JP2005265261A - Pulse pipe refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、U字リターン型のパルス管冷凍機に関する。 The present invention relates to a U-shaped return type pulse tube refrigerator.
従来技術のパルス管冷凍機について図を参照しつつ説明する。
図14は従来技術のU字リターン型パルス管冷凍機の概要構成図である。このパルス管冷凍機100は、大きく圧縮機10、アフタークーラ20、蓄冷器30、コールドヘッド40、パルス管50、高温端60および位相制御部70を備えている。
A conventional pulse tube refrigerator will be described with reference to the drawings.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a conventional U-shaped return type pulse tube refrigerator. The pulse tube refrigerator 100 includes a compressor 10, an aftercooler 20, a regenerator 30, a
圧縮機10は、シリンダ11とピストン12とを備えている。
アフタークーラ20は、熱交換器21と放熱器22とを備えている。
コールドヘッド40は、伝導ブロック41と折り返し空間42と低温熱交換器43とを備えている。
高温端60は、高温熱交換器61と高温放熱器62とを備えている。
位相制御部70は、イナータンスチューブ71とバッファタンク72とを備えている。
The compressor 10 includes a cylinder 11 and a piston 12.
The aftercooler 20 includes a heat exchanger 21 and a radiator 22.
The
The high temperature end 60 includes a high temperature heat exchanger 61 and a high temperature radiator 62.
The phase control unit 70 includes an inertance tube 71 and a buffer tank 72.
このようなパルス管冷凍機100には流路が形成される。流路内には作動ガス(冷媒ガス)として、例えば、ヘリウムが封入されている。パルス管冷凍機100の運転時に圧縮機10のシリンダ11内でピストン12が所定の周波数により往復動作することにより、シリンダ11内の作動ガスが圧縮、膨張する。このような作動ガスは圧縮機10からアフタークーラ20、蓄冷器30、コールドヘッド40、パルス管50、高温端60を通り、位相制御部70との間を往復動流として流れる。
In such a pulse tube refrigerator 100, a flow path is formed. For example, helium is sealed as working gas (refrigerant gas) in the flow path. When the pulse tube refrigerator 100 is operated, the piston 12 reciprocates at a predetermined frequency in the cylinder 11 of the compressor 10, so that the working gas in the cylinder 11 is compressed and expanded. Such a working gas flows as a reciprocating flow from the compressor 10 through the aftercooler 20, the regenerator 30, the
続いてパルス管冷凍機100の冷凍発生原理について概略説明する。このパルス管冷凍機100の冷凍発生原理は、以下の通り理解されている。
まず、圧縮機10ではピストン12がシリンダ11内の作動ガスを圧縮し、この圧縮した作動ガスを出力する。この作動ガスは、アフタークーラ20へ流入する。作動ガスがアフタークーラ20の熱交換器21を通過すると、この熱交換器21で圧縮熱を熱交換して放熱器22に熱伝導する。そして放熱器22はこの熱を外部に放出する(第1行程:断熱圧縮行程)。
アフタークーラ20から流出した作動ガスは、蓄冷器30およびコールドヘッド40を通りパルス管50に流入する(第2行程:等温行程)。
パルス管50において作動ガスが膨張して、寒冷が発生する(第3行程:断熱膨張行程)。この発生寒冷をコールドヘッド40に設けられた低温熱交換器43にて吸熱が行われる。
そして、高温端60の高温熱交換器61では、この高温熱交換器61で作動ガスの熱を熱交換して高温放熱器62に熱伝導する。高温放熱器62は熱を外部に放出する。続いて、位相制御部70ではイナータンスチューブ71とバッファタンク72の中を、ほぼ正弦波的に圧力振幅を伴って作動ガスが流れて、作動ガスの圧力変化と流量変化の間に位相差を発生させる。
次に、圧縮機10が膨張を行う場合、パルス管50で冷却された作動ガスは蓄冷器30と準静的に熱交換を行いながらアフタークーラ20を通って、圧縮機10に戻ってくる(第4行程:等温行程)。
以上4行程を繰り返すことで極低温までコールドヘッド40は冷却される。
Next, the principle of refrigeration generation in the pulse tube refrigerator 100 will be described briefly. The refrigeration generation principle of the pulse tube refrigerator 100 is understood as follows.
First, in the compressor 10, the piston 12 compresses the working gas in the cylinder 11, and outputs this compressed working gas. This working gas flows into the aftercooler 20. When the working gas passes through the heat exchanger 21 of the aftercooler 20, the heat exchanger 21 exchanges heat with the heat and conducts heat to the radiator 22. And the heat radiator 22 discharge | releases this heat outside (1st process: adiabatic compression process).
The working gas that has flowed out of the aftercooler 20 passes through the regenerator 30 and the
The working gas expands in the pulse tube 50 to generate cold (third process: adiabatic expansion process). The generated cold is absorbed by a low-temperature heat exchanger 43 provided in the
In the high temperature heat exchanger 61 at the high temperature end 60, the high temperature heat exchanger 61 exchanges heat of the working gas and conducts heat to the high temperature radiator 62. The high temperature radiator 62 releases heat to the outside. Subsequently, in the phase controller 70, the working gas flows in the inertance tube 71 and the buffer tank 72 with a pressure amplitude almost sinusoidally, and a phase difference is generated between the pressure change and the flow rate change of the working gas. generate.
Next, when the compressor 10 expands, the working gas cooled by the pulse tube 50 returns to the compressor 10 through the after cooler 20 while performing quasi-static heat exchange with the regenerator 30 ( Fourth stroke: isothermal stroke).
