斯特林型脉冲管制冷机的制作方法
【专利说明】斯特林型脉冲管制冷机
[0001]本申请主张基于2014年6月5日申请的日本专利申请第2014-116446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，尤其涉及一种斯特林型脉冲管制冷机。
【背景技术】
[0003]在超导磁铁和检测器等的冷却、低温栗等中使用超低温制冷机。该超低温制冷机通常使用氦气作为工作气体。超低温制冷机存在几种类型，其中，脉冲管制冷机由于在使工作气体膨胀的膨胀器中不存在可动部件，因此期待低振动且高可靠性。另外，斯特林型脉冲管制冷机由于是以可逆过程为基本的冷却循环，因此可期待高效率化。例如在专利文献I中公开有这种脉冲管制冷机。
[0004]专利文献1:日本特开2004-333054号公报
【发明内容】
[0005]本发明的一种实施方式的示例性目的之一在于提供一种提高斯特林型脉冲管制冷机的制冷能力的技术。
[0006]为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的斯特林型脉冲管制冷机具备:蓄冷器，具有低温端和高温端；脉冲管，与蓄冷器同轴配置，且连接成使工作气体能够在该脉冲管与蓄冷器之间流过；低温热交换器，设置于蓄冷器的低温端，且具有成为工作气体的流路的气体流路；整流器，设置于脉冲管的端部中的靠近低温热交换器侧的端部。气体流路与整流器分开，连结气体流路和整流器的流路的长度为脉冲管的长度的10%以下。
[0007]另外，以上构成要件的任意组合，或将本发明的构成要件及表现在方法、装置、系统等之间相互置换也作为本发明的方式而有效。
[0008]根据本发明，能够提高斯特林型脉冲管制冷机的制冷能力。
【附图说明】
[0009]图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的斯特林型脉冲管制冷机的整体结构的概略图。
[0010]图2是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的低温热交换器、整流器、及脉冲管的连接关系的图。
[0011]图3是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的低温热交换器的截面的放大图。
[0012]图4是示意性地表示从脉冲管的低温端侧观察本发明的实施方式所涉及的低温热交换器时的外观的一例的图。
[0013]图5是示意性地表示从脉冲管的低温端侧观察本发明的实施方式所涉及的低温热交换器时的外观的另一例的图。
[0014]图6是示意性地表示本发明的第I变形例所涉及的斯特林型脉冲管制冷机的整体结构的概略图。
[0015]图7是示意性地表示从脉冲管的低温端侧观察本发明的第I变形例所涉及的低温热交换器时的外观的图。
[0016]图中:100、102-斯特林型脉冲管制冷机，200-压缩机，300-膨胀器，302-后冷却器，304-蓄冷器，306-低温热交换器，308-整流器，310-脉冲管，312-高温热交换器，314-惯性管，316-缓冲罐，318-流路，320-凸部，322-气体流路，324-贯穿孔，326-流路。
【具体实施方式】
[0017]以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在说明中对相同要件标注相同符号，并适当省略重复说明。并且，以下所述结构为示例，并不表示以任何方式限定本发明的范围。
[0018]图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的斯特林型脉冲管制冷机100的整体结构的概略图。斯特林型脉冲管制冷机100具备:压缩机200、膨胀器300、及连接压缩机200和膨胀器300的通路400。
[0019]压缩机200回收从膨胀器300经由通路400返回的工作气体。压缩机200将回收的工作气体压缩之后经由通路400向膨胀器300供给高压的工作气体。压缩机200重复进行工作气体的回收和供给，使工作气体产生正弦波状的压力振动。压缩机200的运行频率可设为与商业用电源相同的50Hz至60Hz左右。并且，可将工作气体的压力振幅的上限值设为3MPa左右，下限值设为IMPa左右。压缩机200通过工作气体压缩时产生的压缩热而被加热，因此使用未图示的水冷式冷却机构进行冷却。
[0020]如图1所示，压缩机200是两气缸对置型的压力振动产生机构，其具备第I活塞202a和第2活塞202b。第I活塞202a和第2活塞202b均容纳于缸体204。缸体204还容纳第I板弹簧206a、第2板弹簧206b、第3板弹簧206c、及第4板弹簧206d。
[0021]第I板弹簧206a和第2板弹簧206b与第I活塞202a连接，且往复移动自如地支承第I活塞202a。同样地，第3板弹簧206c和第4板弹簧206d与第2活塞202b连接，且往复移动自如地支承第2活塞202b
[0022]这些板弹簧具有在所连接的活塞的轴向上较软，而在径向上较硬的特性。因此，能够抑制第I活塞202a及第2活塞202b在缸体204内沿轴向往复移动时与缸体204的内壁接触。另外，压缩机200构成为除了成为工作气体的出入口的通路400以外成为气密状态。
[0023]膨胀器300包括:后冷却器302、蓄冷器304、低温热交换器306、整流器308、脉冲管310、高温热交换器312、惯性管(Inertance-tube) 314、及缓冲罐316，而且这些元件以上述顺序依次连接。
[0024]后冷却器302的一端与通路400的端部连接。后冷却器302也可以是例如水冷式热交换器。后冷却器302实现如下热交换，即冷却从压缩机200供给过来的工作气体，并将该热向膨胀器300的外部释放。后冷却器302的另一端与蓄冷器304的高温端连接。
[0025]蓄冷器304具有高温端和低温端。蓄冷器304具有筒状的外周面。在蓄冷器304的内部容纳有层叠多种不锈钢网而成的蓄冷材料(未图示)。蓄冷材料冷却压缩机200所供给的工作气体。蓄冷材料还积蓄从脉冲管310返回的工作气体的寒冷。在蓄冷器304的高温端设置有低温热交换器306。
[0026]低温热交换器306由导热性较好的例如铜等材料制成，且具有成为工作气体流路的气体流路。低温热交换器306在脉冲管310中成为低温的工作气体通过气体流路时被工作气体冷却。低温热交换器306所具备的气体流路的详细内容在后面进行叙述。另外，在低温热交换器306配置有与冷却对象物热连接的冷却台(未图示)。虽未限定，但低温热交换器306在斯特林型脉冲管制冷机100运行时大约成为77K的温度。
[0027]整流器308设置于脉冲管310的端部中靠近低温热交换器306侧的端部(即低温端)。整流器308将多个筛网重叠成多层而构成。整流器308也被称为过滤器(strainer)，减少从脉冲管310流出并流入低温热交换器306的工作气体的涡流和旋流、流速分布的不均等。由此，流入低温热交换器306的工作气体的流动变均匀，能够提高低温热交换器306的冷却效率。
[0028]另外，实施方式所涉及的斯特林型脉冲管制冷机100构成为，整流器308与设置于低温热交换器306的气体流路的出口分开，且工作气体流过两者之间。关于气体流路和整流器308之间的距离的详细内容，在后面进行叙述。
[0029]脉冲管310连接成，工作气体能够在该脉冲光310和蓄冷器304之间流通。与蓄冷器304相同，脉冲管310也具有筒状的外周面，且具备低温端和高温端。图1所示的例子中，斯特林型脉冲管制冷机100为脉冲管310在蓄冷器304的外部与蓄冷器304在直线上排列设置的所谓直线型的斯特林型脉冲管制冷机。因此，蓄冷器304和脉冲管310同轴配置或基本上同轴配置。并且，脉冲管310的与轴垂直的截面的直径和蓄冷器304的与轴垂直的截面的直径相等，或脉冲管310的与轴垂直的截面的直径比蓄冷器304的与轴垂直的截面的直径短。
[0030]作为一例，可以将实施方式所涉及的蓄冷器304的截面直径设为例如90