CN106813412A - Gm制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有多个置换器的GM制冷机，其能够减小这些置换器的驱动转矩且能够提高压缩机的效率。GM制冷机(10)具备：第1冷头(14a)，具备第1置换器(16a)及第1缸体(18a)；第2冷头(14b)，其与第1冷头(14a)对置配置，且具备第2置换器(16b)及第2缸体(18b)；共用驱动机构(40)，驱动第1置换器(16a)及第2置换器(16b)沿轴向往复移动；工作气体回路(70)，在第1冷头(14a)与第2冷头(14b)之间产生辅助共用驱动机构(40)的压力差。

Description

GM制冷机

本申请主张基于2015年10月23日申请的日本专利申请第2015-208614号的优先权、及2016年6月10日申请的日本专利申请第2016-116329号的优先权。这些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

本发明涉及一种GM(吉福德-麦克马洪、Gifford-McMahon)制冷机。

背景技术

作为超低温制冷机的代表例的GM制冷机利用GM循环来产生超低温。为此，GM制冷机构成为，使由相对于膨胀空间的工作气体的吸气、绝热膨胀及排气构成的膨胀空间内的周期性的压力变动与基于置换器的往复移动的膨胀空间的周期性的容积变化准确地同步。

专利文献1：日本特开平5-312426号公报

通常，GM制冷机的基本结构具有一个压缩机和一个膨胀机(即一个置换器与其驱动部的组合)。作为由此派生的一个结构例，提出有具有相对于一个置换器驱动部并排配置的两个置换器且交替进行向各自的膨胀空间的吸气动作的制冷机。两个膨胀机的交替的吸气动作可以减少压缩机中的压力变动且由此提高压缩机的效率。这有助于提高制冷机的效率。

但是，想要用一个驱动部驱动两个置换器，需要有能够产生相应的驱动转矩的比较大型的驱动部。而且，两个膨胀机的并排配置常常会加大制冷机的设置地面面积。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而完成的，本发明的一种实施方式的例示性目的之一在于提供一种具有多个置换器的GM制冷机，其能够减小这些置换器的驱动转矩且能够提高压缩机的效率。

根据本发明的一种实施方式，GM制冷机具备：第1冷头，具备第1置换器及第1缸体，所述第1置换器能够沿轴向往复移动，在所述第1缸体与所述第1置换器之间形成有第1气体室；第2冷头，其与所述第1冷头对置配置，且具备第2置换器及第2缸体，所述第2置换器与所述第1置换器同轴配置且能够与所述第1置换器一体地沿轴向往复移动，在所述第2缸体与所述第2置换器之间形成有第2气体室；共用驱动机构，连结于所述第1置换器及所述第2置换器以驱动所述第1置换器及所述第2置换器沿轴向往复移动；工作气体回路，连接在所述第1冷头及所述第2冷头以便在所述第1气体室与所述第2气体室之间产生辅助所述共用驱动机构的压力差。

根据本发明的一种实施方式，GM制冷机具备：第1冷头，具备第1置换器及第1缸体，所述第1置换器能够沿轴向往复移动，在所述第1缸体与所述第1置换器之间形成有第1气体室；第2冷头，其与所述第1冷头对置配置，且具备第2置换器及第2缸体，所述第2置换器与所述第1置换器同轴配置且能够与所述第1置换器一体地沿轴向往复移动，在所述第2缸体与所述第2置换器之间形成有第2气体室。

另外，将以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件或表现方式在方法、装置、系统等之间相互置换的方式也作为本发明的方式同样有效。

本发明涉及一种具有多个置换器的GM制冷机，其能够减小这些置换器的驱动转矩且能够提高压缩机的效率。

附图说明

图1为概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的GM制冷机的剖视图。

图2为概略地表示图1所示的GM制冷机的外观图。

图3为表示图1所示的GM制冷机的动作的一例的图。

图4为概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的GM制冷机的剖视图。

图5为概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的GM制冷机的剖视图。

图6(a)表示图5所示的置换器连结体向上移动时作用于止转棒轭的向上移动辅助力，图6(b)表示置换器连结体向下移动时作用于止转棒轭的向下移动辅助力。

图7为概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的GM制冷机的剖视图。

图中：10-GM制冷机，14a-第1冷头，14b-第2冷头，16a-第1置换器，16b-第2置换器，18a-第1缸体，18b-第2缸体，40-共用驱动机构，42-往复驱动源，44-旋转驱动源，46-旋转输出轴，48-止转棒轭，50a-第1连结杆，50b-第2连结杆，54a-第1制冷剂冷却部，54b-第2制冷剂冷却部，54c-连接制冷剂管，54f-连结机构，56-副真空容器，58-主真空容器，60-凸缘部，70-工作气体回路，V1-第1吸气阀，A1-第1吸气期间，V2-第1排气阀，A2-第1排气期间，V3-第2吸气阀，A3-第2吸气期间，V4-第2排气阀，A4-第2排气期间。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明中，对相同要件标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，下述结构为示例，并不用于对本发明的范围作任何限定。

图1为概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的GM制冷机10的剖视图。图2为概略地表示图1所示的GM制冷机10的外观图。图3为表示图1所示的GM制冷机10的动作的一例的图。

GM制冷机10具备：压缩工作气体(例如氦气)的压缩机12；使工作气体通过绝热膨胀而被冷却的多个冷头。冷头也被称为膨胀机。详细内容如后述，压缩机12向冷头供给高压的工作气体。冷头设置有对工作气体进行预冷的蓄冷器。经过预冷的工作气体在冷头内通过膨胀而被进一步冷却。工作气体经过蓄冷器回收到压缩机12。工作气体在经过蓄冷器时冷却蓄冷器。压缩机12将回收的工作气体压缩后再次供给到膨胀机。

