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JP6245991B2 - Pulse tube refrigerator - Google Patents

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JP6245991B2 JP2014000398A JP2014000398A JP6245991B2 JP 6245991 B2 JP6245991 B2 JP 6245991B2 JP 2014000398 A JP2014000398 A JP 2014000398A JP 2014000398 A JP2014000398 A JP 2014000398A JP 6245991 B2 JP6245991 B2 JP 6245991B2
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Description

本発明は、パルス管冷凍機に関し、特に、多段式のマルチバルブ型パルス管冷凍機に関する。   The present invention relates to a pulse tube refrigerator, and more particularly to a multistage multi-valve pulse tube refrigerator.

極低温を発生する冷凍機のひとつとしてパルス管冷凍機が知られている。パルス管冷凍機は、圧縮機により圧縮された作動流体である冷媒ガス(例えば、ヘリウムガス)が蓄冷管およびパルス管に流入する動作と、作動流体がパルス管および蓄冷管から流出され、圧縮機に回収される動作を繰り返すことで、蓄冷管およびパルス管の低温端に寒冷が形成される。また、これらの低温端に、冷却対象を熱的に接触させることで、冷却対象から熱を奪うことができる。特に、多段式のマルチバルブ型パルス管冷凍機は、高い冷却効率を有するという特徴を有し、様々な分野での適用が期待されている。   A pulse tube refrigerator is known as one of refrigerators that generate cryogenic temperatures. The pulse tube refrigerator has an operation in which a refrigerant gas (for example, helium gas), which is a working fluid compressed by a compressor, flows into the cold storage tube and the pulse tube, and the working fluid flows out of the pulse tube and the cold storage tube. By repeating the operation collected in the above, cold is formed at the low temperature ends of the regenerator tube and the pulse tube. Moreover, heat can be taken from the cooling target by bringing the cooling target into thermal contact with these low-temperature ends. In particular, a multi-stage multi-valve pulse tube refrigerator has a feature of high cooling efficiency, and is expected to be applied in various fields.

特開2011−094835号公報JP 2011-094835 A

圧縮機は、低圧(例えば0.8MPa)のヘリウムガスを圧縮し、高圧(例えば2.2MPa)のヘリウムガスを生成する。高圧ヘリウムガスの密度と低圧ヘリウムガスの密度との密度差は、極低温付近において温度依存性が大きくなり、特に温度が10K付近のときに、その密度差が最大となる。このため、パルス管冷凍機の冷媒ガスにヘリウムガスを用いる場合、パルス管冷凍機における冷媒ガスの圧力差が小さくなり、またヘリウムガスの流速と圧力変動との位相差を調整することが困難となるため、パルス管冷凍機の冷凍能力が低下する要因となりうる。   The compressor compresses low-pressure (for example, 0.8 MPa) helium gas to generate high-pressure (for example, 2.2 MPa) helium gas. The density difference between the density of the high-pressure helium gas and the density of the low-pressure helium gas has a large temperature dependence in the vicinity of extremely low temperatures, and the density difference becomes maximum especially when the temperature is around 10K. For this reason, when helium gas is used as the refrigerant gas of the pulse tube refrigerator, the pressure difference of the refrigerant gas in the pulse tube refrigerator becomes small, and it is difficult to adjust the phase difference between the flow rate of the helium gas and the pressure fluctuation. For this reason, the refrigeration capacity of the pulse tube refrigerator can be a factor.

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パルス管冷凍機の冷凍能力を向上する技術を提供することである。   This invention is made | formed in view of such a subject, The objective is to provide the technique which improves the refrigerating capacity of a pulse tube refrigerator.

上記課題を解決するために、本発明のある態様のパルス管冷凍機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、低温端と圧縮機と接続する高温端とを有する第1パルス管と、第1パルス管の低温端と接続する低温端と圧縮機と接続する高温端とを有する第1蓄冷管と、圧縮機と接続する高温端と第1パルス管の低温端よりもさらに低温である低温端を有する第2パルス管と、高温端と第2パルス管の低温端に接続する低温端とを有し、第2パルス管と並んで配置される第2蓄冷管とを備える。第2パルス管は、第2蓄冷管の高温端に対応する位置よりも低温端側に、狭窄部を備える。   In order to solve the above problems, a pulse tube refrigerator according to an aspect of the present invention includes a compressor for compressing refrigerant gas, a first pulse tube having a low temperature end and a high temperature end connected to the compressor, A first regenerator tube having a low temperature end connected to the low temperature end of the pulse tube and a high temperature end connected to the compressor, a high temperature end connected to the compressor, and a low temperature end that is cooler than the low temperature end of the first pulse tube And a second regenerative tube having a high temperature end and a low temperature end connected to the low temperature end of the second pulse tube, and arranged side by side with the second pulse tube. The second pulse tube includes a constricted portion on the low temperature end side from the position corresponding to the high temperature end of the second regenerative tube.

本発明の別の態様もまた、パルス管冷凍機である。このパルス管冷凍機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、低温端と圧縮機と接続する高温端とを有する第1パルス管と、第1パルス管の低温端と接続する低温端と圧縮機と接続する高温端とを有する第1蓄冷管と、圧縮機と接続する高温端と第1パルス管の低温端よりもさらに低温である低温端を有する第2パルス管と、高温端と第2パルス管の低温端に接続する低温端とを有し、第2パルス管と並んで配置される第2蓄冷管とを備える。第2パルス管は、第2パルス管を流れる冷媒ガスの温度が8Kから30Kとなる領域に狭窄部を備える。   Another embodiment of the present invention is also a pulse tube refrigerator. This pulse tube refrigerator includes a compressor for compressing refrigerant gas, a first pulse tube having a low temperature end and a high temperature end connected to the compressor, a low temperature end connected to the low temperature end of the first pulse tube, and a compressor A first regenerator tube having a high temperature end connected to the compressor, a high temperature end connected to the compressor, a second pulse tube having a low temperature end that is cooler than the low temperature end of the first pulse tube, a high temperature end and a second A low temperature end connected to the low temperature end of the pulse tube, and a second regenerative tube arranged side by side with the second pulse tube. The second pulse tube includes a constricted portion in a region where the temperature of the refrigerant gas flowing through the second pulse tube is 8K to 30K.

本発明によれば、パルス管冷凍機の冷凍能力を向上する技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which improves the refrigerating capacity of a pulse tube refrigerator can be provided.

4バルブ型パルス管冷凍機の一例の概略を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the outline of an example of a 4-valve type pulse tube refrigerator. 図1に示した4バルブ型パルス管冷凍機の作動の際の、6つのバルブの開閉状態を時系列的に示す図である。It is a figure which shows the opening-and-closing state of six valves at the time of the action | operation of the 4-valve type pulse tube refrigerator shown in FIG. 1 in time series. 2.2MPaのヘリウムガスと0.8MPaのヘリウムガスとの、それぞれの密度の温度変化、および両者の密度差の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of each density of helium gas of 2.2 MPa and helium gas of 0.8 MPa, and the temperature change of the density difference of both. 図4(a)−(b)は、実施の形態に係る第2パルス管の構成を模式的に示す図である。FIGS. 4A to 4B are diagrams schematically showing the configuration of the second pulse tube according to the embodiment. 本発明の変形例に係る4バルブ型パルスチューブ冷凍機の一例の概略を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the outline of an example of the 4-valve type pulse tube refrigerator which concerns on the modification of this invention. 図5に示した4バルブ型のパルス管冷凍機の作動の際の、8つのバルブの開閉状態を時系列的に示す図である。It is a figure which shows the opening-and-closing state of eight valves in the time series at the time of the action | operation of the 4-valve type pulse tube refrigerator shown in FIG.

本発明の実施の形態について図面と共に説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施の形態に係るパルス管冷凍機の説明に先立って、まず一般的な4バルブ型のパルス管冷凍機を説明する。図1は、一般的な4バルブ型のパルス管冷凍機200の一例の概略を模式的に示す図である。このパルス管冷凍機200は、2段式の構造となっている。   Prior to the description of the pulse tube refrigerator according to the embodiment of the present invention, a general four-valve type pulse tube refrigerator will be described first. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a general four-valve type pulse tube refrigerator 200. This pulse tube refrigerator 200 has a two-stage structure.

図1に示すように、パルス管冷凍機200は、圧縮機212、第1蓄冷管240および第2蓄冷管280、第1パルス管250および第2パルス管290、第1配管256および第2配管286、オリフィス等で構成された第1流路抵抗260、第2流路抵抗261、ならびに開閉バルブV1〜V6等を備える。   As shown in FIG. 1, the pulse tube refrigerator 200 includes a compressor 212, a first regenerator tube 240 and a second regenerator tube 280, a first pulse tube 250 and a second pulse tube 290, a first pipe 256 and a second pipe. 286, the first flow path resistance 260, the second flow path resistance 261, and the opening / closing valves V1 to V6, which are configured by an orifice or the like.

第1蓄冷管240は、高温端242および低温端244を有し、第2蓄冷管280は、高温端244(第1蓄冷管240の低温端244に相当)および低温端284を有する。第1パルス管250は、高温端252および低温端254を有し、第2パルス管290は、高温端292および低温端294を有する。第1パルス管250および第2パルス管290の各高温端252、292および低温端254、294には、熱交換器が設置されている。第1蓄冷管240の低温端244は第2蓄冷管280の高温端244と共通であるため、第1蓄冷管240と第2蓄冷管280とは長手方向の軸が共通するように配置される。また、第1蓄冷管240と第1パルス管250とは、長手方向の軸がそろうように並んで配置される。第2蓄冷管280と第2パルス管290も、長手方向の軸がそろうように並んで配置される。   The first regenerator tube 240 has a high temperature end 242 and a low temperature end 244, and the second regenerator tube 280 has a high temperature end 244 (corresponding to the low temperature end 244 of the first regenerator tube 240) and a low temperature end 284. The first pulse tube 250 has a hot end 252 and a cold end 254, and the second pulse tube 290 has a hot end 292 and a cold end 294. A heat exchanger is installed at each of the high temperature ends 252 and 292 and the low temperature ends 254 and 294 of the first pulse tube 250 and the second pulse tube 290. Since the low temperature end 244 of the first regenerator tube 240 is common to the high temperature end 244 of the second regenerator tube 280, the first regenerator tube 240 and the second regenerator tube 280 are arranged so that the longitudinal axis is common. . Further, the first regenerator tube 240 and the first pulse tube 250 are arranged side by side so that the longitudinal axes are aligned. The second regenerative tube 280 and the second pulse tube 290 are also arranged side by side so that the longitudinal axes are aligned.

