(57)【要約】【課題】シンプルな構造かつ高効率を有するパルス管型蓄熱機関を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のパルス管型蓄熱機関は、作動気体が通過する放熱器と蓄熱器と吸熱器とパルス管とが順次直列に連結してなる熱機器と、熱機器に接続され作動気体の圧力振動を発生させる振動発生手段とを有するパルス管型蓄熱機関であって、振動発生手段は、ハウジングと、ハウジング内に回転或いは偏心回転可能に配置されたローター部と、ローター部と共にハウジングの内部空間を区画して少なくとも２個一対の作動空間を形成するベーンと、熱機器の一端を作動空間の一方に接続し、熱機器の他端を作動空間の他方に接続する連通部とからなることを特徴とする。【選択図】図１
2007192443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動気体が通過する放熱器と蓄熱器と吸熱器とパルス管とが順次直列に連結してなる熱機器と、前記熱機器に接続され作動気体の圧力変動を発生させる振動発生手段とを有するパルス管型蓄熱機関であって、
前記振動発生手段は、ハウジングと、該ハウジング内に回転或いは偏心回転可能に配置されたローター部と、前記ローター部と共に前記ハウジングの内部空間を区画して少なくとも２個一対の作動空間を形成するベーンと、前記熱機器の一端を前記作動空間の一方に接続し、前記熱機器の他端を前記作動空間の他方に接続する連通部とからなることを特徴とするパルス管型蓄熱機関。
【請求項２】
前記振動発生手段は、前記ローター部を駆動する駆動手段を有する請求項１に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項３】
前記作動空間は圧縮空間と膨張空間とからなる請求項２に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項４】
前記ベーンは前記ローター部に取り付けられ、先端に前記ハウジングの内周面に摺接する摺接端部を持つ隔壁からなる請求項２に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項５】
前記ハウジングの内周面は円形状、または楕円形状を有する連続円滑曲面である請求項２または請求項４のいずれか１項に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項６】
前記ベーンは前記ハウジングを構成するケース部に取り付けられ、先端に前記ローター部の外周面に摺接する摺接端部を持つ隔壁からなる請求項２に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項７】
前記ローター部の外周面は円形状、または楕円形状を有する連続円滑曲面である請求項２または請求項６のいずれか１項に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項８】
前記ベーンは、前記摺接端部が前記ローター部の外周面、或いは前記ハウジングの内周面に常時に摺接するように前記ローター部あるいは前記ハウジングに向かって付勢手段により付勢されている請求項２に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項９】
前記振動発生手段は複数対の前記作動空間を有し、該複数対の作動空間に複数の前記熱機器がそれぞれ接続されている請求項２に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項１０】
前記ハウジングの内部空間は前記作動空間として第１圧縮空間と第２圧縮空間と第１膨張空間と第２膨張空間とを有し、前記熱機器は第１熱機器と第２熱機器とからなり、前記連通部は、一端が第１圧縮空間に接続し他端が第１熱機器の一端に接続する第１連通部と、一端が前記第１膨張空間に接続し他端が前記第１熱機器の他端に接続する第２連通部と、一端が第２圧縮空間に接続し他端が第２熱機器の一端に接続する第３連通部と、一端が前記第２膨張空間に接続し他端が前記第２熱機器の他端に接続する第４連通部とからなる請求項２または請求項９のいずれか１項に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項１１】
前記第２熱機器には、前記第２熱機器が有する第２蓄熱器の中央部において熱交換手段が設けられており、前記熱交換手段は熱伝導手段を介して前記第１熱機器が有する第１吸熱器に熱的に連結されている請求項１０に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項１２】
前記ハウジングの内部空間は、前記作動空間として第１膨張空間と第２膨張空間と第３圧縮空間とを有し、前記熱機器は、第１熱機器と第２熱機器とからなり、前記連通部は、一端が第１膨張空間に接続し他端が第１熱機器の一端に接続する第１連通部と、一端が第３圧縮空間に接続し他端が前記第１熱機器の他端に接続する第２連通部と、一端が第２膨張空間に接続し他端が第２熱機器の一端に接続する第３連通部と、一端が前記第３圧縮空間に接続し他端が前記第２熱機器の他端に接続する第４連通部とを有する請求項２または請求項９のいずれか１項に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項１３】
