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JP2699939B2 - Regenerator refrigerator - Google Patents

Regenerator refrigerator

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Publication number
JP2699939B2
JP2699939B2 JP7168403A JP16840395A JP2699939B2 JP 2699939 B2 JP2699939 B2 JP 2699939B2 JP 7168403 A JP7168403 A JP 7168403A JP 16840395 A JP16840395 A JP 16840395A JP 2699939 B2 JP2699939 B2 JP 2699939B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
regenerator
pipe
section
compression
expansion
Prior art date
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Application number
JP7168403A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH0921572A (en
Inventor
考晴 藤田
Original Assignee
株式会社移動体通信先端技術研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社移動体通信先端技術研究所 filed Critical 株式会社移動体通信先端技術研究所
Priority to JP7168403A priority Critical patent/JP2699939B2/en
Publication of JPH0921572A publication Critical patent/JPH0921572A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2699939B2 publication Critical patent/JP2699939B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1407Pulse-tube cycles with pulse tube having in-line geometrical arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1412Pulse-tube cycles characterised by heat exchanger details
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1421Pulse-tube cycles characterised by details not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1424Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir

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  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、作動ガスの圧縮、膨張
の繰り返しを利用して冷凍作用(極低温)を得るスター
リング冷凍機、パルス管冷凍機等の蓄冷器式冷凍機に関
するもので、超伝導体や、赤外線センサ等のセンサ類の
冷却に用いて好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a regenerator-type refrigerator such as a Stirling refrigerator or a pulse tube refrigerator that obtains a refrigerating action (extremely low temperature) by repeatedly compressing and expanding a working gas. It is suitable for cooling sensors such as superconductors and infrared sensors.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、蓄冷器式冷凍機の一種であるパル
ス管冷凍機は、特開平3−286967号公報等におい
て種々提案されており、その基本的構成は図8に示すよ
うに、圧縮部1、蓄冷器2、それらを連結させる配管
3、パルス管5、絞り弁6、バッファタンク7、および
冷却部8から構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of pulse tube refrigerators, which are a kind of regenerator refrigerators, have been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-2866967 and the like, and the basic structure thereof is shown in FIG. It comprises a unit 1, a regenerator 2, a pipe 3 connecting them, a pulse tube 5, a throttle valve 6, a buffer tank 7, and a cooling unit 8.

【0003】パルス管冷凍機には、作動ガス(He、N
2 、H2 、Ar、Ne等)が高圧(例えば1.5MP
a)で封入されており、この作動ガスが圧縮部1により
膨張、圧縮を繰り返すことにより、作動ガスが流路内で
微小に振動し、蓄冷器2や絞り弁6により、振動する作
動ガス変位と圧力変位との位相を制御することにより作
動ガスに仕事をさせ、冷却部(コールドヘッド)8に低
温を生成するものである。
[0003] A pulse tube refrigerator has a working gas (He, N).
2 , H 2 , Ar, Ne, etc.)
a), the working gas is repeatedly expanded and compressed by the compression unit 1, whereby the working gas vibrates minutely in the flow path, and the working gas displacement vibrated by the regenerator 2 and the throttle valve 6. The working gas is made to work by controlling the phase of pressure and pressure displacement, and a low temperature is generated in the cooling unit (cold head) 8.

【0004】ここで、冷凍の作動原理について簡単に説
明すると、流路内の作動ガスを便宜的に小さな単位(エ
レメント)の集合とみると、圧縮部1により流路内の作
動ガスに圧力波を加えると、作動ガスのエレメントは圧
力の変動に応じて流路内を微小に前進、後退する。作動
ガスのエレメントが前進するときは断熱圧縮されて温度
が上がる。そこで、作動ガスのエレメントはその熱を流
路管壁に伝えて温度を下げる。この状態で、作動ガスの
エレメントが後退すると、エレメントは断熱膨張になる
ので、エレメントの温度はさらに下がる。そこで、エレ
メントは流路管壁から熱を奪う。この流路管壁の熱は1
つ手前のエレメントが圧縮時に残したものである。この
ようにして、作動ガスのエレメント間でバケツリレーの
ように熱の輸送が行われる。蓄冷器2はエレメントと流
路管壁との間の熱交換を理想的に実現するもので、最終
的に冷却部8に低温を生成するものである。
Here, the working principle of refrigeration will be briefly described. For convenience, the working gas in the flow path is regarded as a set of small units (elements). Is added, the element of the working gas slightly advances and retreats in the flow path according to the fluctuation of the pressure. As the working gas element moves forward, it is adiabatically compressed and its temperature rises. Therefore, the working gas element transfers the heat to the flow channel tube wall to lower the temperature. In this state, when the element of the working gas recedes, the element undergoes adiabatic expansion, and the temperature of the element further decreases. The element then removes heat from the channel wall. The heat of the channel wall is 1
The previous element was left during compression. In this way, heat is transferred between the elements of the working gas like a bucket brigade. The regenerator 2 ideally realizes heat exchange between the element and the flow channel wall, and finally generates a low temperature in the cooling unit 8.