第1蓄冷管240の低温端244は、第1配管256を介して、第1パルス管250の低温端254と接続される。また、第2蓄冷管280の低温端284は、第2配管286を介して、第2パルス管290の低温端294と接続される。したがって、第1蓄冷管240の低温端244における冷媒ガスの温度と、第1パルス管250の低温端254における冷媒ガスの温度は、ほぼ等しい温度となる。また、第2蓄冷管280の低温端284における冷媒ガスの温度と、第2パルス管290の低温端294の温度も、ほぼ等しい温度となる。   The low temperature end 244 of the first regenerator tube 240 is connected to the low temperature end 254 of the first pulse tube 250 via the first pipe 256. Further, the low temperature end 284 of the second regenerator tube 280 is connected to the low temperature end 294 of the second pulse tube 290 via the second pipe 286. Therefore, the temperature of the refrigerant gas at the low temperature end 244 of the first regenerator tube 240 and the temperature of the refrigerant gas at the low temperature end 254 of the first pulse tube 250 are substantially equal. Further, the temperature of the refrigerant gas at the low temperature end 284 of the second regenerative tube 280 and the temperature of the low temperature end 294 of the second pulse tube 290 are also substantially equal.

第1蓄冷管240の低温端244は第2蓄冷管280の高温端244と共通であるため、第2蓄冷管280の低温端284は、第1蓄冷管240の低温端244よりもさらに低温となる。ゆえに、第2パルス管290の低温端294は、第1パルス管250の低温端254よりもさらに低温となる。   Since the low temperature end 244 of the first regenerator tube 240 is common to the high temperature end 244 of the second regenerator tube 280, the low temperature end 284 of the second regenerator tube 280 is further cooler than the low temperature end 244 of the first regenerator tube 240. Become. Therefore, the low temperature end 294 of the second pulse tube 290 is cooler than the low temperature end 254 of the first pulse tube 250.

圧縮機212の高圧側(吐出側)の冷媒用流路は、図1におけるA点で3方向に分岐し、第1冷媒供給路H1、第2冷媒供給路H2、および第3冷媒供給路H3が構成される。第1冷媒供給路H1は、圧縮機212の高圧側〜第1開閉バルブV1が設置された第1高圧配管215A〜共通配管220〜第1蓄冷管240で構成される。第2冷媒供給路H2は、圧縮機212の高圧側〜第3開閉バルブV3が接続された第2高圧配管225A〜第1流路抵抗260が設置された共通配管230〜第1パルス管250で構成される。第3冷媒供給路H3は、圧縮機212の高圧側〜第5開閉バルブV5が接続された第3高圧配管235A〜第2流路抵抗261が設置された共通配管299〜第2パルス管290で構成される。   The refrigerant flow path on the high pressure side (discharge side) of the compressor 212 branches in three directions at point A in FIG. 1, and the first refrigerant supply path H1, the second refrigerant supply path H2, and the third refrigerant supply path H3. Is configured. The first refrigerant supply path H1 includes a high pressure side of the compressor 212 to a first high pressure pipe 215A to which a first opening / closing valve V1 is installed, a common pipe 220 to a first regenerative pipe 240. The second refrigerant supply path H2 is a common pipe 230 to a first pulse pipe 250 in which a high pressure side of the compressor 212 to a second high pressure pipe 225A to which a third on-off valve V3 is connected to a first flow path resistance 260 is installed. Composed. The third refrigerant supply path H3 is a high pressure side of the compressor 212 to a third high pressure pipe 235A to which the fifth open / close valve V5 is connected to a common pipe 299 to a second pulse pipe 290 in which a second flow path resistance 261 is installed. Composed.

一方、圧縮機212の低圧側(吸込側)の冷媒用流路は、第1冷媒回収路L1、第2冷媒回収路L2および第3冷媒回収路L3の、3方向に分岐している。第1冷媒回収路L1は、第1蓄冷管240〜共通配管220〜第2開閉バルブV2が設置された第1低圧配管215B〜B点〜圧縮機212の経路で構成される。第2冷媒回収路L2は、第1パルス管250〜第1流路抵抗260が設置された共通配管230〜第4開閉バルブV4が設置された第2低圧配管225B〜B点〜圧縮機212の経路で構成される。第3冷媒回収路L3は、第2パルス管290〜第2流路抵抗261が設置された共通配管299〜第6開閉バルブV6が設置された第3低圧配管235B〜B点〜圧縮機212の経路で構成される。   On the other hand, the refrigerant flow path on the low pressure side (suction side) of the compressor 212 branches in three directions: the first refrigerant recovery path L1, the second refrigerant recovery path L2, and the third refrigerant recovery path L3. The 1st refrigerant | coolant collection path L1 is comprised by the path | route of the 1st cool storage pipe 240-the common piping 220-the 1st low pressure piping 215B-B in which the 2nd on-off valve V2 was installed-the compressor 212. The second refrigerant recovery path L2 includes the first pulse pipe 250 to the common pipe 230 in which the first flow path resistance 260 is installed to the second low pressure pipe 225B to B point in which the fourth open / close valve V4 is installed to the compressor 212. Consists of routes. The third refrigerant recovery path L3 includes a common pipe 299 in which the second pulse tube 290 to the second flow path resistance 261 are installed, a third low pressure pipe 235B to a point B in which the sixth on-off valve V6 is installed, and the compressor 212. Consists of routes.

続いて、パルス管冷凍機200の動作について説明する。   Next, the operation of the pulse tube refrigerator 200 will be described.

図2は、図1に示した4バルブ型のパルス管冷凍機200の作動の際の、6つのバルブの開閉状態を時系列的に示す図であり、6つの開閉バルブV1〜V6の開閉状態を時系列的に示した図である。以下、図2に示す図を「タイミングチャート」とも称する。   FIG. 2 is a diagram showing, in time series, the open / closed states of the six valves during the operation of the four-valve type pulse tube refrigerator 200 shown in FIG. 1, and the open / closed states of the six open / close valves V1 to V6. FIG. Hereinafter, the diagram shown in FIG. 2 is also referred to as a “timing chart”.

図2に示すように、パルス管冷凍機の200作動時には、6つの開閉バルブV1〜V6の開閉状態は、以下のように周期的に変化する。   As shown in FIG. 2, during the operation of the pulse tube refrigerator 200, the open / close states of the six open / close valves V1 to V6 periodically change as follows.

(第1過程:時間0〜t1)
まず、時間t=0において、第5開閉バルブV5のみが開にされる。これにより、圧縮機212から、第3冷媒供給路H3を介して、すなわち第3高圧配管235A〜共通配管299〜高温端292の経路で、第2パルス管290に高圧冷媒ガスが供給される。その後、時間t=t1において、第5開閉バルブV5が開状態のまま、第3開閉バルブV3が開にされる。これにより、圧縮機212から、第2冷媒供給路H2を介して、すなわち第2高圧配管225A〜共通配管230〜高温端252の経路で、第1パルス管250に高圧冷媒ガスが供給される。
(First process: time 0 to t1)
First, at time t = 0, only the fifth on-off valve V5 is opened. As a result, the high-pressure refrigerant gas is supplied from the compressor 212 to the second pulse tube 290 via the third refrigerant supply path H3, that is, the path from the third high-pressure pipe 235A to the common pipe 299 to the high-temperature end 292. Thereafter, at time t = t1, the third opening / closing valve V3 is opened while the fifth opening / closing valve V5 is kept open. Accordingly, the high-pressure refrigerant gas is supplied from the compressor 212 to the first pulse tube 250 through the second refrigerant supply path H2, that is, the path from the second high-pressure pipe 225A to the common pipe 230 to the high temperature end 252.

(第2過程:時間t2〜t3)
次に、時間t=t2において、開閉バルブV5、V3が開いた状態で、第1開閉バルブV1が開にされる。これにより、高圧冷媒ガスは、圧縮機212から、第1冷媒供給路H1を介して、すなわち第1高圧配管215A〜共通配管220〜高温端242の経路で、第1蓄冷管240および第2蓄冷管280に導入される。冷媒ガスの一部は、第1配管256を介して、第1パルス管250に、低温端254の側から流入する。また冷媒ガスの他の一部は、第2蓄冷管280を通り、第2配管286を介して、第2パルス管290に、低温端294の側から流入する。
(Second process: time t2 to t3)
Next, at time t = t2, the first on-off valve V1 is opened with the on-off valves V5, V3 being opened. As a result, the high-pressure refrigerant gas flows from the compressor 212 through the first refrigerant supply path H1, that is, in the path from the first high-pressure pipe 215A to the common pipe 220 to the high-temperature end 242. Introduced into tube 280. A part of the refrigerant gas flows into the first pulse tube 250 from the low temperature end 254 side through the first pipe 256. Further, another part of the refrigerant gas passes through the second regenerator 280 and flows into the second pulse tube 290 from the low temperature end 294 side via the second pipe 286.

(第3過程:時間t3〜t4)
次に、時間t=t3において、第1開閉バルブV1が開状態のまま、第3開閉バルブV3が閉にされ、その後、時間t=t4において、第5開閉バルブV5も閉にされる。圧縮機212からの冷媒ガスは、第1冷媒供給路H1のみを介して、第1蓄冷管240に流入するようになる。冷媒ガスは、その後、第1パルス管250および第2パルス管290内に、それぞれ低温端254および低温端294の側から流入する。
(Third process: time t3 to t4)
Next, at time t = t3, the third on-off valve V3 is closed while the first on-off valve V1 is open, and then at time t = t4, the fifth on-off valve V5 is also closed. The refrigerant gas from the compressor 212 flows into the first regenerator tube 240 only through the first refrigerant supply path H1. Thereafter, the refrigerant gas flows into the first pulse tube 250 and the second pulse tube 290 from the low temperature end 254 and the low temperature end 294 side, respectively.