GM制冷机10具备彼此对置配置的第1冷头14a及第2冷头14b。并且，GM制冷机10具备用于第1冷头14a及第2冷头14b的共用驱动机构40。第1冷头14a配置于共用驱动机构40的一侧，第2冷头14b配置于共用驱动机构40的另一侧。此外，GM制冷机10具备将压缩机12连接到第1冷头14a及第2冷头14b的工作气体回路70。

第1冷头14a为单级式。第1冷头14a具备能够沿轴向往复移动的第1置换器16a和容纳第1置换器16a的第1缸体18a。第1置换器16a的轴向往复移动被第1缸体18a引导。通常情况下，第1置换器16a及第1缸体18a分别为沿轴向延伸的圆筒状的部件，第1缸体18a的内径稍大于第1置换器16a的外径。在此，在图1中，轴向为上下方向(箭头C)。

在第1置换器16a的轴向上的一端与第1缸体18a之间形成有第1膨胀室20a，在第1置换器16a的轴向上的另一端与第1缸体18a之间形成有第1室温室22a。第1室温室22a位于靠近共用驱动机构40的位置，第1膨胀室20a位于远离共用驱动机构40的位置。从这个意义来讲，第1室温室22a形成于第1冷头14a的近端，第1膨胀室20a形成于第1冷头14a的远端。在第1冷头14a的远端设置有以从外侧包围第1膨胀室20a的方式固定并安装于第1缸体18a的第1冷却台24a。

在第1置换器16a沿轴向移动时，第1膨胀室20a及第1室温室22a的容积以互补的方式增减。即，在第1置换器16a向上移动时，第1膨胀室20a变大且第1室温室22a变小。反之亦然。

第1置换器16a具备内置的第1蓄冷器26a。第1置换器16a在其上盖部具有使第1蓄冷器26a与第1室温室22a连通的第1入口流路28a。并且，第1置换器16a在其筒部具有使第1蓄冷器26a与第1膨胀室20a连通的第1出口流路30a。或者，第1出口流路30a也可以设置在第1置换器16a的下盖部。而且，第1置换器16a还具备内接于上盖部的第1入口整流器32a和内接于下盖部的第1出口整流器34a。第1蓄冷器26a夹在上述一对整流器之间。

第1冷头14a具备用于堵住形成于第1缸体18a与第1置换器16a之间的间隙的第1密封部36a。第1密封部36a例如为滑动密封件，且安装于第1置换器16a的筒部或上盖部。

如此，第1密封部36a位于靠近共用驱动机构40的位置，第1出口流路30a位于远离共用驱动机构40并靠近第1冷却台24a的位置。换言之，第1密封部36a安装于第1置换器16a的近端部，上述第1出口流路30a形成于第1置换器16a的远端部。

工作气体从第1室温室22a通过第1入口流路28a而流入到第1蓄冷器26a。更准确而言，工作气体从第1入口流路28a通过第1入口整流器32a而流入到第1蓄冷器26a。工作气体从第1蓄冷器26a经由第1出口整流器34a及第1出口流路30a而流入到第1膨胀室20a。工作气体从第1膨胀室20a返回到第1室温室22a时通过与此相反的路径。即，工作气体从第1膨胀室20a通过第1出口流路30a、第1蓄冷器26a及第1入口流路28a而返回到第1室温室22a。绕过第1蓄冷器26a而流向间隙的工作气体被第1密封部36a阻断。

如上所述，第2冷头14b相对于共用驱动机构40配置于与第1冷头14a相反的一侧，除此之外，第2冷头14b具有与第1冷头14a相同的结构。因此，第2冷头14b也是与第1冷头14a相同的单级式，且具有与第1冷头14a相同的形状及尺寸。

第2冷头14b具备：第2置换器16b，与第1置换器16a同轴配置且能够与第1置换器16a一体地沿轴向进行往复移动；及第2缸体18b，容纳第2置换器16b。第2置换器16b的轴向往复移动被第2缸体18b引导。通常情况下，第2置换器16b及第2缸体18b分别为沿轴向延伸的圆筒状的部件，第2缸体18b的内径稍大于第2置换器16b的外径。

在第2置换器16b的轴向上的一端与第2缸体18b之间形成有第2膨胀室20b，在第2置换器16b的轴向上的另一端与第2缸体18b之间形成有第2室温室22b。第2室温室22b位于靠近共用驱动机构40的位置，第2膨胀室20b位于远离共用驱动机构40的位置。从这个意义来讲，第2室温室22b形成于第2冷头14b的近端，第2膨胀室20b形成于第2冷头14b的远端。在第2冷头14b的远端设置有以从外侧包围第2膨胀室20b的方式固定并安装于第2缸体18b的第2冷却台24b。

在第2置换器16b沿轴向移动时，第2膨胀室20b及第2室温室22b的容积以互补的方式增减。即，在第2置换器16b向下移动时，第2膨胀室20b变大且第2室温室22b变小。反之亦然。

第2置换器16b具备内置的第2蓄冷器26b。第2置换器16b在其上盖部具有使第2蓄冷器26b与第2室温室22b连通的第2入口流路28b。并且，第2置换器16b在其筒部具有使第2蓄冷器26b与第2膨胀室20b连通的第2出口流路30b。或者，第2出口流路30b也可以设置于第2置换器16b的下盖部。而且，第2置换器16b还具备内接于上盖部的第2入口整流器32b和内接于下盖部的第2出口整流器34b。第2蓄冷器26b夹在上述一对整流器之间。