By repeating the above four steps, the
このようなU字リターン型のパルス管冷凍機100のコールドヘッド40の内部には折り返し空間42が形成されている。この折り返し空間42は、図14に示されるように伝導ブロック41に空間として設けられたり、また、図示しないが単純に曲げた円管などにより設けられたり、というようにただの空間として構成されている。したがって、先記の発生寒冷はパルス管50の流入直前に設置された低温熱交換器43のみで吸熱される構造になっている。
A folded space 42 is formed inside the
また、他の従来技術例として、特許文献1には低温端(コールドヘッドに相当)にフィン状熱交換部材を取付けたパルス管冷凍機が開示されている。
古典熱力学的には先記の第2行程(等温行程)から第3行程(断熱膨張行程)に移行する境界面、つまりコールドヘッド40の低温熱交換器43にて行われるとされている。しかし、U字リターン型のパルス管冷凍機100のように折り返し空間42を持つ場合、その折り返し空間42内にて徐々に作動ガスの膨張が始まっており、低温熱交換器43への到達時には作動ガスのガス温度が僅かに上昇している。したがって低温熱交換器43のみで熱交換を行った場合、コールドヘッド40全体の温度も伝導ブロック41を通して上昇し、熱的なロスを生じて冷凍機全体の性能を低下させるという問題が生じていた。
Classically, thermodynamics is performed at the boundary surface that transitions from the second stroke (isothermal stroke) to the third stroke (adiabatic expansion stroke), that is, at the low-temperature heat exchanger 43 of the
そこで、本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、折り返し空間内の最低温の作動ガスとの熱交換を行うとともに、可能な限り作動ガスの膨張を抑制することで熱的なロスを減少させ、性能を大幅に改善したU字リターン型のパルス管冷凍機を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to perform heat exchange with the coldest working gas in the folded space and to suppress the expansion of the working gas as much as possible. The object is to provide a U-shaped return type pulse tube refrigerator with reduced thermal loss and greatly improved performance.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る発明のパルス管冷凍機は、
蓄冷器、コールドヘッドおよびパルス管が略U字型に接続されてU字リターン型の流路となるように圧縮機、蓄冷器、コールドヘッド、パルス管および位相制御部が接続され、このU字リターン型の流路を流れる作動ガスとの熱交換によりコールドヘッドに寒冷を発生させるU字リターン型のパルス管冷凍機において、
コールドヘッドの折り返し空間内に形成される熱交換器と、
蓄冷器側とパルス管側との間で連通させるように、熱交換器とコールドヘッドとにより分割形成される流路と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a pulse tube refrigerator of the invention according to claim 1 of the present invention provides:
A compressor, a regenerator, a cold head, a pulse tube, and a phase control unit are connected so that a regenerator, a cold head, and a pulse tube are connected in a substantially U shape to form a U-shaped return type flow path. In a U-shaped return type pulse tube refrigerator that generates cold in the cold head by heat exchange with the working gas flowing through the return type flow path,
A heat exchanger formed in the folding space of the cold head;
A flow path divided and formed by the heat exchanger and the cold head so as to communicate between the regenerator side and the pulse tube side;
It is characterized by providing.
また、本発明の請求項2に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項1記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、線状の空間内熱交換部材が、蓄冷器側とパルス管側との流路方向と略平行に複数設けられ、隣接する二個の空間内熱交換部材およびコールドヘッドにより略直線状の流路が複数形成される熱交換器であることを特徴とする。
The pulse tube refrigerator of the invention according to
The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein
In the heat exchanger, a plurality of linear space heat exchange members are provided substantially in parallel with the flow passage directions on the regenerator side and the pulse tube side, and two adjacent space heat exchange members and a cold head are used. It is a heat exchanger in which a plurality of substantially linear flow paths are formed.
また、本発明の請求項3に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項2記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、蓄冷器側およびパルス管側で流路間隔が同一間隔となるように、空間内熱交換部材が配置された熱交換器であることを特徴とする。
The pulse tube refrigerator of the invention according to claim 3 of the present invention is
In the pulse tube refrigerator according to
The heat exchanger is a heat exchanger in which an in-space heat exchange member is arranged so that the flow path intervals are the same on the regenerator side and the pulse tube side.
また、本発明の請求項4に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項2記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、長い流路では流路間隔が狭く、また、短い流路では流路間隔が広くなるように、空間内熱交換部材が配置された熱交換器であることを特徴とする。
The pulse tube refrigerator of the invention according to claim 4 of the present invention is
In the pulse tube refrigerator according to
The heat exchanger is a heat exchanger in which an in-space heat exchange member is arranged so that a flow path interval is narrow in a long flow path and a flow path interval is wide in a short flow path. .
また、本発明の請求項5に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項1記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、線状の空間内熱交換部材が、パルス管側を中心に放射状に複数設けられ、隣接する二個の空間内熱交換部材およびコールドヘッドにより略直線状の流路が放射状に複数形成される熱交換器であることを特徴とする。
The pulse tube refrigerator of the invention according to claim 5 of the present invention is
The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein
In the heat exchanger, a plurality of linear space heat exchange members are provided radially around the pulse tube side, and a substantially linear flow path is formed radially by two adjacent space heat exchange members and a cold head. A plurality of heat exchangers are formed.
また、本発明の請求項6に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項5記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、蓄冷器側では流路間隔が広く、また、パルス管側では流路間隔が狭くなるように、空間内熱交換部材が配置された熱交換器であることを特徴とする。
Moreover, the pulse tube refrigerator of the invention according to claim 6 of the present invention,
In the pulse tube refrigerator according to claim 5,
The heat exchanger is a heat exchanger in which an in-space heat exchange member is arranged so that the flow path interval is wide on the regenerator side and the flow path interval is narrow on the pulse tube side. .
また、本発明の請求項7に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項5記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、蓄冷器側およびパルス管側でガス流路開口率(=ガス流路断面積/全断面積)が一定となるように空間内熱交換部材が配置された熱交換器であることを特徴とする。
The pulse tube refrigerator of the invention according to claim 7 of the present invention is
In the pulse tube refrigerator according to claim 5,
The heat exchanger is a heat exchanger in which an in-space heat exchange member is arranged so that the gas channel opening ratio (= gas channel cross-sectional area / total cross-sectional area) is constant on the regenerator side and the pulse tube side. It is characterized by being.
また、本発明の請求項8に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項2〜請求項7の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記空間内熱交換部材は、断面矩形状または断面三角形状の中実体である線状部材とすることを特徴とする。
The pulse tube refrigerator of the invention according to claim 8 of the present invention is
In the pulse tube refrigerator according to any one of
The in-space heat exchange member is a linear member that is a solid body having a rectangular cross section or a triangular cross section.
また、本発明の請求項9に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項2〜請求項7の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記空間内熱交換部材は、断面正弦波状、断面三角波状または断面矩形波状の板である波状部材とし、複数の空間内熱交換部材が一体に形成されることを特徴とする。
Moreover, the pulse tube refrigerator of the invention according to claim 9 of the present invention,
In the pulse tube refrigerator according to any one of
The in-space heat exchanging member is a corrugated member that is a plate having a sinusoidal section, a triangular section, or a rectangular section, and a plurality of in-space heat exchanging members are integrally formed.
また、本発明の請求項10に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項2〜請求項7の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記空間内熱交換部材は、中空の管状部材とすることを特徴とする。
The pulse tube refrigerator of the invention according to claim 10 of the present invention is
In the pulse tube refrigerator according to any one of
The in-space heat exchange member is a hollow tubular member.
また、本発明の請求項11に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項1記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、ピン形状の空間内熱交換部材が、蓄冷器側とパルス管側との流路方向と略鉛直方向に突出するように複数設けられた熱交換器であることを特徴とする。
Moreover, the pulse tube refrigerator of the invention according to claim 11 of the present invention is
The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein
The heat exchanger is a heat exchanger provided with a plurality of pin-shaped in-space heat exchange members so as to protrude in a substantially vertical direction with respect to the flow path direction on the regenerator side and the pulse tube side. To do.
