JP5931779B2

JP5931779B2 - パルス管冷凍機

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Publication number: JP5931779B2
Application number: JP2013043292A
Authority: JP
Inventors: 名堯許; 寛和高山
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: CN104034079A; US20140250920A1; CN104034079B; US10066855B2; JP2014169852A

Description

本発明は、冷凍能力の向上を図ったパルス管冷凍機に関する。

従来から、少ない振動で極低温を生成しうる冷凍機としてパルス管冷凍機が知られている。このパルス管冷凍機は、圧縮機と、弁装置と、蓄冷器と、蓄冷器に接続されたパルス管と、パルス管に接続されたバッファオリフィス及びバッファタンク等を備えている。冷媒ガス（例えばヘリウムガス）は、所定のタイミングで蓄冷器及びパルス管に吸排処理される。

パルス管内での冷媒ガスの圧力変動と変位との位相差を適宜制御することにより、パルス管の低温側において寒冷が発生する（特許文献１）。

特開２０１１−０９４８３５号公報

ところでパルス管冷凍機においては、ギフォード・マクマホン式冷凍機（ＧＭ式冷凍機）やスターリング式冷凍機のように冷媒ガスに強制的に流れを発生させるディスプレーサが設けられていない。

このため、冷媒ガス（例えばヘリウムガス）が、所定のタイミングで蓄冷器及びパルス管に吸排される際、蓄冷器の内部、パルス管の内部、及び蓄冷器とパルス管との間でＤＣフローといわれる循環流が発生する場合がある。

この循環流がパルス管の高温端側から低温端側に向かい流れた場合、またパルス管から蓄冷器に向かい流れた場合には、高温端側から低温端側への侵入熱が大きくなり冷凍性能が低下するおそれがある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＤＣフローの流れを制御することにより冷凍性能の向上を図ったパルス管冷凍機を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
圧縮機と、該圧縮機との間で冷媒ガスの吸排が行われる蓄冷器と、低温端が前記蓄冷器の低温端と接続されたパルス管とを有するパルス管冷凍機において、
前記蓄冷器の低温端に、前記パルス管から前記蓄冷器に向け流れるＤＣフローの流量に対し、前記蓄冷器から前記パルス管に向け流れるＤＣフローの流量が大きくなるよう流量制御を行う第１の流量制御手段を設けたことを特徴とするパルス管冷凍機により解決することができる。

開示の発明によれば、蓄冷器からパルス管に向け流れるＤＣフローの流量が大きくなることにより、パルス管内において低温側から高温側に流れるＤＣフローが発生するため、パルス管内における温度分布が改善されて冷凍能力の向上を図ることができる。

図１は、本発明のある実施形態であるパルス管冷凍機の概略構成図である。図２は、本発明のある実施形態であるパルス管冷凍機のバルブ動作を説明するめための図である。図３は、本発明のある実施形態の変形例であるパルス管冷凍機の概略構成図である。図４は、本発明の他の実施形態であるパルス管冷凍機の概略構成図である。図５は、本発明の他の実施形態の変形例であるパルス管冷凍機の概略構成図である。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１は、本発明のある実施形態であるパルス管冷凍機２００を示している。図１に示すパルス管冷凍機２００は、２段式の４バルブ型パルス管冷凍機を例示している。

図１に示すように、パルス管冷凍機２００は、圧縮機２１２、第１段蓄冷器２４０、第２段蓄冷器２８０、第１段パルス管２５０、第２段パルス管２９０、第１の配管２５６、第２の配管２８６、オリフィス等で構成された流路抵抗２６０，２６１、及び開閉バルブＶ１〜Ｖ６等を備える。

第１段蓄冷器２４０は高温端２４２及び低温端２４４を有し、第２段蓄冷器２８０も高温端２８２及び低温端２８４を有している。第１段蓄冷器２４０の低温端２４４と、第２段蓄冷器２８０の高温端２８２が接続されることにより、第１段蓄冷器２４０と第２段蓄冷器２８０は一体化した構成とされている。