(第4過程:時間t4〜t5)
時間t=t5において、全ての開閉バルブV1〜V6が閉にされる。第1パルス管250および第2パルス管290の圧力上昇のため、第1パルス管250および第2パルス管290内の冷媒ガスは、両パルス管の高温端252、292の側に設置された第1リザーバ251および第2リザーバ291に移動する。
(Fourth process: time t4 to t5)
At the time t = t5, all the open / close valves V1 to V6 are closed. Due to the pressure increase in the first pulse tube 250 and the second pulse tube 290, the refrigerant gas in the first pulse tube 250 and the second pulse tube 290 is placed on the high temperature ends 252 and 292 side of both pulse tubes. The first reservoir 251 and the second reservoir 291 are moved.

(第5過程:時間t5〜t7)
その後、時間t=t5において、第6開閉バルブV6が開かれ、第2パルス管290内の冷媒ガスは、第3冷媒回収路L3を通って圧縮機212に戻る。その後、時間t=t6において、第4開閉バルブV4が開かれ、第1パルス管250内の冷媒ガスは、第2冷媒回収路L2を通って圧縮機212に戻る。これにより、第1パルス管250および第2パルス管290の圧力が低下する。
(Fifth process: time t5 to t7)
Thereafter, at time t = t5, the sixth open / close valve V6 is opened, and the refrigerant gas in the second pulse tube 290 returns to the compressor 212 through the third refrigerant recovery path L3. Thereafter, at time t = t6, the fourth open / close valve V4 is opened, and the refrigerant gas in the first pulse tube 250 returns to the compressor 212 through the second refrigerant recovery path L2. Thereby, the pressures of the first pulse tube 250 and the second pulse tube 290 are reduced.

(第6過程:時間t7〜t8)
次に、時間t=t7において、開閉バルブV6、V4が開状態のまま、第2開閉バルブV2が開かれる。これにより、第1パルス管250および第2パルス管290、および第2蓄冷管280内の冷媒ガスの大部分は、第1蓄冷管240を通り、第1冷媒回収路L1を介して、圧縮機212に戻る。
(Sixth process: time t7 to t8)
Next, at time t = t7, the second opening / closing valve V2 is opened while the opening / closing valves V6, V4 remain open. As a result, most of the refrigerant gas in the first pulse tube 250, the second pulse tube 290, and the second regenerator tube 280 passes through the first regenerator tube 240, and passes through the first refrigerant recovery path L1 to the compressor. Return to 212.

(第7過程:時間t8〜t10)
次に、時間t=t8において、第2開閉バルブV2が開いた状態で、第4開閉バルブV4が閉止され、その後、時間t=t9において、第6開閉バルブV6も閉にされる。その後、時間t=t10において、第2開閉バルブV2が閉止され、1サイクルが完了する。
(Seventh process: time t8 to t10)
Next, at time t = t8, the fourth opening / closing valve V4 is closed with the second opening / closing valve V2 open, and then at time t = t9, the sixth opening / closing valve V6 is also closed. Thereafter, at time t = t10, the second opening / closing valve V2 is closed, and one cycle is completed.

以上のサイクルを1サイクルとして、サイクルを繰り返すことにより、第1パルス管250の低温端254、および第2パルス管290の低温端294に寒冷が発生し、冷却対象を冷却することができる。   By repeating the above cycle as one cycle, cold is generated at the low temperature end 254 of the first pulse tube 250 and the low temperature end 294 of the second pulse tube 290, and the object to be cooled can be cooled.

以上のように、パルス管冷凍機200は、ヘリウム等の冷媒ガスが高圧によって圧縮され、低圧となると膨張することを繰り返すことで、寒冷を生じさせる。ここで圧縮機212が供給する高圧の冷媒ガスの圧力はおよそ2.2MPaであり、低圧時の冷媒ガスの圧力はおよそ0.8MPaである。   As described above, in the pulse tube refrigerator 200, refrigerant gas such as helium is compressed by a high pressure, and is expanded when the pressure is low, thereby causing cold. Here, the pressure of the high-pressure refrigerant gas supplied by the compressor 212 is about 2.2 MPa, and the pressure of the refrigerant gas at low pressure is about 0.8 MPa.

図3は、2.2MPaのヘリウムガスと0.8MPaのヘリウムガスとの、それぞれの密度の温度変化、および両者の密度差の温度変化を示す図である。図3に示すように、2.2MPaのヘリウムガスと0.8MPaのヘリウムガスとの密度差は、温度がおよそ8Kのとき最大となる。ヘリウムガスの温度が8Kよりも低い場合は、2.2MPaのヘリウムガスと0.8MPaのヘリウムガスとの密度差は温度に対して単調増加し、ヘリウムガスの温度が8Kよりも高い場合は、密度差は温度に対して単調減少する。   FIG. 3 is a diagram showing a temperature change of each density of a 2.2 MPa helium gas and a 0.8 MPa helium gas, and a temperature change of a density difference between them. As shown in FIG. 3, the density difference between the 2.2 MPa helium gas and the 0.8 MPa helium gas becomes maximum when the temperature is about 8K. When the temperature of the helium gas is lower than 8K, the density difference between the 2.2 MPa helium gas and the 0.8 MPa helium gas increases monotonically with respect to the temperature, and when the helium gas temperature is higher than 8K, The density difference decreases monotonically with temperature.

パルス管冷凍機200において、第2パルス管290の低温端294における冷媒ガスの温度はおよそ4Kである。第2パルス管290中の冷媒ガスは、高温端292においては室温程度の温度となる。ゆえに、第2パルス管290中の冷媒ガスは、低温端294から高温端292に向かって4Kから300K程度の温度勾配が存在することになる。   In the pulse tube refrigerator 200, the temperature of the refrigerant gas at the low temperature end 294 of the second pulse tube 290 is approximately 4K. The refrigerant gas in the second pulse tube 290 has a temperature of about room temperature at the high temperature end 292. Therefore, the refrigerant gas in the second pulse tube 290 has a temperature gradient of about 4 K to 300 K from the low temperature end 294 toward the high temperature end 292.

ここで、第2パルス管290には、上述の開閉バルブV1〜V6の開閉状態を適切に制御することにより、ガスピストンが生じる。第2パルス管290はガスピストンにより、ガスピストンの低温側に位置する低温領域、ガスピストンの高温側に位置する高温領域、ガスピストンが存在するガスピストン領域の3つの領域に分けられる。第2パルス管290の低温端に取り付けられた冷却ステージ(不図示)は、主として低温領域に存在する冷媒ガスが膨脹することにより冷却される。   Here, a gas piston is generated in the second pulse tube 290 by appropriately controlling the open / close states of the open / close valves V1 to V6. The second pulse tube 290 is divided into three regions by a gas piston: a low temperature region located on the low temperature side of the gas piston, a high temperature region located on the high temperature side of the gas piston, and a gas piston region where the gas piston exists. A cooling stage (not shown) attached to the low temperature end of the second pulse tube 290 is cooled mainly by expansion of the refrigerant gas existing in the low temperature region.

第2パルス管290の低温端294に流入するヘリウムガスのうち、一部のヘリウムガスは低温領域に留まり冷凍に寄与する。残りのヘリウムガスは、低温領域からガスピストン領域に流入し、ガスピストンを維持する。よって、低温領域からガスピストン領域に流入するガス量を低減することにより、冷凍機の冷凍能力を向上させることができる。   Among the helium gases flowing into the low temperature end 294 of the second pulse tube 290, some helium gases remain in the low temperature region and contribute to refrigeration. The remaining helium gas flows from the low temperature region into the gas piston region and maintains the gas piston. Therefore, the refrigerating capacity of the refrigerator can be improved by reducing the amount of gas flowing from the low temperature region into the gas piston region.

低温領域に存在するヘリウムガスの質量をMとする。また、低温端から低温領域に流入するヘリウムガスの単位時間あたりの質量をminとし、低温領域からガスピストン領域に流出するヘリウムガスの単位時間あたりの質量をmoutとする。もし、低温領域にヘリウムガスが流入すれば、低温領域に存在するヘリウムガスの質量Mは増加する。一方、低温領域からヘリウムガスが流出すれば、低温領域に存在するヘリウムガスの質量Mは減少する。したがって、低温領域に存在するヘリウムガスの質量Mの単位時間あたりの変化量dM/dtは、流入質量minと流出質量moutとの差分で表せる。以上より、以下の関係式(1)を得る。
in=mout+dM/dt (1)
ここで、dM/dtは、低温領域に存在するヘリウムガスの質量Mの時間tによる微分を表す。
The mass of the helium gas present in the low temperature region and M e. Further, the mass per unit time of the helium gas flowing from the low temperature end to the low-temperature region and m in, the mass per unit time of the helium gas flowing out of the low-temperature region to the gas piston region with m out. If, when the helium gas flowing into the low temperature region, the mass M e helium gas present in the low temperature region is increased. On the other hand, if the outflow helium gas from the low temperature region, the mass M e helium gas present in the low-temperature region is reduced. Therefore, the variation dM e / dt per unit time in the mass M e helium gas present in the low temperature region can be expressed by the difference between the inflow mass m in the outflow mass m out. From the above, the following relational expression (1) is obtained.
m in = m out + dM e / dt (1)
Here, dM e / dt represents the derivative with time t of the mass M e helium gas present in the low temperature region.

