斯特林型脈沖管制冷機的制作方法
【專利說明】斯特林型脈沖管制冷機
[0001]本申請主張基于2014年6月5日申請的日本專利申請第2014-116446號的優(yōu)先權(quán)。該日本申請的全部內(nèi)容通過參考援用于本說明書中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種脈沖管制冷機，尤其涉及一種斯特林型脈沖管制冷機。
【背景技術(shù)】
[0003]在超導(dǎo)磁鐵和檢測器等的冷卻、低溫栗等中使用超低溫制冷機。該超低溫制冷機通常使用氦氣作為工作氣體。超低溫制冷機存在幾種類型，其中，脈沖管制冷機由于在使工作氣體膨脹的膨脹器中不存在可動部件，因此期待低振動且高可靠性。另外，斯特林型脈沖管制冷機由于是以可逆過程為基本的冷卻循環(huán)，因此可期待高效率化。例如在專利文獻I中公開有這種脈沖管制冷機。
[0004]專利文獻1:日本特開2004-333054號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一種實施方式的示例性目的之一在于提供一種提高斯特林型脈沖管制冷機的制冷能力的技術(shù)。
[0006]為了解決上述課題，本發(fā)明的一種實施方式的斯特林型脈沖管制冷機具備:蓄冷器，具有低溫端和高溫端；脈沖管，與蓄冷器同軸配置，且連接成使工作氣體能夠在該脈沖管與蓄冷器之間流過；低溫?zé)峤粨Q器，設(shè)置于蓄冷器的低溫端，且具有成為工作氣體的流路的氣體流路；整流器，設(shè)置于脈沖管的端部中的靠近低溫?zé)峤粨Q器側(cè)的端部。氣體流路與整流器分開，連結(jié)氣體流路和整流器的流路的長度為脈沖管的長度的10%以下。
[0007]另外，以上構(gòu)成要件的任意組合，或?qū)⒈景l(fā)明的構(gòu)成要件及表現(xiàn)在方法、裝置、系統(tǒng)等之間相互置換也作為本發(fā)明的方式而有效。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，能夠提高斯特林型脈沖管制冷機的制冷能力。
【附圖說明】
[0009]圖1是示意性地表示本發(fā)明的實施方式所涉及的斯特林型脈沖管制冷機的整體結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0010]圖2是示意性地表示本發(fā)明的實施方式所涉及的低溫?zé)峤粨Q器、整流器、及脈沖管的連接關(guān)系的圖。
[0011]圖3是示意性地表示本發(fā)明的實施方式所涉及的低溫?zé)峤粨Q器的截面的放大圖。
[0012]圖4是示意性地表示從脈沖管的低溫端側(cè)觀察本發(fā)明的實施方式所涉及的低溫?zé)峤粨Q器時的外觀的一例的圖。
[0013]圖5是示意性地表示從脈沖管的低溫端側(cè)觀察本發(fā)明的實施方式所涉及的低溫?zé)峤粨Q器時的外觀的另一例的圖。
[0014]圖6是示意性地表示本發(fā)明的第I變形例所涉及的斯特林型脈沖管制冷機的整體結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0015]圖7是示意性地表示從脈沖管的低溫端側(cè)觀察本發(fā)明的第I變形例所涉及的低溫?zé)峤粨Q器時的外觀的圖。
[0016]圖中:100、102-斯特林型脈沖管制冷機，200-壓縮機，300-膨脹器，302-后冷卻器，304-蓄冷器，306-低溫?zé)峤粨Q器，308-整流器，310-脈沖管，312-高溫?zé)峤粨Q器，314-慣性管，316-緩沖罐，318-流路，320-凸部，322-氣體流路，324-貫穿孔，326-流路。
【具體實施方式】
[0017]以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。另外，在說明中對相同要件標注相同符號，并適當(dāng)省略重復(fù)說明。并且，以下所述結(jié)構(gòu)為示例，并不表示以任何方式限定本發(fā)明的范圍。
[0018]圖1是示意性地表示本發(fā)明的實施方式所涉及的斯特林型脈沖管制冷機100的整體結(jié)構(gòu)的概略圖。斯特林型脈沖管制冷機100具備:壓縮機200、膨脹器300、及連接壓縮機200和膨脹器300的通路400。
