JP2004061031A

JP2004061031A - Pulse tube refrigerator

Info

Publication number: JP2004061031A
Application number: JP2002222034A
Authority: JP
Inventors: Shiyoui Shiyu; 朱　紹偉; Tatsuo Inoue; 井上　龍夫
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure sealing between a pulse tube and a cold storage unit in a rotary valve, to provide a sealing structure capable of elongating service life, and to provide a composition of the rotary valve having five or more valves. <P>SOLUTION: A pressure vibration source 51 and a phase controller 53 are connected via the rotary valve 541 to a refrigerating part 50 with the cold storage unit 502, a low temperature heat exchanger 503, the pulse tube 504, and a high temperature heat exchanger 505 arranged serially. Pins 104 and 107 are provided in an axial direction of a rotor 401, and a ring-like pressing member 105 freely moving in the axial direction within a predetermined range with the pin 104 in the center is provided in a rotor outer diameter. The pressing member 105 is moved by energization of an energizing member 106 so that sliding parts 103 and 111 formed on the pressing member 105 abut on a stator 102 to absorb axial wear and carry out sealing. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温冷凍に用いられるパルス管冷凍機に関するものであり、パルス管の高温端に複数の圧力に設定されたバッファタンクを有するパルス管冷凍機に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、極低温用の冷凍機としては、パルス管冷凍機が注目を集めている。このパルス管冷凍機は、パルス管の内部に作動ガス（例えば、ヘリウム等）を入れて、畜冷器側に圧力振動源を接続し、高温熱交換器側に位相調節器を接続して、そのいずれかもしくは両方から作動ガスをパルス管に対して供給する。そして、作動ガスの供給による圧力変動と位置変動との位相をずらして振動させることにより、冷却能力を得るものである。
【０００３】
例えば、欧州特許　ＥＰ１０８７１８８Ａ１公報のＦｉｇ．１８においては、ロータリーバルブ型のパルス管冷凍機が示されている。この公報に示されるパルス管冷凍機は、直列配置された畜冷器とパルス管に対して、圧縮機からの圧力、高圧バッファタンクまたは低圧バッファタンクからの圧力がロータリーバルブにより切り替える方法が開示されている。
【０００４】
畜冷器の低温端とパルス管の高温端とはロータリーバルブに接続されており、ロータリーバルブでは円筒状のハウジングに対して、ベアリングを介してロータが回転する構造となっている。このロータリーバルブでは、ロータの軸方向の中央に設けられた環状の溝部にシール部材（Ｏリング）が嵌って、畜冷器の低温端とパルス管の高温端とがシールされ、ロータリーバルブ内で低温端と高温端との間で作動ガスが漏れない構造となっている。
【０００５】
また、上記公報では畜冷器およびパルス管に作動ガスを供給するポートは４つ存在し、シリンダ内のロータをモータにより回転させることにより、ロータに形成された４つの連通路を所定のポートと連通／遮断させる。これによって、複数のポートをロータの回転により切り替えて、直列配置された畜冷器とパルス管に作動ガスを流す構成となっている。この構成では、パルス管に圧力供給を図るために、ロータリーバルブには４つバルブが形成される。
【０００６】
また、ロータリーバルブ型のパルス管冷凍機は、米国特許公報　ＵＳＰ５，９０１，７３７号公報にも４バルブの構成が示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＰ１０８７１８８Ａ１公報の如く、ロータの軸方向の中央に設けられた環状の溝部にシール部材が嵌って、畜冷器の低温端とパルス管の高温端とがシールされる構造では、ロータリーバルブではハウジングに対してロータが回転するため、シール部材に摩耗が発生する。その結果、シール部材に磨耗が発生すると、畜冷器の高温端とパルス管の高温端とが確実にシールされなくなってしまう。つまり、シール部材の摩耗発生は、パルス管冷凍機の性能に大きく影響を与えるため、畜冷器とパルス管とはシール部材に摩耗が発生したとしても確実なシールを行うことが必要になる。それ故に、ハウジングとロータとの間で、低温端と高温端とのシールを軸方向に設けられたシール部材による内部シールだけでは、高寿命化には対応が難しい。
【０００８】
一般的に、パルス管冷凍機は、圧縮機やバッファタンクと言った圧力供給源が多くなればなる程、パルス管冷凍機を精度良く制御することが可能となるが、上記した公報およびロータリーバルブ型のパルス管冷凍機が示される米国特許公報ＵＳＰ５，９０１，７３７号公報においては、単に、４バルブの構成が示されているにすぎず、パルス管冷凍機の冷却効率を向上させるためには、バルブ数を増やして圧力変動を徐々に変化させてゆくには４バルブ以上の構成が必要となる。
【０００９】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ロータリーバルブにおいての畜冷器とパルス管とのシールを確実なものとすること、高寿命化が図れるシール構造とすること、５バルブ以上を有するロータリーバルブを提供することを技術的課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部に対して、前記畜冷器側から作動ガスを流して前記パルス管で圧力振動を発生させる圧力振動源と、高温熱交換器側から作動ガスを流して前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調整する位相調節器とに接続され、シリンダ内でロータを回転させることによって、前記冷凍部への通路を連通または遮断するロータリーバルブを有するパルス管冷凍機において、
前記高温熱交換器に接続される第１ポートと、前記畜冷器に接続される第２ポートを有し、該両ポート間で前記ロータの軸方向に設けられる基準部材および係止部材と、前記ロータの外径に配設され、前記基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材と、該リング部材と当接する当接部を有し、前記シリンダ側に設けられるステータと、前記係止部材と前記リング部材との間に配設され、前記リング部材を前記当接部に対して付勢する付勢部材とを備えたことである。
【００１１】
上記した構成によれば、図３に示す如く、高温熱交換器に接続されるパルス管側ポートと、畜冷器に接続される畜冷器側ポートとの間で、ロータの軸方向に基準部材および係止部材を設け、ロータの外径には基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材を配設する。また、リング部材と当接部にて当接する様に、シリンダ側にステータを設ける。そして、係止部材とリング部材との間に、リング部材をステータの当接部に対して付勢部材により付勢した押圧する構成により、ロータが回転してリング部材とステータとの当接部が摩耗しても、付勢部材による付勢力によって、ロータに対してリング部材がステータの当接部に当接する方向に付勢される。よって、当接部に摩耗が発生しても、当接部にてリング部材とステータは当接した状態でロータに対して移動するので、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートとの間で、確実なシールが行える。これは、高寿命化が図れるシール構造となる。
【００１２】
また、上記した課題を解決するために講じた第２の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部と、畜冷器側から作動ガスを流して前記パルス管で圧力振動を発生させる圧力振動源と、高温熱交換器側から作動ガスを流して前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調整する位相調節器とを備え、シリンダ内でロータを回転させて前記冷凍部への通路を連通または遮断するロータリーバルブにより、通路切替を行うパルス管冷凍機において、
前記高温熱交換器に接続される第１ポートと、前記畜冷器に接続される第２ポートを有し、該両ポート間で前記ロータの径方向に突出した基準部材および係止部材と、前記ロータの外径に配設され、前記基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材と、該リング部材と当接する当接部を有し、前記シリンダ側に設けられるステータと、前記係止部材と前記リング部材との間に配設され、前記リング部材を前記当接部に対して付勢する付勢部材とを備えたことである。
【００１３】
上記した手段によれば、図３に示す如く、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートとの間で、ロータの軸方向に基準部材および係止部材を設け、ロータの外径には基準部材を中心として軸方向に所定範囲だけ移動自在なリング部材を配設する。また、リング部材と当接部にて当接する様に、シリンダ側にステータを設ける。そして、係止部材とロータとの間にリング部材をステータの当接部に対して付勢部材により押圧する構成により、ロータが回転してリング部材とステータとの当接部が摩耗しても、付勢部材による付勢力によって、ロータに対してリング部材がステータの当接部に当接する方向に付勢される。よって、当接部に摩耗が発生しても、当接部にてリング部材とステータは当接した状態でロータに対して移動するので、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートとの間で、確実なシールが行える。これは、高寿命化が図れるシール構造となる。
【００１４】
この場合、リング部材は、シリンダに形成された空間内を軸方向に移動自在であり、空間には外部より圧力が供給される構成とすると、空間に供給する圧力によって、リング部材はステータに対して押圧され、当接部のシールを行うことが可能となる。
【００１５】
また、ロータまたはシリンダには、外部からの作動ガスをステータの内径へと導く連通路が形成され、連通路の圧力よりも空間の圧力を高くすれば、ステータの内径に導かれる連通路の圧力よりも軸方向に移動自在な空間の圧力の方が高くなって、その差圧によって、リング部材はステータに対して押圧される。これによって、当接部のシールを行うことが可能となる。
【００１６】
更に、上記した課題を解決するために講じた第３の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部に対して、畜冷器側から作動ガスを流して前記パルス管で圧力振動を発生させる圧力振動源と、高温熱交換器側から作動ガスを流して前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調整する位相調節器とを接続し、シリンダ内でロータを回転させて前記冷凍部への通路を連通または遮断するロータリーバルブを有するパルス管冷凍機において、
前記高温熱交換器に接続される第１ポートと、前記畜冷器に接続される第２ポートを有し、該両ポート間で前記ロータは同軸である第１ロータおよび第２ロータを有し、該前記両ロータの外径に配設され、軸方向に沿って移動自在なリング部材と、該リング部材と当接する当接部を有し、シリンダ側に固定されるステータと、前記第２ロータと前記リング部材との間に配設され、前記リング部材を前記当接部に対して付勢する付勢部材とを備えたことである。
【００１７】
上記した手段によれば、図８の如く、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートの間に、ロータは同軸である第１ロータおよび第２ロータを備える。リング部材はロータの外径に配設されて、ロータの軸方向に沿って移動する。一方、シリンダ側に固定され、当接部にてリング部材と当接するステータを設け、第２ロータとリング部材との間にリング部材を当接部に対して付勢する付勢部材を設ければ、付勢部材は第２ロータに係止されてステータの当接部に対してリング部材を押圧する。この場合、リング部材はロータの外径に配設され、軸方向の移動が可能となる。よって、当接部に摩耗が発生しても、当接部にてリング部材とステータは当接した状態でロータに対して移動するので、高温熱交換器に接続される第１ポートと、畜冷器に接続される第２ポートとの間で、確実なシールが行える。これは、高寿命化が図れるシール構造となる。
【００１８】
更にその上、上記した課題を解決するために講じた第４の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部と、畜冷器につながり作動ガスにより前記パルス管で圧力振動を発生させる、圧力振動源と、高温熱交換器側につながり前記作動ガスにより前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相調整を行う位相調節器と、前記冷凍部と前記圧力振動源との間且つ前記冷凍部と前記位相調節器との間に配設され、シリンダ内をロータが回転することにより、前記冷凍部と前記圧力振動源または前記冷凍部と前記位相調節器が連通または遮断するロータリーバルブとを備えたパルス管冷凍機において、
前記シリンダは軸方向に、前記高温熱交換器につながるパルス管側ポートと、前記低温熱交換器につながる畜冷器側ポートと、前記第１圧縮機の吐出口につながる第１吐出ポートと、前記第１圧縮機の吸入口につながる第１吸入ポートと、前記第２圧縮機の吐出口につながる第２吐出ポートと、前記第２圧縮機の吸入口につながる第２吸入ポートと、前記第１圧縮機および前記第２圧縮機に基づく所定の圧力に設定された第１バッファにつながる第１バッファポートを有し、
前記ロータには第１連通路および第２連通路が形成され、前記ロータが前記シリンダに対して回転することにより、前記畜冷器と前記第１連通路を介して、前記第１吐出ポート、前記第１吸入ポートのいずれかが連通すると共に、前記高温熱交換器と前記第２連通路を介して、前記第１バッファポート、前記第２吐出ポート、前記第２吸入ポートのいずれかが連通する構成としたことである。
【００１９】
上記した手段によれば、図２の如く、ロータには第１連通路および第２連通路が形成され、ロータはシリンダに対して回転することにより、畜冷器と第１連通路を介して、第１圧縮機高圧弁、第１圧縮機低圧弁のいずれかが連通すると共に、高温熱交換器と第２連通路を介して、第１バッファ弁、第２圧縮機高圧弁、第２圧縮機低圧弁のいずれかと連通する。これにより、パルス管側ポート、畜冷器側ポートの他、第１圧縮機高圧弁、第１圧縮機低圧弁、第１バッファ弁、第２圧縮機高圧弁、第２圧縮機低圧弁につながる７バルブを有するロータリーバルブとなり、パルス管の圧力上昇過程および圧量減少過程において、第１圧縮機および第２圧縮機の中間圧を第１バッファでつくり、ロータリーバルブを回転させて、ロータに形成された第１連通路および第２連通路にて圧力信号源または位相調節器とつなげることにより、中間圧を作ることが可能となる。