また、本発明の請求項12に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項11記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、ピン形状の多数の空間内熱交換部材が均等平行並列配列により配置されて、格子状流路が形成されることを特徴とする。
A pulse tube refrigerator of the invention according to claim 12 of the present invention is
The pulse tube refrigerator according to claim 11, wherein
The heat exchanger is characterized in that a large number of pin-shaped heat exchange members in a space are arranged in a parallel and parallel arrangement to form a lattice flow path.
また、本発明の請求項13に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項11記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、ピン形状の多数の空間内熱交換部材が千鳥配列により配置されて、あみだ状流路が形成されることを特徴とする。
A pulse tube refrigerator of the invention according to claim 13 of the present invention is
The pulse tube refrigerator according to claim 11, wherein
The heat exchanger is characterized in that a large number of pin-shaped in-space heat exchange members are arranged in a staggered arrangement to form a worm-like flow path.
また、本発明の請求項14に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項11記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、ピン形状の多数の空間内熱交換部材が一定開口率配列により配置されて、蓄冷器側およびパルス管側でガス流路開口率(=ガス流路断面積/全断面積)が一定の流路として形成されることを特徴とする。
The pulse tube refrigerator of the invention according to claim 14 of the present invention is
The pulse tube refrigerator according to claim 11, wherein
In the heat exchanger, a number of pin-shaped heat exchangers in the space are arranged in a constant aperture ratio arrangement, and the gas channel opening ratio (= gas channel cross-sectional area / total cross-sectional area) on the regenerator side and the pulse tube side. ) Is formed as a constant flow path.
また、本発明の請求項15に係る発明のパルス管冷凍機は、
請求項11〜請求項14の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記空間内熱交換部材は、円柱、多角柱、円錐、または、多角錘によるピン形状であることを特徴とする。
A pulse tube refrigerator of the invention according to claim 15 of the present invention is
In the pulse tube refrigerator according to any one of claims 11 to 14,
The in-space heat exchanging member has a pin shape of a cylinder, a polygonal column, a cone, or a polygonal pyramid.
本発明は、コールドヘッドの折り返し空間にも熱交換器を設置して、最も低温の作動ガス(蓄冷器近傍の作動ガス)と積極的に熱交換を行い、かつ折り返し空間内のパルス管の流入口へ流れるまで作動ガスの膨張を抑える構成とした。
このような本発明によれば、折り返し空間内の最低温の作動ガスとの熱交換を行うとともに、可能な限り作動ガスの膨張を抑制することでコールドヘッド内で生じていた熱的ロスを大幅に減少させ、大幅に性能を向上させたU字リターン型のパルス管冷凍機を提供することができる。
In the present invention, a heat exchanger is also installed in the folding space of the cold head to actively exchange heat with the coldest working gas (working gas in the vicinity of the regenerator), and the flow of the pulse tube in the folding space. It was set as the structure which suppresses expansion | swelling of working gas until it flows into an inlet_port | entrance.
According to the present invention as described above, heat exchange with the coldest working gas in the folded space is performed, and the thermal loss generated in the cold head is greatly reduced by suppressing the expansion of the working gas as much as possible. Therefore, it is possible to provide a U-shaped return type pulse tube refrigerator that is greatly reduced in performance.
続いて、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しつつ説明する。本形態では、図14のパルス管冷凍機100のうちコールドヘッド40に改良を施した点が新規である。以下、このコールドヘッド40を中心に説明し、他の箇所は従来技術の説明と同様であるとしてその重複する説明を省略する。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is novel in that the
図1は本形態のパルス管冷凍機のコールドヘッド付近の概略図である。本形態は請求項1,2に係る発明に関するものである。本形態では、熱交換器を折り返し空間42内に設ける。この熱交換器は、コールドヘッド40の伝導ブロック41に複数(図1では五つ)の空間内熱交換部材44をネジ締結・ロー付け・溶接により熱伝導性を確保した上で取り付け、または、伝導ブロック41と一体形成することで設ける。このような熱交換器では、コールドヘッド40内の流路である折り返し空間42内に、蓄冷器30側とパルス管50側との間で連通し、作動ガスが流れる流路45も複数(図1では六つ)形成される。一つの流路45は、隣接する二個の空間内熱交換部材44および伝導ブロック42により仕切られて略直線状に形成される。空間内熱交換部材44の材料は、良伝導性の銅が一般的である。これら空間内熱交換部材44は、上側は勿論のこと下側も、蓄冷器30、低温熱交換器43および伝導ブロック41に表面が接触し、熱的に接続されている。なお、この下側では空間内熱交換部材44が蓄冷器30および低温熱交換器43に熱的に接続されないようにしても良く、図示しないが空間内熱交換部材44は、伝導ブロック41の上側のみ表面が接触して熱的に接続され、下側では若干の隙間を有するような構造とすることも可能である。
FIG. 1 is a schematic view of the vicinity of the cold head of the pulse tube refrigerator of this embodiment. This embodiment relates to inventions according to
このような折り返し空間42では蓄冷器30の出口直後の最低温ガスから、僅かに温度上昇したパルス管50入口の低温ガスまで、空間内熱交換部材44に接触し、折り返し空間42の全領域で強制的に作動ガスとの間で熱交換を行う。このようにコールドヘッド40全体で熱交換を行うことができる。
本形態では、コールドヘッド40内部全体の平均温度で熱交換することが可能となり、かつ作動ガス温度の急激な温度変化を抑えることが可能となる。その結果、従来技術のようにパルス管50の入口近傍の温度のみで熱交換する場合に比べて、コールドヘッド40をより温度低下させることができるとともに、仕様温度の冷凍出力も向上する。
In such a folding space 42, from the lowest temperature gas immediately after the outlet of the regenerator 30 to the low temperature gas at the inlet of the pulse tube 50 that has slightly increased in temperature, it contacts the
In this embodiment, heat exchange can be performed at the average temperature of the entire inside of the
