CN113825958B - 多级式脉冲管制冷机及多级式脉冲管制冷机的冷头 - Google Patents

Abstract

多级式脉冲管制冷机(10)具备：主压力切换阀(14)，将第1级蓄冷器高温端(16a)交替连接到压缩机吐出口(12a)及压缩机吸入口(12b)；及副压力切换阀(20)，经由脉冲管连通通道(34)将第1级脉冲管高温端(18a)和第2级脉冲管高温端(24a)这两者交替连接到压缩机吐出口(12a)及压缩机吸入口(12b)。脉冲管连通通道(34)在第1级脉冲管高温端(18a)及第2级脉冲管高温端(24a)与副压力切换阀(20)之间具有分支部(42)，并在分支部(42)分支为第1脉冲管流路(44)和第2脉冲管流路(46)。第1脉冲管流路(44)将副压力切换阀(20)连接到第1级脉冲管高温端(18a)，第2脉冲管流路(46)将副压力切换阀(20)连接到第2级脉冲管高温端(24a)。

Description

多级式脉冲管制冷机及多级式脉冲管制冷机的冷头

技术领域

本发明涉及一种多级式脉冲管制冷机及多级式脉冲管制冷机的冷头。

背景技术

脉冲管制冷机具备振动流发生源、蓄冷器、脉冲管及相位控制机构作为主要的构成要件。发生振动流的方式有很多。例如，已知有使用压缩机及周期性的流路切换阀的组合的所谓的GM(吉福德-麦克马洪；Gifford-McMahon)方式和通过简谐振动的活塞来产生振动流的斯特林方式。并且，相位控制机构也有双向进气型、主动缓冲型、四阀型等多种方式。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-169852号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

四阀型脉冲管制冷机除了具有连接于蓄冷器的高温端的进气阀及排气阀之外，还具有连接于脉冲管的高温端的进气阀及排气阀。在多级式的情况下，在各级脉冲管上分别设置有进气阀及排气阀。四阀型脉冲管制冷机上搭载的阀的个数相比其他形式的脉冲管制冷机更多，因此阀结构往往复杂且大型。

逐渐采用由一个回转阀构成这些吸排气阀的脉冲管制冷机的设计。成组的进气阀与排气阀必须以能够实现所希望的进气时刻与排气时刻的切换的方式组装于回转阀。并且，形成在回转阀的与蓄冷器连通的气体流路及与脉冲管连通的流路相对于回转阀的旋转轴配置于互不相同的位置，以便制冷剂气体不会直接在蓄冷器高温端与脉冲管高温端之间流动。如此，回转阀内的气体流路结构可能会变得相当复杂。在多级式的情况下，分别与不同级的脉冲管连通的连通通道大多配置于互不相同的径向位置。关于回转阀的直径，二级式相比单级式变得更大，三级式则有可能会进一步变得更大。

本发明的一种实施方式的例示性的目的之一在于，提供一种具有简单的阀结构的脉冲管制冷机。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的一种实施方式，提供一种多级式脉冲管制冷机，其具备：压缩机，具有压缩机吐出口和压缩机吸入口；冷头，具备第1级脉冲管、第2级脉冲管、第1级蓄冷器及第2级蓄冷器，所述第1级蓄冷器具有与所述第1级脉冲管的低温端连通的低温端，所述第2级蓄冷器具有与所述第2级脉冲管的低温端连通的低温端，并且所述第2级蓄冷器与所述第1级蓄冷器串联连接；主压力切换阀，将所述第1级蓄冷器的高温端交替连接到所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口；及副压力切换阀，经由脉冲管连通通道将所述第1级脉冲管的高温端和所述第2级脉冲管的高温端这两者交替连接到所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口。所述脉冲管连通通道在所述第1级脉冲管的高温端及所述第2级脉冲管的高温端与所述副压力切换阀之间具有分支部，并在所述分支部分支为第1脉冲管流路和第2脉冲管流路。所述第1脉冲管流路将所述副压力切换阀连接到所述第1级脉冲管的高温端，所述第2脉冲管流路将所述副压力切换阀连接到所述第2级脉冲管的高温端。

根据本发明的一种实施方式，提供一种多级式脉冲管制冷机的冷头，其具备：第1级脉冲管；第2级脉冲管；第1级蓄冷器，具有与所述第1级脉冲管的低温端连通的低温端；第2级蓄冷器，具有与所述第2级脉冲管的低温端连通的低温端，并且所述第2级蓄冷器与所述第1级蓄冷器串联连接；蓄冷器连通通道，将所述第1级蓄冷器的高温端连接到主压力切换阀；及脉冲管连通通道，将所述第1级脉冲管的高温端和所述第2级脉冲管的高温端这两者连接到副压力切换阀。所述脉冲管连通通道在所述第1级脉冲管的高温端及所述第2级脉冲管的高温端与所述副压力切换阀之间具有分支部，并在所述分支部分支为第1脉冲管流路和第2脉冲管流路。所述第1脉冲管流路将所述副压力切换阀连接到所述第1级脉冲管的高温端，所述第2脉冲管流路将所述副压力切换阀连接到所述第2级脉冲管的高温端。

另外，以上构成要件的任意组合或将本发明的构成要件或表述在方法、装置、系统等之间彼此替换的方式也作为本发明的实施方式而有效。

发明效果

根据本发明，能够提供一种具有简单的阀结构的脉冲管制冷机。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的概略图。

