罐316积蓄可吸收经由惯性管314流入及流出的工作气体的压力振动程度的工作气体。
[0030]积蓄在缓冲罐316的工作气体的压力保持在斯特林型脉冲管制冷机100的平均压力左右。其中，所谓“斯特林型脉冲管制冷机100的平均压力”是指，压缩机200所产生的工作气体的压力振动的平均值，例如可以设为2MPa左右。
[0031]上述结构的斯特林型脉冲管制冷机100产生寒冷的工作原理如下。S卩，压缩机200向从蓄冷管304至惯性管314为止的内部空间供给伴有正弦波状的压力振动的工作气体。从压缩机200供给的工作气体被后冷却器302冷却之后，被蓄冷管304内的蓄冷材料进一步冷却。经由脉冲管310到达惯性管314的工作气体在流经惯性管314和缓冲罐316时，在压力变化与流量变化之间产生相位差。
[0032]因此，在脉冲管310的内部，工作气体的压力与流量之间也产生相位差。其结果，工作气体在脉冲管310的内部膨胀。该工作气体的膨胀成为脉冲管310的低温端中的PV做功，在低温端产生寒冷。被冷却的工作气体被整流器308整流之后通过冷头306，并对冷头306进行冷却。工作气体通过冷头306之后，冷却蓄冷管304内的蓄冷材料并返回到压缩机200。
[0033]通过反复进行以上动作，实施方式所涉及的斯特林型脉冲管制冷机100能够产生大致77K的寒冷。
[0034]接着，对设置于蓄冷管304的高温侧的狭窄区域304b进行说明。
[0035]如上所述，蓄冷管304与脉冲管310并排配置。在此，假设在蓄冷管304的整个内部区域填充有蓄冷材料，则蓄冷管304内部的流路阻力会变大，有可能产生压力损失。因此，通常在蓄冷管304内，蓄冷材料容纳于低温端侧的蓄冷材料容纳区域304a，而高温端侧的狭窄区域304b则成为仅供工作气体流通的空间，并且作为所谓的调整蓄冷管304与脉冲管310的长度的连接器发挥功能。由于狭窄区域304b为仅供工作气体流通的空间，因此成为死容积。另外，狭窄区域304b例如由铝形成，还可以作为支承容纳于蓄冷材料容纳区域304a的蓄冷材料的支承部件发挥功能。
[0036]图2为示意性地表示本发明的实施方式所涉及的后冷却器302及蓄冷管304的连接关系的图，且为放大表示狭窄区域304b的图。如图2所示，在狭窄区域304b的蓄冷材料容纳区域304a侧的出口设有越往蓄冷材料容纳区域304a截面积越变大的第1锥部322a。同样，在狭窄区域304b的后冷却器302侧的出口设有越往后冷却器302截面积越变大的第2锥部322b。
[0037]狭窄区域304b容纳于真空容器500内，置于真空环境中。由于狭窄区域304b被真空绝热，因此本申请的发明人发现，在狭窄区域304b中工作气体通过压缩机200的作用而被绝热压缩，导致工作气体的温度上升。工作气体的温度上升会导致蓄冷材料的温度上升，甚至会成为斯特林型脉冲管制冷机100的制冷性能下降的一个原因。根据以上内容，若从抑制由工作气体的绝热压缩引起的发热的观点及减少斯特林型脉冲管制冷机100的死容积的观点来看，狭窄区域304b中的工作气体流通区域的体积越小越好。
[0038]另一方面，如上所述，实施方式所涉及的斯特林型脉冲管制冷机100的制冷循环的频率为30Hz以上。与例如吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon ；GM)式制冷机的制冷循环的频率相比，这是较高的频率。因此，若为了减少工作气体流通区域的体积而缩小蓄冷管304的高温端侧的流路，则流路阻力会变大。这样会使斯特林型脉冲管制冷机100的压力损失的影响变大，因此不优选缩小蓄冷管304的高温端侧的流路。
[0039]本申请的发明人发现，蓄冷管304的高温侧的区域(即狭窄区域304b)的体积与由绝热压缩引起的发热及死容积的抑制、压力损失的抑制之间存在此消彼长的关系。因此，本申请的发明人进行了改变蓄冷管304内的狭窄区域304b的流路直径，并查看77K下的斯特林型脉冲管制冷机100的制冷能力的实验。