続けて本形態のより具体的な形態について説明する。図2は本形態のパルス管冷凍機のコールドヘッドの空間内熱交換部材の配置説明図である。本形態は請求項3に係る発明に関するものである。本形態はコールドヘッド40の折り返し空間42内に複数の線状(棒状)の空間内熱交換部材44を設置し、作動ガスが流れる流路45を形成する。特に蓄冷器30側およびパルス管50側で流路間隔が同一間隔となるように空間内熱交換部材44をそれぞれ平行に配置している。例えば、間隔aの空間内熱交換部材44と間隔bの流路45とを交互に配置した平行等間隔配置により熱交換器を形成している。
Next, a more specific form of this embodiment will be described. FIG. 2 is an explanatory view of the arrangement of the heat exchange members in the space of the cold head of the pulse tube refrigerator of the present embodiment. This embodiment relates to an invention according to claim 3. In this embodiment, a plurality of linear (bar-shaped) in-space
なお、図1,図2で示すように、蓄冷器30は直径が大きく、また、パルス管50は直径が小さいため、空間内熱交換部材44を平行に配列するためには、複数列に並ぶ空間内熱交換部材44のうち、外側は空間内熱交換部材44を流路方向に短く、また、内側は空間内熱交換部材44を流路方向に長く形成する必要がある。空間内熱交換部材44の材料は、良伝導性の銅が一般的である。これら空間内熱交換部材44は、下側でも蓄冷器30、低温熱交換器43および伝導ブロック41に表面が接触し、熱的に接続されている。なお、図示しないが空間内熱交換部材44は、伝導ブロック41の上側のみ表面が接触して熱的に接続され、下側では隙間を有して熱的に接続されないようにしても良い。
1 and 2, since the regenerator 30 has a large diameter and the pulse tube 50 has a small diameter, in order to arrange the
本形態では流路間隔を一定にしてコールドヘッド40内部の圧力損失を低減し、パルス管冷凍機100全体の効率向上に寄与する。また、間隔aの空間内熱交換部材44と間隔bの流路45とを交互に配置し熱交換器では、例えば、フライス盤により直径bのエンドミルにより流路45を切削して伝導ブロック41と一体に形成できるなどの利点が見込め、製作が容易である。
In this embodiment, the flow path interval is made constant, the pressure loss inside the
続いて、他の形態について説明する。図3は本形態のパルス管冷凍機のコールドヘッドの空間内熱交換部材の配置説明図である。本形態は請求項4に係る発明に関するものである。本形態もコールドヘッド40の折り返し空間42内に複数の棒状の空間内熱交換部材44を設置し、作動ガスが流れる流路45を形成する。特に蓄冷器30側およびパルス管50側で複数列に並ぶ空間内熱交換部材44のうち、長い流路45では流路間隔が狭く、また、短い流路45では流路間隔が広くなるように空間内熱交換部材44を配置するものである。
Subsequently, another embodiment will be described. FIG. 3 is an explanatory view of the arrangement of the heat exchange members in the space of the cold head of the pulse tube refrigerator of the present embodiment. This embodiment relates to an invention according to claim 4. Also in this embodiment, a plurality of rod-shaped in-space
例えば、先に説明したが、図1,図2で示すように、蓄冷器30は直径が大きく、また、パルス管50は直径が小さいため、空間内熱交換部材44を平行に配列するためには、複数列に並ぶ空間内熱交換部材44のうち、外側は空間内熱交換部材44を流路方向に短く、また、内側は空間内熱交換部材44を流路方向に長く形成する必要がある。この場合、流路が長い内側では狭くまた流路が短い外側では広くなるように配置したものである。配置には無数あるが、例えば、流路45の間隔がb,1.2b,1.4b,1.6bの流路45となるように間隔aの空間内熱交換部材44を平行配置したものである。
For example, as described above, as shown in FIGS. 1 and 2, the regenerator 30 has a large diameter and the pulse tube 50 has a small diameter, so that the in-space
空間内熱交換部材44の材料は、良伝導性の銅が一般的である。これら空間内熱交換部材44は、下側では蓄冷器30、低温熱交換器43および伝導ブロック41に表面が接触し、熱的に接続されている。なお、図示しないが空間内熱交換部材44は、伝導ブロック41の上側のみ表面が接触して熱的に接続され、下側では隙間を有して熱的に接続されないようにしても良い。
The material of the in-space
このような本形態では、空間内熱交換部材44による流路間隔を調整することで各流路45(部材間)の流体抵抗を等しくして、パルス管50への流入時の流れの偏りをなくす構造である。続いてこのような流れの偏りをなくす原理について解析的に説明する。
一般的に一方向流れの管路の圧力損失は、流体抵抗係数R、ガス密度ρ、管摩擦抵抗λ、管路の水力直径d、管路長さLおよび流速vを用いて以下の式で表される。
In this embodiment, the flow resistance between the flow paths 45 (between the members) is made equal by adjusting the flow path spacing between the
Generally, the pressure loss of a one-way flow pipe is expressed by the following equation using the fluid resistance coefficient R, gas density ρ, pipe friction resistance λ, pipe hydraulic diameter d, pipe length L, and flow velocity v. expressed.
また、管路の合流が生じる場合の圧力損失は、損失係数ζ(合流時の管路の角度や合流前後の流量比にて決まる係数)を用いて以下の式で表される。 Further, the pressure loss when the joining of the pipes occurs is expressed by the following expression using a loss coefficient ζ (a coefficient determined by the pipe angle at the time of joining and the flow rate ratio before and after joining).
続いて、以上の表記を用いて図を参照しつつ説明する。図4は流体抵抗の説明図であり、図4(a)は等断面積の合流管の模式図、図4(b)は等断面積の直管の模式図、図4(c)は合流管の等価回路図、図4(d)は直管の等価回路図である。図4(a),(b)では、例えば、管路径が全て等しく、直管の長さLに対して、合流管の長さをそれぞれL/2とする。また、出口流速vを一定とし、合流前の二本の管の入口流速をv/2で等しいとした場合、上記数2のζは約0.5程度になる。直管の流体抵抗R0は上記数1より、以下のようになる。
Then, it demonstrates, referring a figure using the above description. 4A and 4B are explanatory diagrams of fluid resistance. FIG. 4A is a schematic diagram of a confluent pipe having an equal cross-sectional area, FIG. 4B is a schematic diagram of a straight pipe having an equal cross-sectional area, and FIG. FIG. 4 (d) is an equivalent circuit diagram of a straight pipe. 4A and 4B, for example, the pipe diameters are all equal, and the length of the merged pipe is set to L / 2 with respect to the length L of the straight pipe. Further, when the outlet flow velocity v is constant and the inlet flow velocities of the two pipes before joining are equal to v / 2, the ζ of the
合流管の合成抵抗R’はまとめると以下の式で表される。 The combined resistance R ′ of the junction tube is collectively expressed by the following equation.
これらR0とR’が等しい場合、両者の流体抵抗が同じになり、出口側の流速が等しいとしたときに矛盾が生じない。上記数3と上記数4より、以下の関係が導出される。 When these R 0 and R ′ are equal, the fluid resistance of both is the same, and no contradiction arises when the flow rates on the outlet side are equal. From Equation 3 and Equation 4, the following relationship is derived.
