説明

圧力波発生器

1基又は2基以上の極低温冷凍システム用の圧力波発生器(40)。圧力波発生器(40)は、1つ又は2つ以上の入口/出口ポート(57,58)を備えたハウジングを有し、発生したガスの圧力波がかかる入口/出口ポート(57,58)を通過して入口/出口ポート(57,58)に連結されている1基又は複数基の極低温冷凍システムを駆動することができる。圧力波をハウジング内に設けられている少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラム(41,42)によって生じさせ、これらダイヤフラム(41,42)は、各ダイヤフラム(41,42)と関連したガス空間(55,56)内に圧力波を生じさせるようハウジング内で往復動状態で動くことができる。ガス空間(55,56)は各々、圧力波が通ることができる関連の入口/出口ポート(57,58)を有する。1対のダイヤフラム(41,42)を往復動状態で動かすよう動作可能な駆動システムも又、設けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧力波発生器に関する。特に、圧力波発生器を極低温冷凍システムに利用することができるが、これに限られるものではない。
【背景技術】
【0002】
多くの極低温冷凍装置、例えばスターリング冷凍装置やパルス管は、往復動圧力波によって駆動される。波を発生させるため、技術の現状では、リニヤモータによって駆動される隙間型ピストンが用いられ、これら技術は、共に効率的ではあるが、コストのかかる技術である。
【0003】
スターリング冷凍装置は、作業ガスを熱が放出される圧縮空間内で圧縮し、圧縮されたガスを再生用熱交換器中に送り込み、それによりガスを冷却し、そして、ガスを熱が吸収される膨張空間内で膨張させ、そして、再生用熱交換器を通ってガスを圧縮空間に戻し、再生用熱交換器によりこのガスを再び温めることにより冷却を達成する。スターリング機は典型的には、サイクル中、膨張が圧縮に対して90°の位相遅れを生じる。典型的には、スターリング冷凍装置は、確実に駆動される状態にあるか位相が90°ずれた共振状態にあるかのいずれかの2つのピストンを用いている。
【0004】
図1を参照すると、パルス管型冷凍装置10は、圧力波発生器11、再生用熱交換器12及びパルス管13内に位置する事実上の膨張ピストンとしてのガスのプラグを用いて同一のガスサイクルを実行することができ、この結果、この機械の低温部には可動部品が無い。オリフィス又はイナータンス管15及びリザーバ16が、所要の位相ずれを達成するために用いられる。パルス管は、ヒートポンプ効果を更に有し、熱を符号14のところで放出し、パルス管の長さに沿って大きな温度勾配を維持することができるようになっている。熱交換器17は、圧縮熱を奪い、熱交換器18は、熱を低温状態で吸収する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、極低温冷凍システムを駆動する改良型圧力波発生器を提供すると共に少なくとも公衆に有用な選択肢を与えることにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1の特徴では、本発明の要旨は、広義には、1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する圧力波発生器にあり、この圧力発生器は、1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングを有し、発生したガスの圧力波が、入口/出口ポートに連結されている1基又は複数基の極低温冷凍システムを駆動するよう入口/出口ポートを通過することができ、圧力波発生器は、ハウジング内に設けられた少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラムを更に有し、ダイヤフラムは、各ダイヤフラムと関連したガス空間内に圧力波を生じさせるようハウジング内で往復動状態で動くことができ、ガス空間のうちの少なくとも1つは、圧力波が通過することができる関連の入口/出口ポートを有し、ダイヤフラムの各対と関連したガス空間は、ダイヤフラムに加わる平均ガス力を釣り合わせるよう連結され、圧力波発生器は、更に、ダイヤフラムの各対をハウジング内で往復動状態で動かしてハウジングの入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するための圧力波を発生させるよう動作できる駆動システムを有する。
【0007】
好ましくは、駆動システムは、各ダイヤフラムにより各ガス空間内に生じる圧力波相互間の位相差が生じるように各対のダイヤフラムを動かすよう構成されている。
【0008】
好ましくは、各対のダイヤフラムは、ダイヤフラムが駆動システムにより一緒に動かされて対の一方のダイヤフラムにより生じた圧力波が対の他方のダイヤフラムにより生じた圧力波に対して180°位相ずれするよう作動的に結合されている。
【0009】
好ましくは、ハウジング内に2対の互いに反対側のダイヤフラムが設けられ、2対は、一方の対のダイヤフラムにより生じた圧力波が他方の対のダイヤフラムにより生じた圧力波に対して90°位相ずれするように互いに実質的に直交している。
【0010】
好ましくは、駆動システムは、ダイヤフラムに結合された往復動ピストンと、ピストンを往復動状態で駆動するよう構成された1つ又は2つ以上の動作可能なアクチュエータとを有する。より好ましくは、駆動システムは、ダイヤフラムの各対のための往復動ピストンを有し、各ピストンは、1対のダイヤフラムに結合されていて、1つ又は2つ以上の動作可能なアクチュエータによって往復動状態で駆動される。
【0011】
好ましくは、対をなすダイヤフラムは、環状であり、各対のダイヤフラムの内縁部は、それぞれのピストンの互いに反対側の端に固定され、外縁部は、ハウジング内の反対側の場所に固定されている。
【0012】
一形態では、駆動システムのアクチュエータは、駆動システムのピストンに直接結合されている。好ましくは、駆動システムのアクチュエータは、各ピストンについてクランクを有する単一の回転可能なクランクシャフトを有し、各ピストンは、コンロッドを介してクランクシャフトのそれぞれのクランクに結合されていて、クランクシャフトが回転すると、それによりコンロッドは、往復動状態で動き、それによりピストンを往復動状態で駆動するようになっている。より好ましくは、ハウジング内には2対の互いに反対側のダイヤフラムが設けられており、2対は、互いに実質的に直交しており、1対のダイヤフラムのためのクランクシャフトのクランクは、他方の対のダイヤフラムのためのクランクシャフトの他方のクランクよりも位相が90°だけ進んでいる。
【0013】
別の形態では、駆動システムのアクチュエータは、1本又は複数本の回動可能なレバーにより駆動システムをピストンに間接的に結合されている。好ましくは、駆動システムの各ピストンは、回動可能なレバーに結合されており、アクチュエータが、レバーの端に結合されていて、レバーをそのピボット点回りに往復動円弧の状態で回動させ、それによりピストン及びその対をなすダイヤフラムを往復動状態で駆動し、それにより圧力波を発生させるよう構成されている。
【0014】
一形態では、各レバーは、一端が、ハウジング内に設けられた1つ又は2つ以上の可撓性リンク装置に固定され、リンク装置は、レバーの端のところにレバーの回動の中心となるピボット点を作るよう構成されている。好ましくは、可撓性リンク装置は、レバーの自由端に加えられた圧力に応答して撓み、それによりレバーをピボット点回りに回動させることができる。より好ましくは、各レバーは、レバーの一部とピストンの一部との間に延びる1つ又は2つ以上の可撓性リンク装置を介してピストンに結合されている。
【0015】
別の形態では、レバーは、一端が、レバーの回動の中心となる回動可能な継手を介してハウジング内に固定されている取付けコンポーネントに結合されている。好ましくは各レバーは、レバーの一部とピストンの一部との間に延びる剛性リンク装置を介してピストンに結合されている。
【0016】
好ましくは、アクチュエータは、コンロッドを有し、コンロッドは、レバーの一端と回転可能なクランクシャフトのクランクとの間に結合されていて、クランクシャフトが回転すると、それによりコンロッドが往復動状態で動き、それによりレバーの端を往復動円弧の状態で駆動するようになっている。
【0017】
好ましくは、駆動システムのアクチュエータは、ハウジングのガス空間内には配置されていない。
【0018】
好ましくは、各ガス空間は、ダイヤフラムと、ダイヤフラムのための駆動システムの関連のピストンの表面と、ハウジングの一部とによって構成されている。より好ましくは、ガス空間を構成するコンポーネントは、熱交換に適した材料で作られている。
【0019】
好ましくは、各対のダイヤフラムと関連したガス空間は、連結パイプによって互いに連結され、連結パイプは、2つのガス空間相互間のガス流を無視できるレベルまで減少させるオリフィスを有する。
【0020】
好ましくは、各入口/出口ポートは、流れを所望に応じて方向的に制限するよう動作できる関連の弁を有する。
【0021】
好ましくは、各対のダイヤフラムは、ダイヤフラムがダイヤフラムに加わる平均ガス力を釣り合わせるように一緒に動くよう互いに作動的に結合されている。
【0022】
好ましくは、入口/出口ポートは、次の極低温冷凍システム、即ち、スターリングシステム、パルス管システム及び(又は)ギフォードマクマホンシステムのうち任意の1つ又は2つ以上に連結されている。
【0023】
別の特徴では、本発明の要旨は、広義には、1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する圧力波発生器にあり、この圧力発生器は、1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングを有し、発生したガスの圧力波が、入口/出口ポートに連結されている1基又は複数基の極低温冷凍システムを駆動するよう入口/出口ポートを通過することができ、圧力発生器は、ハウジング内に設けられた少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラムを更に有し、ダイヤフラムは、各ダイヤフラムと関連したガス空間内に圧力波を生じさせるようハウジング内で往復動状態で動くことができ、少なくとも1つのガス空間は、圧力波が通過することができる関連の入口/出口ポートを有し、各対のダイヤフラムは、ダイヤフラムが一緒に動くよう互いに作動的に結合され、圧力発生器は、更に、ダイヤフラムの各対をハウジング内で往復動状態で動かしてハウジングの入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するための圧力波を発生させるよう動作できる駆動システムを有する。
