JP2016537604A - Cold head of cryogenic refrigerator - Google Patents

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Abstract

極低温冷凍機のコールドヘッドは、ハウジング(34,36)の作動チャンバ(38,40,46)に取り付けられているディスプレーサ(72,76)を備える。前記コールドヘッドはまた、高圧縮された冷媒を提供する高圧継手(64)と、作動チャンバ(38,40,56)からの拡張された冷媒を放出する低圧継手(60)とを備える。また、冷媒の供給及び放出を制御するバルブ制御装置(58)が設けられている。本発明においては、前記高圧継手(64)を前記低圧継手(60)へ接続するバイパスチャンネル(80)が存在する。The cold head of the cryogenic refrigerator includes a displacer (72, 76) attached to the working chamber (38, 40, 46) of the housing (34, 36). The cold head also includes a high pressure joint (64) that provides a highly compressed refrigerant and a low pressure joint (60) that discharges expanded refrigerant from the working chamber (38, 40, 56). Further, a valve control device (58) for controlling supply and discharge of the refrigerant is provided. In the present invention, there is a bypass channel (80) connecting the high pressure joint (64) to the low pressure joint (60).

Description

本発明は極低温冷凍機のコールドヘッドに関する。   The present invention relates to a cold head of a cryogenic refrigerator.

国際公開第94/29653号には、作動ガスにヘリウムを用いて動作し、高圧源及び低圧源に接続されている極低温冷凍機のコールドヘッドが開示されている。コールドヘッドは複数チャネルの制御バルブを備える。マルチチャネルバルブは、ピストンシリンダ部及び高温側におけるコールドフィンガーの作動チャンバの高圧入口及び低圧入口夫々への接続を制御する。蓄熱体を含むディスプレーサは、一端部においては高温側作動チャンバの範囲を定め、他端部においては低温側作動チャンバの範囲を定める。一方でディスプレーサは周期的にピストン/シリンダ部により往復運動し、熱はコールドヘッドのハウジングから恒常的に奪われていく。コールドヘッドが単段のディスプレーサを備えることにより、温度は約30K以下の温度とすることができる。2段又は3段のディスプレーサを備えることにより、1K未満の温度とすることも可能である。熱力学の周期プロセス(スターリングプロセス、又はギフォード・マクマホンプロセス)が、閉回路に誘導される作動ガス、一般にはヘリウムを用いるコールドヘッドで発生する。結果として熱は、ディスプレーサを包囲するハウジングの一端部から奪われる。   WO 94/29653 discloses a cold head of a cryogenic refrigerator that operates using helium as a working gas and is connected to a high pressure source and a low pressure source. The cold head includes a multi-channel control valve. The multi-channel valve controls the piston cylinder section and the connection of the cold finger on the hot side to the high pressure inlet and the low pressure inlet, respectively. The displacer including the heat storage body defines the range of the high temperature side working chamber at one end and the range of the low temperature side working chamber at the other end. On the other hand, the displacer periodically reciprocates by the piston / cylinder part, and heat is constantly taken away from the cold head housing. By providing the cold head with a single stage displacer, the temperature can be about 30K or less. By providing a two-stage or three-stage displacer, it is possible to set the temperature below 1K. A thermodynamic periodic process (Stirling process or Gifford McMahon process) occurs in a cold head using a working gas, typically helium, which is induced in a closed circuit. As a result, heat is removed from one end of the housing surrounding the displacer.