图2是表示能够适用于图1所示的脉冲管制冷机的阀部的例示性的阀定时的图。

图3是表示能够适用于图1所示的脉冲管制冷机的阀部的例示性的回转阀的概略图。

图4中(a)及(b)分别是表示图3所示的回转阀的阀定子及阀转子的概略图。

图5是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的另一例的概略图。

图6是表示能够适用于实施方式所涉及的脉冲管制冷机的缓冲管路的连接结构的一例的概略图。

图7是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的又一例的概略图。

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。在以下说明及附图中，对相同或等同的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当省略重复说明。为了便于说明，在各附图中，适当设定各部分的比例和形状，除非另有说明，其并不作限定性解释。实施方式为示例，其对本发明的范围并不作任何限定。实施方式中记载的所有特征或其组合并不一定是发明的本质。

图1是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机10的概略图。脉冲管制冷机10具备冷头11及压缩机12。

作为一例，脉冲管制冷机10为GM(Gifford-McMahon：吉福德-麦克马洪)式的四阀型脉冲管制冷机。因此，脉冲管制冷机10具备：主压力切换阀14；第1级蓄冷器16；第1级脉冲管18；及第1级相位控制机构，具有副压力切换阀20及任意的第1流量调整要件21。由压缩机12和主压力切换阀14构成脉冲管制冷机10的振动流发生源。振动流发生源和第1级相位控制机构共用压缩机12。

并且，脉冲管制冷机10为二级制冷机，其还具备：第2级蓄冷器22；第2级脉冲管24；及第2级相位控制机构，具有任意的第2流量调整要件27。第2级相位控制机构还共用压缩机12及副压力切换阀20。

流量调整要件21、27例如包括节流孔或节流阀等流路阻力。流路阻力可以是固定的，也可以是可调的。

在本说明书中，为了便于说明脉冲管制冷机10的构成要件彼此之间的位置关系，使用纵向A及横向B这一术语。通常，纵向A和横向B分别相当于脉冲管18、24及蓄冷器16、22的轴向和径向。但是，纵向A和横向B只要是彼此大致正交的方向即可，并不要求严格地正交。并且，纵向A及横向B的标记并不限定将脉冲管制冷机10设置于其使用场所的姿势。可以将脉冲管制冷机10设置成所希望的姿势，例如可以将其设置成纵向A及横向B分别朝向铅垂方向及水平方向，相反地，也可以将其设置成纵向A及横向B分别朝向水平方向及铅垂方向。或者，也可以将其设置成纵向A及横向B分别朝向互不相同的倾斜方向。

两个蓄冷器16、22串联连接并且沿纵向A延伸。两个脉冲管18、24均沿纵向A延伸。第1级蓄冷器16在横向B上与第1级脉冲管18并排配置，第2级蓄冷器22在横向B上与第2级脉冲管24并排配置。第1级脉冲管18在纵向A上具有与第1级蓄冷器16大致相同的长度，第2级脉冲管24在纵向A上具有与第1级蓄冷器16和第2级蓄冷器22的合计长度大致相同的长度。蓄冷器16、22与脉冲管18、24彼此大致平行地配置。

另外，在图1中，相对于蓄冷器16、22，第1级脉冲管18和第2级脉冲管24分别配置于其两侧，但这只不过是出于方便目的的图示。通常，蓄冷器16、22、第1级脉冲管18及第2级脉冲管24可以配置成从纵向A观察时呈三角形。

压缩机12构成为具有压缩机吐出口12a和压缩机吸入口12b，并且对回收过来的低压PL的工作气体压缩从而产成高压PH的工作气体。工作气体从压缩机吐出口12a经由第1级蓄冷器16供给至第1级脉冲管18，并且，工作气体从第1级脉冲管18经由第1级蓄冷器16回收至压缩机吸入口12b。并且，工作气体从压缩机吐出口12a经由第1级蓄冷器16及第2级蓄冷器22供给至第2级脉冲管24，并且，工作气体从第2级脉冲管24经由第2级蓄冷器22及第1级蓄冷器16回收至压缩机吸入口12b。

压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b分别作为脉冲管制冷机10的高压源及低压源而发挥作用。工作气体还被称为制冷剂气体，例如是氦气。另外，高压PH及低压PL通常均远高于大气压。

主压力切换阀14具有主进气开闭阀V1和主排气开闭阀V2。副压力切换阀20具有副进气开闭阀V3和副排气开闭阀V4。

脉冲管制冷机10设置有高压管路13a及低压管路13b。高压PH的工作气体从压缩机12经由高压管路13a流向冷头11。低压PL的工作气体从冷头11经由低压管路13b流向压缩机12。高压管路13a将压缩机吐出口12a连接到进气开闭阀V1、V3。低压管路13b将压缩机吸入口12b连接到排气开闭阀V2、V4。

第1级蓄冷器16具有第1级蓄冷器高温端16a和第1级蓄冷器低温端16b，第1级蓄冷器16从第1级蓄冷器高温端16a沿纵向A朝向第1级蓄冷器低温端16b延伸。第1级蓄冷器高温端16a及第1级蓄冷器低温端16b也可以分别被称作第1级蓄冷器16的第1端及第2端。同样地，第2级蓄冷器22具有第2级蓄冷器高温端22a和第2级蓄冷器低温端22b，第2级蓄冷器22从第2级蓄冷器高温端22a沿纵向A朝向第2级蓄冷器低温端22b延伸。第2级蓄冷器高温端22a及第2级蓄冷器低温端22b也可以分别被称作第2级蓄冷器22的第1端及第2端。第1级蓄冷器低温端16b与第2级蓄冷器高温端22a连通。

