源として用いており、共
鳴管の低温端を液体窒素により冷却し高温端をヒータに
より加熱すると共鳴管の温度差により誘起されて共鳴管
内に自励振動が発生する。さらに、パルス管の高温端の
冷却にも液体窒素を用いており、パルス管の高温端に発
生する熱が液体窒素により排熱される。このように、パ
ルス管の圧力振動源として共鳴管を用いることにより従
来例におけるパルス管用の大規模な圧縮機が不要になる
とともに、パルス管の高温端の冷却に比較的安価に入手
が可能な液体窒素を用いることにより従来例におけるパ
ルス管用の補助冷凍機が不要になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態に係
るパルス管冷凍機の説明図、図２は本発明の実施の他の
形態に係るパルス管冷凍機の説明図である。図におい
て、これらの実施の形態に係るパルス管冷凍機は極低温
流体の液化などに使用されるもので、図における符号１
は本パルス管冷凍機へ侵入する熱を低減する断熱真空容
器、２は断熱真空容器１のフランジ部、３は補助冷凍機
の第一段寒冷発生部、４は第一段寒冷発生部３に取付け
られて輻射により侵入する熱を抑制するシールド板、５
は補助冷凍機の作動用ガスを圧縮する圧縮機、６は補助
冷凍機に対する高圧ガスの供給ライン、７は補助冷凍機
に対する低圧ガスの供給ラインである。８，９はそれぞ
れ高圧ガスおよび低圧ガスのロータリーバルブである。
【００１３】１０は補助冷凍機の第二段寒冷発生部であ
る。１１はパルス管で、パルス管１１の高温端１２は銅
ブロック１３により補助冷凍機の第二段寒冷発生部１０
と熱的に接続されている。１４はパルス管１１の低温端
で、導管１５によって蓄冷器１６の低温端１７と接続さ
れている。１８は蓄冷器１６の高温端で、バイパス弁１
９によりパルス管１１の高温端１２と接続されている。
蓄冷器１６の材料として、例えば磁性蓄冷材であるＥｒ
3 Ｎｉなどを用いている。
【００１４】２４は高温ガス用のロータリーバルブで、
このロータリーバルブ２４の開閉により蓄冷器１６およ
びパルス管１１内の圧力を調整する。２５はパルス管１
１から流出するガスのバッファ、２６は流出するガスの
流量をコントロールするオリフィスである。これらバイ
パス弁１９，バッファ２５，オリフィス２６は、パルス
管１１および蓄冷器１６を流れるガスの圧力と変位の位
相差とをコントロールする位相制御機構である。
【００１５】３１は沸点が液体窒素以下の例えば液体水
素などの極低温流体、３２は極低温流体３１を収める容
器、３３は極低温流体３１の供給管、３４は蒸発した極
低温流体３１の逃気管、３５は膨張して温度の低下した
ガスが流れる導管１５に設置されているフィンである。
蒸発した極低温流体３１はフィン３５の表面で液化して
再び液体となる。
【００１６】パルス管１１および蓄冷器１６高温側を加
圧すると、蓄冷器１６およびパルス管１１内のガスが高
温ガスによって押され、行き場のなくなったガスはパル
ス管１１の高温端１２で発熱する。この発熱を冷却して
除去し、次にガスを開放すると、パルス管１１の低温端
１４および蓄冷器１６の低温端１７に寒冷熱を与えなが
らガスが膨張する。
【００１７】図１において、本実施の形態に係るパルス
管冷凍機は図に示すように、パルス管１１の圧力振動源
として共鳴管の自励振動を用いるようになっており、共
鳴管の両端に温度差を与えることにより共鳴管に自励振
動を発生させ、この共鳴管の自励振動をパルス管１１の
圧力振動源として用いることによってパルス管１１の大
規模な圧縮機が不要になり、パルス管冷凍機に必要な所
要動力を低減するようになっている。即ち、図における
符号３６は共鳴管、３７，３８はそれぞれ共鳴管３６内
に設置した高温端熱交換器、低温端熱交換器である。３
９はスタックで、ステンレス製の薄い板を重ね合わせた
ものなどが用いられる。４０は共鳴管３６の低温端熱交
換器３８と補助冷凍機の第二段寒冷発生部１０とを熱的
に結合する銅など熱の良導体で構成されるブロック、４
１は共鳴管３６の高温端熱交換器３７を加熱するヒー
タ、４２は共鳴管３６と蓄冷器１６とを継ぐガスの導
管、４３はパルス管１１および蓄冷器１６を流れるガス
の圧力と変位の位相差とをコントロールする位相制御機
構である。
【００１８】共鳴管３６の低温端熱交換器３８を補助冷
凍機の第二段寒冷発生部１０で冷却するとともに、高温
端熱交換器３７をヒータ４１で加熱して１００℃程度に
すると、共鳴管３６内に共鳴管３６の温度差により誘起
されて自励振動が発生する。このように圧力振動源とし
て共鳴管３６を用いることにより、従来例におけるパル
ス管１１用の圧縮機２０が不要になり、従って圧縮機２
０の動力分だけパルス管冷凍機に必要な所要動力を低減
することができる。
【００１９】図２において、本実施の形態に係るパルス
管冷凍機は図に示すように、パルス管１１の圧力振動源
として共鳴管３６の自励振動を用いるようになってお
り、共鳴管３６の両端に温度差を与えることにより共鳴
管３６に自励振動を発生させ、この共鳴管３６の自励振
動をパルス管１１の圧力振動源として用いることによっ
てパルス管１１の大規模な圧縮機が不要になり、パルス
管冷凍機に必要な所要動力を低減するようになってい
る。さらに、この共鳴管３６の低温端３８およびパルス
管１１の高温端１２の冷却に比較的安価に入手が可能な
液体窒素を用いることによって補助冷凍機も不要にな
り、圧縮機を全く必要としないパルス管冷凍機になって