同様に、ガスピストン領域に存在するヘリウムガスの質量をMとする。また、ガスピストン領域から高温領域に流入するヘリウムガスの単位時間あたりの質量をmとすると、以下の式(2)で表せる。
out=m+dM/dt (2)
Similarly, let M p be the mass of helium gas present in the gas piston region. Further, when the mass per unit time of helium gas flowing into the high temperature region from the gas piston region is m h , it can be expressed by the following equation (2).
m out = m h + dM p / dt (2)

式(1)に式(2)を代入すると、以下の式(3)を得る。
in=m+dM/dt+dM/dt (3)
Substituting equation (2) into equation (1) yields the following equation (3).
m in = m h + dM p / dt + dM e / dt (3)

第2パルス管290のうち低温領域における容積の変化は無視できる程度である。そこで、第2パルス管290のうち低温領域における容積を一定と見なし、その値をVとする。また、低温領域におけるヘリウムガスの平均密度をρとすると、低温領域に存在する冷媒ガスの質量Mは、以下の式(4)で表せる。
=Vρ (4)
The volume change in the low temperature region of the second pulse tube 290 is negligible. Therefore, the volume in the low-temperature region of the second pulse tube 290 regarded as constant, and its value as V e. Further, when the average density of the helium gas in the low temperature region and [rho e, the mass M e of the refrigerant gas present in the low temperature region can be expressed by the following equation (4).
M e = Vρ e (4)

同様に、第2パルス管290のうちガスピストン領域における容積の変化は無視できる程度である。そこで、第2パルス管290のうちガスピストン領域における容積を一定と見なし、その値をVとする。また、ガスピストン領域におけるヘリウムガスの平均密度をρとすると、ガスピストン領域に存在する冷媒ガスの質量Mは、以下の式(5)で表せる。
=Vρ (5)
Similarly, the change in volume in the gas piston region of the second pulse tube 290 is negligible. Therefore, the volume in the gas piston region of the second pulse tube 290 is assumed to be constant, and the value is set as V p . Further, if the average density of helium gas in the gas piston region is ρ p , the mass M p of the refrigerant gas existing in the gas piston region can be expressed by the following equation (5).
M p = V p ρ p (5)

式(3)に式(4)および式(5)を代入すると、以下の式(6)を得る。
in=m+Vdρ/dt+Vdρ/dt (6)
ここで、dρ/dtは、ガスピストン領域におけるヘリウムガスの密度ρの時間微分を表す。また、dρ/dtは、低温領域におけるヘリウムガスの密度ρの時間微分を表す。
Substituting Expression (4) and Expression (5) into Expression (3), the following Expression (6) is obtained.
m in = m h + V pp / dt + V ee / dt (6)
Here, dρ p / dt represents the time derivative of the density ρ p of helium gas in the gas piston region. Dρ e / dt represents the time derivative of the density ρ e of the helium gas in the low temperature region.

式(6)において、低温領域およびガスピストン領域におけるヘリウムガスの密度が時間によって変化しないと仮定すると、min=mとなり、低温領域およびガスピストン領域に存在するヘリウムガスの質量は変化しないことになる。すなわち、ヘリウムガスは低温領域に流入した分だけ、ガスピストン領域から流出することを意味する。実際の冷却サイクルにおいては、第2過程および第3過程において第2パルス管290に高圧のヘリウムガスが供給される。この結果、低温領域に充填されている低圧のヘリウムガスは昇圧され、高圧のヘリウムガスとなる。 In equation (6), assuming that the density of helium gas in the low temperature region and the gas piston region does not change with time, m in = m h and the mass of helium gas existing in the low temperature region and the gas piston region does not change. become. That is, it means that helium gas flows out of the gas piston region by the amount that flows into the low temperature region. In the actual cooling cycle, high-pressure helium gas is supplied to the second pulse tube 290 in the second process and the third process. As a result, the low-pressure helium gas filled in the low-temperature region is pressurized and becomes high-pressure helium gas.

図3に示すように、高圧のヘリウムガスと低圧のヘリウムガスとは、その密度に差がある。したがって、低温領域に高圧のヘリウムガスが流入し、低温領域中の低圧のヘリウムガスが昇圧されて高圧のヘリウムガスとなると、式(6)における右辺第2項および第3項は正の値となる。より具体的には、式(6)における右辺は、図3において実線で示す密度差となる。以上より、以下の不等式(7)を得る。
in−m=Vdρ/dt+Vdρ/dt>0 (7)
As shown in FIG. 3, there is a difference in density between high-pressure helium gas and low-pressure helium gas. Therefore, when high-pressure helium gas flows into the low-temperature region and the low-pressure helium gas in the low-temperature region is boosted to become high-pressure helium gas, the second term and the third term on the right side in equation (6) are positive values. Become. More specifically, the right side in Equation (6) is the density difference indicated by the solid line in FIG. From the above, the following inequality (7) is obtained.
m in -m h = V p dρ p / dt + V e dρ e / dt> 0 (7)

上記不等式(7)は、ガスピストン領域から流出するヘリウムガスの質量が、低温領域に流入するヘリウムガスの質量よりも小さいことを示している。これは、低温領域とガスピストン領域とがいわばヘリウムガスのバッファのような作用を示すことになる。結果として、パルス管冷凍機200全体としての圧力差も小さくなる。   The inequality (7) indicates that the mass of the helium gas flowing out from the gas piston region is smaller than the mass of the helium gas flowing into the low temperature region. This means that the low temperature region and the gas piston region act like a helium gas buffer. As a result, the pressure difference as a whole of the pulse tube refrigerator 200 is also reduced.

第5過程において第6開閉バルブV6が開とされると、第2パルス管290内の高圧のヘリウムガスは低圧のヘリウムガスとなる。このとき、式(6)における右辺は図3において実線で示す密度差を絶対値とする負の値となる。したがって、以下の不等式(8)を得る。
in−mout=Vdρ/dt+Vdρ/dt<0 (8)
When the sixth open / close valve V6 is opened in the fifth process, the high-pressure helium gas in the second pulse tube 290 becomes low-pressure helium gas. At this time, the right side in Expression (6) is a negative value having the density difference indicated by the solid line in FIG. 3 as an absolute value. Therefore, the following inequality (8) is obtained.
m in -m out = V p dρ p / dt + V e dρ e / dt <0 (8)

これは、低温領域に流入するヘリウムガスの質量よりも、ガスピストン領域から流出するヘリウムガスの質量の方が大きいことを示している。圧縮機212の低圧側(吸込側)の冷媒用流路により多くのヘリウムガスが流出するため圧力低下が抑制され、結果として、パルス管冷凍機200全体としての圧力差が小さくなる。   This indicates that the mass of helium gas flowing out from the gas piston region is larger than the mass of helium gas flowing into the low temperature region. Since a large amount of helium gas flows out through the refrigerant flow path on the low pressure side (suction side) of the compressor 212, the pressure drop is suppressed, and as a result, the pressure difference as a whole of the pulse tube refrigerator 200 is reduced.

図1に示すように、冷媒ガスの位相調整機構である第2流路抵抗261は、第2パルス管290の高温端292側に設けられている。このため、冷媒ガスとしてヘリウムガスを用いると、第2パルス管290の低温端294側における冷媒ガスの流速および圧力変動の位相調整が難しくなる。冷媒ガスの温度が8Kから30Kとなる領域は高圧冷媒ガスと低圧冷媒ガスとの密度差が大きくなり、結果として第2パルス管290に流入する冷媒ガスの流量および入力仕事が大きくなる。   As shown in FIG. 1, the second flow path resistance 261, which is a refrigerant gas phase adjustment mechanism, is provided on the high temperature end 292 side of the second pulse tube 290. For this reason, when helium gas is used as the refrigerant gas, it becomes difficult to adjust the flow rate of the refrigerant gas and the phase of the pressure fluctuation on the low temperature end 294 side of the second pulse tube 290. In the region where the temperature of the refrigerant gas is from 8K to 30K, the density difference between the high-pressure refrigerant gas and the low-pressure refrigerant gas increases, and as a result, the flow rate and input work of the refrigerant gas flowing into the second pulse tube 290 increase.

式(6)において、もし、右辺第2項(Vdρ/dt)を小さくし、その分だけ右辺第3項(Vdρ/dt)を大きくすることができれば、minとmとを変化させることなく冷凍に寄与する低温領域のヘリウムガスの質量を増加させることができる。結果として、冷凍機の冷凍性能を向上することができる。また高圧冷媒ガスと低圧冷媒ガスとの密度差が大きくなるガスピストン領域のヘリウムガスを減らすことができる。 In the formula (6), if smaller second term of (V p dρ p / dt) , if it is possible to increase the amount corresponding third term of (V e dρ e / dt) , m in the m The mass of the helium gas in the low temperature region that contributes to refrigeration can be increased without changing h . As a result, the refrigeration performance of the refrigerator can be improved. Further, helium gas in the gas piston region where the density difference between the high-pressure refrigerant gas and the low-pressure refrigerant gas becomes large can be reduced.

実施の形態に係るパルス管冷凍機も、基本構成は上述した一般的なパルス管冷凍機200と同様である。そのため便宜上、実施の形態に係るパルス管冷凍機も「パルス管冷凍機200」と呼ぶ。しかしながら、実施の形態に係るパルス管冷凍機200は、上述した式(6)における右辺第2項(Vdρ/dt)を小さくし、その分だけ右辺第3項(Vdρ/dt)を大きくするために、最も低い温度の低温端を有するパルス管(図1に示す例では第2パルス管290)の構成が上述した一般的なパルス管冷凍機200と異なる。以下、実施の形態に係るパルス管について説明する。 The basic configuration of the pulse tube refrigerator according to the embodiment is the same as that of the general pulse tube refrigerator 200 described above. Therefore, for convenience, the pulse tube refrigerator according to the embodiment is also referred to as “pulse tube refrigerator 200”. However, the pulse tube refrigerator 200 according to the embodiment reduces the second term (V pp / dt) on the right side in the above-described formula (6), and the third term (V ee / In order to increase dt), the configuration of the pulse tube (the second pulse tube 290 in the example shown in FIG. 1) having the lowest temperature end is different from that of the general pulse tube refrigerator 200 described above. Hereinafter, the pulse tube according to the embodiment will be described.

図4(a)−(b)は、実施の形態に係る第2パルス管290の構成を模式的に示す図である。図4(a)−(b)に示すように、実施の形態に係る第2パルス管290は、その一部が他の部分よりも冷媒ガスの流路面積が小さくなる狭窄部293を備える。   FIGS. 4A to 4B are diagrams schematically showing the configuration of the second pulse tube 290 according to the embodiment. As shown in FIGS. 4A and 4B, the second pulse tube 290 according to the embodiment includes a constricted portion 293 in which a part of the refrigerant gas passage area is smaller than that of the other part.