第1级脉冲管18具有第1级脉冲管高温端18a和第1级脉冲管低温端18b，第1级脉冲管18从第1级脉冲管高温端18a沿纵向A朝向第1级脉冲管低温端18b延伸。第1级脉冲管高温端18a及第1级脉冲管低温端18b也可以分别被称作第1级脉冲管18的第1端及第2端。

同样地，第2级脉冲管24具有第2级脉冲管高温端24a和第2级脉冲管低温端24b，第2级脉冲管24从第2级脉冲管高温端24a沿纵向A朝向第2级脉冲管低温端24b延伸。第2级脉冲管高温端24a及第2级脉冲管低温端24b也可以分别被称作第2级脉冲管24的第1端及第2端。

在例示性的结构中，蓄冷器16、22为在其内部填充了蓄冷材料的圆筒状的管，脉冲管18、24为其内部设为空腔的圆筒状的管。

在脉冲管18、24的两端，可以分别设置有整流器，该整流器用于使与脉冲管的轴向垂直的面内的工作气体流速分布均匀或将其调整为所希望的分布。该整流器还作为热交换器而发挥作用。

冷头11具备第1级冷却台28和第2级冷却台30。

第1级蓄冷器16及第1级脉冲管18从第1级冷却台28朝向相同方向延伸，第1级蓄冷器高温端16a及第1级脉冲管高温端18a相对于第1级冷却台28配置于相同的一侧。由此，第1级蓄冷器16、第1级脉冲管18及第1级冷却台28配置成U字状。同样地，第2级蓄冷器22及第2级脉冲管24从第2级冷却台30朝向相同方向延伸，第2级蓄冷器高温端22a及第2级脉冲管高温端24a相对于第2级冷却台30配置于相同的一侧。由此，第2级蓄冷器22、第2级脉冲管24及第2级冷却台30配置成U字状。

第1级脉冲管低温端18b与第1级蓄冷器低温端16b通过第1级冷却台28结构性地连接在一起从而彼此热连接。在第1级冷却台28的形成有第1级连通通道29，该第1级连通通道29使第1级蓄冷器低温端16b与第1级脉冲管低温端18b连通，以便工作气体能够在两者之间流动。

同样地，第2级脉冲管低温端24b与第2级蓄冷器低温端22b通过第2级冷却台30结构性地连接在一起从而彼此热连接。在第2级冷却台30形成有第2级连通通道31，该第2级连通通道31使第2级蓄冷器低温端22b与第2级脉冲管低温端24b连通，以便工作气体能够在两者之间流动。

冷却台28、30例如由铜等高导热系数的金属材料制成。蓄冷器16、22的筒部及脉冲管18、24由导热系数比冷却台28、30的导热系数低的材料(例如，不锈钢等金属材料)制成。

在第2级冷却台30热连接有应被冷却的物体(未图示)。物体可以直接设置于第2级冷却台30上或也可以经由刚性或挠性的传热部件而热连接于第2级冷却台30。脉冲管制冷机10能够通过第2级冷却台30的传导冷却来冷却物体。另外，作为被脉冲管制冷机10冷却的物体，可以例举出超导电磁体或其他超导装置、或者红外线摄像元件或其他传感器，但并不只限于此。脉冲管制冷机10也能够冷却与第2级冷却台30接触的气体或液体。

并且，理所当然，第1级冷却台28可以冷却与被第2级冷却台30冷却的物体不同的物体。例如，在第1级冷却台28可以热连接有用于减少或防止朝向第2级冷却台30的热侵入的辐射屏蔽件。

另一方面，第1级蓄冷器高温端16a、第1级脉冲管高温端18a及第2级脉冲管高温端24a通过凸缘部36彼此连接。凸缘部36安装于用于设置脉冲管制冷机10的支承部38(支承台或支承壁等)上。支承部38可以是容纳冷却台28、30及被冷却物的绝热容器或真空容器的壁材料或其他部位。

脉冲管18、24及蓄冷器16、22从凸缘部36的一个主表面朝向冷却台28、30延伸，在凸缘部36的另一个主表面上设置有阀部40。在阀部40容纳有主压力切换阀14及副压力切换阀20。因此，在支承部38构成绝热容器或真空容器的一部分的情况下，若将凸缘部36安装于支承部38，则脉冲管18、24、蓄冷器16、22及冷却台28、30容纳于该容器内，而阀部40则配置于容器外。

另外，阀部40无需直接安装于凸缘部36。阀部40也可以与脉冲管制冷机10的冷头11分开配置并通过刚性或挠性配管而连接于冷头11。如此，可以将脉冲管制冷机10的相位控制机构与冷头11分开配置。

主压力切换阀14构成为，使第1级蓄冷器高温端16a与压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接以便在脉冲管18、24内产生压力振动。主压力切换阀14构成为，在主进气开闭阀V1与主排气开闭阀V2中的一个开闭阀被打开的期间使另一个开闭阀处于关闭状态。主压力切换阀14经由蓄冷器连通通道32连接于第1级蓄冷器高温端16a。主进气开闭阀V1使压缩机吐出口12a与第1级蓄冷器高温端16a连接，主排气开闭阀V2使压缩机吸入口12b与第1级蓄冷器高温端16a连接。

在主进气开闭阀V1被打开的期间，工作气体从压缩机吐出口12a通过高压管路13a、主进气开闭阀V1及蓄冷器连通通道32供给至蓄冷器16、22。工作气体进一步从第1级蓄冷器16经由第1级连通通道29供给至第1级脉冲管18，并且从第2级蓄冷器22经由第2级连通通道31供给至第2级脉冲管24。另一方面，在主排气开闭阀V2被打开的期间，工作气体从脉冲管18、24经由蓄冷器16、22、主排气开闭阀V2及低压管路13b而回收到压缩机吸入口12b。