前記ベーンは、２個一対の隔壁を組んで構成され、前記２個一対の隔壁の間に前記作動空間の容積を調節する容積調節空間を形成している請求項２または請求項１２のいずれか1項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】
パルス管型蓄熱機関の一つとしてパルス管型冷凍機が知られ、広く使用されている。基本的に、パルス管型冷凍機は振動発生器、蓄冷器、吸熱器（コールドヘッド）、またはパルス管などを連結して構成される。パルス管型冷凍機では、冷凍機内に注入された作動気体に対し振動発生器により作動気体の振動が誘引される。そして、作動気体の圧力変動と変位との間に適当な位相差が生じると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】
パルス管型冷凍機はさまざまな場合において有効な冷凍手段であって、高い冷凍出力を持っている。また、パルス管型冷凍機の低温生成方式は、単純な機器構成であり、その上に低温部に可動部分がないためコールドヘッドでの機械的振動がないことから、安定した冷凍出力を実現することができる。しかしながらパルス管型冷凍機の低温生成は作動気体の非平衡状態の特性を作動原理とし、さらに複雑なアコースティック作用（音響的振動作用）を利用している。このため、低温生成サイクルへの解析は困難であり、パルス管型冷凍機の低温生成原理は理論的に十分確立されていない。しかしながら、パルス管型冷凍機として次のものが知られている。
【０００４】
例えば、特開平０５−１０６９２６号公報（以下特許文献１と称する）に開示されている。ダブルピストン式パルス管型冷凍機は圧縮空間、放熱器、蓄熱器、吸熱器、パルス管、膨張空間等からなる。この冷凍機では作動気体の圧縮空間と膨張空間との間に、放熱器、蓄熱器、吸熱器及びパルス管が連結されている。特許文献１に開示されているパルス管型冷凍機はスターリングサイクル（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｃｙｃｌｅ）を原理として、圧縮空間と膨張空間内の作動気体の圧力変動と変位との位相差を誘引するために、作動気体を圧縮させる圧縮ピストン及び作動気体を膨張させる膨張ピストンが設けられている。さらに、クランクシャフト（ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ）の回転により、圧縮ピストンおよび膨張ピストンを駆動している。特許文献１に開示されたパルス冷凍機では、膨張ピストンがパルス管の熱端において作動気体の膨張による仕事を吸収するため、高い冷凍効率が得られ、スターリング式冷凍機と同程度の効率を有している。
【特許文献１】特開平０５−１０６９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のパルス管型冷凍機は、作動気体の圧力変動と変位との位相差を誘引するために二個のピストンが必要となり、さらにこの二個のピストンを往復駆動するためのクランクシャフトの設置も必要となる。このため、特許文献１に開示されたパルス管型冷凍機の製造コストが高い。
【０００６】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、シンプルな構造を持ちながら高効率かつ低コストの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】
【０００７】
本発明のパルス管型蓄熱機関は、作動気体が通過する放熱器と蓄熱器と吸熱器とパルス管とが順次直列に連結してなる熱機器と、熱機器に接続され作動気体の圧力変動を発生させる振動発生手段とを有するパルス管型蓄熱機関であって、振動発生手段は、ハウジングと、ハウジング内に回転或いは偏心回転可能に配置されたローター部と、ローター部と共にハウジングの内部空間を区画して少なくとも２個一対の作動空間を形成するベーンと、熱機器の一端を作動空間の一方に接続し、熱機器の他端を作動空間の他方に接続する連通部とからなることを特徴とする。ハウジング内に配置されたローター部とベーンにより、ハウジング内において作動気体の圧力変動と変位との位相差を発生させるための各作動空間（圧縮空間および膨張空間）を同時に形成することができる。従って、従来技術では二つのピストン及びこれらのピストンを駆動するクランプシャフトを設ける必要があることに対し、本発明のパルス管型蓄熱機関は複数のピストンとこれらのピストンを駆動するクランプシャフトを必要としなく、一個のローター部により作動気体の圧力変動と変位との位相差を発生させるための作動空間を形成することができる。これにより、シンプルな構造を有するパルス管型蓄熱機関の実現ができる。パルス管型蓄熱機関としては、例えば冷凍機関、ヒートポンプ、またはエンジンなどが例示できる。
【０００８】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関の振動発生手段は、ローター部を駆動する駆動手段を有することが好ましい。回転可能なローター部に駆動手段を取り付けることにより、本発明のパルス管型蓄熱機関はパルス管型冷凍機関となり、駆動手段から入力された動力を冷凍力に変えることができる。また、本発明のパルス管型蓄熱機関に駆動手段を取り付けることとは反対に、本発明のパルス管型蓄熱機関の熱機器に熱源を取り付ければ、本発明のパルス管型蓄熱機関は動力を出力するエンジンとなる。従って、この場合において本発明のパルス管型蓄熱機関は熱源から入力された熱を動力に変えることができる。さらに、本発明のパルス管型蓄熱機関はヒートポンプとして機能することができる。