摩擦係数λ=0.01とした場合、上記数5よりL/d=33.3となる。ここでL/d<33.3となる場合、合流管側の流体抵抗R’の方が大きくなる。すなわち、パルス管50側出口を基準にみた場合の各流路抵抗を等しくするためには合流管側の流路間隔(水力直径)を大きくして流体抵抗R’を小さくしてやる必要がある。逆にL/d>33.3となる場合は直管の流体抵抗R0の方が大きくなるため、相対的に直管側の流路間隔を大きくして流体抵抗を小さくしてやれば良い。
一般的には、長さL、径dおよび摩擦係数λの関係がL/d<1/(3λ)の場合は空間内熱交換部材の間隔を内側(直管側)で狭く、外側(合流管側)に向かって徐々に広く設置し、L/d>1/(3λ)の場合は空間内熱交換部材の間隔を内側(直管側)で広く、外側(合流管側)に向かって徐々に狭く設置してコールドヘッドを構成することが望ましい。
(ex.L=20mm、d=1mmならば、L/d=20<33.3となって合流管側の流体抵抗R’の方が大きいため、合流管側の流路間隔を広く取って合流管側の流体抵抗R’を小さくして調整する必要がある。)
When the friction coefficient λ = 0.01, L / d = 33.3 is obtained from the above equation (5). Here, when L / d <33.3, the fluid resistance R ′ on the merging pipe side is larger. That is, in order to make each flow resistance equal when viewed from the outlet on the pulse tube 50 side, it is necessary to increase the flow channel interval (hydraulic diameter) on the merge tube side to reduce the fluid resistance R ′. Conversely, when L / d> 33.3, the fluid resistance R 0 of the straight pipe becomes larger, so it is only necessary to relatively increase the flow path distance on the straight pipe side to reduce the fluid resistance.
In general, when the relationship between the length L, the diameter d, and the friction coefficient λ is L / d <1 / (3λ), the space between the heat exchange members in the space is narrow on the inner side (straight pipe side) and the outer side (merging) When L / d> 1 / (3λ), the space between the heat exchange members in the space is wide on the inner side (straight pipe side) and toward the outer side (merging pipe side). It is desirable to configure the cold head by gradually installing it narrowly.
(If ex. L = 20 mm, d = 1 mm, L / d = 20 <33.3, and the fluid resistance R ′ on the merging tube side is larger. (It is necessary to adjust by reducing the fluid resistance R ′ on the confluence pipe side.)
このように流路45の流路間隔を調整することで各流路45(部材間)の流体抵抗を等しくして、パルス管50への流入時の流れの偏りをなくし、作動ガスを効率的に通流させることができる。このような配置としても良い。 In this way, by adjusting the channel spacing of the channels 45, the fluid resistance of each channel 45 (between members) is made equal to eliminate the uneven flow when flowing into the pulse tube 50, and the working gas can be efficiently used. Can be passed through. Such an arrangement may be adopted.
続いて、他の形態について説明する。図5は本形態のパルス管冷凍機のコールドヘッドの空間内熱交換部材の配置説明図である。本形態は請求項1,5,6に係る発明に関するものである。本形態では熱交換器は、線状(棒状)で全長にわたり部材間隔が等しい空間内熱交換部材44を、パルス管50側を中心に放射状に複数設け、隣接する二個の空間内熱交換部材44により形成される流路45を複数備える熱交換器である。さらに流路間隔が一定割合で変化し、蓄冷器30側では流路45の間隔が広く、また、パルス管50側では流路45の間隔が狭くなるように同じ長さの空間内熱交換部材44を複数配置した熱交換器である。
空間内熱交換部材44の材料は、良伝導性の銅が一般的である。これら空間内熱交換部材44は、下側では蓄冷器30、低温熱交換器43および伝導ブロック41に表面が接触し、熱的に接続されている。なお、図示しないが空間内熱交換部材44は、伝導ブロック41の上側のみ表面が接触して熱的に接続され、下側では隙間を有して熱的に接続されないようにしても良い。
Subsequently, another embodiment will be described. FIG. 5 is an explanatory view of the arrangement of the heat exchange members in the space of the cold head of the pulse tube refrigerator of the present embodiment. This embodiment relates to the inventions according to claims 1, 5, and 6. In this embodiment, the heat exchanger is provided with a plurality of in-space
The material of the in-space
本形態では、流路45が蓄冷器30側では流路が広く、またパルス管50側では流路が狭くなるように空間内熱交換部材44をパルス管側から放射状に配置した放射状配置である。これにより、全ての流路の流体抵抗が同等となる。したがって、流れの偏りが改善されて、全体の熱交換効率を向上することができる。
In this embodiment, the flow path 45 is a radial arrangement in which the
続いて、他の形態について説明する。図6本形態のパルス管冷凍機のコールドヘッドの空間内熱交換部材の配置説明図である。本形態は請求項1,5,7に係る発明に関するものである。本形態では熱交換器は、線状(棒状)で一定割合で部材間隔が変化する空間内熱交換部材44を、パルス管50側を中心に放射状に複数設けて、隣接する二個の空間内熱交換部材44により、作動ガスが流れる流路45が複数形成された熱交換器である。さらに蓄冷器30側およびパルス管50側でガス流路開口率(=ガス流路断面積/全断面積)が一定の流路45となるように空間内熱交換部材44を配置した熱交換器である。
空間内熱交換部材44の材料は、良伝導性の銅が一般的である。これら空間内熱交換部材44は、下側では、蓄冷器30、低温熱交換器43および伝導ブロック41に表面が接触し、熱的に接続されている。なお、図示しないが空間内熱交換部材44は、伝導ブロック41の上側のみ表面が接触して熱的に接続され、下側では隙間を有して熱的に接続されないようにしても良い。
Subsequently, another embodiment will be described. 6 is an arrangement explanatory diagram of the heat exchange member in the space of the cold head of the pulse tube refrigerator of the present embodiment. This embodiment relates to the inventions according to claims 1, 5 and 7. In this embodiment, the heat exchanger is provided with a plurality of in-space
The material of the in-space
特に本形態では、図6でも明らかなように、蓄冷器40側では流路間隔が広い流路45が、パルス管50側へ進むにつれて流路間隔が狭くなるようにするため、蓄冷器40側からパルス管50側へ進むにつれて一定割合で部材間隔が狭くなるような空間内熱交換部材44をパルス管50側から放射状に配置した一定開口率配置である。
このような本形態では、全ての流路45の流体抵抗が同等となることに加えて、流路45の絞りが一定(=流体抵抗の変化率が一定)となる。したがって、コールドヘッド40内部の圧力損失を低減することで、パルス管冷凍機100全体の効率向上に寄与する。
In particular, in this embodiment, as clearly shown in FIG. 6, the flow path 45 having a wide flow path interval on the
In this embodiment, in addition to the fluid resistances of all the flow paths 45 being equal, the restriction of the flow paths 45 is constant (= the rate of change in fluid resistance is constant). Therefore, reducing the pressure loss inside the
