JP2008224142A - Valve control device for pulse tube refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルス管冷凍機に係り、特に、PWM制御パルス管冷凍機に関するものである。 The present invention relates to a pulse tube refrigerator, and more particularly to a PWM control pulse tube refrigerator.
図8は従来のパルス管冷凍機の模式図、図9はそのパルス管冷凍機の動作を示す図、図10は従来のパルス管冷凍機の出力波形を示す図である。 FIG. 8 is a schematic diagram of a conventional pulse tube refrigerator, FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the pulse tube refrigerator, and FIG. 10 is a diagram illustrating an output waveform of the conventional pulse tube refrigerator.
図8において、101は圧縮機、102は第1のバルブ(CH)、103は第2のバルブ(CL)、104は冷端熱交換器であり、この冷端熱交換器104は、蓄冷管105とパルス管106からなる。107は第3のバルブ(BH)、108は第4のバルブ(BL)、109は第3のバルブ107が接続されるアクティブバッファ、110は第4のバルブ108が接続されるアクティブバッファである。
In FIG. 8, 101 is a compressor, 102 is a first valve (CH), 103 is a second valve (CL), 104 is a cold end heat exchanger, and this cold
このパルス管冷凍機の制御は、図9(a)に示すようなバルブシーケンスであり、冷端熱交換器104でのガス変位は図9(b)に示すように行われる。
The control of the pulse tube refrigerator is a valve sequence as shown in FIG. 9A, and the gas displacement in the cold
パルス管冷凍機については、下記の非特許文献1,2に詳述されている。
しかしながら、従来のパルス管冷凍機においては、パルス管内のガスの変化は、図10に示すように、略台形状の変化であり、パルス管内のガスの圧力変化が滑らかではない。 However, in the conventional pulse tube refrigerator, the change in the gas in the pulse tube is a substantially trapezoidal change as shown in FIG. 10, and the pressure change in the gas in the pulse tube is not smooth.
また、圧力変化を滑らかにするために配置しているアクティブバッファやオリフィスは機器点数を増加させることになり、信頼性の低下を招くといった問題があった。 In addition, the active buffer and the orifice arranged for smoothing the pressure change increase the number of devices, and there is a problem that the reliability is lowered.
本発明は、上記状況に鑑みて、構成が簡便で、しかもパルス管内のガスの圧力変化が滑らかなパルス管冷凍機のバルブ制御装置を提供することを目的とする。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a valve control device for a pulse tube refrigerator having a simple configuration and a smooth pressure change of gas in the pulse tube.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕パルス管冷凍機のバルブ制御装置において、パルス管内のガスの圧力制御を行うバルブをPWM制御による電子制御式電磁バルプとし、前記パルス管内のガスの圧力の変化を滑らかにすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In the valve control device of the pulse tube refrigerator, the valve for controlling the pressure of the gas in the pulse tube is an electronically controlled electromagnetic valve by PWM control, and the change in the pressure of the gas in the pulse tube is smoothed. And
〔2〕上記〔1〕記載のパルス管冷凍機のバルブ制御装置において、前記電子制御電磁バルプが2レベルスイッチング方式により駆動されることを特徴とする。 [2] The valve control device for a pulse tube refrigerator as described in [1] above, wherein the electronically controlled electromagnetic valve is driven by a two-level switching method.
〔3〕上記〔1〕記載のパルス管冷凍機のバルブ制御装置において、前記電子制御電磁バルプが3レベルスイッチング方式により駆動されることを特徴とする。 [3] In the valve control device for a pulse tube refrigerator as described in [1] above, the electronically controlled electromagnetic valve is driven by a three-level switching method.
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。 According to the present invention, the following effects can be achieved.
(1)構成が簡便で、しかもパルス管内のガスの圧力変化を滑らかにすることができる。 (1) The configuration is simple and the pressure change of the gas in the pulse tube can be made smooth.
(2)電子制御式電磁バルブとしたことにより、バルブの高速動作を図ることができる。 (2) By using an electronically controlled electromagnetic valve, the valve can be operated at high speed.
(3)2レベルパルス管冷凍機において、バルブの開閉をPWM制御することにより、ガス圧力の変化を細やかに行い、圧力の時間変化を正弦波にすることができる。 (3) In the two-level pulse tube refrigerator, by performing PWM control of valve opening / closing, the gas pressure can be changed finely and the pressure change over time can be made a sine wave.