副压力切换阀20经由脉冲管连通通道34将第1级脉冲管高温端18a和第2级脉冲管高温端24a这两者交替连接于压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b。副压力切换阀20构成为，在副进气开闭阀V3与副排气开闭阀V4中的一个开闭阀被打开的期间使另一个开闭阀处于关闭状态。副进气开闭阀V3使压缩机吐出口12a与第1级脉冲管高温端18a和第2级脉冲管高温端24a这两者连接，副排气开闭阀V4使压缩机吸入口12b与第1级脉冲管高温端18a和第2级脉冲管高温端24a这两者连接。

脉冲管连通通道34在第1级脉冲管高温端18a及第2级脉冲管高温端24a与副压力切换阀20之间具有分支部42。脉冲管连通通道34在分支部42分支为第1脉冲管流路44和第2脉冲管流路46。第1脉冲管流路44使副压力切换阀20与第1级脉冲管高温端18a连接，第2脉冲管流路46使副压力切换阀20与第2级脉冲管高温端24a连接。第1脉冲管流路44具有第1流量调整要件21，第2脉冲管流路46具有第2流量调整要件27。

在副进气开闭阀V3被打开的期间，工作气体从压缩机吐出口12a经由高压管路13a、副进气开闭阀V3、第1脉冲管流路44及第1级脉冲管高温端18a供给至第1级脉冲管18。另一方面，在副排气开闭阀V4被打开的期间，工作气体从第1级脉冲管18经由第1级脉冲管高温端18a、副排气开闭阀V4及低压管路13b而回收到压缩机吸入口12b。

并且，在副进气开闭阀V3被打开的期间，工作气体从压缩机吐出口12a经由高压管路13a、副进气开闭阀V3、第2脉冲管流路46及第2级脉冲管高温端24a供给至第2级脉冲管24。另一方面，在副排气开闭阀V4别打开的期间，工作气体从第2级脉冲管24经由第2级脉冲管高温端24a、副排气开闭阀V4及低压管路13b而回收到压缩机吸入口12b。

图2是表示能够适用于图1所示的脉冲管制冷机10的阀部40的例示性的阀定时的图。脉冲管制冷机10的一个周期的制冷循环分为第1待机期间W1、进气期间A1、第2待机期间W2及排气期间A2。

为了方便起见，在图2中图示了一个周期的制冷循环从第1待机期间W1的开始时刻t0开始并在排气期间A2的结束时刻t8结束。排气期间A2的结束时刻t8便是下一个周期的制冷循环的开始时刻t0。

主压力切换阀14构成为使第1待机期间W1、进气期间A1、第2待机期间W2、排气期间A2依次重复。副压力切换阀20比主压力切换阀14更早开放并且更早关闭。在图2中，斜线的区间表示阀打开的期间。

在第1待机期间W1，主进气开闭阀V1和主排气开闭阀V2均处于关闭状态，第1级蓄冷器高温端16a既未与压缩机吐出口12a连接也未与压缩机吸入口12b连接。在进气期间A1，主进气开闭阀V1被开放且主排气开闭阀V2被关闭，第1级蓄冷器高温端16a连接于压缩机吐出口12a。在第2待机期间W2，主进气开闭阀V1和主排气开闭阀V2均再次处于关闭状态，第1级蓄冷器高温端16a既未与压缩机吐出口12a连接也未与压缩机吸入口12b连接。在排气期间A2，主进气开闭阀V1被关闭且主排气开闭阀V2被开放，第1级蓄冷器高温端16a连接于压缩机吸入口12b。

副压力切换阀20在第1待机期间W1经过1/2(或1/3或1/4)之前将第1级脉冲管高温端18a和第2级脉冲管高温端24a这两者连接到压缩机吐出口12a。副压力切换阀20在进气期间A1结束之前断开该连接。并且，副压力切换阀20在第2待机期间W2经过1/2(或1/3或1/4)之前将第1级脉冲管高温端18a和第2级脉冲管高温端24a这两者连接到压缩机吸入口12b。副压力切换阀20在排气期间A2结束之前断开该连接。

如图2所示，使副进气开闭阀V3打开的时刻t1设定在第1待机期间W1的开始时刻t0与(t2-t0)/2之间。在此，(t2-t0)/2为第1待机期间W1的开始时刻t0与进气期间A1的开始时刻t2之差的一半。或者，使副进气开闭阀V3打开的时刻t1也可以接近t0，例如可以设定在t0至(t2-t0)/3之间或t0至(t2-t0)/4之间。使副进气开闭阀V3关闭的时刻t3设定在进气期间A1内(即，t2至t4的期间内)。

使副排气开闭阀V4打开的时刻t5设定在第2待机期间W2的开始时刻t4与(t6-t4)/2之间。在此，(t6-t4)/2为第2待机期间W2的开始时刻t4与排气期间A2的开始时刻t6之差的一半。或者，使副排气开闭阀V4打开的时刻t5也可以更接近t4，例如可以设定在t4至(t6-t4)/3之间或t4至(t6-t4)/4之间。使副排气开闭阀V4关闭的时刻t7设定在排气期间A2内(即，t6至t8的期间内)。