国際公開第94/29653号パンフレットInternational Publication No. 94/29653 Pamphlet

コールドヘッドは圧縮機に接続されている。回路は閉回路であるから、コールドヘッドの高圧継手及び低圧継手のいずれも、圧縮機に接続されている。このような圧縮機は典型的に、過圧バルブを備えている。同様に、高圧側及び低圧側の間に設けられている戻し流路に、過圧バルブが備えられている。典型的には、過圧バルブは、例えば圧縮機における高圧側及び低圧側の間における例えば18バールの差圧のために一般的に設計されたバネ付勢逆止弁である。抵抗値が非常に高いコールドヘッドが圧縮機に接続されている場合、作動圧は圧縮機の高圧側で過度に増加する。この過度のエネルギーを放出するために、過圧バルブが開口し、これにより冷媒、具体的にはヘリウムが、戻し流路経由で圧縮機の低圧側へ流れる。コールドヘッドの周期プロセスにより、圧縮機からコールドヘッドへのパルスガス供給が発生する。ここで、ガス振動が起こる可能性があるが、ガス振動が長い期間発生する場合、過圧バルブの多頻度の開閉を引き起こしかねない。この場合過圧バルブは深刻な過負荷を受けるから、過圧バルブのバルブシートへの損傷発生、又は破壊をも招き得る。また、このような過負荷は深刻なノイズ発生及び性能低下を引き起こす。過圧バルブが損傷した場合、オイルが冷却回路内に進入する可能性がある。もう一つの不利な点は、開弁圧と閉弁圧との間における過圧バルブのヒステリシスの存在による性能低下が発生することである。   The cold head is connected to the compressor. Since the circuit is a closed circuit, both the high pressure joint and the low pressure joint of the cold head are connected to the compressor. Such compressors typically include an overpressure valve. Similarly, an overpressure valve is provided in a return channel provided between the high pressure side and the low pressure side. Typically, the overpressure valve is a spring-loaded check valve that is generally designed for a differential pressure of, for example, 18 bar between the high pressure side and the low pressure side of the compressor, for example. If a cold head with a very high resistance is connected to the compressor, the working pressure will increase excessively on the high pressure side of the compressor. In order to release this excessive energy, the overpressure valve is opened, whereby the refrigerant, specifically helium, flows to the low pressure side of the compressor via the return flow path. The cyclic process of the cold head generates a pulse gas supply from the compressor to the cold head. Here, there is a possibility that gas vibration may occur. However, when the gas vibration occurs for a long period of time, the overpressure valve may be frequently opened and closed. In this case, since the overpressure valve is seriously overloaded, the overpressure valve may be damaged or destroyed. In addition, such overload causes serious noise generation and performance degradation. If the overpressure valve is damaged, oil can enter the cooling circuit. Another disadvantage is that performance degradation occurs due to the presence of overpressure valve hysteresis between the valve opening pressure and the valve closing pressure.

本発明の1つの目的は、過圧バルブにおける負荷を減少させることである。   One object of the present invention is to reduce the load on the overpressure valve.

本発明によれば、この目的は請求項1に定義したコールドヘッドにより解決される。   According to the invention, this object is solved by a cold head as defined in claim 1.

本発明における極低温冷凍機のコールドヘッドは、ハウジング、可能であれば複数の部分に分けられたハウジング内に作動チャンバを有している。単段又は複数段のディスプレーサが前記作動チャンバに設けられており、コールドヘッドは更に、高圧冷媒を前記作動チャンバへ供給するための高圧継手と、拡張された又は低圧の冷媒を放出するための低圧継手とを備える。更に、バルブ制御装置が設けられる。バルブ制御装置は、前記作動チャンバへの冷媒の供給及び前記作動チャンバからの冷媒の放出を制御する。ここで、バルブ制御装置は複数のバルブ、例えば入口バルブ及び出口バルブを備える構成としてもよい。好ましくは、バルブ制御装置は、高圧継手、低圧継手及び前記作動チャンバとの間の接続を制御する複数チャネルの制御バルブを有している。本発明によればコールドヘッドは、高圧継手及び低圧継手の間に2つの継手を接続するバイパスチャネルを有している。必要な場合には、過剰な冷媒は、前記コールドヘッドを流れることなしに直接的に、高圧継手から低圧継手へ前記バイパスチャネルを介して流れてもよい。これにより、発生した過剰エネルギーは、バイパスチャネルを通じて放出される。結果として、圧縮機に統合された過圧バルブは安定する。あるいは、過圧バルブは圧縮機から省略されるか、単に安全装置として設けられるようにしてもよい。結果として、大幅に低コストの過圧バルブを少なくとも使用することが可能になる。   The cold head of the cryogenic refrigerator in the present invention has a working chamber in a housing, preferably a housing divided into a plurality of parts. A single-stage or multi-stage displacer is provided in the working chamber, and the cold head further includes a high-pressure joint for supplying high-pressure refrigerant to the working chamber and a low-pressure for discharging expanded or low-pressure refrigerant. And a joint. Furthermore, a valve control device is provided. The valve control device controls the supply of the refrigerant to the working chamber and the discharge of the refrigerant from the working chamber. Here, the valve control device may include a plurality of valves, for example, an inlet valve and an outlet valve. Preferably, the valve control device includes a high-pressure joint, a low-pressure joint, and a multi-channel control valve that controls a connection between the working chamber. According to the invention, the cold head has a bypass channel connecting the two joints between the high pressure joint and the low pressure joint. If necessary, excess refrigerant may flow through the bypass channel directly from the high pressure joint to the low pressure joint without flowing through the cold head. As a result, the generated excess energy is released through the bypass channel. As a result, the overpressure valve integrated in the compressor is stable. Alternatively, the overpressure valve may be omitted from the compressor or simply provided as a safety device. As a result, it is possible to use at least a significantly lower cost overpressure valve.