[0040]图3为以表格形式表示改变狭窄区域304b的截面积与蓄冷材料容纳区域304a的截面积之比并查看77K下的斯特林型脉冲管制冷机100的制冷能力的实验结果的图。本申请的发明人通过实验发现，狭窄区域304b的截面积与蓄冷材料容纳区域304a的截面积之比为4%时，斯特林型脉冲管制冷机100的制冷能力最大。并且还发现，只要狭窄区域304b的截面积为蓄冷材料容纳区域304a的截面积的3%以上且7%以下，就处于能够抑制由工作气体的绝热压缩引起的发热，且能够抑制由压力损失引起的制冷性能的下降的范围内。
[0041]并且，本申请的发明人观察到，狭窄区域304b的截面积只要在蓄冷材料容纳区域304a的截面积的10%以下，则对抑制由工作气体的绝热压缩引起的发热且抑制由压力损失引起的制冷性能的下降具有一定效果。
[0042]如以上说明，通过调整位于蓄冷管304的高温端侧的狭窄区域304b的截面积，能够提尚斯特林型脉冲管制冷机100的制冷能力。
[0043]如上所述，在狭窄区域304b的两端分别设有第1锥部322a及第2锥部322b。由此，能够降低流入到狭窄区域304b的工作气体的流路阻力。并且，在狭窄区域304b的体积相同的情况下，若对狭窄区域304b由一条流路构成的情况和由多个细的流路构成的情况进行比较，则前者的流路阻力比后者的流路阻力小。因此，狭窄区域304b优选为一条直线上的贯穿通道。
[0044]以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，可进行各种设计变更且具有各种变形例，并且这种变形例也属于本发明的范围，这被本领域人员所认可。
[0045]上述说明中，作为斯特林型脉冲管制冷机100以蓄冷管304与脉冲管310并排连接的回流式斯特林型脉冲管制冷机为例进行了说明。然而，斯特林型脉冲管制冷机100并不限于直线型。例如，也可以是在蓄冷管304中内置有脉冲管310的所谓同轴回流式斯特林型脉冲管制冷机。此时，只要在蓄冷管304的高温端侧设置流路直径变窄的狭窄区域304b即可。
【主权项】
1.一种斯特林型脉冲管制冷机，其配置于真空环境中，该斯特林脉冲管制冷机的特征在于，具备: 冷头，对冷却对象进行冷却； 蓄冷管，具备高温端和低温端，且所述低温端与所述冷头连接； 脉冲管，具备高温端和低温端，且所述低温端与所述蓄冷管的低温端连接；及 凸缘，支承所述蓄冷管的高温端和所述脉冲管的高温端， 所述蓄冷管和所述脉冲管并排延伸在所述凸缘与所述冷头之间， 所述蓄冷管在低温端侧具备用于容纳蓄冷材料的蓄冷材料容纳区域，且在高温端侧具备狭窄区域， 所述狭窄区域的截面积为所述蓄冷材料容纳区域的截面积的10%以下。2.根据权利要求1所述的斯特林型脉冲管制冷机，其特征在于， 所述斯特林型脉冲管制冷机的制冷循环的频率为30Hz以上， 所述狭窄区域的截面积为所述蓄冷材料容纳区域的截面积的3%以上且7%以下。3.根据权利要求1或2所述的斯特林型脉冲管制冷机，其特征在于， 在所述狭窄区域的蓄冷材料容纳区域侧的出口设有越往所述蓄冷材料容纳区域截面积越变大的第1锥部。4.根据权利要求1至3中任一项所述的斯特林型脉冲管制冷机，其特征在于，还具备: 冷却部，与所述狭窄区域连接，且冷却所述斯特林型脉冲管制冷机的工作气体， 在所述狭窄区域的所述冷却部侧的出口具备越往所述冷却部截面积越变大的第2锥部。5.根据权利要求1至4中任一项所述的斯特林型脉冲管制冷机，其特征在于， 所述狭窄区域由铝形成。
【专利摘要】本发明提供一种提高斯特林型脉冲管制冷机的制冷能力的技术。配置于真空环境中的斯特林型脉冲管制冷机(100)中，冷头(306)对冷却对象进行冷却。蓄冷管(304)具备高温端和低温端，且低温端与冷头连接。脉冲管(310)具备高温端和低温端，且低温端与蓄冷管的低温端连接。凸缘(320)支承蓄冷管的高温端和脉冲管的高温端。蓄冷管和脉冲管并排延伸在凸缘与冷头之间。蓄冷管在低温端侧具备用于容纳蓄冷材料的蓄冷材料容纳区域(304a)，且在高温端侧具备狭窄区域(304b)。狭窄区域的截面积为蓄冷材料容纳区域的截面积的10％以下。
【IPC分类】F25B9/14
【公开号】CN105402922
【申请号】CN201510518564
【发明人】中野恭介, 平塚善胜
【申请人】住友重机械工业株式会社
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年8月21日