また、第２段蓄冷器２８０の低温端側には第１の流量制御装置３００が配設されるが、説明の便宜上、この第１の流量制御装置３００については後述する。

第１段パルス管２５０は、高温端２５２に高温側熱交換器２５７が配設されると共に、低温端２５４に低温側熱交換器２５５が配設されている。また第２段パルス管２９０は、高温端２９２に高温側熱交換器２９６及び高温側整流器２９８が配設されると共に、低温端２９４側に低温側熱交換器２９５及び低温側整流器２９４が配設されている。

また、第１段蓄冷器２４０の低温端２４４は、第１の配管２５６を介して第１段パルス管２５０の低温端２５４と接続されている。また、第２段蓄冷器２８０の低温端２８４は、第２の配管２８６を介して第２段パルス管２９０の低温端２９４と接続されている。

圧縮機２１２の高圧側（吐出側）の冷媒用流路はＡ点で３方向に分岐されており、第１〜第３の冷媒供給路Ｈ１〜Ｈ３が構成される。

第１の冷媒供給路Ｈ１は、圧縮機２１２の高圧側〜開閉バルブＶ１が設置された第１の高圧側配管２１５Ａ〜共通配管２２０〜第１段の蓄冷器２４０で構成される。また、第２の冷媒供給路Ｈ２は、圧縮機２１２の高圧側〜開閉バルブＶ３が接続された第２の高圧側配管２２５Ａ〜流路抵抗２６０が設置された共通配管２３０〜第１段パルス管２５０で構成される。更に、第３の冷媒供給路Ｈ３は、圧縮機２１２の高圧側〜開閉バルブＶ５が接続された第３の高圧側配管２３５Ａ〜流路抵抗２６１が設置された共通配管２９９〜第２段パルス管２９０で構成される。

一方、圧縮機２１２の低圧側（吸込側）の冷媒用流路は、第１〜第３の冷媒回収路Ｌ１〜Ｌ３に３分岐されている。

第１の冷媒回収路Ｌ１は、第１段の蓄冷器２４０〜共通配管２２０〜開閉バルブＶ２が設置された第１の低圧側配管２１５Ｂ〜Ｂ点〜圧縮機２１２の経路で構成される。また、第２の冷媒回収路Ｌ２は、第１段パルス管２５０〜流路抵抗２６０が設置された共通配管２３０〜開閉バルブＶ４が設置された第２の低圧側配管２２５Ｂ〜Ｂ点〜圧縮機２１２の経路で構成される。更に、第３の冷媒回収路Ｌ３は、第２段パルス管２９０〜流路抵抗２６１が設置された共通配管２９９〜開閉バルブＶ６が設置された第３の低圧側配管２３５Ｂ〜Ｂ点〜圧縮機２１２の経路で構成される。

次に、パルス管冷凍機２００の動作について説明する。図２は、パルス管冷凍機２００の動作を説明するための図であり、パルス管冷凍機２００に設けられた６つの開閉バルブＶ１〜Ｖ６の開閉状態を時系列的に示している。パルス管冷凍機２００の作動時には、６つの開閉バルブＶ１〜Ｖ６は、図２に示すように周期的に変化する。

先ず、時間ｔ＝０において、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の冷媒供給路Ｈ３を介して、すなわち第３の高圧側配管２３５Ａ〜共通配管２９９〜高温端２９２の経路で、第２段パルス管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、開閉バルブＶ５が開状態のまま、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の冷媒供給路Ｈ２を介して、すなわち第２の高圧側配管２２５Ａ〜共通配管２３０〜高温端２５２の経路で、第１段パルス管２５０に高圧冷媒ガスが供給される。

次に、時間ｔ＝ｔ２において、開閉バルブＶ５、Ｖ３が開いた状態で開閉バルブ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の冷媒供給路Ｈ１を介して、すなわち第１の高圧側配管２１５Ａ〜共通配管２２０〜高温端２４２の経路で第１段及び第２段の蓄冷器２４０、２８０に導入される。

また冷媒ガスの一部は、第１の配管２５６を介して第１段パルス管２５０に低温端２５４の側から流入する。更に、冷媒ガスの他の一部は第２段の蓄冷器２８０を通り、第２の配管２８６を介して第２段パルス管２９０に低温端２９４の側から流入する。