(4)さらに、3レベルパルス管冷凍機において、パルス管に加える圧力を3レベルにすることにより正弦波の高調波を抑えることができる。 (4) Further, in the three-level pulse tube refrigerator, the harmonics of the sine wave can be suppressed by setting the pressure applied to the pulse tube to three levels.
本発明のパルス管冷凍機のバルブ制御装置は、パルス管内のガスの圧力制御を行うバルブをPWM制御による電子制御式電磁バルプとし、パルス管内のガスの圧力の変化を滑らかにする。 The valve control device for a pulse tube refrigerator of the present invention uses a valve for performing pressure control of gas in a pulse tube as an electronically controlled electromagnetic valve by PWM control, and smoothes the change in gas pressure in the pulse tube.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は本発明の第1実施例を示すPWM制御2レベルパルス管冷凍機の模式図、図2はその2レベルパルス管冷凍機のバルブを制御する2レベルスイッチング回路を示す図、図3はそのPWM制御2レベルパルス管のバルブの制御と出力波形を示す図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a PWM control two-level pulse tube refrigerator showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a two-level switching circuit for controlling the valves of the two-level pulse tube refrigerator, and FIG. It is a figure which shows the control and output waveform of the valve | bulb of the
これらの図において、1は圧縮機、2はパルス管、3は第1の電磁バルブ、3Aは第1の電磁バルブ3を制御する第1のスイッチング回路(図7参照)、4は第2の電磁バルブ、4Aは第2の電磁バルブ4を制御する第2のスイッチング回路(図7参照)、5は第3の電磁バルブ、5Aは第3の電磁バルブ5を制御する第3のスイッチング回路(図7参照)、6は第4の電磁バルブ、6Aは第4の電磁バルブ6を制御する第4のスイッチング回路(図7参照)で、7は第1のスイッチング回路3Aと、第2のスイッチング回路4Aと、第3のスイッチング回路5Aと第4のスイッチング回路6Aとをそれぞれ制御する、PWM(パルス幅変調)信号を出力し、そのPWM信号の分配を行う上位電子式コントローラである。なお、PWM信号の生成は、例えば、単相電圧形電流制御方式PMWインバータ(例えば、「制御用アクチュエータ」,平成59年10月25日初版,発行所産業図書株式会社,pp.176−181)等に開示されている。
In these drawings, 1 is a compressor, 2 is a pulse tube, 3 is a first electromagnetic valve, 3A is a first switching circuit for controlling the first electromagnetic valve 3 (see FIG. 7), and 4 is a second electromagnetic valve. The
これらの第1のバルブ〜第4のバルブ3〜6はそれぞれ、図2に示すような、2レベルスイッチング回路方式で駆動される。特に、パルス管2内のガスの圧力変化を滑らかにするために、図3(a)に示すような、第1の電磁バルブ3、第2の電磁バルブ4、第3の電磁バルブ5および第4の電磁バルブ6のそれぞれのPWM制御を行う。そのPWM制御により、図3(b)に示すような、2レベルパルス管内の圧力波形を生成させることができる。
Each of the first to
図4は本発明の第2実施例を示すPWM制御3レベルパルス管冷凍機の模式図、図5はその3レベルパルス管冷凍機のバルブを制御する3レベルスイッチング回路を示す図、図6はそのPWM制御3レベルパルス管の制御における出力波形を示す図である。
4 is a schematic diagram of a PWM-controlled three-level pulse tube refrigerator showing a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing a three-level switching circuit for controlling the valves of the three-level pulse tube refrigerator, and FIG. It is a figure which shows the output waveform in control of the