【0005】ところで、この種の冷凍機においては、圧
縮過程において圧縮部1で発生する圧縮熱が配管3、蓄
冷器2を通って冷凍機の冷却部8に流れ込み、冷凍性能
を劣化させる要因の一つとなっていた。そこで、従来技
術として、特公平2−52191号公報では、スターリ
ング冷凍機において、図9に示す構成のものが提案され
ている。この公報記載のものでは、圧縮部100で圧縮
された作動ガスの圧縮熱がクーラ101に放熱され、こ
のクーラ101を通過した作動ガスは蓄熱器102によ
り冷却された後、配管103を通り、膨張部104側の
蓄冷器105に流入する。この蓄冷器105で、作動ガ
スはさらに冷却され、その後に膨張部104の膨張ピス
トン106上部の空間107内に流入する。この空間1
07が膨張ピストン106の下降により拡大する過程
で、作動ガスが膨張して低温となる。
[0005] In this type of refrigerator, the heat of compression generated in the compression section 1 in the compression process flows into the cooling section 8 of the refrigerator through the pipe 3 and the regenerator 2 to cause deterioration of the refrigerating performance. Had become one. Then, as a prior art, Japanese Patent Publication No. 2-52191 proposes a Stirling refrigerator having a configuration shown in FIG. In this publication, the heat of compression of the working gas compressed by the compression unit 100 is radiated to the cooler 101, and the working gas passing through the cooler 101 is cooled by the regenerator 102, passes through the pipe 103, and expands. It flows into the regenerator 105 on the part 104 side. The working gas is further cooled by the regenerator 105 and thereafter flows into the space 107 above the expansion piston 106 of the expansion section 104. This space 1
As 07 expands as the expansion piston 106 descends, the working gas expands to a low temperature.

【0006】上記後者の公報記載のものによれば、圧縮
部100のクーラ101と配管103との間に、蓄熱器
102を追加設置することにより、圧縮部100で発生
した作動ガスの圧縮熱を配管103の入口で放熱させる
ことができる。
[0006] According to the latter publication, the heat of compression of the working gas generated in the compression unit 100 is reduced by additionally installing the regenerator 102 between the cooler 101 and the pipe 103 of the compression unit 100. Heat can be radiated at the inlet of the pipe 103.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記後者の公
報記載の従来構成では、圧縮部100による圧縮熱をク
ーラ101および蓄熱器102により取り除くことがで
きたとしても、その後に作動ガスはより流路断面積の小
さい配管103に流入し、この配管103内でさらに圧
縮され発熱するという問題がある。
However, in the conventional configuration described in the above-mentioned publication, even if the heat of compression by the compression section 100 can be removed by the cooler 101 and the regenerator 102, the working gas flows more thereafter. There is a problem that the gas flows into the pipe 103 having a small road cross-sectional area and is further compressed in the pipe 103 to generate heat.

【0008】また、配管103の流路径が小さいため、
作動ガスの粘性散逸による発熱も無視できない。さら
に、蓄熱器102を圧縮部100側に配設することによ
り、圧縮部100による圧縮不能な死容積が増大するこ
とになり、冷凍機の圧縮比が低下し、ひいては冷凍性能
の低下を招くことになる。
Further, since the flow path diameter of the pipe 103 is small,
Heat generation due to viscous dissipation of working gas cannot be ignored. Further, by disposing the heat storage unit 102 on the compression unit 100 side, the dead volume incompressible by the compression unit 100 increases, and the compression ratio of the refrigerator decreases, which leads to a decrease in refrigeration performance. become.