本発明のより好ましい実施形態としては、流量調整装置が前記バイパスチャネルに設けられている。該流量調整装置は例えば、ノズル及び/又はバルブであってよい。そして該流量調整装置は、調節が可能であってもよい。この場合、既定の設定が動作に先立って行なわれ、これにより、例えば差圧が超過した場合に前記バルブが開放されるということが可能である。更に、前記流量調整器による調整を外側から、即ちコールドヘッドの外側から許可することが可能である。このように、動作中であっても対応する調整の実施が許可され得る。   As a more preferred embodiment of the present invention, a flow control device is provided in the bypass channel. The flow control device may be, for example, a nozzle and / or a valve. The flow rate adjusting device may be adjustable. In this case, a predetermined setting is made prior to the operation, so that, for example, the valve is opened when the differential pressure is exceeded. Furthermore, the adjustment by the flow regulator can be permitted from the outside, that is, from the outside of the cold head. In this way, the corresponding adjustment can be allowed to be performed even during operation.

本発明はコールドヘッドに、好ましくは圧力調整器を含むバイパスチャネルを設けるので、使用されている圧縮機の大幅なコスト低減を達成することが可能になる。更に、圧縮機の安全動作が促進され、圧縮機の性能が向上する。圧縮機における損傷した過圧バルブを起因とするオイル漏れのリスクもまた減少する。更に、寿命が延長され、ノイズの一定化が達成され得る。   The present invention provides the cold head with a bypass channel, preferably including a pressure regulator, so that a significant cost reduction of the compressor used can be achieved. Furthermore, the safe operation of the compressor is promoted and the performance of the compressor is improved. The risk of oil leakage due to damaged overpressure valves in the compressor is also reduced. Furthermore, the lifetime can be extended and noise stabilization can be achieved.

本発明のより好ましい実施形態としては、コールドヘッドはディスプレーサを動かすための移動装置を有しているとよい。移動装置はモータでもよい。モータ、例えば電気モータを用いることにより、例えば、ディスプレーサは溝穴付きガイドに沿って移動することができる。例えば偏心カムを用いることで容易にモータの回転運動がディスプレーサの直線運動へ変換される。代替案として、ディスプレーサを動かすピストン/シリンダ部が設けられてもよい。該ピストン/シリンダ部は例えば分離型油圧システムによって駆動されてもよい。しかしながら、その動きの目的からすると、ピストン/シリンダ部が高圧継手及び低圧継手に接続されることが好ましい。より好ましい実施形態では、ピストン/シリンダ部の作動、そしてディスプレーサの動作は、冷媒によって実現される。   In a more preferred embodiment of the present invention, the cold head may have a moving device for moving the displacer. The moving device may be a motor. By using a motor, such as an electric motor, for example, the displacer can move along a slotted guide. For example, by using an eccentric cam, the rotational motion of the motor can be easily converted into the linear motion of the displacer. As an alternative, a piston / cylinder part for moving the displacer may be provided. The piston / cylinder part may be driven by a separate hydraulic system, for example. However, for the purpose of its movement, it is preferred that the piston / cylinder portion be connected to the high pressure joint and the low pressure joint. In a more preferred embodiment, the operation of the piston / cylinder part and the operation of the displacer are realized by a refrigerant.

