蓄冷器式制冷机的制作方法_3

文档序号:8394318阅读:来源:国知局
空间26。然而,上述不等式(4)表示从第2蓄冷器向第2膨胀空间26流出的氦气的质量小于流入到第2蓄冷器中的氦气的质量。这意味着第2蓄冷器34起到所谓的氦气的缓冲作用。结果,第2膨胀空间26的压力下降得到抑制,压力差也变小。
[0051]并且,若回流阀16被打开,则第2蓄冷器34内的高压氦气成为低压氦气。此时,式(3)中的右边成为将图2中以直线示出的密度差作为绝对值的负值。因此,得到以下的不等式(5)。
[0052]min-mout = Vdp /dt < O (5)
[0053]这表示从第2蓄冷器34流出的氦气的质量大于从第2膨胀空间26流入到第2蓄冷器34中的氦气的质量。
[0054]图3是表示实施方式I所涉及的第2蓄冷器的温度特性曲线的一例的图,是表示将从第2蓄冷器的高温端至低温端的距离设为I时第2蓄冷器34的温度特性曲线的曲线图。在图3中,以实线示出的曲线表示以往技术中的第2蓄冷器34的温度分布即未具备气体管路33的第2蓄冷器的温度分布。
[0055]如图3的实线所示,在以往技术中的2级式制冷机的第2蓄冷器34中,从高温端朝向低温端的温度特性曲线成为与距高温端的距离成反比例的形状,成为如双曲线形状的特性曲线。在图3中,温度梯度变得最大的部位是标准化距离为大致0.2的部位,其存在于高温侧区域24。当标准化距离在0.2附近时,温度成为8K左右,这与图2中的密度差变得最大的温度一致。即,在以往技术中的第2蓄冷器中,若能够通过使氦气的温度成为8K的区域的氦气变暖来使第2蓄冷器的温度特性曲线接近直线,则能够抑制氦气的密度差的增加,进而提尚制冷机整体的制冷能力。
[0056]因此,实施方式I所涉及的第2蓄冷器34具备将从第I蓄冷器9向第I膨胀空间18排出的制冷剂气体引导至第2蓄冷器34中的气体管路33。将第2蓄冷器34的长度设为I时,气体管路33的低温侧的出口位于从第2蓄冷器34的高温端侧相隔0.2?0.3的位置。由此,对气体管路33不存在时氦气的温度成为大致8K的区域供给第I膨胀空间18中的氦气(大致50K的氦气),因此能够使第2蓄冷器的温度特性曲线接近直线。另外,以下本说明书中,使第2蓄冷器的温度特性曲线接近直线的情况有时记载为“改善温度特性曲线”。
[0057]图3的单点划线表示实施方式I所涉及的具备气体管路33的第2蓄冷器34的温度特性曲线。如图3所示,通过使用气体管路33使氦气向第2蓄冷器34中分流,由此能够改善第2蓄冷器34的、尤其是高温侧区域24的温度特性曲线。通过该高温侧区域24内部的温度特性曲线的上升,积存在该区域的氦气的量减少,制冷机系统整体的压力差变大,因此能够提尚制冷性能。
[0058]气体管路33的第2蓄冷器侧的端部所在的轴向区域为作为制冷剂的氦气的比热高于非磁性材料的第2蓄冷材料的比热的区域,且为在制冷机运行中落在例如8?20K的温度范围(更优选8?10数K)的区域。并且,作为在该温度区域中比热较高的蓄冷材料,可举出作为非磁性材料的铅和铋。
[0059]图4(a)-图4(d)是表示实施方式I所涉及的气体管路33的另一例的图。图4(a)中示出具备多个气体管路33的第2蓄冷器34。如上所述,第2蓄冷材料包含多个球状金属,因此气体管路33的内径小于球状金属的直径,更具体而言优选为0.3mm以下。由此,能够抑制蓄冷材料堵塞在气体管路33中。并且,也可以通过设置多个气体管路33来增加引导至第2蓄冷器中的氦气的量。
[0060]并且,也可以在各气体管路33的第2蓄冷器侧的端部设置开口小于蓄冷材料的直径的丝网。由此,能够更有效地抑制蓄冷材料堵塞在气体管路33中。