【0009】本発明は上記点に鑑み、圧縮部と膨張部と
を連結する配管自体において、作動ガスの熱を効果的に
放熱できる蓄冷器式冷凍機を提供することを目的とす
る。
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a regenerative refrigerator that can effectively radiate the heat of the working gas in the pipe itself connecting the compression section and the expansion section.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、圧縮部と膨張部とを連結する配管内に蓄熱器
を配設するという技術的手段を採用する。具体的には以
下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1記載の
発明では、作動ガスを圧縮する圧縮部(1)と、この圧
縮部(1)で圧縮された作動ガスを膨張する膨張部
(A)と、この膨張部(A)に設けられ、この膨張部
(A)における作動ガスの膨張により発生する極低温の
冷熱を蓄冷する蓄冷器(2)と、前記膨張部(A)に設
けられ、被冷却物を冷却する冷却部(8)とを備え、前
記圧縮部(1)と前記膨張部(A)との間で、作動ガス
の圧縮、膨張を繰り返して、冷凍作用を発揮する蓄冷器
式冷凍機において、前記圧縮部(1)と前記膨張部
(A)との間を結合し、前記作動ガスを流通させる配管
(3)内に、蓄熱器(4)が備えられており、この蓄熱
器(4)を通して、前記作動ガスの熱を外部へ放出する
ようにした蓄冷器式冷凍機を特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs a technical means in which a regenerator is provided in a pipe connecting a compression section and an expansion section. Specifically, the following technical means are adopted. That is, in the first aspect of the present invention, the compression section (1) for compressing the working gas, the expansion section (A) for expanding the working gas compressed in the compression section (1), and the expansion section (A) And a regenerator (2) for accumulating cryogenic cold generated by the expansion of the working gas in the expansion section (A), and a cooling section provided in the expansion section (A) for cooling an object to be cooled. (8), in the regenerator-type refrigerator having a refrigerating action by repeatedly compressing and expanding the working gas between the compression section (1) and the expansion section (A), A regenerator (4) is provided in a pipe (3) that connects between the (1) and the expansion section (A) and allows the working gas to flow, and the regenerator (4) is provided through the regenerator (4). It is characterized by a regenerative refrigerator that releases the heat of the working gas to the outside.

【0011】請求項2記載の発明では、請求項1に記載
の蓄冷器式冷凍機において、前記配管(3)のうち、前
記圧縮部(1)直後の配管(3)内のみに前記蓄熱器
(4)が配設されていることを特徴とする。請求項3記
載の発明では、請求項1に記載の蓄冷器式冷凍機におい
て、前記配管(3)は、前記圧縮部(1)と前記膨張部
(A)の蓄冷器(2)との間を結合するものであって、
前記配管(3)のうち、前記蓄冷器(2)直前の配管
(3)内のみに前記蓄熱器(4)が配設されていること
を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the regenerative refrigerator according to the first aspect, the heat accumulator is provided only in the pipe (3) immediately after the compression section (1) among the pipes (3). (4) is provided. According to a third aspect of the present invention, in the regenerator refrigerator of the first aspect, the pipe (3) is provided between the compression unit (1) and the regenerator (2) of the expansion unit (A). That combine
The heat storage (4) is provided only in the pipe (3) immediately before the regenerator (2) in the pipe (3).

【0012】請求項4記載の発明では、請求項に1記載
の蓄冷器式冷凍機において、前記蓄熱器(4)が前記配
管(3)内に複数に分割して配設されていることを特徴
とする。請求項5記載の発明では、請求項1ないし4の
いずれか1つに記載の蓄冷器式冷凍機において、前記圧
縮部(1)および前記膨張部(A)がそれぞれパルス管
冷凍機の圧縮部および膨張部として構成されていること
を特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the regenerator of the first aspect, the regenerator (4) is divided into a plurality of portions in the pipe (3). Features. According to a fifth aspect of the present invention, in the regenerator-type refrigerator according to any one of the first to fourth aspects, the compression unit (1) and the expansion unit (A) each include a compression unit of a pulse tube refrigerator. And an expansion portion.

【0013】請求項6記載の発明では、請求項1ないし
4のいずれか1つに記載の蓄冷器式冷凍機において、前
記圧縮部(1)、および前記膨張部(A)がそれぞれス
ターリング冷凍機の圧縮部、膨張部として構成されてい
ることを特徴とする。なお、上記各手段の括弧内の符号
は、後述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示
すものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the regenerator-type refrigerator according to any one of the first to fourth aspects, the compression section (1) and the expansion section (A) are each a Stirling refrigerator. And a compression section and an expansion section. Note that the reference numerals in parentheses of the above-mentioned units indicate the correspondence with specific units described in the embodiments described later.