第2冷头14b具备用于堵住形成于第2缸体18b与第2置换器16b之间的间隙的第2密封部36b。第2密封部36b例如为滑动密封件，且安装于第2置换器16b的筒部或上盖部。

如此，第2密封部36b位于靠近共用驱动机构40的位置，第2出口流路30b位于远离共用驱动机构40并靠近第2冷却台24b的位置。换言之，第2密封部36b安装于第2置换器16b的近端部，上述第2出口流路30b形成于第2置换器16b的远端部。

工作气体从第2室温室22b通过第2入口流路28b而流入到第2蓄冷器26b。更准确而言，工作气体从第2入口流路28b通过第2入口整流器32b而流入到第2蓄冷器26b。工作气体从第2蓄冷器26b经由第2出口整流器34b及第2出口流路30b而流入到第2膨胀室20b。工作气体从第2膨胀室20b返回到第2室温室22b时通过与此相反的路径。即，工作气体从第2膨胀室20b通过第2出口流路30b、第2蓄冷器26b及第2入口流路28b而返回到第2室温室22b。绕过第2蓄冷器26b而流向间隙的工作气体被第2密封部36b阻断。

GM制冷机10在使用现场设置成如图所示的朝向。即，GM制冷机10纵向设置，以使第1冷头14a配置于铅垂方向上的下方，第2冷头14b配置于铅垂方向上的上方。第2冷头14b设置成与第1冷头14a相反的姿势。第1冷头14a的第1膨胀室20a朝向铅垂方向上的下方，而第2冷头14b的第2膨胀室20b朝向铅垂方向上的上方。或者，也可以横向或以其他朝向设置GM制冷机10。

共用驱动机构40具备驱动第1置换器16a及第2置换器16b沿轴向进行往复移动的往复驱动源42。往复驱动源42具备：具有旋转输出轴46的旋转驱动源44(例如马达)；连结于旋转输出轴46且将旋转输出轴46的旋转转换成轴向上的往复移动的止转棒轭48。

共用驱动机构40具备第1连结杆50a及第2连结杆50b。第1连结杆50a从往复驱动源42沿轴向延伸且将往复驱动源42连结于第1置换器16a。第2连结杆50b在与第1连结杆50a相反的一侧从往复驱动源42沿轴向延伸且将往复驱动源42连结于第2置换器16b。第1置换器16a、第1连结杆50a、第2连结杆50b及第2置换器16b同轴配设。

更具体而言，第1连结杆50a从止转棒轭48沿轴向延伸至第1置换器16a且将止转棒轭48连结于第1置换器16a。第1连结杆50a将第1置换器16a的近端刚性连接于止转棒轭48。第1连结杆50a被第1轴承部38a支承为能够沿轴向移动。第1轴承部38a配设于止转棒轭48与第1置换器16a之间。

第2连结杆50b从止转棒轭48沿轴向延伸至第2置换器16b且将止转棒轭48连结于第2置换器16b。第2连结杆50b将第2置换器16b的近端刚性连接于止转棒轭48。第2连结杆50b被第2轴承部38b支承为能够沿轴向移动。第2轴承部38b配设于止转棒轭48与第2置换器16b之间。

如图2所示，共用驱动机构40具备驱动机构壳体52。在驱动机构壳体52的一侧固定有第1缸体18a，在驱动机构壳体52的另一侧固定有第2缸体18b。第2缸体18b与第1缸体18a同轴配置。另外，在图2中，为了简化说明，省略了压缩机12的图示。

驱动机构壳体52中容纳有图1所示的往复驱动源42及止转棒轭48。第1连结杆50a及第2连结杆50的近端也与止转棒轭48同样容纳于驱动机构壳体52。第1连结杆50a及第2连结杆50b的远端与第1置换器16a及第2置换器16b同样分别容纳于第1缸体18a及第2缸体18b。第1轴承部38a配设于第1缸体18a与驱动机构壳体52的边界或其附近。第2轴承部38b配设于第2缸体18b与驱动机构壳体52的边界或其附近。第1轴承部38a及第2轴承部38b分别构成相对于驱动机构壳体52气密地保持第1缸体18a及第2缸体18b的密封部。

如此，共用驱动机构40连结于第1置换器16a及第2置换器16b以便驱动第1置换器16a及第2置换器16b沿轴向进行往复移动。第1置换器16a及第2置换器16b构成彼此固定连结的单一的置换器连结体16。第2置换器16b相对于第1置换器16a的相对位置在第1置换器16a及第2置换器16b沿轴向进行往复移动过程中不变。

因此，第1置换器16a及第2置换器16b的轴向往复移动成为彼此相反的相位。当第1置换器16a位于其上止点(即近端侧的止点)时，第2置换器16b位于其下止点(即远端侧的止点)。当第1置换器16a从上止点向下止点移动时(即第1置换器16a以使第1膨胀室20a变小的方式从第1冷头14a的近端向远端移动时)，第2置换器16b从下止点向上止点移动(即第2置换器16b以使第2膨胀室20b变大的方式从第2冷头14b的远端向近端移动)。

如图2所示，在GM制冷机10设置有制冷剂循环回路54。GM制冷机10对流过制冷剂循环回路54的制冷剂(例如液态氮)进行冷却。被GM制冷机10冷却的制冷剂通过制冷剂循环回路54供给到被冷却物(未图示)。已用于冷却被冷却物的制冷剂通过制冷剂循环回路54回收且被GM制冷机10进行再次冷却。