[0061]图4(b)是表示在管路中具备多个排气孔的气体管路33的图。由于在管路中有多个排气孔,因此流过图4(b)所示的气体管路33的氦气在第2蓄冷器34的温度较高的高温端侧也流入到第2蓄冷器34中。与仅在气体管路33的端部排出氦气的情况相比,第2蓄冷器34内的氦气与通过气体管路33分流的氦气的温度差减小。由此,能够降低不同温度的氦气混合时所产生的熵损失。
[0062]图4(c)是表不弯曲成锯齿形的气体管路33的图。与图4(b)所不的例子相同,图4(c)所示的例子也在管路中具备多个排气孔。与图4(b)所示的例子相比,管路以Z字状多次折曲,因此能够使氦气向第2蓄冷器34内的更广范围内分流。由此,能够更有效地改善第2蓄冷器34的温度特性曲线。
[0063]另外,图4(b)及图4(c)中示出了气体管路33为一个的情况,但如图4(a)所示,气体管路33也可以有多个。
[0064]图4(d)是表示气体管路33设置于第2置换器3的壁内的情况的图。与上述例子相比,由于在第2蓄冷器34内不存在气体管路33,因此无需减少蓄冷材料也能够将从第I蓄冷器9排出的氦气引导至第2蓄冷器34中,在这一方面有优点。
[0065](实施方式2)
[0066]在上述实施方式I中,示出了将本发明适用于置换器式的制冷机中的方式,但本发明也能够适用于脉冲管型的制冷机中。以下,作为实施方式2,对将本发明适用于脉冲管型的制冷机中的情况进行叙述。
[0067]图5是示意地表示实施方式2所涉及的脉冲管型的蓄冷器式制冷机101的图。如图5所示,实施方式2所涉及的脉冲管型的蓄冷器式制冷机101具备第I蓄冷器102、第2蓄冷器103、第I脉冲管104及第2脉冲管105。第I蓄冷器102、第I脉冲管104及第2脉冲管105各自的高温端经由与各自的高温端对应的第I供排共同配管110、第2供排共同配管111及第3供排共同配管112连接于从压缩机107的吐出侧三分支的分支管108及从吸入侧三分支的分支管109。
[0068]在分支管108的与第I供排共同配管110的第I连接点Pl之前配置有蓄冷器供给阀VI。在分支管108的与第2供排共同配管111的第2连接点P2之前配置有第I供给阀V3。另外,在分支管108的与第3供排共同配管112的第3连接点P3之前配置有第2供给阀V5。
[0069]在分支管109的与第I供排共同配管110的第I连接点Pl之前配置有蓄冷器回流阀V2。在分支管109的与第2供排共同配管111的第2连接点P2之前配置第I回流阀V4o在分支管109的与第3供排共同配管112的第3连接点P3之前配置有第2回流阀V6。
[0070]在第2供排共同配管111的第I脉冲管104的高温端与第2连接点P2之间配置有流量控制阀V7。并且,在第3供排共同配管112的第2脉冲管105的高温端与第3连接点P3之间配置有流量控制阀V8。这些流量控制阀作为脉冲管内产生的气体活塞的相位调整机构发挥作用。并且,也可以使用节流孔来代替流量控制阀。
[0071]在第I脉冲管104的高温端配置有第I整流换热器113,在低温端配置有第2整流换热器114。在第2脉冲管105的高温端配置有第3整流换热器115,在低温端配置有第4整流换热器116。
[0072]第I脉冲管104的低温端和第I蓄冷器102的低温端通过冷却台117热连结。第I脉冲管104的低温端和第I蓄冷器102的低温端通过位于冷却台117内部的第I低温端连结管118连接成能够使制冷剂气体流通。第2脉冲管105的低温端和第2蓄冷器103的低温端通过第2低温端连结管119连接成能够使制冷剂气体流通。
[0073]另外,实施方式2所涉及的蓄冷器式制冷机101中,第2蓄冷器103内部与上述实施方式I所涉及的第2蓄冷器同样地包括在上
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