【０００９】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関の作動空間は、圧縮空間と膨張空間とからなることが好ましい。圧縮空間及び膨張空間を設けることによって、本発明のパルス管型蓄熱機関は作動気体の圧力変動と変位との位相差を発生し、冷凍力、または原動力を発生することができる。
【００１０】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関のベーンは、ローター部に取り付けられ、先端にハウジングの内周面に摺接する摺接端部を持つ隔壁からなることが好ましい。さらに、本発明のパルス管型蓄熱機関のハウジングの内周面は円形状、または楕円形状を有する連続円滑曲面であることが好ましい。ローター部にベーンが取り付けられることにより、ベーンを構成する隔壁の摺接端部がハウジングの内周面に摺接しながら、ローター部と一体になり同時に回転運動、或いは偏心回転運動を行う。このため、ローター部とハウジングは、隔壁を介して気密的に圧縮空間および膨張空間を形成することができる。さらに、ハウジングの内周面は円形状、または楕円形状を有する円滑曲面であるため、ハウジングの内周面に摺接されている隔壁がローター部の回転と同時にハウジング内に気密かつ円滑に回転することができ、ハウジング内に形成されている圧縮空間および膨張空間の容積を連続的に変化させることができる。
【００１１】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関のベーンは、ハウジングを構成するケース部に取り付けられ、先端にローター部の外周面に摺接する摺接端部を持つ隔壁からなることが好ましい。さらに、本発明のパルス管型蓄熱機関のローター部の外周面は円形状、または楕円形状を有する連続円滑曲面であることが好ましい。ハウジングを構成するケース部に隔壁を内置することにより、ベーンを構成する隔壁の摺接端部が回転、或いは偏心回転するローター部の外周面に摺接されている。このため、ローター部とハウジングは、隔壁を介して気密的に圧縮空間および膨張空間を形成することができる。さらに、ローター部の内周面は円形状、または楕円形状を有する円滑曲面であるため、ハウジングの内周面に摺接されている隔壁がローター部の回転と同時にハウジング内に気密かつ円滑に回転することができ、ハウジング内に形成されている圧縮空間および膨張空間の容積を連続的に変化させることができる。
【００１２】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関のベーンは、摺接端部がローター部の外周面、或いはハウジングの内周面に常時に摺接するようにローター部あるいはハウジングに向かって付勢手段により付勢されていることが好ましい。付勢手段を備えることにより、摺接端部を持つ隔壁が常時に気密的に圧縮空間および膨張空間を区画することができる。
【００１３】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関の振動発生手段は、複数対の作動空間を有し、複数対の作動空間に複数の熱機器がそれぞれ接続されていることが好ましい。複数個の隔壁を持つことにより、振動発生手段が有するハウジングを複数対の作動空間に分割し、さらに各作動空間にそれぞれ接続される複数の熱機器を設けることにより、一個のローター部で複数対の作動空間を形成し複数の熱機器を運転させる構造を実現することができる。
【００１４】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関のハウジングの内部空間は作動空間として第１圧縮空間と第２圧縮空間と第１膨張空間と第２膨張空間とを有し、熱機器は第１熱機器と第２熱機器とからなり、連通部は、一端が第１圧縮空間に接続し他端が第１熱機器の一端に連結する第１連通部と、一端が第１膨張空間に接続し他端が第１熱機器の他端に連結する第２連通部と、一端が第２圧縮空間に接続し他端が第２熱機器の一端に連結する第３連通部と、一端が第２膨張空間に接続し他端が第２熱機器の他端に連結する第４連通部とからなることが好ましい。複数個の隔壁で振動発生手段が有する作動空間を第１圧縮空間、第２圧縮空間、第１膨張空間、第２膨張空間に分割し、さらに二個の熱機器に接続すれば、一個のローター部で形成された二対の作動空間が二個の熱機器を運転させることができる。また、第１熱機器を熱源に接続すれば、すなわち、第１熱機器の第１吸熱器における温度を室温度以上にすれば、第１熱機器は第２熱機器を運転させる動力源となる。さらに、第１熱機器から発生する動力はローター部を駆動させることもでき、本発明のパルス管型蓄熱機関がエンジンとして機能をすることができる。また、第１熱機器の第１吸熱器と第２熱機器の第２吸熱器における温度を同時に室温度以上にすれば、第１熱機器と第２熱機器は同時に動力源となる。このため、本発明のパルス管型蓄熱機関がエンジンとしての効率を倍増させることが期待できる。
【００１５】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関の第２熱機器には、第２熱機器が有する第２蓄熱器の中央部において熱交換手段が設けられており、熱交換手段は熱伝導手段を介して第１熱機器が有する第１吸熱器に熱的に連結されていることが好ましい。熱交換手段および熱伝導手段を設けることにより、本発明のパルス管型蓄熱機関は第２熱機器の第２蓄熱器で冷やされた作動気体が更に第１熱機器の第１吸熱器で冷凍され、第２熱機器において更なる低温冷凍効果を達成することが期待できる。