【0024】
好ましくは、駆動システムは、各ダイヤフラムにより各ガス空間内に生じる圧力波相互間の位相差が生じるように各対のダイヤフラムを動かすよう構成されている。
【0025】
好ましくは、駆動システムは、ダイヤフラムの各対のための往復動ピストンを有し、各ピストンは、1対のダイヤフラムに結合されていて、1つ又は2つ以上の動作可能なアクチュエータによって往復動状態で駆動される。より好ましくは、対をなすダイヤフラムは、環状であり、各対のダイヤフラムの内縁部は、それぞれのピストンの互いに反対側の端に固定され、外縁部は、ハウジング内の反対側の場所に固定されている。
【0026】
一形態では、駆動システムのアクチュエータは、駆動システムのピストンに直接結合されている。
【0027】
好ましくは、駆動システムのアクチュエータは、各ピストンについてクランクを有する単一の回転可能なクランクシャフトを有し、各ピストンは、コンロッドを介してクランクシャフトのそれぞれのクランクに結合されていて、クランクシャフトが回転すると、それによりコンロッドは、往復動状態で動き、それによりピストンを往復動状態で駆動するようになっている。
【0028】
別の形態では、駆動システムのアクチュエータは、1本又は複数本の回動可能なレバーにより駆動システムをピストンに間接的に結合されている。
【0029】
好ましくは、駆動システムの各ピストンは、回動可能なレバーに結合されており、アクチュエータが、レバーの端に結合されていて、レバーをそのピボット点回りに往復動円弧の状態で回動させ、それによりピストン及びその対をなすダイヤフラムを往復動状態で駆動し、それにより圧力波を発生させるよう構成されている。
【0030】
一形態では、各レバーは、一端が、ハウジング内に設けられた1つ又は2つ以上の可撓性リンク装置に固定され、リンク装置は、レバーの端のところにレバーの回動の中心となるピボット点を作るよう構成され、可撓性リンク装置は、レバーの端に加えられた圧力に応答して撓み、それによりレバーをピボット点回りに回動させることができる。
【0031】
別の形態では、各レバーは、一端が、レバーの回動の中心となる回動可能な継手を介してハウジング内に固定されている取付けコンポーネントに結合されている。
好ましくは、アクチュエータは、コンロッドを有し、コンロッドは、レバーの一端と回転可能なクランクシャフトのクランクとの間に結合されていて、クランクシャフトが回転すると、それによりコンロッドが往復動状態で動き、それによりレバーの端を往復動円弧の状態で駆動するようになっている。
【0032】
好ましくは、駆動システムのアクチュエータは、ハウジングのガス空間内には配置されていない。
【0033】
好ましくは、各対のダイヤフラムと関連したガス空間は、連結パイプによって互いに連結され、連結パイプは、2つのガス空間相互間のガス流量を制御するオリフィスを有する。
【0034】
好ましくは、入口/出口ポートは、次の極低温冷凍システム、即ち、スターリングシステム、パルス管システム及び(又は)ギフォードマクマホンシステムのうち任意の1つ又は2つ以上に連結されている。
【0035】
第3の特徴では、本発明の要旨は、広義には、1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する圧力波発生器であって、生じた圧力波が通ることができる1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングと、ハウジング内に設けられていて、圧力波を発生させるよう往復動状態で動くよう構成された1つ又は2つ以上のダイヤフラムと、ダイヤフラムをハウジング内で往復動状態で操作してハウジングの入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するための圧力波を発生させるよう構成されている動作可能な駆動システムを有する圧力波発生器にある。
【0036】
好ましくは、ハウジング内には少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラムが設けられており、ダイヤフラムは、ダイヤフラムが一緒に動くよう互いに作動的に結合されている。
【0037】
好ましくは、駆動システムは、各ダイヤフラムにより生じる圧力波相互間の位相差が生じるように各対のダイヤフラムを動かすよう構成されている。
【0038】
好ましくは、各ダイヤフラムは、関連のガス空間と協働し、ガス空間内で動くよう構成されており、ガス空間は、ガス空間内に圧力波を発生させる所与の量のガスを有する。
【0039】
好ましくは、ハウジングには少なくとも1対の反対側のダイヤフラムが設けられ、ダイヤフラムは、ダイヤフラムが一緒に動くよう互いに作動的に結合され、対の各ダイヤフラムと関連したガス空間は、対のダイヤフラムに作用する平均ガス力を釣り合わせるよう互いに連結されている。
【0040】
第4の特徴では、本発明の要旨は、広義には、上述した本発明の圧力波発生器の種々の特徴のうちの任意の1つによって駆動される極低温冷凍システムにある。
【0041】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる「ガス空間」という用語は、所与の量の作業ガスを有する圧縮空間か膨張空間かのいずれかを含むものである。
【0042】
原文の明細書及び特許請求の範囲で用いられる“comprising(訳文では、「〜を有する」と訳している場合が多い)”は、“consisting at least in part of(少なくとも一部として〜を含む)”を意味し、即ち、この用語を含む本明細書及び特許請求の範囲の記載を解釈する場合、各記載におけるこの用語に続く特徴は、全て、存在している必要があるが、他の特徴も又存在する場合があることを意味している。
【0043】
本発明は、上述の内容にあり、又、以下に例示として与えられる構成を含むものである。
【0044】
図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明するが、これらは例示に過ぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0045】
本発明は、極低温冷凍システム、例えばスターリングシステム、パルス管システム及び(又は)ギフォードマクマホンシステムを駆動する圧力波発生器に関する。広義には、圧力波発生器は、1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する往復動圧力波を発生させる少なくとも1つの往復動ダイヤフラムを利用する。ただし、圧力波発生器の変形形態では、所望ならば単一のダイヤフラムを利用することが可能である。
【0046】
上述したように、圧力波発生器を利用すると種々の形式の極低温冷凍システムを駆動することができる。図2は、一例として、圧力波発生器により駆動されるインライン型パラス管極低温冷凍システム20を示している。パルス管システム20は、リザーバ21、移相器22(例えばオリフィス又はイナータンス管)、高温熱交換器23、パルス管24、低温熱交換器25及び再生用熱交換器26を有する。パルス管システム20は、圧力波発生器27により生じる往復動圧力波により駆動される。
【0047】
分かりやすくするために、圧力波発生器27のコンポーネントのうちの幾つかだけが図2に示されている。圧力波発生器27は、少なくとも1つの入口/出口ポート29を備えたハウジング28を有し、発生した往復動圧力波は、かかる入口/出口ポート29を通って、入口/出口ポート29に結合されているパルス管システム20のコンポーネントを駆動することができる。代表的には、ハウジングは、熱伝導及び強度に鑑みて金属、例えば鋼であるのが良く、或いは、変形例としてアルミニウムを使用することができる。往復動圧力波は、入口/出口ポート29と関連していて、動作可能な駆動システムにより往復動状態で動くことができる少なくとも1つのダイヤフラム30によって生じる。
【0048】
好ましい形態では、ダイヤフラムは、環状であり、外縁部は、ハウジングに結合され、内縁部は、駆動システムの往復動駆動部に結合されている。理解されるように、ダイヤフラムは、圧力波発生器の変形形態では必ずしも環状である必要はない。中心に対する駆動システム力を介して操作されるフルディスク型ダイヤフラムを用いても良い。ダイヤフラムは、金属又は任意適当な可撓性材料、例えばゴム、テフロン(登録商標)等で作られるのが良い。ダイヤフラムは、好ましくは、圧力波発生器に連結された極低温冷凍システムを駆動する作業ガス、例えばヘリウム中で封止を行うことができる材料で作られる。加うるに、ダイヤフラムは1基又は複数基の連結状態の極低温冷凍システムにおいて高温又は低温熱交換器として働くよう配置されるのが良く、好ましくは、熱を吸収することができる材料で作られる。
【0049】
種々の駆動システムは、ダイヤフラムを往復動状態で操作するよう構成されるのが良いが、好ましくは、駆動システムは、ダイヤフラム30の内縁部に結合されていて、矢印A,Bにより後方に駆動されたり前方に駆動されたりするようにされる少なくとも1つの往復動ピストン又はピストン組立体31を有している。
【0050】
図3及び図4を参照して圧力波発生器の2つの好ましい実施形態を説明するが、これらは例示に過ぎない。図3の第1の好ましい実施形態は、1対の往復動ダイヤフラムを利用し、図4の第2の好ましい実施形態は、2対の往復動ダイヤフラムを利用している。
【0051】
図3を参照すると、圧力波発生器40は、往復動状態で動くよう構成された1対の互いに反対側のダイヤフラム41,42を包囲したハウジングを有している。ハウジングは、全体として、側壁43及び端板44,45で構成されている。理解されるように、ハウジングは、全体として、所望に応じて円筒形、ボックス状又は任意他の形状のエンクロージャであるのが良い。好ましくは、ダイヤフラム41,42は、環状であり、各ダイヤフラムの外縁部は、ハウジングに固定され又はハウジング内で端板44,45寄りに固定されている。例えば、ダイヤフラム41の外縁部は、ハウジング内で、端板44のフランジ部分46と、端板44のフランジ部分46又はハウジングの側壁43に取り付けられ又は固定された隣りの環状クランプコンポーネント47との間でクランプされるのが良い。同様に、ダイヤフラム42の外縁部は、端板45のフランジ部分48と隣りの環状クランプコンポーネント49との間で同様に固定されるのが良い。ダイヤフラム41,42の内縁部は、ピストン50の端のところに又は端寄りにしっかりと固定され、このピストンは、圧力波発生器の駆動システムの往復動駆動部である。理解されるように、ダイヤフラムの内縁部及び外縁部をピストン及びハウジングにそれぞれ固定する種々の手段が存在し、かかる手段としては、例えば、締結コンポーネントや接着剤が挙げられる。一形態では、ダイヤフラムの内縁部は、必ずしもピストンの端に積極的に固定される必要はなく、ピストンの端に設けられてハウジング及び(又は)極低温冷凍システム内に生じるガス圧力により定位置にクランプされても良い。
