(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
順に接続される再生器、低温端熱交換器、パルス管、高温端熱交換器および位相調節機構を含むパルス管冷凍機において、
前記再生器内においてその軸方向に沿ってドラフト管が設けられ、
前記再生器内に位置するドラフト管セグメントの各箇所の横断面面積はいずれも同じであり、その横断面面積と再生器の横断面面積との比が１／２０以上１／２以下であり、
前記パルス管内に位置するドラフト管セグメントの各箇所の横断面面積はいずれも同じであり、その横断面面積とパルス管の横断面面積との比が１／２０以上１／２以下であり、
前記パルス管内に位置するドラフト管セグメントの横断面面積は、前記再生器内に位置するドラフト管セグメントの横断面面積より小さく、前記低温端熱交換器に位置するドラフト管セグメントの両端の横断面は、前記再生器内に位置するドラフト管セグメントと前記パルス管内に位置するドラフト管セグメントの横断面とそれぞれマッチングされることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
前記ドラフト管は前記再生器と同軸に設けられることを特徴とする請求項１に記載のパルス管冷凍機。
【請求項３】
前記ドラフト管は低温端熱交換器内まで延在することを特徴とする請求項１または２に記載のパルス管冷凍機。
【請求項４】
前記ドラフト管はさらにパルス管内まで延在することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項５】
前記パルス管内に位置するドラフト管セグメントは前記パルス管と同軸に設けられることを特徴とする請求項４に記載のパルス管冷凍機。
【請求項６】
前記パルス管内に位置するドラフト管セグメントの外壁に整流網が固定されていることを特徴とする請求項４または５に記載のパルス管冷凍機。
【請求項７】
前記ドラフト管はさらに高温端熱交換器内まで延在することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項８】
順に接続される再生器、低温端熱交換器、パルス管、高温端熱交換器および位相調節機構を含むパルス管冷凍機において、
前記再生器内においてその軸方向に沿ってドラフト管が設けられ、
前記ドラフト管はさらに高温端熱交換器内まで延在し、
前記ドラフト管の内壁および／または外壁に少なくとも一つのセンサが配置されており、前記少なくとも一つのセンサはリード線により外部測定装置と連通され、前記リード線は、前記ドラフト管の内部を貫通して、ドラフト管における高温端熱交換器に位置する末端から外側に向かって外部測定装置まで延在することを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項９】
前記ドラフト管の横断面の外輪郭は円形または正多角形であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項１０】
順に接続される圧縮機、輸送管および後段冷却器をさらに含み、後段冷却器は再生器と接続され、前記ドラフト管は輸送管内まで延在することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項１１】
前記ドラフト管は、大気に対して密封される構造であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年３月３０日付けで中国特許局に提出した、出願番号が２０１５１０１４５１５１．０であり、発明の名称が「パルス管冷凍機」である中国特許出願に対する優先権を求めており、そのすべての内容は引用により本出願に取り込まれる。
【０００２】
本発明は、冷凍機分野に関し、具体的には、パルス管冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、高い冷凍能力のスターリング型パルス管冷凍機に対する研究開発に関心が寄せられている。
【０００４】
パルス管冷凍機の冷凍能力を向上させるためには、大口径の再生器およびパルス管を使用する必要がある。しかしながら、再生器およびパルス管の大口径化に伴い、再生器およびパルス管内の冷媒の流れに偏流が発生しやすくなった。冷媒の偏流により、冷凍性能の向上が制限される恐れがある。