制冷剂循环回路54具备与第1冷头14a热连接的第1制冷剂冷却部54a、与第2冷头14b热连接的第2制冷剂冷却部54b及将第1制冷剂冷却部54a连接于第2制冷剂冷却部54b的连接制冷剂管54c。并且，制冷剂循环回路54具备供给管54d及回收管54e。第1制冷剂冷却部54a及第2制冷剂冷却部54b为分别环绕第1冷却台24a及第2冷却台24b的螺旋状的制冷剂管。第1制冷剂冷却部54a被第1冷却台24a冷却，第2制冷剂冷却部54b被第2冷却台24b冷却。在第1制冷剂冷却部54a的一端连接有连接制冷剂管54c，在另一端连接有供给管54d。在第2制冷剂冷却部54b的一端连接有连接制冷剂管54c，在另一端连接有回收管54e。

在连接制冷剂管54c设置有能够装卸的连结机构54f。因此，在将连结机构54f拆卸的情况下，连接制冷剂管54c被分成第1制冷剂冷却部54a侧的部分和第2制冷剂冷却部54b侧的部分。连结机构54f使制冷剂循环回路54的分解变得容易。这有助于提高GM制冷机10的维护工作的效率。

制冷剂循环回路54中的制冷剂的流动方向如图2的箭头所示。制冷剂从回收管54e通过第2制冷剂冷却部54b、连接制冷剂管54c、第1制冷剂冷却部54a而流向供给管54d。如此，制冷剂首先在第2制冷剂冷却部54b被冷却，之后在第1制冷剂冷却部54a被冷却。

冷头的制冷能力在以使膨胀室朝向铅垂方向上的下方的姿势设置冷头时最高。如上所述，第1冷头14a的第1膨胀室20a在铅垂方向上的下方，但是第2冷头14b并不如此。因此，第2冷却台24b的温度比第1冷却台24a的温度高。根据上述制冷剂回路结构，回收的温度比较高的制冷剂首先在高温的第2冷头14b被冷却，然后在低温的第1冷头14a被冷却。因此，能够提高制冷剂与GM制冷机10之间的换热效率。

并且，GM制冷机10具备：容纳第2冷头14b及第2制冷剂冷却部54b的副真空容器56；用于将第1冷头14a安装于不同于副真空容器56的主真空容器58的凸缘部60。第1冷头14a及第1制冷剂冷却部54a容纳于主真空容器58。

副真空容器56安装于第2缸体18b的近端，凸缘部60安装于第1缸体18a的近端。副真空容器56和主真空容器58通过连接管62而气密地连通。更详细而言，副真空容器56通过连接管62连接于凸缘部60。连接管62提供将供给管54d及连接制冷剂管54c从主真空容器58引导向副真空容器56的通道。在连接管62的中途具有波纹管部。

第2冷头14b及第2制冷剂冷却部54b被副真空容器56罩住而隐藏于其中，只有第1冷头14a及第1制冷剂冷却部54a露出在外。因此，在将GM制冷机10安装到主真空容器58的工作中，工作人员可以与具有单一冷头的一般的GM制冷机相同地操作GM制冷机10。

图1所示的工作气体回路70构成为在第1气体室(即第1膨胀室20a和/或第1室温室22a)与第2气体室(即第2膨胀室20b和/或第2室温室22b)之间产生压力差。该压力差以辅助共用驱动机构40的方式作用于置换器连结体16。在图1中，在置换器连结体16向下移动时(即第1(第2)置换器16a(16b)从上(下)止点向下(上)止点移动时)，工作气体回路70使得第2气体室的压力高于第1气体室的压力。如此一来，能够通过第1气体室与第2气体室之间的压力差而辅助置换器连结体16的向下移动。反之亦然。

工作气体回路70具备阀部72。阀部72具备第1吸气阀V1、第1排气阀V2、第2吸气阀V3及第2排气阀V4。阀部72容纳于图2所示的驱动机构壳体52。阀部72可以采用回转阀的形式。此时，阀部72可以连结于旋转输出轴46以便通过旋转驱动源44的旋转而得以旋转驱动。或者，阀部72也可以具备能够分别控制的多个控制阀和控制这些控制阀的控制部。

第1吸气阀V1构成为确定第1冷头14a的第1吸气期间A1。第1吸气阀V1配设于将压缩机12的吐出口连接于第1冷头14a的第1室温室22a的第1吸气流路74a上。在第1吸气期间A1(即第1吸气阀V1开启的期间)，工作气体从压缩机12的吐出口流到第1室温室22a。相反，在第1吸气阀V1关闭的期间，工作气体不会从压缩机12供给到第1室温室22a。

第1排气阀V2构成为确定第1冷头14a的第1排气期间A2。第1排气阀V2配设于将压缩机12的吸入口连接于第1冷头14a的第1室温室22a的第1排气流路76a上。在第1排气期间A2(即第1排气阀V2开启的期间)，工作气体从第1室温室22a流到压缩机12的吸入口。在第1排气阀V2关闭的期间，工作气体不会从第1室温室22a回收到压缩机12。如图1所示，第1吸气流路74a在第1室温室22a侧可以共用第1排气流路76a的一部分。