次に、時間ｔ＝ｔ３において開閉バルブＶ１が開状態のまま、開閉バルブＶ３が閉にされ、その後時間ｔ＝ｔ４において開閉バルブＶ５も閉にされる。圧縮機２１２からの冷媒ガスは、第１の冷媒供給路Ｈ１のみを介して、第１段蓄冷器２４０に流入するようになる。冷媒ガスは、その後、両パルス管２５０及び２９０内に低温端２５４及び２９４の側から流入する。

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段及び第２段パルス管２５０、２９０の圧力上昇のため、第１段及び第２段パルス管２５０、２９０内の冷媒ガスは、両パルス管の高温端２５２、２９２の側に設置されたリザーバ（図示されていない）の方に移動する。

その後、時間ｔ＝ｔ５において、開閉バルブＶ６が開かれ、第２段パルス管２９０内の冷媒ガスは、第３の冷媒回収路Ｌ３を通って圧縮機２１２に戻る。その後、時間ｔ＝ｔ６において、開閉バルブＶ４が開かれ、第１段パルス管２５０内の冷媒ガスは、第２の冷媒回収路Ｌ２を通って圧縮機２１２に戻る。これにより、両パルス管２５０、２９０の圧力が低下する。

次に、時間ｔ＝ｔ７において、開閉バルブＶ６、Ｖ４が開状態のまま、開閉バルブＶ２が開かれる。これにより、両パルス管２５０、２９０、及び第２段蓄冷器２８０内の冷媒ガスの大部分は、第１段の蓄冷器２４０を通り、第１の冷媒回収路Ｌ１を介して、圧縮機２１２に戻るようになる。

次に、時間ｔ＝ｔ８において、開閉バルブＶ２が開いた状態で、開閉バルブＶ４が閉止され、その後、時間ｔ＝ｔ９において、開閉バルブＶ６も閉にされる。その後、時間ｔ＝ｔ１０において、開閉バルブＶ２が閉止され、１サイクルが完了する。

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段パルス管２５０の低温端２５４、及び第２段パルス管２９０の低温端２９４に寒冷が発生し、被冷却対象を冷却させることができる。

ここで、最終段である第２段蓄冷器２８０の低温端２８４に注目する。本実施形態に係るパルス管冷凍機２００は、第２段蓄冷器２８０の低温端２８４に第１の流量制御装置３００を設けた構成としている。

第１の流量制御装置３００は、蓄冷器側整流器３１０と蓄冷器側熱交換器３２０とにより構成されている。蓄冷器側熱交換器３２０は第２の配管２８６が接続される低温端２８４に近い位置に配置されており、蓄冷器側整流器３１０は蓄冷器側熱交換器３２０よりも高温側（図中の上部）に配設されている。また、蓄冷器側整流器３１０と蓄冷器側熱交換器３２０とは近接配置されている。

蓄冷器側整流器３１０及び蓄冷器側熱交換器３２０は、いずれも複数のメッシュ部材を積層した構成とされている。また、蓄冷器側熱交換器３２０は熱交換特性を高めるために銅により形成されている。これに対して蓄冷器側整流器３１０は、銅以外の材質（例えばステンレス）により形成されている。

また、メッシュ部材からなる蓄冷器側整流器３１０の開口率Ａ１（蓄冷器側整流器３１０を平面視した時の面積に対する冷媒ガスが流れる開口の面積の割合）は、蓄冷器側熱交換器３２０の開口率Ａ２（蓄冷器側熱交換器３２０を平面視した時の面積に対する冷媒ガスが流れる開口の面積の割合）に比べて小さくなるよう構成している（Ａ１＜Ａ２）。

具体的には、蓄冷器側熱交換器３２０が１０〜１００メッシュの粗いメッシュ部材を使用しているのに対し、蓄冷器側整流器３１０は１５０〜４００メッシュの密なメッシュ部材を使用している。

上記のように第１の流量制御装置３００を構成することにより、蓄冷器側整流器３１０の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ１は、蓄冷器側熱交換器３２０の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ２に比べて大きくなる（Ｒ１＞Ｒ２）。