【発明の概要】
【０００５】
上記の問題に対して、本発明は、パルス管冷凍機内の冷媒に偏流が生じることを抑制した冷凍機を提供する。
【０００６】
上記発明の目的を実現するために、本発明は以下の技術態様を採用する。
【０００７】
順に接続される再生器、低温端熱交換器、パルス管、高温端熱交換器および位相調節機構を含むパルス管冷凍機において、再生器内においてその軸方向に沿ってドラフト管が設けられている。再生器内にドラフト管を設けることにより、横方向断面（周方向に垂直な断面）の気流交換経路を遮断、減少させ、流れ場をより均一にして、再生器内における温度の不均一現象を減少させて、冷凍機の効果的な作動を実現できる。好ましくは、前記ドラフト管は前記再生器と同軸に設けられる。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態として、前記ドラフト管はさらに低温端熱交換器内まで延在してもよい。ドラフト管を低温端熱交換器内まで延在することにより、低温端熱交換器における流路の直径変化の程度を低減させることができ、気流分布を最適化し、低温端熱交換器のフィンの長さを短縮させ、低温端熱交換器の熱交換能力を強化することができる。
【０００９】
好ましくは、前記ドラフト管はさらにパルス管内まで延在してもよい。ドラフト管をパルス管内まで延在することにより、円形のパルス管を環状のパルス管に変化させることができると共に、再生器とパルス管との間の直径変化を減少させ、パルス管内の気流を最適化することができる。より好ましくは、パルス管内に位置するドラフト管セグメントが前記パルス管と同軸に設けられる。
【００１０】
好ましくは、パルス管内に位置するドラフト管セグメントの外壁に整流網が固定されていてもよい。大きなマスフローの状況では、低温端熱交換器および高温端熱交換器の形状により制限されるため、パルス管の両端に進入するガスは必ずしも均一でなく、したがって、整流網を層流化部品として用いることは十分に必要であるが、整流網が固定されること、特にパルス管の中部に整流網が固定されることは、非常に難しいものであり、本発明は、ドラフト管をパルス管内まで延在することにより、整流網に固定ポジションを提供し、パルス管内に整流層を容易に配置できるようにした。
【００１１】
好ましくは、前記ドラフト管はさらに高温端熱交換器内まで延在してもよい。
【００１２】
前記ドラフト管の内壁および／または外壁に少なくとも一つのセンサが配置されており、前記少なくとも一つのセンサはリード線により外部測定装置と連通され、該リード線は前記ドラフト管の内部を貫通して、ドラフト管における高温端熱交換器に位置する末端から外側に向かって外部測定装置まで延在する。
【００１３】
ドラフト管にセンサを配置することにより、冷凍機内部の流れ場に大きく影響しない状況で、冷凍機内部の温度、圧力等のパラメータに対する測定を実現できる。冷凍機内部の温度および圧力を測定することにより、さらにパルス管冷凍機の原理に対する深い理解を促すことができ、それと同時に長さ・直径比の小さい再生器内における不均一化現象に対して掘り下げた分析を行って、効果的かつ実行可能な損失抑制方法を求めることに有利である。
【００１４】
再生器の内部に対する温度測定に、再生器の外壁面に対する温度測定を組み合わせることにより、再生器のより多いポジションでの温度分布を立体的に得ることができるので、再生器内部の不均一性に対する研究および冷凍機に対する最適化の制御において重要な意味を有する。低温端熱交換器の内部気流の温度（熱流が存在しない）測定に、低温端熱交換器の外壁上に対する温度測定を組み合わせることにより、低温端熱交換器の効率をより現実的に分析することができる。パルス管内に対する温度測定に、パルス管の外壁面に対する温度測定を組み合わせることにより、パルス管の立体的な温度分布を得ることができるので、パルス管の最適化に対してガイド作用を有する。
【００１５】
好ましくは、前記少なくとも一つのセンサは温度センサで、ドラフト管の内壁に設けられる。温度センサをドラフト管の内壁に設けることは、冷凍機内の流れ場に影響を及ぼさない。
【００１６】
