DE10296590T5 - Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für Kühleinrichtung - Google Patents

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Abstract

Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung zum periodischen Umschalten zwischen Hochdruckgas und Niedrigdruckgas von einem Kompressor, wobei das Ventil Folgendes aufweist:
ein Gehäuse, das eine allgemein zylindrische Innenumfangsoberfläche besitzt;
Gehäusedurchlässe, die Hochdruckgas-Durchlässe und Niedrigdruckgas-Durchlässe umfassen, welche in einer Wandoberfläche des Gehäuses gebildet sind;
ein allgemein zylindrischer Rotor, welcher durch Lager getragen ist und sich mit einem geringen Zwischenraum bzw. mit einem Mikro-Freiraum entfernt von der Innenumfangsoberfläche des genannten Gehäuses dreht, ohne das Gehäuse zu berühren; und
ein innerhalb des Rotors gebildeter Rotordurchlass, durch den Gas dann strömt, wenn die Öffnungen davon mit dem vorgenannten Gehäusedurchlass ausgerichtet sind;
gekennzeichnet, durch
eine Vielzahl von Hochdruckgas-Versorgungsanschlüssen und eine Vielzahl von Niedrigdruckgas-Versorgungsanschlüssen, die bezüglich einer Drehachse des genannten Rotors symmetrisch angeordnet sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung, und betrifft insbesondere ein Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung, das eine längere Lebensdauer und eine höhere Effizienz besitzt, kompakter und leichter ist, keine Abnutzung erfährt, keine Staubbildung aufweist, und das geeignet ist zur Verwendung in Pulsrohrkühleinrichtungen und Gifford-McMahon-Cryokühleinrichtungen (GM-Cryokühleinrichtungen).
  • Stand der Technik
  • In Pulsrohrkühleinrichtungen und GM-Cryokühleinrichtungen wird ein Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil 14 verwendet, um periodisch umzuschalten zwischen Hochdruckgas und von einem Kompressor 10 erzeugten Niedrigdruckgas und um das Gas zu einer Kühleinrichtung 12 zu leiten, wie es in 1 gezeigt ist. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 12A ein Pulsrohr, 12B bezeichnet ein Wärmetauscher- bzw. Wärmeregeneratorrohr, 12C bezeichnet eine Kühlstufe, 16 bezeichnet eine Öffnung, und 18 bezeichnet einen Zwischenbzw. Puffertank.
  • Wie beispielsweise im Japanischen Patent Nr. 2 617 681 beschrieben und in 2 gezeigt ist, ist ein herkömmliches Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil wie folgt aufgebaut: ein Ventilhauptkörper 20, der hinsichtlich eines Ventilgehäuses 26 drehfest angeordnet ist durch einen Stift 22, dessen Form in 3 gezeigt ist, und auf den durch eine Schraubenfeder 24 eine Federkraft zu einer Ventilplatte 30 angelegt wird; eine Ventilplatte 30 mit der in 4 gezeigten Form; ein Antriebsmotor 32 zum Drehen der Ventilplatte 30, und ein Motorgehäuse 34 zur Aufnahme des Antriebsmotors 32.
  • Ein Raum 26b auf der linken Seite des genannten Ventilhauptkörpers 20 ist mit der Hochdruckgas-Seite des Kompressors (nicht gezeigt) über einen Hochdruckgas-Durchlass 26a des Ventilgehäuses 26 verbunden. Andererseits ist ein Raum 34b auf der rechten Seite der Ventilplatte 30 über einen Niedrigdnackgas-Durchlass 34a des Motorgehäuses 34 mit der Niedrigdruckgas-Seite des Kompressors verbunden. Durch die Wirkungen der Druckdifferenz und der Feder 24 wird der Ventilhauptkörper 20 gegen die Ventilplatte 30 gedrückt. Dies dichtet das Gas ab, das durch einen Hauptventilkörper-Hochdruckgas-Durchlass 20a, einen Ventilplatten-Hochdruckgas-Durchlass 30a, einen Ventilplatten-Niedrigdruckgas-Durchlass 30b und einen Kühleinrichtungs-seitigen Hauptventilkörper-Gasdurchlass 20b strömt, die entlang des Ventilhauptkörpers 20 und der Ventilplatte 30 angeordnet sind.