同样，第2吸气阀V3构成为确定第2冷头14b的第2吸气期间A3。第2吸气阀V3配设于将压缩机12的吐出口连接于第2冷头14b的第2室温室22b的第2吸气流路74b上。在第2吸气期间A3(即第2吸气阀V3开启的期间)，工作气体从压缩机12的吐出口流到第2室温室22b。在第2吸气阀V3关闭的期间，工作气体不会从压缩机12供给到第2室温室22b。如图1所示，第1吸气流路74a在压缩机12侧可以共用第2吸气流路74b的一部分。

第2排气阀V4构成为确定第2冷头14b的第2排气期间A4。第2排气阀V4配设于将压缩机12的吸入口连接于第2冷头14b的第2室温室22b的第2排气流路76b上。在第2排气期间A4(即第2排气阀V4开启的期间)，工作气体从第2室温室22b流到压缩机12的吸入口。在第2排气阀V4关闭的期间，工作气体不会从第2室温室22b回收到压缩机12。如图1所示，第2排气流路76b的一部分可以在第2室温室22b侧与第2吸气流路74b共用。并且，第1排气流路76a在压缩机12侧可以共用第2排气流路76b的一部分。

图3中示出第1吸气期间A1、第1排气期间A2、第2吸气期间A3及第2排气期间A4。在图3中，将置换器连结体16沿轴向往复移动的一个周期对应于360度而进行表示，因此，0度对应于周期的开始时刻，360度对应于周期的结束时刻。90度、180度、270度分别对应于1/4周期、半个周期、3/4周期。

第1吸气期间A1及第2排气期间A4为0度至135度的范围，第1排气期间A2及第2吸气期间A3为180度至315度的范围。第1吸气期间A1与第1排气期间A2交替，第2吸气期间A3与第2排气期间A4交替。0度时第1(第2)置换器16a(16b)位于下(上)止点或其附近，180度时第1(第2)置换器16a(16b)位于上(下)止点或其附近。

下面，对上述结构的GM制冷机10的动作进行说明。当第1置换器16a位于第1缸体18a的下止点或其附近位置时，第1吸气期间A1开始(图3中的0度)。第1吸气阀V1开启，高压气体从压缩机12的吐出口供给到第1冷头14a的第1室温室22a。气体通过第1蓄冷器26a的同时被冷却，并进入到第1膨胀室20a。在气体流入到第1冷头14a的期间，第1置换器16a从下止点朝向上止点移动。第1吸气阀V1关闭，第1吸气期间A1结束(图3中的135度)。第1置换器16a继续朝向上止点移动。如此，第1膨胀室20a的容积增加并且被高压气体充满。

当第1置换器16a位于上止点或其附近位置时，第1排气期间A2开始(图3中的180度)。第1排气阀V2开启，第1冷头14a与压缩机12的吸入口连接。高压气体在第1膨胀室20a膨胀并被冷却。膨胀的气体在冷却第1蓄冷器26a的同时经过第1室温室22a而回收到压缩机12。在气体从第1冷头14a流出的期间，第1置换器16a从上止点朝向下止点移动。第1排气阀V2关闭，第1排气期间A2结束(图3中的315度)。第1置换器16a继续朝向下止点移动。如此，第1膨胀室20a的容积减少并且排出低压气体。

第1冷头14a通过重复这种冷却循环(即GM循环)来冷却第1冷却台24a。因此，制冷剂在第1制冷剂冷却部54a被冷却。

在第1冷头14a进行上述动作时，第2冷头14b也同时进行动作。当第2置换器16b位于上止点或其附近位置时，第2排气期间A4开始(图3中的0度)。第2排气阀V4开启，第2冷头14b与压缩机12的吸入口连接。高压气体在第2膨胀室20b膨胀并被冷却。膨胀的气体在冷却第2蓄冷器26b的同时经过第2室温室22b而回收到压缩机12。在气体从第2冷头14b流出的期间，第2置换器16b从上止点朝向下止点(图1中为朝上)移动。第2排气阀V4关闭，第2排气期间A4结束(图3中的135度)。第2置换器16b继续朝向下止点移动。如此，第2膨胀室20b的容积减少并且排出低压气体。

当第2置换器16b位于第2缸体18b的下止点或其附近位置时，第2吸气期间A3开始(图3中的180度)。第2吸气阀V3开启，高压气体从压缩机12的吐出口供给到第2冷头14b的第2室温室22b。气体通过第2蓄冷器26b的同时被冷却，并进入到第2膨胀室20b。在气体流入到第2冷头14b的期间，第2置换器16b从下止点朝向上止点(图1中为朝下)移动。第2吸气阀V3关闭，第2吸气期间A3结束(图3中的135度)。第2置换器16b继续朝向上止点移动。如此，第2膨胀室20b的容积增加并且被高压气体充满。

如此，第2冷头14b以与第1冷头14a相反的相位重复同样的冷却循环(即GM循环)。由此，第2冷却台24b被冷却，制冷剂在第2制冷剂冷却部54b被冷却。

有一种为了减少GM制冷机的膨胀机中的驱动转矩而利用气压的所谓“气体辅助”的技术。典型的气体辅助通过将供给到的工作气体的一部分分配到与膨胀空间隔开的膨胀机内的气体辅助室来实现。供给到气体辅助室的工作气体对膨胀空间内的PV做功没有帮助。因此，气体辅助具有使PV做功下降即降低制冷能力的缺点。

然而，在上述实施方式中，第1吸气期间A1与第2排气期间A4重叠。因此，从压缩机12向第1冷头14a供给气体时，气体从第2冷头14b回收到压缩机12。此时，第1膨胀室20a的压力变得高于第2膨胀室20b，该压力差使得置换器连结体16朝向图1中的上方施力。由于作用力的朝向与置换器连结体16的移动方向一致，因此能够通过压力差来辅助共用驱动机构40。