【0014】[0014]

【発明の作用効果】請求項1〜6記載の発明によれば、
圧縮過程において圧縮部や配管で発熱した作動ガスの顕
熱は配管内に配された蓄熱器により蓄熱され、膨張過程
において流れ込むより低温の作動ガスにより蓄熱器が冷
却されることにより圧縮熱を除去し、配管での放熱を向
上させる。しかも、配管内に蓄熱器を配管の内径を変え
ることなく配しているので、死容積の増大も招かない。
According to the first to sixth aspects of the present invention,
The sensible heat of the working gas generated in the compression section and the pipe during the compression process is stored by the regenerator arranged in the pipe, and the regenerator is cooled by the cooler working gas flowing in the expansion process to remove the compression heat. And improve heat dissipation in the piping. Moreover, since the regenerator is arranged in the pipe without changing the inner diameter of the pipe, the dead volume does not increase.

【0015】すなわち、本発明によれば、死容積増大に
伴う圧縮比低下による冷凍性能低下を招くことなく、圧
縮部、配管部の発熱を配管内で効果的に放熱させること
により、冷凍機冷却部への熱の侵入を防ぐことができ、
冷凍機の性能向上を実現できる。また、請求項2記載の
発明では、図4に示すように配管(3)が短く、配管で
の粘性散逸による発熱が無視できる場合等に圧縮部
(1)直後に蓄熱器(4)を配することにより、蓄熱器
(4)の長さを抑えることで蓄熱器による圧力損失を防
ぎ、圧縮部(1)による発熱を有効に取り除くことがで
きる。
That is, according to the present invention, the heat generated in the compression section and the pipe section is effectively radiated in the pipe without causing a decrease in the refrigerating performance due to a reduction in the compression ratio due to an increase in the dead volume, thereby cooling the refrigerator. Can prevent heat from entering the
The performance of the refrigerator can be improved. According to the second aspect of the present invention, when the pipe (3) is short as shown in FIG. 4 and heat generation due to viscous dissipation in the pipe can be neglected, the regenerator (4) is disposed immediately after the compression section (1). By doing so, by suppressing the length of the heat storage device (4), pressure loss due to the heat storage device can be prevented, and heat generated by the compression section (1) can be effectively removed.

【0016】また、請求項3記載の発明では、図5に示
すように配管(3)が長く、配管での粘性散逸による発
熱が無視できない場合等に、蓄冷器(2)直前に蓄熱器
(4)を配することにより、蓄熱器(4)の長さを抑え
ることで蓄熱器による圧力損失を防ぎ、圧縮部(1)及
び配管(3)での発熱を有効に取り除くことができる。
According to the third aspect of the present invention, as shown in FIG. 5, when the pipe (3) is long and the heat generated by viscous dissipation in the pipe cannot be ignored, the heat accumulator (2) immediately before the regenerator (2). By disposing 4), it is possible to prevent the pressure loss due to the heat storage device by suppressing the length of the heat storage device (4), and to effectively remove heat generated in the compression section (1) and the pipe (3).

【0017】請求項4の発明では、図6に示すように配
管(3)の形状が曲がっていたり、複雑な場合等に、配
管(3)内に蓄熱器(4)を複数に分割して配設するこ
とにより、極力圧力損失を防ぎ、圧縮部(1)及び配管
(3)での発熱を有効に取り除くことができる。以上の
ことから、本発明によれば、死容積増大に伴う圧縮比低
下による冷凍性能低下を招くことなく、圧縮部、配管部
の発熱を配管内で効果的に放熱させることにより、冷凍
機冷却部への熱の侵入を防止して冷凍機の性能向上を実
現できる。
According to the fourth aspect of the present invention, when the shape of the pipe (3) is bent or complicated as shown in FIG. 6, the regenerator (4) is divided into a plurality of pieces in the pipe (3). By arranging, the pressure loss can be prevented as much as possible, and the heat generated in the compression section (1) and the pipe (3) can be effectively removed. As described above, according to the present invention, the cooling unit can be cooled by effectively radiating the heat generated in the compression unit and the pipe section in the pipe without causing a decrease in the refrigerating performance due to a reduction in the compression ratio due to the increase in the dead volume. It is possible to prevent heat from entering the section and to improve the performance of the refrigerator.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。 (第1実施例)図1は第1実施例を示すもので、例とし
てパルス管冷凍機の構成を示しており、1は圧縮部で、
図示しない駆動源からの駆動力をピストン等に伝達して
このピストン等を作動させることにより、高圧(例えば
1.5MPa程度)に封入された作動ガス(He、
2 、H2 、Ar、Ne等)を圧縮、膨張させるもので
ある。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. (First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment, and shows a configuration of a pulse tube refrigerator as an example.
By transmitting a driving force from a driving source (not shown) to a piston or the like and operating the piston or the like, the working gas (He, He,
N 2 , H 2 , Ar, Ne, etc.).