ドラフト管の製造に用いられる材料は、特に制限されておらず、主に、熱力学および流体の損失を減少させることを主とする。例えば、パルス管内に位置するドラフト管は、熱伝導性の低い材料を使用してもよい。しかしながら、温度センサが測定されたデータが、信頼性および実効性を有するためには、好ましくは、ドラフト管における温度センサが設けられている部分を熱伝導性材質で作製してもよい。
【００１７】
好ましくは、前記センサは圧力センサで、ドラフト管の外壁に嵌め込まれてもよい。このような嵌め込み式の配置は、圧力センサが冷凍機内の流れ場に対して及ぼす影響を最大限減少させることができる。
【００１８】
前記再生器内に位置するドラフト管セグメントの各箇所の横断面面積はいずれも同じであり、その横断面面積と再生器の横断面面積との比が１／２０以上１／２以下であり、パルス管内に位置するドラフト管セグメントの各箇所の横断面面積はいずれも同じであり、その横断面面積とパルス管の横断面面積との比が１／２０以上１／２以下である。再生器内に位置するドラフト管セグメントの横断面面積は、パルス管内に位置するドラフト管セグメントの横断面面積より大きい。ドラフト管を再生器からパルス管になだらかに移行させるために、好ましくは、低温端熱交換器に位置する前記ドラフト管セグメントの両端の横断面は、再生器内に位置するドラフト管セグメントとパルス管内に位置するドラフト管セグメントの横断面とそれぞれマッチングされる。このような設計は、再生器からパルス管までの断面の変化の程度を低下させることができ、断面の変化によって生じる損失を低下させることができる。
【００１９】
ドラフト管の形状および大きさは制限されていないが、ドラフト管が良好な効果を有するために、好ましくは、前記ドラフト管の横断面の外輪郭は円形または正多角形である。
【００２０】
ドラフト管が最も優れた効果を発揮するために、前記ドラフト管の横断面の外輪郭は、円形が好ましい。
【００２１】
本発明のドラフト管は一体に成形されてもよく、実際の状況に基づいて複数の小さい部品がともに組み付けられてもよい。複数の小さい部品がともに組み付けられる場合、互いの接続方式は特に制限されておらず、粘着、ネジ嵌合、溶接、係止嵌合などの様々な接続方式であってもよい。
【００２２】
好ましくは、前記位相調節機構は、高温端熱交換器における再生器から離れた一端と連通されたイナータンス管、およびイナータンス管と接続されたガスタンクを含む。
【００２３】
前記冷凍機はパルス管冷凍機であり、パルス管冷凍機の種類にはいかなる制限もなく、一段または多段であってもよく、熱結合型パルス管冷凍機、ガス結合型パルス管冷凍機、スターリング型パルス管冷凍機またはＧＭ型パルス管冷凍機であってもよく、オリフィス型パルス管冷凍機、ダブルインレット型パルス管冷凍機、イナータンス管型パルス管冷凍機またはダブルインレットとイナータンス管との結合位相調節型パルス管冷凍機であってもよい。
【００２４】
冷凍機がスターリング型パルス管冷凍機である場合、前記冷凍機は、順に接続される圧縮機、輸送管および後段冷却器をさらに含み、前記後段冷却器は再生器と連通される。
【００２５】
好ましくは、前記ドラフト管は延在して後段冷却器から輸送管内まで貫通してもよい。該ドラフト管の延在セグメントは、圧縮機が圧縮したガスを整流することができる。
【００２６】
冷凍機がＧＭ型パルス管冷凍機である場合、前記冷凍機は、再生器と連通される後段冷却器をさらに含み、前記後段冷却器は、高圧ガス源と接続された第一ガスパイプと、低圧ガス源と接続された第二ガスパイプとを有し、第一ガスパイプおよび第二ガスパイプのいずれにも電動弁が設けられている。
【００２７】
本発明によれば、パルス管冷凍機の再生器またはパルス管内の冷媒に偏流が生じることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の具体的な実施形態によるパルス管冷凍機の構造模式図である。
【図２】図１におけるドラフト管の構造模式図である。
【図３】ドラフト管がない場合のパルス管冷凍機の再生器の横断面図である。
【図４】ドラフト管がある場合のパルス管冷凍機の再生器の横断面図である。
【図５】再生器の横断面の微小化処理図である。
【図６】図５におけるＥ微小素子の軸方向の構造を示す模式図である。
【図７】ドラフト管がない場合のパルス管冷凍機の低温端熱交換器部位の構造模式拡大図である。
【図８】図１における低温端熱交換器部位の一部拡大図である。