并且，第1排气期间A2与第2吸气期间A3重合，因此，气体从第1冷头14a被回收时，气体供给到第2冷头14b，第1膨胀室20a的压力变得低于第2膨胀室20b。该压力差使得置换器连结体16朝向图1中的下方施力。因此，与第1吸气期间A1同样，在第1排气期间A2也能够通过压力差来辅助共用驱动机构40。

因此，第1冷头14a及第2冷头14b各自的运转本身向置换器连结体16提供气体辅助。采用上述结构，不会像上述典型的气体辅助结构那样在专用的气体辅助室消耗工作气体，并且也不会产生PV做功的损失。并且，由于能够减少共用驱动机构40生成的用于驱动置换器连结体16的驱动转矩，因此可实现驱动机构的小型化。

获得上述优点无需使第1吸气期间A1与第2排气期间A4准确地一致。只要第2排气期间A4与第1吸气期间A1至少一部分重叠即可。同样，也无需使第1排气期间A2与第2吸气期间A3准确地一致。只要第2吸气期间A3与第1排气期间A2至少一部分重叠即可。

在上述实施方式中，第2吸气期间A3未与第1吸气期间A1重叠。并且，第2排气期间A4未与第1排气期间A2重叠。如此一来，从压缩机12向第1冷头14a的吸排气时间与从压缩机12向第2冷头14b的吸排气时间完全错开。由此，能够抑制压缩机12在高低压之间变动，能够提高压缩机12的效率。

获得上述优点无需两个冷头的吸排气时间完全错开。只要第2吸气期间A3从第1吸气期间A1延迟即可，优选延迟150度以上。与此同时，或代替此，只要第2排气期间A4从第1排气期间A2延迟即可，优选延迟150度以上。

另外，第1吸气期间A1与第2排气期间A4的长度也可以不同。同样，第1排气期间A2与第2吸气期间A3的长度也可以不同。吸气期间与排气期间之差可以是例如20度以内或5度以内。由此，可以调整第1冷头14a与第2冷头14b之间的制冷能力之差。

并且，第1吸气期间A1与第1排气期间A2的长度也可以不同。同样，第2吸气期间A3与第2排气期间A4的长度也可以不同。此时，吸气期间与排气期间之差可以是例如20度以内或5度以内。

此外，在上述实施方式中，以使对置配置的两个冷头纵向配置的方式设置GM制冷机10，因此能够减少其设置地面面积。

在参考图1至图3进行说明的GM制冷机10中，共用驱动机构40通过工作气体回路70而得到辅助。然而，也能够仅通过两个冷头之间的压差来驱动置换器连结体16。即，如图4所示，GM制冷机10可以不具备共用驱动机构40。

图4为概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的GM制冷机10的剖视图。GM制冷机10具备第1连结杆50a及第2连结杆50b，它们在轴向上彼此连结。第1置换器16a经由第1连结杆50a及第2连结杆50b与第2置换器16b连结，以使第1置换器16a的轴向往复移动具有与第2置换器16b的轴向往复移动相反的相位。第2置换器16b相对于第1置换器16a的相对位置在第1置换器16a及第2置换器16b沿轴向往复移动的期间不变。第1置换器16a、第1连结杆50a、第2连结杆50b及第2置换器16b同轴配设。

第1连结杆50a及第2连结杆50b构成彼此固定连结的单一的连结杆50。或者，第1连结杆50a及第2连结杆50b也可以经由中间部件而彼此固定连结。

第1连结杆50a在与轴向垂直的平面具有第1截面积S1，第2连结杆50b在与轴向垂直的平面具有第2截面积S2。第1截面积S1与第2截面积S2相等。例如，第1连结杆50a可以具有第1直径的圆形截面，第2连结杆50b可以具有与第1直径相等的第2直径的圆形截面。在典型的情况下，第1连结杆50a与第2连结杆50b具有相同的截面形状，但两者也可以具有不同的截面形状。

工作气体回路70构成为驱动第1置换器16a及第2置换器16b沿轴向往复移动。工作气体回路70连接于第1冷头14a及第2冷头14b以便在第1气体室与第2气体室之间产生压力差。

在图4所示的GM制冷机10中，与图1所示的GM制冷机10同样，也采用图3所示的配气定时。

第1吸气期间A1与第2排气期间A4重叠。因此，气体从压缩机12供给到第1冷头14a时，气体从第2冷头14b回收到压缩机12。此时，第1膨胀室20a的压力变得高于第2膨胀室20b。如此，通过压力差可以使置换器连结体16向上移动。

并且，第1排气期间A2与第2吸气期间A3重叠。因此，气体从第1冷头14a回收时，气体供给到第2冷头14b，第1膨胀室20a的压力变得低于第2膨胀室20b。通过压力差可以使置换器连结体16向下移动。

如此，能够提供不具有共用驱动机构40的GM制冷机10。GM制冷机10构成为气体压差驱动式。另外，在阀部72采用回转阀的情况下，如上所述，GM制冷机10可以具备连结于回转阀以驱动回转阀旋转的驱动源(例如旋转驱动源44)。

另外，在图1所示的GM制冷机10中，第1连结杆50a在与轴向垂直的平面也具有第1截面积，第2连结杆50b在与轴向垂直的平面也具有第2截面积。并且第1截面积S1与第2截面积S2相等。例如，第1连结杆50a可以具有第1直径的圆形截面，第2连结杆50b可以具有与第1直径相等的第2直径的圆形截面。