図4(a)は、第2パルス管290の一部が絞られて狭窄部293が構成されている。限定はしないが、狭窄部293における冷媒ガスの流路面積は、他の部分の流路面積と比較して30%〜70%程度となっており、より具体的には60%程度となっている。狭窄部293は、第2パルス管290において冷媒ガスの温度がおよそ8Kから30Kとなる領域に設けられ、上述のガスピストン領域に相当する。これにより、冷媒ガスとしてヘリウムを用いた場合において、2.2MPaのヘリウムガスと0.8MPaのヘリウムガスとの密度差が大きくなる部分の第2パルス管290の流路面積が小さくなることになる。すなわち、第2パルス管290において温度がおよそ8Kから30Kとなる領域を流れる冷媒ガスの流量が低減するため、パルス管冷凍機200における冷媒ガスの圧力差の低下が抑制され、また冷媒ガスの圧力変動の位相調整が適切となる。このため、パルス管冷凍機200全体としての冷凍能力および冷凍効率を向上することができる。   In FIG. 4 (a), a portion of the second pulse tube 290 is narrowed to form a constricted portion 293. Although not limited, the flow area of the refrigerant gas in the narrowed portion 293 is about 30% to 70%, more specifically about 60%, compared to the flow area of other portions. Yes. The narrowed portion 293 is provided in a region where the temperature of the refrigerant gas is approximately 8K to 30K in the second pulse tube 290, and corresponds to the above-described gas piston region. As a result, when helium is used as the refrigerant gas, the flow area of the second pulse tube 290 at the portion where the density difference between the 2.2 MPa helium gas and the 0.8 MPa helium gas increases is reduced. . That is, since the flow rate of the refrigerant gas flowing through the region where the temperature is about 8K to 30K in the second pulse tube 290 is reduced, the decrease in the pressure difference of the refrigerant gas in the pulse tube refrigerator 200 is suppressed, and the pressure of the refrigerant gas Fluctuation phase adjustment is appropriate. For this reason, the refrigerating capacity and the refrigerating efficiency of the pulse tube refrigerator 200 as a whole can be improved.

ここで狭窄部293の体積をVとし、狭窄部293におけるヘリウムガスの質量をMとする。狭窄部293は上述のガスピストン領域に相当するため、狭窄部293の体積Vは、式(6)におけるガスピストン領域の体積Vより小さくなる。一方、狭窄部293におけるヘリウムガスの温度分布と、上述のガスピストン領域におけるヘリウムガスの温度分布は同じである。このため、狭窄部293におけるヘリウムガスの平均密度はρである。以上より、以下の関係式(9)を得る。
=Vρ<M (9)
Here the volume of the constricted portion 293 and V c, the mass of the helium gas in the constriction 293 and M c. Since the narrowed portion 293 corresponds to the above-described gas piston region, the volume V c of the narrowed portion 293 is smaller than the volume V p of the gas piston region in Expression (6). On the other hand, the temperature distribution of helium gas in the narrowed portion 293 is the same as the temperature distribution of helium gas in the gas piston region described above. For this reason, the average density of helium gas in the constriction 293 is ρ p . From the above, the following relational expression (9) is obtained.
M c = V c ρ p <M p (9)

式(9)より、以下の式(10)を得る。
|dM/dt|<|dM/dt| (10)
From the equation (9), the following equation (10) is obtained.
| DM c / dt | <| dM p / dt | (10)

式(10)は、狭窄部293におけるヘリウムガスの質量変化の絶対値が、狭窄部293を設ける前のガスピストン領域におけるヘリウムガスの質量変化の絶対値よりも小さいことを示している。ヘリウムガスのバッファ作用に対する寄与が大きいガスピストン領域を狭くすることにより、バッファ作用を低減することができる。また、|dM/dt|を小さくした分だけ、式(6)の右辺第3項(Vdρ/dt=dM/dt)を大きくできるので、冷凍に寄与する低温領域のヘリウムガスの質量を増加させることができる。結果として、冷凍機の冷凍能力を向上することができる。 Expression (10) indicates that the absolute value of the mass change of the helium gas in the narrowed portion 293 is smaller than the absolute value of the mass change of the helium gas in the gas piston region before the narrowed portion 293 is provided. By narrowing the gas piston region where the contribution of helium gas to the buffering action is narrowed, the buffering action can be reduced. Moreover, | dM p / dt | only the small amount, since the third term on the right-hand side of equation (6) to (V e dρ e / dt = dM e / dt) can be increased, helium gas contributes low-temperature region in refrigeration The mass of can be increased. As a result, the refrigeration capacity of the refrigerator can be improved.

図4(a)に示すように2段式のパルス管冷凍機の場合、高温側の第1蓄冷管240と、低温側の第2蓄冷管280とは中心軸を共有して配置されている。第2パルス管290は、第1蓄冷管240および第2蓄冷管280に沿って、略平行となるように並べて配置されている。また、第2パルス管290の低温端294と第2蓄冷管280の低温端284とを結ぶ直線は、第2パルス管290の中心軸および第2蓄冷管280の中心軸と実質的に直交する。すなわち、第2パルス管290、第1蓄冷管240、および第2蓄冷管280の長手方向が鉛直方向となるように設置した場合、第2パルス管290の低温端294と第2蓄冷管280の低温端284とは、実質的に同じ高さとなる。   As shown in FIG. 4A, in the case of a two-stage pulse tube refrigerator, the first cold storage tube 240 on the high temperature side and the second cold storage tube 280 on the low temperature side are arranged sharing the central axis. . The second pulse tube 290 is arranged side by side so as to be substantially parallel to the first regenerative tube 240 and the second regenerative tube 280. The straight line connecting the low temperature end 294 of the second pulse tube 290 and the low temperature end 284 of the second regenerative tube 280 is substantially orthogonal to the central axis of the second pulse tube 290 and the central axis of the second regenerative tube 280. . That is, when the second pulse tube 290, the first regenerator tube 240, and the second regenerator tube 280 are installed so that the longitudinal directions thereof are vertical, the low-temperature end 294 of the second pulse tube 290 and the second regenerator tube 280 The low temperature end 284 has substantially the same height.

説明の便宜上、図4(a)に示すように、第2パルス管290の低温端294を原点として、第2パルス管290の低温端294から高温端292に向かって第2パルス管290の長手方向にx座標軸を設定する。第1蓄冷管240および第2蓄冷管280とは並んで配置されているため、第2パルス管290におけるx座標と、第1蓄冷管240および第2蓄冷管280におけるx座標とは対応付けることが可能となる。したがって、以下本明細書において、例えば、第2蓄冷管280に対応する第2パルス管290の位置とは、第2蓄冷管280のx座標と同じ座標となる第2パルス管290の位置を意味する。第2蓄冷管の低温端284に対応する第2パルス管290の位置は、第2パルス管290の低温端294である。   For convenience of explanation, as shown in FIG. 4A, the longitudinal direction of the second pulse tube 290 from the low temperature end 294 of the second pulse tube 290 toward the high temperature end 292 with the low temperature end 294 of the second pulse tube 290 as the origin. Set the x coordinate axis in the direction. Since the first regenerative tube 240 and the second regenerative tube 280 are arranged side by side, the x coordinate in the second pulse tube 290 and the x coordinate in the first regenerative tube 240 and the second regenerative tube 280 may be associated with each other. It becomes possible. Therefore, in the present specification, for example, the position of the second pulse tube 290 corresponding to the second regenerative tube 280 means the position of the second pulse tube 290 having the same coordinate as the x coordinate of the second regenerative tube 280. To do. The position of the second pulse tube 290 corresponding to the low temperature end 284 of the second regenerator tube is the low temperature end 294 of the second pulse tube 290.

ここで、第1蓄冷管240の高温端242における冷媒ガスの温度は室温程度であり、第1蓄冷管240の低温端244における冷媒ガスの温度は、およそ50Kである。第2蓄冷管280の高温端244における冷媒ガスの温度もおよそ50Kであり、第2蓄冷管280の高温端244の低温端284における冷媒ガスの温度はおよそ4Kとなる。第2蓄冷管の低温端294における冷媒ガスの温度もおよそ4Kであり、高温端292における冷媒ガスの温度はおよそ室温となる。第1蓄冷管240または第2蓄冷管280の所定の位置における冷媒ガスの温度と、第2パルス管290の対応する位置における冷媒ガスの温度とはほぼ同じとなる。したがって、第2蓄冷管280の高温端244に対応する位置における第2パルス管290の冷媒ガスの温度はおよそ50Kとなる。   Here, the temperature of the refrigerant gas at the high temperature end 242 of the first regenerator tube 240 is about room temperature, and the temperature of the refrigerant gas at the low temperature end 244 of the first regenerator tube 240 is approximately 50K. The temperature of the refrigerant gas at the high temperature end 244 of the second cold storage tube 280 is also about 50K, and the temperature of the refrigerant gas at the low temperature end 284 of the high temperature end 244 of the second cold storage tube 280 is about 4K. The temperature of the refrigerant gas at the low temperature end 294 of the second regenerator tube is also about 4K, and the temperature of the refrigerant gas at the high temperature end 292 is about room temperature. The temperature of the refrigerant gas at a predetermined position of the first cold storage tube 240 or the second cold storage tube 280 and the temperature of the refrigerant gas at the corresponding position of the second pulse tube 290 are substantially the same. Therefore, the temperature of the refrigerant gas in the second pulse tube 290 at the position corresponding to the high temperature end 244 of the second regenerator tube 280 is approximately 50K.

図3に示したとおり、2.2MPaのヘリウムガスと0.8MPaのヘリウムガスとの密度差は、温度が50K以下のときは、およそ8Kに至るまで、温度が低いほど大きくなる。そこで、第2パルス管290における狭窄部293は、第2蓄冷管280の高温端244に対応する位置よりも低温端294側に備えられる。   As shown in FIG. 3, the density difference between the 2.2 MPa helium gas and the 0.8 MPa helium gas increases as the temperature decreases to about 8 K when the temperature is 50 K or less. Therefore, the narrowed portion 293 in the second pulse tube 290 is provided closer to the low temperature end 294 than the position corresponding to the high temperature end 244 of the second cold storage tube 280.