【0052】
ピストン50は、動作可能なアクチュエータ、例えばコネクティングロッド51(コンロッド)及びクランクシャフト52から成る装置により矢印D,Cにより示される方向において前後に往復動状態で駆動される。コンロッド51の一端部は、符号54のところでピストン50内の取付けコンポーネント53に回動可能に結合され、コンロッド51の他端部は、クランクシャフト52のクランクに作動的に連結されている。クランクシャフト52が回転すると、ピストン50は、コンロッド51により往復動状態に駆動され、これにより、ピストンに結合されているダイヤフラム41,42は、往復動状態で前後に動く。理解されるように、種々の別の駆動システムを利用してもダイヤフラムを往復動状態に操作することができ、これらのうちの幾つかについて以下に詳細に説明する。
【0053】
ダイヤフラム41,42は、ハウジング内に圧縮空間(ガス空間)55,56を形成するよう構成されている。例えば、ダイヤフラム41,42の駆動側41a,42aは、ピストン50の端部及びハウジングの端板44,45と協働して圧縮空間55,56を形成している。なお、変形例として他の形態を使用できることは理解されよう。作用にあたり、ダイヤフラムは、圧縮空間55,56内で往復動状態で動いて往復動圧力波を発生させる。発生した圧力波は、ハウジングの端板44,45に設けられている入口/出口ポート57,58を通過し又は流通して入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する。具体的に言えば、圧縮空間55,56には、或る量の作業ガス、例えばヘリウムが入っている。作用にあたり、往復動ダイヤフラムは、ハウジングの入口/出口ポート57,58を介して極低温冷凍システムを駆動する作業ガスの圧力波を生じさせる。
【0054】
圧縮空間55,56内のガスは、好ましくは、平均ガス力が等しくなるように連結パイプ59を介して結合されている。好ましい形態では、連結パイプは、2通りの量のガス相互間の流れを無視できるようにするためにインライン型オリフィス60を更に有している。変形形態では、オリフィスは、不要である。例えば、圧縮空間をパルス管冷凍機のリザーバを介して連結しても良い。というのは、リザーバは、大きな圧力波を受けず、したがって、2つの圧縮空間相互間のガスの流れが、最小限に抑えられるようにするからである。ピストン端部及びダイヤフラム41,42に加わる平均ガス力が互いに等しい状態では、駆動システムコンポーネント、例えばコンロッド51及びクランクシャフト52に加わる正味の力は、著しく減少する。作用にあたり、圧縮空間55内で生じた圧力波は、圧縮空間56内で生じた圧力波と比較して位相が180°ずれている。
【0055】
圧力波発生器40は、設計上、極低温冷凍システムの作業ガスを駆動システムと関連した過酷な環境61から隔離する。具体的に言えば、圧縮空間55,56は、駆動システムの可動アクチュエータ部分、例えばコンロッド51及びクランクシャフト52から密閉される。これにより、コンロッド51及びクランクシャフト52を良好に潤滑されたチャンバ内に長期間にわたり配置することができるが、更に、圧縮空間内の作業ガスは、汚染要因物、例えば炭化水素潤滑剤が無い状態になることができ、それにより極低温冷凍システムの効率的な性能が得られる。
【0056】
圧力波発生器のピストンコンポーネントを種々の仕方で形成できることは理解されよう。好ましい形態では、ピストン50は、端板63,64を備えた柱形の外壁62を有するシリンダの形態をしている。理解されるように、ダイヤフラム41,42及びピストン50の端板63,64は、圧縮熱を奪う熱交換器としての役目を果たすことができる。
【0057】
ハウジングの側壁43を圧力波発生器により生じる全ガス圧力に抗してハウジングの端板44,45を互いに保持するテンションフレームであると考えることができる。
【0058】
圧力波発生器40は、様々な形式の1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するよう構成できることは理解されよう。一形態では、圧力波発生器40は、2つの互いに別個の極低温冷凍システムを駆動することができ、一方のシステムは、入口/出口ポート57,58の各々に連結される。変形例として、圧力波発生器40は、単一の極低温冷凍システムを駆動するよう構成されても良く、入口/出口ポート57,58のうちの一方は、極低温冷凍システムに連結され、他方は、ガスばねを形成するよう閉塞される。ガスばねは、平均ガス圧力を釣り合わせるよう機能する。一形態では、ガスばねをパルス管冷凍システムのリザーバとして用いることができる。理解されるように、入口/出口ポート57,58を各々、これ又所望ならば多数基の極低温冷凍システムに結合可能に改造できる。特に、各極低温冷凍システムは、必ずしもそれ自体の専用入口/出口ポート57,58を必要とするわけではない。
【0059】
図3に示された構成例において往復動により生じる振動は、逆の往復動力を生じさせる逆回転バランスシャフトを用いて動的に釣り合わせることができる。
【0060】
図4を参照すると、圧力波発生器70の第2の好ましい実施形態は、設計面において第1の実施形態と類似しているが、より多くの極低温冷凍システムを駆動する能力を備えている。具体的に言えば、圧力波発生器は、2対の互いに反対側の往復動ダイヤフラムを有し、4つのダイヤフラムは各々、関連の圧縮空間及び(又は)1基又は2基以上の極低温冷凍システムに結合可能な入口/出口ポートを有している。
【0061】
圧力波発生器70の駆動システムは、2つのピストンを駆動するアクチュエータを有し、各ピストンは、ダイヤフラム対のうちの一方の対に結合されている。具体的に言えば、第1の対をなすダイヤフラム71,72は、第1のピストン73の対応の端部にそれぞれ結合され、第2の対をなすダイヤフラム74,75は、第2のピストン76の対応の端部にそれぞれ結合されている。両方のピストン73,76は、同一のアクチュエータ、例えば単一のクランクシャフト77によって往復動状態に駆動される。具体的に言えば、クランクシャフト77は、コンロッド78を介して第1のピストン73を駆動し、コンロッド79を介して第2のピストン76を駆動する。コンロッド78,79は、一端が、第1の実施形態に関して説明した仕方と同様な仕方でこれらのそれぞれのピストン73,76に連結されている。コンロッド78,79の互いに反対側の端部は、クランクシャフト77に設けられた別々のクランクに作動的に結合されている。好ましい形態では、一方のクランクは、他方のクランクより90°進相しており、2対のダイヤフラムは、クランクシャフト77を見下ろすと、互いに実質的に垂直に又は直交している。駆動システムの構成をクランクシャフト77に設けられたカウンタウエイトにより動的に釣り合わせることができる。
【0062】
図4に示す構成例における往復運動により生じる振動をクランクシャフトカウンタウエイトにより動的に釣り合わせることができる。
【0063】
第1の好ましい実施形態の場合と同様、圧力波発生器70は、4つのダイヤフラム71,72,74,75及び駆動システムを収納したハウジング80を有している。ハウジングの壁は、極低温冷凍システムを駆動する際、熱交換器としての役目を果たすことができる。また、各ダイヤフラム71,72,74,75と関連してそれぞれ入口/出口ポート81,82,83,84が設けられ、生じた圧力波は、入口/出口ポート81,82,83,84に連結された1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するようかかる入口/出口ポートを通過することができる。第1の好ましい実施形態と同様、圧力波は、圧縮空間85,86,87,88内のそれぞれのダイヤフラム71,72,74,75の往復動により生じ、かかる圧縮空間は、ダイヤフラム71,72,74,75の駆動側71a,72a,74a,75a、ピストン73,76の端板89,90,91,92及びハウジング80の壁によって形成されている。ガス力の釣り合わせは、第1の好ましい実施形態に関して説明した仕方と同様な仕方で達成される。特に、ダイヤフラムの各対は、その対と関連した2つの圧縮空間を互いに結合するよう配置されている好ましくはインライン型オリフィスを備えた関連の連結パイプを有している。分かりやすくするために、これら連結パイプは、図4には示されていない。
【0064】
圧力波発生器70は、本質的には、単一のクランクシャフト77により駆動される正方形構造の4つのダイヤフラム71,72,74,75を利用している。ピストン73,76の端板89,90,91,92は、互いに対して対応の位相差を持つ圧力波を発生させるよう90°進んで動いたり90°遅れて動いたりする。
【0065】
図3及び図4を参照して説明した圧力波発生器40,70は、種々の形式の極低温冷凍機を駆動するよう種々の形態に構成することができ、次に図5〜図9を参照して考えられる幾つかの形態について説明する。理解されるように、圧力波発生器の圧縮空間は、幾つかの形態ではガス流に応じて膨張空間として働くことができる。
【0066】
スターリング冷凍システム
図5を参照すると、図4を参照して説明した圧力波発生器を利用してスターリング冷凍システムを駆動することができる。2つのスターリング冷凍システム構成例が、図示されているが、これらは例示に過ぎない。理解されるように、圧力波発生器は、両方を同時に又はいずれか一方だけを駆動することができる。
【0067】
第1のスターリング冷凍システム100は、ダイヤフラム71,74によって駆動され、これらダイヤフラムは、互いに対して位相が90°ずれた状態で駆動される。空間87は、圧縮空間として働き、入口/出口ポート83と関連している。空間85は、膨張空間として働き、入口/出口ポート81と関連している。ダイヤフラム74と関連したハウジング80の壁102、ダイヤフラム74それ自体及びピストン76の端板90は、高温熱交換器を形成するよう配置されている。同様に、ダイヤフラム71と関連したハウジング80の壁103、ダイヤフラム71それ自体及びピストン73の端板89は、低温熱交換器であるように配置されている。インライン型再生用熱交換器105を備えた連結パイプ又は管104が、スターリングサイクルを実行させることができるよう入口/出口ポート83を入口/出口ポート81に連結している。
