(57)【要約】      （修正有）【課題】  バネによるシリンダ空間の減少が抑えられたパルス管型蓄熱機関を提供すること。【解決手段】  パルス管型蓄熱機関は、振動発生器と蓄冷器とコールドヘッドとパルス管とを順次直列に連結するとともに、これらに流入される作動流体の往復動と圧カ変動とに位相差をもたせることにより低温あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関において、振動発生器と蓄冷器との連結部とパルス管の高温端との間に、これらを連結するディスプレーサー系統が介在されており、ディスプレーサー系統は、作動流体が流入・流出するディスプレーサー作動空間を構威するとともに、往復動可能に配設されるディスプレーサー部と、ディスプレーサー部が往復動する方向に隔絶されたバッファ空間と、ディスプレーサー部の往復動する方向に延在するとともに、一端がディスプレーサー部に取り付けられ、その少なくとも一部がバッファ空間に配設されるディスプレーサーバーを有する。【選択図】  図１
2006275352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動発生器と蓄冷器とコールドヘッドとパルス管とを順次直列に連結するとともに、これらに流入される作動流体の往復動と圧カ変動とに位相差をもたせることにより低温あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関において、
前記振動発生器と前記蓄冷器との連結部と前記パルス管の高温端との間に、これらを連結するディスプレーサー系統が介在されており、
該ディスプレーサー系統は、
前記作動流体が流入・流出するディスプレーサー作動空間と、
該ディスプレーサー作動空間の少なくとも一部を構威するとともに、該ディスプレーサー作動空間に対して往復動可能に配設されるディスプレーサー部と、
前記ディスプレーサー作動空間の前記ディスプレーサー部が往復動する方向に該ディスプレーサー作動空間とは隔絶されたバッファ空間と、
前記ディスプレーサー部の往復動する方向に延在するとともに、一端が前記ディスプレーサー部に取り付けられ、その少なくとも一部が前記バッファ空間に配設されるディスプレーサーバーと、
を有することを特徴とするパルス管型蓄熱機関。
【請求項２】
前記ディスプレーサーバーの前記バッファ空間に配設される部分を往復動可能に支持するガイド部を有する請求項１記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項３】
前記ガイド部材は、前記ディスプレーサーバーを前記往復動の方向にのみ移動可能とする板バネである請求項２記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項４】
前記ディスプレーサー系統は、
内部に前記ディスプレーサー作動空間を形成するシリンダと、
該シリンダ内に配置されるディスプレーサー部としてのディスプレーサーピストンと、
前記ディスプレーサー作動空間と前記バッファ空間との間に配置されてこれらを隔絶するとともに、前記ディスプレーサー部の往復動の方向に貫通孔が形成された隔壁部と、
を有し、
前記ディスプレーサーバーの他端が前記隔壁部の貫通孔に挿通されて前記バッファ空間に突出している請求項１〜３に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項５】
前記ディスプレーサー系統は、
内部に前記ディスプレーサー作動空間を形成するシリンダと、
該シリンダ内に前記往復動方向に互いに対向するように配置され、前記ディスプレーサー部としての一対のディスプレーサーピストンと、
これら一対のディスプレーサーピストンの間に形成される前記バッファ空間と、
該バッファ空間に配設され前記一対のディスプレーサーピストンを連結するディスプレーサーバーと、
を有する請求項１〜３に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項６】
前記蓄冷器は第１蓄冷器と第２蓄冷器を有し、前記コールドヘッドは第１コールドヘッドと第２コールドヘッドを有し、前記パルス管は第１パルス管と第２パルス管を有し、
前記第１蓄冷器、前記第１コールドヘッド、前記第１パルス管とが直列に連結され、前記第２蓄冷器、前記第２コールドヘッド、前記第２パルス管とが直列に連結されており、前記第１蓄冷器及び前記第２蓄冷器がそれぞれ前記振動発生器に接続されており、
前記第１パルス管及び前記第２パルス管の高温端が前記ディスプレーサー系統を介して前記第１蓄冷器及び前記第２蓄冷器と前記振動発生器との連結部に接続されている請求項１〜３に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項７】
前記蓄冷器は第１蓄冷器と第２蓄冷器を有し、前記コールドヘッドは第１コールドヘッドと第２コールドヘッドを有し、前記パルス管は第１パルス管と第２パルス管を有し、
前記第１蓄冷器、前記第１コールドヘッド、前記第１パルス管とが直列に連結され、前記第２蓄冷器、前記第２コールドヘッド、前記第２パルス管とが直列に連結されており、前記第２蓄冷器が前記振動発生器に接続され、前記第１蓄冷器が前記第１コールドヘッドに接続されており、
前記第１パルス管及び前記第２パルス管の高温端が前記ディスプレーサー系統を介して前記第１蓄冷器と前記振動発生器との連結部に接統されている請求項１〜３に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項８】
前記ディスプレーサー系統は、