【図９】本発明の他の具体的な実施形態によるパルス管冷凍機の構造模式図である。
【図１０】本発明のまた他の具体的な実施形態による冷凍機の構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
パルス管冷凍機には主に以下の技術的な問題が存在する。第一に、再生器の内部に流れおよび温度の径方向における不均一性が生じる。第二に、大きな冷凍量下で、低温端熱交換器に過大な熱交換温度差が存在する。第三に、パルス管の内部の整流網を固定することが難しい。第四に、冷凍機の内部の温度および圧力を直接測定することができない。このような問題は、高い冷凍能力のスターリング型パルス管冷凍機の性能向上に対して無視できない制限を引き起こす可能性がある。
【００３０】
第一の問題について、再生器内に生じた不均一性には様々な原因がある。主な原因として、高い冷凍能力のパルス管冷凍機における長さ・直径比の小さい再生器は、径方向の熱力と水力との関連度を減少させ、入力電力と温度勾配の増大が臨界値を超えると、再生器内に還流が生じて、これによりもたらされる温度の不均一性はまた、発生した還流をさらに拡大する。再生器の径方向の温度不均一性現象に対して、現在の主な方法は、同一断面の熱伝導を増大し、再生器の特定の位置に、高熱伝導性または異なる網目数のフィラーを充填するか、または適切な長さ・直径比を採用し、音響仕事の入力を減少させることなどであるが、これらは、いずれも所定の程度で再生器の損失を減少させることしかできず、機器全体に対する性能向上は顕著でない。より有効な方法をさらに見出す必要がある。
【００３１】
第二問題について、よく見られるスリット式低温端熱交換器に対して、大部分の研究ではその内部の熱交換面積、および流れ場に対する影響に注目している。分析の結果、冷凍量の急速な増加に伴い、低温端熱交換器の単位当たりの熱流量も激しく増加し、それと同時に、機器全体の性能損失に対する低温端熱交換器の性能損失の割合も益々大きくなることが分かる。したがって、低温端熱交換器の最適化は、高効率で、大きな冷凍量の冷凍機の必要条件である。同時に、冷凍機の冷凍能力の増加に伴い、再生器の直径が相応的に増加し、これにより、再生器とパルス管との間に一つの大きな直径変化部分が存在して、比較的短い低温端熱交換器内で移行する必要がある。流路の最適化を行わなければ、例えば、巨大な渦流損失を招く。
【００３２】
第三問題について、パルス管内には常に網を充填して整流が行われるが、網を固定する必要があるため、従来はその整流装置をパルス管の冷熱両端に配置することが多かった。質量流の増加、およびパルス管の直径の増大に伴い、パルス管の中部に気流の不均一性が現れる可能性が高まり、パルス管の中部に網を設置して整流を行うことは実質的な意味を有し、従来にもパルス管の中部に網を配置する実験を行ったことがあるが、配置方法が比較的複雑であった。
【００３３】
問題四について、現在研究されているパルス管冷凍機のパラメータは主に温度および圧力である。ここで、温度測定は、一般的にいずれも再生器の壁面とパルス管の壁面に温度計を配置するが、内部の実際の温度分布を得ることができない。その後、赤外線撮像装置を導入してパルス管の内部の温度場について研究が行われたが、温度測定範囲の制限（最も低い温度２３０Ｋ）および測定原理（再生器のフィラーが密集するように充填されて内部温度結像に影響を与えた）の問題のため、いずれも機器内部の温度および圧力を正確かつ直観的に反映することができなかった。温度計または圧力計を内部に配置するとともに、機器自身に影響しないようにできるのであれば、冷凍機の研究に対して重大な意味を持つようになる。
【００３４】
上記の四つの問題が解決されれば、スターリング型パルス管冷凍機は飛躍的な発展を遂げることができる。これは時代の発展に合致して、効果的かつ信頼性がある低温冷凍機の巨大な需要に対して、巨大な経済効果と社会効果を生み出すことができる。
【００３５】
本発明に記載の冷凍機はパルス管冷凍機であり、パルス管冷凍機の種類にはいかなる制限もなく、一段または多段であってもよく、熱結合型パルス管冷凍機、ガス結合型パルス管冷凍機、スターリング型パルス管冷凍機またはＧＭ型パルス管冷凍機であってもよく、オリフィス型パルス管冷凍機、ダブルインレット型パルス管冷凍機、イナータンス管型パルス管冷凍機またはダブルインレットとイナータンス管との結合位相調節型パルス管冷凍機であってもよい。