【００１６】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関のハウジングの内部空間は作動空間として第１膨張空間と第２膨張空間と第３圧縮空間とを有し、熱機器は、第１熱機器と第２熱機器とからなり、連通部は、一端が第１膨張空間に接続し他端が第１熱機器の一端に連結する第１連通部と、一端が第３圧縮空間に接続し他端が第１熱機器の他端に連結する第２連通部と、一端が第２膨張空間に接続し他端が第２熱機器の一端に連結する第３連通部と、一端が第３圧縮空間に接続し他端が第２熱機器の他端に連結する第４連通部とを有することが好ましい。第１熱機器の第１吸熱器における温度を室温度以上にすれば、第２熱機器の第２吸熱器において冷凍効果を得ることができる。即ち、本発明のパルス管型蓄熱機関はＶｕｉｌｌｅｕｍｉｅｒ冷凍機として機能することができる。
【００１７】
また、本発明のパルス管型蓄熱機関のベーンは、２個一対の隔壁を組んで構成され、２個一対の隔壁の間に作動空間の容積を調節する容積調節空間を形成していることが好ましい。２個一対の隔壁で作動空間を分割することにより、各作動空間の容積をより容易に調節することができる。すなわち、圧縮空間及び膨張空間における作動気体の圧力変動と変位との位相差を自由に調節することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のパルス管型蓄熱機関によれば、ハウジング内に配置された回転可能なローター部により、ハウジング内において作動気体の位相差を発生させるための各作動空間（圧縮空間および膨張空間）を同時に形成することができる。従って、従来技術ではダブルピストン及びダブルピストンを駆動するクランプシャフトを設ける必要があることに対して、本発明のパルス管型蓄熱機関は従来技術では必要とするダブルピストンおよびクランプシャフトを無くし、一個のローター部で作動気体の位相差を発生させる各作動空間を形成することができる。シンプルな構造を有するパルス管型蓄熱機関（冷凍機関、ヒードポンプ、またはエンジン）を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、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としてパルス管型冷凍機を用いて以下の説明を行なう。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（エンジン）、またはヒートポンプとは機器の構成はほぼ同じである。そのため、本発明のパルス管型蓄熱機関はパルス管型原動機、またはパルス管型ヒートポンプにも適用することができる。
【００２０】
（第１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。
【００２１】
図１はパルス管型冷凍機の横断面図を示したものである。第１実施形態のパルス管型冷凍機は、主に第１熱機器１Ａと振動発生器２とで構成される。第１熱機器１Ａは第１放熱器１１１と、第１蓄熱器１１２と、第１吸熱器１１３と、第１パルス管１１４とを順次直列に連結してなる。振動発生器２はハウジング２１とハウジング２１に設置されたローター部４０とベーン３１、３２、３３とで構成され、第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２とを形成している。なお、第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２は本発明の作動空間を構成するものである。第１熱機器１Ａは本発明の熱機器を構成するものである。振動発生器が本発明の振動発生手段を構成するものである。
【００２２】
図２に示すように、ハウジング２１を構成するケース２２は下部に位置するローター室４１０と、上部に位置するモーター室６１０とからなる。ローター室４１０はベーン３１、３２、３３により第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２と、バック空間５０とを包囲して形成している。さらに、ケース２２には第１圧縮空間５１及び第１膨張空間５２をそれぞれ外部に連通する第１連通部２３と第２連通部２４とが設けられている。なお、バック空間５０はモーター室６１０に連通するバック空間連通管５０１を有する。
【００２３】
第１圧縮空間５１は第１連通部２３及び連結管１１８を介して、第１熱機器１Ａの第１放熱器１１１に接続されている。また、第１膨張空間５２は第２連通部２４及び連結管１１９を介して、第１熱機器１Ａの第１パルス管１１４に接続されている。即ち、振動発生器２の第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２との間に第１熱機器１Ａが挟まれ閉回路を形成し、内部に作動気体が封入される。作動気体としてはヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素、空気など、あるいはこれらの混合物を採用することができる。また、パルス管型冷凍機は、さまざまな可動部において作動気体の気密性が確保されている。
【００２４】