上記のとおり構成された第１の流量制御装置３００を有するパルス管冷凍機２００において、図２を用いて説明したバルブタイミングでＶ１〜Ｖ６を開閉すると、パルス管冷凍機２００を構成する各蓄冷器２４０，２８０、各パルス管２５０，２９０、及び各配管には冷媒ガスのＤＣフロー（循環流）が発生する。

ここで、流路抵抗が異なる二つ流路を接続した場合、冷媒ガスは流路抵抗が小さい側から流路抵抗が大きい側には流れにくい特性を有している。このため、冷媒ガスの振動流れに伴い、局所的に流路抵抗が大きい側から流路抵抗が小さい側に向かう流れ方向のＤＣフローが発生する。

ここで第１の流量制御装置３００における冷媒ガスの流れに注目すると、上記のように第１の流量制御装置３００を構成する蓄冷器側整流器３１０の流路抵抗Ｒ１は、蓄冷器側熱交換器３２０の流路抵抗Ｒ２よりも大きく設定されている（Ｒ１＞Ｒ２）。言い換えると、
蓄冷器側熱交換器３２０の流路抵抗Ｒ２は、蓄冷器側整流器３１０の流路抵抗Ｒ１よりも小さい。従って、第２段パルス管２９０から第２の配管２８６を介して第２段蓄冷器２８０に向け流れるフロー（図中、ＦＬ２で示す）の流量に対し、第２段蓄冷器２８０から第２段パルス管２９０に向け流れるフロー（図中、矢印ＦＬ１で示す）の流量が大きくなる。

これにより、第１の流量制御装置３００では、局所的に第２段蓄冷器２８０から第２段パルス管２９０に向かうＤＣフローが形成される。これに伴い第２段パルス管２９０では低温端から高温端に向かうＤＣフロー（図中、矢印ＦＬ３で示す）が形成される。

従って、高温端側に存在する温度の高い冷媒ガスがＤＣフローとして低温端側に流れることが防止され、第２段パルス管２９０内における温度分布を良好な状態にすることができ、よってパルス管冷凍機２００の冷凍効率を向上させることができる。

次に、上記したパルス管冷凍機２００の変形例について説明する。

図３は、図１に示したパルス管冷凍機２００の変形例であるパルス管冷凍機２０１を示している。前記した第１実施形態では、２段式のパルス管冷凍機を示した。これに対して本変形例では、蓄冷器を３段直列に接続することにより、三段式パルス管冷凍機としたことを特徴としている。

なお、図３において図１に示した第１実施形態に係るパルス管冷凍機２００と対応する構成については、同一符号を付してその説明は省略するものとする。

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の構成に加え、第３段蓄冷器４４０及び第３段パルス管４２０を有した構成とされている。

第３段パルス管４２０の高温端４２２には、高温側熱交換器４２６及び高温側整流器４２８が配設されている。また第３段パルス管４２０の低温端４２４には、低温側熱交換器４２５及び低温側整流器４２７が配設されている。更に、第３段蓄冷器４４０の低温端４４４は、第３の配管４１６を介して第３段パルス管４２０の低温端４２４と接続される。

一方、圧縮機２１２の高圧側（吐出側）の冷媒用流路は、第１〜第３の冷媒供給路Ｈ１〜Ｈ３の他に、更に第４の冷媒供給路Ｈ４が設けられている。また、圧縮機２１２の低圧側（吸込側）の冷媒用流路は、第１〜第３の冷媒回収路Ｌ１〜Ｌ３の他に、更に第４の冷媒回収路Ｌ４が設けられている。

第４の冷媒供給路Ｈ４は、圧縮機２１２の高圧側〜開閉バルブＶ７が接続された第４の高圧側配管２４５Ａ〜流路抵抗４５０が設置された共通配管４５５〜第３段パルス管４２０で構成される。また第４の冷媒回収路Ｌ４は、第３段パルス管４２０〜流路抵抗４５０が設置された共通配管４５５〜開閉バルブＶ８が設置された第４の低圧側配管２４５Ｂ〜Ｂ点〜圧縮機２１２の経路で構成される。更に、流路抵抗４５０はオリフィス等で構成される。