これらの図において、11,12は圧縮機、13はパルス管、14は第1の電磁バルブ、14Aは第1の電磁バルブ14を制御する第1のスイッチング回路、15は第2の電磁バルブ、15Aは第2の電磁バルブ15を制御する第2のスイッチング回路、16は第3の電磁バルブ、16Aは第3の電磁バルブ16を制御する第3のスイッチング回路、17は第4の電磁バルブ、17Aは第4の電磁バルブ17を制御する第4のスイッチング回路、18は第5の電磁バルブ、18Aは第5の電磁バルブ18を制御する第5のスイッチング回路、19は第6の電磁バルブ、19Aは第6の電磁バルブ19を制御する第6のスイッチング回路、20は第7の電磁バルブ、20Aは第7の電磁バルブ20を制御する第7のスイッチング回路、21は第8の電磁バルブ、21Aは第8の電磁バルブ21を制御する第8のスイッチング回路、22は第1のスイッチング回路14Aと第2のスイッチング回路15Aと第3のスイッチング回路16Aと第4のスイッチング回路17Aと第5のスイッチング回路18Aと第6のスイッチング回路19Aと第7のスイッチング回路20Aと第8のスイッチング回路21Aとをそれぞれ制御する上位電子式コントローラ、23は第1のバッファタンク、24は第2のバッファタンク、25は第1の一方向バルブ、26は第2の一方向バルブ、27は第3の一方向バルブ、28は第4の一方向バルブである。
In these drawings, 11 and 12 are compressors, 13 is a pulse tube, 14 is a first electromagnetic valve, 14A is a first switching circuit for controlling the first
これらの第1の電磁バルブ14〜第8の電磁バルブ21はそれぞれ、図5に示すような、3レベルスイッチング回路方式で駆動する。特に、パルス管13内のガスの圧力変化を滑らかにするために、上位電子式コントローラ22との協働により、図6(a)に示すようにPWM制御を行うようにすることができる。そのPWM制御により、第1の電磁バルブ14〜第8の電磁バルブ21の制御が行われ、図6(b)に示すようなPWM制御3レベルパルス管内の圧力波形を得ることができる。
These first to eighth
図7は本発明の実施例を示すバルブのスイッチング回路図である。 FIG. 7 is a valve switching circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
図7において、31は電源、32は上位電子式コントローラ7,22によって制御されるSCR(スイッチ)、33はバルブを制御するコイルである。
In FIG. 7, 31 is a power source, 32 is an SCR (switch) controlled by the host
このように構成したので、電磁バルブを制御するためのコイルは、図2及び図5に示す動作を行わせることができる。また、上位電子式コントローラとの協働により、PWM制御を行わせ、図3(a)又は図6(a)に示すようなパルスをバルブへ供給し、図3(b)又は図6(b)に示すようなパルス管内の出力波形を得ることができる。 Since it comprised in this way, the coil for controlling an electromagnetic valve can perform the operation | movement shown in FIG.2 and FIG.5. Further, in cooperation with the host electronic controller, PWM control is performed, and a pulse as shown in FIG. 3A or 6A is supplied to the valve, and FIG. 3B or FIG. The output waveform in the pulse tube as shown in FIG.
本発明においては、バルブを電子制御式電磁バルブとしたことにより、バルブの高速に動作させることができる。 In the present invention, since the valve is an electronically controlled electromagnetic valve, the valve can be operated at a high speed.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明のパルス管冷凍機のバルブ制御装置は、滑らかなガスの圧力変化を実施できるパルス管冷凍機のバルブ制御装置として利用可能である。 The valve control device for a pulse tube refrigerator of the present invention can be used as a valve control device for a pulse tube refrigerator capable of performing a smooth gas pressure change.
1 圧縮機
2 パルス管
3,14 第1の電磁バルブ
3A,14A 第1の電磁バルブを制御する第1のスイッチング回路
4,15 第2の電磁バルブ
4A,15A 第2の電磁バルブを制御する第2のスイッチング回路
5,16 第3の電磁バルブ
5A,16A 第3の電磁バルブを制御する第3のスイッチング回路
6,17 第4の電磁バルブ
6A,17A 第4の電磁バルブを制御する第4のスイッチング回路
7,22 上位電子式コントローラ
11,12 圧縮機
13 パルス管
18 第5の電磁バルブ
18A 第5の電磁バルブを制御する第5のスイッチング回路
19 第6の電磁バルブ
19A 第6の電磁バルブを制御する第6のスイッチング回路
20 第7の電磁バルブ
20A 第7の電磁バルブを制御する第7のスイッチング回路
21 第8の電磁バルブ
21A 第8の電磁バルブを制御する第8のスイッチング回路
23 第1のバッファタンク
24 第2のバッファタンク
25 第1の一方向バルブ
26 第2の一方向バルブ
27 第3の一方向バルブ
28 第4の一方向バルブ
31 電源
32 SCR(スイッチ)
33 バルブを制御するコイル
DESCRIPTION OF
33 Coil that controls the valve
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