ハウジング２１を構成するケース２２にはベーン３１、３２、３３が取り付けられる。また、ハウジング２１のケース２２の内周面２２１（ローター室４１０の内周面）に摺接して作動空間を気密的に区画するために、ベーン３１、３２、３３はそれぞれに摺接端部３１０、３２０、３３０を持つ隔壁３１１、３２１、３３１で構成される。また、隔壁３１１、３２１、３３１のそれぞれの摺接端部３１０、３２０、３３０の反対側に、隔壁３１１、３２１、３３１をローター４１に向かって付勢する付勢手段３１２が設けられている。なお、付勢手段３１２は、例えばバネなどで構成することができる。ベーン３１、３２、３３を構成する隔壁３１１、３２１、３３１は円筒状のケース２２の半径方向に所定間隔で配置されている。なお、ベーン３１、３２、３３の配置は基本的に摺接端部３１０、３２０、３３０がローター４１の外周面４２０に摺接していれば、任意方向で配置することができるが、隔壁３１１、３２１、３３１がローター４１の回転運動に連れて往復運動する際の摩擦による損失を最低限に抑えるために、一般的に半径方向に延在するように配置することが好ましい。なお、場合によってローター室４１０の内周面２２１或いはローター４１の回転方式、構造上の特徴に応じてベーン３１、３２、３３の配置方向を変更することもできる。このように、ベーン３１、３２、３３は、隔壁３１１、３２１、３３１を介してハウジング２１とローター４１との間に形成された作動空間を、第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２とに気密的に区画している。
【００２５】
ハウジング２１内に配置されたローター部４０は、ケース２２の一部を構成するローター室４１０と、ローター室４１０内に設けられたローター４１とから構成される。また、ローター４１はシャフト４３と、シャフト４３の外周に取り付けられたリング４２とから構成されている。シャフト４３とリング４２との相対回転運動を円滑にするように、それらの間に潤滑剤が使用される。このため、図３に示すように、隔壁３１、３２、３３のそれぞれの摺接端部３１０、３２０、３３０がリング４２の外周面４２０に摺接される。シャフト４３が偏心回転を行う際、摺接端部３１０，３２０、３３０の摩擦作用によりリング４２は自ら自転運動を行い、大きい摩擦による仕事の損失を防ぐことができる。このように、ローター４１の偏心回転が円滑になると供に、エネルギーの損失が抑えられる。さらに、ローター部４０の偏心回転に連れてベーン３１，３２，３３の隔壁３１１、３２１、３３１はリング４２の外周面４２０に摺接されながら、ハウジング２１の半径方向に連続に往復運動を行う。図３に示すように、Ａ方向は隔壁３１１、３２１、３３１の往復運動方向で、Ｂ方向はローター４１の偏心回転運動方向で、Ｃ方向は大きいな摩擦を回避するためのリング４２の自転運動方向である。また、図２に示すように、ローター４１を駆動するためのモーター（図示せず）がケース２２の一部を構成するモーター室６１０に取り付けられる。なお、シャフト４３の回転中心は、ケース２２の内周面２２１の中心とは同一である、また、一般的なロータリー式圧縮機（Ｒｏｔａｒｙ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）と同様に、シャフト４３の中心線とモーターの中心線とは一定の距離を保っている。また、ローター室４１０とモーター室６１０の間、又はモーター室６１０の上側にカバー４１１が設けられ気密的に各空間を区画している。このため、第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２に封入された作動気体の気体漏れをできるだけ軽減することができる。
【００２６】
このように、シャフト４３はハウジング２１の内部空間に偏心回転運動を行い、ケース２２に配置されたベーン３１、３２、３３はそれぞれの配置方向に沿い往復運動を行う。従って、第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２との容積差が連続的に変化し、内部に封入さらた作動気体の圧力変動と変位との位相差が誘引される。
【００２７】
本実施形態例のパルス管型冷凍機では、第１放熱器１１１、第１蓄熱器１１２、第１吸熱器１１３、第１パルス管１１４が一体をなし第１熱機器１Ａを構成している。第１蓄熱器１１２は、ステンレス鋼などの熱伝導率の小さい材料で形成された容器１１にステンレス鋼、りん青銅等のメッシュなどで形成された蓄熱材を配置している。
【００２８】
容器１１に配置された第１放熱器１１１は、一端には振動発生器２の第１圧縮空間５１に接続され、他端には第１蓄熱器１１２に接続される。また、第１蓄熱器１１２は第１吸熱器１１３と、第１パルス管１１４と、ディストリビュータ１１５とが順に直列して連結され、最後にディストリビュータ１１５を介して振動発生器２の第１膨張空間５２に接続される。このように、第１熱機器１Ａと振動発生器２は内部に作動気体が封入された閉回路を形成している。なお、第１パルス管１１４において第１吸熱器１１３に近い端部は低温端１１４Ｃであり、ディストリビュータ１１５に近い端部は高温端１１４Ｈである。
【００２９】
また、第１熱機器１Ａと振動発生器２とを接続するには、連結管１１８、１１９が設けられている。連結管１１８の一端は振動発生器２の第１連通部２３に連結され、他端は漏斗状端部１１６を介してディストリビュータ１１５に接続される。連結管１１９の一端は振動発生器２の第２連通部２４に連結され、他端は漏斗状端部１１７を介して第１放熱器１１１に接続される。漏斗状端部１１６、１１７は異なった口径を持つ両端口を有し、異なる口径を持つ各部分を接続する連結部である。また、漏斗状端部１１６，１１７は連結された管路内の作動気体の流れをよくする機能を持ち、高流速の気体の圧力損失を抑える効果がある。