  • In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 36 ein Lager, das die Ventilplatte 30 trägt, so dass sich die Platte frei drehen kann.
  • Entweder der genannte Ventilhauptkörper 20 oder die genannte Ventilplatte 30 (in diesem Fall die Ventilplatte 30) wird durch den Antriebsmotor 32 gedreht, und das andere dieser Elemente (in diesem Fall der Ventilhauptkörper 20) ist drehfest angeordnet. Das Gas wird entsprechend der Zeitabstimmung und Öffnung entsprechend dem auf der Kontaktfläche ausgebildeten Musters umgeschaltet, wie in 5 (Hochdrucklieferzustand) und in 6 (Niedrigdruckwiederherstellungszustand) gezeigt ist. Infolgedessen strömt Gas durch die Durchlässe bzw. den Raum 26a → 26b → 20a → 30a → 20b → 26c (Hochdrucklieferzustand), oder durch die Durchlässe bzw. den Raum 26c → 20b → 30b → 34b → 34a (Niedrigdruckwiederherstellungszustand, wie er in 2 gezeigt ist), die im Inneren gebildet sind, und das Gas wird an die Kühleinrichtung geliefert oder von dieser erhalten durch einen Kühleinrichtungsseitigen Ventilgehäuse-Gasdurchlass 26c.
  • Jedoch wird bei dieser Art von Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil der Ventilhauptkörper 20 gegen die Ventilplatte 30 gedrückt und ist durch die Gleitoberfläche abgedichtet; daher werden der Ventilhauptkörper 20 und die Ventil platte 30 abgenutzt und periodischer Austausch ist erforderlich. Darüberhinaus ist der Gleitwiderstand der Gleitoberfläche groß, was die Verwendung eines großen Motors mit hohem Drehmoment als Antriebsmotor 32 erforderlich macht, was zu einer größeren Größe der Einheit selbst führt. Ferner gab es Probleme, beispielsweise bekam der in dem Ventilhauptkörper 20 und der Ventilplatte 30 gebildete Durchlass eine komplizierte Form, was zu einem höheren Druckverlust und einer schlechteren Leistung der Kühleinrichtung führte.
  • Ferner wurde in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-91078, wie in 7 dargestellt ist, ein Drehventil vorgeschlagen, das aus einem im horizontalen Querschnitt kreisförmigen Rotor 101, welcher sich um die Mittelachse dreht, und einem Gehäuse 102 besteht, welches den Rotor 101 aufnimmt, so dass dieser sich frei drehen kann. Bei diesem Drehventil ist eine Vielzahl von Anschlüssen 105 bis 112 auf der Außenumfangsoberfläche des genannten Rotors 101 vorgesehen bzw. eingebaut, und eine Vielzahl von Anschlüssen 117 bis 122 entsprechend den vorgenannten Anschlüssen 105 bis 112 ist auch auf der Innenumfangsoberfläche des genannten Gehäuses 102 vorgesehen bzw. eingebaut. Dieses Drehventil schaltet durch die Drehung des genannten Rotors 101 um zwischen einem Zustand, in dem die Anschlüsse in beiden Gruppen 105 bis 108, 117, 118, 120, 122 in Verbindung stehen, indem die beschriebenen Anschlüsse 105 bis 108 des Rotors 101 mit den entsprechenden Anschlüssen 117, 118, 120, 122 des genannten Gehäuses 102 ausgerichtet sind, und einem Zustand, in dem die Anschlüsse in beiden Gruppen 105 bis 108, 117, 118, 120, 122 nicht in Verbindung stehen, da sie nicht ausgerichtet sind. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 103 ein Achslager, und das Bezugszeichen 104 bezeichnet einen Motor.