内部に第２ディスプレーサー作動空間を形成する小径部、及び内部に第１ディスプレーサー作動空間を形成する大径部とを備えたシリンダと、
前記小径部に収納される第１段部及び前記大径部に収納される第２段部を備えるディスプレーサーピストンと、
を有し、
前記第１パルス管の高温端が前記第１及び第２ディスプレーサー作動空間のいずれか一方に接続され、前記第２パルス管の高温端が前記第１及び第２ディスプレーサー作動空間のいずれか他方に接続されている請求項６又は７に記載のパルス管型蓄熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス管型蓄熱機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パルス管型蓄熱機関のひとつとして、パルス管型冷凍機が知られている。パルス管型冷凍機は、基本的に、振動発生器と蓄冷器とコールドヘッドとパルス管とを順次直列に連結して構成される。このパルス管型冷凍機では、振動発生器によって冷凍機内に充填された作動流体に振動が引き起こされ、作動流体の圧力変動と変位との間に適当な位相差が生じることによって、蓄冷器において、コールドヘッドから振動発生器方向へ向かう熱の流れが発生し、コールドヘッドにおいて冷凍出力が得られる。
【０００３】
このパルス管型冷凍機の冷凍効率を向上させた冷凍機が特許文献１に開示されている。特許文献１には、振動発生器と蓄冷器とコールドヘッドとパルス管とを順次直列に連結するとともに、振動発生器と蓄冷器との連結部と、パルス管の高温端との間を少なくともディスプレーサ系統を介在させて連結してなるパルス管冷凍機が開示されている。
【０００４】
そして、特許文献１のディスプレーサ系統は、シリンダと、シリンダ内に往復動可能に配設されたディスプレーサと、一端がディスプレーサの片面に固定され他端がシリンダに固定されてかつディスプレーサの側面とシリンダの内壁面との間でクリアランスシールを形成するようにディスプレーサを支持するバネと、シリンダの周囲に巻回されたコイルと、コイルにに直列に接続された図示しない電気抵抗器とからなっている。ディスプレーサは永久磁石からなっており、コイルとの間で電磁誘導系を構成している。
【０００５】
このディスプレーサ系統は、ディスプレーサの質量とバネのバネ定数とから定まる固有振動数を有し、かつコイルの中をディスプレーサが往復動することによりコイルに生じる誘導電流をジュール熱として散逸させることに起因する減衰力がディスプレーサに働き、かつパルス管高温端に連結されているシリンダ空間と、振動発生器と蓄冷器との連結部に連結されているシリンダ空間との間の圧力差にディスプレーサの断面積を乗じただけの強制力がディスプレーサに働くという「減衰のある強制振動系統」を構成している。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されたディスプレーサ系統は、ディスプレーサをバネ（たとえば、板バネ）で支持しており、このバネがディスプレーサーが作動するシリンダ空間を占めることでシリンダ空間が減少し、冷却効率が減少するという問題があった。さらに、ディスプレーサの位相の調節に高価なリニアモータを用いており、装置全体の体格が大きくなるだけでなくコストが大きくなるという問題もあった。
【特許文献１】特開平１０−１４８４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、バネによるディスプレーサー作動空間の減少が抑えられたパルス管型蓄熱機関を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者はパルス管型蓄熱機関のディスプレーサ系統について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のパルス管型蓄熱機関は、振動発生器と蓄冷器とコールドヘッドとパルス管とを順次直列に連結するとともに、これらに流入される作動流体の往復動と圧カ変動とに位相差をもたせることにより低温あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関において、振動発生器と蓄冷器との連結部と前記パルス管の高温端との間に、これらを連結するディスプレーサー系統が介在されており、ディスプレーサー系統は、作動流体が流入・流出するディスプレーサー作動空間と、ディスプレーサー作動空間の少なくとも一部を構威するとともに、ディスプレーサー作動空間に対して往復動可能に配設されるディスプレーサー部と、ディスプレーサー作動空間のディスプレーサー部が往復動する方向にディスプレーサー作動空間とは隔絶されたバッファ空間と、ディスプレーサー部の往復動する方向に延在するとともに、一端がディスプレーサー部に取り付けられ、その少なくとも一部がバッファ空間に配設されるディスプレーサーバーと、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のパルス管型蓄熱機関は、ディスプレーサーバーのバッファ空間に配設される部分を往復動可能に支持するガイド部を有することが好ましい。
【００１１】
本発明のパルス管型蓄熱機関は、ガイド部材が、ディスプレーサーバーを往復動の方向にのみ移動可能とする板バネであることが好ましい。
【００１２】
本発明のパルス管型蓄熱機関は、ディスプレーサー系統が、内部にディスプレーサー作動空間を形成するシリンダと、シリンダ内に配置されるディスプレーサー部としてのディスプレーサーピストンと、ディスプレーサー作動空間とバッファ空間との間に配置されてこれらを隔絶するとともに、ディスプレーサー部の往復動の方向に貫通孔が形成された隔壁部と、を有し、ディスプレーサーバーの他端が隔壁部の貫通孔に挿通されてバッファ空間に突出していることが好ましい。