典型的二级式脉冲管制冷机具有并联配置的两个副压力切换阀，其中一个副压力切换阀连接于第1级脉冲管，另一个副压力切换阀连接于第2级脉冲管。在这种典型的设计中，通过使第1级副压力切换阀的阀定时比主压力切换阀稍微提前，能够使第1级的制冷能力最大化。如虚线箭头D的左端所示，使第1级副压力切换阀打开的时刻例如设定在(t2-t0)/2至t2之间。与实施方式所涉及的副压力切换阀20不同，第1级副压力切换阀在第1待机期间W1经过了1/2之后打开。

但是，根据本发明人的研究发现，若使副进气开闭阀V3在第1待机期间W1经过1/2(或1/3或1/4)之前开放并且使副排气开闭阀V4在第2待机期间W2经过1/2(或1/3或1/4)之前开放，则能够实现与上述典型的脉冲管制冷机相同的制冷性能。

因此，在实施方式所涉及的脉冲管制冷机10中，第1级脉冲管18和第2级脉冲管24能够共用副压力切换阀20，由此，阀部40的结构变得简单，并且能够提供良好的制冷性能，因此有利。

另外，作为这些阀V1～V4的阀定时，除了可以采用图2中例示的阀定时之外，还可以采用能够适用于现有的四阀型脉冲管制冷机的各种阀定时。

阀V1～V4可以具有各种具体结构。例如，一组阀V1～V4可以采用例如电磁开闭阀等能够单独控制的多个阀的形式。阀V1～V4也可以采用回转阀。

图3是表示能够适用于图1所示的脉冲管制冷机10的阀部40的例示性的回转阀的概略图。图4中(a)及(b)分别是表示图3所示的回转阀的阀定子48及阀转子50的概略图。图4中(a)及(b)中示出了回转阀的阀滑动面52上的流路配置。从图中可以看出，该回转阀构成为旋转180度即可进行一个周期的制冷循环。

回转阀的阀定子48及阀转子50容纳于阀壳体54内，两者以通过阀滑动面52彼此面接触的方式相邻配置。阀定子48固定于阀壳体54。阀驱动马达56设置于阀壳体54的外侧，阀驱动马达56的输出轴贯穿阀壳体54而延伸至阀转子50。

在阀壳体54的内部形成有压力室58，阀转子50及阀定子48配置于压力室58。作为一例，在压力室58连接有低压管路13b从而导入低压PL。在阀定子48连接有高压管路13a、蓄冷器连通通道32及脉冲管连通通道34。

在阀定子48的中心部，沿着阀转子50的旋转轴贯穿有高压导入通道48a。并且，在阀定子48的外周部，两个蓄冷器连通孔48b及两个脉冲管连通孔48c沿着阀转子50的旋转轴的方向贯穿。两个蓄冷器连通孔48b在以阀转子50的旋转轴为中心的圆周上沿周向隔着180度间隔配置。两个脉冲管连通孔48c在与蓄冷器连通孔48b相同的圆周上沿周向隔着180度间隔配置。但是，蓄冷器连通孔48b与脉冲管连通孔48c在周向上彼此错开所希望的角度而配置。

并且，在阀转子50形成有高压凹部50a和两个低压凹部50b。高压凹部50a在阀滑动面52上沿着阀滑动面52的直径形成。高压凹部50a通过阀定子48与阀转子50的面接触而从压力室58密封，其并未与压力室58连通。高压管路13a经由阀定子48的高压导入通道48a始终与阀转子50的高压凹部50a连通。两个低压凹部50b形成于阀转子50的外周部，从而成为压力室58的一部分。因此，低压管路13b始终与低压凹部50b连通。

在阀定子48与阀壳体54之间安装有若干个密封部件(例如，O型环)以防止工作气体在阀部40的内部在高压管路13a、蓄冷器连通通道32及脉冲管连通通道34之间直接流通。

通过阀驱动马达56的驱动，输出轴进行旋转，由此，阀转子50相对于阀定子48进行旋转滑动。伴随阀转子50的旋转(用箭头R表示)，流路连接在阀滑动面52上周期性地切换。

阀转子50的高压凹部50a与低压凹部50b交替通过阀定子48的蓄冷器连通孔48b，因此阀部40将高压管路13a和低压管路13b交替连接到蓄冷器连通通道32。因此，阀部40能够以使第1级蓄冷器高温端16a交替连接到压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b的方式进行动作。

并且，阀转子50的高压凹部50a和低压凹部50b交替通过阀定子48的脉冲管连通孔48c，因此阀部40将高压管路13a和低压管路13b交替连接到脉冲管连通通道34。如上所示，脉冲管连通通道34具有分支部42、第1脉冲管流路44及第2脉冲管流路46。因此，阀部40能够以使第1级脉冲管高温端18a和第2级脉冲管高温端24a这两者交替连接到压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b的方式进行动作。

采用回转阀的阀部40的具体流路结构并不只限于上述具体例，可以有很多结构。例如，在上述说明中，在压力室58上连接有低压管路13b且在阀定子48上连接有高压管路13a，但是，与之相反，也可以采用在阀定子48上连接有低压管路13b且在压力室58上连接有高压管路13a的结构。

如此，在实施方式所涉及的脉冲管制冷机10中，第1级脉冲管18和第2级脉冲管24共用副压力切换阀20。脉冲管连通通道34在第1级脉冲管高温端18a及第2级脉冲管高温端24a与副压力切换阀20之间具有分支部42。脉冲管连通通道34在分支部42分支为第1脉冲管流路44和第2脉冲管流路46。第1脉冲管流路44将副压力切换阀20连接于第1级脉冲管高温端18a，第2脉冲管流路46将副压力切换阀20连接于第2级脉冲管高温端24a。因此，即便脉冲管制冷机10是多级式脉冲管制冷机，也能够采用与用于单级式脉冲管制冷机的阀部的结构相同结构的阀部40。因此，能够提供一种具有简单的阀结构的脉冲管制冷机。