コールドヘッドは、少なくとも第1の接続チャネルが設けられている分配器本体を備えることが更に好ましい。第1の接続チャネルは、前記高圧継手を前記作動チャンバへ接続させることを可能とする。好ましくはこの接続はバルブ制御装置によって形成され、したがって第1の接続チャネルはバルブ制御装置と作動チャンバとの間に設けられている。好ましくは、分配器本体は追加的に、バルブ制御装置と低圧継手との間に設けられた第2の接続チャネルを有しているとよい。   More preferably, the cold head comprises a distributor body provided with at least a first connection channel. The first connection channel allows the high pressure joint to be connected to the working chamber. Preferably, this connection is formed by a valve control device, so that the first connection channel is provided between the valve control device and the working chamber. Preferably, the distributor body additionally has a second connection channel provided between the valve control device and the low pressure joint.

特に好ましい実施の形態では、バルブ本体は制御チャネルをも含むように設計される。制御チャネルは、移動装置、即ち具体的にはピストン/シリンダ部への制御媒体の供給及び放出を可能とする。なお制御媒体とは、好ましくは冷媒である。   In a particularly preferred embodiment, the valve body is designed to also include a control channel. The control channel allows the supply and release of the control medium to the moving device, specifically the piston / cylinder part. The control medium is preferably a refrigerant.

本発明は、好ましい実施形態及び添付の図面を参照しつつ以下に詳細が説明される。   The present invention will be described in detail below with reference to preferred embodiments and the accompanying drawings.

従来の極低温冷凍機の概略図である。It is the schematic of the conventional cryogenic refrigerator. 本発明に係る極低温冷凍機の概略図である。It is the schematic of the cryogenic refrigerator which concerns on this invention. 本発明によるコールドヘッドの一実施形態の断面略図である。1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a cold head according to the present invention.

従来の極低温冷凍機(図1)は、ヘリウムのような冷媒を圧縮する圧縮機10を備える。高圧側において圧縮機10は、コールドヘッド16の高圧継手14に導管12を介して接続されている。コールドヘッド16の低圧継手18は圧縮機10の低圧側に導管20によって接続されている。圧縮機10における過圧を回避するため、チェックバルブ24が、圧縮機10の高圧側を圧縮機10の低圧側へ繋げる戻し流路22中に設けられている。   A conventional cryogenic refrigerator (FIG. 1) includes a compressor 10 that compresses a refrigerant such as helium. On the high pressure side, the compressor 10 is connected to the high pressure joint 14 of the cold head 16 via a conduit 12. The low pressure joint 18 of the cold head 16 is connected to the low pressure side of the compressor 10 by a conduit 20. In order to avoid overpressure in the compressor 10, a check valve 24 is provided in the return flow path 22 that connects the high pressure side of the compressor 10 to the low pressure side of the compressor 10.

コールドヘッド16内部にて作動チャンバ26は、ディスプレーサピストン(図1に示されていない)が設置されている箇所に設けられている。入口バルブ28は、高圧継手14に接続されており、このために圧縮された冷媒は、入口バルブ28が開放されたときに作動チャンバ26へ流入する。拡張した冷媒は、出口バルブ30により低圧継手18へ導かれる。   Within the cold head 16, the working chamber 26 is provided at a location where a displacer piston (not shown in FIG. 1) is installed. The inlet valve 28 is connected to the high-pressure joint 14, so that the compressed refrigerant flows into the working chamber 26 when the inlet valve 28 is opened. The expanded refrigerant is guided to the low pressure joint 18 by the outlet valve 30.

図2に示す本発明に係るシステムの基本構成において、従来例と類似又は同一する構成要素には同一の符号が付されている。   In the basic configuration of the system according to the present invention shown in FIG. 2, the same reference numerals are given to the components that are similar or the same as those in the conventional example.