  • Jedoch gab es ein Problem, dass das Drehventil nicht so gut funktionierte mit ansteigender Leckage von der Hochdruckseite zur Niedrigdruckseite, da alle Anschlüsse bezüglich der Mittelachse des Rotors 101 asymmetrisch ausgebildet sind und das Ventil nicht ausgeglichen bzw. ausbalanciert ist, wenn es unter Druck steht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten herkömmlichen Probleme zu lösen, und es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil vorzusehen, das eine längere Lebensdauer und eine höhere Effizienz besitzt, kompakter und leichter ist, keine Abnutzung erfährt und keine Staubbildung aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung hat die genannten Probleme gelöst durch die folgenden Maßnahmen, und zwar in dem Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung, das verwendet wird zum periodischen Umschalten zwischen Hochdruckgas und Niedrigdruckgas von einem Kompressor. Insbesondere ist Folgendes vorgesehen: ein Gehäuse, das eine allgemein zylindrische Innenumfangsoberfläche besitzt, mehrere Gehäusedurchlässe, die Hochdruckgas-Durchlässe und Niedrigdruckgas-Durchlässe umfassen, welche in einer Wandoberfläche des Gehäuses gebildet sind, ein allgemein zylindrischer Rotor, welcher durch Lager getragen ist und sich mit einem geringen Zwischenraum bzw. mit einem Mikro-Freiraum entfernt von der Innenumfangsoberfläche des genannten Gehäuses dreht, ohne das Gehäuse zu berühren, und ein innerhalb des Rotors gebildeter Rotordurchlass, durch den Gas dann strömt, wenn die Öffnungen davon mit dem vorgenannten Gehäusedurchlass ausgerichtet sind, wobei die Vielzahlen von Hochdruckgas-Versorgungsanschlüssen und Niedrigdruckgas-Versorgungsanschlüssen bezüglich der Drehachse des genannten Rotors symmetrisch angeordnet sind.
  • Ferner ist ein Niedrigdruckgas-Versorgungsanschluss des Gehäuses in der gleichen Ebene vorgesehen wie der Hochdruckgas-Versorgungsanschluss, so dass kein schädliches Moment auf die Rotorachse wirkt aufgrund des Drucks des gelieferten Hochdruckgases und Niedrigdruckgases.
  • Ferner wird das Hochdruckgas oder das Niedrigdruckgas, welches in dem genannten Rotordurchlass strömt, an die Kühleinrichtung geliefert durch Durchlässe, die entlang einer Mittelachse des Rotors und an einer Stirnseite des Gehäuses gebildet sind.
  • Ferner besitzt der vorgenannte, entlang der Mittelachse des Rotors ausgebildete Durchlass Öffnungen an beiden Stirnseiten des Rotors, was den Druck an beiden Enden ausgleicht, die Last bzw. Belastung entlang der Mittelachse des Rotors beseitigt, den Rotor an der ordnungsgemäßen Position hält und auch die Last bzw. Belastung des Motors vermindert.
  • Ferner kann das Gehäuse und/oder der Rotor mit einem Schlitz zur Zeitabstimmung versehen sein.
  • Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Kühleinrichtung vor, die das vorgenannte Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil verwendet.
  • Die vorliegende Erfindung sieht auch eine cryogene Einrichtung vor, die die genannte Kühleinrichtung verwendet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonstruktion eines Beispiels einer Pulsrohrkühleinrichtung zeigt, die eine beabsichtigte Anwendung der vorliegenden Erfindung ist.
  • 2 ist eine Längsschnittansicht, die die Gesamtkonstruktion eines Beispiels eines herkömmlichen Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventils zeigt.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Form eines Hauptventilkörpers in selbigem Ventil zeigt.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die die Form einer Ventilplatte in selbigem Ventil zeigt.
  • 5 ist eine Vorderansicht, die eine relative Beziehung des Ventilhauptkörpers und der Ventilplatte in selbigem Ventil zeigt, und zwar in einem Zustand, in dem Hochdruckgas geliefert wird.
  • 6 ist eine Vorderansicht, die eine relative Beziehung des Ventilhauptkörpers und der Ventilplatte in selbigem Ventil zeigt, und zwar in einem Zustand, in dem Niedrigdruckgas geliefert wird.
  • 7 ist eine Längsschnittansicht, die einen Aufbau eines herkömmlichen Drehventils zeigt, das in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-91078 offenbart ist.
  • 8 ist eine Längsschnittansicht, die die Gesamtkonstruktion eines Ausführungsbeispiels eines Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand in demselben Ausführungsbeispiel zeigt, in dem Hochdruckgas geliefert wird.