【００１３】
本発明のパルス管型蓄熱機関は、ディスプレーサー系統が、内部にデイスプレーサー作動空間を形成するシリンダと、シリンダ内に往復動方向に互いに対向するように配置され、ディスプレーサー部としての一対のディスプレーサーピストンと、これら一対のディスプレーサーピストンの間に形成されるバッファ空間と、バッファ空間に配設され一対のディスプレーサーピストンを連結するディスプレーサーバーと、を有することが好ましい。
【００１４】
本発明のパルス管型蓄熱機関は、蓄冷器は第１蓄冷器と第２蓄冷器を有し、コールドヘッドは第１コールドヘッドと第２コールドヘッドを有し、パルス管は第１パルス管と第２パルス管を有し、第１蓄冷器、第１コールドヘッド、第１パルス管とが直列に連結され、第２蓄冷器、第２コールドヘッド、第２パルス管とが直列に連結されており、第１蓄冷器および第２蓄冷器がそれぞれ振動発生器に接続されており、第１パルス管及び第２パルス管の高温端がディスプレーサー系統を介して第１蓄冷器及び第２蓄冷器と振動発生器との連結部に接続されていることが好ましい。
【００１５】
本発明のパルス管型蓄熱機関は、蓄冷器は第１蓄冷器と第２蓄冷器を有し、コールドヘッドは第１コールドヘッドと第２コールドヘッドを有し、パルス管は第１パルス管と第２パルス管を有し、第１蓄冷器、第１コールドヘッド、第１パルス管とが直列に連結され、第２蓄冷器、第２コールドヘッド、第２パルス管とが直列に連結されており、第２蓄冷器が振動発生器に接続され、第１蓄冷器が第１コールドヘッドに接続されており、第１パルス管及び第２パルス管の高温端がディスプレーサー系統を介して第１蓄冷器と振動発生器との連結部に接統されていることが好ましい。
【００１６】
本発明のパルス管型蓄熱機関は、ディスプレーサー系統は、内部に第２ディスプレーサー作動空間を形成する小径部、及び内部に第１ディスプレーサー作動空間を形成する大径部とを備えたシリンダと、小径部に収納される第１段部及び大径部に収納される第２段部を備えるディスプレーサーピストンと、を有し、第１パルス管の高温端が第１及び第２ディスプレーサー作動空間のいずれか一方に接続され、第２パルス管の高温端が第１及び第２ディスプレーサー作動空間のいずれか他方に接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のパルス管型蓄熱機関は、ディスプレースバーが一体に形成されたディスプレーサー部を有する。ディスプレーサー部が往復動するディスプレーサー作動空間内でディスプレースバーが占有する空間が小さくなっており、効率が高くなっている。さらに、ディスプレースバー自身にもディスプレーサー部と同様な駆動力がバッファ空間の圧力によりはたらくため、ディスプレーサー部を駆動するためのモータの力を低減できる。このことは、ディスプレーサー部を作動させるモータを小型化あるいは省略できることを示す。つまり、本発明のパルス管型蓄熱機関は、高い効率で低コストで運転できる効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照にしながら、本発明の実施の形態について説明する。パルス管型蓄熱機関の形態例としてパルス管型冷凍機を用いて以下の説明を行う。なお、パルス管型蓄熱機関の形態例であるパルス管型冷凍機とパルス管型原動機とは機器構成はほぼ同じであり、本発明は以下のパルス管型冷凍機に限定されるものではない。
【００１９】
（第一実施形態例）
本発明の第１実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図１に示した。
【００２０】
パルス管型冷凍機は、振動発生器１と蓄冷器２０１とコールドヘッド２０２とパルス管２０３とを順次直列に連結するとともに、振動発生器１と蓄冷器２０１との連結部と、パルス管２０３の高温端であるディストリビューター２０４との間をディスプレーサー系統３を介在させて連結して構成される。作動流体としてはヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素、空気等、あるいはこれらの混合物が用いられる。また、パルス管型冷凍機は、さまざまな稼働部において作動流体の気密性（液密性）が確保されている。
【００２１】
また、振動発生器１と蓄冷器２０１との連結部と、ディストリビューター２０４とディスプレーサー系統３との連結部は、バルブを備えた図示されない経路により接続されている。
【００２２】
振動発生器１は、圧縮空間１０６を区画するシリンダ１００と、シリンダ１００内に配設されたピストン１０１と、ピストン１０１を往復動させるための駆動源１１０と、ピストン１０１の側面とシリンダ１００の内壁面との間でクリアランスシールを形成するようにピストン１０１を支持するための支持バネ１０２，１０２とを有している。駆動源１１０は、ピストン１０１の背面から突出したシャフト１０３と、シャフト１０３に形成された可動子１０４と、可動子１０４に往復動する駆動力を付与するリニアモータロータ１０５と、を有する。
【００２３】
振動発生器１のシリンダ１００のシリンダ作動空間１０６の背面側にはバランサ４が取り付けられている。バランサ４は、振動発生器１がシリンダ１００を往復動させたときに生じる振動を減衰させる。バランサ４は、バランスウェイト４０１を支持バネ４０２が支持した構成を有している。
【００２４】
本実施例のパルス管型冷凍機は、蓄冷器２０１、コールドヘッド２０２、パルス管２０３が一体をなしコールドヘッド部２を構成している。蓄冷器２０１は、ステンレス鋼等の熱伝導率の小さい材料で形成された容器２００と、容器２００内にステンレス鋼、りん青銅等のメッシュ等で形成された蓄冷材を配置してなる。