并且，在第1脉冲管流路44上设置有第1流量调整要件21，在第2脉冲管流路46上设置有第2流量调整要件27。通过将第1流量调整要件21及第2流量调整要件27的流路阻力预先设定为适当的阻力，能够进行脉冲管制冷机10的第1级和第2级各级中的相位控制的微调。这有助于使脉冲管制冷机10的第1级和第2级各级的制冷能力最大化。

图5是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机10的另一例的概略图。阀部40(即，主压力切换阀14及副压力切换阀20)连接成能够从冷头11拆卸。

蓄冷器连通通道32具备将主压力切换阀14连接于第1级蓄冷器16的蓄冷器连结配管60，蓄冷器连结配管60相对于主压力切换阀14及第1级蓄冷器高温端16a均能够装卸。蓄冷器连结配管60的两端经由能够装卸的接头61(例如，自动密封管接头)可装卸地安装于主压力切换阀14及第1级蓄冷器高温端16a。蓄冷器连结配管60可以是挠性管或刚性管。

脉冲管连通通道34具备将副压力切换阀20连接于分支部42的脉冲管连结配管62，脉冲管连结配管62相对于副压力切换阀20及分支部42均能够装卸。脉冲管连结配管62的两端经由能够装卸的接头63(例如，自动密封管接头)可装卸地安装于副压力切换阀20及分支部42。脉冲管连结配管62可以是挠性管或刚性管。

如上所述，典型的二级式脉冲管制冷机具有两个副压力切换阀，其中一个副压力切换阀连接于第1级脉冲管，另一个副压力切换阀连接于第2级脉冲管。在这种典型的设计中，需要第1级脉冲管用的连结配管和第2级脉冲管用的连结配管。配管的容积是对制冷能力并不作贡献的死容积，因此希望其容积越小越好。

在实施方式所涉及的脉冲管制冷机10中，第1级脉冲管18和第2级脉冲管24共用副压力切换阀20。因此，能够使用一根脉冲管连结配管62将副压力切换阀20连接于两个脉冲管18、24。与典型的脉冲管制冷机相比，能够将基于连结配管的死容积减半，从而能够提高制冷能力。并且，还能够减少由配管带来的压损。

并且，能够从冷头11拆卸阀部40，因此作业人员能够将阀部40从冷头11拆卸下来实施维护。或者，作业人员能够将阀部40从冷头11拆卸并与新的阀部40或维护完毕的其他阀部40进行更换。

但是，在四阀型脉冲管制冷机中，可能会形成包含压缩机、脉冲管及蓄冷器的的工作气体的循环路径。在这种循环路径中，可能会产生又被称为“直流流动(DC flow)”的具有直流成分的气体流。直流流动有可能会影响脉冲管制冷机的制冷性能。尤其，在直流流动包含从脉冲管高温端朝向脉冲管低温端贯通的工作气体流的情况下，通过这种工作气体流，从脉冲管高温端朝向脉冲管低温端输入显著的热量，有可能会使脉冲管制冷机的制冷效率下降。

因此，脉冲管制冷机10可以具备直流流动控制流路66。直流流动控制流路66与副压力切换阀20并联配置，并将第1级脉冲管高温端18a及第2级脉冲管高温端24a这两者连接到压缩机吸入口12b。直流流动控制流路66在副压力切换阀20与分支部42之间从脉冲管连通通道34分支。由此，第1级脉冲管18和第2级脉冲管24可以共用直流流动控制流路66。

直流流动控制流路66具有与副压力切换阀20的副排气开闭阀V4并联设置的直流流动开闭阀68及直流流动调整要件70。在例示性的阀定时中，直流流动开闭阀68可以与图2所示的副排气开闭阀V4的阀定时相同(即，直流流动开闭阀68可以在t5～t7之间处于开放状态，而在其他期间则处于关闭状态)。或者，直流流动开闭阀68也可以在副排气开闭阀V4的开放期间暂时开放。与第1流量调整要件21同样，直流流动调整要件70例如包括节流孔或节流阀等流路阻力，且流路阻力可以是固定的，也可以是可调的。

如图5所示，在为了连接冷头11与阀部40而使用了脉冲管连结配管62的情况下，直流流动控制流路66可以在副压力切换阀20与脉冲管连结配管62(副压力切换阀20侧的接头63)之间从脉冲管连通通道34分支。如此一来，无需与脉冲管连结配管62并联设置用于直流流动控制流路66的追加的连结配管。

直流流动控制流路66也可以组装于回转阀。在该情况下，如图4中(a)中虚线所示，可以在径向上与阀定子48的脉冲管连通孔48c相邻(例如在径向内侧)设置。

图6是表示能够适用于实施方式所涉及的脉冲管制冷机10的缓冲管路72的连接结构的一例的概略图。

在第1级脉冲管高温端18a可以连接有缓冲管路72。缓冲管路72具有缓冲罐等缓冲容积72a及节流孔等缓冲管路流量调整要件72b。缓冲容积72a作为具有高压PH与低压PL之间的中间压(例如，高压PH与低压PL的平均压)的工作气体的中间压源而发挥作用。因此，根据第1级脉冲管高温端18a与缓冲容积72a的压力差，工作气体经由缓冲管路72在第1级脉冲管18与缓冲容积72a之间流动。