  • 10 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand in demselben Ausführungsbeispiel zeigt, in dem Niedrigdruckgas geliefert wird.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Ventilgehäuse zeigt, das in dem genannten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotor zeigt, der in demselben Ausführungsbeispiel verwendet wird.
  • 13 ist ein (hydraulischer) Schaltplan bzw. ein Verbindungsdiagramm, der bzw. das ein Beispiel zeigt, in dem die vorliegende Erfindung auf eine Pulsrohrkühleinrichtung mit vier Ventilen angewandt ist.
  • 14 ist ein (hydraulischer) Schaltplan bzw. ein Verbindungsdiagramm, der bzw. das ein Beispiel zeigt, in dem die vorliegende Erfindung auf eine Pulsrohrkühleinrichtung mit aktivem Puffer angewandt ist.
  • Beste Art der Ausführung der Erfindung
  • Eine genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in Einzelheiten gegeben mit Bezug auf die Zeichnungen.
  • Ein Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist wie folgt vorgesehen, wie in 8 (Längsschnittansicht), 9 (Querschnittsansicht in einem Zustand, in dem Hochdruckgas zu einer Kühleinrichtung geliefert wird), und 10 (Querschnittsansicht in einem Zustand, in dem Niedrigdruckgas zu einer Kühleinrichtung geliefert wird) gezeigt ist: ein Ventilgehäuse 42 mit einer allgemein zylindrischen Innenumfangsoberfläche, wie sie in 11 gezeigt ist; ein Paar von Hochdruckgas-Durchlässen 42a und ein Paar von Niedrigdruckgas-Durchlässen 42b (allgemein Gehäusedurchlässe genannt), welche axial symmetrisch in einer Wandoberfläche des Ventilgehäuses gebildet sind; ein allgemein zylindrischer Rotor 46, wie er in 12 gezeigt ist und welcher durch Lager 44 und 45 getragen ist und sich mit einem geringen Zwischenraum bzw. mit einem Mikro-Freiraum 43 entfernt von der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 42 dreht, ohne das Ventilgehäuse 42 zu berühren; einen Wegeventil-seitigen bzw. Richtungssteuer-Gasdurchlass 46a und einen Kühleinrichtungs-seitigen Gasdurchlass 46b (allgemein Rotordurchlässe genannt), die innerhalb des Rotors 46 ausgebildet sind und durch die Gas dann strömt, wenn die Öffnungen davon mit den Gehäusedurchlässen 42a oder 42b des Gehäuses 42 ausgerichtet sind.
  • Die Abdichtung des Gases erfolgt durch den geringen Zwischenraum bzw. Mikro-Freiraum 42 zwischen dem Rotor 46 und dem Gehäuse 42. Infolgedessen kann der Mikro-Freiraum 43 beispielsweise zwischen 5 μm und 100 μm betragen. Das heißt, es wird bevorzugt, einen Freiraum von 5 μm oder mehr zu haben, um einen Kontakt zu verhindern, und von 100 μm oder weniger zu haben, um nachteilige Wirkungen auf die Leistung der Kühleinrichtung zu vermeiden.
  • In 8 bezeichnet das Bezugszeichen einen Antriebsmotor zum Drehen des Rotors 46 über eine Kopplung 52, das Bezugszeichen 54 bezeichnet ein Gehäuse des Antriebsmotors 50, und das Bezugszeichen 54a bezeichnet einen Innenraum des Gehäuses 54.
  • In diesem Ausführungsbeispiel dreht sich der von den zwei Lagern 44 und 45 getragene Rotor 46, ohne das Gehäuse 42 zu berühren. Durchlässe sind in dem Rotor 46 und dem Gehäuse 42 gebildet, und Gas strömt durch den Rotordurchlass, wenn die Öffnungen der Durchlässe miteinander ausgerichtet sind. Das heißt, wie in 9 gezeigt ist, dass Hochdruckgras zu der Kühleinrichtung geliefert wird durch die Durchlässe oder den Raum 42a → 46a → 46b → 42c, wenn die Hochdruckgas-Durchlässe 42a des Ventilgehäuses 42 und der Wegeventil-seitige oder Richtungssteuer-Durchlass 46a des Rotors 46 einander gegenüberliegen. Andererseits, wie in 10 gezeigt ist, wird Niedrigdruckgras von der Kühleinrichtung erhalten durch die Durchlässe oder den Raum 42c → 46b → 46a → 42b, wenn die Niedrigdruckgas-Durchlässe 42b des Ventilgehäuses 42 und der Wegeventil-seitige oder Richtungssteuer-Durchlass 46a des Rotors 46 einander gegenüberliegen.