【００２５】
コールドヘッド２０２は、容器２００の蓄冷器２０１の振動発生器１と接続されていない端部側にもうけられた。
【００２６】
パルス管２０３は、容器２００のコールドヘッド２０２の蓄冷器２０１と接続されていない端部側にもうけられた。高温側ディストリビュータ２０４は、容器２００のパルス管２０３のコールドヘッド２０２と接続されていない端部側にもうけられている。
【００２７】
ディスプレーサー系統３は、ディスプレーサー作動空間３０４，３０５を区画するシリンダ３００と、シリンダ３００内に往復動可能に配設されたディスプレーサー部としてのピストン３０１と、ピストン３０１に一体にもうけられピストン３０１の背面（ディスプレーサー作動空間３０４に背向した表面）に一端が取り付けられたディスプレーサーバー３０２と、を備えている。また、ディスプレーサーバー３０２は、ディスプレーサー作動空間３０５と対向した位置に隔壁部３０７により隔てられたバッファ空間３０６内に他端が突出している。隔壁部３０７は、ディスプレーサバー３０２が往復動可能な貫通孔をもち、この貫通孔にディスプレーサーバー３０２を保持している。ディスプレーサーバー３０２は、板バネよりなる支持バネ３０３により往復動可能な状態で支持されている。また、ピストン３０１およびディスプレーサーバー３０２は、断面が円形を有しており、ディスプレーサーバー３０２の他端の端面は、バッファ空間３０６内に配置されている。なお、ディスプレーサー作動空間３０５は振動発生器１とコールドヘッド部２との連結部に接続され、ディスプレーサー作動空間３０５はコールドヘッド部２のディストリビュータ２０４に接続されている。
【００２８】
本実施形態例のパルス管型冷凍機は、以下に示したように動作する。
【００２９】
まず、振動発生器１の駆動源１１０を動作させてピストン１０１をシリンダ１００内で往復動させる。ピストン１０１が動作すると、圧縮空間１０６が変化して圧縮空間１０６の圧力が変動する。この圧力変動によりパルス管２０３内で作動流体の往復動と圧力変動に位相差が発生し、コールドヘッド２０２で低温が生成される。
【００３０】
このパルス管型冷凍機のディスプレース系統３は、駆動源１１０によるピストン１０１の動作によりピストン３０１が往復動を生じる。この往復動によりコールドヘッドでの冷凍出力を維持したままで振動発生器１からの仕事の入力が低減でき、冷凍効率が上昇した。
【００３１】
本実施形態例のパルス管型冷凍機のディスプレーサー系統３には、数１式に示した力Ｆがはたらき、この力Ｆにより駆動する。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
ここで、Ｐ1：ディスプレーサー作動空間３０４の圧力、Ｐ2：ディスプレーサー作動空間３０５の圧力、Ｐ0：バッファ空間３０６の圧力、Ａ1：ピストン３０１の断面積（ディスプレーサーバー３０２の断面積を含まない）、Ａ2：ディスプレーサーバー３０２の断面積である。
【００３４】
本実施形態例のパルス管型冷凍機が作動したときのディスプレーサの周波数と、冷却力、ＣＯＰ、ピストン１０１のストローク、ディスプレーサーのストロークの関係を測定し、図２に示した。図２から、本実施形態例のパルス管型冷凍機は、実際にディスプレーサーが往復動するときの動作周波数（ｆ）が、ディスプレーサーの理論周波数（ｆ0）の０．５〜１．５倍であることが好ましい。動作周波数が理論周波数の０．５〜１．５倍となることで、高い冷却性能を発揮できる。ここで、理論周波数は、ディスプレーサー作動空間内の作動流体のガスバネ定数、ディスプレーサー系統のピストンの質量などの条件から求められる周波数である。
【００３５】
本実施形態例のパルス管型冷凍機は、ディスプレーサーピストン３０１の変位とディスプレーサーとピストンとの位相差の調整はディスプレーサーに一体にもうけられたディスプレーサーバーと支持バネとディスプレーサ重量とディスプレーサーバー、ディスプレーサーの径で行っている。このディスプレーサーバーがディスプレーサー作動空間に占める容積は、従来のバネと比較すると大きく低減している。つまり、ディスプレーサー動作空間のデッドスペースが小さくなっており、このディスプレーサー動作空間での熱のエネルギー（冷気）の減少が抑えられている。つまり、本実施形態例のパルス管型冷凍機は、高い冷凍効率を発揮できる。
【００３６】
本実施形態例のパルス管型冷凍機は、ディスプレーサーピストン３０１の両側の圧力差がディスプレーサーを駆動する駆動力を発生する。そして、この駆動力により駆動することで、ディスプレーサーを駆動するための力を外部から付与しなくてもよくなっている。つまり、従来のパルス管型冷凍機においてディスプレーサーの動作に要求されていたモータ等の装置を必要としなくなっている。このことは、装置全体の構成が簡素化されるとともにその体格が小さくなる効果を発揮する。加えて、ディスプレーサーを強制的に動作させるためのエネルギーが必要でなくなる効果も示す。つまり、低コストで運転できる効果を示す。
【００３７】
（第２実施形態例）
本発明の第２実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図３に示した。
【００３８】
第２実施形態例のパルス管型冷凍機は、ディスプレーサー系統３が二つのディスプレーサーピストンを備えた形態例である。なお、ディスプレーサー系統３以外は第１実施形態例と同様であり、具体的な説明は行わない。
【００３９】
本実施形態例のディスプレーサー系統３は、ディスプレーサー作動空間３１３を区画するシリンダ３１０と、シリンダ３１０内に往復動可能に配設されたピストン３１１と、シリンダ３１０に対向してもうけられたディスプレーサー作動空間３１４を区画するシリンダ３１６と、シリンダ３１６内に往復動可能に配設されたピストン３１５と、ピストン３１１およびピストン３１５とを一体に接続するディスプレーサーバー３１２と、を備えている。また、ピストン３１１，３１５は、いずれも断面が異なる大きさの円形を有している。
