スターリング型パルス管冷凍機の可視化

研究目的一般的な冷凍機の機構は完全にブラックボックス化されており内部構造を知ることは出来ない。本研究は、スターリング型のパルス管冷凍機を透明素材(ガラス製シリンダーやアクリル)で製作し、学生等に内部構造を理解してもらうことを目的とし、研究を行った。研究方法本研究を遂行するに当たり、装置の新規設計を行った。シリンダー部は安価で高気密性が得られる50cc注射器を用いた。これにより、圧縮空気の体積を正確に求める事ができた。パルス管部はアクリル製とし、蓄冷材の交換が容易な構造とした。モータは50[W]のDCブラシレスモータを使用した。回転数はオシロスコープを用いて読み取った。カム部は、ストロークを可変できる構造とした。イナータンスチューブはシンフレックスチューブを用いた。バッファータンクは、ペットボトルと薬瓶を用いた。研究成果スターリング型パルス管冷凍機は、全て透明素材で製作することに成功した。動作テストを行った後に、ストローク調整、サポート部の改良を行った。本研究で使用した蓄冷材は、表面積が非常に大きい脱脂綿とした。初めにバッファータンクの効果を調べた。この結果、バッファータンクは必要ないことが判明した。また、イナータンスチューブの先端は閉じていなければならない。この結果は、蓄冷材の先にある空間がバッファータンクの役割をしているものと考えられる。次に、イナータンスチューブの最適化を行った。実験の結果、イナータンスチューブの長さは、冷凍能力に影響を及ぼさないことが判明した。なお、これらの実験は、シリンダー回転数180r.p.m.で行った。次に冷凍能力の実験を行った。シリンダー回転数180r.p.m.-360r.p.m.まで変化させた結果、冷凍能力は回転数に比例することが分かった。外気との差は、最大で3.9度(16[W])となり、この場合の効率は13%(モータの出力24V×5.1A=124[W]となった。製作したスターリング型パルス管冷凍機のデモンストレーションを行った結果、「動作原理や構造が分かって面白い」等の意見を頂いた。なお、製作した装置はオープンキャンパスへ出展予定である。

研究目的一般的な冷凍機の機構は完全にブラックボックス化されており内部構造を知ることは出来ない。本研究は、スターリング型のパルス管冷凍機を透明素材(ガラス製シリンダーやアクリル)で製作し、学生等に内部構造を理解してもらうことを目的とし、研究を行った。研究方法本研究を遂行するに当たり、装置の新規設計を行った。シリンダー部は安価で高気密性が得られる50cc注射器を用いた。これにより、圧縮空気の体積を正確に求める事ができた。パルス管部はアクリル製とし、蓄冷材の交換が容易な構造とした。モータは50[W]のDCブラシレスモータを使用した。回転数はオシロスコープを用いて読み取った。カム部は、ストロークを可変できる構造とした。イナータンスチューブはシンフレックスチューブを用いた。バッファータンクは、ペットボトルと薬瓶を用いた。研究成果スターリング型パルス管冷凍機は、全て透明素材で製作することに成功した。動作テストを行った後に、ストローク調整、サポート部の改良を行った。本研究で使用した蓄冷材は、表面積が非常に大きい脱脂綿とした。初めにバッファータンクの効果を調べた。この結果、バッファータンクは必要ないことが判明した。また、イナータンスチューブの先端は閉じていなければならない。この結果は、蓄冷材の先にある空間がバッファータンクの役割をしているものと考えられる。次に、イナータンスチューブの最適化を行った。実験の結果、イナータンスチューブの長さは、冷凍能力に影響を及ぼさないことが判明した。なお、これらの実験は、シリンダー回転数180r.p.m.で行った。次に冷凍能力の実験を行った。シリンダー回転数180r.p.m.-360r.p.m.まで変化させた結果、冷凍能力は回転数に比例することが分かった。外気との差は、最大で3.9度(16[W])となり、この場合の効率は13%(モータの出力24V×5.1A=124[W]となった。製作したスターリング型パルス管冷凍機のデモンストレーションを行った結果、「動作原理や構造が分かって面白い」等の意見を頂いた。なお、製作した装置はオープンキャンパスへ出展予定である。