  • Zwei Kanäle der Hochdruckgas-Versorgungsanschlüsse 42a von dem Kompressor sind an symmetrischen Positionen hinsichtlich der Achse des Rotors 46 angeordnet, und beide sind in einer vertikalen Richtung bezüglich der Rotorachse miteinander verbunden. Da es zwei Kanäle in axial symmetrischen Positionen gibt, wird eine vertikale Last bzw. Belastung auf die Drehachse des Rotors 46 aufgrund des Druck des gelieferten Hochdruckgases ausgeglichen bzw. beseitigt, und der Freiraum 43 zwischen dem Rotor 46 und dem Gehäuse 42 wird auf einem ordnungsgemäßen Wert gehalten, wodurch ein unausgeglichener bzw. ungleichmäßiger Freiraum und eine teilweise Abnutzung des Rotors verhindert wird und die Last bzw. Belastung des Motors 50 vermindert wird.
  • Die Niedrigdruckgas-Versorgungsanschlüsse 42b von dem Kompressor besitzen den gleichen Aufbau wie auf der Hochdruckgas-Seite und bilden Durchlässe in der gleichen Ebene, aber um 90 Grad versetzt bezüglich der Hochdruckgas-Durchlässe 42a.
  • Ein Raum 54a im Gehäuse, in dem der Antriebsmotor 50 eingebaut ist, steht über den Rotordurchlass 46 in Verbindung mit dem Raum 42c, welcher verwendet wird zum Liefern an die Kühleinrichtung. Dies beseitigt die axiale Last bzw. Belastung von dem Rotor 46, indem der gleiche Druck stets beibehalten wird, und hält den Rotor 46 an der richtigen Position, wodurch ein unausgeglichener bzw. ungleichmäßiger Freiraum und eine teilweise Abnutzung des Rotors verhindert wird und die Last bzw. Belastung des Motors 50 vermindert wird.
  • Bei dieser Art von Struktur erfolgt die Abdichtung zwischen dem Rotor 46 und dem Gehäuse 42 kontaktlos; daher gibt es keine Gleitoberflächen und es ist kein regelmäßiger Ersatz von Teilen erforderlich. Es sei bemerkt, dass es eine gewisse Leckage gibt, da es eine kontaktlose Dichtung ist, aber diese Problem ist gering verglichen mit der Strömungsrate, die an die Kühleinrichtung geliefert wird.
  • Ferner wird durch Ausgleichen bzw. Beseitigen des Drucks die Last bzw. Belastung des Antriebsmotors 50 vermindert, indem der Drehwiderstand des Rotors 46 so klein wie möglich gemacht wird. Daher können kleinere Motoren verwendet werden, die kleinere und leichtere Einheiten möglich machen und einen geringeren Leistungsverbrauch ermöglichen.
  • Ferner wird durch Ausgleichen bzw. Beseitigen des Drucks der Mikro-Freiraum 43 zum Abdichten stabil sichergestellt werden. Ferner ist ein hoch effizienter Betrieb mit geringem Druckverlust möglich, da die Form der Durchlässe einfach ist.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Schlitze 42s und 46s sowohl im Gehäuse 42 als auch im Rotor 46 vorgesehen. Auf diese Weise kann die Umschaltzeitabstimmung des Ventils leicht verändert werden. Jedoch können einer oder beide der beiden Schlitze 42s und 46s weggelassen werden.