【００３６】
本発明の実施形態に係るパルス管冷媒によれば、以下の長所を得ることができる。
【００３７】
第一に、再生器内にドラフト管を設けることにより、横方向断面の気流交換経路を遮断、減少させ、流れ場をより均一にして、再生器内における温度の不均一現象を減少させて、冷凍機の効果的な作動を実現できる。
【００３８】
第二に、ドラフト管を低温端熱交換器内まで延在することにより、低温端熱交換器における流路の直径変化の程度を低減させることができ、気流分布を最適化し、低温端熱交換器のフィンの長さを短縮させ、低温端熱交換器の熱交換能力を強化することができる。
【００３９】
第三に、ドラフト管をパルス管内まで延在することにより、環状のパルス管を形成することができ、再生器とパルス管との間の直径変化を減少させ、パルス管内の気流を最適化することができ、かつＣ部分は整流網に固定ポジションを提供して、パルス管内に整流層を容易に配置することができる。
【００４０】
第四に、ドラフト管にセンサを配置することにより、冷凍機内部の流れ場に大きく影響しない状況で、冷凍機内部の温度、圧力等のパラメータに対する測定を実現できる。
【００４１】
以下、スターリング型パルス管冷凍機を例として、各図面を参照しながら本発明の実施形態を詳しく説明する。
【００４２】
図１、２に示すように、本発明の実施形態に係るパルス管冷凍機は、順に接続される圧縮機１、輸送管２、後段冷却器３、再生器４、低温端熱交換器５、パルス管６、高温端熱交換器７、イナータンス管８およびガスタンク９を含む。冷凍機を作動する場合、再生器４におけるパルス管に近接する一側の温度が下がり、圧縮機１に近接する端部からパルス管に近接する一側まで温度勾配が現れる。したがって、再生器４におけるパルス管側に近接する端部を低温端と称し、圧縮機側に近接する端部を高温端と称する。再生器４内においてその軸方向に沿ってドラフト管が設けられている。ドラフト管は例えば中空の円筒状部材である。ドラフト管が中空であるため、再生器の高温端から低温端に侵入する熱量を低下させることができる。また、ドラフト管の側壁に複数の開口を設置し、かつ再生器の内部空間とドラフト管の内部空間とを連通させることが好ましい。ドラフト管の側壁に複数の開口を設置することにより、フィラーを高純度に維持することができる。なお、ドラフト管は必ずしも中空とする必要がなく、熱伝導係数の小さい材料で作製された中実部材を使用してもよい。ドラフト管の内部空間は、大気に対して気密状態を維持することが好ましい。また、ドラフト管の内部空間に対して減圧を行ってもよい。ドラフト管の内部空間と再生器４の内部空間とはドラフト管の側壁により離間されて互いに連通されないようにされてもよい。再生器内に位置するドラフト管セグメント、すなわちドラフト管の再生器セグメントをＡ部分１５と称する。該ドラフト管Ａ部分は再生器４と同軸に設けることができる。該ドラフト管は低温端熱交換器５に向かって延在して低温端熱交換器内まで延在することができる。低温端熱交換器内に位置するドラフト管セグメント、すなわちドラフト管の低温端熱交換器セグメントをＢ部分１４と称する。該ドラフト管は引き続き延在して低温端熱交換器５を貫通してパルス管６内まで延在する。パルス管内に位置するドラフト管セグメント、すなわちドラフト管のパルス管セグメントをＣ部分１３と称する。該ドラフト管Ｃ部分はパルス管６と同軸に設けることができる。該ドラフト管は引き続き延在してパルス管６を貫通して高温端熱交換器７内まで延在することができる。高温端熱交換器内に位置するドラフト管セグメント、すなわちドラフト管の高温端熱交換器セグメントをＤ部分１２と称する。
【００４３】
再生器４の内部にはフィラーが充填されている。フィラーは例えば銅などの金属網である。再生器４の内部にはドラフト管のＡ部分が延在しており、フィラーは、ドラフト管の形状に対応する環状網である。フィラーはドラフト管を保護するように充填されるため、再生器の同一断面における、断面中点から等距離で離れた任意の２点（空間的に差異がない２点）の間の冷媒ガスを交換する通路が減少される。つまり、冷媒が２点の間を直線に流れることができないため、２点間の流れ抵抗が大きくなる。図３は、ドラフト管がない場合のパルス管冷凍機の再生器の横断面図である。図４は、ドラフト管がある場合のパルス管冷凍機の再生器の横断面図である。図４に示すように、Ａ部分を設置することにより、図３の情況に比べて、空間的に差異のない２点間の気体交換通路を所定の程度で減少させる。流体ネットワークを用いて分析すると、ドラフト管は２点間の流れ抵抗を増加することができ、同一の圧力差を有する場合、流れ抵抗の大きい２点間の気体交換量がより小さい。これにより、流れ場の不均一性を低下させることができる。