【００３０】
本実施形態例のパルス管型冷凍機は、以下に示すように作動する。
【００３１】
モーター室６１０に取り付けられたモーターが回転することによりローター４１のシャフト４３が駆動され、シャフト４３に取り付けられたリング４２がローター室４１０において偏心回転する。リング４２の外周面４２０に摺接されるベーン３１、３２，３３が所定方向に沿い往復運動を行う。結果としてローター４１の回転により、第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２の容積はベーン３１、３２、３３の往復運動で連続的に変化する。第１圧縮空間５１及び第１膨張空間５２内に封入された作動気体が空間体積の変化により第１連通部２３及び第２連通部２４を介して第１熱機器１Ａに流される。第１熱機器１Ａにおいて作動気体の気圧変動（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）が誘引される。振動発生器２の第１圧縮空間５１により仕事が第１熱機器１Ａに出力され、さらに第１膨張空間５２により第１熱機器１Ａからの作動気体の膨張による仕事が吸収される。これにより、第１熱機器１Ａの第１放熱器１１１において熱が放出され、第１吸熱器１１３（いわゆるコールドヘッド）において熱が吸収される。即ち、第１熱機器１Ａの第１吸熱器１１３において冷凍力が得られる。また、第１熱機器１Ａの第１パルス管１１４の低温端１１４Ｃにおいて作動気体が膨張され冷凍力が生成する。さらに、吸熱器１１３を介して冷凍力が外部に出力される。そして、作動気体の膨張による仕事は第１パルス管１１４の高温端１１４Ｈを通し振動発生器２の第１膨張空間５２において吸収される。
【００３２】
第１蓄熱器１１２は、外部環境温度（室温）からコールドヘッドに熱の漏れが少なくするように設けられている。通常の場合では、第１蓄熱器１１２はステンレススティルチューブ、或いは熱伝導率の低い金属ケースにステンレスメッシュ、銅メッシュ、またはポリマーメッシュなどで充填されたもので構成することができる。
【００３３】
第１吸熱器１１３は熱交換作用を担い、冷凍力を外部へ出力するものである。また、第１熱機器１Ａにおいて第１パルス管１１４と第１吸熱器１１３との間に気体スムーザー（Ｇａｓ  ｓｍｏｏｔｈｅｒ）が設けられていない場合では、第１吸熱器１１３は気体スムーザーとして機能することもできる。
【００３４】
漏斗状端部１１６は作動気体ができるだけ抵抗を抑えてスムーズに第１圧縮空間５１から第１放熱器１１１へ流れるように設けられたものである。なお、漏斗状連結管、金属、或いは非金属の板材に穴を開けたもの、または多孔性金属もしくはメッシュなどで構成することもできる。また、漏斗状端部１１７も同様な作用効果を持っている。
【００３５】
第１放熱器１１１は第１熱機器１Ａにおいて発生する熱を外部に放出するものである。
【００３６】
バック空間連結管５０１（図１に示す）はバック空間５０をモーター室６１０に連接している。なお、バック空間連結管５０１は本発明のバック空間連結部を構成するものである。また、モーター室６１０はバック空間５０に対して充分な容積を持っているため、モーター室６１０に連結されたバック空間５０内気体の圧力振動による損失を抑えることができる。なお、モーター室６１０の容積が比較的小さいとき、容積を増大させるためにモーター室６１０に連結するバッファー空間を設けることもできる。
【００３７】
また、例えばローター４１が低回転速度で駆動された場合、シャフト４３とリング４２を一体的に形成することもできる。なお、ローター４１の回転速度が大きくなることによりベーン３１，３２，３３と外周面４２０との間の摩擦が大きくなる。これに対して、リング４２は外周面４２０に摺接されたベーン３１、３２、３３の相対運動に応じて自転するように、リング４２とシャフト４３との間に潤滑剤が使用される。このため、リング４２とシャフト４３とは相対回転ができるようになり、回転によるベーン３１、３２、３３と外周面４２０との間の摩擦を軽減することができる。
【００３８】
また、図１に示すように、熱を加えることにより第１放熱器１１１における温度を第１吸熱器１１３における温度より高くした場合、本実施形態例のパルス管冷凍機はパルス管エンジンとして機能することができる。この場合において、モーター４１は動力発生器（ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ）になる。また、シャフト４３を介して直接に動力を外部に出力すればモーター４１の必要性がなくなる。
【００３９】
また、図１に示した第１熱機器１Ａは一段式熱機器であるが、二段式、あるいは多段式を採用することもできる。
【００４０】
また、第１圧縮空間５１および第１膨張空間５２の容積変化はサイン関数関係を持っている。第１圧縮空間５１及び第１膨張空間５２内の作動気体の圧力位相差は約９０度に設定することができる。なお、第１圧縮空間５１の容積可変、または第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２内作動気体の圧力位相差はベーン３１、３２、３３を構成する隔壁３１１、３２１、３３１の配置角度の調整により自由に調節することができる。
【００４１】
さらに、第１熱機器１Ａの第１パルス管１１４側に仕事を入力し第１蓄熱器１１２側から仕事を出力する場合において、本実施形態例のパルス管冷凍機はヒートポンプとして機能することができる。