実施の形態に係る第1蓄冷管240および第2蓄冷管280は、それぞれ蓄冷材を備える。第2蓄冷管280は、高温側に配置された第1蓄冷材281と、低温側に配置された第2蓄冷材283との2種類の蓄冷材を備え、第1蓄冷材281と第2蓄冷材とは隣接している。第2パルス管290における狭窄部293は、第2蓄冷管280における第1蓄冷材281と第2蓄冷材283との境界に対応する位置よりも高温端292側に設けられることが好ましい。さらに加えて、狭窄部293の低温側における冷媒ガスの温度が、およそ8Kとなることが好ましい。これにより、第2パルス管290において冷媒ガスの温度がおよそ8Kから30Kとなる領域に設けられることになる。   The first regenerator tube 240 and the second regenerator tube 280 according to the embodiment each include a regenerator material. The 2nd cool storage pipe 280 is provided with two kinds of cool storage materials, the 1st cool storage material 281 arranged at the high temperature side, and the 2nd cool storage material 283 arranged at the low temperature side, the 1st cool storage material 281 and the 2nd cool storage material. Adjacent to the material. The narrowed portion 293 in the second pulse tube 290 is preferably provided on the high temperature end 292 side of the second cold storage tube 280 at a position corresponding to the boundary between the first cold storage material 281 and the second cold storage material 283. In addition, the temperature of the refrigerant gas on the low temperature side of the narrowed portion 293 is preferably about 8K. Thereby, in the 2nd pulse tube 290, it is provided in the area | region where the temperature of refrigerant gas becomes about 8K to 30K.

なお、第2パルス管290における狭窄部293は、他の部分の流路面積と比較して60%程度となる。そのため、狭窄部293と他の領域との境界部において流路面積が急激に変化すると、冷媒ガスに乱流が生じ、圧力損失が生じる可能性がある。そのため、狭窄部293は、他の領域との境界部において、流路面積が連続的に変化するテーパ形状となることが好ましい。   Note that the constriction 293 in the second pulse tube 290 is about 60% compared to the flow path area of the other part. Therefore, if the flow path area changes suddenly at the boundary between the narrowed portion 293 and another region, turbulent flow may occur in the refrigerant gas, and pressure loss may occur. Therefore, it is preferable that the narrowed portion 293 has a tapered shape in which the flow path area continuously changes at the boundary portion with another region.

より具体的には、図4(a)に示すように、狭窄部293は、他の領域との高温端側の境界部において、流路面積が他の領域における流路面積に至るまで連続的に増加する。同様に、狭窄部293は、他の領域との低温端側の境界部において、流路面積が他の領域における流路面積に至るまで連続的に増加する。   More specifically, as shown in FIG. 4A, the constricted portion 293 is continuous at the boundary portion on the high temperature end side with another region until the channel area reaches the channel area in the other region. To increase. Similarly, the narrowed portion 293 continuously increases until the channel area reaches the channel area in the other region at the low temperature end side boundary with the other region.

図4(b)は、第2パルス管290における狭窄部293の別の構成を示す図である。図4(a)に示す狭窄部293は、第2パルス管290を絞ることで構成されている。これに対し、図4(b)に示す例では、狭窄部293における第2パルス管290の外径は他の部分の外径と変わらない。その代わり、第2パルス管290の内部に充填部材を挿入することで、流路面積を小さくしている。充填部材としては、金属、樹脂、またはプラスチック等を適宜使用することで実現できる。   FIG. 4B is a diagram showing another configuration of the constriction 293 in the second pulse tube 290. The narrowed portion 293 shown in FIG. 4A is configured by narrowing the second pulse tube 290. On the other hand, in the example shown in FIG. 4B, the outer diameter of the second pulse tube 290 in the constricted portion 293 is not different from the outer diameter of other portions. Instead, the flow channel area is reduced by inserting a filling member into the second pulse tube 290. The filling member can be realized by appropriately using metal, resin, plastic, or the like.

図4(b)に示す例も、狭窄部293自体による作用効果は図4(a)に示す例と同等である。図4(b)に示す例は、図4(a)に示す例と比較して、第2パルス管290における狭窄部293の強度が向上する点で利点がある。   In the example shown in FIG. 4B, the function and effect of the narrowed portion 293 itself is the same as that in the example shown in FIG. The example shown in FIG. 4B is advantageous in that the strength of the constriction 293 in the second pulse tube 290 is improved as compared with the example shown in FIG.

以上説明したように、実施の形態に係るパルス管冷凍機200は、一部に狭窄部293が設けられた第2パルス管290を備えることで、第2パルス管290の冷媒ガスの流量を低減し、パルス管冷凍機200における冷媒ガスの圧力差の低下を抑制でき、また冷媒ガスの流速と圧力変動との間の位相を最適化することができる。結果として、パルス管冷凍機200の冷凍能力および冷凍効率を向上することができる。   As described above, the pulse tube refrigerator 200 according to the embodiment includes the second pulse tube 290 partially provided with the narrowed portion 293, thereby reducing the flow rate of the refrigerant gas in the second pulse tube 290. And the fall of the pressure difference of the refrigerant gas in the pulse tube refrigerator 200 can be suppressed, and the phase between the flow velocity of the refrigerant gas and the pressure fluctuation can be optimized. As a result, the refrigeration capacity and refrigeration efficiency of the pulse tube refrigerator 200 can be improved.

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示すにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, embodiment only shows the principle and application of this invention. In the embodiment, many modifications and arrangements can be made without departing from the spirit of the present invention defined in the claims.

(変形例)
上記では、パルス管冷凍機200として2段式の構造を前提として説明した。パルス管冷凍機200は2段式に限られず、多段式であっても本発明は適用できる。以下、多段式の一例として、3段式の構造のパルス管冷凍機201について説明する。
(Modification)
In the above description, the pulse tube refrigerator 200 is assumed to have a two-stage structure. The pulse tube refrigerator 200 is not limited to a two-stage type, and the present invention can be applied to a multi-stage type. Hereinafter, a pulse tube refrigerator 201 having a three-stage structure will be described as an example of a multistage system.

図5は、本発明の変形例に係る4バルブ型のパルス管冷凍機201の一例の概略を模式的に示した図である。このパルス管冷凍機201は、3段式の構造となっている。なお、図5において、前述の図1と同様の部材には、図1のものと同じ参照番号が付されている。   FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a four-valve pulse tube refrigerator 201 according to a modification of the present invention. The pulse tube refrigerator 201 has a three-stage structure. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 are attached to the same members as those in FIG.

3段式のパルス管冷凍機201は、前述の2段式のパルス管冷凍機200と同様の構成を有する。ただし、3段式のパルス管冷凍機201は、さらに第3蓄冷管440および第3パルス管420を有する。   The three-stage pulse tube refrigerator 201 has the same configuration as the two-stage pulse tube refrigerator 200 described above. However, the three-stage pulse tube refrigerator 201 further includes a third regenerator tube 440 and a third pulse tube 420.

第3蓄冷管440は、高温端284(第2蓄冷管280の低温端284に相当する)および低温端444を有する。第3パルス管420は、高温端422および低温端424を有し、高温端422および低温端424には、熱交換器が設置されている。第3蓄冷管440の低温端444は、第3配管416を介して、第3パルス管420の低温端424と接続される。   The third regenerator tube 440 has a high temperature end 284 (corresponding to the low temperature end 284 of the second regenerator tube 280) and a low temperature end 444. The third pulse tube 420 has a high temperature end 422 and a low temperature end 424, and a heat exchanger is installed at the high temperature end 422 and the low temperature end 424. The low temperature end 444 of the third regenerator tube 440 is connected to the low temperature end 424 of the third pulse tube 420 via the third pipe 416.

圧縮機212の高圧側(吐出側)の冷媒用流路は、図1のような第1冷媒供給路H1、第2冷媒供給路H2、および第3冷媒供給路H3の他、さらに第4冷媒供給路H4を有する。また、圧縮機212の低圧側(吸込側)の冷媒用流路は、図1のような第1冷媒回収路L1、第2冷媒回収路L2、および第3冷媒回収路L3の他、さらに第4冷媒回収路L4を有する。   The refrigerant flow path on the high-pressure side (discharge side) of the compressor 212 includes the first refrigerant supply path H1, the second refrigerant supply path H2, and the third refrigerant supply path H3 as shown in FIG. A supply path H4 is provided. In addition to the first refrigerant recovery path L1, the second refrigerant recovery path L2, and the third refrigerant recovery path L3 as shown in FIG. There are four refrigerant recovery paths L4.

第4冷媒供給路H4は、圧縮機212の高圧側〜第7開閉バルブV7が接続された第4高圧側配管245A〜流路抵抗450が設置された共通配管455〜第3パルス管420で構成される。第4冷媒回収路L4は、第3パルス管420〜流路抵抗450が設置された共通配管455〜第8開閉バルブV8が設置された第4低圧側配管245B〜B点〜圧縮機212の経路で構成される。流路抵抗450は、オリフィス等で構成される。   The fourth refrigerant supply path H4 includes a high pressure side of the compressor 212 to a fourth high pressure side pipe 245A to which the seventh open / close valve V7 is connected to a common pipe 455 to a third pulse pipe 420 provided with a flow path resistance 450. Is done. The fourth refrigerant recovery path L4 is a path from the third pulse pipe 420 to the common pipe 455 in which the flow path resistance 450 is installed to the fourth low pressure side pipe 245B to B in which the eighth open / close valve V8 is installed to the path of the compressor 212. Consists of. The channel resistance 450 is configured by an orifice or the like.

次に、このように構成された4バルブ型のパルス管冷凍機201の動作について説明する。   Next, the operation of the 4-valve type pulse tube refrigerator 201 configured as described above will be described.

図6は、図5に示した4バルブ型のパルス管冷凍機201の作動の際の、8つのバルブの開閉状態を時系列的に示す図であり、8つの第1開閉バルブV1〜V8の開閉状態を時系列的に示した図である。以下、図5に示す図を「第2タイミングチャート」とも称する。パルス管冷凍機201の作動時には、8つの開閉バルブV1〜V8の開閉状態は、以下のように周期的に変化する。   FIG. 6 is a diagram showing, in time series, the open / closed states of the eight valves when the four-valve type pulse tube refrigerator 201 shown in FIG. 5 is operated, and shows the eight first open / close valves V1 to V8. It is the figure which showed the opening-and-closing state in time series. Hereinafter, the diagram illustrated in FIG. 5 is also referred to as a “second timing chart”. When the pulse tube refrigerator 201 is operated, the open / close states of the eight open / close valves V1 to V8 periodically change as follows.