[0019]壓縮機200回收從膨脹器300經(jīng)由通路400返回的工作氣體。壓縮機200將回收的工作氣體壓縮之后經(jīng)由通路400向膨脹器300供給高壓的工作氣體。壓縮機200重復(fù)進行工作氣體的回收和供給，使工作氣體產(chǎn)生正弦波狀的壓力振動。壓縮機200的運行頻率可設(shè)為與商業(yè)用電源相同的50Hz至60Hz左右。并且，可將工作氣體的壓力振幅的上限值設(shè)為3MPa左右，下限值設(shè)為IMPa左右。壓縮機200通過工作氣體壓縮時產(chǎn)生的壓縮熱而被加熱，因此使用未圖示的水冷式冷卻機構(gòu)進行冷卻。
[0020]如圖1所示，壓縮機200是兩氣缸對置型的壓力振動產(chǎn)生機構(gòu)，其具備第I活塞202a和第2活塞202b。第I活塞202a和第2活塞202b均容納于缸體204。缸體204還容納第I板彈簧206a、第2板彈簧206b、第3板彈簧206c、及第4板彈簧206d。
[0021]第I板彈簧206a和第2板彈簧206b與第I活塞202a連接，且往復(fù)移動自如地支承第I活塞202a。同樣地，第3板彈簧206c和第4板彈簧206d與第2活塞202b連接，且往復(fù)移動自如地支承第2活塞202b
[0022]這些板彈簧具有在所連接的活塞的軸向上較軟，而在徑向上較硬的特性。因此，能夠抑制第I活塞202a及第2活塞202b在缸體204內(nèi)沿軸向往復(fù)移動時與缸體204的內(nèi)壁接觸。另外，壓縮機200構(gòu)成為除了成為工作氣體的出入口的通路400以外成為氣密狀態(tài)。
[0023]膨脹器300包括:后冷卻器302、蓄冷器304、低溫?zé)峤粨Q器306、整流器308、脈沖管310、高溫?zé)峤粨Q器312、慣性管(Inertance-tube) 314、及緩沖罐316，而且這些元件以上述順序依次連接。
[0024]后冷卻器302的一端與通路400的端部連接。后冷卻器302也可以是例如水冷式熱交換器。后冷卻器302實現(xiàn)如下熱交換，即冷卻從壓縮機200供給過來的工作氣體，并將該熱向膨脹器300的外部釋放。后冷卻器302的另一端與蓄冷器304的高溫端連接。
[0025]蓄冷器304具有高溫端和低溫端。蓄冷器304具有筒狀的外周面。在蓄冷器304的內(nèi)部容納有層疊多種不銹鋼網(wǎng)而成的蓄冷材料(未圖示)。蓄冷材料冷卻壓縮機200所供給的工作氣體。蓄冷材料還積蓄從脈沖管310返回的工作氣體的寒冷。在蓄冷器304的高溫端設(shè)置有低溫?zé)峤粨Q器306。
[0026]低溫?zé)峤粨Q器306由導(dǎo)熱性較好的例如銅等材料制成，且具有成為工作氣體流路的氣體流路。低溫?zé)峤粨Q器306在脈沖管310中成為低溫的工作氣體通過氣體流路時被工作氣體冷卻。低溫?zé)峤粨Q器306所具備的氣體流路的詳細內(nèi)容在后面進行敘述。另外，在低溫?zé)峤粨Q器306配置有與冷卻對象物熱連接的冷卻臺(未圖示)。雖未限定，但低溫?zé)峤粨Q器306在斯特林型脈沖管制冷機100運行時大約成為77K的溫度。
[0027]整流器308設(shè)置于脈沖管310的端部中靠近低溫?zé)峤粨Q器306側(cè)的端部(即低溫端)。整流器308將多個篩網(wǎng)重疊成多層而構(gòu)成。整流器308也被稱為過濾器(strainer)，減少從脈沖管310流出并流入低溫?zé)峤粨Q器306的工作氣體的渦流和旋流、流速分布的不均等。由此，流入低溫?zé)峤粨Q器306的工作氣體的流動變均勻，能夠提高低溫?zé)峤粨Q器306的冷卻效率。
[0028]另外，實施方式所涉及的斯特林型脈沖管制冷機100構(gòu)成為，整流器308與設(shè)置于低溫?zé)峤粨Q器306的氣體流路的出口分開，且工作氣體流過兩者之間。關(guān)于氣體流路和整流器308之間的距離的詳細內(nèi)容，在后面進行敘述。
[0029]脈沖管310連接成，工作氣體能夠在該脈沖光310和蓄冷器304之間流通。與蓄冷器304相同，脈沖管310也具有筒狀的外周面，且具備低溫端和高溫端。圖1所示的例子中，斯特林型脈沖管制冷機100為脈沖管310在蓄冷器304的外部與蓄冷器304在直線上排列設(shè)置的所謂直線型的斯特林型脈沖管制冷機。因此，蓄冷器304和脈沖管310同軸配置或基本上同軸配置。并且，脈沖管310的與軸垂直的截面的直徑和蓄冷器304的與軸垂直的截面的直徑相等，或脈沖管310的與軸垂直的截面的直徑比蓄冷器304的與軸垂直的截面的直徑短。
[0030]作為一例，可以將實施方式所涉及的蓄冷器304的截面直徑設(shè)為例如90