(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスチューブ温端部に、パルスチューブ温端部の作動流体をこの作動流体より圧力が低い部分へ取り出す取出路が設けられ、パルスチューブ冷端部を冷却するための運転の際に上記取出路から作動流体を取り出し、この作動流体の取出先がパルスチューブ冷凍機の外部の大気中であることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項２】
取出路に弁を設け、この弁の開度を調整することによりパルスチューブ冷端部の温度制御を行うようにした請求項１記載のパルスチューブ冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスチューブ冷凍機（パルスチューブを利用した冷凍機全般）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルスチューブ冷凍機は一種の熱エネルギー移動装置であり、パルスチューブ冷端部で吸収された熱エネルギーをパルスチューブ温端部に設置された熱交換器から外部へ放出している。従来は、上記の熱交換器として、伝熱面から水や空気等の冷媒を介して熱エネルギーを外部へ放出する間接方式の熱交換器が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の熱交換器では、パルスチューブ温端部の作動流体と、この作動流体の熱エネルギーを外部へ伝達する冷媒との間で充分な熱エネルギーの交換を行わせるため、非常に複雑な構造の伝熱機構が必要になる。したがって、装置全体が複雑化し、大型化する。特に放出熱エネルギーが増大する場合には、それを設置する場所が非常に大きくなり、放出熱エネルギーの大きな大型冷凍機を製造することができないという問題がある。また、通常は、上記の熱交換器の性能を向上させるために強制対流伝熱等（自然対流伝熱方式を除く）を行う場合が多く、この場合には、電気，水といったユーティリティを必要とするが、これらを供給することが困難な場合がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、構造を簡略化することができ、しかも、電気，水等のユーティリィティを必要としないパルスチューブ冷凍機の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のパルスチューブ冷凍機は、パルスチューブ温端部に、パルスチューブ温端部の作動流体をこの作動流体より圧力が低い部分へ取り出す取出路が設けられ、パルスチューブ冷端部を冷却するための運転の際に上記取出路から作動流体を取り出し、この作動流体の取出先がパルスチューブ冷凍機の外部の大気中であるという構成をとる。
【０００６】
すなわち、本発明のパルスチューブ冷凍機は、パルスチューブ温端部に取出路を設け、この取出路から、熱エネルギー的に高い状態にあるパルスチューブ温端部の作動流体をこの作動流体より圧力が低い部分へ取り出すことにより、パルスチューブ冷凍機として必要な熱エネルギー移動量に見合う熱エネルギーを外部へ取り出すようにしたものである。このように、本発明では、熱エネルギーの外部取り出しに作動流体そのものを使用している。
【０００７】
したがって、本発明では、パルスチューブ温端部に設置する熱交換器を簡素化もしくは不要とすることができ、装置全体の構造を簡略化することができる。また、熱交換器を使用しない場合には、電気，水等のユーティリィティを不要とすることができる。また、パルスチューブ冷凍機を高効率化，大出力化した場合には、上記効果はさらに顕著であり、経済上，操作上，メンテナンス上の利点は大きい。また、本発明により、熱交換器を具備しないパルスチューブ冷凍機、もしくは従来の熱交換器を設置しているが、その能力が充分でないパルスチューブ冷凍機の冷凍能力を向上させることができる。なお、本発明において、「パルスチューブ温端部に取出路が設けられている」とは、取出路がパルスチューブ温端部に直接連結されている場合だけでなく、パルスチューブ温端部にパイプ，位相制御装置等を介して連結されている場合を含む意味である。
【０００８】
本発明において、作動流体の取出先は、閉開放系パルスチューブ冷凍機ではその外部（大気中）である。なお、作動流体としては、Ｈｅ，Ｎ2 ，空気等が用いられる。
【０００９】
本発明において、取出路として、適当な口径のパイプのみを用いてもよいし、弁を取り付けたパイプを用いてもよい。パイプに弁を取り付ける場合に、取り付ける弁は、開閉弁でもよいし、開度を調整できる調整弁でもよい。また、パイプのみを用いる場合には、作動流体の取出量が一定となり、取り出しによる効果は一様である。一方、開閉弁を取り付けたパイプを用いる場合には、取出路を使用しない状態と使用する状態との２つの状態を任意に切り替えることが可能である。また、調整弁を取り付けたパイプを用いる場合は、取出路を使用しない状態と使用する状態との２つの状態を任意に切り替えることが可能であり、かつ、調整弁の開度を自由に調整することにより作動流体の取出量を任意に調整してパルスチューブ冷凍機の温度，出力を任意に調整することが可能である。また、本発明では、パルスチューブ温端部に連結する位相制御装置に取出路を設け、これにより、取出路を位相制御装置として利用することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００１１】
図１は本発明のパルスチューブ冷凍機の一実施の形態を示している。この実施の形態では、パルスチューブ冷凍機として、パルスチューブ１のみを有する開放系型パルスチューブ冷凍機が用いられており、作動流体として、大気が利用されている。また、この実施の形態では、上記パルスチューブ１を駆動するために、圧力振動発生源として作動流体昇圧用の圧縮機２（この圧縮機２に内蔵されている熱交換器，フィルタ類等は図示せず。以下、同じ），高圧側切り替え弁３，低圧側切り替え弁４が設置されており、パルスチューブ１冷端部に高圧側切り替え弁３を介して圧縮機２が連通し、低圧側切り替え弁４を介して大気中に連通している。また、パルスチューブ１温端部に位相制御装置５が連通している。図において、７はパルスチューブ１冷端部から延びるパイプであり、その途中部で二股状に分岐し、一方の分岐パイプが高圧側切り替え弁３を介して圧縮機２の高圧側（二次側）に連通し、他方の分岐パイプが低圧側切り替え弁４を介して大気中に連通している。８はパルスチューブ１温端部を位相制御装置５に接続するパイプであり、その途中部に設けた分岐パイプ（取出路）６に調整弁６ａが取り付けられている。また、上記分岐パイプ６の先端は大気中に開口している。