続いて、先に説明した空間内熱交換部材の具体的な構造を説明する。図7はコールドヘッドの空間内熱交換部材の構造図であり、図7(a)は矩形部材の断面構造図、図7(b)は三角形部材の断面構造図である。本形態は請求項8に係る発明に関するものである。伝導ブロック41の上面に複数の長尺の空間内熱交換部材44が設けられている。取付けはロー付けなどによる接着・ネジ等締結部材による取付けや、伝導ブロック41と空間内熱交換部材44とを一体的構造としても良く、熱伝導性が確保された状態で固着される。
Then, the specific structure of the heat exchange member in space demonstrated previously is demonstrated. FIG. 7 is a structural diagram of the heat exchange member in the space of the cold head, FIG. 7A is a sectional structural view of a rectangular member, and FIG. 7B is a sectional structural view of a triangular member. This embodiment relates to an invention according to claim 8. A plurality of elongated in-space
空間内熱交換部材44の形状パラメータのうち熱交換性能に関係する主要なパラメータは、空間内熱交換部材44の長さが一定の場合は水力直径である。流体抵抗と熱伝達率とのトレードオフによりパルス管冷凍機100の性能が左右されるため、最適な水力直径を選択することが好ましい。そこで、空間内熱交換部材44を図7(a)のように断面形状が矩形の中実体である矩形部材や、図7(b)のように断面形状が三角形の中実体である三角形部材とし、さらに空間内熱交換部材44の肉厚や、流路45の間隔を調整することで、最適な流体抵抗と熱伝達率に選択する。なお、線状部材の例として矩形部材・三角形部材を例に掲げて説明したが、図示しないが断面形状が台形状というように他の断面形状の線状部材を採用しても良い。
Of the shape parameters of the in-space
続いて、先に説明した熱交換部材の他の具体的な構造を説明する。図8はコールドヘッドの空間内熱交換部材の構造図であり、図8(a)は正弦波状板の空間内熱交換部材の断面構造図、図8(b)は矩形波状板の空間内熱交換部材の断面構造図である。本形態は請求項9に係る発明に関するものである。本形態の空間内熱交換部材44は、断面正弦波状、断面三角波状または断面矩形波状の板である波状部材を採用している。
Then, the other specific structure of the heat exchange member demonstrated previously is demonstrated. FIG. 8 is a structural diagram of the heat exchange member in the space of the cold head, FIG. 8 (a) is a cross-sectional structure diagram of the heat exchange member in the space of the sine wave plate, and FIG. 8 (b) is the heat in the space of the rectangular wave plate. It is sectional structure drawing of an exchange member. This embodiment relates to an invention according to claim 9. The in-space
図8(a)は良伝導性(例えば銅)の薄板に曲げ加工を施して形成した正弦波状板の山部を複数の接続層46により伝導ブロック41の上面に固着したものである。この場合一つの空間内熱交換部材44は個々の山であり、複数の空間内熱交換部材44が一体に形成された状態である。このような熱交換器では、伝導ブロック41と空間内熱交換部材44とで閉じた流路が形成され、また、空間内熱交換部材44と図示しない伝導ブロック41の下面(蓄冷器30・低温熱交換43も含む)により閉じた流路が形成されている。取付けはロー付けなどによる接着により接続層46を形成して行う。なお、正弦波状部材に代えて、図示しないが、三角波状部材を採用することもできる。
FIG. 8A shows a structure in which a crest portion of a sinusoidal plate formed by bending a thin plate of good conductivity (for example, copper) is fixed to the upper surface of the conductive block 41 by a plurality of connection layers 46. In this case, one space
図8(b)は良伝導性(例えば銅)の薄板に曲げ加工を施して形成した矩形波状板の山部を接続層46により伝導ブロック41に固着したものである。この場合、一つの空間内熱交換部材44は個々の凸辺が対応し、複数の空間内熱交換部材44が一体に形成されている。熱交換器では空間内熱交換部材44と図示しない伝導ブロック41の下面(蓄冷器30・低温熱交換43も含む)により閉じた流路が形成されている。接続層46の取付けはロー付けなどによる接着により接続層46を形成して行う。
これらのような本形態によれば、安価な構成であり、また、作動ガスと接触する表面積の増大も図れ、冷却効果を高めることができる。
FIG. 8B is a diagram in which a peak portion of a rectangular corrugated plate formed by bending a thin plate of good conductivity (for example, copper) is fixed to the conductive block 41 by a connection layer 46. In this case, each convex side corresponds to one in-space
According to the present embodiment as described above, the structure is inexpensive, the surface area in contact with the working gas can be increased, and the cooling effect can be enhanced.
続いて、先に説明した熱交換部材の他の具体的な構造を説明する。図9はコールドヘッドの楕円管の空間内熱交換部材の断面構造図である。本形態は請求項10に係るものである。本形態では空間内熱交換部材44は、中空の管状部材である。図9は良伝導性(例えば銅)の円管に潰し加工を施した楕円管状部材の空間内熱交換部材44としている。これら空間内熱交換部材44の頂部を接続層46により伝導ブロック41に固着し、多数並べて熱交換器を形成する。この場合、空間内熱交換部材44の管内には閉じた流路が形成されている。接続層46の取付けはロー付けなどによる接着により接続層46を形成して行う。
Then, the other specific structure of the heat exchange member demonstrated previously is demonstrated. FIG. 9 is a cross-sectional view of the heat exchange member in the space of the elliptical tube of the cold head. This embodiment relates to claim 10. In this embodiment, the in-space
これらのように製作することで、単一のブロック材料に切削等の加工にて空間内熱交換部材44を製作する場合よりも安価に製作することができる。また、切削やワイヤーカットなどの機械加工では、加工できる空間内熱交換部材44の肉厚や隙間に限界があり、必要な表面積が確保できない場合がある。しかし、この方法では、空間内熱交換部材44の肉厚や隙間を自由にとることが可能となり、設計時に自由度が増し、最適設計が可能となる。
By manufacturing in this way, it is possible to manufacture the single block material at a lower cost than when the in-space
続いて、格子状に流路を形成する熱交換部材の構造を説明する。図10は本形態のパルス管冷凍機のコールドヘッドの空間内熱交換部材の配置説明図である。本形態は請求項11,12に係る発明に関するものである。本形態では、ピン形状の空間内熱交換部材44を、蓄冷器30側とパルス管50側との流路方向と略鉛直方向に突出するように複数設けた熱交換器である。さらに、熱交換器は、ピン形状の多数の空間内熱交換部材44を均等平行並列配列により配置して形成し、この多数の空間内熱交換部材44により流路が縦横に伸びる格子状流路(井柄状の流路)となる。
ピン形状にすることで、積極的に渦を誘起して熱伝達率を向上させることができる。
Then, the structure of the heat exchange member which forms a flow path in a grid | lattice form is demonstrated. FIG. 10 is an explanatory view of the arrangement of the heat exchange members in the space of the cold head of the pulse tube refrigerator of the present embodiment. This embodiment relates to the inventions according to claims 11 and 12. In this embodiment, a plurality of pin-shaped in-space
By using a pin shape, it is possible to positively induce vortices and improve the heat transfer coefficient.