【００２０】
この場合、図９の如く、シリンダは、第１バッファの設定圧力ことは異なる第２バッファにつながる第２バッファポートを更に有し、ロータがシリンダに対して回転することにより、高温熱交換器と第２連通路を介して、第１バッファポート、第２バッファポート、第２吐出ポート、第２吸入ポートのいずれかが連通すれば、２バッファにより、圧力上昇および圧力減少を最低圧から最高圧までの間で３段階に上昇または減少させて、パルス管の冷却を行うことが可能となる。この構成では６ポートを有するロータリーバルブが提供される。
【００２１】
また、上記した課題を解決するために講じた第５の技術的手段は、畜冷器、低温熱交換器、パルス管及び高温熱交換器が直列配置された冷凍部と、畜冷器につながり作動ガスにより前記パルス管で圧力振動を発生させる、圧力振動源と、高温熱交換器側につながり前記作動ガスにより前記パルス管で作動ガスの圧力変動と位置変動の位相調整を行う位相調節器と、前記冷凍部と前記圧力振動源との間且つ前記冷凍部と前記位相調節器との間に配設され、シリンダ内をロータが回転することにより、前記冷凍部と前記圧力振動源または前記冷凍部と前記位相調節器が連通または遮断するロータリーバルブとを備えたパルス管冷凍機において、前記シリンダは軸方向に、前記高温熱交換器につながるパルス管側ポートと、前記低温熱交換器につながる畜冷器側ポートと、前記第１圧縮機の吐出口につながる第１吐出ポートと、前記第１圧縮機の吸入口につながる第１吸入ポートと、所定圧に設定された第１バッファにつながる第１バッファポートと、前記第１バッファとは異なる圧力に設定された第２バッファにつながる第２バッファポートと、前記第１バッファおよび前記第２バッファとは異なる圧力に設定された第３バッファにつながる第３バッファポートとを有し、前記ロータには第１連通路および第３連通路が形成され、前記ロータが前記シリンダに対して回転することにより、前記畜冷器と前記第１連通路を介して、前記第１吐出ポート、前記第１吸入ポートのいずれかが連通すると共に、前記高温熱交換器と前記第３連通路を介して、前記第１バッファポート、前記第２バッファポート、前記第３バッファポートのいずれかが連通する構成とした。
【００２２】
上記した構成によれば、図１５の如く、ロータがシリンダに対して回転することにより、畜冷器と第１連通路を介して、第１吐出ポート、第１吸入ポートのいずれかが連通する。また、高温熱交換器と第３連通路を介して、第１バッファポート、第２バッファポート、第３バッファポートのいずれかが連通するので、第１バッファから第３バッファにてそれぞれ所定の圧力をつくり、ロータリーバルブを回転させて、ロータに形成された第１連通路および第３連通路にて、圧力信号源または位相調節器とつなげ、段階的に圧力上昇または圧力減少させることにより、４段階で所定圧力を作り、パルス管を冷却させることが可能となる。
【００２３】
この場合、図１７の如く、シリンダは、第４バッファにつながる第４バッファポートを更に有し、ロータがシリンダに対して回転することにより、高温熱交換器と第３連通路を介して、第１バッファポート、第２バッファポート、第３バッファポートのいずれかが連通する構成をとれば、３バッファにより、圧力上昇および圧力減少を最低圧から最高圧までの間で４段階に上昇または減少させて、パルス管の冷却を行うことが可能となる。この構成では５ポートを有するロータリーバルブが提供される。
【００２４】
つまり、位相調節器のバッファ数を増やすことにより、パルス管内部に流れる作動ガスの移動量および圧縮機の負荷を低減することができ、運転効率を向上させることができる。また、パルス管内での熱損失や、再生熱損失を大幅に低減することができ、パルス管冷凍機としての冷凍効率を向上させることが可能となる。
【００２５】
更に、作動ガスの移動量の低減により、個々のバッファの容積を小さくでき、パルス管冷凍機全体として、小型化が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、パルス管冷凍機１の構成図である。このパルス管冷凍機１は、冷凍部５０に対して両側に圧力振動源５１と位相調節器５３を接続し、内部に充填した作動ガス（例えば、ヘリウムガス等）の圧力変動と位置変動との位相をずらして振動させることにより、冷却機能を発揮させるようにしたものである。このパルス管冷凍機１は、パルス管５０４の高温端５０４Ｈに所定圧力に設定されたバッファタンク（単に、バッファと称す）および圧力供給源となる圧縮機５１２，５３２を、バルブ５２１，５２２，５２３，５２４，５２５を介して連結し、ロータリーバルブ５４１のロータ４０１を回転させることにより連通路を切り替えて冷却を行うアクティブバッファ型の構造を採用している。
【００２８】
パルス管冷凍機１は、大別すると、作動ガスがパルス管内部を流れることによって、吸熱／発熱が行われる熱交換器を有する冷凍部５０と、作動ガスを振動させて仕事を発生させる圧力振動源５１と、冷凍部５０に流れる作動ガスの圧力変動と位置変動の位相を調節する位相調節器を備える。
【００２９】
冷凍部５０は、蓄冷器５０２、低温熱交換器５０３、パルス管５０４及び高温熱交換器５０５が直列に連結されて構成されている。蓄冷器５０２の高温端５０２Ｈは圧力振動源５１につながれており、低温端５０２Ｌは低温熱交換器７５につながれている。蓄冷器５０２は、作動ガスが低温熱交換器５０２側に向かって流れる時、作動ガスは徐々に冷却される。これとは反対に、作動ガスが圧力振動源５１側に向かって流れる時は、作動ガスは徐々に温められ、熱交換が行われる。
【００３０】
上記した蓄冷器２４には、例えば、ステンレス鋼、リン青銅等のメッシュ状のものが何重かに積層され、内部には蓄冷剤ａが充填される。また、低温熱交換器５０３は、蓄冷器５０２の低温端５０２Ｌにつながって低温発生部となり、低温熱交換器５０３に接触された被冷却体から効率よく熱を奪うために、例えば、作動ガスの流れ方向（冷凍部５０の長手方向）に沿って、規則的な多数の孔が形成されている。
【００３１】
パルス管５０４は、低温熱交換器５０３につながれており、低温端５０４Ｌ及び高温端５０４Ｈを有する中空の管である。このパルス管５０４は、その高温端５０４Ｈ側の熱が振動によって低温熱交換器５０３側へと伝達されるのを防止する為、熱伝導率の小さい材料（例えば、ステンレス鋼等）により形成されている。
【００３２】
高温熱交換器５０５は、パルス管５０４の高温端５０４Ｈにつながれており、作動ガスが流れるパルス管５０４の長手方向に沿って、規則的な多数の孔が形成されている。高温熱交換器５０４は、内部を流れる作動ガスの熱を外部に放出することで、上記パルス管５０４の高温端５０４Ｈ側が冷却される。この高温熱交換器５０５は、配管５０６を介して位相調節器５３につながる。これらの高温熱交換器５０５および低温熱交換器５０３は、熱伝導性に優れた材料（例えば、銅等）を使用して成り立っている。
【００３３】
次に、圧力振動源５１について説明する。圧力振動源５１は、冷凍部５０に充填してある作動ガスに圧力振動を発生させるものである。圧力振動源５１は、図１に破線で示す様に、圧縮機５１２と、圧縮機５１２の高圧側に配管５１３を介してつながる圧縮機高圧弁５２２と、圧縮機５１２の低圧側に配管５１１を介してつながる圧縮機低圧弁５２１を備えている。圧縮機５１２の吐出口は、圧縮機高圧弁５２２を介して冷凍部５０の畜冷器５０２の高温端５０２Ｈにつながっている。一方、圧縮機５１２の吸入口は、圧縮機低圧弁５２１を介して、同じく畜冷器５０２の高温端５０２Ｈにつながっている。この圧力振動源５１は、圧縮機高圧弁５２２及び圧縮機低圧弁５２１が所定のタイミングで開閉制御されることにより、パルス管冷凍機１の冷凍部５０内を流れる作動ガスに圧力振動を発生させる。
【００３４】
次に、位相調節器５３について説明する。位相調整器５３は、図１の破線で示す様に、冷凍部５０の作動ガスに対して補助的に圧力振動を発生させて、冷凍部５０内の作動ガスの位相を調整する。位相調節器５３は、圧力供給源５１の圧縮機５１２と吐出圧は同じではあるが、それよりも容量および質量流量が小さい、補助圧力を発生させる圧縮機５３２と、圧縮機５３２の高圧側に配管５３３を介してつながる圧縮機高圧弁５２４と、圧縮機５３２の低圧側に配管５３１を介してつながる圧縮機低圧弁５２３、および、パルス管冷凍機１のパルス管５０４の容量より大きな容量を有すると共に、内部圧力が圧縮機５１２，５３２の吐出圧と吸入圧との略中間の圧力となった第１バッファ５３５と、第１バッファ５３５に配管５３４を介してつながる第１バッファ弁５３２とを備える。圧縮機５３２の吐出口は、圧縮機高圧弁５２４を介して高温熱変換器５０５につながっており、圧縮機５３２の吸入口は、圧縮機低圧弁５２３を介して、高温熱変換器５０５につながっている。また、バッファ（第１バッファ）５３５はバッファ弁（第１バッファ弁）５２５を介して、高温熱変換器５０５へとつながっている。
【００３５】
この位相調整器５３は、圧縮機高圧弁５２４、圧縮機低圧弁５２３、第１バッファ弁５２５が所定のタイミングで開閉制御されることにより、パルス管冷凍機１の冷凍部５０の内部に充填された作動ガスに対して、作動ガスの圧力変動と位置変動の位相をずらすことにより、位相調節を行うことができる。
【００３６】
次に、図１に示す構成のパルス管冷凍機１の基本的な動作について、図１８の（ａ）に示すタイムチャートを参照して説明する。なお、パルス管冷凍機１の１サイクル内の動作は以下に説明する各段階から成り、上記した圧縮機高圧弁５２２，５２４、圧縮機低圧弁５２１、５２３及び中圧バッファ弁５２５の開閉状態に対応して区分される。
【００３７】
第１段階（圧縮前期過程）
圧縮機低圧弁５１１，５２３および圧縮機高圧弁５２２，５２４を閉状態として、第１バッファ弁５２５を開状態とする。この状態では、圧縮機５１２，５３２の吐出圧の中間圧に設定された第１バッファ５３５内の作動ガスが、第１バッファ弁５２５を介して、パルス管５０４の高温端５０４Ｈから冷凍部５０内に流入する。この場合、圧カ損失の少ない第１バッファ弁５２５を介して、第１バッファ５３５と冷凍部５０とが連通し、パルス管５０４内の圧カは、速やかに最低圧から第１バッファ５３５の中間圧まで上昇する。
【００３８】
第２段階（圧縮後期過程）
パルス管５０４内の圧カが最低圧から第１バッファ５３５の中間圧にまで上昇したとき、第１バッファ弁５２５を閉状態にする。そして、圧縮機高圧弁５２２，５２４を共に開状態とする。この状態では、圧縮機５１２から吐出された作動ガスが圧縮機高圧弁５２２を介して、畜冷器５０２の高温端５０２Ｈから冷凍部５０内に流入すると共に、圧縮機５３２から吐出された作動ガスが圧縮機高圧弁５２４を介して、高温熱交換器５０５からパルス管内部に流入する。このとき、第１バッファ５３５と冷凍部５０とは第１バッファ弁５２５によって遮断されている。このため、パルス管５０４内の圧カは第１バッファ５３５の中間圧から圧縮機５１２，５３２の吐出圧である最高圧にまで上昇する。
【００３９】
第３段階（膨張前期過程）
この状態になると、今まで開けていた圧縮機高圧弁５２２，５２４を閉状態として、圧縮機高圧弁５２２，５２４との連通を遮断する。そして、今度は再度、第１バッファ弁５２５を開状態とすると、パルス間内で最高圧であった作動ガスが第１バッファ弁５２５を介して第１バッファ内へと流れ、パルス管５０４での圧力は最高圧から、第１バッファ５３５の中間圧まで低下する。この場合、パルス管５０４に存在している作動ガスは急激に位相調節器５３側へと移動するので、低温熱交換器５０３には吸熱が発生して、冷却効果が現れる。
【００４０】
第４段階（膨張後期過程）
そこで、パルス管５０４の圧力が中間圧になると、第１バッファ弁５２５を閉状態として、第１バッファ５３５と高圧熱交換器５０５との連通を遮断する。そして今度は、圧縮機低圧弁５２１，５２３を共に開状態とする。この状態では、冷凍部５０内の作動ガスが２つの圧縮機５２１，５２３に吸入されるので、パルス管５０４の低温端５０４Ｌから、低温熱交換器５０３、蓄冷器５０２及び圧縮機低圧弁５２１を介して、圧縮機５１２の吸入口へと流出すると共に、パルス管５０４の高温端５０４Ｈから、高温熱交換器５０５、圧縮機低圧弁５２３を介して、圧縮機５３２の吸入口へと流出する。これにより、パルス管５０内の圧カは、中間圧から最低圧になるまで速やかに低下する。この圧カ低下により、パルス管５０４内の作動ガスが、断熱膨張して更に温度が低下する。
【００４１】
尚、パルス管５０４内には、低温熱交換器５０３、蓄冷器５０２及び圧縮機低圧弁５２１を介して、パルス管５０４の低温端５０４Ｌから圧力振動源５１へと流出する作動ガスと、高温熱交換器５０５及び圧縮機低圧弁５２３を介して、パルス管５０４の高温端５０４Ｈから位相調節器５３へと流出する作動ガスが存在するため、パルス管５０での低温端５０４Ｌ付近における作動ガスの位置変動は抑制される。
【００４２】
その後、圧縮機低圧弁５２１，５２３を閉状態として、第１段階の状態から繰り返せば、以上説明した動作によって、パルス管内部で圧力変動と位置変動を繰り返し、作動ガスの移動によってパルス管冷凍機１の低温熱交換器５０３において、極低温を発生させる事ができる。
【００４３】
この様に第１実施形態において、２つの圧縮機５１２，５３２及び第１バッファ５３５を備えたパルス管冷凍機１の構成およびその動作について説明したが、本願では、圧力振動源５１および位相調整器５３の開閉弁の構成を、図２に示す構成のロータリーバルブ５４１に置き換え、図３に示す構成のロータリーバルブ５４１とする事を特徴としている。
【００４４】
つまり、図２では高温熱交換器５０５には、配管５０６を介して第１ポートとしてポート（パルス管側ポート）３０３でつながれ、畜冷器５０２には、配管５０１を介して第２ポートとしてポート（畜冷器側ポート）２１８でつながる。また、第１バッファ５３５は配管５３４を介してポート３１８につながり、圧縮機５３２の吐出口は配管５３３を介してポート３２０につながり、圧縮機５３２の吸入口は配管５３１を介してポート３２６につながる。更に、圧縮機５１２の吐出口は配管５１３を介してポート２３１につながり、圧縮機５１２の吸入口は配管５１１を介してポート２３５につながる。つまり、図２では図１に示す５つの開閉を行う弁５２１，５２２，５２３，５２４，５２５を少なくとも７つのポート２１８，３０３，３１８，３２０，３２６，２３１，２３５を有するシリンダ構造によるロータリーバルブ５４１によって実現した。
【００４５】
そこで、図３に示すロータリーバルブ５４１の構造について説明する。ここに示すロータリーバルブ５４１は、二重のシリンダ構造を取っており、中空円筒状の外シリンダ（単に、シリンダと称す）４０２と、シリンダ４０２の内径に溝部に嵌められた複数のシール部材（例えば、Ｏリング等）により軸シールが図られ、シリンダ４０２に圧入された中空円筒状の内シリンダ（単に、シリンダと称す）４０３を備える。また、ロータリーバルブ５４１は、シリンダ４０２の内径に回転自在に配設されたロータ４０１と、ロータ４０１に対してシャフト２０２を介してつながり、ロータ４０１を回転動作させるモータ２０１とを備える。尚、ロータ４０１，シリンダ４０２，４０３およびモータ２０１は同軸で配設されており、ロータ４０１は、ピン２０２によってシャフト２０２に固定され、シャフト２０２と一体回転を行う。
【００４６】
シリンダ４０２，４０３の軸方向におけるモータ側の一端はシール部材（例えば、Ｏリング等）２１１，２１２により軸シールが取られ、モータ２０１がシリンダ４０２に対して固定される。また、シリンダ４０２，４０３の軸方向の他端には、カバー４０４が被せられている。カバー４０４は円盤状を呈し、中央内側に凸部が形成されている。この凸部は軸方向に貫通した孔３１１を有する。凸部の外周に溝部が形成されており、この溝部にシール部材（例えば、Ｏリング等）３１２が嵌められ、シリンダ４０３とカバー４０４とのシールが取られる。カバー４０４は中空のシリンダ４０３の内径に対して嵌められ、ボルト等の固定部材により、シリンダ４０３に対して固定される。
【００４７】
外側のシリンダ４０２には、８つのポート３０３，２１８，３１８，３２０，３２５，１０８，２３１，２３５が形成されている。この場合、図１に示す構成を図２に対比させると、ポート３０３は高温熱交換器５０５から延在する配管５０６とつながり、ポート２１８は畜冷器５０２から延在する配管５０１とつながる。また、ポート３１８は第１バッファ５３５につながり、ポート３２０は圧縮機５３２の吐出口につながると共に、ポート３２６は圧縮機５３２の吸入口とつながる。更に、ポート２３１は圧縮機５１２の吐出口とつながり、ポート２３５は圧縮機５１２の吸入口とつながる。