本発明によれば、略図にて示されたバイパスチャネル32は、コールドヘッド16の入口バルブ28と、コールドヘッド16の出口バルブ30との間に設けられている。バイパスチャネル32には、流量調整装置が設けられていてもよい。本発明に係るバイパスチャネル32を設けることにより、図2中の破線で示すように、戻し流路22及び過圧バルブ24を不要とすることができる。   According to the invention, the bypass channel 32, shown schematically, is provided between the inlet valve 28 of the cold head 16 and the outlet valve 30 of the cold head 16. The bypass channel 32 may be provided with a flow rate adjusting device. By providing the bypass channel 32 according to the present invention, the return flow path 22 and the overpressure valve 24 can be dispensed with, as indicated by the broken line in FIG.

コールドヘッド16の好適な実施形態は、図3の断面略図により示されている。   A preferred embodiment of the cold head 16 is illustrated by the cross-sectional schematic of FIG.

コールドヘッド16は2つのハウジングパーツ34及び36にて形成されたハウジングを有している。ハウジングパーツ34には、2つの円筒状の低温側作動チャンバ38及び40が、2つのディスプレーサステージ42及び44に設けられている。   The cold head 16 has a housing formed by two housing parts 34 and 36. The housing part 34 is provided with two cylindrical cold side working chambers 38 and 40 on two displacer stages 42 and 44.

上部のディスプレーサステージ42は高温側作動チャンバ46の範囲を定め、分配器本体52のシリンダ50内に設置された駆動ピストン48を設ける。そして、ディスプレーサ72,76は、複数のチャンバに分けられるように形成された作動チャンバ38,40,46内に設置されている。   The upper displacer stage 42 delimits the hot working chamber 46 and is provided with a drive piston 48 installed in the cylinder 50 of the distributor body 52. The displacers 72 and 76 are installed in the working chambers 38, 40, and 46 formed so as to be divided into a plurality of chambers.

分配器本体52は、高温側作動チャンバ46の範囲を規定する。制御チャネル54、第1の接続チャネル56、第2の接続チャネル57が同様にして穿孔により設けられている。第1の接続チャネル56は、作動チャンバ46に連通しており、該作動チャンバ46へ作動ガスを供給することを可能とする。3つのチャネルは全て、制御バルブ58により制御される。第1の接続チャネル56は、制御バルブ58を高温側作動チャンバ46へ接続し、制御チャネル54は制御バルブ58をシリンダ50へ接続し、第2の接続チャネル57は制御バルブ58を低圧継手60へ接続する。制御バルブ58は更に、高圧継手64に接続されているチャンバ62に接続している。高圧継手64からはヘリウムガスが約20バールの圧力にて供給され、約5バールの圧力ではヘリウムは低圧継手18に行き渡る。いずれの圧力も、制御バルブ58に対応する継手(図示せず)へチャンバ62及び第2の接続チャネル57夫々を介して供給される。各々を接続する導管は全て、分配器本体52の上部側へ通り、該上部側から制御バルブ58へ通っている。   The distributor body 52 defines the range of the hot working chamber 46. A control channel 54, a first connection channel 56, and a second connection channel 57 are similarly provided by drilling. The first connection channel 56 is in communication with the working chamber 46 and allows the working gas to be supplied to the working chamber 46. All three channels are controlled by control valve 58. The first connection channel 56 connects the control valve 58 to the hot working chamber 46, the control channel 54 connects the control valve 58 to the cylinder 50, and the second connection channel 57 connects the control valve 58 to the low pressure joint 60. Connecting. The control valve 58 is further connected to a chamber 62 that is connected to a high pressure joint 64. Helium gas is supplied from the high pressure joint 64 at a pressure of about 20 bar, and helium reaches the low pressure joint 18 at a pressure of about 5 bar. Either pressure is supplied to a joint (not shown) corresponding to the control valve 58 via the chamber 62 and the second connection channel 57, respectively. All of the conduits connecting them pass to the upper side of the distributor body 52 and from the upper side to the control valve 58.