  • Der Verlust aufgrund von Leckage von dem Mikro-Freiraum 43 bei der Abdichtung des Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventils unter den nachfolgenden Bedingungen war 40 W, was 0,5 % der Kompressor-Eingangsleistung und im vernachlässigbaren Bereich war. Dabei war der Außendurchmesser des Rotors 46 20 mm, die Gesamtlänge des Ventilrotors 46 war 24 mm, der Innendurchmesser der Gasdurchlässe 42a bis 42c, 46a und 46b war 3 mm, und der Mikro-Freiraum 43 zum Abdichten war 15 μm. Ein kompakter Gleichstrommotor mit Untersetzungsgetriebe und mit einer variablen auswählbaren Frequenz von 1 bis 10 Hz durch Änderung der Antriebsspannung wurde als Antriebsmotor 50 verwendet, wobei Antriebsspannungen von 1-24 V und Antriebsgleichstrom von 5 mA (bei einer Antriebsspannung von 3 V Gleichspannung) verwendet wurden. Lager 44, 45 mit Spezifikationen zur allgemeinen Verwendung wurden verwendet.
  • Die Ventileinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch auf einen Phasensteuermechanismus für eine Pulsrohrkühleinrichtung sowie auf verschiedene Pulsrohre angewandt werden.
  • Im Fall einer Pulsrohrkühleinrichtung mit vier Ventilen, wie sie in 13 gezeigt ist, wird eine Phasensteuerung an einem Hochtemperatur-Ende des Pulsrohrs 12A erreicht mittels zweier Schaltventile 61 und 62 anstatt eines Puffers. Ein Ende jedes der zwei Ventile 61 und 62 ist mit dem Hochtemperatur-Ende des Pulsrohrs 12A über eine gemeinsame Öffnung 16 verbunden. Die anderen Enden davon sind mit der Hochdruckgas-Versorgungsleitung bzw. der Niedrigdruckgas-Versorgungsleitung des Kompressors 10 verbunden. Die zwei Ventile werden gesteuert, so dass sie periodisch öffnen und schließen gemäß einer vorbestimmten Zeitabstimmung bzw. Zeitsteuerkennlinie, um eine optimale Phase zwischen der Druckveränderung und der Gasbewegung bzw. Gasverdrängung innerhalb des Pulsrohrs vorzusehen, um dadurch eine gewünschte Kühlleistung zu erreichen.
  • Dieses Phasensteuerungsventil wird in der gleichen Weise betrieben wie das der Hoch-Niedrigdruck-Schaltventileinheit 14, die zwischen dem Regenerator 12B und dem Kompressor 10 angeordnet ist. Somit kann die Ventileinheit gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Phasensteuerventil der Vier-Ventil-Bauart angewandt werden.
  • Im Fall einer Pulsrohrkühleinrichtung der Bauart mit aktivem Puffer, wie sie in 14 gezeigt ist, wird die Phasensteuerung am Hochtemperatur-Ende des Pulsrohrs 12A nicht durch die Kombination aus einem Puffer und einer Öffnung erreicht, sondern durch die Kombination von zwei oder mehr Puffern 18 und 19 und einer gleichen Anzahl von Schaltventilen 61 und 62. Diese Puffer 18 und 19 werden auf einem mittleren Druck gehalten, was ein Zustand zwischen dem hohen Druck und dem niedrigen Druck des Kompressors 10 ist. Jedoch sind die jeweiligen Drücke in den Puffern unterschiedlich voneinander. Die Puffer sind mit dem Hochtemperatur-Ende des Pulsrohrs über die jeweiligen Ventile verbunden. Die jeweiligen Schaltventile werden gesteuert, so dass sie periodisch öffnen und schließen gemäß einer vorbestimmten Zeitabstimmung bzw. Zeitsteuerkennlinie, um eine optimale Phase zwischen der Druckveränderung und der Gasbewegung bzw. Gasverdrängung innerhalb des Pulsrohrs vorzusehen, um dadurch eine gewünschte Kühlleistung zu erreichen.
  • Dieses Phasensteuerungsventil wird in der gleichen Weise betrieben wie das der Hoch-Niedrigdruck-Schaltventileinheit 14, die zwischen dem Regenerator 12B und dem Kompressor 10 angeordnet ist. Somit kann die Ventileinheit gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Phasensteuerventil mit aktivem Puffer angewandt werden.