【００４８】
一方、内側のシリンダ４０３には、シリンダ４０３の中心に向かって貫通する通孔３０８，３０６，３０４，３０２，２２１，２１７，２１５，２１３が形成されていると共に、これらの通孔に対称な位置に同様な通孔３１７，３２１，３２４，３２７，２３２，２３４，２３６，２３７が形成されており、これら外径の孔径が大きくなった部位が円周状に形成されている。このため、通孔３０８と通孔３０８と反対側の通孔３１７は連通し、通孔３０６と通孔３２１は連通すると共に、通孔３０４と通孔３２４は連通する。また同様に、通孔３０２と通孔３２７は連通する。更に、通孔２２１と通孔２３２、通孔２１７と通孔２３４は共に連通する。
【００４９】
シリンダ４０２の中にシリンダ４０３が配設された、図３に示す状態においては、通孔３０４とポート３０３、通孔２１７とポート２１８、通孔３１７とポート３１８、通孔３２１とポート３２０、通孔３２７とポート３２６、通孔２３２とポート２３１、通孔２３６とポート２３５はともに連通する。また、通孔２１５，２１３は、シリンダ４０３の外周面の軸方向に形成された環状の連通孔２１４を介して連通し、この連通孔２１４によって、通孔２３７はポート２３５と連通する。この状態でシリンダ４０３に形成される１６のポートの中で、６つのポート（通孔３０８，３０６，３０２，２２１，３２４，２３４に、それぞれつながるポート３０７，３０５，３０１，２２０，３２３，２３３）は閉塞状態となる。
【００５０】
一方、ロータ４０１は、シリンダ４０３の内径に形成された空間３１３内に配設されており、モータ２１０とロータ４０１の軸方向端部との間には、空間２３９が形成される。ロータリーバルブ５４１が図３の如く組み付けられた状態では、カバー４０４の軸方向に形成された孔３１１はロータ４０１が配設される空間３１３に連通する。また、空間２３９は通孔２１３，２３７に連通する。この孔３１１と、ポート２３５とにロータ４０１の軸方向端部側からそれぞれ等しい圧力を供給することにより、ロータ４０１の回転に悪影響を与える軸方向の力が作用しない構成となっている。
【００５１】
また、ロータ４０１の上部にはシリンダ４０３に形成された通孔３０８，３０４を連通させる軸方向断面がコ字状の連通孔３１４が形成されていると共に、ロータ４０１の中心軸と対称位置に、連通孔３１４と同様、通孔３１７，３２４を連通させる軸方向断面がコ字状の連通孔３１５が形成されている。尚、連通孔３１４，３１５は第２連通路に相当する。
【００５２】
シリンダ４０３の軸方向における略中央（冷凍部５０の高温側ポートとなるポート３０３と冷凍部５０の低温側ポートとなるポート２１８の略中央）には径方向において凹部が形成され、この凹部は空間１０９となっている。この空間１０９にポート１０８は連通する。
【００５３】
そこで、空間１０９における構造について説明する。空間１０９は、二重構造のシリンダ４０２，４０３およびロータ４０１により、図３の如く、シリンダ４０３の軸方向の中央に径方向に開口した状態で形成されている。空間１０９のロータ側には環状の凹部が形成され、その凹部に環状のステータ１０２がロータ４０１に対して同軸かつロータ４０１とは所定間隔だけ離間した状態で配設される。ステータ１０２は、シリンダ４０３の径方向から嵌められたピン１１３によって、シリンダ４０２，４０３に対して固定されており、シリンダ４０２，４０３に対して回転不能となっている。このステータ１０２はロータ４０１の外周に配設され、ステータ１０２の外周面と環状の凹部が形成されたシリンダ４０３の内周面には、シール部材（例えば、Ｏリング等）１０１が取り付けられている。このシール部材１０１によって、ステータ１０１の外周面とのシリンダ４０３の当接面でのシールが保たれる。ステータ１０１は、モータ２０１と反対側の軸方向端面には環状の凸部が形成されている。この環状の凸部に当接する様、環状の押圧部材１０５が配設される。押圧部材１０５はロータ４０１と同軸でロータ４０１の外周に嵌まり、ロータ４０１の外周面に沿って軸方向に移動することが可能である。この場合、押圧部材１０５の内周面には溝部が形成され、溝部にシール部材（例えば、Ｏリング等）が嵌り、このシール部材によって、ロータ４０１と押圧部材１０５は軸シールされる。また、押圧部材１０５は径方向に、少なくとも一つの貫通孔が形成されている。
【００５４】
一方、ロータ４０１には、軸方向における略中央の位置に径方向に貫通する２つの貫通孔が形成されており、それぞれの貫通孔に押圧部材１０５の径に略一致する長さの２本のピン１０７，１０４が挿通されている。この中でピン１０４は、押圧部材１０５が軸方向に移動する場合に基準となる基準部材に相当し、ロータ４０１の径方向に形成された貫通孔１０３に通される。この場合、押圧部材１０５の径方向に形成された貫通孔１０３の孔径は、ピン１０４の径よりも多少大きく形成されており、押圧部材１０５はロータ４０１を貫通するピン１０４を中心として、ロータ４０１の外周面に摺接した状態で軸方向に移動自在となる。また、ピン１０４とは少し離れたロータ４０１の中心には、ピン１０４と長さが等しいピン１０７が径方向に挿通されている。ピン１０７と押圧部材１０５のモータ側とは反対の軸方向端面との間には、コイルスプリングから成る付勢部材１０６がロータ４０１の外径に配設される。付勢部材１０６は一端が係止部材と成るピン１０７により係止されており、他端で押圧部材１０５をステータ側に付勢する。これによって、シリンダ内をロータ４０１が、モータ２１により回転がなされる場合、シリンダ４０３の内周面をロータ４０１が摺接する。この時、シリンダ４０３に対してピン１１３によりステータ１０２は固定されて回転を行わない。しかし、ロータ側に取り付けられる押圧部材１０５は、シリンダ４０２，４０３に対して、ロータ４０１が回転すれば、ロータ４０１の回転に伴って押圧部材１０５が一体回転する。それ故に、シリンダ４０２，４０３に対してロータ４０１が回転すれば、ステータ１０２に対して押圧部材１０５のモータ側の軸方向端面は、ステータ１０２の軸方向端面を摺接する。この為、その当接部１１１には摩耗が発生するため
、摩耗量が抑えられる様に押圧部材１０５にはステンレスを使用し、押圧部材１０５が摺接するステータ１０２にはポリフッ化エチレンを使用して、両者との摩擦係数を小さくし、耐摩耗を向上させている。
【００５５】
しかし、ロータ４０１を繰り返し回転させて使用していると、当接部１１１は次第に摩耗するが、本実施形態においては、ロータ４０１に挿通されたピン１０７に一端が係止された弾性部材１０６によって、押圧部材１０５をステータ側へと常時付勢しているため、当接部１１１に摩耗が発生したとしても、押圧部材１０５は軸方向に移動自在であるので、常に、ステータ１０３の環状の凸部に押圧部材１０５が当接するものとなる。それ故に、環状の当接部１１１によって、モータ側の空間２３９とシリンダ４０３の中間部に形成される空間１０９との間で確実なシールが確保される。
【００５６】
この場合、押圧部材１０５のロータ４０１の軸方向に対する移動量は、ピン１０４の位置を基準として、ピン１０４の径よりも大きく径方向に貫通した押圧部材１０５の貫通孔１０３の孔径により決定される。つまり、押圧部材１０５の貫通孔１０３の孔径とピン１０４の径の差分だけ、押圧部材１０５はピン１０４を中心として、モータ側に移動することができる。これにより、ロータ４０１と押圧部材１０５の内径との当接部にはシール部材が設けられているので、両者との間でシールが図られる。このシールによって、ロータ４０１とステータ１０２および押圧部材１０５の内径によって囲まれる環状に形成された空間１１２は、軸方向断面がＬ字状となった連通路２３８を介してモータ側の空間２３９とつながる。この場合、空間２３９に比べて、シリンダ４０３の軸方向中央に形成された空間１０９側の圧力は若干高くなっており、その差圧を利用して、ステータ側に押圧部材１０５が押圧される。この為、空間１０９と空間２３９との圧力の差圧によって、空間１０９と空間２３９とは確実にシールされる。尚、連通路２３８はシリンダ側に設けられていても良い。
【００５７】
図４は、シリンダ４０２，４０３に対して、ロータ４０１が回転した場合のロータ４０１の外周面に形成された上方の連通路３３１，３３２および下方の連通路２４１，２４２の接続状態を示す。この状態で、通路３０６と通路３０４が連通路３３１を介して連通する場合、通路３２１と通路３２４は連通路３３２を介して連通すると共に、連通路２４１を介して通路２２１と通路２１７は連通し、連通路２４２を介して通路２３２と通路２３４は連通する。
【００５８】
図５は、シリンダ４０２，４０３に対して、ロータ４０１が図４に示す状態から更に回転した場合のロータ４０１の外周面に形成された上方の連通路３３３，３３４および下方の連通路２４３，２４４の接続状態を示す。この状態では、通路３０４と通路３０２が連通路３３３を介して連通する時、通路３２４と通路３２７は連通路３３４を介して連通すると共に、連通路２４３を介して通路２１７と通路２１５は連通し、連通路２４４を介して通路２３４と通路２３６は連通する。これらの連通路は、図６に示す形状を成す。つまり、ロータ４０１の外周面には、図３に示すＡ−Ａ断面においては、径方向に深い連通孔３１４，３１５ｂ，３１５，３１４ｂが９０度間隔で形成されていると共に、これら４つの隣り合う連通孔の中央には、周方向に広い連通孔が形成されている。また、図３に示すＢ−Ｂ断面においては、周方向に広い連通孔２４１，２４４，２４２，２４３が中心に対して９０度間隔で形成されている。これによって、ロータ４０１が一方向に回転を行えば、ロータ４０１に形成された図３、図６および図７に示す連通路を介して、冷凍部５０の高温側のポート３０３と反対側のポート３１８，３２０，３２６のいずれかと連通する。また、これと同時に、ロータ４０１に形成された図３、図６および図７に示す連通路を介して、冷凍部５０の低温側のポート２１８と反対側のポート２３１，２３５のいずれかと連通するので、このロータリーバルブ５４１において、シリンダ４０２，４０３に対してロータ４０１を一定速度にてモータ２０１によって一方向に回転させれば、ロータリーバルブ５４１で図２に示す７つのポート３０３，２１８，３１８，３２０，３２６，２３１，２３５を順次切り替えることによって、上記した第１段階から第４段階の動作が繰り返され、パルス管内部で圧力変動と位置変動が繰り返される為、作動ガスの移動による極低温を発生させる事ができる。尚、上記した構成において、シリンダ下方の連通路２４１，２４２，２４３，２３４は第１連通路に相当し、連通孔３１４，３１５および連通路３３１，３３２，３３３，３３４は第２連通路に相当する。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、図８に示す第２実施形態について説明する。この第２実施形態ではシリンダ図３に示す中央でのシール構造が異なり、その他の構造およびについては図３に示す第１実施形態と同じである為に説明を省略し、ここでは、第１実施形態と異なるシール部の構造についてのみ説明する。
【００６０】
図８において、シリンダ４０３の内径に配設される図３に示したロータ４０１は、第２実施形態では上下２つに分割されている。モータ側のロータ４０１ａはモータ２０１によりシリンダ４０３に対して回転する。ロータ４０１ａは軸方向に突出した小径部が大径部から延在して形成されている。この小径部に軸方向からもう一つのロータ４０１ｂがピン１３０により固定されており、ロータ４０１ａ，４０１ｂは一体回転を行う。ロータ４０１ａの小径部には環状のステータベース１２２が軸方向から配設されており、ステータベースの外周にはＯリング等のシール部材１２３が嵌着した状態で径方向からピン１２５，１３４が挿通される。このピン１２５，１３４によってステータベース１２２はシリンダ４０３に固定される。
【００６１】
また、ステータベース１２２の図８に示す上方には環状の凹部が形成され、その凹部に環状のステータ１２６がＯリング等のシール部材１２４によりシールされた状態でステータベース１２２に対して軸方向からピン１２１により固定されている。これによって、ステータ１２６はステータベース１２２が固定されるシリンダ４０３に対して固定される。このステータ１２６の軸方向にはロータ４１０ａの小径部に沿って移動自在な環状の押圧部材１２７が配設される。環状の押圧部材１２７はロータ４０１ａの小径部の外径に移動自在に嵌り、上方には凹部が形成され、この凹部にロータ４０１ｂの小径部が挿入されている。ロータ４０１ｂの小径部と押圧部材１２７の凹部の内周面とは、Ｏリング等のシール部材によりシールされた状態となっている。ロータ４０１ａとロータ４０１ｂとの間の間隔は固定されている中、押圧部材１２７はロータ４０１ｂの大径部の軸方向の端部に係止され、ロータ４０１ａ，４０１ｂと同軸で配設されたコイルスプリング等の付勢部材１２９により、押圧部材１２７はステータ１２６に当接する様、付勢される。
【００６２】
ロータ４０１ａ，４０１ｂが回転を行うと、シリンダ４０３に固定されたステータ１２６に対して押圧部材１２７が摺接した状態で回転を行う。この場合、摩擦抵抗を抑えると共に、耐摩耗性を向上させるため、本実施形態においては押圧部材１２７にステンレスを使用し、押圧部材１２７が摺接するステータ１２６にはポリフッ化エチレンを使用している。
【００６３】
しかし、ロータ４０１ａ，４０１ｂを繰り返し回転させて使用していると、押圧部材１２７とステータ１２６との環状の当接部は次第に摩耗するが、本実施形態においては、ロータ４０１ｂに一端が係止された付勢部材１２９によって、押圧部材１２７をステータ側へと常時付勢する。このため、当接部に摩耗が発生したとしても、押圧部材１２７は軸方向に移動自在であるので、常に、ステータ１２６に形成された環状の凸部に押圧部材１２７が当接する。それ故に、環状凸部形状の当接部によって、モータ側の空間２３９に通じる連通路１３５とステータ１２６の環状凸部の内径に形成される空間１３３は連通するが、空間１３３と通孔１３２に通じる空間１３１との間で確実なシールが確保される。
【００６４】
（第３実施形態）
図９から図１２に、第３実施形態の構成を示す。ここに示す第３実施形態では、図１に示す構成の位相調節器５３に第２バッファ５３７と、第２バッファ５３７を高温熱交換器５０５に連通／遮断させる第２バッファ弁５２６が付加された構成となっている。これにより、第２バッファ弁５２６を開状態とすると高温熱交換器５０５とは通路５３６，５０６を介して連通する。一方、第２バッファ弁５２６を閉状態とすると、第２バッファ５３７は高温熱交換器５０５と遮断される。この場合、圧縮機５１２，５３２の中圧バッファとして、第１バッファ５３５と第２バッファ５３７は、それぞれ圧縮機５１２，５３２の圧力差に対して、１／３および２／３の圧力が供給できるものを使用すると良い。図９に示す開閉弁の構成をロータリーバルブ５４２により構成すると、図１０に示す構成となる。つまり、図１０では第１実施形態の図２において、更に、第２バッファ５３７が配管５３６によりロータリーバルブ５４２のポート３４６に接続される構成となっている。つまり、図１０に示す構成では合計８つのポートを備えたロータリーバルブ５４２の構成となっている。このロータリーバルブ５４２の内部構成は、基本的には図３に示す第１実施形態の構成と同じであるが、図１１に示す如く、上方の連通路３４４，３４６の構成および図１２に示す連通路の構成が異なる。つまり、二重構造のシリンダの間において、軸方向にＯリング等のシール部材３４３によって、各ポート間がシールされる。図１１に示す状態では連通路３４４により通孔３４２と通孔３０４を連通する。また、軸対称で形成される通孔３４５により通孔３４６と通孔３２４を連通する。更に、通孔３４２の外径側は大径の周状溝が形成され、通孔３４６に連通する。
【００６５】
この場合、図１１におけるＣ−Ｃ断面は、図１２に示す如く、ロータの外周面には複数の連通孔が周方向に形成されている。つまり、径方向において深く形成された２つずつの連通孔３１４，３４３と、３４３ｂ，３１４ｂと、３１５，３４６と、３４６ｂ，３１５ｂとは中心に対して９０度ずれた位置に形成され、その間に周方向において広く浅く形成された連通孔３３１，３３４，３３２，３３３が形成されており、例えば、ロータ４０１をモータ２０１により時計方向に回転させると、ポート３０５およびポート３２３には、連通孔３１４，３４３，３３１，３４３ｂ，３１４ｂ，３３４，３１５，３４６，３３２，３４６ｂ，３１５ｂ，３３３という順番につながり、反時計方向にロータ４０１を回転させると、これと逆方向の順番でつながる。