在第1级脉冲管高温端18a设置有第1连接口74及第2连接口76。第1连接口74与第2连接口76设置在互不相同的位置上。在第1连接口74连接有脉冲管连通通道34的第1脉冲管流路44，在第2连接口76经由缓冲管路72连接有缓冲容积72a。如此，缓冲管路72并不在副压力切换阀20与第1级脉冲管高温端18a之间汇合于脉冲管连通通道34，而是脉冲管连通通道34与缓冲管路72分别单独连接于第1级脉冲管高温端18a。

第1连接口74与第2连接口76设置在第1级脉冲管高温端18a之上的径向上的互不相同的位置。第1连接口74设置于从第1级脉冲管高温端18a的中心78朝向径向外侧偏移第1距离C1的位置上，第2连接口76设置于从第1级脉冲管高温端18a的中心78朝向径向外侧偏移第2距离C2的位置上。在此，第1距离C1及第2距离C2分别表示从第1级脉冲管高温端18a的中心78至第1连接口74的中心及第2连接口76的中心为止的长度。第1距离C1及第2距离C2均比第1级脉冲管18的半径短，以便第1连接口74和第2连接口76均配置于第1级脉冲管高温端18a的上表面。

第1距离C1比第2距离C2长。因此，第2连接口76位于第1级脉冲管高温端18a的中心78附近，第1连接口74相比第2连接口76位于第1级脉冲管高温端18a的外周附近。例如，第1距离C1可以比第1级脉冲管18的半径的一半长。第2距离C2可以比第1级脉冲管18的半径的一半短。第2连接口76也可以设置于第1级脉冲管高温端18a的中心78。在该情况下，第2距离C2为零。

第1连接口74及第2连接口76均设置于第1级脉冲管高温端18a，以使工作气体分别通过第1连接口74及第2连接口76而沿第1级脉冲管18的轴向流动。

在一种例示性的设计中，也可以使缓冲管路72汇合于脉冲管连通通道34(例如，第1脉冲管流路44)从而代替将缓冲管路72直接连接到第1级脉冲管高温端18a。然而，在该情况下，在缓冲管路72中从缓冲容积72a流向第1级脉冲管高温端18a的的工作气体还会产生从脉冲管连通通道34引入工作气体的作用，因而有可能会促进从脉冲管的高温端朝向低温端的直流流动。这种作用有可能在缓冲管路72中流动的工作气体流量越大时越显著。

相对于此，通过如上所述设置第1连接口74及第2连接口76从而将脉冲管连通通道34和缓冲管路72分别单独连接到第1级脉冲管高温端18a，直流流动会减少，能够提高脉冲管制冷机10的制冷效率。

同样地，也可以将第2级缓冲管路连接于第2级脉冲管24，并可以将第1连接口74及第2连接口76设置于第2级脉冲管高温端24a。

图7是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机10的又一例的概略图。该脉冲管制冷机10是三级式脉冲管制冷机。因此，冷头11除了具备参考图1及图5进行说明的各构成要件之外，还具备第3级蓄冷器80及第3级脉冲管82。第3级蓄冷器80与第2级蓄冷器22串联连接。第3级蓄冷器80的低温端经由第3级连通通道84与第3级脉冲管82的低温端连通。

副压力切换阀20经由脉冲管连通通道34将第3级脉冲管82的高温端也交替连接到压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b。脉冲管连通通道34在分支部42进一步分支为第3脉冲管流路86，第3脉冲管流路86将副压力切换阀20连接到第3级脉冲管82的高温端。在第3脉冲管流路86上设置有第3流量调整要件88。

由此，不仅第1级脉冲管18及第2级脉冲管24共用副压力切换阀20，第3级脉冲管82也共用副压力切换阀20。因此，能够提供一种具有简单的阀结构的脉冲管制冷机10。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员应当可以理解，本发明并不只限于上述实施方式，可以进行各种设计变更，并且可以存在各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。在一种实施方式中进行说明的各种特征也可以应用于其他实施方式。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的各实施方式的效果。

例如，参考图5进行说明的可装卸的阀结构同样也可以适用于图7所示的三级式脉冲管制冷机10上。

在图5中，主压力切换阀14及副压力切换阀20均能够从冷头11拆卸。但是，在主压力切换阀14与副压力切换阀20为独立的阀的情况下，主压力切换阀14及副压力切换阀20中的至少一个切换阀可以连接成能够从冷头11拆卸。

以上，根据实施方式并使用具体的语句对本发明进行了说明，但实施方式只不过示出了本发明的原理、应用的一方面，在实施方式中，在不脱离技术方案中规定的本发明的思想的范围内，允许存在各种变形例或配置的变更。

产业上的可利用性

本发明能够利用于多级式脉冲管制冷机及多级式脉冲管制冷机的冷头的领域。

符号说明

10-脉冲管制冷机，11-冷头，12-压缩机，12a-压缩机吐出口，12b-压缩机吸入口，14-主压力切换阀，16-第1级蓄冷器，18-第1级脉冲管，20-副压力切换阀，21-第1流量调整要件，22-第2级蓄冷器，24-第2级脉冲管，27-第2流量调整要件，32-蓄冷器连通通道，34-脉冲管连通通道，42-分支部，44-第1脉冲管流路，46-第2脉冲管流路，62-脉冲管连结配管，66-直流流动控制流路，80-第3级蓄冷器，82-第3级脉冲管，86-第3脉冲管流路，A1-进气期间，A2-排气期间，W1-第1待机期间，W2-第2待机期间。