図３に示されるパルス管冷凍機２０１においても、第１の流量制御装置３００は複数の蓄冷器の内、最終段である第３段蓄冷器４４０の低温側に配設される。よって本変形例においても、第３段パルス管４２０から第３段蓄冷器４４０に向け流れるフローＦＬ２の流量に対し、第３段蓄冷器４４０から第３段パルス管４２０に向け流れるフローＦＬ１の流量が大きくなる。これにより、第３段蓄冷器４４０から第３段パルス管４２０に向かうＤＣフローが形成され、これに伴い第３段パルス管４２０では低温端から高温端に向かうＤＣフローＦＬ３が形成される。

従って、本変形例においても、第３段パルス管４２０内における温度分布を良好な状態にすることができ、パルス管冷凍機２０１の冷凍効率を向上させることができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

図４は、本発明の他の実施形態であるパルス管冷凍機４００を示している。本実施形態に係るパルス管冷凍機４００は、第１図に示した第１実施形態に係るパルス管冷凍機２００に対し、第２段蓄冷器２８０の構造及び第２段パルス管２９０の構造のみが異なり、他の構成は同一である。このため、以下の説明では本実施形態における第２段蓄冷器２８０の構造及び第２段パルス管２９０の構造についてのみ説明し、他の構成の説明は省略するものとする。なお、図４においても、図１に示した第１実施形態に係るパルス管冷凍機２００と対応する構成については同一符号を付して示している。

本実施形態に係るパルス管冷凍機４００は、第１実施形態に係るパルス管冷凍機２００と異なり第２段蓄冷器２８０に第１の流量制御装置３００は設けられていない。しかしながら、本実施形態に係るパルス管冷凍機４００では、第２段パルス管２９０に第２の流量制御装置５００を設けたことを特徴としている。

第２の流量制御装置５００は、第２段パルス管２９０の低温端２９４に配設された低温側流量制御装置５１０と、高温端２９２に配設された高温側流量制御装置５２０とにより構成されている。この低温側流量制御装置５１０は低温側整流器５１１と低温側熱交換器５１２とにより構成されており、また高温側流量制御装置５２０は高温側整流器５２１と高温側熱交換器５２２とにより構成されている。

低温側整流器５１１、高温側整流器５２１、低温側熱交換器５１２、及び高温側熱交換器５２２は、いずれも複数のメッシュ部材を積層した構成とされている。また、低温側及び高温側熱交換器５１２，５２２は、熱交換特性を高めるために銅により形成されている。これに対して低温側及び高温側整流器５１１，５２１は、銅以外の材質（例えばステンレス）により形成されている。

本実施形態では、低温側熱交換器５１２と高温側熱交換器５２２は同一構成とされている。よって、低温側熱交換器５１２及び高温側熱交換器５２２の開口率は等しく、単位長さあたりの流路抵抗も等しくなっている。

これに対し、メッシュ部材からなる高温側整流器５２１の開口率Ａ３（高温側整流器５２１を平面視した時の面積に対する冷媒ガスが流れる開口の面積の割合）は、低温側整流器５１１の開口率Ａ４（低温側整流器５１１を平面視した時の面積に対する冷媒ガスが流れる開口の面積の割合）に比べて小さくなるよう構成している（Ａ３＜Ａ４）。

具体的には、高温側整流器５２１が２５０〜４００メッシュの密ないメッシュ部材を使用しているのに対し、低温側整流器５１１は１００〜２５０メッシュのやや粗いメッシュ部材を使用している。なお、高温側熱交換器５２２と低温側熱交換器５１２は１０〜１００メッシュの粗いメッシュ部材を使用している。

上記のように第２の流量制御装置５００を構成することにより、高温側整流器５２１の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ３は、高温側熱交換器５２２の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ５に比べて大きくなる（Ｒ３＞Ｒ５）。流路抵抗が異なる二つ流路を接続する場合、冷媒ガスは、流路抵抗が小さい側から流路抵抗が大きい側には流れにくい。このため、冷媒ガスの振動流れに伴い、局所的に流路抵抗が大きい側から流路抵抗が小さい側に向かう方向のＤＣフローが発生する。高温側整流器５２１の流路抵抗Ｒ３は、高温側熱交換器５２２の流路抵抗Ｒ５よりも大きく設定されている（Ｒ３＞Ｒ５）。従って、高温側では、第２段パルス管の低温端から第２パルス管の高温端に向かう流れる局所的なＤＣフロー（図中、ＦＬ５で示す）が発生する。