【００６６】
そこで、図１５に示す動作について、図１８の（ｂ）に示すタイムチャートを参照して説明する。
【００６７】
この構成では、図１８の（ａ）に示す第１実施形態では圧縮機５１２，５３２の中間圧に設定された第１バッファ５３５を用いて、圧力上昇過程において、最初に最低圧から第１バッファ弁５２５を開状態として中間圧までパルス管５０の圧力を上昇させ、その後、最高圧まで上昇させ、その後、圧力減少過程において、最高圧から中間圧までパルス管５０の圧力を減少させた後、最低圧まで減少させる方法を取っている。つまり、２つの圧縮機５１２，５３２に対して、第１バッファ５３５のみを使用した場合、パルス管５０の圧力変動で見た場合には、圧力変動幅が最低圧から最高圧まで２段階のみで変化することから、パルス管５０の温度の制御性が粗くなる。しかし、図１５に示す構成では２つの圧縮機の圧力差を３段階に切り替える第１バッファ５３５と第２バッファとを第１バッファ弁５２５と第２バッファ弁５２６を切り替えることにより、最低圧から最高圧まで３段階に切り替えることができる。つまり、圧力上昇過程において、全ての弁が閉状態である最低圧から第１バッファ弁５２５を最初に開状態として、第１バッファ５３５の圧力（最低圧＋１／３・（最高圧−最低圧）の圧力）まで増加させる。その後、第１バッファ弁５２５を閉状態として今度は、第２バッファ弁５２６を開状態とすると、パルス管５０の圧力は第２バッファ５３７の圧力（最低圧＋２／３・（最高圧−最低圧）の圧力）まで上昇する。この圧力に達すると第２バッファ弁５２６を閉状態として、最後に最高圧まで上昇させるために圧縮機高圧弁５２２を開状態とすることで最高圧まで上昇する。
【００６８】
一方、圧力減少過程において、最高圧から高圧側の第２バッファ弁５２６を開状態として、第２バッファ５３７にパルス管５０の作動ガスを導いて、圧力を第２バッファ５３７の圧力（最低圧＋２／３・（最高圧−最低圧）の圧力）まで減少させる。その後、第２バッファ弁５２６を閉状態として、更に圧力を減少させるために、第１バッファ弁５２５を開状態とする。すると、作動ガスが第１バッファ５３５に流れ、パルス管５０の圧力は第１バッファ５３５の圧力（最低圧＋１／３・（最高圧−最低圧）の圧力）まで減少する。この圧力に達すると第１バッファ弁５２５を閉状態として、最後に最低圧まで減少させるために、圧縮機減圧弁５２３，５２１を共に開状態とすることで、最低圧まで減少する。
【００６９】
この様な動作によって、パルス管内部で圧力変動と位置変動が繰り返され、パルス管５０の中で作動ガスの移動による極低温を発生させる事ができる。この構成によれば、図１０に示す如く、ロータを回転させることによって、８つのポートを切り替えて、図１１および図１２に示す連通路を介して冷凍部５０の高温側のポート３０３をポート３４６，３１８，３２０，３２６のいずれかに切り替えると共に、冷凍部５０の低温側のポート２１８をポート２３１，２３５のいずれかに切り替えることによって、パルス管５０４の中で作動ガスの移動による極低温を発生させる事ができる。尚、上記した構成において、シリンダ上方の連通路３４４，３４５，３３１，３３２，３３３，３３４は第３連通路に相当する。
【００７０】
（第４実施形態）
第３実施形態では、冷凍部５０に対して、２つの圧縮機５１２，５３２と、第１バッファ５３５および第２バッファ５３７を用いることにより、パルス管５０４で圧力変動と位置変動を発生させて、パルス管５０４の中で作動ガスの移動による極低温を発生させる構成としたが、図９における構成において構造を簡単にするために、圧縮機５１２に対して小さい圧縮機５３２を取り除いて、２つの中圧バッファである第１バッファ５２５，第２バッファ５３７を用いることもできる。この場合には、図１２に示す４つの連通孔３３３，３３１，３３４，３３２を、図１３の如くなくし、ロータを回転させて、図１８の（ｃ）に示す動作を行えば、第３実施形態と同様に、パルス管５０４の中で作動ガスの移動による極低温を発生させる事ができる。
【００７１】
（第５実施形態）
図１４および図１５に、３つのバッファ５３５，５３７，５３８と１つの圧縮機５１２を用いた第５実施形態における構成を示す。この第５実施形態では、図１に示す位相調節器５３を、それぞれ圧力の異なる３つのバッファ５３５，５３７，５３８により構成する。つまり、第５実施形態における構成は、図１に示す構成において圧縮機５３２を取り除いて、弁５２４側に圧縮機５３２の吐出圧に相当する第２バッファ５３７を配管５３３を介してつなぐと共に、弁５２３側に圧縮機５３２の吸入圧に相当する第３バッファ５３８を、配管５３１を介してつなぐ構成とする。そして、図３に示す構成のロータリーバルブ５４１を用してロータを回転させて、図１８の（ａ）に示すタイミングで５つの弁を動作させることにより、第１実施形態と同様な冷却効果を得ることができる。
【００７２】
（第６実施形態）
更に、図１６および図１７に、４つのバッファ５３８，５３９，５３５，５３７と１つの圧縮機５１２を用いた第５実施形態における構成を示す。この第６実施形態では、図９に示す圧縮機５３２を取り除き、その代わりに圧縮機５３２の吐出圧に相当する第３バッファ５３９および圧縮機５３２の吸入圧に相当する第４バッファ５３８を用いて、図１８の（ｂ）に示すタイムチャートに従い、ロータリーバルブ５４２のロータ４０１を回転させて弁を動作させれば、第２実施形態と同様な冷却効果を得ることができる。
【００７３】
以上の事から、図１に示す位相調節器５３の中で圧縮機５３２を廃止して、圧縮機５３２の吐出圧および吸入圧に相当する２つのバッファ５３８，５３９を用いれば、圧縮機５３２を使用しなくても代替のバッファによって、同等の冷却効果を持たせる構成とすることができる。
【００７４】
以上、説明した様に、本実施形態においては、位相調節器のバッファ数を増やすことにより、パルス管内部に流れる作動ガスの移動量および圧縮機５１２の負荷を低減し、運転効率が向上する。また、パルス管５０４の高温端５０４Ｈから低温端５０４Ｌに向かって侵入する熱量（エンタルピ）に基づく、パルス管内での熱損失や、蓄冷器５０２において蓄熱されずに高温端５０４Ｈから低温端５０４Ｌに流れる熱量（エンタルピ）に基づく、再生熱損失を大幅に低減することができ、パルス管冷凍機１としての冷凍効率が向上する。
【００７５】
尚、本実施形態において、作動ガスにはヘリウムを用いたがこれに限定されるものではなく、例えば、ネオン、アルゴン、窒素、空気等、あるいはこれらの混合物を採用することも可能である。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータリーバルブにおいての畜冷器とパルス管とのシールを確実なものとし、高寿命化が図れるシール構造とすることができる。
【００７７】
また、５バルブ以上を有するロータリーバルブを提供することができ、ロータリーバルブの構成を用いて、位相調節器のバッファ数を増やすことにより、パルス管内部に流れる作動ガスの移動量および圧縮機の負荷を低減することができ、運転効率を向上させることができる。また、パルス管内での熱損失や、再生熱損失を大幅に低減することができ、パルス管冷凍機としての冷凍効率を向上させることができる。
【００７８】
更に、作動ガスの移動量の低減により、個々のバッファの容積を小さくでき、パルス管冷凍機全体として、小型化が可能な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるパルス管冷凍機の構成図である。
【図２】図１に示す開閉弁の構成をロータリーバルブに置き換えた場合の構成図である。
【図３】図２に示すロータリーバルブの内部構造を示す断面図である。
【図４】図３に示すロータリーバルブの接続状態を示す要所部分断面図である。
【図５】図３に示す状態からロータが回転した場合での要所部分断面図である。
【図６】図３に示すＡ−Ａ断面での連通路を示す説明図である。
【図７】図３に示すＢ−Ｂ断面での連通路を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態におけるパルス管冷凍機のシール構造を示す要所部分断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態におけるパルス管冷凍機の構成図である。
【図１０】図９に示す開閉弁の構成をロータリーバルブに置き換えた場合の構成図である。
【図１１】図１０に示すロータリーバルブの内部構造を示す要所部分断面図である。
【図１２】図１１に示すロータリーバルブのＣ−Ｃ断面での連通路を示す説明図である。
【図１３】本発明の第４実施形態における図１２に示すＣ−Ｃ断面の変形例を示す断面図である。
【図１４】本発明の第５実施形態におけるパルス管冷凍機の構成図である。
【図１５】図１４に示す開閉弁の構成をロータリーバルブに置き換えた場合の構成図である。
【図１６】本発明の第６実施形態におけるパルス管冷凍機の構成図である。
【図１７】図１６に示す開閉弁の構成をロータリーバルブに置き換えた場合の構成図である。
【図１８】ロータリーバルブの開閉時期を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１　パルス管冷凍機
５０　冷凍部
５１　圧力振動源
５３　位相調節器
１０２，１２６　ステータ
１０４　ピン（基準部材）
１０５，１２７　押圧部材（リング部材）
１０６，１２９　付勢部材
１０７　ピン（係止部材）
１１１　摺接部（当接部）
２１４，２４１，２４２　連通孔（第１連通路）
２１８　ポート（第１ポート、畜冷器側ポート）
２３１，３２０　ポート（第１吐出ポート，第２吐出ポート）
３３１，３３２　連通孔（第２連通路）
２３５，３２６　ポート（第１吸入ポート，第２吸入ポート）
３１８　ポート（第１バッファポート）
４０１　ロータ
４０１ａ　ロータ（第１ロータ）
４０１ｂ　ロータ（第２ロータ）
４０２，４０３　シリンダ
３０３　ポート（第２ポート、パルス管側ポート）
３１８，３２０，３２６，２３１，２３５　ポート
３１４，３１５　連通孔（第２連通路）
３３１，３３２，３３３，３３４，３４６，２４１，２４２，２４３，２４４連通路（第２連通路）
３４３ｂ，３１４ｂ，３１５，３４６，３４６ｂ，３１５ｂ，３１４，３４３連通路（第３連通路）
５０２　畜冷器
５０３　低温熱交換器
５０４　パルス管
５０５　高温熱交換器
５１２，５３２　圧縮機
５２１，５２３　圧縮機低圧弁
５２２，５２４　圧縮機高圧弁
５２５　バッファ弁（第１バッファ弁）
５２６　バッファ弁（第２バッファ弁）
５３５　バッファ（第１バッファ）
５３７　バッファ（第２バッファ）
５３８　バッファ（第３バッファ）
５３９　バッファ（第４バッファ）
５４１，５４２　ロータリーバルブ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse tube refrigerator used for cryogenic refrigeration, and more particularly, to a pulse tube refrigerator having a buffer tank set at a plurality of pressures at a high temperature end of the pulse tube.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a cryogenic refrigerator, a pulse tube refrigerator has attracted attention. This pulse tube refrigerator puts a working gas (for example, helium) inside the pulse tube, connects a pressure vibration source to the cooler side, and connects a phase adjuster to the high temperature heat exchanger side, The working gas is supplied to the pulse tube from one or both of them. Then, the cooling capacity is obtained by oscillating the pressure fluctuation and the position fluctuation due to the supply of the working gas while shifting the phases.
[0003]
For example, see FIG. At 18, a rotary valve type pulse tube refrigerator is shown. The pulse tube refrigerator disclosed in this publication discloses a method in which pressure from a compressor and pressure from a high-pressure buffer tank or a low-pressure buffer tank are switched by a rotary valve with respect to a refrigerator and a pulse tube arranged in series. ing.
[0004]
The low-temperature end of the animal cooler and the high-temperature end of the pulse tube are connected to a rotary valve, and the rotary valve has a structure in which a rotor rotates with respect to a cylindrical housing via a bearing. In this rotary valve, a sealing member (O-ring) is fitted into an annular groove provided at the center in the axial direction of the rotor, and the low-temperature end of the cooler and the high-temperature end of the pulse tube are sealed. The structure is such that the working gas does not leak between the low temperature end and the high temperature end.
[0005]
Further, in the above publication, there are four ports for supplying working gas to the refrigerator and the pulse tube, and by rotating the rotor in the cylinder by a motor, the four communication passages formed in the rotor are connected to predetermined ports. Connect / disconnect. Thus, the plurality of ports are switched by rotation of the rotor, and the working gas is supplied to the cooler and the pulse tube arranged in series. In this configuration, four rotary valves are formed to supply pressure to the pulse tube.