【００４０】
本実施例のディスプレーサー系統３は、二つのディスプレーサー作動空間３１３，３１４を区画するシリンダ３１０，３１６が一体をなし、ディスプレーサーバー３１２に接続された二つのピストン３１１，３１５の間の空間が、ディスプレーサーバー３１２が動作するバッファ空間３１７となっている。また、ディスプレーサーバー３１２は、板バネよりなる支持バネ３１８により往復動可能な状態で支持されている。
【００４１】
本実施形態例は、ディスプレーサー系統３の構成が異なる以外は、第１実施形態例と同様な構成である。上記数１式の関係を本実施形態例のディスプレーサー系統３に適用すると、Ｐ1：ディスプレーサー作動空間３１６の圧力、Ｐ2：ディスプレーサー作動空間３１４の圧力、Ａ1：ピストン３１５の断面積、Ａ2：ピストン３１１の断面積に相当する。つまり、ピストン３１１と３１５の断面積を変化させることで、ピストン３１１，３１５の駆動力を作り出すことが出来る。
【００４２】
本実施形態例は、ディスプレーサー系統３の構成が異なる以外は、第１実施形態例と同様な構成であり、第１実施形態例のパルス管型冷凍機と同様な効果を発揮する。
【００４３】
（第３実施形態例）
本発明の第３実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図４に示した。
【００４４】
本形態例のパルス管型冷凍機は、ディスプレーサー系統３においてピストンが固定された状態でシリンダが変位する形態例である。なお、ディスプレーサー系統３以外は第２実施形態例と同様であり、具体的な説明は行わない。
【００４５】
本実施形態例のディスプレーサー系統３は、ピストン作動空間３２３を区画するディスプレーサー部としてのシリンダ３２０と、シリンダ３２０内に配設されたピストン３２１と、シリンダ３２０と背向してもうけられたピストン作動空間３２６を区画するシリンダ３２４と、シリンダ３２４内に配設されたピストン３２５と、シリンダ３２０とシリンダ３２４とを同軸状態で一体に接続するディスプレーサーバー３２２と、を備えている。ピストン作動空間３２３は、振動発生器１とコールドヘッド部２との連結部と作動流体が移動可能な状態で接続されている。ピストン作動空間３２６は、コールドヘッド部２のディストリビュータ２０４と作動流体が移動可能な状態で接続されている。ピストン３２１，３２５は、いずれも断面が異なる大きさの円形を有している。このディスプレーサー系統３は、二つのピストン３２１，３２５が固定され、ディスプレーサーバー３２２で固定された二つのシリンダ３２０，３２４が軸方向に変位可能な状態でもうけられている。また、二つのシリンダ３２０，３２４が変位する空間がバッファ空間３２７を構成している。また、ディスプレーサーバー３２２は、板バネよりなる支持バネ３２８により往復動可能な状態で支持されている。
【００４６】
本実施形態例は、ディスプレーサー系統３の構成が異なる以外は、第２実施形態例と同様な構成である。つまり、第２実施形態例では二つのピストン３１１，３１５が変位することでディスプレーサーの駆動力を発していたが、本実施形態例は二つのシリンダ３２０，３２４が変位することでディスプレーサーの駆動力を発する。上記数１式の関係を本実施形態例のディスプレーサー系統３に適用すると、Ｐ1：ピストン作動空間３２６の圧力、Ｐ2：ピストン作動空間３２４の圧力、Ａ1：ピストン３２５の断面積、Ａ2：ピストン３２１の断面積に相当する。
【００４７】
本実施形態例は、ディスプレーサー系統３の構成が異なる以外は、第２実施形態例と同様な構成であり、第２実施形態例のパルス管型冷凍機と同様な効果を発揮する。
【００４８】
（第４実施形態例）
本発明の第４実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図５に示した。
【００４９】
本形態例のパルス管型冷凍機は、冷凍に寄与しない部分が一体に形成された形態例である。なお、冷凍に寄与しない部分以外は第１実施形態例と同様であり、具体的な説明は行わない。
【００５０】
本実施形態例の振動発生器１は、シリンダ３３０と、シリンダ３３０内に配設されたピストン１３１と、ピストン１３１を往復動させるための駆動源１１０と、ピストン１３１の側面とシリンダ３３０の内壁面との間でクリアランスシールを形成するようにピストン１３１を支持するための支持バネ１３２，１３２とを有している。駆動源１１０は、ピストン１３１の背面から突出したシャフト１０３と、シャフト１０３に形成された可動子１０４と、可動子１０４に往復動する駆動力を付与するリニアモータロータ１０５と、を有する。
【００５１】
ディスプレーサー系統３は、ディスプレーサー作動空間３３４を区画するシリンダ３３０と、シリンダ３３０内に往復動可能に配設されたディスプレーサー系統のピストン３３１と、ピストン３３１に一体にもうけられピストン３３１の表面（ディスプレーサー作動空間３３４に対向した表面）から突出しかつシャフト１０３を同軸状態で往復動可能な状態で貫通したディスプレーサーバー３３２と、を備えている。ディスプレーサー作動空間３３４は、シリンダ３３０とピストン３３１とにより区画され、ピストン１３１の往復動するピストン作動空間１０６は、シリンダ３３０、ピストン１３１およびピストン３３１とにより区画された。ピストン３３１およびディスプレーサーバー３３２は、断面が円形を有している。
【００５２】