(第1過程:時間0〜t3)
まず、時間t=0において、第7開閉バルブV7のみが開にされる。これにより、圧縮機212から、第4冷媒供給路H4を介して、すなわち第4高圧側配管245A〜共通配管455〜高温端422の経路で、第3パルス管420に高圧冷媒ガスが供給される。その後、時間t=t1において、第7開閉バルブV7が開状態のまま、第5開閉バルブV5が開にされる。これにより、圧縮機212から、第3冷媒供給路H3を介して、すなわち第3高圧配管235A〜共通配管299〜高温端292の経路で、第2パルス管290に高圧冷媒ガスが供給される。
(First process: time 0 to t3)
First, at time t = 0, only the seventh open / close valve V7 is opened. As a result, the high-pressure refrigerant gas is supplied from the compressor 212 to the third pulse tube 420 via the fourth refrigerant supply path H4, that is, the path from the fourth high-pressure side pipe 245A to the common pipe 455 to the high-temperature end 422. . Thereafter, at the time t = t1, the fifth opening / closing valve V5 is opened while the seventh opening / closing valve V7 remains open. As a result, the high-pressure refrigerant gas is supplied from the compressor 212 to the second pulse tube 290 via the third refrigerant supply path H3, that is, the path from the third high-pressure pipe 235A to the common pipe 299 to the high-temperature end 292.

次に、時間t=t2において、開閉バルブV7、V5が開いた状態で、第3開閉バルブV3が開にされる。これにより、高圧冷媒ガスは、圧縮機212から、第2冷媒供給路H2を介して、すなわち第2高圧配管225A〜共通配管230〜高温端252の経路で、第1パルス管250に供給される。   Next, at time t = t2, the third on-off valve V3 is opened with the on-off valves V7, V5 open. As a result, the high-pressure refrigerant gas is supplied from the compressor 212 to the first pulse tube 250 through the second refrigerant supply path H2, that is, through the second high-pressure pipe 225A to the common pipe 230 to the high-temperature end 252. .

次に、時間t=t3において、開閉バルブV7、V5、V3が開いた状態で、第1開閉バルブV1が開にされる。これにより、高圧冷媒ガスは、第1蓄冷管240、第2蓄冷管280、および第3蓄冷管440に導入される。冷媒ガスの一部は、第1配管256を介して、第1パルス管250に、低温端254の側から流入する。また冷媒ガスの別の一部は、第2蓄冷管280を通り、第2配管286を介して、第2パルス管290に、低温端294の側から流入する。冷媒ガスのさらに別の一部は、第3蓄冷管440を通り、第3配管416を介して、第3パルス管420に、低温端424の側から流入する。   Next, at time t = t3, the first opening / closing valve V1 is opened with the opening / closing valves V7, V5, V3 being opened. Thereby, the high-pressure refrigerant gas is introduced into the first regenerator tube 240, the second regenerator tube 280, and the third regenerator tube 440. A part of the refrigerant gas flows into the first pulse tube 250 from the low temperature end 254 side through the first pipe 256. Another part of the refrigerant gas passes through the second regenerator 280 and flows into the second pulse tube 290 from the low temperature end 294 side via the second pipe 286. Yet another part of the refrigerant gas passes through the third regenerator tube 440 and flows into the third pulse tube 420 from the low temperature end 424 side via the third tube 416.

(第2過程:時間t4〜t7)
次に、時間t=t4において、開閉バルブV1、V5、V7が開状態のまま、第3開閉バルブV3が閉にされ、その後、開閉バルブV5、V7も順次閉にされる(時間t=t5、およびt=t6)これに対応して、圧縮機212からの冷媒ガスは、第1冷媒供給路H1のみを介して、第1蓄冷管240に流入するようになる。冷媒ガスは、その後、第1パルス管250、第2パルス管290、および第3パルス管420内に、それぞれの低温端254、294、424の側から流入する。
(Second process: time t4 to t7)
Next, at time t = t4, the third on-off valve V3 is closed while the on-off valves V1, V5, V7 are open, and then the on-off valves V5, V7 are also sequentially closed (time t = t5). And t = t6) Correspondingly, the refrigerant gas from the compressor 212 flows into the first regenerator tube 240 only through the first refrigerant supply path H1. Thereafter, the refrigerant gas flows into the first pulse tube 250, the second pulse tube 290, and the third pulse tube 420 from the respective cold ends 254, 294, 424.

時間t=t7では、全ての開閉バルブV1〜V8が閉にされる。第1パルス管250、第2パルス管290、および第3パルス管420の圧力上昇のため、第1パルス管250、第2パルス管290、および第3パルス管420の内の冷媒ガスは、それぞれの高温端252、292、422の側に設置されたリザーバ(図示せず)の方に移動する。   At time t = t7, all the open / close valves V1 to V8 are closed. Due to the pressure increase in the first pulse tube 250, the second pulse tube 290, and the third pulse tube 420, the refrigerant gas in the first pulse tube 250, the second pulse tube 290, and the third pulse tube 420 is respectively It moves toward a reservoir (not shown) installed on the high temperature end 252, 292, 422 side.

(第3過程:時間t7〜t10)
その後、時間t=t7において、第8開閉バルブV8が開かれ、第3パルス管420内の冷媒ガスは、第4冷媒回収路L4を通って圧縮機212に戻る。その後、時間t=t8において、第6開閉バルブV6が開かれ、第2パルス管290内の冷媒ガスは、第3冷媒回収路L3を通って圧縮機212に戻る。これにより、第3パルス管420および第2パルス管290の圧力が低下する。その後、時間t=t9において、第4開閉バルブV4が開かれ、第1パルス管250内の冷媒ガスは、第2冷媒回収路L2を通って圧縮機212に戻る。これにより、第1パルス管250の圧力が低下する。
(Third process: time t7 to t10)
Thereafter, at time t = t7, the eighth on-off valve V8 is opened, and the refrigerant gas in the third pulse tube 420 returns to the compressor 212 through the fourth refrigerant recovery path L4. Thereafter, at time t = t8, the sixth open / close valve V6 is opened, and the refrigerant gas in the second pulse tube 290 returns to the compressor 212 through the third refrigerant recovery path L3. Thereby, the pressures of the third pulse tube 420 and the second pulse tube 290 are reduced. Thereafter, at time t = t9, the fourth open / close valve V4 is opened, and the refrigerant gas in the first pulse tube 250 returns to the compressor 212 through the second refrigerant recovery path L2. As a result, the pressure of the first pulse tube 250 decreases.

さらに、時間t=t10において、開閉バルブV8、V6、V4が開状態のまま、第2開閉バルブV2が開かれる。これにより、第3パルス管420、第2パルス管290、第1パルス管250、および第1蓄冷管240、第2蓄冷管280、第3蓄冷管440内の冷媒ガスの大部分は、第1蓄冷管240を通り、第1冷媒回収路L1を介して、圧縮機212に戻る。   Further, at time t = t10, the second on-off valve V2 is opened while the on-off valves V8, V6, V4 remain open. Accordingly, most of the refrigerant gas in the third pulse tube 420, the second pulse tube 290, the first pulse tube 250, the first regenerator tube 240, the second regenerator tube 280, and the third regenerator tube 440 is the first It passes through the cool storage tube 240 and returns to the compressor 212 through the first refrigerant recovery path L1.

(第4過程:時間t11〜t14)
次に、時間t=t11において、開閉バルブV2、V6、V8が開いた状態で、第4開閉バルブV4が閉止され、その後、第6開閉バルブV6、V8が順次閉止される(時間t=t12およびt=t13)。
(4th process: time t11-t14)
Next, at time t = t11, the fourth open / close valve V4 is closed with the open / close valves V2, V6, V8 being opened, and then the sixth open / close valves V6, V8 are sequentially closed (time t = t12). And t = t13).

最後に、時間t=t14において、第2開閉バルブV2が閉止され、1サイクルが完了する。   Finally, at time t = t14, the second opening / closing valve V2 is closed and one cycle is completed.

以上のサイクルを繰り返すことにより、第1パルス管250の低温端254、第2パルス管290の低温端294、および第3パルス管420の低温端424、に寒冷が発生し、冷却対象を冷却することができる。   By repeating the above cycle, cold occurs at the low temperature end 254 of the first pulse tube 250, the low temperature end 294 of the second pulse tube 290, and the low temperature end 424 of the third pulse tube 420, thereby cooling the object to be cooled. be able to.

変形例に係るパルス管冷凍機201は、第3蓄冷管440の低温端444を流れる冷媒ガスの温度がおよそ4Kとなる。このため、第3パルス管420の低温端424を流れる冷媒ガスの温度も4K程度となる。第3パルス管420内の冷媒ガスは、第3パルス管420の高温端422で室温程度となる。   In the pulse tube refrigerator 201 according to the modification, the temperature of the refrigerant gas flowing through the low temperature end 444 of the third regenerator tube 440 is approximately 4K. For this reason, the temperature of the refrigerant gas flowing through the low temperature end 424 of the third pulse tube 420 is also about 4K. The refrigerant gas in the third pulse tube 420 reaches about room temperature at the high temperature end 422 of the third pulse tube 420.

パルス管冷凍機201において、第1蓄冷管240、第2蓄冷管280、および第3蓄冷管440は長手方向の中心軸を共有して配置されており、第3パルス管420と第3蓄冷管440とは並んで配置されている。したがって、図1に示す第2パルス管290と第2蓄冷管280との関係と同様に、第3蓄冷管440における位置と対応する位置を、第3パルス管420に定めることができる。   In the pulse tube refrigerator 201, the first regenerator tube 240, the second regenerator tube 280, and the third regenerator tube 440 are arranged so as to share the central axis in the longitudinal direction, and the third pulse tube 420 and the third regenerator tube are arranged. 440 is arranged side by side. Therefore, the position corresponding to the position in the 3rd cool storage tube 440 can be defined in the 3rd pulse tube 420 similarly to the relationship between the 2nd pulse tube 290 and the 2nd cool storage tube 280 shown in FIG.