[0006]
Further, a rotary valve type pulse tube refrigerator has a four-valve configuration in US Pat. No. 5,901,737.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a structure in which a sealing member is fitted into an annular groove provided at the center in the axial direction of the rotor and the low-temperature end of the cooler and the high-temperature end of the pulse tube are sealed as in EP 1087188 A1, the rotary valve is not used. Since the rotor rotates with respect to the housing, the seal member is worn. As a result, when the seal member is worn, the high temperature end of the cooler and the high temperature end of the pulse tube cannot be reliably sealed. In other words, since the occurrence of wear of the seal member greatly affects the performance of the pulse tube refrigerator, it is necessary to securely seal the cooler and the pulse tube even if the seal member is worn. Therefore, it is difficult to cope with a long service life only by the internal seal using the seal member provided in the axial direction between the low-temperature end and the high-temperature end between the housing and the rotor.
[0008]
Generally, the pulse tube refrigerator can control the pulse tube refrigerator with higher accuracy as the number of pressure sources such as compressors and buffer tanks increases. U.S. Pat. No. 5,901,737, which shows a pulse tube refrigerator of the type, merely shows a four-valve configuration, and in order to improve the cooling efficiency of the pulse tube refrigerator. In order to gradually change the pressure fluctuation by increasing the number of valves, a configuration of four or more valves is required.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, to ensure the seal between the cooler and the pulse tube in the rotary valve, a seal structure that can achieve a long life, It is a technical object to provide a rotary valve having five or more valves.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A first technical measure taken to solve the above-mentioned problem is that the refrigeration unit in which the chiller, the low-temperature heat exchanger, the pulse tube and the high-temperature heat exchanger are arranged in series, A pressure vibration source for causing a working gas to flow through the pulse tube to generate pressure vibration, and a phase adjustment for flowing the working gas from the high-temperature heat exchanger side and adjusting the phase of the pressure fluctuation and the position fluctuation of the working gas with the pulse tube. A pulse tube refrigerator having a rotary valve that is connected to a vessel and rotates or rotates a rotor in a cylinder to communicate or shut off a passage to the refrigeration unit.
A first port connected to the high-temperature heat exchanger, a second port connected to the cooler, a reference member and a locking member provided in the axial direction of the rotor between the two ports, A ring member disposed on the outer diameter of the rotor, the ring member being movable in a predetermined range in the axial direction around the reference member, and a stator provided on the cylinder side, having a contact portion that comes into contact with the ring member. And a biasing member disposed between the locking member and the ring member to bias the ring member against the contact portion.
[0011]
According to the above-described configuration, as shown in FIG. 3, a reference is established in the axial direction of the rotor between the pulse tube-side port connected to the high-temperature heat exchanger and the cooler-side port connected to the cooler. A member and a locking member are provided, and a ring member that is movable in a predetermined range in the axial direction around the reference member is provided on the outer diameter of the rotor. Further, a stator is provided on the cylinder side so as to contact the ring member at the contact portion. Then, between the locking member and the ring member, the ring member is pressed against the contact portion of the stator by the urging member, so that the rotor rotates and the contact portion between the ring member and the stator is pressed. Even if is worn, the ring member is urged against the rotor in the direction in which the ring member contacts the contact portion of the stator by the urging force of the urging member. Therefore, even if abrasion occurs in the contact portion, the ring member and the stator move relative to the rotor in the contact portion at the contact portion, so that the first port connected to the high-temperature heat exchanger and A reliable seal can be made with the second port connected to the cooler. This results in a seal structure that can extend the life.
[0012]
Further, a second technical measure taken to solve the above-described problem is that a refrigeration unit in which a refrigeration unit, a low-temperature heat exchanger, a pulse tube and a high-temperature heat exchanger are arranged in series, and a refrigeration unit side. A pressure vibration source for flowing a working gas to generate pressure vibration in the pulse tube, and a phase adjuster for flowing a working gas from the high-temperature heat exchanger side to adjust the phase of pressure fluctuation and position fluctuation of the working gas in the pulse tube In a pulse tube refrigerator that switches the passage by a rotary valve that rotates or rotates the rotor in the cylinder to communicate or shut off the passage to the refrigeration unit,
A first port connected to the high-temperature heat exchanger, a second port connected to the cooler, a reference member and a locking member protruding between the two ports in the radial direction of the rotor, A ring member disposed on the outer diameter of the rotor, the ring member being movable in a predetermined range in the axial direction around the reference member, and a stator provided on the cylinder side, having a contact portion that comes into contact with the ring member. And a biasing member disposed between the locking member and the ring member to bias the ring member against the contact portion.
[0013]
According to the above-described means, as shown in FIG. 3, a reference member and an engagement member are provided in the axial direction of the rotor between the first port connected to the high-temperature heat exchanger and the second port connected to the cooler. A stop member is provided, and a ring member that is movable in a predetermined range in the axial direction around the reference member is provided on the outer diameter of the rotor. Further, a stator is provided on the cylinder side so as to contact the ring member at the contact portion. The ring member is pressed between the locking member and the rotor by the urging member against the contact portion of the stator, so that even when the rotor rotates and the contact portion between the ring member and the stator is worn. By the urging force of the urging member, the ring member is urged against the rotor in a direction in which the ring member comes into contact with the contact portion of the stator. Therefore, even if abrasion occurs in the contact portion, the ring member and the stator move relative to the rotor in the contact portion at the contact portion, so that the first port connected to the high-temperature heat exchanger and A reliable seal can be made with the second port connected to the cooler. This results in a seal structure that can extend the life.
[0014]
In this case, the ring member is freely movable in the axial direction in the space formed in the cylinder, and the pressure is supplied from the outside to the space. And the contact portion can be sealed.
[0015]
The rotor or the cylinder is provided with a communication passage for guiding the working gas from the outside to the inner diameter of the stator. If the pressure in the space is higher than the pressure in the communication passage, the pressure in the communication passage guided to the inner diameter of the stator is increased. The pressure in the space movable in the axial direction is higher than that in the axial direction, and the ring member is pressed against the stator by the pressure difference. This makes it possible to seal the contact portion.
[0016]
Furthermore, a third technical measure taken to solve the above-mentioned problem is that a refrigeration unit in which a chiller, a low-temperature heat exchanger, a pulse tube and a high-temperature heat exchanger are arranged in series is provided. A pressure vibration source for flowing a working gas from the side to generate pressure vibration in the pulse tube, and a phase for flowing a working gas from the high-temperature heat exchanger side to adjust the phase of pressure fluctuation and position fluctuation of the working gas in the pulse tube. A pulse tube refrigerator having a rotary valve for connecting a regulator and rotating or rotating a rotor in a cylinder to communicate or shut off a passage to the refrigeration unit,
It has a first port connected to the high-temperature heat exchanger and a second port connected to the cooler, and has a first rotor and a second rotor in which the rotor is coaxial between the two ports. A ring member disposed on the outer diameter of the rotors, the ring member being movable in the axial direction, and a stator fixed to a cylinder side, the stator having a contact portion that comes into contact with the ring member; An urging member is provided between the rotor and the ring member and urges the ring member against the contact portion.
[0017]
According to the above-described means, as shown in FIG. 8, between the first port connected to the high-temperature heat exchanger and the second port connected to the refrigerator, the rotor is coaxial with the first rotor and the second port. It has a rotor. The ring member is disposed on the outer diameter of the rotor and moves along the axial direction of the rotor. On the other hand, a stator fixed to the cylinder side and contacting the ring member at the contact portion is provided, and an urging member for urging the ring member against the contact portion is provided between the second rotor and the ring member. In this case, the biasing member is locked by the second rotor and presses the ring member against the contact portion of the stator. In this case, the ring member is disposed on the outer diameter of the rotor, and can move in the axial direction. Therefore, even if abrasion occurs in the contact portion, the ring member and the stator move relative to the rotor in the contact portion at the contact portion, so that the first port connected to the high-temperature heat exchanger and A reliable seal can be made with the second port connected to the cooler. This results in a seal structure that can extend the life.
[0018]
Furthermore, a fourth technical measure taken to solve the above-mentioned problem is that a refrigeration unit in which a chiller, a low-temperature heat exchanger, a pulse tube and a high-temperature heat exchanger are arranged in series, and a chiller A pressure vibration source, which generates pressure vibration in the pulse tube by using the working gas, and a phase adjustment in which the pulse tube is connected to the high-temperature heat exchanger side and performs phase adjustment of pressure fluctuation and position fluctuation of the working gas by the pulse tube. Vessel, disposed between the refrigeration unit and the pressure vibration source and between the refrigeration unit and the phase adjuster, and by rotating a rotor in a cylinder, the refrigeration unit and the pressure vibration source or In a pulse tube refrigerator including a rotary valve that communicates or shuts off the refrigeration unit and the phase adjuster,
The cylinder axially, a pulse tube side port connected to the high temperature heat exchanger, a cooler side port connected to the low temperature heat exchanger, and a first discharge port connected to the discharge port of the first compressor, A first suction port connected to a suction port of the first compressor, a second discharge port connected to a discharge port of the second compressor, a second suction port connected to a suction port of the second compressor, A first buffer port leading to a first buffer set at a predetermined pressure based on the first compressor and the second compressor;
A first communication passage and a second communication passage are formed in the rotor, and the first discharge port is formed by the rotation of the rotor with respect to the cylinder, through the cooling device and the first communication passage. Any one of the first suction ports communicates, and any one of the first buffer port, the second discharge port, and the second suction port communicates with the high-temperature heat exchanger via the second communication passage. That is, the configuration is as follows.
[0019]
According to the above-described means, the first communication passage and the second communication passage are formed in the rotor as shown in FIG. , One of the first compressor high-pressure valve and the first compressor low-pressure valve communicates, and the first buffer valve, the second compressor high-pressure valve, the second compression valve via the high-temperature heat exchanger and the second communication passage. Communicate with one of the low pressure valves. This leads to the first compressor high-pressure valve, the first compressor low-pressure valve, the first buffer valve, the second compressor high-pressure valve, and the second compressor low-pressure valve in addition to the pulse tube side port and the cooler side port. A rotary valve having seven valves, in the process of increasing the pressure of the pulse tube and the process of decreasing the amount of pressure, forms the intermediate pressure of the first compressor and the second compressor in the first buffer, and rotates the rotary valve to form the rotor. By connecting to the pressure signal source or the phase adjuster through the first communication path and the second communication path that have been set, an intermediate pressure can be created.
[0020]
In this case, as shown in FIG. 9, the cylinder further has a second buffer port connected to a second buffer different from the set pressure of the first buffer, and the high temperature heat exchanger is connected to the cylinder by rotating the rotor with respect to the cylinder. If any one of the first buffer port, the second buffer port, the second discharge port, and the second suction port communicates via the second communication passage, the pressure increase and the pressure decrease are reduced from the minimum pressure to the maximum pressure by the two buffers. It is possible to cool the pulse tube by increasing or decreasing in three steps up to the above. In this configuration, a rotary valve having six ports is provided.
[0021]
Further, a fifth technical measure taken to solve the above-mentioned problem is that a refrigeration unit in which a chiller, a low-temperature heat exchanger, a pulse tube and a high-temperature heat exchanger are arranged in series, and a refrigeration unit are connected. A pressure vibration source that generates pressure vibration in the pulse tube by the working gas, and a phase adjuster that is connected to the high-temperature heat exchanger and performs phase adjustment of pressure fluctuation and position fluctuation of the working gas in the pulse tube by the working gas. Disposed between the refrigeration unit and the pressure vibration source and between the refrigeration unit and the phase adjuster, and by rotating a rotor in a cylinder, the refrigeration unit and the pressure vibration source or the refrigeration unit are rotated. A pulse tube refrigerator provided with a rotary valve for communicating or shutting off the section and the phase adjuster, wherein the cylinder is provided with a pulse tube side port connected to the high temperature heat exchanger in an axial direction and a low temperature heat exchanger. What And a first discharge port connected to a discharge port of the first compressor, a first suction port connected to a suction port of the first compressor, and a first buffer set to a predetermined pressure. A first buffer port connected to the first buffer, a second buffer port connected to a second buffer set to a different pressure from the first buffer, and a third buffer set to a different pressure from the first buffer and the second buffer. A first communication path and a third communication path are formed in the rotor, and the rotor is rotated with respect to the cylinder, so that the cooler is connected to the first communication path. One of the first discharge port and the first suction port communicates via a passage, and the first buffer port and the second valve communicate via the high-temperature heat exchanger and the third communication passage. Fapoto, any of the third buffer port is configured to communicate.
[0022]
According to the above configuration, as shown in FIG. 15, when the rotor rotates with respect to the cylinder, one of the first discharge port and the first suction port communicates with the cooler via the first communication passage. . In addition, any one of the first buffer port, the second buffer port, and the third buffer port communicates with the high-temperature heat exchanger via the third communication passage. By rotating the rotary valve and connecting to a pressure signal source or a phase adjuster in the first communication passage and the third communication passage formed in the rotor and gradually increasing or decreasing the pressure, 4 It is possible to create a predetermined pressure at a stage and cool the pulse tube.
[0023]
In this case, as shown in FIG. 17, the cylinder further has a fourth buffer port connected to the fourth buffer. When the rotor rotates with respect to the cylinder, the fourth buffer port is connected to the high-temperature heat exchanger via the third communication passage. If one of the first buffer port, the second buffer port, and the third buffer port communicates with each other, the three buffers are used to increase or decrease the pressure increase and decrease in four steps from the minimum pressure to the maximum pressure. Thus, the pulse tube can be cooled. In this configuration, a rotary valve having five ports is provided.
[0024]
That is, by increasing the number of buffers of the phase adjuster, the moving amount of the working gas flowing inside the pulse tube and the load on the compressor can be reduced, and the operation efficiency can be improved. Further, heat loss and regeneration heat loss in the pulse tube can be significantly reduced, and the refrigeration efficiency of the pulse tube refrigerator can be improved.
[0025]
Further, by reducing the moving amount of the working gas, the volume of each buffer can be reduced, and the pulse tube refrigerator as a whole can be downsized.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of the pulse tube refrigerator 1. In this pulse tube refrigerator 1, a pressure vibration source 51 and a phase adjuster 53 are connected to both sides of a refrigeration unit 50, and the pressure fluctuation and the position fluctuation of a working gas (for example, helium gas or the like) filled therein are compared. The cooling function is exerted by vibrating the phase shift. The pulse tube refrigerator 1 includes a buffer tank (simply referred to as a buffer) set at a predetermined pressure at a high temperature end 504H of the pulse tube 504 and compressors 512 and 532 serving as a pressure supply source, and valves 521, 522 and 523. , 524, and 525, and adopts an active buffer type structure in which the rotor 401 of the rotary valve 541 is rotated to switch the communication path to perform cooling.
[0028]
The pulse tube refrigerator 1 is roughly classified into a refrigeration unit 50 having a heat exchanger in which heat is absorbed / heated by the flow of the working gas through the inside of the pulse tube, and a pressure vibration that vibrates the working gas to generate work. A source 51 and a phase adjuster for adjusting the phase of the pressure fluctuation and the position fluctuation of the working gas flowing through the refrigeration unit 50 are provided.