本実施形態例において、ディスプレーサーバー３３２は、振動発生器１を貫通してその端部がシャフト１０３に形成された貫通孔に挿通するように配置されている。振動発生器１を貫通したディスプレーサーバー３３２が突出した空間がバッファ空間３３６をなす。そして、ディスプレーサーバー３３２は、板バネよりなる支持バネ３３５により往復動可能な状態で支持されている。
【００５３】
そして、バッファ空間３３６の振動発生器１が位置しない端部側には上記実施形態例と同様なバランサ４が取り付けられている。
【００５４】
本実施形態例は、冷凍に寄与しない部分の構成が異なる以外は、第１実施形態例と同様な構成である。具体的には、本形態例は、ディスプレーサーバー３３２が突出する方向が異なるとともに、第１実施形態例の圧縮空間１０６とディスプレーサー作動空間３０５とが一体のディスプレーサー作動空間１０６を形成している。本実施形態例は、ディスプレーサーバー３３２とピストン１３１とが独立しており、ピストン１３１の往復動の影響をディスプレーサーバー３３２が受けない構成となっている。これにより、第１実施形態例の時と同様にディスプレーサー系統３が作動する。
【００５５】
本実施形態例は、ディスプレーサー系統３の構成が異なる以外は、第１実施形態例と同様な構成であり、第１実施形態例のパルス管型冷凍機と同様な効果を発揮する。
【００５６】
（第５実施形態例）
本発明の第５実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図６に示した。
【００５７】
本形態例のパルス管型冷凍機は、二つのコールドヘッド部２０，２１を備えた形態例である。
【００５８】
二つのコールドヘッド部２０，２１は、いずれも第１実施形態例のコールドヘッド部２と同様な構成をもつ。つまり、蓄冷器２０１、コールドヘッド２０２、パルス管２０３が直列に連結された第１のコールドヘッド部２０と、蓄冷器２１１、コールドヘッド２１２、パルス管２１３が直列に連結された第２のコールドヘッド部２１と、をもつ。そして、二つのコールドヘッド部２０，２１は、振動発生器１に接続されている。
【００５９】
ディスプレーサー系統３は、小径のディスプレーサー作動空間３４１と大径のディスプレーサー作動空間３４４を区画するシリンダ３４０と、小径のディスプレーサー作動空間３４１に収納される第一段部３４２と大径のディスプレーサー作動空間３４４に収納される第二段部３４３とをもちシリンダ３４０内に往復動可能に配設されたディスプレーサー系統のピストン３４５と、ピストン３４５に一体にもうけられピストン３４１の背面（ディスプレーサー作動空間３４４に背向した表面）から突出したディスプレーサーバー３４６と、を備えている。そして、ピストン３４５が往復動すると、第一段部３４２と第二段部３４３とが一体にシリンダ３４０内で往復動する。このとき、二つのディスプレーサー作動空間３４１，３４４の間で作動流体の移動は生じない。ディスプレーサーバー３４６は、バッファ空間３４７内で板バネよりなる支持バネ３４８により往復動可能な状態で支持されている。また、ピストン３４５およびディスプレーサーバー３４６は、断面が円形を有している。また、ピストン３４５の第二段部３４３と第一段部３４２は、同じ断面積を有している。
【００６０】
本実施形態例は、ディスプレーサー系統３のディスプレーサー作動空間３４４Ａはコールドヘッド部２１に、ディスプレーサー作動空間３４４Ｂはコールドヘッド部２に接続されている。
【００６１】
本実施形態例のディスプレーサー系統３は、二つのコールドヘッド部２０，２１が、お互いに独立したディスプレーサー作動空間３４１，３４４に接続されたことで高い冷凍効率を発揮できる。具体的には、ディスプレーサー作動空間３４１，３４４およびディスプレーサー作動空間３４９との間で発生する駆動力によりディスプレーサー系統のピストン３４５が往復動する。これにより、高い冷凍効率が得られる。ここで、二つのディスプレーサー作動空間３４１，３４４が連通した状態（あるいは一体になった状態）では、コールドヘッド部２０、ディスプレーサー作動空間３４１、ディスプレーサー作動空間３４４、コールドヘッド部２１という経路で作動流体が流れるようになり、冷凍効率が低下する。
【００６２】
本実施形態例は、二つのコールドヘッド部２０，２１を有する以外は、第１実施形態例と同様な構成であり、第１実施形態例のパルス管型冷凍機と同様な効果を発揮する。
【００６３】
（第６実施形態例）
本発明の第６実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図７に示した。
【００６４】
本形態例のパルス管型冷凍機は、二段のコールドヘッド部２０，２１を備えた形態例である。本形態例は、二つのコールドヘッド部がそれぞれ一段目、二段目のコールドヘッドを構成する以外は第５実施形態例と同様な構成を有している。
【００６５】
二つのコールドヘッド部２０，２１は、いずれも第１実施形態例のコールドヘッド部２と同様な構成をもつ。つまり、蓄冷器２０１、コールドヘッド２０２、パルス管２０３が直列に連結された第１のコールドヘッド部２０と、蓄冷器２１１、コールドヘッド２１２、パルス管２１３が直列に連結された第２のコールドヘッド部２１と、をもつ。
【００６６】
本実施形態例は、コールドヘッド部２１の蓄冷材２１１の低温側の端部がコールドヘッド部２のコールドヘッド２０２の蓄冷器２０１に接続され、コールドヘッド部２０のコールドヘッド２０２のパルス管２０３がコールドヘッド部２１のパルス管２１３に接続され、熱伝導可能な状態で接続されている。また、これ以外は、第５実施形態例と同様な構成となっている。つまり、コールドヘッド部２０で発生した冷気を用いてコールドヘッド部２１を冷却しており、コールドヘッド部２１においてより低温が得られる。すなわち、より高い冷凍性能を発揮する。