【0019】2は適宜の蓄冷材(具体的材質は後述の蓄
熱器4の蓄熱材と同じでよい)を作動ガスが流通可能に
形態に構成してなる蓄冷器で、作動ガスの冷熱を吸収し
蓄冷するものである。3は圧縮部1と蓄冷器2との間を
結合し、作動ガスを流通させる配管、4はこの配管3の
内部に配設された蓄熱器で、作動ガスの圧縮熱を吸収し
蓄熱し、配管3の管壁を通して外部へ放熱するものであ
る。
Reference numeral 2 denotes a regenerator which is made up of an appropriate regenerator material (specific material may be the same as the regenerator material of the regenerator 4 described later) so that the working gas can flow therethrough. It is to store cold. Reference numeral 3 denotes a pipe connecting the compression unit 1 and the regenerator 2 to allow the working gas to flow, and 4 denotes a regenerator disposed inside the pipe 3, which absorbs the heat of compression of the working gas and stores the heat. The heat is radiated to the outside through the pipe wall of the pipe 3.

【0020】5は金属管からなるパルス管、6は絞り弁
(作動ガス通路の絞り手段)、7はバッファタンクであ
り、パルス管5とバッファタンク7との間の通路断面積
は絞り弁6により所定量に絞るようになっている。8は
被冷却物(超伝導体等)を冷却する冷却部(コールドヘ
ッド)で、蓄冷器2のパルス管5側端面に配設された管
状の形状のものである。この冷却部8は銅、インジウム
等の熱伝導率の高い金属材料で形成されており、その外
壁面に被冷却物を直接接触させて冷却するようになって
いる。なお。本例では、蓄冷器2からバッファタンク7
に至る機器によりパルス管冷凍機の膨張部Aが構成され
ている。
Reference numeral 5 denotes a pulse tube made of a metal tube, 6 denotes a throttle valve (a throttle means for a working gas passage), 7 denotes a buffer tank, and the cross-sectional area of the passage between the pulse tube 5 and the buffer tank 7 is a throttle valve 6 To restrict the amount to a predetermined amount. Reference numeral 8 denotes a cooling unit (cold head) for cooling an object to be cooled (such as a superconductor), and has a tubular shape disposed on the end face of the regenerator 2 on the side of the pulse tube 5. The cooling section 8 is made of a metal material having a high thermal conductivity such as copper or indium, and is cooled by directly bringing an object to be cooled into contact with its outer wall surface. In addition. In this example, the regenerator 2 to the buffer tank 7
Constitutes an expansion section A of the pulse tube refrigerator.

【0021】第1実施例では、配管3内全体に蓄熱器4
を配した点に特徴を有するものである。配管3として
は、例えばステンレス製の外径φ6肉厚1mmのものを
用いている。そして、この配管3内に配設する蓄熱器4
の蓄熱材としてはニッケル、ニッケル−クロム合金等で
不規則な無数の流路が成形された発泡金属、あるいはス
テンレス鋼、ブロンズ等からなる積層金網、あるいは金
属やセラミック等の球充填層を用いて構成されている。
In the first embodiment, the heat storage 4
Is characterized by the fact that. As the pipe 3, for example, a stainless steel pipe having an outer diameter of φ6 and a thickness of 1 mm is used. And the heat storage device 4 disposed in the pipe 3
As a heat storage material, nickel, a foam metal in which an innumerable number of channels are formed with a nickel-chromium alloy or the like, or a laminated wire mesh made of stainless steel, bronze, or the like, or a sphere-filled layer of a metal or ceramic is used. It is configured.