【００１２】
上記の構成において、作動流体は圧縮機２の低圧側から吸入され高圧となり、高圧側切り替え弁３を開け、低圧側切り替え弁４を閉じることによりパルスチューブ１内部に導入される。つぎに、導入された作動流体はパルスチューブ１内の熱移送効果によりパルスチューブ１温端部で高温となるが、その一部は、調整弁６ａを開弁することにより、分岐パイプ６を通って大気中に取り出される。このとき、調整弁６ａの開度を調整することにより、作動流体の取出量を適宜設定することができる。そののち、高圧側切り替え弁３，調整弁６ａを閉め、低圧側切り替え弁４を開けることにより作動流体はパルスチューブ１から大気中に取り出される。その際、取り出された作動流体は、分岐パイプ６から大気中へ取り出された熱エネルギー分温度が低下する。
【００１３】
このように、上記実施の形態では、パルスチューブ１温端部の作動流体を分岐パイプ６から外部へ取り出すことにより、パルスチューブ冷凍機として必要な熱エネルギー移動量に見合う熱エネルギーを外部へ取り出している。このため、従来はパルスチューブ１温端部に設置していた熱交換器を不要とすることができる。しかも、調整弁６ａでの流量調節により、分岐パイプ６からの作動流体の取出量を適宜設定し、冷凍能力を調整することができる。
【００１４】
上記のパルスチューブ冷凍機と同様構造のパルスチューブ冷凍機を用い、温度約３０℃，流量約５０Ｎｍ3 ／ｈｒの作動流体を圧力振幅０．３４３ＭＰａで使用した場合における、出入り口温度差および冷凍能力を実験により測定した。その結果、未取出時には、出入り口温度差約１８℃，冷凍能力約３２０Ｗであったのに対し、作動流体を５０％取り出すことにより、出入り口温度差約３３℃，冷凍能力約４６０Ｗに向上した。
【００１５】
図２は本発明のパルスチューブ冷凍機の他の実施の形態を示している。この実施の形態では、パルスチューブ冷凍機として、パルスチューブ１，蓄冷管１０を有する開放系型パルスチューブ冷凍機が用いられている。それ以外の部分は図１に示す実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施の形態でも、図１に示す実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００１６】
図３は本発明のパルスチューブ冷凍機のさらに他の実施の形態を示している。この実施の形態では、パルスチューブ冷凍機として、パルスチューブ１のみを有する開放系型パルスチューブ冷凍機が用いられている。また、この実施の形態では、パルスチューブ１温端部に位相制御装置５が連通しており、この位相制御装置５から延びるパイプ（取出路）１５に調整弁１５ａが取り付けられている。このため、パルスチューブ１温端部を位相制御装置５に接続するパイプ８から、調整弁６ａを取り付けた分岐パイプ６が分岐していない。また、上記パイプ１５の先端は大気中に開口している。それ以外の部分は図１に示す実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施の形態でも、図１に示す実施の形態と同様の作用・効果を奏する。また、上記調整弁１５ａを取り付けたパイプ１５を位相制御装置５として利用することができる。
【００１７】
なお、図１および図２に示す実施の形態では、位相制御装置５を設けているが、これに限定するものではなく、位相制御装置５を設けなくてもよい。また、図１〜図３に示す実施の形態においても、冷熱を取り出すことができる部分に冷熱取り出し用の熱交換器を取り付けることができる。また、図１〜図３に示す実施の形態において、分岐パイプ６もしくはパイプ１５から取り出す作動流体を温熱として所望の空間に供給することができる。
【００１８】
また、上記各実施の形態では、調整弁６ａ，１５ａとして、自動開閉弁を用いているが、手動弁を用いてもよい。手動弁を用いた場合には、これを常時開弁しておいても、低圧側切り替え弁４の開弁によりパルスチューブ１の圧力が低下すると、分岐パイプ６もしくはパイプ１５からの作動流体の取り出しは勝手に止まる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のパルスチューブ冷凍機によれば、パルスチューブ温端部に設置する熱交換器を簡素化または不要とすることができ、装置全体の構造を簡略化することができる。また、熱交換器を使用しない場合には、電気，水等のユーティリィティを不要とすることができる。また、パルスチューブ冷凍機を高効率化，大出力化した場合に、上記効果はさらに顕著であり、経済上，操作上，メンテナンス上の利点は大きい。また、本発明により、熱交換器を具備しないパルスチューブ冷凍機、もしくは従来の熱交換器を設置しているが、その能力が充分でないパルスチューブ冷凍機の冷凍能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のパルスチューブ冷凍機の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】  本発明のパルスチューブ冷凍機の他の実施の形態を示す説明図である。
【図３】  本発明のパルスチューブ冷凍機のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  パルスチューブ
６  分岐パイプ
【図１】
0003636959.tif 000002
【図２】
0003636959.tif 000003
【図３】
0003636959.tif 000004