图5为概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的GM制冷机10的剖视图。在参考图1至图4进行说明的GM制冷机10中，第1连结杆50a与第2连结杆50b具有相等的截面积。然而，如图5所示，第1连结杆50a与第2连结杆50b也可以具有不同的截面积。

第1连结杆50a在与轴向垂直的平面具有第1截面积S1，第2连结杆50b在与轴向垂直的平面具有第2截面积S2。第1截面积S1与第2截面积S2不同。例如，第1截面积S1大于第2截面积S2。例如，第1连结杆50a具有第1直径的圆形截面，第2连结杆50b具有第2直径的圆形截面。第2直径小于第1直径。

如此，工作气体回路70也能够产生辅助共用驱动机构40的压力差。第1冷头14a及第2冷头14b各自的运转本身向置换器连结体16提供气体辅助。

而且，图5所示的GM制冷机10具有第1截面积S1与第2截面积S2互不相同的非对称的气体辅助结构。根据置换器连结体16的移动方向，对置换器连结体16施加不同的辅助力。

图6(a)表示图5所示的置换器连结体16向上移动时作用于止转棒轭48的向上移动辅助力Fup，图6(b)表示置换器连结体16向下移动时作用于止转棒轭48的向下移动辅助力Fdown。

止转棒轭48容纳于驱动机构壳体52的内部空间53。如上所述，第1轴承部38a及第2轴承部38b分别从内部空间53密封第1室温室22a及第2室温室22b。内部空间53与图1所示的压缩机12的吸入口连通，因此始终维持在低压PL。

在置换器连结体16向上移动时，第1室温室22a成为高压PH而第2室温室22b成为低压PL，因此向上移动辅助力Fup表示为Fup＝(PH-PL)S1。另一方面，在置换器连结体16向下移动时，第1室温室22a成为低压PL而第2室温室22b成为高压PH，因此向下移动辅助力Fdown表示为Fdown＝(PH-PL)S2。因此，在第1截面积S1大于第2截面积S2时，向上移动辅助力Fup大于向下移动辅助力Fdown。

GM制冷机10在使用现场可以设置成如图所示的朝向。即，GM制冷机10可以纵向设置，以使第1冷头14a配置于铅垂方向上的下方，第2冷头14b配置于铅垂方向上的上方。该情况下，驱动源(例如旋转驱动源44)的负载可能根据置换器连结体16的移动方向而不同。例如，由于置换器连结体16的自重，与置换器连结体16向下移动时相比，驱动源(例如旋转驱动源44)的负载可能在置换器连结体16向上移动时更大。

图5所示的GM制冷机10通过采用非对称的气体辅助结构能够使驱动负载均匀化。例如，由于第1截面积S1大于第2截面积S2，因此向上移动辅助力Fup大于向下移动辅助力Fdown。由此，至少可以消除置换器连结体16的自重带来的影响的一部分。这有助于第1冷头14a与第2冷头14b的制冷性能的均匀化。并且，通过驱动负载的均匀化能够降低驱动负载的峰值，因此非对称的气体辅助结构还有助于驱动源的小型化。

在一种实施方式中，驱动机构壳体52的内部空间53可以维持在不同于低压PL的规定压力。此时，也同样可以根据置换器连结体16的移动方向而对置换器连结体16施加不同的辅助力。

在一种实施方式中，第1连结杆50a的第1截面积S1可以小于第2连结杆50b的第2截面积S2。例如，第1连结杆50a可以具有第1直径的圆形截面，第2连结杆50b可以具有第2直径的圆形截面，且第1直径小于第2直径。由此，可以使向上移动辅助力Fup小于向下移动辅助力Fdown。

图7为概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的GM制冷机10的剖视图。与图4所示的GM制冷机10同样，图7所示的GM制冷机10也不具有共用驱动机构40。

GM制冷机10具备第1连结杆50a及第2连结杆50b，它们在轴向上彼此连结。第1置换器16a经由第1连结杆50a及第2连结杆50b与第2置换器16b连结，以使第1置换器16a的轴向往复移动具有与第2置换器16b的轴向往复移动相反的相位。第2置换器16b相对于第1置换器16a的相对位置在第1置换器16a及第2置换器16b沿轴向往复移动的期间不变。

第1连结杆50a及第2连结杆50b构成彼此固定连结的单一连结杆50。或者，第1连结杆50a及第2连结杆50b也可以经由中间部件而彼此固定连结。

第1连结杆50a在与轴向垂直的平面具有第1截面积S1，第2连结杆50b在与轴向垂直的平面具有第2截面积S2。第1截面积S1与第2截面积S2不同。例如，第1截面积S1大于第2截面积S2。例如，第1连结杆50a具有第1直径的圆形截面，第2连结杆50b具有第2直径的圆形截面。第2直径小于第1直径。

与图1所示的GM制冷机10同样，在图7所示的GM制冷机10中，也可以采用图3所示的配气定时。

如此，也能够将GM制冷机10构成为气体压差驱动式。并且，可以根据置换器连结体16的移动方向而对置换器连结体16施加不同的驱动力。由此，能够使置换器连结体16的向上移动和向下移动对称化。能够使第1冷头14a与第2冷头14b的制冷性能均匀化。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种设计变更，且能够存在各种变形例，并且这种变形例也属于本发明的范围，这对本领域技术人员来说是可以理解的。

例如，两个冷头可以具有不同结构。第1冷头14a可以具有不同于第2冷头14b的尺寸，从而具有不同于第2冷头14b的制冷能力。或者，一个或两个冷头可以是多级式(例如二级式)。