【0022】ここで、蓄熱器4は、配管3の断面(例え
ば、上記具体例の配管3では内径φ4mmの円形断面
で)全体に充填されており、また配管3の長さ方向に対
しても、圧縮部1と蓄冷器2との間全体に充填されてい
る。第1実施例では、上記のごとく構成されているか
ら、圧縮過程において圧縮部1で圧縮された作動ガスは
配管3内に配された蓄熱器4を通過する。この際に、作
動ガスの顕熱である圧縮熱は蓄熱器4で吸収され、また
配管3における作動ガスの粘性散逸による発熱も蓄熱器
4で吸収される。
Here, the regenerator 4 fills the entire cross section of the pipe 3 (for example, the pipe 3 in the above specific example has a circular cross section having an inner diameter of 4 mm), and also extends in the longitudinal direction of the pipe 3. , Between the compression unit 1 and the regenerator 2. In the first embodiment, since it is configured as described above, the working gas compressed by the compression unit 1 in the compression process passes through the heat storage unit 4 arranged in the pipe 3. At this time, the compression heat, which is the sensible heat of the working gas, is absorbed by the regenerator 4, and the heat generated by viscous dissipation of the working gas in the pipe 3 is also absorbed by the regenerator 4.

【0023】そして、圧縮部1の圧縮空間が膨張する膨
張過程において、温度低下した作動ガスは蓄冷器2から
配管3内の蓄熱器4を通って、蓄熱器4を冷却してか
ら、圧縮部1の圧縮空間に吸入される。従って、最終的
には、圧縮、膨張の1サイクルにおいて、圧縮熱は蓄熱
器4で吸収、放熱されることになる。
In the expansion process in which the compression space of the compression section 1 expands, the working gas whose temperature has dropped passes from the regenerator 2 to the regenerator 4 in the pipe 3 to cool the regenerator 4 and then to the compression section. 1 is sucked into the compression space. Therefore, finally, in one cycle of compression and expansion, the heat of compression is absorbed and radiated by the regenerator 4.

【0024】第1実施例では、図1に示すように配管3
内全体に蓄熱器4を配設することにより、圧縮部1、配
管3での発熱による、蓄冷器2、冷却部8側への熱の流
入を防いでいる。なお、第1実施例において、配管3か
ら外部への放熱を促進する具体的手段としては、例え
ば、図2に示すように配管3の外周面に放熱フィン3a
を接合する構造や、図3に示すように配管3の外周面に
冷却水3cが循環する冷却管3bを巻装する構造等が好
適である。 (第2実施例)図4は第2実施例を示すもので、第1実
施例と同様のパルス管冷凍機において、配管3のうち、
特に圧縮部1直後の部分のみに蓄熱器4を配したもので
ある。本例は、配管3が短く、配管3における作動ガス
の粘性散逸による発熱が無視できる場合等に用いて有効
であり、かつ、蓄熱器4内の圧力損失の低減に有効であ
る。蓄熱器4の長さは必要な放熱量を確保するために十
分な長さで、かつ圧力損失ができるだけ小さくなるよう
に選定すると良い。 (第3実施例)図5は第3実施例を示すもので、第1、
第2実施例と同様のパルス管冷凍機において、配管3の
うち、特に蓄冷器2直前の部分のみに蓄熱器4を配した
ものである。本例は、配管3が長く、配管3での粘性散
逸による発熱が無視できない場合等に用いると、蓄冷器
2直前の部分に配設した蓄熱器4により粘性散逸による
発熱を効果的に吸収できる。かつ、蓄冷器4の長さを抑
えることで圧力損失の低減に有効である。蓄冷器4の長
さは前述の第2実施例のように決定すると良い。 (第4実施例)図6は第4実施例を示すもので、第1〜
第3実施例と同様のパルス管冷凍機ににおいて、配管3
内に分割して蓄熱器4を配したものである。配管3の形
状が図6に示すように曲がっていたり、複雑な形状であ
る場合等に用いると、配管3での圧力損失の低減に有効
である。 (第5実施例)図7は、本発明をスターリング冷凍機に
適用した場合の第5実施例を示す。本例は、一般にディ
スプレーサ型と称されているスターリング冷凍機であ
り、圧縮部1、蓄冷器2、配管3、駆動機構の回転中心
Pに対して偏心して回転するロータ9、圧縮ピストン1
0、膨張部Aのシリンダ13から構成されている。
In the first embodiment, as shown in FIG.
By disposing the regenerator 4 throughout the inside, heat is prevented from flowing into the regenerator 2 and the cooling unit 8 due to heat generated in the compression unit 1 and the pipe 3. In the first embodiment, as a specific means for promoting heat radiation from the pipe 3 to the outside, for example, as shown in FIG.
And a structure in which a cooling pipe 3b through which cooling water 3c circulates is wound around the outer peripheral surface of the pipe 3, as shown in FIG. (Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment. In a pulse tube refrigerator similar to the first embodiment, a pipe 3 is used.
In particular, the heat storage device 4 is arranged only in the portion immediately after the compression section 1. This example is effective when the pipe 3 is short and the heat generation due to the viscous dissipation of the working gas in the pipe 3 is negligible, and is effective in reducing the pressure loss in the heat storage unit 4. The length of the heat storage device 4 is preferably selected to be long enough to secure a necessary heat radiation amount and to minimize the pressure loss. (Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment.
In a pulse tube refrigerator similar to that of the second embodiment, a heat storage device 4 is arranged only in a portion immediately before the regenerator 2 in the pipe 3. In the present example, when the pipe 3 is long and the heat generated by viscous dissipation in the pipe 3 cannot be ignored, etc., the heat generated by viscous dissipation can be effectively absorbed by the regenerator 4 disposed immediately before the regenerator 2. . In addition, suppressing the length of the regenerator 4 is effective in reducing pressure loss. The length of the regenerator 4 may be determined as in the second embodiment. (Fourth Embodiment) FIG. 6 shows a fourth embodiment.
In the same pulse tube refrigerator as in the third embodiment,
And the regenerator 4 is arranged. When the pipe 3 is bent as shown in FIG. 6 or has a complicated shape, it is effective in reducing the pressure loss in the pipe 3. (Fifth Embodiment) FIG. 7 shows a fifth embodiment in which the present invention is applied to a Stirling refrigerator. This example is a Stirling refrigerator generally referred to as a displacer type, and includes a compression unit 1, a regenerator 2, a pipe 3, a rotor 9 eccentrically rotating with respect to a rotation center P of a drive mechanism, and a compression piston 1.
0, the cylinder 13 of the expansion section A.