【0068】
第2のスターリング冷凍システム101は、圧力波発生器の配管又は入口/出口ポートを利用して圧縮空間と膨張空間を互いに連結しているわけではない。これとは異なり、システム101は、圧力波発生器のハウジングへのエッジタッピング(edge tapping)を利用している。システム101は、ダイヤフラム72,75により駆動される。各ダイヤフラム72,75と関連した入口/出口ポートは、閉塞されている。空間88は、圧縮空間を形成し、入口/出口ポートは、ハウジングに形成されていて、再生用熱交換器107に通じるエッジタッピング又はチャネル106である。スペース86は、膨張空間を形成し、入口/出口ポートは、再生熱交換器107から通じているエッジタッピング又はチャネル108である。ハウジング80の壁109、ダイヤフラム75及び圧縮空間88と関連したピストン76の端板92は、高温熱交換器を形成する。ハウジング80の壁110、ダイヤフラム72及び膨張空間86と関連したピストン73の端板81は、低温熱交換器を形成する。
【0069】
パルス管冷凍システム
図6を参照すると、図4を参照して説明した圧力波発生器を利用して1基又は2基以上のパルス管冷凍システムを駆動することができる。圧力波発生器により駆動されるパルス管冷凍システムのコンポーネントは、図2を参照して説明してある。
【0070】
図6は、図4の4ダイヤフラム構造をパルス管冷凍システムにどのように連結すれば良いかを示している。パルス管は、垂直方向に最も良く働くので、4ダイヤフラム構造の中の水平構造は、必要ならば90°ブラケットかエッジタッピングかのいずれかを備えたパルス管に対応するのが良い。
【0071】
図示のパルス管冷凍システム120,121,122,123は各々、圧力波発生器のダイヤフラム71,74,72,75のうちの1つにより駆動され、ダイヤフラムと関連した各空間85,87,86,88は、圧縮空間である。パルス管冷凍システム120,122は、圧力波発生器のそれぞれの入口/出口ポート81,82に直接連結されている。パルス管冷凍システム121は、所望の垂直方向の向きをもたらすよう入口/出口ポート83に連結された90°又は直角ブラケット124を利用している。パルス管冷凍システム123の入口/出口ポートとしてエッジタッピング、サイドテークオフ又はチャネル125が設けられ、従来型入口/出口ポートは、閉塞される。
【0072】
圧力波発生器は、4つのパルス管冷凍システムを同時に又は所望ならば各々を単独で駆動することができることは理解されよう。
【0073】
フリーディスプレーサーピストン型スターリング冷却システム
図7を参照すると、図3及び図4を参照して上述した2ダイヤフラム構造か4ダイヤフラム構造かのいずれかで働くことができるフリーディスプレーサーピストン型スターリング冷却システム130が示されている。図7に示す圧力波発生器の部分図を参照してフリーディスプレーサーピストン型スターリング冷却システム130について説明する。駆動ピストン132及びハウジング又はテンションフレーム131は、図3及び図4を参照して説明したものと類似している。
【0074】
このシステム130では、2つの隣り合うデュアルダイヤフラム133,134が、矢印F,Eにより指示されているようにピストン132により往復動状態で前後に駆動される。作用にあたり、ダイヤフラム133,134は、圧縮空間135内に圧力波を発生させ、ダイヤフラム133,134相互間の隙間136により、圧縮空間の冷却が可能になる。ピストン132の端板137は、高温熱交換器として働いて冷却される。
【0075】
好ましい形態では、フリーピストン又はディスプレーサー138は、ばね139等により駆動ピストン132に取り付けられている。変形例として、ディスプレーサー138をダイヤフラム133,134により生じた圧力波により駆動しても良い。隣り合うデュアルディスプレーサーダイヤフラム145,146は、ハウジングとディスプレーサー138との間に結合されている。具体的に説明すると、環状ダイヤフラム145,146の内縁部は、ディスプレーサー138の外周部に固定され、外縁部は、ハウジングに又はハウジング内に固定されている。好ましい形態では、ディスプレーサーダイヤフラム145,146相互間には真空が存在する。ダイヤフラム相互間の真空は、高温(圧縮)ガス空間と低温(膨張)ガス空間との間の断熱手段として役立つ。ディスプレーサー及びディスプレーサーダイヤフラム145,146は、圧縮空間135と膨張空間141との間の仕切りを形成する。
【0076】
作用にあたり、ディスプレーサー138は、その動作が90°の位相ずれの共振状態にあり、この結果、駆動ピストン132は、スターリングサイクルを実行する。再生用熱交換器140は、ディスプレーサー138内に位置し、ガスが圧縮空間135から膨張空間141に流れ、そして戻ることができるよう構成されている。ハウジングの壁142は、低温熱交換器として働く。サイクルの高温部分と低温部分との間の断熱は、ディスプレーサー138の断熱パッカ143及びハウジングの断熱パッカ144並びにダイヤフラム相互間の真空により達成される。
【0077】
自由膨張ピストンスターリング冷却システム
図8を参照すると、図3及び図4を参照して上述した2ダイヤフラム構造か4ダイヤフラム構造かのいずれかで働くことができる自由膨張ピストンスターリング冷却システム150が示されている。図8に示す圧力波発生器の部分図を参照して自由膨張ピストンスターリング冷却システム150について説明する。駆動ピストン151、ハウジング又はテンションフレーム152及びダイヤフラム153は、図3及び図4を参照して説明したものと類似している。特に、ピストン151は、ダイヤフラム153が作業ガスの圧力波を発生させるよう対応の仕方で動くようにするために矢印H,Gにより指示されているように往復動状態で前後に駆動される。
【0078】
このシステム150では、静止再生用熱交換器154が、システムの圧縮空間156と膨張空間157との間でダイヤフラム153と関連した入口/出口ポート155に取り付けられている。膨張ダイヤフラム158、例えばディスク型ダイヤフラムも又設けられ、このダイヤフラムは、圧力波と共振するよう構成されており、その運動は、90°位相がずれており、この結果、スターリングサイクルを実行する。ガスばね159が、膨張ダイヤフラム158に加わる平均ガス力に反作用する。共振は、ダイヤフラムの質量160及びガスばね159の特性により制御される。変形例として、所望ならば機械式ばねを用いても良いことは理解されよう。
【0079】
ギフォードマクマホン型極低温冷凍システム
図9を参照すると、図4の圧力波発生器は、ダイヤフラム71,74,72,75の各々について単一の中央入口/出口ポートではなく、デュアルポート170,171,172,173を備えるのが良い。具体的に言えば、デュアルポート170,171,172,173の各組は、ポートを通るガスの流量を所望に応じて制御する動作可能な入口逆止弁170a,171a,172a,173a及び動作可能な出口逆止弁170b,171b,172b,173bを有している。任意形式の適当な方向弁を利用できることは理解されよう。
【0080】
デュアルポート及び弁を備えた圧力波発生器は、ギフォードマクマホン型極低温冷凍機に用いられる作業ガス、例えばヘリウムを圧縮するのに適した標準型圧縮機として構成できる。例えば、1つのダイヤフラムの出口ポート、例えば出口171bを次に位置するダイヤフラムの入口、例えば入口172aに結合することにより、多段圧縮を行うことができ、高い圧縮比が得られる。理解されるように、圧力波発生器は、図示の構成により2つ、3つ又は4つの圧縮段階を提供することができる。また、図3の圧力波発生器は、所望ならば種々の用途向きにデュアルポート及び入口/出口逆止弁を有するよう改造できることは理解されよう。
【0081】
圧力波発生器の駆動システム
作用にあたり、駆動システムは、比較的僅かな距離にわたって相当大きな力をダイヤフラムに送り出して圧力波発生器に連結されている1基又は複数基の極低温システムを駆動するのに必要な圧力波を発生させる必要がある。
【0082】
図2〜図9を参照して上述した圧力波発生器のダイヤフラムを操作する駆動システムは、アクチュエータ、例えばコンロッド及びクランクシャフトから成る装置によって直接駆動される1つ又は複数個のピストンを有する。次に、図2〜図9の圧力波発生器用の変形例としてのレバーを利用した駆動システムについて説明する。
【0083】
広義には、レバー利用駆動システムは、圧力波を発生させるよう1つ又は2つ以上のダイヤフラムに結合された1つ又は複数個の往復動ピストンを更に有する。しかしながら、1つ又は複数のピストンは、上述したようにアクチュエータにより直接駆動されるのではなく、かかる1つ又は複数個のピストンは、回動可能なレバーを介してピストンに作動的に結合されたアクチュエータにより往復動状態で駆動される。具体的に言えば、レバーは、一端がハウジング内の固定ピボット箇所に回動可能に取り付けられ、その自由端は、レバーの自由端をピボット箇所回りに往復動円弧の状態で回動させるよう動作できる往復動アクチュエータに結合されている。レバーを往復動円弧に沿って前後に動かすと、ピストンは、前後に往復動してダイヤフラムが往復動圧力波を発生させるようにする。
【0084】
これらレバー利用駆動システム構成は、上述した直接結合型アクチュエータ構成よりも機械的に見て効率が高い。というのは、アクチュエータは、比較的長い距離にわたって僅かな力を及ぼしてレバーアーム比に従ってダイヤフラムについて僅かな距離で所要の大きな力を発生させることができるからである。
【0085】
次に、レバー利用駆動システムの2つの好ましい実施形態について説明する。第1の好ましい実施形態は、レバーのためのピボット点をもたらす可撓性リンク装置又はリンクの構成を利用しており、かかる実施形態について図10、図11a及び図11bを参照して説明する。レバー利用駆動システムの第2の好ましい実施形態は、レバーのための回動可能な継手を利用しており、かかる実施形態につき図12、図13a、図13b及び図14を参照して説明する。
【0086】
図10を参照すると、全体が符号200で示された圧力波発生器用のレバー利用駆動システムの第1の好ましい実施形態が示されている。圧力波発生器200は、1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングを有し、発生した圧力波は、かかる入口/出口ポートを通ることができる。ただし、これらは図示されていない。圧力波発生器200の全てのコンポーネントは、ハウジング内に収納される。圧力波発生器200は、駆動システムにより往復動状態で駆動されるダイヤフラム213を更に有している。駆動システムは、頂部端板203及び底部端板205を備えたピストン又はピストンブロック201を有し、これら端板は、中央部材207の各端部のところに設けられている。ピストン201は、矢印J,Iにより指示された経路で前後に往復動するよう構成されている。
