脉冲管制冷机的制作方法
【专利说明】脉冲管制冷机
[0001]本申请主张基于2014年I月6日申请的日本专利申请第2014-000398号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
[0002]本发明涉及一种脉冲管制冷机，尤其涉及一种多级式多路阀型脉冲管制冷机。
【背景技术】
[0003]作为产生超低温的制冷机之一，已知有脉冲管制冷机。脉冲管制冷机中，通过反复进行被压缩机压缩的工作流体即制冷剂气体(例如氦气)流入蓄冷管及脉冲管的动作及工作流体从脉冲管及蓄冷管流出而回收至压缩机的动作，在蓄冷管及脉冲管的低温端形成寒冷。并且，通过在这些低温端热接触冷却对象，能够从冷却对象夺去热。尤其，多级式多路阀型脉冲管制冷机具有制冷效率较高的特征，期待在各种领域中使用。
[0004]专利文献1:日本特开2011-094835号公报
[0005]压缩机压缩低压(例如0.8MPa)的氦气，从而生成高压(例如2.2MPa)的氦气。在超低温附近，高压氦气的密度与低压氦气的密度的密度差的温度依赖性变大，尤其当温度为1K左右时，其密度差变得最大。因此，将氦气用作脉冲管制冷机的制冷剂气体时，脉冲管制冷机中的制冷剂气体的压力差变小，并且很难调整氦气的流速与压力变动的相位差，因此有可能成为脉冲管制冷机的制冷能力下降的主要原因。
【发明内容】
[0006]本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于提供一种提高脉冲管制冷机的制冷能力的技术。
[0007]为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的脉冲管制冷机具备:压缩机，压缩制冷剂气体；第I脉冲管，具有低温端及与压缩机连接的高温端；第I蓄冷管，具有与第I脉冲管的低温端连接的低温端及与压缩机连接的高温端；第2脉冲管，具有与压缩机连接的高温端及比第I脉冲管的低温端更低温的低温端；第2蓄冷管，具有高温端及与第2脉冲管的低温端连接的低温端，并与第2脉冲管并排配置。第2脉冲管在比与第2蓄冷管的高温端相对应的位置更靠低温端侧具备狭窄部。
[0008]本发明的另一种实施方式也是一种脉冲管制冷机。该脉冲管制冷机具备:压缩机，压缩制冷剂气体；第I脉冲管，具有低温端及与压缩机连接的高温端；第I蓄冷管，具有与第I脉冲管的低温端连接的低温端及与压缩机连接的高温端；第2脉冲管，具有与压缩机连接的高温端及比第I脉冲管的低温端更低温的低温端；第2蓄冷管，具有高温端及与第2脉冲管的低温端连接的低温端，并与第2脉冲管并排配置。第2脉冲管在流过第2脉冲管的制冷剂气体的温度为8K至30K的区域具备狭窄部。
[0009]根据本发明，能够提供一种提高脉冲管制冷机的制冷能力的技术。
【附图说明】
[0010]图1是示意地表示4路阀型脉冲管制冷机的一例的概要的图。
[0011]图2是按照时间顺序表示图1所示的4路阀型脉冲管制冷机工作时的6个阀的开闭状态的图。
[0012]图3是表示2.2MPa的氦气与0.SMPa的氦气各自的密度随温度的变化及两者的密度差随温度的变化的图。
[0013]图4(a)和图4(b)是示意地表示实施方式所涉及的第2脉冲管的结构的图。
[0014]图5是示意地表示本发明的变形例所涉及的4路阀型脉冲管制冷机的一例的概要的图。
[0015]图6是按照时间顺序表示图5所示的4路阀型脉冲管制冷机工作时的8个阀的开闭状态的图。
[0016]图中:H1-第I制冷剂供给路，L1-第I制冷剂回收路，Vl-第I开闭阀，H2-第2制冷剂供给路，L2-第2制冷剂回收路，V2-第2开闭阀，H3-第3制冷剂供给路，L3-第3制冷剂回收路，V3-第3开闭阀，H4-第4制冷剂供给路，L4-第4制冷剂回收路，V4-第4开闭阀，V5-第5开闭阀，V6-第6开闭阀，V7-第7开闭阀，V8-第8开闭阀，200、201-脉冲管制冷机，212-压缩机，215A-第I高压配管，215B-第I低压配管，220-共通配管，225A-第2高压配管，225B-第2低压配管，230-共通配管，235A-第3高压配管，235B-第3低压配管，240-第I蓄冷管，245A-第4高压侧配管，245B-第4低压侧配管，250-第I脉冲管，251-第I储罐，254-低温端，256-第I配管，260-第I流路阻力，261-第2流路阻力，280-第2蓄冷管，281-第I蓄冷材料，283-第2蓄冷材料，286-第2配管，290-第2脉冲管，291-第2储罐，293-狭窄部，299-共通配管，416-第3配管，420-第3脉冲管，440-第3蓄冷管，450-流路阻力，455-共通配管，493-狭窄部。