一方、低温側整流器５１１の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ４は、低温側熱交換器５１２の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ６に比べて大きくなる（Ｒ４＞Ｒ６）流路抵抗が異なる二つ流路の界面を接続する場合、冷媒ガスは、流路抵抗が小さい側から流路抵抗が大きい側には流れにくい。このため、冷媒ガスの振動流れに伴い、流路抵抗が大きい側から流路抵抗が小さい側に向かう方向のＤＣフローが発生する。低温側整流器５１１の流路抵抗Ｒ４は、低温側熱交換器５１２の流路抵抗Ｒ６よりも大きく設定されている（Ｒ４＞Ｒ６）。従って、低温側では、第２段パルス管の高温端から第２パルス管の低温端に向かう方向の局所的なＤＣフロー（図中、ＦＬ６で示す）が発生する。

上記のように第２の流量制御装置５００を構成する高温側整流器５２１の流路抵抗Ｒ３は、低温側整流器５１１の流路抵抗Ｒ４よりも大きく設定されている（Ｒ３＞Ｒ４）。従って、高温側で発生するＤＣフローＦＬ５は、低温側で発生するＤＣフローＦＬ６よりも大きくなる（ＦＬ５＞ＦＬ６）。そこで、第２段パルス管２９０全体では、低温端２９４から高温端２９２に向かい流れるＤＣフロー（図４中、ＦＬ４で示す）が発生する。

これにより、高温端側に存在する温度の高い冷媒ガスがＤＣフローとして低温端側に流れることが防止され、第２段パルス管２９０内における温度分布を良好な状態にすることができ、よってパルス管冷凍機４００の冷凍効率を向上させることができる。

次に、上記したパルス管冷凍機４００の変形例について説明する。

図５は、図４に示したパルス管冷凍機４００の変形例であるパルス管冷凍機４０１を示している。前記したパルス管冷凍機４００では、２段式のパルス管冷凍機を示した。これに対して本変形例では、蓄冷器を３段直列に接続することにより、三段式パルス管冷凍機としたことを特徴としている。

なお、図５において図１乃至図３に示した各実施形態及び変形例に係るパルス管冷凍機２００，２０１，４００と対応する構成については、同一符号を付してその説明は省略するものとする。

図５に示されるパルス管冷凍機４０１においても、第２の流量制御装置５００は複数設けられたパルス管の内、最終段である第３段パルス管４２０に配設された構成とされている。よって本変形例においても、第３段パルス管４２０全体としては、高温端４２２から低温端４２４に向かう方向（図５中、ＦＬ６で示す）の流量に対し、低温端４２４から高温端４２２に向かう方向（図５中、矢印ＦＬ５で示す）の流量が大きくなる。

これにより本変形例においても、高温端側に存在する温度の高い冷媒ガスがＤＣフローとして低温端側に流れることが防止され、第３段パルス管４２０内における温度分布を良好な状態にすることができ、よってパルス管冷凍機４０１の冷凍効率を向上させることができる。

なお、上記した第２実施形態に係るパルス管冷凍機４００，４０１では、第２段蓄冷器２８０及び第３段蓄冷器４４０に第１の流量制御装置３００を設けない構成を示したが、パルス管冷凍機に第１の流量制御装置３００及び第２の流量制御装置５００の双方を設ける構成とすることも可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

例えば、第２実施形態及びその変形例では、高温側整流器５２１の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ３は、低温側整流器５１１の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ４よりも大きく設定（Ｒ３＞Ｒ４）したが、低温側整流器５１１及び高温側整流器５２１の上記流路抵抗Ｒ３，Ｒ４を等しく設定し、高温側熱交換器５２２の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ５（図４参照）を低温側熱交換器５１２の単位長さあたりの流路抵抗Ｒ６に対して小さく設定した構成（Ｒ５＜Ｒ６）としてもよい。具体的には、メッシュ材料により構成される低温側熱交換器５１２の開口率Ａ６を高温側熱交換器５２２の開口率Ａ５に比べて小さく設定する構成としてもよい。