[0029]
The refrigerating unit 50 includes a regenerator 502, a low-temperature heat exchanger 503, a pulse tube 504, and a high-temperature heat exchanger 505 connected in series. The high-temperature end 502H of the regenerator 502 is connected to the pressure vibration source 51, and the low-temperature end 502L is connected to the low-temperature heat exchanger 75. In the regenerator 502, when the working gas flows toward the low-temperature heat exchanger 502, the working gas is gradually cooled. Conversely, when the working gas flows toward the pressure vibration source 51, the working gas is gradually warmed and heat exchange is performed.
[0030]
In the regenerator 24, for example, mesh-like materials such as stainless steel and phosphor bronze are stacked in several layers, and the inside is filled with a regenerator a. In addition, the low-temperature heat exchanger 503 is connected to the low-temperature end 502L of the regenerator 502 to serve as a low-temperature generating unit. In order to efficiently remove heat from the object to be cooled brought into contact with the low-temperature heat exchanger 503, for example, A large number of regular holes are formed along the flow direction (the longitudinal direction of the freezing section 50).
[0031]
The pulse tube 504 is a hollow tube connected to the low-temperature heat exchanger 503 and having a low-temperature end 504L and a high-temperature end 504H. The pulse tube 504 is formed of a material having a small thermal conductivity (for example, stainless steel) in order to prevent heat at the high temperature end 504H side from being transmitted to the low temperature heat exchanger 503 side by vibration. I have.
[0032]
The high-temperature heat exchanger 505 is connected to the high-temperature end 504H of the pulse tube 504, and has a number of regular holes formed along the longitudinal direction of the pulse tube 504 through which the working gas flows. The high-temperature heat exchanger 504 releases the heat of the working gas flowing inside to the outside, so that the high-temperature end 504H side of the pulse tube 504 is cooled. The high-temperature heat exchanger 505 is connected to the phase adjuster 53 via a pipe 506. These high-temperature heat exchanger 505 and low-temperature heat exchanger 503 are formed using a material having excellent heat conductivity (for example, copper or the like).
[0033]
Next, the pressure vibration source 51 will be described. The pressure vibration source 51 generates a pressure vibration in the working gas filled in the refrigeration unit 50. The pressure vibration source 51 includes a compressor 512, a compressor high-pressure valve 522 connected to a high pressure side of the compressor 512 via a pipe 513, and a pipe 511 on a low pressure side of the compressor 512, as shown by a broken line in FIG. Compressor low-pressure valve 521 connected via is provided. The discharge port of the compressor 512 is connected to the high temperature end 502H of the refrigerating machine 502 of the refrigerating unit 50 via a compressor high-pressure valve 522. On the other hand, the suction port of the compressor 512 is connected to the high-temperature end 502H of the cooler 502 via the compressor low-pressure valve 521. The pressure vibration source 51 generates pressure vibration in the working gas flowing in the refrigeration unit 50 of the pulse tube refrigerator 1 by controlling the opening and closing of the compressor high-pressure valve 522 and the compressor low-pressure valve 521 at a predetermined timing. .
[0034]
Next, the phase adjuster 53 will be described. The phase adjuster 53 adjusts the phase of the working gas in the refrigeration unit 50 by generating auxiliary pressure oscillations for the working gas in the refrigeration unit 50, as shown by the broken line in FIG. The phase adjuster 53 includes a compressor 532 for generating an auxiliary pressure, which has the same discharge pressure as the compressor 512 of the pressure supply source 51 but has a smaller capacity and a smaller mass flow rate, and a compressor 532 on the high pressure side of the compressor 532. It has a capacity larger than the capacity of the compressor high-pressure valve 524 connected via the pipe 533, the compressor low-pressure valve 523 connected to the low-pressure side of the compressor 532 via the pipe 531, and the pulse tube 504 of the pulse tube refrigerator 1. In addition, a first buffer 535 having an internal pressure substantially intermediate between the discharge pressure and the suction pressure of the compressors 512 and 532, and a first buffer valve 532 connected to the first buffer 535 via a pipe 534 are provided. . The discharge port of the compressor 532 is connected to the high-temperature heat converter 505 via the compressor high-pressure valve 524, and the suction port of the compressor 532 is connected to the high-temperature heat converter 505 via the compressor low-pressure valve 523. ing. The buffer (first buffer) 535 is connected to the high-temperature heat converter 505 via a buffer valve (first buffer valve) 525.
[0035]
The phase adjuster 53 is filled in the refrigeration unit 50 of the pulse tube refrigerator 1 by controlling the opening and closing of the compressor high-pressure valve 524, the compressor low-pressure valve 523, and the first buffer valve 525 at a predetermined timing. The phase adjustment can be performed by shifting the phase of the pressure fluctuation and the position fluctuation of the working gas with respect to the working gas.
[0036]
Next, a basic operation of the pulse tube refrigerator 1 having the configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to a time chart shown in FIG. The operation of the pulse tube refrigerator 1 in one cycle includes the following steps, and the above-described operation is performed by opening and closing the compressor high-pressure valves 522 and 524, the compressor low-pressure valves 521 and 523, and the medium-pressure buffer valve 525. It is classified correspondingly.
[0037]
The first stage (early compression process)
The compressor low-pressure valves 511 and 523 and the compressor high-pressure valves 522 and 524 are closed, and the first buffer valve 525 is opened. In this state, the working gas in the first buffer 535 set to the intermediate pressure of the discharge pressures of the compressors 512 and 532 flows from the high-temperature end 504H of the pulse tube 504 through the first buffer valve 525 into the refrigeration unit 50. Flows into. In this case, the first buffer 535 and the refrigerating unit 50 communicate with each other through the first buffer valve 525 having a small pressure loss, and the pressure in the pulse tube 504 quickly changes from the lowest pressure to the middle of the first buffer 535. Rise to pressure.
[0038]
2nd stage (late compression process)
When the pressure in the pulse tube 504 rises from the minimum pressure to the intermediate pressure of the first buffer 535, the first buffer valve 525 is closed. Then, the compressor high-pressure valves 522 and 524 are both opened. In this state, the working gas discharged from the compressor 512 flows into the refrigerating unit 50 from the high-temperature end 502H of the cooler 502 via the compressor high-pressure valve 522, and the working gas discharged from the compressor 532. Flows from the high-temperature heat exchanger 505 through the compressor high-pressure valve 524 into the pulse tube. At this time, the first buffer 535 and the refrigeration unit 50 are shut off by the first buffer valve 525. Therefore, the pressure in the pulse tube 504 increases from the intermediate pressure of the first buffer 535 to the highest pressure that is the discharge pressure of the compressors 512 and 532.
[0039]
Stage 3 (early expansion process)
In this state, the compressor high-pressure valves 522 and 524 that have been opened are closed, and communication with the compressor high-pressure valves 522 and 524 is cut off. Then, when the first buffer valve 525 is again opened, the working gas having the highest pressure between the pulses flows into the first buffer via the first buffer valve 525, and the pulse gas in the pulse tube 504 The pressure drops from the highest pressure to the intermediate pressure of the first buffer 535. In this case, since the working gas existing in the pulse tube 504 rapidly moves to the phase adjuster 53 side, heat is generated in the low-temperature heat exchanger 503, and a cooling effect appears.
[0040]
4th stage (late expansion process)
Therefore, when the pressure of the pulse tube 504 becomes the intermediate pressure, the first buffer valve 525 is closed, and the communication between the first buffer 535 and the high-pressure heat exchanger 505 is cut off. This time, the compressor low-pressure valves 521 and 523 are both opened. In this state, since the working gas in the refrigeration unit 50 is sucked into the two compressors 521 and 523, the low-temperature heat exchanger 503, the regenerator 502, and the compressor low-pressure valve 521 are connected from the low-temperature end 504L of the pulse tube 504. Through the high-temperature end 504 </ b> H of the pulse tube 504 and the high-temperature heat exchanger 505 and the compressor low-pressure valve 523, the air flows out to the suction port of the compressor 512. As a result, the pressure in the pulse tube 50 rapidly decreases from the intermediate pressure to the minimum pressure. Due to this decrease in pressure, the working gas in the pulse tube 504 adiabatically expands, and the temperature further decreases.
[0041]
The working gas flowing out from the low-temperature end 504L of the pulse tube 504 to the pressure vibration source 51 via the low-temperature heat exchanger 503, the regenerator 502, and the compressor low-pressure valve 521 is stored in the pulse tube 504. Since there is working gas flowing from the high-temperature end 504H of the pulse tube 504 to the phase controller 53 via the exchanger 505 and the compressor low-pressure valve 523, the position of the working gas near the low-temperature end 504L of the pulse tube 50 is present. Fluctuations are suppressed.
[0042]
Thereafter, when the compressor low-pressure valves 521 and 523 are closed and the operation is repeated from the first stage, the pressure fluctuation and the position fluctuation are repeated inside the pulse tube by the operation described above, and the pulse tube refrigerator is moved by moving the working gas. In one low-temperature heat exchanger 503, extremely low temperatures can be generated.
[0043]
As described above, the configuration and operation of the pulse tube refrigerator 1 including the two compressors 512 and 532 and the first buffer 535 have been described in the first embodiment. However, in the present application, the pressure vibration source 51 and the phase adjuster are used. The configuration of the open / close valve 53 is replaced with a rotary valve 541 having a configuration shown in FIG. 2 to provide a rotary valve 541 having a configuration shown in FIG.
[0044]
That is, in FIG. 2, the high-temperature heat exchanger 505 is connected to the port (pulse tube side port) 303 as a first port via a pipe 506, and connected to the cooler 502 as a second port via a pipe 501. (Cooler side port) Connected at 218. The first buffer 535 is connected to the port 318 via the pipe 534, the discharge port of the compressor 532 is connected to the port 320 via the pipe 533, and the suction port of the compressor 532 is connected to the port 326 via the pipe 531. . Further, the discharge port of the compressor 512 is connected to the port 231 via the pipe 513, and the suction port of the compressor 512 is connected to the port 235 via the pipe 511. That is, in FIG. 2, the rotary valve 541 having a cylinder structure having at least seven ports 218, 303, 318, 320, 326, 231, 235 and the five valves 521, 522, 523, 524, 525 shown in FIG. Realized by
[0045]
Therefore, the structure of the rotary valve 541 shown in FIG. 3 will be described. The rotary valve 541 shown here has a double cylinder structure, and has a hollow cylindrical outer cylinder (hereinafter simply referred to as a cylinder) 402 and a plurality of seal members (for example, , An O-ring, etc.), and includes a hollow cylindrical inner cylinder (simply referred to as a cylinder) 403 pressed into the cylinder 402. The rotary valve 541 includes a rotor 401 rotatably disposed inside the cylinder 402 and a motor 201 connected to the rotor 401 via the shaft 202 to rotate the rotor 401. The rotor 401, the cylinders 402 and 403, and the motor 201 are coaxially arranged. The rotor 401 is fixed to the shaft 202 by a pin 202 and rotates integrally with the shaft 202.
[0046]
One end of the cylinders 402 and 403 on the motor side in the axial direction is sealed with seal members (for example, O-rings) 211 and 212, and the motor 201 is fixed to the cylinder 402. The other end of the cylinder 402, 403 in the axial direction is covered with a cover 404. The cover 404 has a disk shape, and has a convex portion formed inside the center. This projection has a hole 311 penetrating in the axial direction. A groove is formed on the outer periphery of the projection, and a seal member (for example, an O-ring) 312 is fitted into the groove, and the cylinder 403 and the cover 404 are sealed. The cover 404 is fitted to the inner diameter of the hollow cylinder 403 and is fixed to the cylinder 403 by a fixing member such as a bolt.
[0047]
Eight ports 303, 218, 318, 320, 325, 108, 231 and 235 are formed in the outer cylinder 402. In this case, when the configuration shown in FIG. 1 is compared with FIG. 2, the port 303 is connected to a pipe 506 extending from the high-temperature heat exchanger 505, and the port 218 is connected to a pipe 501 extending from the cooler 502. The port 318 is connected to the first buffer 535, the port 320 is connected to a discharge port of the compressor 532, and the port 326 is connected to a suction port of the compressor 532. Further, the port 231 is connected to a discharge port of the compressor 512, and the port 235 is connected to a suction port of the compressor 512.
[0048]
On the other hand, the inner cylinder 403 has through holes 308, 306, 304, 302, 221, 217, 215, and 213 penetrating toward the center of the cylinder 403, and has positions symmetrical to these through holes. Are formed with similar through holes 317, 321, 324, 327, 232, 234, 236, 237, and these portions having an increased outer diameter hole are formed in a circumferential shape. Therefore, the through hole 308 and the through hole 317 on the opposite side of the through hole 308 communicate with each other, the through hole 306 and the through hole 321 communicate with each other, and the through hole 304 and the through hole 324 communicate with each other. Similarly, the through hole 302 and the through hole 327 communicate with each other. Further, the through holes 221 and 232 and the through holes 217 and 234 communicate with each other.
[0049]
In the state shown in FIG. 3 in which the cylinder 403 is disposed in the cylinder 402, the through hole 304 and the port 303, the through hole 217 and the port 218, the through hole 317 and the port 318, the through hole 321 and the port 320, The hole 327 communicates with the port 326, the through hole 232 communicates with the port 231, and the through hole 236 communicates with the port 235. The through holes 215 and 213 communicate with each other through an annular communication hole 214 formed in the outer circumferential surface of the cylinder 403 in the axial direction, and the communication hole 214 allows the through hole 237 to communicate with the port 235. In this state, among the 16 ports formed in the cylinder 403, 6 ports (ports 307, 305, 301, 220, 323, 233 connected to the through holes 308, 306, 302, 221, 324, 234, respectively). Is closed.
[0050]
On the other hand, the rotor 401 is disposed in a space 313 formed inside the cylinder 403, and a space 239 is formed between the motor 210 and the axial end of the rotor 401. When the rotary valve 541 is assembled as shown in FIG. 3, the hole 311 formed in the axial direction of the cover 404 communicates with the space 313 where the rotor 401 is provided. The space 239 communicates with the through holes 213 and 237. By supplying equal pressure to the hole 311 and the port 235 from the axial end side of the rotor 401, an axial force that adversely affects the rotation of the rotor 401 is not applied.
[0051]
Further, a communication hole 314 having an U-shaped cross section in the axial direction for communicating the communication holes 308 and 304 formed in the cylinder 403 is formed at an upper portion of the rotor 401, and the communication hole 314 is located at a position symmetrical with the center axis of the rotor 401. Similarly to the communication hole 314, a communication hole 315 having an U-shaped cross section in the axial direction for communicating the communication holes 317 and 324 is formed. The communication holes 314 and 315 correspond to a second communication passage.
[0052]
A concave portion is formed in the radial direction substantially at the center of the cylinder 403 in the axial direction (substantially at the center of the port 303 serving as the high-temperature port of the refrigerating unit 50 and at the center of the port 218 serving as the low-temperature port of the refrigerating unit 50). 109. The port 108 communicates with the space 109.