変形例に係るパルス管冷凍機201は、第3パルス管420を流れる冷媒ガスの温度がおよそ8Kから20Kとなるよう域に、冷媒ガスの流路面積が小さくなる狭窄部493が設けられている。第3パルス管420における狭窄部493は、最終段の蓄冷管である第3蓄冷管440の高温端284に対応する位置よりも低温側に位置する。   The pulse tube refrigerator 201 according to the modified example is provided with a constricted portion 493 in which the flow area of the refrigerant gas is reduced so that the temperature of the refrigerant gas flowing through the third pulse tube 420 is approximately 8K to 20K. . The narrowed portion 493 in the third pulse tube 420 is located on the lower temperature side than the position corresponding to the high temperature end 284 of the third regenerator tube 440 that is the last-stage regenerator tube.

これにより、2.2MPaのヘリウムガスと0.8MPaのヘリウムガスとの密度差がおおきくなる領域の流量を低減し、パルス管冷凍機200における冷媒ガスの圧力差の低下を抑制できる。また冷媒ガスの圧力変動の位相調整も最適化することができる。結果として、パルス管冷凍機200の冷凍能力および冷凍効率を向上することができる。   Thereby, the flow volume of the area | region where the density difference of 2.2 MPa helium gas and 0.8 MPa helium gas becomes large can be reduced, and the fall of the pressure difference of the refrigerant gas in the pulse tube refrigerator 200 can be suppressed. Further, the phase adjustment of the pressure fluctuation of the refrigerant gas can be optimized. As a result, the refrigeration capacity and refrigeration efficiency of the pulse tube refrigerator 200 can be improved.

なお、2段式のパルス管冷凍機200、3段式のパルス管冷凍機201と同様に、それ以上の段数の冷凍機であっても、温側の最終段のパルス管の一部に狭窄部を設けることで、同様の効果を達成することができる。   Similar to the two-stage pulse tube refrigerator 200 and the three-stage pulse tube refrigerator 201, even a refrigerator having a higher number of stages is constricted to a part of the pulse tube at the final stage on the warm side. By providing the part, the same effect can be achieved.

H1 第1冷媒供給路、 L1 第1冷媒回収路、 V1 第1開閉バルブ、 H2 第2冷媒供給路、 L2 第2冷媒回収路、 V2 第2開閉バルブ、 H3 第3冷媒供給路、 L3 第3冷媒回収路、 V3 第3開閉バルブ、 H4 第4冷媒供給路、 L4 第4冷媒回収路、 V4 第4開閉バルブ、 V5 第5開閉バルブ、 V6 第6開閉バルブ、 V7 第7開閉バルブ、 V8 第8開閉バルブ、 200,201 パルス管冷凍機、 212 圧縮機、 215A 第1高圧配管、 215B 第1低圧配管、 220 共通配管、 225A 第2高圧配管、 225B 第2低圧配管、 230 共通配管、 235A 第3高圧配管、 235B 第3低圧配管、 240 第1蓄冷管、 245A 第4高圧側配管、 245B 第4低圧側配管、 250 第1パルス管、 251 第1リザーバ、 254 低温端、 256 第1配管、 260 第1流路抵抗、 261 第2流路抵抗、 280 第2蓄冷管、 281 第1蓄冷材、 283 第2蓄冷材、 286 第2配管、 290 第2パルス管、 291 第2リザーバ、 293 狭窄部、 299 共通配管、 416 第3配管、 420 第3パルス管、 440 第3蓄冷管、 450 流路抵抗、 455 共通配管、 493 狭窄部。   H1 first refrigerant supply path, L1 first refrigerant recovery path, V1 first open / close valve, H2 second refrigerant supply path, L2 second refrigerant recovery path, V2 second open / close valve, H3 third refrigerant supply path, L3 third Refrigerant recovery path, V3 third open / close valve, H4 fourth refrigerant supply path, L4 fourth refrigerant recovery path, V4 fourth open / close valve, V5 fifth open / close valve, V6 sixth open / close valve, V7 seventh open / close valve, V8 first 8 open / close valve, 200, 201 pulse tube refrigerator, 212 compressor, 215A first high pressure piping, 215B first low pressure piping, 220 common piping, 225A second high pressure piping, 225B second low pressure piping, 230 common piping, 235A first 3 high pressure piping, 235B 3rd low pressure piping, 240 1st regenerative piping, 245A 4th high pressure piping, 245B 4th low pressure piping , 250 first pulse tube, 251 first reservoir, 254 low temperature end, 256 first piping, 260 first flow path resistance, 261 second flow path resistance, 280 second cold storage tube, 281 first cold storage material, 283 second Cold storage material, 286 second piping, 290 second pulse tube, 291 second reservoir, 293 constriction, 299 common piping, 416 third piping, 420 third pulse tube, 440 third cold storage tube, 450 channel resistance, 455 Common piping, 493 constriction.

Claims (6)

冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、
低温端と、前記圧縮機と接続する高温端とを有する第1パルス管と、
前記第1パルス管の低温端と接続する低温端と、前記圧縮機と接続する高温端とを有する第1蓄冷管と、
前記圧縮機と接続する高温端と、前記第1パルス管の低温端よりもさらに低温である低温端を有する第2パルス管と、
高温端と、前記第2パルス管の低温端に接続する低温端とを有し、前記第2パルス管と並んで配置される第2蓄冷管とを備え、
前記第2パルス管は、前記第2蓄冷管の高温端に対応する位置よりも低温端側に設けられた狭窄部と、前記第2パルス管の高温端側の前記狭窄部の高温側境界部を前記第2パルス管の高温端につなぐ高温側直管部と、前記第2パルス管の低温端側の前記狭窄部の低温側境界部を前記第2パルス管の低温端につなぐ低温側直管部と、を備えることを特徴とするパルス管冷凍機。
A compressor for compressing the refrigerant gas;
A first pulse tube having a cold end and a hot end connected to the compressor;
A first regenerative tube having a cold end connected to the cold end of the first pulse tube and a hot end connected to the compressor;
A second pulse tube having a hot end connected to the compressor and a cold end that is cooler than a cold end of the first pulse tube;
A second regenerator having a high temperature end and a low temperature end connected to the low temperature end of the second pulse tube, and being arranged alongside the second pulse tube;
The second pulse tube includes a constriction provided on the low temperature end side from a position corresponding to the high temperature end of the second regenerator, and a high temperature side boundary portion of the constriction on the high temperature end side of the second pulse tube. A high temperature side straight tube portion connecting the high temperature end of the second pulse tube, and a low temperature side straight tube portion connecting the low temperature side boundary portion of the narrowed portion on the low temperature end side of the second pulse tube to the low temperature end of the second pulse tube. A pulse tube refrigerator.
冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、
低温端と、前記圧縮機と接続する高温端とを有する第1パルス管と、
前記第1パルス管の低温端と接続する低温端と、前記圧縮機と接続する高温端とを有する第1蓄冷管と、
前記圧縮機と接続する高温端と、前記第1パルス管の低温端よりもさらに低温である低温端を有する第2パルス管と、
高温端と、前記第2パルス管の低温端に接続する低温端とを有し、前記第2パルス管と並んで配置される第2蓄冷管とを備え、
前記第2パルス管は、前記第2蓄冷管の高温端に対応する位置よりも低温端側に、狭窄部を備え、
前記第2蓄冷管は、
高温側に配置された第1蓄冷材と、
低温側に配置され、前記第1蓄冷材と隣接する第2蓄冷材とを備え、
前記狭窄部は、前記第2蓄冷管における前記第1蓄冷材と前記第2蓄冷材との境界に対応する位置よりも高温端側に設けられていることを特徴とするパルス管冷凍機。
A compressor for compressing the refrigerant gas;
A first pulse tube having a cold end and a hot end connected to the compressor;
A first regenerative tube having a cold end connected to the cold end of the first pulse tube and a hot end connected to the compressor;
A second pulse tube having a hot end connected to the compressor and a cold end that is cooler than a cold end of the first pulse tube;
A second regenerator having a high temperature end and a low temperature end connected to the low temperature end of the second pulse tube, and being arranged alongside the second pulse tube;
The second pulse tube includes a constricted portion on the cold end side from a position corresponding to the hot end of the second regenerator tube,
The second regenerator tube is
A first regenerator material disposed on the high temperature side;
It is arranged on the low temperature side, and includes the second cold storage material adjacent to the first cold storage material,
The narrowed portion is provided at a higher temperature end side than a position corresponding to a boundary between the first cold storage material and the second cold storage material in the second cold storage tube.
前記狭窄部は、前記第2パルス管を流れる冷媒ガスの温度が8Kから30Kとなる領域に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のパルス管冷凍機。   3. The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein the constriction is provided in a region where the temperature of the refrigerant gas flowing through the second pulse tube is 8K to 30K. 4. 前記狭窄部は、前記狭窄部の高温側境界部において、流路面積が前記第2パルス管の高温側直管部における流路面積に至るまで連続的に増加することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のパルス管冷凍機。   2. The narrowed portion continuously increases at a high temperature side boundary portion of the narrowed portion until a flow channel area reaches a flow channel area in a high temperature side straight tube portion of the second pulse tube. 4. The pulse tube refrigerator according to any one of items 1 to 3. 前記狭窄部は、前記狭窄部の低温側境界部において、流路面積が前記第2パルス管の低温側直管部における流路面積に至るまで連続的に増加することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のパルス管冷凍機。   2. The narrowed portion continuously increases at a low temperature side boundary portion of the narrowed portion until a flow channel area reaches a flow channel area in a low temperature side straight tube portion of the second pulse tube. To 4. The pulse tube refrigerator according to any one of items 1 to 4. 前記第2パルス管は、低温側の最終段のパルス管であり、
前記第2蓄冷管は、低温側の最終段の蓄冷管であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
The second pulse tube is a final-stage pulse tube on the low temperature side,
The pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 5, wherein the second regenerator tube is a last-stage regenerator tube on a low temperature side.
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