２００，２０１，４００，４０１パルス管冷凍機
２１２圧縮機
２１５Ａ第１の高圧側配管
２１５Ｂ第１の低圧側配管
２２０共通配管
２２５Ａ第２の高圧側配管
２２５Ｂ第２の低圧側配管
２３０共通配管
２３５Ａ第３の高圧側配管
２３５Ｂ第３の低圧側配管
２４０第１段蓄冷器
２４５Ａ第４の高圧側配管
２４５Ｂ第４の低圧側配管
２５０第１段パルス管
２５６第１の配管
２６０流路抵抗
２６１流路抵抗
２８０第２段蓄冷器
２８６第２の配管
２９０第２段パルス管
２９９共通配管
３００第１の流量制御装置
３１０蓄冷器側整流器
３２０蓄冷器側熱交換器
４１６第３の配管
４２０第３段パルス管
４４０第３段蓄冷器
４５０流路抵抗
４５５共通配管
５００第２の流量制御装置
５１０低温側流量制御装置
５１１低温側整流器
５１２低温側熱交換器
５２０高温側流量制御装置
５２１高温側整流器
５２２高温側熱交換器

Claims

圧縮機と、該圧縮機との間で冷媒ガスの吸排が行われる蓄冷器と、低温端が前記蓄冷器の低温端と接続されたパルス管とを有するパルス管冷凍機において、
前記蓄冷器の低温端に、前記パルス管から前記蓄冷器に向け流れるＤＣフローの流量に対し、前記蓄冷器から前記パルス管に向け流れるＤＣフローの流量が大きくなるよう流量制御を行う第１の流量制御手段を設けたことを特徴とするパルス管冷凍機。
前記第１の流量制御手段は、前記蓄冷器の低温端に設けられた蓄冷器用熱交換器と、該蓄冷器用熱交換器よりも高温側に配設された蓄冷器用整流器とを有し、
かつ、前記蓄冷器用整流器の開口率は、前記蓄冷器用熱交換器の開口率に比べて小さいことを特徴とする請求項１記載のパルス管冷凍機。
前記蓄冷器用熱交換器及び前記蓄冷器用整流器は、メッシュ部材により構成されていることを特徴とする請求項２記載のパルス管冷凍機。
前記蓄冷器用熱交換器は、１０〜１００メッシュであるメッシュ部材であり、
前記蓄冷器用整流器は、１５０〜４００メッシュであるメッシュ部材であることを特徴とする請求項３記載のパルス管冷凍機。
前記蓄冷器用熱交換器は銅により形成されており、
前記蓄冷器用整流器は前記蓄冷器用熱交換器とは異なる材料により形成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のパルス管冷凍機。
前記パルス管に、
前記パルス管の高温端から低温端に向け流れるＤＣフローの流量に対し、前記低温端から前記高温端に向け流れるＤＣフローの流量が大きくなるよう流量制御を行う第２の流量制御手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパルス管冷凍機。
前記第２の流量制御手段は、前記パルス管の低温端に設けられた低温側整流器と、前記パルス管の高温端に設けられた高温側整流器とを有し、
かつ、前記高温側整流器の開口率は、前記低温側整流器の開口率に比べて小さいことを特徴とする請求項６記載のパルス管冷凍機。
前記第２の流量制御手段は、前記パルス管の低温端に設けられた低温側熱交換器と、前記パルス管の高温端に設けられた高温側熱交換器とを有し、
かつ、前記低温側熱交換器の開口率は、前記高温側熱交換器の開口率に比べて小さいことを特徴とする請求項６記載のパルス管冷凍機。
前記パルス管及び蓄冷器を複数段設けると共に、
前記第２の流量制御手段を最終段の前記パルス管に設けたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のパルス管冷凍機。
圧縮機と、該圧縮機との間で冷媒ガスの吸排が行われる蓄冷器と、低温端が前記蓄冷器の低温端と接続されたパルス管とを有するパルス管冷凍機において、
前記パルス管に、前記パルス管の高温端から低温端に向け流れるＤＣフローの流量に対し、前記低温端から前記高温端に向け流れるＤＣフローの流量が大きくなるよう流量制御を行う第２の流量制御手段を設けたことを特徴とするパルス管冷凍機。