【0025】蓄冷器2は本例の場合、前記ロータ9と第
1連結棒11により連結されており、シリンダ13内を
往復動するディスプレーサと呼ばれ、膨張ピストンの役
割を果たす。また、圧縮ピストン10はロータ9と第2
連結棒12により連結されており、蓄冷器2が構成する
ディスプレーサとほぼ90゜の位相差をもって運転され
る。
In the case of the present embodiment, the regenerator 2 is connected to the rotor 9 by a first connecting rod 11 and is called a displacer which reciprocates in a cylinder 13 and plays a role of an expansion piston. The compression piston 10 is connected to the rotor 9 and the second
The regenerator 2 is connected by a connecting rod 12 and operates with a phase difference of approximately 90 ° with respect to the displacer constituted by the regenerator 2.

【0026】本例では、膨張部Aのシリンダ13の先端
部に被冷却物を冷却する冷却部8が設けられている。第
5実施例では、上記のごとく構成されているから、駆動
機構のロータ9が時計回りに回転することにより逆スタ
ーリングサイクルを行い、圧縮部1と膨張部Aで作動ガ
スの圧縮、膨張を繰り返すことにより冷凍機として作動
し冷却部8に低温を得る。
In this embodiment, a cooling section 8 for cooling an object to be cooled is provided at the tip of the cylinder 13 of the expansion section A. In the fifth embodiment, since the structure is as described above, the reverse Stirling cycle is performed by rotating the rotor 9 of the drive mechanism clockwise, and the compression and expansion of the working gas are repeated in the compression unit 1 and the expansion unit A. Thus, the cooling unit 8 operates as a refrigerator to obtain a low temperature.

【0027】第5実施例のスターリング冷凍機において
も、第1〜第4実施例に示すパルス管冷凍機と同様に、
圧縮部1と膨張部Aの蓄冷器2とを連結させる配管3内
に、蓄熱器4を配設することによって、圧縮熱を良好に
除去できる。なお、蓄熱器4の具体的材質等は第1〜第
4実施例と同じでよい。
In the Stirling refrigerator of the fifth embodiment, as in the pulse tube refrigerators of the first to fourth embodiments,
By arranging the regenerator 4 in the pipe 3 connecting the compression part 1 and the regenerator 2 of the expansion part A, the compression heat can be satisfactorily removed. The specific material and the like of the heat storage unit 4 may be the same as those of the first to fourth embodiments.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示すパルス管冷凍機の全
体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a pulse tube refrigerator showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の配管3部分における放熱構造を例示する
拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a heat radiation structure in a pipe 3 of FIG. 1;

【図3】図1の配管3部分における放熱構造の他の例を
示す拡大断面図である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing another example of the heat radiation structure in the pipe 3 of FIG. 1;

【図4】本発明の第2実施例を示すパルス管冷凍機の全
体構成図である。
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a pulse tube refrigerator showing a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施例を示すパルス管冷凍機の全
体構成図である。
FIG. 5 is an overall configuration diagram of a pulse tube refrigerator showing a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4実施例を示すパルス管冷凍機の全
体構成図である。
FIG. 6 is an overall configuration diagram of a pulse tube refrigerator showing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5実施例を示すスターリング冷凍機
の全体構成図である。
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a Stirling refrigerator showing a fifth embodiment of the present invention.

