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9月10日申请的日本专利申请第2014-184281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的脉冲管制冷机。
【背景技术】
[0003]作为产生超低温的制冷机的一种已知有脉冲管制冷机。脉冲管制冷机通过反复进行如下两个动作来在蓄冷管及脉冲管的低温端产生寒冷，即，通过压缩机压缩的工作流体即工作气体(例如氦气)流入蓄冷管及脉冲管的动作以及工作流体从脉冲管及蓄冷管流出并回收到压缩机的动作。并且，通过使冷却对象与这些低温端热接触，能够从冷却对象夺取热量。尤其，多级式多阀型脉冲管制冷机具有冷却效率高的特征，因而期待在各种领域中应用。
[0004]专利文献1:日本特开2005-114201号公报
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的在于提供一种提高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脉冲管制冷机具备:压缩机，通过压缩低压工作气体而生成高压工作气体；高温侧蓄冷器，具有高温端和低温端，且高温端与压缩机连接；低温侧蓄冷器，具有高温端和低温端，且高温端与高温侧蓄冷器的低温端连接；高温侧脉冲管，具有高温端和低温端，且低温端与高温侧蓄冷器的低温端连接，高温端与压缩机连接；低温侧脉冲管，具有高温端和低温端，且低温端与低温侧蓄冷器的低温端连接；气体流路，与低温侧脉冲管的高温端和压缩机连接，其中有工作气体流动。气体流路具有:第1流路，与低温侧脉冲管的高温端连接；第2流路，与压缩机连接，且具有与第1流路的出口对置的出口 ；及壳体，密闭地容纳第1流路的出口和第2流路的出口。壳体在比第1流路的出口更靠脉冲管侧具备与第1流路的出口和第2流路的出口连通的密闭空间。
[0007]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】
[0008]图1为示意性地表示4阀型脉冲管制冷机的一例的概要的图。
[0009]图2为按照时间序列表示图1所示的4阀型脉冲管制冷机工作时6个阀的开闭状态的图。
[0010]图3为示意性地表示实施方式所涉及的第2阻力流路的剖面的图。
[0011]图4(a)及图4(b)为放大表示滚针托的锥形区域的示意图。
[0012]图5(a)及图5(b)为示意性地表示实施方式的变形例所涉及的密闭空间的图。
[0013]图中:H1-第1气体供给流路，L1-第1气体回收流路，V1-第1开闭阀，H2-第2气体供给流路，L2-第2气体回收流路，V2-第2开闭阀，H3-第3气体供给流路，L3-第3气体回收流路，V3-第3开闭阀，V4-第4开闭阀，V5-第5开闭阀，V6-第6开闭阀，200-脉冲管制冷机，212-压缩机，215A-第1高压配管，215B-第1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-高温侧蓄冷管，250-高温侧脉冲管，251-第1储罐，256-第1配管，260-第1流路阻力，261-第2流路阻力，280-低温侧蓄冷管，286-第2配管，290-低温侧脉冲管，291-第2储罐，299-共通配管，300-针型阀，302-滚针轴，304-滚针托，306a-第10型环，306b-第20型环，308-节流孔，310-第30型环，312-锥形区域，400-壳体，402-第1流路，402a-壳体侧第1流路，402b-阀侧第1流路，404-第2流路，406-密闭空间。
【具体实施方式】
[0014]根据附图对本发明的实施方式进行说明。首先，对本发明的一种实施方式所涉及的脉冲管制冷机200的整体结构和动作进行说明。
[0015]图1为示意性地表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机200的概要的图。该脉冲管制冷机200为2级式结构。
[0016]如图1所示，脉冲管制冷机200具备:压缩机212、高温侧蓄冷管240及低温侧蓄冷管280、高温侧脉冲管250及低温侧脉冲管290、第1配管256及第2配管286、由节流孔等构成的第1流路阻力260、第2流路阻力261以及开闭阀VI?V6等。高温侧蓄冷管240的内部空间填充有高温侧蓄冷材料。高温侧蓄冷材料例如为由铜制成的金属丝网。低温侧蓄冷管280的内部空间填充有低温侧蓄冷材料。低温侧蓄冷材料例如为铅、铋、锡的颗粒。