[0053]
Therefore, a structure in the space 109 will be described. The space 109 is formed by the cylinders 402 and 403 and the rotor 401 having a double structure, as shown in FIG. An annular recess is formed on the rotor side of the space 109, and the annular stator 102 is disposed in the recess so as to be coaxial with the rotor 401 and spaced apart from the rotor 401 by a predetermined distance. The stator 102 is fixed to the cylinders 402 and 403 by pins 113 fitted from the radial direction of the cylinder 403, and cannot rotate with respect to the cylinders 402 and 403. The stator 102 is disposed on the outer periphery of the rotor 401, and a seal member (for example, an O-ring or the like) 101 is attached to the outer peripheral surface of the stator 102 and the inner peripheral surface of the cylinder 403 in which an annular concave portion is formed. . By this seal member 101, the seal at the contact surface of the cylinder 403 with the outer peripheral surface of the stator 101 is maintained. The stator 101 has an annular convex portion formed on the axial end face opposite to the motor 201. An annular pressing member 105 is provided so as to abut on the annular convex portion. The pressing member 105 is fitted on the outer periphery of the rotor 401 coaxially with the rotor 401 and can move in the axial direction along the outer peripheral surface of the rotor 401. In this case, a groove is formed on the inner peripheral surface of the pressing member 105, and a sealing member (for example, an O-ring) is fitted into the groove, and the rotor 401 and the pressing member 105 are shaft-sealed by this sealing member. The pressing member 105 has at least one through hole formed in the radial direction.
[0054]
On the other hand, the rotor 401 is formed with two through holes penetrating in the radial direction at a position substantially at the center in the axial direction, and each of the two through holes has a length substantially corresponding to the diameter of the pressing member 105. The pins 107 and 104 are inserted. The pin 104 corresponds to a reference member that serves as a reference when the pressing member 105 moves in the axial direction, and is passed through a through hole 103 formed in a radial direction of the rotor 401. In this case, the hole diameter of the through hole 103 formed in the radial direction of the pressing member 105 is formed to be slightly larger than the diameter of the pin 104, and the pressing member 105 rotates around the pin 104 passing through the rotor 401. Can be moved in the axial direction while being in sliding contact with the outer peripheral surface. A pin 107 having the same length as the pin 104 is radially inserted into the center of the rotor 401 slightly away from the pin 104. An urging member 106 made of a coil spring is arranged at the outer diameter of the rotor 401 between the pin 107 and the axial end face of the pressing member 105 opposite to the motor side. One end of the urging member 106 is locked by a pin 107 serving as a locking member, and the other end urges the pressing member 105 toward the stator. Thus, when the rotor 401 is rotated by the motor 21 in the cylinder, the rotor 401 slides on the inner peripheral surface of the cylinder 403. At this time, the stator 102 is fixed to the cylinder 403 by the pin 113 and does not rotate. However, when the rotor 401 rotates with respect to the cylinders 402 and 403, the pressing member 105 attached to the rotor rotates integrally with the rotation of the rotor 401. Therefore, when the rotor 401 rotates with respect to the cylinders 402 and 403, the axial end face of the pressing member 105 on the motor side with respect to the stator 102 slides on the axial end face of the stator 102. For this reason, the contact portion 111 is worn out.
The pressing member 105 is made of stainless steel so that the amount of wear is suppressed, and the stator 102 with which the pressing member 105 slides is made of polyethylene fluoride, so that the friction coefficient between the two is reduced and the wear resistance is improved. ing.
[0055]
However, when the rotor 401 is repeatedly rotated and used, the contact portion 111 gradually wears. In this embodiment, however, the elastic member 106 having one end locked to the pin 107 inserted into the rotor 401 is used. Since the pressing member 105 is constantly urged toward the stator, even if the abutting portion 111 is worn, the pressing member 105 is movable in the axial direction. The pressing member 105 comes into contact with the portion. Therefore, a reliable seal is secured between the space 239 on the motor side and the space 109 formed in the intermediate portion of the cylinder 403 by the annular contact portion 111.
[0056]
In this case, the amount of movement of the pressing member 105 in the axial direction of the rotor 401 is determined by the hole diameter of the through hole 103 of the pressing member 105 that has penetrated in the radial direction larger than the diameter of the pin 104 with reference to the position of the pin 104. . That is, the pressing member 105 can move toward the motor around the pin 104 by the difference between the diameter of the through hole 103 of the pressing member 105 and the diameter of the pin 104. Thus, since the seal member is provided at the contact portion between the rotor 401 and the inner diameter of the pressing member 105, sealing is achieved between the two. With this seal, the annular space 112 surrounded by the inner diameters of the rotor 401, the stator 102, and the pressing member 105 is connected to the motor-side space 239 via a communication path 238 having an L-shaped cross section in the axial direction. . In this case, the pressure in the space 109 formed in the center of the cylinder 403 in the axial direction is slightly higher than that in the space 239, and the pressure member 105 is pressed against the stator using the pressure difference. Therefore, the space 109 and the space 239 are reliably sealed by the pressure difference between the space 109 and the space 239. Note that the communication path 238 may be provided on the cylinder side.
[0057]
FIG. 4 shows a connection state of the upper communication paths 331 and 332 and the lower communication paths 241 and 242 formed on the outer peripheral surface of the rotor 401 when the rotor 401 rotates with respect to the cylinders 402 and 403. In this state, when the passage 306 and the passage 304 communicate with each other via the communication passage 331, the passage 321 and the passage 324 communicate with each other via the communication passage 332, and the passage 221 and the passage 217 communicate with each other via the communication passage 241. The passage 232 and the passage 234 communicate with each other via the communication passage 242.
[0058]
FIG. 5 shows upper communication paths 333 and 334 and lower communication paths 243 and 244 formed on the outer peripheral surface of rotor 401 when rotor 401 further rotates from the state shown in FIG. Shows the connection state of. In this state, when the passage 304 and the passage 302 communicate with each other via the communication passage 333, the passage 324 and the passage 327 communicate with each other via the communication passage 334, and the passage 217 and the passage 215 communicate with each other via the communication passage 243. The passage 234 and the passage 236 communicate with each other via the communication passage 244. These communication passages have the shape shown in FIG. In other words, radially deep communication holes 314, 315b, 315, 314b are formed on the outer peripheral surface of the rotor 401 in the AA cross section shown in FIG. A communication hole wide in the circumferential direction is formed at the center of the communication hole. Further, in the BB section shown in FIG. 3, communication holes 241, 244, 242, 243 which are wide in the circumferential direction are formed at intervals of 90 degrees with respect to the center. As a result, if the rotor 401 rotates in one direction, the port on the opposite side of the high-temperature side port 303 of the refrigeration unit 50 via the communication passage shown in FIGS. 3, 6, and 7 formed in the rotor 401. It communicates with any of 318,320,326. Also, at the same time, it communicates with one of the ports 231 and 235 on the opposite side to the low-temperature side port 218 of the refrigerating unit 50 via the communication passage shown in FIGS. 3, 6, and 7 formed in the rotor 401. Therefore, in this rotary valve 541, if the rotor 401 is rotated in one direction by the motor 201 with respect to the cylinders 402 and 403 at a constant speed, the rotary valve 541 allows the seven ports 303, 218 and 318 shown in FIG. By sequentially switching 320, 326, 231 and 235, the above-described operations from the first stage to the fourth stage are repeated, and the pressure fluctuation and the position fluctuation are repeated inside the pulse tube. Can be generated. In the configuration described above, the communication passages 241, 242, 243, 234 below the cylinder correspond to the first communication passage, and the communication holes 314, 315 and the communication passages 331, 332, 333, 334 correspond to the second communication passage. I do.
[0059]
(2nd Embodiment)
Next, a second embodiment shown in FIG. 8 will be described. In the second embodiment, the cylinder seal structure at the center shown in FIG. 3 is different, and other structures and the same are the same as those of the first embodiment shown in FIG. Only the structure of the seal portion different from the form will be described.
[0060]
In FIG. 8, the rotor 401 shown in FIG. 3 disposed on the inner diameter of the cylinder 403 is divided into upper and lower parts in the second embodiment. The motor-side rotor 401a is rotated by the motor 201 with respect to the cylinder 403. The rotor 401a has a small-diameter portion protruding in the axial direction extending from the large-diameter portion. Another rotor 401b is fixed to this small diameter portion from the axial direction by a pin 130, and the rotors 401a and 401b rotate integrally. An annular stator base 122 is disposed in the small-diameter portion of the rotor 401a from the axial direction, and pins 125 and 134 are inserted from the radial direction in a state where a sealing member 123 such as an O-ring is fitted on the outer periphery of the stator base. Is done. The stator base 122 is fixed to the cylinder 403 by the pins 125 and 134.
[0061]
An annular recess is formed above the stator base 122 shown in FIG. 8, and an annular stator 126 is sealed in the recess by a seal member 124 such as an O-ring with respect to the stator base 122 from the axial direction. It is fixed by a pin 121. As a result, the stator 126 is fixed to the cylinder 403 to which the stator base 122 is fixed. In the axial direction of the stator 126, an annular pressing member 127 that is movable along the small diameter portion of the rotor 410a is provided. The annular pressing member 127 is movably fitted to the outer diameter of the small-diameter portion of the rotor 401a, and has a concave portion formed above, into which the small-diameter portion of the rotor 401b is inserted. The small-diameter portion of the rotor 401b and the inner peripheral surface of the concave portion of the pressing member 127 are sealed by a seal member such as an O-ring. While the distance between the rotor 401a and the rotor 401b is fixed, the pressing member 127 is locked to the axial end of the large-diameter portion of the rotor 401b, and a coil disposed coaxially with the rotors 401a and 401b. The urging member 129 such as a spring urges the pressing member 127 so as to contact the stator 126.
[0062]
When the rotors 401a and 401b rotate, the rotation is performed in a state where the pressing member 127 is in sliding contact with the stator 126 fixed to the cylinder 403. In this case, in order to suppress the frictional resistance and improve the wear resistance, in the present embodiment, stainless steel is used for the pressing member 127, and polyfluoroethylene is used for the stator 126 with which the pressing member 127 slides.
[0063]
However, when the rotors 401a and 401b are repeatedly rotated and used, the annular contact portion between the pressing member 127 and the stator 126 gradually wears, but in this embodiment, one end is locked to the rotor 401b. The urging member 129 constantly urges the pressing member 127 toward the stator. For this reason, even if wear occurs in the contact portion, the pressing member 127 is always movable in the axial direction, so that the pressing member 127 always contacts the annular convex portion formed on the stator 126. Therefore, the communication passage 135 communicating with the motor-side space 239 and the space 133 formed on the inner diameter of the annular protrusion of the stator 126 communicate with each other by the annular protrusion-shaped contact portion. A reliable seal with the communicating space 131 is ensured.
[0064]
(Third embodiment)
9 to 12 show the configuration of the third embodiment. In the third embodiment shown here, a second buffer 537 and a second buffer valve 526 for connecting / disconnecting the second buffer 537 to / from the high-temperature heat exchanger 505 are added to the phase adjuster 53 having the configuration shown in FIG. It has a configuration. Accordingly, when the second buffer valve 526 is opened, the high-temperature heat exchanger 505 communicates with the high-temperature heat exchanger 505 via the passages 536 and 506. On the other hand, when the second buffer valve 526 is closed, the second buffer 537 is shut off from the high-temperature heat exchanger 505. In this case, as the medium pressure buffers of the compressors 512 and 532, the first buffer 535 and the second buffer 537 can supply １／ and ／ of the pressure difference between the compressors 512 and 532, respectively. Use something good. When the configuration of the on-off valve shown in FIG. 9 is configured by the rotary valve 542, the configuration shown in FIG. 10 is obtained. That is, in FIG. 10, the second buffer 537 is further connected to the port 346 of the rotary valve 542 by the pipe 536 in FIG. 2 of the first embodiment. That is, the configuration shown in FIG. 10 is a configuration of a rotary valve 542 having a total of eight ports. The internal configuration of the rotary valve 542 is basically the same as that of the first embodiment shown in FIG. 3, but as shown in FIG. 11, the configuration of the upper communication passages 344 and 346 and the communication system shown in FIG. The configuration of the passage is different. That is, between the cylinders having the double structure, the ports are sealed in the axial direction by the seal member 343 such as an O-ring. In the state shown in FIG. 11, the communication hole 342 communicates with the communication hole 304 through the communication path 344. In addition, the through hole 346 and the through hole 324 communicate with each other through the through hole 345 formed to be axially symmetric. Further, a large-diameter circumferential groove is formed on the outer diameter side of the through hole 342, and communicates with the through hole 346.
[0065]
In this case, as shown in FIG. 12, a plurality of communication holes are formed in the outer peripheral surface of the rotor in the circumferential direction in the C-C cross section in FIG. 11. That is, two communication holes 314, 343, 343b, 314b, 315, 346, and 346b, 315b formed deep in the radial direction are formed at positions shifted by 90 degrees from the center, and between them. The communication holes 331, 334, 332, 333 are formed to be wide and shallow in the circumferential direction. For example, when the rotor 401 is rotated clockwise by the motor 201, the communication holes 314, 314 are formed in the ports 305 and 323. 343, 331, 343b, 314b, 334, 315, 346, 332, 346b, 315b, and 333. When the rotor 401 is rotated counterclockwise, the connections are made in the reverse order.
[0066]
Therefore, the operation shown in FIG. 15 will be described with reference to a time chart shown in FIG.
[0067]
In this configuration, in the first embodiment shown in FIG. 18A, the first buffer 535 set to the intermediate pressure of the compressors 512 and 532 is used, and in the pressure increasing process, the first buffer 535 is first switched from the minimum pressure to the first buffer. The valve 525 is opened to increase the pressure of the pulse tube 50 to the intermediate pressure, then to the maximum pressure, and then, during the pressure decreasing process, reduce the pressure of the pulse tube 50 from the maximum pressure to the intermediate pressure, The method of reducing to the minimum pressure is taken. That is, when only the first buffer 535 is used for the two compressors 512 and 532, when viewed from the pressure fluctuation of the pulse tube 50, the pressure fluctuation width is only two stages from the lowest pressure to the highest pressure. Because of the change, the controllability of the temperature of the pulse tube 50 becomes coarse. However, in the configuration shown in FIG. 15, by switching the first buffer 535 and the second buffer, which switch the pressure difference between the two compressors in three stages, between the first buffer valve 525 and the second buffer valve 526, the pressure is changed from the lowest pressure to the highest. High pressure can be switched in three stages. That is, in the pressure increasing process, the first buffer valve 525 is first opened from the lowest pressure in which all the valves are closed, and the pressure of the first buffer 535 (minimum pressure + ／ · (highest pressure−minimum pressure)) Pressure). Thereafter, when the first buffer valve 525 is closed and the second buffer valve 526 is opened, the pressure of the pulse tube 50 becomes the pressure of the second buffer 537 (minimum pressure + 2/3. (Maximum pressure−minimum pressure). ) Pressure). When this pressure is reached, the second buffer valve 526 is closed, and finally the compressor high-pressure valve 522 is opened to increase the pressure to the maximum pressure.