往复驱动源42可以具备驱动第1置换器16a及第2置换器16b沿轴向往复移动的线性马达。

Claims (13)

1.一种GM制冷机，其特征在于，具备：

第1冷头，具备第1置换器及第1缸体，所述第1置换器能够沿轴向往复移动，在所述第1缸体与所述第1置换器之间形成有第1气体室；

第2冷头，其与所述第1冷头对置配置，且具备第2置换器及第2缸体，所述第2置换器与所述第1置换器同轴配置且能够与所述第1置换器一体地沿轴向往复移动，在所述第2缸体与所述第2置换器之间形成有第2气体室；

共用驱动机构，连结于所述第1置换器及所述第2置换器以驱动所述第1置换器及所述第2置换器沿轴向往复移动；及

工作气体回路，连接于所述第1冷头及所述第2冷头以便在所述第1气体室与所述第2气体室之间产生辅助所述共用驱动机构的压力差。

2.根据权利要求1所述的GM制冷机，其特征在于，

所述共用驱动机构具备：

往复驱动源；

第1连结杆，从所述往复驱动源沿轴向延伸且将所述往复驱动源连结于所述第1置换器；及

第2连结杆，在与所述第1连结杆相反的一侧从所述往复驱动源沿轴向延伸且将所述往复驱动源连结于所述第2置换器，

所述第1置换器的轴向往复移动具有与所述第2置换器的轴向往复移动相反的相位。

3.根据权利要求2所述的GM制冷机，其特征在于，

所述往复驱动源具备：旋转驱动源，其具有旋转输出轴；止转棒轭，连结于所述旋转输出轴且将所述旋转输出轴的旋转转换成轴向往复移动，

所述第1连结杆从所述止转棒轭沿轴向延伸至所述第1置换器从而将所述止转棒轭连结于所述第1置换器，

所述第2连结杆从所述止转棒轭沿轴向延伸至所述第2置换器从而将所述止转棒轭连结于所述第2置换器。

4.根据权利要求2或3所述的GM制冷机，其特征在于，

所述第1连结杆在与轴向垂直的平面具有第1截面积，所述第2连结杆在与轴向垂直的平面具有第2截面积，所述第1截面积与所述第2截面积相等。

5.根据权利要求2或3所述的GM制冷机，其特征在于，

所述第1连结杆在与轴向垂直的平面具有第1截面积，所述第2连结杆在与轴向垂直的平面具有第2截面积，所述第1截面积与所述第2截面积不同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的GM制冷机，其特征在于，

所述工作气体回路具备：

第1吸气阀，确定所述第1冷头的第1吸气期间；

第2吸气阀，确定所述第2冷头的第2吸气期间；

第1排气阀，以使所述第1冷头的第1排气期间与所述第2吸气期间至少一部分重叠的方式确定所述第1冷头的第1排气期间；及

第2排气阀，以使所述第2冷头的第2排气期间与所述第1吸气期间至少一部分重叠的方式确定所述第2冷头的第2排气期间。

7.根据权利要求6所述的GM制冷机，其特征在于，

所述第2吸气期间从所述第1吸气期间延迟，和/或、

所述第2排气期间从所述第1排气期间延迟。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的GM制冷机，其特征在于，还具备：

第1制冷剂冷却部，与所述第1冷头热连接；

第2制冷剂冷却部，与所述第2冷头热连接；及

连接制冷剂管，将所述第1制冷剂冷却部连接于所述第2制冷剂冷却部，

在所述连接制冷剂管上设置有能够装卸的连结机构。

9.根据权利要求8所述的GM制冷机，其特征在于，还具备：

副真空容器，容纳所述第2冷头及所述第2制冷剂冷却部；及

凸缘部，用于将所述第1冷头安装于不同于所述副真空容器的主真空容器。

10.一种GM制冷机，其特征在于，具备：

第1冷头，具备第1置换器及第1缸体，所述第1置换器能够沿轴向往复移动，在所述第1缸体与所述第1置换器之间形成有第1气体室；及

第2冷头，其与所述第1冷头对置配置，且具备第2置换器及第2缸体，所述第2置换器与所述第1置换器同轴配置且能够与所述第1置换器一体地沿轴向往复移动，在所述第2缸体与所述第2置换器之间形成有第2气体室。

11.根据权利要求10所述的GM制冷机，其特征在于，还具备：

工作气体回路，连接于所述第1冷头及所述第2冷头以便在所述第1气体室与所述第2气体室之间产生压力差。

12.根据权利要求10或11所述的GM制冷机，其特征在于，

所述GM制冷机还具备在轴向上彼此连结的第1连结杆及第2连结杆，

所述第1置换器经由所述第1连结杆及所述第2连结杆连结于所述第2置换器，以使所述第1置换器的轴向往复移动具有与所述第2置换器的轴向往复移动相反的相位，

所述第1连结杆在与轴向垂直的平面具有第1截面积，所述第2连结杆在与轴向垂直的平面具有第2截面积，并且所述第1截面积与所述第2截面积相等。

13.根据权利要求10或11所述的GM制冷机，其特征在于，

所述GM制冷机还具备在轴向上彼此连结的第1连结杆及第2连结杆，

所述第1置换器经由所述第1连结杆及所述第2连结杆连结于所述第2置换器，以使所述第1置换器的轴向往复移动具有与所述第2置换器的轴向往复移动相反的相位，

所述第1连结杆在与轴向垂直的平面具有第1截面积，所述第2连结杆在与轴向垂直的平面具有第2截面积，并且所述第1截面积与所述第2截面积不同。