[0017]高温侧蓄冷管240具有高温端242及低温端244。低温侧蓄冷管280具有高温端244(相当于高温侧蓄冷管240的低温端244)及低温端284。高温侧脉冲管250具有高温端252及低温端254。低温侧脉冲管290具有高温端292及低温端294。高温侧脉冲管250的高温端252及低温端254、低温侧脉冲管290的高温端292及低温端294上分别设置有换热器。由于高温侧蓄冷管240的低温端244与低温侧蓄冷管280的高温端244共通，因此高温侧蓄冷管240与低温侧蓄冷管280配置成长度方向的轴共通。并且，高温侧蓄冷管240与高温侧脉冲管250以其长度方向的轴互相平行的方式并排配置。低温侧蓄冷管280与低温侧脉冲管290也以其长度方向的轴互相平行的方式并排配置。
[0018]高温侧蓄冷管240的低温端244经由第1配管256与高温侧脉冲管250的低温端254连接。并且，低温侧蓄冷管280的低温端284经由第2配管286与低温侧脉冲管290的低温端294连接。因此，高温侧蓄冷管240的低温端244中的工作气体的温度与高温侧脉冲管250的低温端254中的工作气体的温度成为大致相同的温度。并且，低温侧蓄冷管280的低温端284中的工作气体的温度与低温侧脉冲管290的低温端294的温度也成为大致相同的温度。
[0019]高温侧蓄冷管240的低温端244与低温侧蓄冷管280的高温端244共通。因此，低温侧蓄冷管280的低温端284成为比高温侧蓄冷管240的低温端244更低温。因此，低温侧脉冲管290的低温端294成为比高温侧脉冲管250的低温端254更低温。
[0020]压缩机212的高压侧(吐出侧)的气体流路在图1中的A点向3个方向分支，构成第1气体供给流路H1、第2气体供给流路H2及第3气体供给流路H3。第1气体供给流路HI由设置有第1开闭阀VI的第1高压配管215A?共通配管220构成，且连接压缩机212的高压侧和高温侧蓄冷管240的高温端242。第2气体供给流路H2由连接有第3开闭阀V3的第2高压配管225A?设置有第1流路阻力260的共通配管230构成，且连接压缩机212的高压侧和高温侧脉冲管250的高温端252。第3气体供给流路H3由连接有第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构成，且连接压缩机212的高压侧和低温侧脉冲管290的高温端292。
[0021]另一方面，压缩机212的低压侧(吸引侧)的气体流路向第1气体回收流路L1、第2气体回收流路L2及第3气体回收流路L3的这3个方向分支。第1气体回收流路L1由共通配管220?设置有第2开闭阀V2的第1低压配管215B?B点构成，且连接高温侧蓄冷管240的高温端242和压缩机212。第2气体回收流路L2由设置有第1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点构成，且连接高温侧脉冲管250的高温端252和压缩机212。第3气体回收流路L3由设置有第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点构成，且连接低温侧脉冲管290的高温端292和压缩机212。如此，共通配管220、230、299在压缩机供给高压气体时分别成为气体供给流路的一部分，而在回收低压气体时则分别成为气体回收路的一部分。
[0022]压缩机212从低压侧的气体流路回收低压工作气体。压缩机212通过压缩回收过来的低压工作气体来生成高压工作气体。压缩机212将所生成的高压工作气体供给到高压侧的气体流路。
[0023]接着，对脉冲管制冷机200的动作进行说明。
[0024]图2为按照时间序列表示图1所示的4阀型脉冲管制冷机200工作时的6个阀的开闭状态的图，即，是以时间序列表示6个开闭阀VI?V6的开闭状态的图。
[0025]如图2所示，脉冲管制冷机200工作时，6个开闭阀VI?V6的开闭状态如下发生周期性变化。
[0026](第1过程:时间0?tl)
[0027]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气体供给流路H3(即经由第3高压配管235A?第2流路阻力261?共通配管299?高温端292的路径)向低温侧脉冲管290供给高压工作气体。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气体供给流路H2(即经由第2高压配管225A?共通配管230?高温端252的路径)向高温侧脉冲管250供给高压工作气体。
[0028](第2过程:时间t2