【0087】
好ましい形態では、頂部端板203及び底部端板205は、円形であり、ピストン201は、ハウジング内に固定されると共にピストンの頂部端板の周囲に沿って設けられた円形案内壁209内で前後に往復動するよう構成されている。支承体211が、頂部端板203の外周部と案内壁209の内面との間に設けられていて、相対運動を可能にしている。理解されるように、他の摺動可能な構造を利用して、ピストン201が前後に動いているときにピストン201の頂部端板203を案内するようにしても良い。ピストン201の底部端板205は、ダイヤフラム213に結合されている。ダイヤフラムは、金属又は任意適当な可撓性材料、例えばゴム、テフロン(登録商標)等で作られるのが良い。ダイヤフラムは、好ましくは、圧力波発生器200に連結された極低温冷凍システムを駆動する作業ガス、例えばヘリウム中で封止を行うことができる材料で作られる。好ましい形態では、ダイヤフラム213は、環状であり、内縁部は、底部端板205の外周部にしっかりと固定され、外縁部は、取付け箇所215のところでハウジングに又はハウジング内にしっかりと固定され又は固着されている。作用にあたり、ピストン201の往復運動により、これに対応してダイヤフラム213の往復運動が生じ、それにより圧力波を発生させてハウジングの関連の入口/出口ポートに連結されている極低温冷凍システムを駆動することができる。理解されるように、ピストン201を各端部のところでダイヤフラムに結合しても良く、或いは、各端部のところで2つ以上のダイヤフラムに結合して所望ならば上述したように多数の圧力波を生じさせても良い。
【0088】
ピストン201は、回動可能なレバー217によりピストンに作動的に結合された動作可能なアクチュエータにより往復動状態に動かされる。好ましい形態では、レバー217の第1の端218は、箇所219のところで往復動アクチュエータ223に結合され、レバーの第2の端220は、剛性ピボット点221に結合されている。作用にあたり、アクチュエータ223は、レバー217の第1の端218をピボット点221回りに矢印K,Lにより指示された方向に前後に往復動アークの状態に駆動するよう動作できる。
【0089】
好ましい形態では、アクチュエータ223は、クランクシャフト及びコンロッド(コネクティングロッド)から成る装置を有している。具体的に言えば、連結部材229が、レバー217と回転可能なクランクシャフト225との間に延びている。連結部材229は、箇所219のところで継手235を介してレバー217の第1の端218に回動可能に結合されると共にクランクシャフト222のクランク227(偏心直径を有するクランクシャフトの一部又は偏心的に取り付けられたクランク)に結合されている。符号219のところの継手235は、2つのコンポーネントをしっかりと連結するが、これらの間の相対的回動運動を可能にする回動可能な連結部、例えばピン継手又は任意他の継手である。作用にあたり、クランク227は、連結部材229の相補形の孔231内で回転するよう配置されており、軸受233が、クランク227の外周部と連結部材229の孔231の内周部との間に設けられていて、回転を可能にしている。変形実施形態では、理解されるように、2つの連結部材229をレバーの互いに反対側に配置して同一のクランクシャフトにより駆動しても良いことは理解されよう。
【0090】
作用にあたり、クランクシャフト225を駆動源、例えばモータ又は任意他の回転可能な駆動源により回転させ、クランク227が回転して連結部材229が上下に往復動し、それによりレバー217が、矢印K,Lにより指示された円弧に沿ってピボット点221回りに前後に往復動する。レバー217がピボット点221回りに往復動すると、ピストン201及びダイヤフラム213は、矢印I,Jにより指示されているように対応の上下の往復運動を示すようになる。好ましい形態では、駆動シャフトの各回転により、ピストン201の振動が生じ、それによりダイヤフラム213が振動して圧力波が生じる。
【0091】
好ましい形態では、レバー217の第2の端220のところの剛性ピボット点221は、レバーの第2の端に結合された可撓性リンク装置部材又は可撓性リンクの配列体により構成される。具体的に言えば、レバー217の第2の端220は、ピボット点221のところで可撓性リンクの配列体にしっかりと固定された結合コンポーネント237を備えている。具体的に言えば、可撓性リンクの配列体は、上側可撓性リンク239及び下側可撓性リンク241を有し、これら上下の可撓性リンクは、それぞれ、ピボット点221から固定上側静止支持体243及び固定下側静止支持体245まで延び、これら静止支持体は、ハウジングに又はハウジング内にしっかりと固定されている。また、ピボット点221からハウジングに又はハウジング内にしっかりと設けられた固定側方支持体249まで延びる側方可撓性リンク247が設けられている。好ましい形態では、図11a及び図11bに示されているように、互いに実質的に平行である1対の上側可撓性リンク239及び1対の下側可撓性リンク241が設けられると共に上側可撓性リンク対239と下側可撓性リンク対241との間に設けられた単一の側方可撓性リンク247が設けられている。可撓性リンク239,241,247を任意形式の1つ又は複数の締結コンポーネント、例えばボルト、ねじ、リベット等によりレバー217の結合コンポーネント237に固定できる。好ましい形態では、締結コンポーネントは、可撓性リンク239,241,247を貫通してレバー217の第2の端220のところの結合コンポーネント237内に延びるよう配置されたボルト251である。
【0092】
作用にあたり、可撓性リンク239,241,247の配列体は、レバー217の回動の中心となる剛性ピボット点221又は支点を形成する。可撓性リンク239,241,247は、引っ張り及び圧縮において剛性であるが、容易に曲がることができ、正味の効果は、ピボット点221である。後で説明するように、リンク239,241,247は、レバー217を矢印K,Lによって指示されている円弧に沿って前後に往復動させるよう力がレバー217の第1の端又は自由端218に加えられると、曲がって剛性ピボット点221を形成する。可撓性リンクは、任意適当な強固であるが弾性的に撓むことができる1種類又は複数種類の材料で作られるのが良い。好ましい形態では、上側及び下側リンク239は、剛性中央部分253及び可撓性端区分又は部分255を有するのが良い。好ましい形態では、側方可撓性リンク247は、弾性的に撓むことができる材料で全体が且つ均質に形成される。好ましい形態では、リンクは、破損しないで大きな力を伝達することができる高強度金属から成る。
【0093】
上述したように、レバー217は、ピストン201をシリンダか案内壁209及び(又は)ダイヤフラム213かのいずれかにより案内される経路中で上下に動かすようピストン201にも結合されている。好ましい形態では、上側可撓性リンク装置又はリンク257及び下側可撓性リンク装置又はリンク259は、レバー217をピストン201の中央部材207に結合している。上側リンク257及び下側リンク259は、一端が箇所261のところでレバー217の結合コンポーネント237にボルト止めされ、他端は、ピストン201の中央部材207の上側部分263及び下側部分265にボルト止めされている。別の締結機構体又はコンポーネントを利用できることは理解されよう。好ましい形態では、上側リンク257及び下側リンク259は、形態が剛性回動装置の上側リンク239及び下側リンク241に類似している。具体的に言えば、図11a及び図11bに、より明確に示されているように、リンクの上側の対257及び下側の対259が設けられている。箇所261は、レバー217が往復動すると、レバーアーム比によって定められた小さな円弧をなして動く。可撓性リンク257,259の継手構成によりピストンの対応の角度及び側方運動の僅かな変化に対応する。というのは、可撓性リンクは、ピストンが矢印I,Jにより指示された経路で上下に往復動すると曲がるからである。
【0094】
理解されるように、可撓性リンクは、レバーのためのピボット点をもたらし、レバーをピストン201に結合するよう別の仕方で構成できる。例えば、回動可能な構成のために対をなす上側リンク239及び下側リンク241並びに側方リンク247を設ける必要はない。上側リンク及び下側リンクの機能を実行する単一の可撓性コンポーネントを設けても良い。具体的に言えば、上側リンクと下側リンクは、所望ならば互いに且つ側方リンクと一体であっても良い。これに類似した変形例は、レバー217をピストン201に結合する可撓性リンク257,259について利用できる。
【0095】
レバーを矢印K,Lにより指示された往復動円弧の状態に駆動するアクチュエータは、任意他の機械式アクチュエータ又は電気式、油圧式又は空気圧式アクチュエータ或いはこれらの任意の組み合わせであって良いことは理解されよう。アクチュエータは、必ずしも上述したようなクランクシャフト及びコンロッドから成る装置でなければならないということはない。駆動システムは、レバー217の自由端218を所望に応じて上下に操作する任意の往復動駆動機構体を利用することができる。さらに、ユーザがレバーの変位及びレバーの運動速度を制御し、それによりピストン及びダイヤフラムの変位及び運動速度を制御することができるようにする制御システムを設けるのが良い。レバーの速度及び変位を制御できるようにすることにより、ダイヤフラムにより生じる圧力波の仕様を頻度及び圧力又は力の面で制御できる。上述した考えられるアクチュエータの種々の形態及び制御システムの能力は、最初に図2〜図9を参照して説明した直接結合型アクチュエータ駆動システムにも適用される。
【0096】
レバー利用駆動システムにより、駆動システムのアクチュエータ223は、ピストンのところで僅かな変位により大きな力を作ってダイヤフラムをアクチュエータのところで大きな変位で小さな力で駆動することができる。これにより、ピストンを直接駆動するクランクシャフト及びコンロッド装置と比較して、サイズを減少させた軸受233をクランクシャフト及びコンロッド装置に利用することができる。小形軸受は、支持摩擦を減少させ、駆動システムの機械的効率を増大させる。さらに、ダイヤフラムにより生じる圧力波は、相当大きな力を呈し、ダイヤフラムの運動は、比較的僅かである。可撓性リンク装置がレバー217のためのピボット点221を形成するということは、荷重が高く且つ運動が僅かな可動部品又は軸受が存在せず、それにより、機械的効率が増大すると共に軸受中の遊びにより生じる望ましくない運動が減少するということを意味している。可撓性リンク中の応力は、好ましくは、これらの材料の疲労限度以下に保たれ、したがって、リンクは、限りない寿命を効果的に持つことができ、しかも、軸受を用いた等価リンク装置よりも長く持つことができる。