【００４２】
（第２実施形態例）
第２実施形態例を図４に示す。第２実施形態例は第１実施形態例の変態形態であり、第１実施形態例と基本的に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。
【００４３】
図４に示すように、第２実施形態例のパルス管冷凍機は主に第１熱機器１Ａと、第２熱機器１Ｂと、振動発生器２とで構成される。第２熱機器１Ｂは第１熱機器１Ａのように、第２放熱器１２１と、第２蓄熱器１２２と、第２吸熱器１２３と、第２パルス管１２４とを順次直列に連結してなる。振動発生器２はハウジング２１とハウジング２１に設置されたローター部４０とベーン３１、３２、３３、３４とで構成され、第１圧縮空間５１と第１膨張空間５２と第２圧縮空間５３と第２膨張空間５４とを形成している。第１圧縮空間５１、第１膨張空間５２、第２圧縮空間５３または第２膨張空間５４は本発明の作動空間を構成するものである。第１熱機器１Ａ，第２熱機器１Ｂは本発明の熱機器を構成するものである。
【００４４】
また、図４に示すように、第１実施形態例（図１に示す）ではバック空間５０であった空間がベーン３４を導入することにより、二個の作動空間に分けられ第２圧縮空間５３及び第２膨張空間５４となる。さらに、第３連通部２５及び第４連通部２６を介して、第２圧縮空間５３及び第２膨張空間５４がそれぞれに外部に連通されている。また、連結管１２８及び連結管１２９を介して、第２圧縮空間５３は第２熱機器１Ｂの第２放熱器１２１に接続され、第２膨張空間５４は第２熱機器１Ｂの第２パルス管１２４に接続されている。
【００４５】
このように、ローター４１はローター室４１０において偏心回転する際、各独立した作動空間内の作動気体の圧力変動が誘引される。即ち、一個の振動発生器で二個の熱機器を駆動することができる。いわゆる、ダブルアクション式（Ｄｏｕｂｌｅ  ａｃｔｉｏｎ）パルス管冷凍機を実現することができる。
【００４６】
外部から第１吸熱器１１３に熱を加え、第１吸熱器１１３の温度は室温により高い場合において第１熱機器１Ａはパルス管エンジンとして機能することができる。このため、第１熱機器１Ａから発生する動力が第２熱機器１Ｂを駆動させることができる。この場合では第２熱機器１Ｂはパルス管冷凍機として機能する。なお、一部の動力は外部へ出力されるか、或いはモーターに駆動されたシャフト４３を介して外部から入力される。
【００４７】
また、外部から第１吸熱器１１３及び第２吸熱器１２３に熱を加え、それぞれ両方の温度は室温度よりも高い場合において本実施形態例のパルス管冷凍機はダブルアクション式パルス管エンジン（Ｄｏｕｂｌｅ  Ａｃｔｉｏｎ  Ｐｕｌｓｅ  ｔｕｂｅ  ｅｎｇｉｎｅ）として機能することができる。この場合では、第１吸熱器１１３と第２吸熱器１２３の温度は同一ではなくてもよい。このように、本実施形態例のパルス管型蓄熱機関は温度が一定ではない廃熱、例えば高温ガス、高温水の廃熱回収に特に有効的である。
【００４８】
（第３実施形態例）
第３実施形態例を図５に示す。第３実施形態例は第１実施形態例の変態形態であり、第１実施形態例と基本的に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。
【００４９】
図５に示すように、本実施形態例は第２実施形態例とほぼ同じ構成を有する。
【００５０】
第２熱機器１Ｂの第２蓄熱器１２２の中央部に熱交換部材１４０が設けられ、第２蓄熱器１２２を第２蓄熱器１２２Ａと第２蓄熱器１２２Ｂに分ける。また、一端が熱交換材１４０に熱的に接続され、他端は第１吸熱器１１３に熱的に接続される熱伝導部材１４１（Ｈｅａｔ  Ｂｒｉｄｇｅ）が設けられる。熱伝導部材１４１は高い熱伝導率を持つもの、例えば銅、アルミニュームなどの金属類或いは熱パイプで構成することが好ましい。このため、熱交換部材１４０及び熱伝導部材１４１を介して、第１吸熱器１１３は第２蓄熱器１２２を通過する作動気体を冷凍することができる。即ち、予冷（Ｐｒｅ−ｃｏｏｌｉｎｇ）二段式パルス管冷凍機を実現することができる。本実施形態例によれば、第２吸熱器１２３において更なる低温、例えば２０Ｋを実現することができる。また、通常の場合ではＰｂ粒（Ｐｂ  Ｓｈｏｔ）が第２蓄熱器１２２Ｂに設けられる。なお、熱交換部材１４０は本発明の熱交換手段を構成するものである。また、熱伝導部材１４１は本発明の熱伝導手段を構成するものである。
【００５１】
（第４実施形態例）
第４実施形態例を図６に示す。第４実施形態例は第１実施形態例の変態形態であり、第１実施形態例と基本的に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。
【００５２】
図６に示すように、本実施形態例は第２実施形態例と同様に第１熱機器１Ａと第２熱機器１Ｂを有する。第３連通部２５及び第４連通部２６により、バック空間５０が外部に連結される。第１熱機器１Ａの第１パルス管１１４は連結管１１９及び第２連結部２４を介して第１膨張空間５２に連結され、第１放熱器１１１は連結管１１８及び第４連結部２６を介してバック空間５０に接続される。第２熱機器１Ｂの第２放熱器１２１は連結管１２８及び第３連結部２５を介してバック空間５０に連結され、第２パルス管１２４は連結管１２９及び第１連結部２３を介して第１圧縮空間に接続される。なお、バック空間５０とモーター室６１０との間にバック空間連通管５０１（図１に示す）が設けられていない。このように、本実施形態例はＶｕｉｌｌｅｕｍｉｅｒ冷凍機として機能することができる。図７はＶｕｉｌｌｅｕｍｉｅｒ冷凍機の基本構造を示したものである。図７から分かるように、本実施形態例のＶｕｉｌｌｅｕｍｉｅｒパルス管冷凍機は、基本構造を構成するＶｕｉｌｌｅｕｍｉｅｒ冷凍機のディスプレーサーを室温ディスプレーサー（Ｄｉｓｐｌａｃｅｒ  ａｔ  ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に変え、基本構造を構成するシリンダーをパルス管に変えたものである。なお、基本構造を構成するその他の部分、例えば熱機器などは本来と同様な構造である。また、バック空間５０は本発明の第３圧縮空間を構成するものである。