続いて、他の格子状に流路を形成する熱交換部材の構造を説明する。図11は本形態のパルス管冷凍機のコールドヘッドの空間内熱交換部材の構造図である。本形態は請求項11,13に係る発明に関するものである。本形態では、ピン形状の空間内熱交換部材44を、蓄冷器30側とパルス管50側との流路方向と略鉛直方向に突出するように複数設けた熱交換器である。さらに、熱交換器は、ピン形状の多数の空間内熱交換部材44を千鳥配列により配置して熱交換器を形成し、この多数の空間内熱交換部材44により流路があみだ状に伸びるあみだ状流路としている。
この場合もピン形状にすることで、積極的に渦を誘起して熱伝達率を向上させることができる。また、並行並列に配置するよりも乱流が促進されて、さらに熱伝達率を向上させることができる。
Then, the structure of the heat exchange member which forms a flow path in another grid | lattice form is demonstrated. FIG. 11 is a structural diagram of the in-space heat exchange member of the cold head of the pulse tube refrigerator of this embodiment. This embodiment relates to inventions according to
In this case as well, by forming a pin shape, it is possible to positively induce vortices and improve the heat transfer coefficient. Moreover, turbulent flow is promoted more than arranging in parallel, and the heat transfer rate can be further improved.
続いて、他の格子状に流路を形成する熱交換部材の構造を説明する。図12は本形態のパルス管冷凍機のコールドヘッドの空間内熱交換部材の配置説明図である。本形態は請求項11,14に係る発明に関するものである。本形態では、ピン形状の空間内熱交換部材44を、蓄冷器30側とパルス管50側との流路方向と略鉛直方向に突出するように複数設けた熱交換器である。さらに、図12に示すように、熱交換器の空間内熱交換部材44は、蓄冷器30側では辺が大きい正方形ピンとして、また、パルス管50側では辺が小さい正方形ピンとして放射状に配置され、ピン形状の多数の空間内熱交換部材44を一定開口率配列により配置して流路が蓄冷器30側およびパルス管50側でガス流路開口率(=ガス流路断面積/全断面積)が一定の流路となるように流路間隔を変化させた一定開口率配列である。なお、二個の空間内熱交換部材44結ぶ線上に図示しない多数の空間内熱交換部材44を配置しても良い。
これにより、折り返し空間42に同一流路長さを持つようにパルス管50側から放射状に配置することで、全ての流路45の流体抵抗が同等となることに加えて、流路45の絞りが一定(=流体抵抗の変化率が一定)となる。したがって、コールドヘッド40内部の圧力損失を低減することで、パルス管冷凍機100全体の効率向上に寄与する。
Then, the structure of the heat exchange member which forms a flow path in another grid | lattice form is demonstrated. FIG. 12 is an explanatory view of the arrangement of the heat exchange members in the space of the cold head of the pulse tube refrigerator of this embodiment. This embodiment relates to the inventions according to claims 11 and 14. In this embodiment, a plurality of pin-shaped in-space
As a result, the flow resistances of all the flow paths 45 are equalized by arranging them radially from the side of the pulse tube 50 so as to have the same flow path length in the folded space 42. Becomes constant (= change rate of fluid resistance is constant). Therefore, reducing the pressure loss inside the
続いて、これらピン形状の熱交換部材の構造を説明する。図13はコールドヘッドの空間内熱交換部材の構造図であり、図13(a)は円柱状の空間内熱交換部材の斜視図、図13(b)は多角柱状の空間内熱交換部材の斜視図、図13(c)は円錐状の空間内熱交換部材の斜視図、図13(d)は多角錘状の空間内熱交換部材の斜視図である。
同一のブロック材料に切削等の加工を施して上側の伝導ブロック41と空間内熱交換部材44とを一体に切り出して製作する場合、加工限度とコストの兼ね合いにより空間内熱交換部材44は直方体のような形状に限定される。しかし、伝導ブロック41にピン形状の空間内熱交換部材44を直接打ち付けたり、ロー付けしたりする場合のピン形状は円柱、円錐、多角柱など多数選択することが可能である。これにより、乱流の促進・流体抵抗の調整等が可能となり、選択肢を広げることができる。
Next, the structure of these pin-shaped heat exchange members will be described. FIG. 13 is a structural diagram of the heat exchange member in the space of the cold head, FIG. 13 (a) is a perspective view of the cylindrical heat exchange member in the space, and FIG. 13 (b) is a view of the heat exchange member in the polygonal column shape. FIG. 13C is a perspective view of a conical space heat exchange member, and FIG. 13D is a perspective view of a polygonal pyramid heat exchange member.
When the upper conductive block 41 and the in-space
以上本発明について説明した。これら発明では何れも、コールドヘッドの折り返し空間にも熱交換器を設置して、最も低温の作動ガスと積極的に熱交換を行い、かつ作動ガスの膨張を押さえた構成にしたため、折り返し空間内の最低温の作動ガスとの熱交換を行うとともに、可能な限り作動ガスの膨張を抑制して、コールドヘッド内で生じていた熱的ロスを大幅に低減して、大幅に性能を向上させることができる。 The present invention has been described above. In any of these inventions, a heat exchanger is also installed in the folding space of the cold head to actively exchange heat with the coldest working gas and suppress the expansion of the working gas. Exchanging heat with the coldest working gas at the same time, suppressing the expansion of working gas as much as possible, greatly reducing the thermal loss that has occurred in the cold head, and greatly improving performance Can do.