【0097】
次に、図11a及び図11bを参照して圧力波発生器200の作用を説明する。分かりやすくするため、圧力波発生器200のコンポーネントが全て示されているわけではない。具体的に言えば、ピストン201の頂部端板203及び底部端板205、アクチュエータ233、ダイヤフラム213及びピストンの案内壁209は省かれている。図11aは、レバー217を矢印K,Lによって支持されたその往復動円弧中の途中の中間又は休止位置で示している。この中間位置では、ピボット点221を形成する可撓性リンク239,241,247は、曲げられておらず、休止状態にある。これと同様に、レバー217をピストン201に結合する可撓性リンク257,259も又、曲げられておらず、休止状態にある。図11bを参照すると、レバー217は、アクチュエータ223(図示せず)によりその往復動円弧に沿って方向Kに上方に動かされている。レバー217をアクチュエータ233により上方に動かすと、可撓性リンク239,241,247は、レバー217の回動の中心となるピボット点221又は支点を形成するよう曲がり又は撓む。レバー217が方向Kに回動すると、ピストン201も又、方向Iで上方に動く。というのは、このピストンは、上側可撓性リンク257及び下側可撓性リンク259によりレバー217に連結されているからである。上述したように、これら結合可撓性リンク257,259は、ピストン201の任意の角度及び側方運動に順応すると共にピストンがもしそうではない場合にレバー装置を利用する傾向があるときに円弧の状態で上方に動くのではなく、案内壁209及び(又は)ダイヤフラム213により案内される方向Iで垂直方向上方に動くことができるようにする動きで曲がり又は撓む。
【0098】
次に、図12、図13a、図13b及び図14を参照して、全体を符号300で示した圧力波発生器用のレバー利用駆動装置の第2の好ましい実施形態を説明する。圧力波発生器300のコンポーネントのうちの幾つかは、レバー利用駆動システムの第1の好ましい実施形態に関して図示すると共に説明したコンポーネントとほぼ同じである。
【0099】
図12を参照すると、圧力波発生器300は、1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングを有し、発生した圧力波は、かかる入口/出口ポートを通過して1基又は複数基の連結状態の極低温冷凍システムを駆動することができる。圧力波発生器300の全てのコンポーネントは、ハウジング内に設けられているが、これは図示されていない。
【0100】
圧力波発生器300の動作可能な駆動システムは、中央部材303を備えたピストン301を有し、この中央部材には、頂部端板305及び底部端板307が取り付けられ又はこれと一体である。頂部端板305と底部端板307の両方は、各々がハウジングの入口/出口ポートと関連した環状ダイヤフラム309の内縁部に結合されている。ダイヤフラム309の外縁部は、ハウジング又は図示されていないハウジング内の固定支持体又は取り付け具に固着されている。ピストン301は、矢印M,Nにより指示された垂直経路で上下に往復動し、それによりダイヤフラム309の対応の往復動が往復動圧力波を生じさせるようになっている。
【0101】
駆動システムは、第1の端部315及び第2の端部317を備えたレバー311を更に有し、このレバーは、ハウジングに又はハウジング内に固定された回動可能な継手313又は支点回りに例えば静止機械フレーム(図示せず)まで回動してピストン301及びダイヤフラム309を駆動するよう構成されている。一例を挙げると、回動可能な継手313は、レバー311の第2の端部317寄りに設けられた相補形の孔を貫通して延びる支承面を備えたピン継手であるのが良い。レバー311の第1の端部315は、矢印O,Pにより指示された往復動円弧の状態でピボット点又は支点313回りに動くよう配置されている。
【0102】
レバー311は、剛性連結コンポーネント又はリンク319を介してピストン301の中央部材303に結合されている。具体的に言えば、連結コンポーネント319は、一端が回動可能な結合コンポーネント321、例えば回動ピン/継手等によりピストンの中央部材303の一部に回動可能に結合されている。連結コンポーネント319の他端部は、回動可能な結合コンポーネント323、例えば回動ピン/継手等によりレバー311に回動可能に結合されている。
【0103】
作用を説明すると、アクチュエータ325によりレバー311の第1の端部315を矢印O,Pにより指示された往復動円弧の状態で動かす。好ましい形態では、アクチュエータ325は、関連制御システムを有するクランクシャフト及びコンロッド装置であり、このアクチュエータは、第1の好ましい実施形態に関して説明したアクチュエータとほぼ同じである。具体的に説明すると、符号329のところでレバー311の第1の端部315の各側に回動可能に結合された2つの連結部材327が設けられている。回転運動を往復運動に変換するよう連結部材327の孔331内で回転する一体形クランク又は偏心クランクを有する回転可能なクランクシャフトにより連結部材327を往復動状態で動かす。
【0104】
図13a及び図13bを参照して圧力波発生器300の作用を例示として説明する。分かりやすくするため、圧力波発生器300のコンポーネントの中には、省かれたものがあれば、図面に記載されているものもある。具体的に言えば、ダイヤフラム309は省かれており、駆動システムコンポーネントの細部は、図中に記載されている。例えば、回転可能なクランクシャフト335と共にフライホイール325が示されており、このフライホイールは、連結部材327に設けられた孔を通って突き出ている。モータの駆動シャフトは、フライホイール内に突き出ており、フライホイールは又、クランクシャフトに結合されている。作用にあたり、フライホイールは、膨張エネルギーを捕捉してこれを次のサイクル/振動における圧縮のために戻す。上述したように、クランクシャフトは、連結部材327の孔331内で回転する偏心クランクに係合し又はこれと一体であり、それにより往復動を生じさせる。歯車337が、クランクシャフト335の端寄りに設けられており、この歯車は、クランクシャフト共に回転する。第2の歯車339が、第1の歯車337と噛み合い、この第2の歯車は、逆回転バランスシャフトを介して往復動質量の動的釣り合いを取るための回転可能なシャフトを有している。好ましい形態では、駆動シャフト335の各回転により、矢印M,Nにより示された経路に沿うピストン301の上下の振動が生じる。図13aは、レバー311がその往復動円弧(全体が矢印O,Pで示されている)の中間において休止又は中間位置にあるときの振動の開始を示している。駆動シャフトが回転すると、連結具合327は、往復動状態で上下に動き、それによりレバー311がピストン301及びダイヤフラム309を上下に動かして圧力波を発生させる。図13bは、矢印Oに向かう往復動円弧の頂点に位置するレバー311を示しており、これにより、ピストン301は、矢印Mのところのその往復動経路の頂点まで移動する。駆動シャフト335が引き続き回転すると、レバー311は、Pに向かう円弧をなして下方に戻され、それによりピストンが矢印Nまで下方に続くようになる。このプロセスは、各振動について続行して往復動圧力波を発生させる。
【0105】
第1の好ましい実施形態の場合と同様、レバー利用駆動システムの第2の好ましい実施形態は、可動部品に対する摩耗及び引き裂きを減少させるレバー装置を利用している。具体的に言えば、ダイヤフラム309により生じた圧力波は、僅かな距離で強力な運動により生じる相当大きな力を呈する。アクチュエータ325は、レバー311の機械的利点を利用して僅かな変位で所要の大きな力を生じさせる。具体的に言えば、駆動シャフト及びコンロッドの装置は、レバー311の自由端315のところで長い距離で僅かな力を生じさせ、この力は、次に、レバーをピストン301に結合している剛性リンク319のところで僅かな距離で大きな力で変えられる。これは、コンロッド及びクランクシャフト装置の軸受がコンロッドが直接ピストンに結合されている装置と比較して同程度に大きい必要はないということを意味している。具体的に言えば、コンロッド及びクランクシャフト装置は、レバーを用いていない直接結合型装置に必要な軸受と比較して小形の軸受を利用することができる。これにより、軸受摩擦が減少すると共に機械的効率が増大する。荷重が最も高い唯一の可動部品は、リンク319に設けられたピボットである。したがって、荷重が最も高く且つ運動が小さい可動部品が制限され、したがって、効率が増大する。
【0106】
図14は、剛性リンク319が圧力波発生器300に存在していないレバー駆動システムの第2の好ましい実施形態の変形形態を示している。具体的には、レバー311は、結合コンポーネント343を介してピストン301の中央部材303に直接結合されており、この結合コンポーネントは、ピボットピン又は剛性締結コンポーネントであるのが良い。
【0107】
理解されるように、第1の実施形態か第2の実施形態かのいずれかのレバー駆動利用システムは、変形形態ではダイヤフラムを用いないで圧力波発生器を作動させるよう構成されるのが良い。例えば、ピストンは、圧力波を生じさせるようシリンダ内で往復動するのが良い。
【0108】
圧力波発生器の利益及び利点
本発明の圧力波発生器は、安価なダイヤフラムを用いて効率的且つ費用効果の良い仕方でスターリング極低温冷凍システム、パルス管極低温冷凍システム及び他の極低温冷凍システムを駆動するのに必要な圧力波を生じさせることができる。ダイヤフラムは、圧縮空間内の圧縮熱を吸収することができ、それ故、ほぼ等温の圧縮が得られ、それ故、極冷却機の効率が増大する。ダイヤフラムは、極低温冷却システムの必要とするクリーンなガス環境を安価な駆動コンポーネント、例えば標準型回転モータ及びクランク機構体を用いることができる駆動システムから分離する。
【0109】
ダイヤフラムに加わる大きなガス力をこれと等しい反対側のダイヤフラムにより釣り合わせることができ、かかる反対側のダイヤフラムは、ガスばね又は別の極低温冷却機の一部として使用できる。特に、互いに反対側の往復動ダイヤフラムの各対は、平均ガス力を釣り合わせるような仕方で構成され、したがって、駆動システムの駆動機構体が圧力波の大きさを受けることに過ぎないようになっている。
【0110】