【図8】従来のパルス管冷凍機の全体構成図である。FIG. 8 is an overall configuration diagram of a conventional pulse tube refrigerator.

【図9】従来のスターリング冷凍機の全体構成図であ
る。
FIG. 9 is an overall configuration diagram of a conventional Stirling refrigerator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…圧縮部、2…蓄冷器、3…配管、4…蓄熱器、5…
パルス管、6…絞り弁、7…バッファタンク、8…冷却
部、9…ロータ、10…圧縮ピストン、13…膨張シリ
ンダ、A…膨張部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compression part, 2 ... Cold storage, 3 ... Piping, 4 ... Heat storage, 5 ...
Pulse tube, 6: throttle valve, 7: buffer tank, 8: cooling unit, 9: rotor, 10: compression piston, 13: expansion cylinder, A: expansion unit.

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 作動ガスを圧縮する圧縮部と、 この圧縮部で圧縮された作動ガスを膨張する膨張部と、 この膨張部に設けられ、この膨張部における作動ガスの
膨張により発生する極低温の冷熱を蓄冷する蓄冷器と、 前記膨張部に設けられ、被冷却物を冷却する冷却部とを
備え、 前記圧縮部と前記膨張部との間で、作動ガスの圧縮、膨
張を繰り返して、冷凍作用を発揮する蓄冷器式冷凍機に
おいて、 前記圧縮部と前記膨張部との間を結合し、前記作動ガス
を流通させる配管内に、蓄熱器が備えられており、 この蓄熱器を通して、前記作動ガスの熱を外部へ放出す
るようにしたことを特徴とする蓄冷器式冷凍機。
1. A compression section for compressing a working gas, an expansion section for expanding the working gas compressed by the compression section, and a cryogenic temperature generated by expansion of the working gas in the expansion section. A regenerator that accumulates cold heat, and a cooling unit that is provided in the expansion unit and cools an object to be cooled, between the compression unit and the expansion unit, repeatedly compresses and expands the working gas, In a regenerator refrigerator exhibiting a refrigerating action, a regenerator is provided in a pipe that connects between the compression section and the expansion section and allows the working gas to flow therethrough. A regenerative refrigerator that releases heat of a working gas to the outside.
【請求項2】 前記配管のうち、前記圧縮部直後の配管
内のみに前記蓄熱器が配設されていることを特徴とする
請求項1に記載の蓄冷器式冷凍機。
2. The regenerator according to claim 1, wherein the regenerator is provided only in the pipe immediately after the compression section in the pipe.
【請求項3】 前記配管は、前記圧縮部と前記膨張部の
蓄冷器との間を結合するものであって、 前記配管のうち、前記蓄冷器直前の配管内のみに前記蓄
熱器が配設されていることを特徴とする請求項1に記載
の蓄冷器式冷凍機。
3. The pipe connects the compression section and the regenerator of the expansion section, and the regenerator is disposed only in the pipe immediately before the regenerator among the pipes. The regenerative refrigerator according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記蓄熱器が前記配管内に複数に分割し
て配設されていることを特徴とする請求項1に記載の蓄
冷器式冷凍機。
4. The regenerator according to claim 1, wherein the regenerator is divided into a plurality of portions in the pipe.
【請求項5】 前記圧縮部および前記膨張部がそれぞれ
パルス管冷凍機の圧縮部および膨張部として構成されて
いることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つ
に記載の蓄冷器式冷凍機。
5. The regenerator according to claim 1, wherein the compression section and the expansion section are configured as a compression section and an expansion section of a pulse tube refrigerator, respectively. refrigerator.
【請求項6】 前記圧縮部、および前記膨張部がそれぞ
れスターリング冷凍機の圧縮部、膨張部として構成され
ていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1
つに記載の蓄冷器式冷凍機。
6. The compressor according to claim 1, wherein the compression section and the expansion section are configured as a compression section and an expansion section of a Stirling refrigerator, respectively.
4. A regenerator-type refrigerator according to any one of the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101825368A (en) * 2010-05-10 2010-09-08 苏州柯瑞特尔科技有限公司 Sterling refrigerator with heat transfer device

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