【００６７】
本実施形態例は、二つのコールドヘッド部２０，２１の配置が異なる以外は、第５実施形態例と同様な構成であり、より低温を得られる効果以外は第５実施形態例のパルス管型冷凍機と同様な効果を発揮する。
【００６８】
（第７実施形態例）
本発明の第７実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図８に示した。
【００６９】
本実施形態例は、コールドヘッド部２の蓄冷器とパルス管とが別体をなした形態例である。また、コールドヘッド部２以外の構成は第１実施形態例と同様な構成を有している。
【００７０】
蓄冷器５０は、ステンレス鋼等の熱伝導率の小さい材料で形成された容器内に、ステンレス鋼、りん青銅等のメッシュ等で形成された蓄冷材を収容した構成となっている。パルス管５２は、ステンレス鋼等の熱伝導率の小さい材料で中空容器状に形成されている。そして、蓄冷器５０とパルス管５２は、銅等の熱伝導率の大きい材料よりなるコールドヘッド５１で接続されている。
【００７１】
本実施形態例は、コールドヘッド部の蓄冷器５０、コールドヘッド５１およびパルス管５２が別体をなした以外は第１実施形態例と同様な構成を有するものであり、ディスプレーサー系統３の動作には何らの影響も生じない。つまり、本実施形態例は、第１実施形態例のパルス管型冷凍機と同様な効果を発揮する。
【００７２】
（第８実施形態例）
本発明の第８実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図９に示した。
【００７３】
本実施形態例は、コールドヘッド部２２の構成が異なる形態例である。なお、図９のＩ−Ｉ線におけるコールドヘッド部２の断面図を図１０に示した。また、コールドヘッド部２２以外の構成は第１実施形態例と同様な構成を有している。
【００７４】
コールドヘッド部２は、パルス管２２３の外周部に蓄冷器２２１が形成されている。パルス管２２３は、ステンレス鋼等の熱伝導率の小さい材料で中空円筒状の部材により形成されている。そして、パルス管２２３は、ステンレス鋼等の熱伝導率の小さい材料で形成された有底筒状の容器２２０内に同軸状態で配置されている。容器２２０の内周面とパルス管２２３の外周面とに区画された空間には、ステンレス鋼、りん青銅等のメッシュ等で形成された蓄冷材が収容されて蓄冷器２２１が形成された。そして、容器２２０の開放端は振動発生器１とディスプレーサー系統３との連結部と、容器２２０の開放端側の端部はディスプレーサー作動空間３０４に接続されている。
【００７５】
本実施形態例は、コールドヘッドの形状が異なる以外は第１実施形態例と同様な構成を有するものであり、ディスプレーサー系統３の動作には何らの影響も生じない。つまり、本実施形態例は、第１実施形態例のパルス管型冷凍機と同様な効果を発揮する。
【００７６】
（第９実施形態例）
本発明の第９実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図１１に示した。
【００７７】
本実施形態例は、振動発生器１とコールドヘッド部２との連結部およびコールドヘッド部２と二つのディスプレーサー作動空間との接続が異なる形態例である。また、接続方法が異なる以外の振動発生器１、コールドヘッド部２、ディスプレーサ系統３およびバランサ４の具体的な構成は第１実施形態例と同様な構成を有している。
【００７８】
本実施形態例は、シリンダ３００とディスプレーサー系統のピストン３０１とに区画されたディスプレーサー作動空間３０４はコールドヘッド部２のディストリビュータ２０４に接続され、シリンダ３００とディスプレーサー系統のピストン３０１とに区画されたディスプレーサー作動空間３０５は振動発生器１とコールドヘッド部２との連結部に接続されている。本実施形態例においても、バッファ空間３０６内で支持バネに３０３に支持されたディスプレーサーバー３０２がピストン３０１から突出してもうけられている。
【００７９】
本実施形態例は、ピストン３０１の両側に発生する圧力が異なる以外は第１実施形態例と同様な構成を有するものであり、ディスプレーサー系統３の動作には何らの影響も生じない。つまり、本実施形態例は、第１実施形態例のパルス管型冷凍機と同様な効果を発揮する。
【００８０】
（第１０実施形態例）
本発明の第１０実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図１２に示した。
【００８１】
本実施形態例は、パルス管とディスプレーサー系統が一体となった形態例である。
【００８２】
振動発生器１は、圧縮空間１０６の一部を区画するシリンダ１００と、シリンダ１００内に配設されたピストン１０１と、ピストン１０１を往復動させるための駆動源１１０と、を有している。駆動源１１０は、ピストン１０１の背面から突出したシャフト１０３と、シャフト１０３に形成された可動子１０４と、可動子１０４に往復動する駆動力を付与するリニアモータロータ１０５と、を有する。振動発生器１のシリンダ１００のシリンダ作動空間１０６の背面側には第１実施形態例と同様な構成のバランサ４が取り付けられている。
【００８３】
コールドヘッド部２は、シリンダ１００内にステンレス鋼、りん青銅等のメッシュ等で形成された蓄冷器２０１と、蓄冷器２０１の振動発生器１と対向していない端部側にもうけられたコールドヘッド２０２と、コールドヘッド２０２の蓄冷材２０１と接続されていない端部側にもうけられたパルス管２０３と、を収容したものとなっている。コールドヘッド部２の蓄冷器２０１がもうけられた端部は、圧縮空間１０６の一部を区画している。
【００８４】