【００４４】
図５は、再生器の横断面の微小化処理図である。図６は、図５におけるＥ微小素子の軸方向の構造を示す模式図である。図５および図６に示すように、再生器を軸線方向に沿って無数の小さい再生器、つまり無数の小さい微小素子に区画し、かつ再生器の断面に沿って再生器を無数の小さい再生器、つまり無数の小さい微小素子に区画した。理想的な状況（径方向の不均一現象が存在しないことを含む）では、再生器の同一断面における小さい再生器は互いにいずれも気体交換が存在してはならない。つまり、いずれかの黒色に充填された再生器のいずれにも位置的な差異性が存在しない。したがって、同一断面における圧力が同じである。しかしながら、実際の過程において、できるだけ均一な同一のフィラーを採用して充填しても、物質の不連続性および充填プロセスなどの様々な要素が存在するため、１本の小さい再生器であっても、軸方向において単位距離が異なる流れ抵抗がランダムに現れる。ここでは、Ｅ微小素子を例とし、つまり、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ部位は圧力差の勾配が異なる可能性があるため、軸方向において、均一な流れ抵抗を保証するか、または想定通りに分布させることができない。各々の小さい再生器においては、いずれも以上のような状況が生じ、かつ互いにいずれもランダムに分布されることが現れる。しかしながら、同一の充填材料および同一の充填プロセスを採用するため、軸方向におけるランダムに累積した総流れ抵抗は、各々の小さい再生器の間で大きな差異性が現れない。しかしながら、同一の断面においては、軸方向におけるランダムな流れ抵抗分布により、元の空間的に差異のない２点に圧力差が現れ、この圧力差は小さい再生器の互いの気流交換を直接駆動させ、全般的に径方向の不均一が現れ、外部に対して径方向の温度の不均一性が具現される。図５、６の分析に示されるように、ドラフト管の追加により、空間的に差異のない２点間の気流交換を減少させるので、再生器の内径方向の温度の不均一性現象を減少させて、再生器の性能を向上させることができる。
【００４５】
また、ドラフト管のＣ部分の外壁に、図示しない整流網をさらに固定してもよい。
【００４６】
ドラフト管の内壁に、図示しない複数の温度センサを配置でき、ドラフト管の外壁に、図示しない複数の圧力センサを嵌め込むことができる。各センサはリード線１１を介して外部測定装置１０と接続できる。該リード線１１はドラフト管の内部を貫通して、ドラフト管における高温端熱交換器７に位置する部分の末端から外側に向かって外部測定装置１０まで延在する。
【００４７】
冷凍能力の需要の急速な増加に伴い、低温端熱交換器は、単位体積の熱交換をさらに増加する要求に直面している。図７は、ドラフト管がない場合のパルス管冷凍機の低温端熱交換器部位の構造模式拡大図である。図８は、図１における低温端熱交換器部位の一部拡大図である。図７、図８に示すように、ドラフト管のＢ部分を設置することにより、気流を低温端熱交換器の外端に集中させるようにして、熱交換の熱抵抗を減少させ、熱交換器の効率を向上させる。同時に、ドラフト管のＢ部分の導入は、再生器からパルス管までの直径変化の程度を直接減少させることができ、図７と図８とを比較して、α＞２βが示され、ここで、αはドラフト管未装着時の直径変化の角度であり、２βはドラフト管装着後の直径変化の角度であり、したがって、ドラフト管は渦流損失を有効に抑制できる。
【００４８】
図９は、本発明の他の実施形態によるパルス管冷凍機の構造模式図である。本実施形態において、ドラフト管の延在部１６を追加して設置すること以外、他の設置は図１乃至図８に説明した実施形態と同じである。以下の説明においては、同一の構造に同一の符号を付けて、該構造および作用効果に対する説明を省略する。
【００４９】