Claims (7)

1.一种多级式脉冲管制冷机，其特征在于，具备：

压缩机，具有压缩机吐出口和压缩机吸入口；

冷头，具备第1级脉冲管、第2级脉冲管、第1级蓄冷器及第2级蓄冷器，所述第1级蓄冷器具有与所述第1级脉冲管的低温端连通的低温端，所述第2级蓄冷器具有与所述第2级脉冲管的低温端连通的低温端，并且所述第2级蓄冷器与所述第1级蓄冷器串联连接；

主压力切换阀，将所述第1级蓄冷器的高温端交替连接到所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口；及

副压力切换阀，经由脉冲管连通通道将所述第1级脉冲管的高温端和所述第2级脉冲管的高温端这两者交替连接到所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口，

所述脉冲管连通通道在所述第1级脉冲管的高温端及所述第2级脉冲管的高温端与所述副压力切换阀之间具有分支部，并在所述分支部分支为第1脉冲管流路和第2脉冲管流路，所述第1脉冲管流路将所述副压力切换阀连接到所述第1级脉冲管的高温端，所述第2脉冲管流路将所述副压力切换阀连接到所述第2级脉冲管的高温端，

所述主压力切换阀构成为，使如下期间依次重复：所述第1级蓄冷器的高温端与所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口均未连接的第1待机期间；所述第1级蓄冷器的高温端与所述压缩机吐出口连接的进气期间；所述第1级蓄冷器的高温端与所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口均未连接的第2待机期间；及所述第1级蓄冷器的高温端与所述压缩机吸入口连接的排气期间，

所述副压力切换阀构成为，在所述第1待机期间经过1/2之前将所述第1级脉冲管的高温端和所述第2级脉冲管的高温端这两者连接到所述压缩机吐出口；在所述第2待机期间经过1/2之前将所述第1级脉冲管的高温端和所述第2级脉冲管的高温端这两者连接到所述压缩机吸入口。

2.根据权利要求1所述的多级式脉冲管制冷机，其特征在于，

在所述第1脉冲管流路上设置有第1流量调整要件，在所述第2脉冲管流路上设置有第2流量调整要件。

3.根据权利要求1或2所述的多级式脉冲管制冷机，其特征在于，

所述主压力切换阀与所述副压力切换阀中的至少一个切换阀连接成能够从所述冷头拆卸。

4.根据权利要求1或2所述的多级式脉冲管制冷机，其特征在于，

所述脉冲管连通通道具备将所述副压力切换阀连接到所述分支部的脉冲管连结配管，所述脉冲管连结配管相对于所述副压力切换阀及所述分支部均能够装卸。

5.根据权利要求1或2所述的多级式脉冲管制冷机，其特征在于，

还具备直流流动控制流路，所述直流流动控制流路与所述副压力切换阀并联配置，并将所述第1级脉冲管的高温端和所述第2级脉冲管的高温端这两者连接到所述压缩机吸入口，所述直流流动控制流路在所述副压力切换阀与所述分支部之间从所述脉冲管连通通道分支。

6.根据权利要求1或2所述的多级式脉冲管制冷机，其特征在于，

所述冷头还具备第3级脉冲管及第3级蓄冷器，所述第3级蓄冷器具有与所述第3级脉冲管的低温端连通的低温端，并且所述第3级蓄冷器与所述第2级蓄冷器串联连接，

所述副压力切换阀经由所述脉冲管连通通道将所述第3级脉冲管的高温端也交替连接到所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口，

所述脉冲管连通通道在所述分支部进一步分支为第3脉冲管流路，所述第3脉冲管流路将所述副压力切换阀连接到所述第3级脉冲管的高温端。

7.一种多级式脉冲管制冷机的冷头，其特征在于，具备：

第1级脉冲管；

第2级脉冲管；

第1级蓄冷器，具有与所述第1级脉冲管的低温端连通的低温端；

第2级蓄冷器，具有与所述第2级脉冲管的低温端连通的低温端，并且所述第2级蓄冷器与所述第1级蓄冷器串联连接；

蓄冷器连通通道，将所述第1级蓄冷器的高温端连接到主压力切换阀；及

脉冲管连通通道，将所述第1级脉冲管的高温端和所述第2级脉冲管的高温端这两者连接到副压力切换阀，

所述脉冲管连通通道在所述第1级脉冲管的高温端及所述第2级脉冲管的高温端与所述副压力切换阀之间具有分支部，并在所述分支部分支为第1脉冲管流路和第2脉冲管流路，所述第1脉冲管流路将所述副压力切换阀连接到所述第1级脉冲管的高温端，所述第2脉冲管流路将所述副压力切换阀连接到所述第2级脉冲管的高温端，

所述主压力切换阀构成为，使如下期间依次重复：所述第1级蓄冷器的高温端与所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口均未连接的第1待机期间；所述第1级蓄冷器的高温端与所述压缩机吐出口连接的进气期间；所述第1级蓄冷器的高温端与所述压缩机吐出口及所述压缩机吸入口均未连接的第2待机期间；及所述第1级蓄冷器的高温端与所述压缩机吸入口连接的排气期间，

所述副压力切换阀构成为，在所述第1待机期间经过1/2之前将所述第1级脉冲管的高温端和所述第2级脉冲管的高温端这两者连接到所述压缩机吐出口；在所述第2待机期间经过1/2之前将所述第1级脉冲管的高温端和所述第2级脉冲管的高温端这两者连接到所述压缩机吸入口。

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