【００５３】
外部から熱を加え第１吸熱器１１３及び第２吸熱器１２３のいずれか一方の温度は室温度より高い場合では、もう一方の吸熱器において冷凍力が得られる。例えば第１吸熱器１１３を室温より高い温度まで熱を加えると、第２吸熱器１２３において冷凍力を出力することができる。この場合において、ローター４１はローター室４１０内において回転し、各作動空間内の作動気体を室温度域から高温域あるいは低温域に流せる。なお、作動空間の総体積は一定であり、作動気体の圧力は各作動空間の温度差により位相差が発生する。
【００５４】
（第５実施形態例）
第５実施形態例を図８に示す。第５実施形態例は第１実施形態例の変態形態であり、第１実施形態例と基本的に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。
【００５５】
図８に示すように、本実施形態例は第２実施形態例とほぼ同じ構成を有する。
【００５６】
ベーン３１は一対の隔壁３１１Ａと隔壁３１１Ｂとを組んでからなる。同様に、ベーン３２、３３、３４も一対の隔壁３２１Ａと隔壁３２１Ｂ、隔壁３３１Ａと隔壁３３１Ｂ、隔壁３４１Ｂと隔壁３４１Ｂ、それぞれ組んで形成される。隔壁３１１Ａと隔壁３１１Ｂとの間に容積調節空間３１３が形成される。同様に、隔壁３２１Ａと隔壁３２１Ｂとの間に容積調節空間３２３が形成され、隔壁３３１Ａと隔壁３３１Ｂとの間に容積調節空間３３３が形成され、隔壁３４１Ａと隔壁３４１Ｂとの間に容積調節空間３４３が形成される。また、容積調節空間３１３をモーター室６１０に接続する連結部３１４が設けられ、気体の振動による仕事損失を軽減することができる。同様に、連結部３２４、３３４、３４４が設けられ気体の振動による仕事損失を軽減させる目的である。
【００５７】
一対の隔壁を設置することにより、調節空間の容積を自由に調節することができる。すなわち、第１圧縮空間５１、第１膨張空間５２、第２圧縮空間５３、第２膨張空間５４のそれぞれの容積を調整することができ、より自由に各作動空間内の作動気体の圧力位相差を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【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横断面図である。
【図２】第１実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した縦断面図である。
【図３】ローター部回転時ローターと隔壁との相対位置関係を示した図である。
【図４】第２実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した横断面図である。
【図５】第３実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した横断面図である。
【図６】第４実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した横断面図である。
【図７】Ｖｕｉｌｌｅｕｍｉｅｒ冷凍機の基本構造を示す図である。
【図８】第５実施形態例のパルス管型冷凍機の構成を示した横断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１Ａ：第１熱機器  １Ｂ：第２熱機器  １１：容器
１１１：第１放熱器  １１２：第１蓄熱器  １１３：第１吸熱器
１１４：第１パルス管  １１４Ｈ：高温端  １１４Ｃ：低温端
１２１：第２放熱器  １２２：第２蓄熱器  １２３：第２吸熱器
１２４：第２パルス管
１１５、１２５：ディストリビュータ
１１６、１１７、１２６、１２７：漏斗状端部
１１８、１１９、１２８、１２９：連結管
１４０：熱交換部材  １４１：熱伝導部材
２：振動発生器  ２１：ハウジング  ２２：ケース
２２１：内周面
２３：第１連通部  ２４：第２連通部
２５：第３連通部  ２６：第４連通部
３１、３２、３３、３４：ベーン
３１０、３２０、３３０、３４０：摺接端部
３１１（Ａ，Ｂ）、３２１（Ａ，Ｂ）、３３１（Ａ，Ｂ）、３４１（Ａ，Ｂ）：隔壁
３１２：付勢手段
３１３、３２３、３３３、３４３：容積調節空間
３１４、３２４、３３４、３４４：連通部
４０：ローター部  ４１：ローター  ４２：リング  ４３：シャフト
４１０：ローター室  ４１１：カバー  ４２０：外周面
５０：バック空間（第３圧縮空間）
５０１：バック空間開口  ５０２：バック空間連通部
５１：第１圧縮空間  ５２：第１膨張空間
５３：第２圧縮空間  ５４：第２膨張空間
６１０：モーター室
【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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