JP6245991B2 - Pulse tube refrigerator - Google Patents
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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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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:
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
(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
(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
(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
(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
(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
(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
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
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
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
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
低温領域に存在するヘリウムガスの質量をMe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Me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Me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Meの単位時間あたりの変化量dMe/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。
min=mout+dMe/dt (1)
ここで、dMe/dtは、低温領域に存在するヘリウムガスの質量Me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Mp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mhとすると、以下の式(2)で表せる。
mout=mh+dMp/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。
min=mh+dMp/dt+dMe/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Ve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ρeとすると、低温領域に存在する冷媒ガスの質量Meは、以下の式(4)で表せる。
Me=Vρe (4)
The volume change in the low temperature region of the
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Vp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ρpとすると、ガスピストン領域に存在する冷媒ガスの質量Mpは、以下の式(5)で表せる。
Mp=Vpρp (5)
Similarly, the change in volume in the gas piston region of the
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。
min=mh+Vpdρp/dt+Vedρe/dt (6)
ここで、dρp/dtは、ガスピストン領域におけるヘリウムガスの密度ρpの時間微分を表す。また、dρe/dtは、低温領域におけるヘリウムガスの密度ρe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 p dρ p / dt + V e dρ e / 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=mh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
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。
min−mh=Vpdρp/dt+Vedρe/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
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。
min−mout=Vpdρp/dt+Vedρe/dt<0 (8)
When the sixth open / close valve V6 is opened in the fifth process, the high-pressure helium gas in the
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
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
式(6)において、もし、右辺第2項(Vpdρp/dt)を小さくし、その分だけ右辺第3項(Vedρe/dt)を大きくすることができれば、minとmh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(Vpdρp/dt)を小さくし、その分だけ右辺第3項(Vedρe/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
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
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
ここで狭窄部293の体積をVcとし、狭窄部293におけるヘリウムガスの質量をMc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Vcは、式(6)におけるガスピストン領域の体積Vp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ρpである。以上より、以下の関係式(9)を得る。
Mc=Vcρp<Mp (9)
Here the volume of the
M c = V c ρ p <M p (9)
式(9)より、以下の式(10)を得る。
|dMc/dt|<|dMp/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、|dMp/dt|を小さくした分だけ、式(6)の右辺第3項(Vedρe/dt=dMe/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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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:
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
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
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
(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
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
(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
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
(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
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
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
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
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
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
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)
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.
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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