  • Das es keine Abnutzung gibt, kann es ferner auch auf eine Niedrigtemperaturanwendung angewandt werden.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung kann in einem Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil einer Kühleinrichtung für extrem niedrige Temperatur, wie beispielsweise GM-Cryokühleinrichtungen und Pulsrohrkühleinrichtungen, etc. verwendet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Zwischenraum oder Freiraum zwischen dem Rotor und dem Gehäuse auf einem angemessenen Wert zu halten und auch die Last bzw. Belastung des Motors zu vermindern, indem eine ausgeglichene axiale und vertikale Last bzw. Belastung auf der Drehachse des Rotors vorgesehen ist. Daher ist es möglich, ein Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung herzustellen, das eine längere Lebensdauer und eine höhere Effizienz besitzt, kompakter und leichter ist, keine Abnutzung erfährt, und keine Staubbildung aufweist, was einen langfristigen, stabilen Betrieb ermöglicht, und einen Motor herzustellen, der kompakter ist und einen geringeren Leistungsverbrauch hat.
  • Zusammenfassung
  • Es ist Folgendes vorgesehen: ein Gehäuse, das eine allgemein zylindrische Innenumfangsoberfläche besitzt, ein Gehäusedurchlass, welcher einen Hochdruckgas-Durchlass und einen Niedrigdruckgas-Durchlass umfasst, welche in einer Gehäuseoberfläche gebildet sind, ein allgemein zylindrischer Rotor, welcher durch Lager getragen ist und sich mit einem geringen Zwischenraum bzw. mit einem Mikro-Freiraum entfernt von der Innenumfangsoberfläche des genannten Gehäuses dreht, ohne das Gehäuse zu berühren, und ein innerhalb des Rotors gebildeter Rotordurchlass, durch den Gas dann strömt, wenn die Öffnungen davon mit dem Ventilgehäusedurchlass ausgerichtet sind. Eine Last bzw. Belastung auf die Drehachse des Rotors aufgrund des Drucks des an das Ventil gelieferten Gases wird ausgeglichen bzw. beseitigt, und der Freiraum zwischen dem Rotor und dem Gehäuse wird auf einem ordnungsgemäßen Wert gehalten, indem Vielzahlen von Hochdruckgas-Versorgungsanschlüssen und Niedrigdruckgas-Versorgungsanschlüssen des Gehäuses bezüglich der Drehachse des Rotors symmetrisch angeordnet sind.

Claims (6)

  1. Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung zum periodischen Umschalten zwischen Hochdruckgas und Niedrigdruckgas von einem Kompressor, wobei das Ventil Folgendes aufweist: ein Gehäuse, das eine allgemein zylindrische Innenumfangsoberfläche besitzt; Gehäusedurchlässe, die Hochdruckgas-Durchlässe und Niedrigdruckgas-Durchlässe umfassen, welche in einer Wandoberfläche des Gehäuses gebildet sind; ein allgemein zylindrischer Rotor, welcher durch Lager getragen ist und sich mit einem geringen Zwischenraum bzw. mit einem Mikro-Freiraum entfernt von der Innenumfangsoberfläche des genannten Gehäuses dreht, ohne das Gehäuse zu berühren; und ein innerhalb des Rotors gebildeter Rotordurchlass, durch den Gas dann strömt, wenn die Öffnungen davon mit dem vorgenannten Gehäusedurchlass ausgerichtet sind; gekennzeichnet, durch eine Vielzahl von Hochdruckgas-Versorgungsanschlüssen und eine Vielzahl von Niedrigdruckgas-Versorgungsanschlüssen, die bezüglich einer Drehachse des genannten Rotors symmetrisch angeordnet sind.
  2. Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niedrigdruckgas-Versorgungsanschluss des Gehäuses in der gleichen Ebene vorgesehen wie der Hochdruckgas-Versorgungsanschluss.
  3. Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckgas oder das Niedrigdruckgas, welches in dem genannten Rotordurchlass strömt, an die Kühleinrichtung geliefert durch Durchlässe, die entlang einer Mittelachse des Rotors und an einer Stirnseite des Gehäuses gebildet sind.
  4. Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte, entlang der Mittelachse des Rotors ausgebildete Durchlass Öffnungen an beiden Stirnseiten des Rotors besitzt.
  5. Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse und/oder der Rotor mit einem Schlitz zur Zeitabstimmung versehen sind. 6: Kühleinrichtung, gekennzeichnet durch ein Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für eine Kühleinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
  6. Cryogene Einrichtung, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung gemäß Anspruch 6.
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