図９に示すように、圧縮機が圧縮したガスに対して整流を行うために、ドラフト管が延在して後段冷却器３を貫通して輸送管２内に達し、つまり後段冷却器を貫通して輸送管内に位置するドラフト管延在部１６を形成してもよく、該延在部は圧縮機中まで深く進入してもよい。
【００５０】
図１０は本発明のまた他の実施形態である。本実施形態において、冷凍機がＵ型スターリング型パルス管冷凍機である以外、他の設置は図１乃至図８に説明した実施形態と同じである。以下の説明においては、同一の構造に同一の符号を付けて、該構造および作用効果に対する説明を省略する。
【００５１】
図１０に示すように、再生器内にドラフト管のＡ部分を設置することにより、横方向断面の気流交換経路を遮断、減少させ、流れ場をより均一にして、再生器内における温度の不均一現象を減少させて、冷凍機の効果的な作動を実現できる。低温端熱交換器内にドラフト管のＢ部分を設置することにより、低温端熱交換器における流路の直径変化の程度を低減させることができ、気流分布を最適化できる。これにより、低温端熱交換器のフィンの長さを短縮させ、低温端熱交換器の熱交換能力を強化することができる。パルス管内にドラフト管のＣ部分を設置することにより、環状のパルス管を形成することができ、再生器とパルス管との間の直径変化を減少させ、パルス管内の気流を最適化することができ、かつドラフト管のＣ部分は整流網に固定ポジションを提供し、パルス管内に整流層を容易に配置できる。ドラフト管にセンサを配置することにより、冷凍機内部の流れ場に影響しない状況で、冷凍機内部の温度、圧力等のパラメータに対する測定を実現できる。
【００５２】
本発明において、Ａ部分の各箇所の横断面面積はいずれも同じであり、その横断面面積と再生器の横断面面積との比が１／２０以上１／２以下であり、Ｃ部分の各箇所の横断面面積はいずれも同じであり、その横断面面積とパルス管の横断面面積との比が１／２０以上１／２以下である。Ａ部分の横断面面積がＣ部分の横断面面積より大きく、Ａ、Ｃ部分をなだらかに移行させるために、Ｂ部分の両端の横断面はそれぞれＡ部分およびＣ部分の横断面とマッチングされる。
【００５３】
ドラフト管の製造に用いられる材料は、特に制限されておらず、熱力学および流体の損失を減少させることを主とすることがより多い。しかしながら、温度センサにより測定されたデータが信頼性および実効性を有するようにするために、本発明において、ドラフト管における温度センサが設けられている部分は、熱伝導性材質、例えば銅などの熱伝導性に優れた材料であり、他の部分は、熱伝導性の低い材料、例えばステンレス鋼などであってもよい。ドラフト管の形状および大きさは制限されていないが、ドラフト管が良好な効果を有するようにするために、本実施例においては、ドラフト管の横断面の外輪郭を円形とする。
【００５４】
本発明において、ドラフト管は一体に成形されてもよく、実際の状況に基づいて複数の小さい部品がともに組み付けられてもよい。複数の小さい部品がともに組み付けられる場合、互いの接続方式は特に制限されておらず、粘着、ネジ嵌合、溶接、係止嵌合などの様々な接続方式であってもよい。
【００５５】
ドラフト管全体は、大気に対して密封される構造であるが、パルス管の内部の作動流体に対しては密封されていない構造であってもよい。
【００５６】
上述は単に本発明の好ましい実施形態のみであり、これにより本発明の特許保護範囲が制限されるものではなく、他の関連技術分野に直接または間接的に応用される本発明の明細書および図面の内容を応用した等価の構造変更は、いずれも同様に本発明の保護範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１  圧縮機
２  輸送管
３  後段冷却器
４  再生器
５  低温端熱交換器
６  パルス管
７  高温端熱交換器
８  イナータンス管
９  ガスタンク
１０  測定装置
１１  リード線
１２  ドラフト管Ｄ部分
１３  ドラフト管Ｃ部分
１４  ドラフト管Ｂ部分
１５  ドラフト管Ａ部分
１６  ドラフト管延在部
１７  ドラフト管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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