いる。即ち、図における符号４４は常温からの輻射熱を
シールドするための液体窒素槽、４５は液体窒素、４６
は液体窒素４５の供給管、４７は蒸発した液体窒素４５
の逃気管、４８は低温端熱交換器３８と液体窒素４５と
を熱的に結合する銅など熱の良導体で構成されるブロッ
クである。
【００２０】パルス管１１の高温端１２で発生した熱
は、伝熱材のブロック４８により液体窒素４５に伝えら
れて排熱される。従って、従来例における補助冷凍機が
不要になり、補助冷凍機用の圧縮機５の動力分だけ、パ
ルス管冷凍機に必要な所要動力を低減することができ
る。また、パルス管１１の圧力振動源として共鳴管３６
を用いることにより従来例におけるパルス管１１用の圧
縮機２０も不要になり、圧縮機２０の動力分だけパルス
管冷凍機に必要な所要動力を低減することができる。さ
らに、従来例におけるパルス管１１用の圧縮機２０が不
要になることにより、全く圧縮機を必要としないパルス
管冷凍機を得ることができる。
【００２１】
【発明の効果】本発明に係るパルス管冷凍機は前記のよ
うに構成されており、パルス管の圧力振動源として共鳴
管の両端に温度差を与えて共鳴管に自励振動を発生さ
せ、この共鳴管の自励振動をパルス管の圧力振動源とし
て用いており、共鳴管の低温端を補助冷凍機により冷却
し高温端をヒータにより加熱すると共鳴管の温度差によ
り誘起されて共鳴管内に自励振動が発生する。このよう
にパルス管の圧力振動源として共鳴管を用いることによ
り、従来例におけるパルス管用の大規模な圧縮機が不要
になるので、この圧縮機の動力分だけパルス管冷凍機に
必要な所要動力を低減することができる。
【００２２】また、本発明に係るパルス管冷凍機は前記
のように構成されており、パルス管の圧力振動源として
共鳴管の両端に温度差を与えて共鳴管に自励振動を発生
させ、この共鳴管の自励振動をパルス管の圧力振動源と
して用いており、共鳴管の低温端を液体窒素により冷却
し高温端をヒータにより加熱すると共鳴管の温度差によ
り誘起されて共鳴管内に自励振動が発生する。さらに、
パルス管の高温端の冷却にも液体窒素を用いており、パ
ルス管の高温端に発生する熱が液体窒素により排熱され
る。このように、パルス管の圧力振動源として共鳴管を
用いることにより従来例におけるパルス管用の大規模な
圧縮機が不要になるとともに、パルス管の高温端の冷却
に比較的安価に入手が可能な液体窒素を用いることによ
り従来例におけるパルス管用の補助冷凍機が不要になる
ので、パルス管用の大規模な圧縮機および補助冷凍機の
圧縮機用の動力分だけパルス管冷凍機に必要な所要動力
を低減することができる。また、パルス管用の大規模な
圧縮機およびパルス管用の補助冷凍機の圧縮機が不要に
なるので、全く圧縮機を必要としないパルス管冷凍機を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の一形態に係るパルス管冷
凍機の断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の他の形態に係るパルス管
冷凍機の断面図である。
【図３】図３は従来のパルス管冷凍機の断面図である。
【符号の説明】
１ 断熱真空容器 ２ フランジ部 ３ 第一段寒冷発生部 ４ シールド板 ５ 圧縮機 ６ 高圧ガスの供給ライン ７ 低圧ガスの供給ライン ８ ロータリーバルブ ９ ロータリーバルブ １０ 第二段寒冷発生部 １１ パルス管 １２ 高温端 １３ 銅ブロック １４ 低温端 １５ 導管 １６ 蓄冷器 １７ 低温端 １８ 高温端 １９ バイパス弁 ２４ 高圧ガス用のロータリーバルブ ２５ バッファ ２６ オリフィス ３１ 極低温流体 ３２ 容器 ３３ 供給管 ３４ 逃気管 ３５ フィン ３６ 共鳴管 ３７ 高温端熱交換器 ３８ 低温端熱交換器 ３９ スタック ４０ ブロック ４１ ヒータ ４２ ガスの導管 ４３ 位相制御機構 ４４ 液体窒素槽 ４５ 液体窒素 ４６ 液体窒素の供給管 ４７ 液体窒素の逃気管 ４８ ブロック

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パルス管内のガスを圧縮し上記パルス管
    の高温端における発熱を除去した後に上記ガスを膨張さ
    せて上記パルス管の低温端に寒冷熱を得るパルス管冷凍
    機において、共鳴管の一端を補助冷凍機により冷却する
    とともに上記共鳴管の他端をヒータにより加熱して得ら
    れる自励振動により上記パルス管内のガスを圧縮および
    膨張させることを特徴とするパルス管冷凍機。
  2. 【請求項２】 パルス管内のガスを圧縮し上記パルス管
    の高温端における発熱を除去した後に上記ガスを膨張さ
    せて上記パルス管の低温端に寒冷熱を得るパルス管冷凍
    機において、共鳴管の一端を液体窒素により冷却し上記
    共鳴管の他端をヒータにより加熱して得られる自励振動
    により上記パルス管内のガスを圧縮および膨張させるす
    るとともに、上記パルス管の高温端における発熱を液体
    窒素により除去することを特徴とするパルス管冷凍機。
JP22360397A 1997-08-20 1997-08-20 パルス管冷凍機 Expired - Fee Related JP3686222B2 (ja)

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