ディスプレーサー系統３は、シリンダ１００内のパルス管２０３のコールドヘッド２０２が接続されていない端部側に往復動可能に配設されたピストン３０１と、ピストン３０１に一体にもうけられピストン３０１の背面（ディスプレーサー作動空間３０４に背向した表面）から突出したディスプレーサーバー３０２と、を備えている。シリンダ１００内で、コールドヘッド２０２とピストン３０１の間でパルス管２０３を区画し、ピストン３０１のパルス管２０３と対向していない表面とシリンダ１００との間でディスプレーサー作動空間３０５が区画された。本実施形態例において、パルス管２０３は、ディスプレーサー作動空間としても機能する。また、ディスプレーサーバー３０２は、ディスプレーサー作動空間３０５と対向した位置に隔壁部３０７により隔てられたバッファ空間３０６内に突出している。隔壁部３０７は、ディスプレーサバー３０２が往復動可能な貫通孔をもち、この貫通孔にディスプレーサーバー３０２を保持している。また、ピストン３０１およびディスプレーサーバー３０２は、断面が円形を有している。なお、ディスプレーサー作動空間３０５は圧縮空間１０６に接続されている。
【００８５】
本実施形態例は、振動発生器１とパルス管２およびパルス管２とディスプレーサー系統３とを接続する配管を省略した形態とした以外は第１実施形態例と同様な構成を有するものであり、ディスプレーサー系統３の動作には何らの影響も生じない。つまり、本実施形態例は、第１実施形態例のパルス管型冷凍機と同様な効果を発揮する。
【００８６】
（その他の形態）
上記各実施形態においてはディスプレーサーはディスプレース作動空間の圧力により駆動されるが、従来のパルス管型冷凍機のディスプレーサー系統のようにディスプレーサーにモータ（リニアモータ）で駆動力を与えてその動作を制御してもよい。
【００８７】
ディスプレーサー作動空間の圧力によりディスプレーサー自身に駆動力が発生しているため、外部からディスプレーサーに駆動力を付与するときには、小さな力を付与するだけでよい。つまり、モータ等を設置するときには、駆動力の小さなモータとすることが出来る。このことは、モータに要するスペースを削減できるだけでなく低電力で作動させることができることを示す。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】第１実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【図２】第１実施形態例のパルス管型冷凍機の冷却性能の測定結果である。
【図３】第２実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【図４】第３実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【図５】第４実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【図６】第５実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【図７】第６実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【図８】第７実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【図９】第８実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【図１０】第９実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【図１１】第９実施形態例のパルス管型冷凍機のパルス管の構成を示した図である。
【図１２】第１０実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００８９】
１：振動発生器
１００：シリンダ
１０１，１３１：ピストン
１１０：駆動源
１０２，１３２：支持バネ
１０３：シャフト
１０４：可動子
１０５：リニアモータロータ
１０６：圧縮空間
１１０：駆動源
２，２０，２１，２２：コールドヘッド部
２００，２２０：容器
２０１，２１１，２２１，５０：蓄冷器
２０２，２１２，２２２，５１：コールドヘッド
２０３，２１３，２２３，５２：パルス管
２０４，２１４：高温端ディストリビュータ
３：ディスプレーサー系統
３００，３１０，３１６，３２０，３２４，３３０，３４０：シリンダ
３０１，３１１，３１５，３２１，３２５，３３１，３４５：ピストン
３０２，３１２，３２２，３３２，３４２，３４６：ディスプレーサーバー
３０３，３０８，３１８，３２８，３３５，３４８：支持バネ
３０４，３０５，３１３，３１４，３２３，３２６，３３４，３４９：ディスプレーサー作動空間
３４１：小径のディスプレーサー作動空間
３４４：大径のディスプレーサー作動空間
３０６，３１７，３２７，３３６，３４７：バッファ空間
３０７：隔壁部
４：バランサ
４０２：支持バネ
４０１：バランスウェイト
【図１】
2006275352.tif 000004
【図２】
2006275352.tif 000005
【図３】
2006275352.tif 000006
【図４】
2006275352.tif 000007
【図５】
2006275352.tif 000008
【図６】
2006275352.tif 000009
【図７】
2006275352.tif 000010
【図８】
2006275352.tif 000011
【図９】
2006275352.tif 000012
【図１０】
2006275352.tif 000013
【図１１】
2006275352.tif 000014
【図１２】
2006275352.tif 000015