このように正方形パターンで連結された4つのダイヤフラムは、余分のバランスシャフト及びバランスウエイトを用いないで往復動質量の動的釣り合いを達成することができる。ダイヤフラムは、共振状態のリニヤモータ、例えば可変隙間リラクタンスモータ又はリラクタンス心出しモータにより駆動可能である。2つ又は3つ以上のスターリングガスサイクルを、正方形4ダイヤフラム構造のダイヤフラムの対を用いて駆動できる。さらに、スターリング冷凍機の膨張ピストン又はディスプレーサーを密封したり案内するために圧力波発生器を利用することができる。
【0111】
本発明の圧力波発生器は、非極低温冷凍システム、例えば従来型家庭用冷蔵庫で利用できるということは理解されよう。さらに、圧力波発生器は、往復動圧力波が必要な他の非冷凍用途に利用できる。
【0112】
本発明の上記説明は、その好ましい形態を含む。添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなくかかる形態の改造例を想到できる。
【図面の簡単な説明】
【0113】
【図1】公知のパルス管冷凍機を示すブロック図であり、このパルス管冷凍機が、この冷凍機を駆動する往復動圧力波を発生させる隙間型ピストンを利用する構成を示す図である。
【図2】本発明の圧力波発生器により駆動される極低温冷凍システムの一例を示すブロック図である。
【図3】1対の往復動ダイヤフラムを利用する本発明の第1の好ましい実施形態としての圧力波発生器を示す略図である。
【図4】2対の往復動ダイヤフラムを利用する本発明の第2の好ましい実施形態としての圧力波発生器を示す略図である。
【図5】本発明の圧力波発生器により駆動されるスターリング冷凍機を示す略図である。
【図6】本発明の圧力波発生器により駆動される多くのパルス管冷凍機を示す略図である。
【図7】本発明の圧力波発生器により駆動されるフリーディスプレーサーピストン型スターリング冷却機を示す略図である。
【図8】本発明の圧力波発生器により駆動される自由膨張ピストン型スターリング冷却機を示す略図である。
【図9】ギフォードマクマホン型極低温冷凍機を駆動する逆止弁を備えた本発明の圧力波発生器を示す略図である。
【図10】往復動レバーのためのピボット点を作るために可撓性リンク装置を利用した駆動システムによって駆動される本発明の圧力波発生器の側面図である。
【図11a】図10の圧力波発生器の駆動システムコンポーネントを動作状態で示す斜視図である。
【図11b】図10の圧力波発生器の駆動システムコンポーネントを動作状態で示す斜視図である。
【図12】往復動レバーのためのピボット点を作るために回動可能な継手を利用した駆動システムによって駆動される本発明の圧力波発生器の側面図である。
【図13a】図12の圧力波発生器の駆動システムコンポーネントを動作状態で示す斜視図である。
【図13b】図12の圧力波発生器の駆動システムコンポーネントを動作状態で示す斜視図である。
【図14】駆動システムのレバーとピストンとの間に連結リンクが設けられていない図12の圧力波発生器の変形例の斜視図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する圧力波発生器であって、
1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングを有し、発生したガスの圧力波が、前記入口/出口ポートに連結されている1基又は複数基の極低温冷凍システムを駆動するよう前記入口/出口ポートを通過することができ、
前記ハウジング内に設けられた少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラムは、各前記ダイヤフラムと関連したガス空間内に圧力波を生じさせるよう前記ハウジング内で往復動状態で動くことができ、前記ガス空間のうちの少なくとも1つは、前記圧力波が通過することができる関連の入口/出口ポートを有し、前記ダイヤフラムの各対と関連した前記ガス空間は、前記ダイヤフラムに加わる平均ガス力を釣り合わせるよう連結され、
前記ダイヤフラムの各対を前記ハウジング内で往復動状態で動かして前記ハウジングの前記入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するための前記圧力波を発生させるよう動作できる駆動システムを有する、圧力波発生器。
【請求項2】
前記駆動システムは、各前記ダイヤフラムにより各前記ガス空間内に生じる前記圧力波相互間の位相差が生じるように各対の前記ダイヤフラムを動かすよう構成されている、請求項1記載の圧力波発生器。
【請求項3】
各対の前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが前記駆動システムにより一緒に動かされて前記対の一方のダイヤフラムにより生じた前記圧力波が前記対の他方の前記ダイヤフラムにより生じた圧力波に対して180°位相ずれするよう作動的に結合されている、請求項1又は2記載の圧力波発生器。
【請求項4】
前記ハウジング内に2対の互いに反対側のダイヤフラムが設けられ、前記2対は、一方の対の前記ダイヤフラムにより生じた前記圧力波が他方の対の前記ダイヤフラムにより生じた圧力波に対して90°位相ずれするように互いに実質的に直交している、請求項1〜3のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項5】
前記駆動システムは、前記ダイヤフラムに結合された往復動ピストンと、前記ピストンを往復動状態で駆動するよう構成された1つ又は2つ以上の動作可能なアクチュエータとを有する、請求項1〜4のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項6】
前記駆動システムは、前記ダイヤフラムの各対のための往復動ピストンを有し、各前記ピストンは、1対の前記ダイヤフラムに結合されていて、1つ又は2つ以上の動作可能なアクチュエータによって往復動状態で駆動される、請求項1〜4のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項7】
前記対をなすダイヤフラムは、環状であり、各対の前記ダイヤフラムの内縁部は、それぞれの前記ピストンの互いに反対側の端に固定され、外縁部は、前記ハウジング内の反対側の場所に固定されている、請求項6記載の圧力波発生器。
【請求項8】
前記駆動システムの前記アクチュエータは、前記駆動システムの前記ピストンに直接結合されている、請求項6又は7記載の圧力波発生器。
【請求項9】
前記駆動システムの前記アクチュエータは、各前記ピストンについてクランクを有する単一の回転可能なクランクシャフトを有し、各前記ピストンは、コンロッドを介して前記クランクシャフトのそれぞれの前記クランクに結合されていて、前記クランクシャフトが回転すると、それにより前記コンロッドは、往復動状態で動き、それにより前記ピストンを往復動状態で駆動するようになっている、請求項8記載の圧力波発生器。
【請求項10】
前記ハウジング内には2対の互いに反対側のダイヤフラムが設けられており、前記2対は、互いに実質的に直交しており、1対の前記ダイヤフラムのための前記クランクシャフトの前記クランクは、他方の対のダイヤフラムのための前記クランクシャフトの他方のクランクよりも位相が90°だけ進んでいる、請求項9記載の圧力波発生器。
【請求項11】
前記駆動システムの前記アクチュエータは、1本又は複数本の回動可能なレバーにより前記駆動システムを前記ピストンに間接的に結合されている、請求項6又は7記載の圧力波発生器。
【請求項12】
前記駆動システムの各前記ピストンは、回動可能なレバーに結合されており、アクチュエータが、前記レバーの端に結合されていて、前記レバーをそのピボット点回りに往復動円弧の状態で回動させ、それにより前記ピストン及びその対をなす前記ダイヤフラムを往復動状態で駆動し、それにより圧力波を発生させるよう構成されている、請求項11記載の圧力波発生器。
【請求項13】
各前記レバーは、一端が、前記ハウジング内に設けられた1つ又は2つ以上の可撓性リンク装置に固定され、前記リンク装置は、前記レバーの端のところに前記レバーの回動の中心となるピボット点を作るよう構成されている、請求項11記載の圧力波発生器。
【請求項14】
前記可撓性リンク装置は、前記レバーの自由端に加えられた圧力に応答して撓み、それにより前記レバーを前記ピボット点回りに回動させることができる、請求項13記載の圧力波発生器。
【請求項15】
各前記レバーは、前記レバーの一部と前記ピストンの一部との間に延びる1つ又は2つ以上の可撓性リンク装置を介してピストンに結合されている、請求項12〜14のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項16】
各前記レバーは、一端が、前記レバーの回動の中心となる回動可能な継手を介して前記ハウジング内に固定されている取付けコンポーネントに結合されている、請求項12記載の圧力波発生器。
【請求項17】
各前記レバーは、前記レバーの一部と前記ピストンの一部との間に延びる剛性リンク装置を介してピストンに結合されている、請求項16記載の圧力波発生器。
【請求項18】
前記アクチュエータは、コンロッドを有し、前記コンロッドは、前記レバーの一端と回転可能なクランクシャフトのクランクとの間に結合されていて、前記クランクシャフトが回転すると、それにより前記コンロッドが往復動状態で動き、それにより前記レバーの前記端を往復動円弧の状態で駆動するようになっている、請求項12〜17のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項19】
前記駆動システムの前記アクチュエータは、前記ハウジングの前記ガス空間内には配置されていない、請求項5〜18のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項20】
各前記ガス空間は、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムのための前記駆動システムの関連のピストンの表面と、前記ハウジングの一部とによって構成されている、請求項5〜19のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項21】
前記ガス空間を構成する前記コンポーネントは、熱交換に適した材料で作られている、請求項20記載の圧力波発生器。
【請求項22】
各対の前記ダイヤフラムと関連した前記ガス空間は、連結パイプによって互いに連結され、前記連結パイプは、2つの前記ガス空間相互間のガス流を無視できるレベルまで減少させるオリフィスを有する、請求項1〜21のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項23】