100:パルス管冷凍機
10:圧縮機
11:シリンダ
12:ピストン
20:アフタークーラ
21:熱交換器
22:放熱器
30:蓄冷器
40:コールドヘッド
41:伝導ブロック
42:折り返し空間
43:低温熱交換器
44:空間内熱交換部材
45:流路
46:接続層
50:パルス管
60:高温端
61:高温熱交換器
62:高温放熱器
70:位相制御部
71:イナータンスチューブ
72:バッファタンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Pulse tube refrigerator 10: Compressor 11: Cylinder 12: Piston 20: After cooler 21: Heat exchanger 22: Radiator 30: Regenerator 40: Cold head 41: Conduction block 42: Turn-back space 43: Low-temperature heat exchange Unit 44: Heat exchange member in space 45: Flow path 46: Connection layer 50: Pulse tube 60: High temperature end 61: High temperature heat exchanger 62: High temperature radiator 70: Phase control unit
71: Inertance tube 72: Buffer tank
Claims (15)
コールドヘッドの折り返し空間内に形成される熱交換器と、
蓄冷器側とパルス管側との間で連通させるように、熱交換器とコールドヘッドとにより分割形成される流路と、
を備えることを特徴とするパルス管冷凍機。 A compressor, a regenerator, a cold head, a pulse tube, and a phase control unit are connected so that the regenerator, the cold head, and the pulse tube are connected in a substantially U shape to form a U-shaped return type flow path. In the U-shaped return type pulse tube refrigerator that generates cold in the cold head by heat exchange with the working gas flowing through the return type flow path,
A heat exchanger formed in the folding space of the cold head;
A flow path divided and formed by the heat exchanger and the cold head so as to communicate between the regenerator side and the pulse tube side;
A pulse tube refrigerator comprising:
前記熱交換器は、線状の空間内熱交換部材が、蓄冷器側とパルス管側との流路方向と略平行に複数設けられ、隣接する二個の空間内熱交換部材およびコールドヘッドにより略直線状の流路が複数形成される熱交換器であることを特徴とするパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein
In the heat exchanger, a plurality of linear space heat exchange members are provided substantially in parallel with the flow passage directions on the regenerator side and the pulse tube side, and two adjacent space heat exchange members and a cold head are used. A pulse tube refrigerator characterized by being a heat exchanger in which a plurality of substantially linear flow paths are formed.
前記熱交換器は、蓄冷器側およびパルス管側で流路間隔が同一間隔となるように、空間内熱交換部材が配置された熱交換器であることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 2,
The pulse tube refrigerator, wherein the heat exchanger is a heat exchanger in which an in-space heat exchange member is arranged so that the flow path interval is the same on the regenerator side and the pulse tube side.
前記熱交換器は、長い流路では流路間隔が狭く、また、短い流路では流路間隔が広くなるように、空間内熱交換部材が配置された熱交換器であることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 2,
The heat exchanger is a heat exchanger in which an in-space heat exchange member is arranged so that a flow path interval is narrow in a long flow path and a flow path interval is wide in a short flow path. Pulse tube refrigerator.
前記熱交換器は、線状の空間内熱交換部材が、パルス管側を中心に放射状に複数設けられ、隣接する二個の空間内熱交換部材およびコールドヘッドにより略直線状の流路が放射状に複数形成される熱交換器であることを特徴とするパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein
In the heat exchanger, a plurality of linear space heat exchange members are provided radially around the pulse tube side, and a substantially linear flow path is formed radially by two adjacent space heat exchange members and a cold head. A pulse tube refrigerator characterized in that a plurality of heat exchangers are formed.
前記熱交換器は、蓄冷器側では流路間隔が広く、また、パルス管側では流路間隔が狭くなるように、空間内熱交換部材が配置された熱交換器であることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 5,
The heat exchanger is a heat exchanger in which an in-space heat exchange member is arranged so that the flow path interval is wide on the regenerator side and the flow path interval is narrow on the pulse tube side. Pulse tube refrigerator.
前記熱交換器は、蓄冷器側およびパルス管側でガス流路開口率(=ガス流路断面積/全断面積)が一定となるように空間内熱交換部材が配置された熱交換器であることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 5,
The heat exchanger is a heat exchanger in which an in-space heat exchange member is arranged so that the gas channel opening ratio (= gas channel cross-sectional area / total cross-sectional area) is constant on the regenerator side and the pulse tube side. A pulse tube refrigerator characterized by being.
前記空間内熱交換部材は、断面矩形状または断面三角形状の中実体である線状部材とすることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to any one of claims 2 to 7,
The pulse heat exchanger according to claim 1, wherein the heat exchange member in the space is a linear member that is a solid body having a rectangular cross section or a triangular cross section.
前記空間内熱交換部材は、断面正弦波状、断面三角波状または断面矩形波状の板である波状部材とし、複数の空間内熱交換部材が一体に形成されることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to any one of claims 2 to 7,
The space heat exchange member is a corrugated member which is a plate having a sine wave shape, a triangular wave shape or a rectangular wave shape in cross section, and a plurality of heat exchange members in the space are integrally formed.
前記空間内熱交換部材は、中空の管状部材とすることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to any one of claims 2 to 7,
The in-space heat exchange member is a hollow tubular member.
前記熱交換器は、ピン形状の空間内熱交換部材が、蓄冷器側とパルス管側との流路方向と略鉛直方向に突出するように複数設けられた熱交換器であることを特徴とするパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein
The heat exchanger is a heat exchanger provided with a plurality of pin-shaped in-space heat exchange members so as to protrude in a substantially vertical direction with respect to the flow path direction on the regenerator side and the pulse tube side. Pulse tube refrigerator.
前記熱交換器は、ピン形状の多数の空間内熱交換部材が均等平行並列配列により配置されて、格子状流路が形成されることを特徴とするパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to claim 11, wherein
The heat exchanger is a pulse tube refrigerator in which a large number of pin-shaped heat exchange members in a space are arranged in a parallel and parallel arrangement to form a lattice flow path.
前記熱交換器は、ピン形状の多数の空間内熱交換部材が千鳥配列により配置されて、あみだ状流路が形成されることを特徴とするパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to claim 11, wherein
The heat exchanger is a pulse tube refrigerator characterized in that a large number of pin-shaped heat exchange members in a space are arranged in a staggered arrangement to form a worm-like flow path.
前記熱交換器は、ピン形状の多数の空間内熱交換部材が一定開口率配列により配置されて、蓄冷器側およびパルス管側でガス流路開口率(=ガス流路断面積/全断面積)が一定の流路として形成されることを特徴とするパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to claim 11, wherein
In the heat exchanger, a number of pin-shaped heat exchangers in the space are arranged in a constant aperture ratio arrangement, and the gas channel opening ratio (= gas channel cross-sectional area / total cross-sectional area) on the regenerator side and the pulse tube side. ) Is formed as a constant flow path.
前記空間内熱交換部材は、円柱、多角柱、円錐、または、多角錘によるピン形状であることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to any one of claims 11 to 14,
The in-space heat exchange member has a cylindrical shape, a polygonal column, a cone, or a pin shape with a polygonal pyramid.
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