【具体实施方式】
[0017]根据附图对本发明的实施方式进行说明。
[0018]在说明本发明的实施方式所涉及的脉冲管制冷机之前，首先说明通常的4路阀型脉冲管制冷机。图1是示意地表示通常的4路阀型脉冲管制冷机200的一例的概要的图。该脉冲管制冷机200为2级式结构。
[0019]如图1所示，脉冲管制冷机200具备:压缩机212、第I蓄冷管240及第2蓄冷管280、第I脉冲管250及第2脉冲管290、第I配管256及第2配管286，由节流孔等构成的第I流路阻力260、第2流路阻力261以及开闭阀Vl?V6等。
[0020]第I蓄冷管240具有高温端242及低温端244，第2蓄冷管280具有高温端244 (相当于第I蓄冷管240的低温端244)及低温端284。第I脉冲管250具有高温端252及低温端254，第2脉冲管290具有高温端292及低温端294。第I脉冲管250及第2脉冲管290各自的高温端252、292及低温端254、294上设置有热交换器。由于第I蓄冷管240的低温端244与第2蓄冷管280的高温端244共通，因此第I蓄冷管240及第2蓄冷管280配置成长边方向的轴共通。并且，第I蓄冷管240及第I脉冲管250以其长边方向的轴对齐的方式并排配置。第2蓄冷管280及第2脉冲管290以其长边方向的轴的轴向平行的方式并排配置。
[0021]第I蓄冷管240的低温端244经由第I配管256与第I脉冲管250的低温端254连接。并且，第2蓄冷管280的低温端284经由第2配管286与第2脉冲管290的低温端294连接。因此，第I蓄冷管240的低温端244中的制冷剂气体的温度与第I脉冲管250的低温端254中的制冷剂气体的温度成为大致相同的温度。并且，第2蓄冷管280的低温端284中的制冷剂气体的温度与第2脉冲管290的低温端294的温度也成为大致相同的温度。
[0022]第I蓄冷管240的低温端244与第2蓄冷管280的高温端244共通，因此第2蓄冷管280的低温端284成为比第I蓄冷管240的低温端244更低温。因此，第2脉冲管290的低温端294成为比第I脉冲管250的低温端254更低温。
[0023]压缩机212的高压侧(吐出侧)的制冷剂用流路在图1中的A点向3个方向分支，构成第I制冷剂供给路H1、第2制冷剂供给路H2及第3制冷剂供给路H3。第I制冷剂供给路Hl由压缩机212的高压侧?设置有第I开闭阀Vl的第I高压配管215A?共通配管220?第I蓄冷管240构成。第2制冷剂供给路H2由压缩机212的高压侧?连接有第3开闭阀V3的第2高压配管225A?设置有第I流路阻力260的共通配管230?第I脉冲管250构成。第3制冷剂供给路H3由压缩机212的高压侧?连接有第5开闭阀V5的第3高压配管235A?设置有第2流路阻力261的共通配管299?第2脉冲管290构成。
[0024]另一方面，压缩机212的低压侧(吸入侧)的制冷剂用流路向第I制冷剂回收路L1、第2制冷剂回收路L2及第3制冷剂回收路L3的3个方向分支。第I制冷剂回收路LI由第I蓄冷管240?共通配管220?设置有第2开闭阀V2的第I低压配管215B?B点?压缩机212的路径构成。第2制冷剂回收路L2由第I脉冲管250?设置有第I流路阻力260的共通配管230?设置有第4开闭阀V4的第2低压配管225B?B点?压缩机212的路径构成。第3制冷剂回收路L3由第2脉冲管290?设置有第2流路阻力261的共通配管299?设置有第6开闭阀V6的第3低压配管235B?B点?压缩机212的路径构成。
[0025]接着，对脉冲管制冷机200的动作进行说明。
[0026]图2是按照时间顺序表示图1所示的4路阀型脉冲管制冷机200工作时的6个开闭阀Vl?V6的开闭状态的图。以下，还将图2所示的图称为“时序图”。
[0027]如图2所示，脉冲管制冷机200工作时，6个开闭阀Vl?V6的开闭状态如下发生周期性变化。
[0028](第I过程:时间O?tl)
[0029]首先，在时间t = 0，仅打开第5开闭阀V5。由此，从压缩机212经由第3制冷剂供给路H3，即经由第3高压配管235A?共通配管299?高温端292的路径，向第2脉冲管290供给高压制冷剂气体。之后，在时间t = tl，在保持第5开闭阀V5的打开状态的情况下，打开第3开闭阀V3。由此，从压缩机212经由第2制冷剂供给路H2，即经由第2高压配管225A?共通配管230?高温端252的路径，向