各入口/出口ポートは、流れを所望に応じて方向的に制限するよう動作できる関連の弁を有する、請求項1〜22のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項24】
各対の前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが前記ダイヤフラムに加わる平均ガス力を釣り合わせるように一緒に動くよう互いに作動的に結合されている、請求項1〜23のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項25】
前記入口/出口ポートは、次に記載する極低温冷凍システム、即ち、スターリングシステム、パルス管システム及び(又は)ギフォードマクマホンシステムのうち任意の1つ又は2つ以上に連結されている、請求項1〜24のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項26】
請求項1〜25のうちいずれか一に記載の圧力波発生器により駆動される極低温冷凍システム。
【請求項27】
1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する圧力波発生器であって、
1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングを有し、発生したガスの圧力波が、前記入口/出口ポートに連結されている1基又は複数基の極低温冷凍システムを駆動するよう前記入口/出口ポートを通過することができ、
前記ハウジング内に設けられた少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラムは、各前記ダイヤフラムと関連したガス空間内に圧力波を生じさせるよう前記ハウジング内で往復動状態で動くことができ、少なくとも1つのガス空間は、前記圧力波が通過することができる関連の入口/出口ポートを有し、各対の前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが一緒に動くよう互いに作動的に結合され、
前記ダイヤフラムの各対を前記ハウジング内で往復動状態で動かして前記ハウジングの前記入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するための前記圧力波を発生させるよう動作できる駆動システムを有する、圧力波発生器。
【請求項28】
前記駆動システムは、各前記ダイヤフラムにより各前記ガス空間内に生じる前記圧力波相互間の位相差が生じるように各対の前記ダイヤフラムを動かすよう構成されている、請求項27記載の圧力波発生器。
【請求項29】
前記駆動システムは、前記ダイヤフラムの各対のための往復動ピストンを有し、各前記ピストンは、1対の前記ダイヤフラムに結合されていて、1つ又は2つ以上の動作可能なアクチュエータによって往復動状態で駆動される、請求項27又は28記載の圧力波発生器。
【請求項30】
前記対をなすダイヤフラムは、環状であり、各対の前記ダイヤフラムの内縁部は、それぞれの前記ピストンの互いに反対側の端に固定され、外縁部は、前記ハウジング内の反対側の場所に固定されている、請求項29記載の圧力波発生器。
【請求項31】
前記駆動システムの前記アクチュエータは、前記駆動システムの前記ピストンに直接結合されている、請求項30記載の圧力波発生器。
【請求項32】
前記駆動システムの前記アクチュエータは、各前記ピストンについてクランクを有する単一の回転可能なクランクシャフトを有し、各前記ピストンは、コンロッドを介して前記クランクシャフトのそれぞれの前記クランクに結合されていて、前記クランクシャフトが回転すると、それにより前記コンロッドは、往復動状態で動き、それにより前記ピストンを往復動状態で駆動するようになっている、請求項31記載の圧力波発生器。
【請求項33】
前記駆動システムの前記アクチュエータは、1本又は複数本の回動可能なレバーにより前記駆動システムを前記ピストンに間接的に結合されている、請求項30記載の圧力波発生器。
【請求項34】
前記駆動システムの各前記ピストンは、回動可能なレバーに結合されており、アクチュエータが、前記レバーの端に結合されていて、前記レバーをそのピボット点回りに往復動円弧の状態で回動させ、それにより前記ピストン及びその対をなす前記ダイヤフラムを往復動状態で駆動し、それにより圧力波を発生させるよう構成されている、請求項33記載の圧力波発生器。
【請求項35】
各前記レバーは、一端が、前記ハウジング内に設けられた1つ又は2つ以上の可撓性リンク装置に固定され、前記リンク装置は、前記レバーの端のところに前記レバーの回動の中心となるピボット点を作るよう構成され、前記可撓性リンク装置は、前記レバーの前記端に加えられた圧力に応答して撓み、それにより前記レバーを前記ピボット点回りに回動させることができる、請求項34記載の圧力波発生器。
【請求項36】
各前記レバーは、一端が、前記レバーの回動の中心となる回動可能な継手を介して前記ハウジング内に固定されている取付けコンポーネントに結合されている、請求項33記載の圧力波発生器。
【請求項37】
前記アクチュエータは、コンロッドを有し、前記コンロッドは、前記レバーの一端と回転可能なクランクシャフトのクランクとの間に結合されていて、前記クランクシャフトが回転すると、それにより前記コンロッドが往復動状態で動き、それにより前記レバーの前記端を往復動円弧の状態で駆動するようになっている、請求項33〜36のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項38】
前記駆動システムの前記アクチュエータは、前記ハウジングの前記ガス空間内には配置されていない、請求項29〜37のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項39】
各対のダイヤフラムと関連した前記ガス空間は、連結パイプによって互いに連結され、前記連結パイプは、2つの前記ガス空間相互間のガス流量を制御するオリフィスを有する、請求項27〜38のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項40】
前記入口/出口ポートは、次に記載する極低温冷凍システム、即ち、スターリングシステム、パルス管システム及び(又は)ギフォードマクマホンシステムのうち任意の1つ又は2つ以上に連結されている、請求項27〜39のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項41】
請求項27〜40のうちいずれか一に記載の圧力波発生器により駆動される極低温冷凍システム。
【請求項42】
1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する圧力波発生器であって、
生じた圧力波が通ることができる1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられていて、圧力波を発生させるよう往復動状態で動くよう構成された1つ又は2つ以上のダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムを前記ハウジング内で往復動状態で操作して前記ハウジングの前記入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するための前記圧力波を発生させるよう構成されている動作可能な駆動システムを有する、圧力波発生器。
【請求項43】
前記ハウジング内には少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラムが設けられており、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが一緒に動くよう互いに作動的に結合されている、請求項42記載の圧力波発生器。
【請求項44】
前記駆動システムは、各前記ダイヤフラムにより生じる前記圧力波相互間の位相差が生じるように各対の前記ダイヤフラムを動かすよう構成されている、請求項43記載の圧力波発生器。
【請求項45】
各ダイヤフラムは、関連のガス空間と協働し、前記ガス空間内で動くよう構成されており、前記ガス空間は、前記ガス空間内に圧力波を発生させる所与の量のガスを有する、請求項42〜44のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
【請求項46】
前記ハウジングには少なくとも1対の反対側のダイヤフラムが設けられ、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが一緒に動くよう互いに作動的に結合され、前記対の各ダイヤフラムと関連した前記ガス空間は、前記対のダイヤフラムに作用する平均ガス力を釣り合わせるよう互いに連結されている、請求項45記載の圧力波発生器。
【請求項47】
請求項42〜46のうちいずれか一に記載の圧力波発生器により駆動される極低温冷凍システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11a】
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【図11b】
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【図12】
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【図13a】
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【図13b】
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【図14】
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【公表番号】特表2008−542671(P2008−542671A)
【公表日】平成20年11月27日(2008.11.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−507585(P2008−507585)
【出願日】平成18年4月21日(2006.4.21)
【国際出願番号】PCT/NZ2006/000082
【国際公開番号】WO2006/112741
【国際公開日】平成18年10月26日(2006.10.26)
【出願人】(506364927)インダストリアル リサーチ リミテッド (12)
【Fターム(参考)】