[0068]
On the other hand, in the pressure decreasing process, the second buffer valve 526 on the high pressure side to the high pressure side is opened, and the working gas of the pulse tube 50 is introduced to the second buffer 537 to increase the pressure to the pressure of the second buffer 537 (minimum pressure +2). / 3 · (highest pressure-lowest pressure)). Thereafter, the second buffer valve 526 is closed, and the first buffer valve 525 is opened to further reduce the pressure. Then, the working gas flows into the first buffer 535, and the pressure of the pulse tube 50 decreases to the pressure of the first buffer 535 (the lowest pressure + ／ · (the highest pressure−the lowest pressure)). When this pressure is reached, the first buffer valve 525 is closed, and finally the pressure is reduced to the minimum pressure by opening both of the compressor pressure reducing valves 523 and 521 in order to reduce the pressure to the minimum pressure.
[0069]
By such an operation, the pressure fluctuation and the position fluctuation are repeated inside the pulse tube, and it is possible to generate an extremely low temperature due to the movement of the working gas in the pulse tube 50. According to this configuration, as shown in FIG. 10, by rotating the rotor, eight ports are switched, and the high temperature side port 303 of the refrigeration unit 50 is connected to the port 346 through the communication passage shown in FIGS. , 318, 320, and 326, and by switching the low-temperature side port 218 of the refrigerating unit 50 to one of the ports 231 and 235, a very low temperature is generated by the movement of the working gas in the pulse tube 504. Can be done. In the above configuration, the communication passages 344, 345, 331, 332, 333, and 334 above the cylinder correspond to a third communication passage.
[0070]
(Fourth embodiment)
In the third embodiment, by using two compressors 512 and 532 and a first buffer 535 and a second buffer 537 for the refrigeration unit 50, pressure fluctuation and position fluctuation are generated in the pulse tube 504, Although the configuration in which the cryogenic temperature is generated by the movement of the working gas in the pulse tube 504 is used, in order to simplify the structure in the configuration in FIG. The first buffer 525 and the second buffer 537 which are medium pressure buffers can also be used. In this case, if the four communication holes 333, 331, 334, and 332 shown in FIG. 12 are eliminated as shown in FIG. 13 and the rotor is rotated to perform the operation shown in FIG. Similarly to the embodiment, the cryogenic temperature can be generated by moving the working gas in the pulse tube 504.
[0071]
(Fifth embodiment)
14 and 15 show a configuration in the fifth embodiment using three buffers 535, 537, 538 and one compressor 512. In the fifth embodiment, the phase adjuster 53 shown in FIG. 1 includes three buffers 535, 537, and 538 having different pressures. That is, the configuration in the fifth embodiment is different from the configuration shown in FIG. 1 in that the compressor 532 is removed, the second buffer 537 corresponding to the discharge pressure of the compressor 532 is connected to the valve 524 through the pipe 533, and A third buffer 538 corresponding to the suction pressure of the compressor 532 is connected to the 523 via a pipe 531. By rotating the rotor using the rotary valve 541 having the configuration shown in FIG. 3 and operating the five valves at the timing shown in FIG. 18A, the same cooling effect as in the first embodiment can be obtained. Obtainable.
[0072]
(Sixth embodiment)
Further, FIGS. 16 and 17 show a configuration in the fifth embodiment using four buffers 538, 539, 535, 537 and one compressor 512. In the sixth embodiment, the compressor 532 shown in FIG. 9 is removed, and a third buffer 539 corresponding to the discharge pressure of the compressor 532 and a fourth buffer 538 corresponding to the suction pressure of the compressor 532 are used instead. By rotating the rotor 401 of the rotary valve 542 and operating the valve according to the time chart shown in FIG. 18B, the same cooling effect as in the second embodiment can be obtained.
[0073]
From the above, if the compressor 532 is eliminated from the phase adjuster 53 shown in FIG. 1 and two buffers 538 and 539 corresponding to the discharge pressure and the suction pressure of the compressor 532 are used, the compressor 532 can be used. Even if not used, a configuration can be provided in which an equivalent cooling effect is provided by an alternative buffer.
[0074]
As described above, in the present embodiment, by increasing the number of buffers of the phase adjuster, the moving amount of the working gas flowing inside the pulse tube and the load on the compressor 512 are reduced, and the operation efficiency is improved. Further, heat loss in the pulse tube based on the amount of heat (enthalpy) penetrating from the high-temperature end 504H to the low-temperature end 504L of the pulse tube 504 or flowing from the high-temperature end 504H to the low-temperature end 504L without being stored in the regenerator 502. The regeneration heat loss based on the amount of heat (enthalpy) can be greatly reduced, and the refrigeration efficiency of the pulse tube refrigerator 1 is improved.
[0075]
In the present embodiment, helium is used as the working gas, but the working gas is not limited to this. For example, neon, argon, nitrogen, air, etc., or a mixture thereof can be used.
[0076]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the seal between the cooler and a pulse tube in a rotary valve can be ensured, and it can be set as the seal structure which can attain long life.
[0077]
In addition, a rotary valve having five or more valves can be provided, and by using the configuration of the rotary valve and increasing the number of buffers of the phase adjuster, the moving amount of the working gas flowing inside the pulse tube and the load on the compressor can be increased. Can be reduced, and the operating efficiency can be improved. Further, heat loss and regeneration heat loss in the pulse tube can be significantly reduced, and refrigeration efficiency as a pulse tube refrigerator can be improved.
[0078]
Further, by reducing the moving amount of the working gas, the volume of each buffer can be reduced, and the pulse tube refrigerator can be configured to be downsized as a whole.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse tube refrigerator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram when the configuration of the on-off valve shown in FIG. 1 is replaced with a rotary valve.
FIG. 3 is a sectional view showing an internal structure of the rotary valve shown in FIG.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a relevant part showing a connection state of the rotary valve shown in FIG.
FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of essential parts when the rotor rotates from the state shown in FIG. 3;
FIG. 6 is an explanatory view showing a communication path in the AA section shown in FIG. 3;
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a communication path in a BB section shown in FIG. 3;
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view showing a sealing structure of a pulse tube refrigerator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a pulse tube refrigerator in a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram in a case where the configuration of the on-off valve shown in FIG. 9 is replaced with a rotary valve.
FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view showing the internal structure of the rotary valve shown in FIG. 10;
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a communication passage in a cross section taken along line CC of the rotary valve shown in FIG. 11;
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a modification of the CC cross section shown in FIG. 12 in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram of a pulse tube refrigerator in a fifth embodiment of the present invention.
15 is a configuration diagram when the configuration of the on-off valve shown in FIG. 14 is replaced with a rotary valve.
FIG. 16 is a configuration diagram of a pulse tube refrigerator in a sixth embodiment of the present invention.
17 is a configuration diagram when the configuration of the on-off valve shown in FIG. 16 is replaced with a rotary valve.
FIG. 18 is a time chart showing the opening / closing timing of a rotary valve.
[Explanation of symbols]
1 pulse tube refrigerator
50 Freezing section
51 Pressure vibration source
53 Phase adjuster
102,126 Stator
104 pin (reference member)
105,127 Pressing member (ring member)
106,129 biasing member
107 pin (locking member)
111 Sliding contact part (contact part)
214, 241, 242 Communication hole (first communication path)
218 ports (first port, cooler side port)
231,320 ports (first discharge port, second discharge port)
331, 332 communication hole (second communication path)
235,326 ports (first suction port, second suction port)
318 ports (first buffer port)
401 rotor
401a rotor (first rotor)
401b rotor (second rotor)
402,403 cylinder
303 ports (second port, pulse tube side port)
318,320,326,231,235 ports
314,315 communication hole (second communication path)
331,332,333,334,346,241,242,243,244 communication passage (second communication passage)
343b, 314b, 315, 346, 346b, 315b, 314, 343 communication passage (third communication passage)
502 Livestock cooler
503 Low temperature heat exchanger
504 pulse tube
505 high temperature heat exchanger
512,532 Compressor
521,523 Compressor low pressure valve
522,524 Compressor high pressure valve
525 buffer valve (first buffer valve)
526 buffer valve (second buffer valve)
535 buffer (first buffer)
537 buffer (second buffer)
538 buffer (third buffer)
539 buffer (4th buffer)
541,542 Rotary valve

Claims

A pressure vibration source that causes a working gas to flow from the storage cooler side to generate pressure oscillations in the pulse tube to a refrigeration unit in which a storage cooler, a low-temperature heat exchanger, a pulse tube, and a high-temperature heat exchanger are arranged in series. Connected to a phase adjuster for flowing the working gas from the high-temperature heat exchanger side and adjusting the phase of the pressure fluctuation and the position fluctuation of the working gas with the pulse tube, and rotating the rotor in a cylinder to thereby perform the refrigeration. A pulse tube refrigerator having a rotary valve for communicating or blocking the passage to the section,
A first port connected to the high-temperature heat exchanger, a second port connected to the cooler, a reference member and a locking member provided in the axial direction of the rotor between the two ports,
A ring member disposed on the outer diameter of the rotor and movable in a predetermined range in the axial direction about the reference member,
A stator having an abutting portion that abuts the ring member, the stator being provided on the cylinder side;
A pulse tube refrigerator, comprising: a biasing member disposed between the locking member and the ring member to bias the ring member against the contact portion.

A refrigeration unit in which a livestock cooler, a low-temperature heat exchanger, a pulse tube and a high-temperature heat exchanger are arranged in series,
A pressure vibration source that causes a working gas to flow from the cooler side and generates pressure vibration in the pulse tube;
Flowing the working gas from the high-temperature heat exchanger side, comprising a phase adjuster for adjusting the phase of pressure fluctuation and position fluctuation of the working gas in the pulse tube,
In a pulse tube refrigerator that switches the passage by a rotary valve that rotates or rotates the rotor in the cylinder to communicate or shut off the passage to the refrigeration unit,
A first port connected to the high-temperature heat exchanger, a second port connected to the cooler, a reference member and a locking member protruding between the two ports in the radial direction of the rotor,
A ring member disposed on the outer diameter of the rotor and movable in a predetermined range in the axial direction about the reference member,
A stator having an abutting portion that abuts the ring member, the stator being provided on the cylinder side;
A pulse tube refrigerator, comprising: a biasing member disposed between the locking member and the ring member to bias the ring member against the contact portion.

The pulse tube according to claim 1, wherein the ring member is movable in an axial direction in a space formed in the cylinder, and pressure is supplied to the space from the outside. refrigerator.

4. The rotor or the cylinder according to claim 3, wherein a communication passage for guiding an external working gas to an inner diameter of the stator is formed, and a pressure in the space is higher than a pressure in the communication passage. The pulse tube refrigerator as described.

A pressure vibration source that causes a working gas to flow from the storage cooler side to a refrigeration unit in which a storage cooler, a low-temperature heat exchanger, a pulse tube, and a high-temperature heat exchanger are arranged in series and generates pressure vibration in the pulse tube And a phase adjuster for flowing the working gas from the high-temperature heat exchanger side and adjusting the phase of the pressure fluctuation and the position fluctuation of the working gas with the pulse tube, and rotating the rotor in a cylinder to form the refrigeration unit. A pulse tube refrigerator having a rotary valve for communicating or blocking the passage to
It has a first port connected to the high-temperature heat exchanger and a second port connected to the cooler, and has a first rotor and a second rotor in which the rotor is coaxial between the two ports. ,
A ring member disposed at an outer diameter of the rotors and movable along the axial direction, a stator fixed to a cylinder side having a contact portion that contacts the ring member, and a second rotor. And a biasing member disposed between the ring member and the ring member to bias the ring member against the contact portion.

A refrigeration unit in which a livestock cooler, a low-temperature heat exchanger, a pulse tube and a high-temperature heat exchanger are arranged in series,
A pressure vibration source that generates pressure vibration in the pulse tube by a working gas connected to a cooler,
A phase adjuster that is connected to the high-temperature heat exchanger side and performs phase adjustment of pressure fluctuation and position fluctuation of the working gas in the pulse tube by the working gas;
The refrigeration unit and the pressure vibration source or the refrigeration unit are disposed between the refrigeration unit and the pressure vibration source and between the refrigeration unit and the phase adjuster, and the rotor rotates in a cylinder. And a pulse tube refrigerator having a rotary valve that communicates or shuts off the phase adjuster,
The cylinder axially, a pulse tube side port connected to the high temperature heat exchanger, a cooler side port connected to the low temperature heat exchanger, and a first discharge port connected to the discharge port of the first compressor, A first suction port connected to a suction port of the first compressor, a second discharge port connected to a discharge port of the second compressor, a second suction port connected to a suction port of the second compressor, A first buffer port leading to a first buffer set at a predetermined pressure based on the first compressor and the second compressor;
A first communication passage and a second communication passage are formed in the rotor, and the first discharge port is formed by the rotation of the rotor with respect to the cylinder, through the cooling device and the first communication passage. Any one of the first suction ports communicates, and any one of the first buffer port, the second discharge port, and the second suction port communicates with the high-temperature heat exchanger via the second communication passage. A pulse tube refrigerator.

The cylinder further has a second buffer port connected to a second buffer different from the set pressure of the first buffer, and the high temperature heat exchanger and the second buffer are rotated by the rotation of the rotor with respect to the cylinder. The pulse tube refrigerator according to claim 6, wherein any one of the first buffer port, the second buffer port, the second discharge port, and the second suction port communicates with each other through a communication passage. .

A refrigeration unit in which a livestock cooler, a low-temperature heat exchanger, a pulse tube and a high-temperature heat exchanger are arranged in series,
A pressure vibration source that generates pressure vibration in the pulse tube by a working gas connected to a cooler,
A phase adjuster that is connected to the high-temperature heat exchanger side and performs phase adjustment of pressure fluctuation and position fluctuation of the working gas in the pulse tube by the working gas;
The refrigeration unit and the pressure vibration source or the refrigeration unit are disposed between the refrigeration unit and the pressure vibration source and between the refrigeration unit and the phase adjuster, and the rotor rotates in a cylinder. And a pulse tube refrigerator having a rotary valve that communicates or shuts off the phase adjuster,
The cylinder axially, a pulse tube side port connected to the high temperature heat exchanger, a cooler side port connected to the low temperature heat exchanger, a first discharge port connected to the discharge port of the first compressor, A first suction port connected to a suction port of the first compressor, a first buffer port connected to a first buffer set to a predetermined pressure, and a second buffer set to a pressure different from the first buffer; A second buffer port, a third buffer port leading to a third buffer set to a different pressure than the first buffer and the second buffer,
A first communication passage and a third communication passage are formed in the rotor, and the first discharge port is formed by the rotation of the rotor with respect to the cylinder, through the cooling device and the first communication passage. Any one of the first suction ports communicates, and any one of the first buffer port, the second buffer port, and the third buffer port communicates with the high-temperature heat exchanger via the third communication passage. A pulse tube refrigerator.

The cylinder further has a fourth buffer port connected to a fourth buffer, and the rotor rotates with respect to the cylinder, whereby the first buffer is connected to the high-temperature heat exchanger through the third communication path. The pulse tube refrigerator according to claim 8, wherein one of the port, the second buffer port, and the third buffer port communicates.