ハウジングパーツ36は、シャフト68により制御バルブ58を駆動するモータ66を収容する。当該バルブは圧縮バネ70により付勢される。   The housing part 36 houses a motor 66 that drives a control valve 58 by a shaft 68. The valve is biased by a compression spring 70.

図示されている実施形態では、熱力学周期プロセスのための作動ガス及びピストン/シリンダ部48,50の駆動ガスは同一である。好適には、ヘリウムが用いられる。駆動ガスとして作動ガスとは異なるガスを使用することが可能である。   In the illustrated embodiment, the working gas for the thermodynamic periodic process and the driving gas for the piston / cylinder sections 48, 50 are the same. Preferably helium is used. A gas different from the working gas can be used as the driving gas.

ディスプレーサ72,76を動かすために本実施の形態にて設けられているピストン/シリンダ部48,50の代わりに、ディスプレーサ72,76はモータ、即ち例えば電気モータにより動かすようにしてもよい。この場合、電気モータは、偏心カムの回転が直線運動となるように偏心カム及び溝穴付きガイドが設けられてもよい。   Instead of the piston / cylinder portions 48, 50 provided in the present embodiment for moving the displacers 72, 76, the displacers 72, 76 may be moved by a motor, for example, an electric motor. In this case, the electric motor may be provided with an eccentric cam and a slotted guide so that the rotation of the eccentric cam is a linear motion.

円筒状の作動チャンバ46内で、ディスプレーサステージ42は、ガス透過性を有する蓄熱体74で内部が満たされている筒状のディスプレーサ72を含む。蓄熱体74は冷熱を蓄積し、内部を通過する暖かなガスに蓄積した冷熱を放つように作用する。   Within the cylindrical working chamber 46, the displacer stage 42 includes a cylindrical displacer 72 whose interior is filled with a gas permeable heat storage 74. The heat accumulator 74 acts to accumulate cold and release the cold accumulated in warm gas passing through the inside.

同様にして、ディスプレーサステージ42よりも縮径されたディスプレーサステージ44は、筒状の作動チャンバ40内で軸方向に動くことが可能な筒状のディスプレーサ76を含み、該ディスプレーサ76はディスプレーサ72と連結しており、内部はガス透過性を有する蓄熱体78で満たされている。   Similarly, the displacer stage 44 having a diameter smaller than that of the displacer stage 42 includes a tubular displacer 76 that can move in the axial direction within the tubular working chamber 40, and the displacer 76 is connected to the displacer 72. The interior is filled with a heat storage body 78 having gas permeability.

コールドフィンガーの動作中、高温側作動チャンバ46はまず、高圧継手64に第1の接続チャネル56及び制御バルブ58を介して接続される。同時に、制御チャネル54を通してシリンダ50へ高圧が導入される。ディスプレーサ72,76は、低温側に向けて移動する(下降する)。高圧下のガスは、蓄熱体74,78を通過し低温側へも流れる。冷却中の高圧下のガスは拡がり、蓄熱体との熱交換により更に拡大する。   During cold finger operation, the hot side working chamber 46 is first connected to the high pressure joint 64 via the first connection channel 56 and the control valve 58. At the same time, high pressure is introduced into the cylinder 50 through the control channel 54. The displacers 72 and 76 move (lower) toward the low temperature side. The gas under high pressure passes through the heat storage bodies 74 and 78 and also flows to the low temperature side. The gas under high pressure during cooling spreads and further expands by heat exchange with the heat storage body.

第2のフェーズにて制御チャネル54は、低圧継手に接続される。高圧の効果により、ディスプレーサ72,76は高温側へ向けて移動し、これにより高温側作動チャンバ46は縮小され、ガスが作動チャンバ40内の低温側から蓄熱体74,78を通過する。   In the second phase, the control channel 54 is connected to the low pressure joint. Due to the effect of the high pressure, the displacers 72 and 76 move toward the high temperature side, whereby the high temperature side working chamber 46 is contracted, and the gas passes through the heat accumulators 74 and 78 from the low temperature side in the working chamber 40.

第3のフェーズにて制御バルブ58は作動チャンバ40を、導管56を通じて低圧継手60へ接続させる。これにより、コールドヘッドの全作動チャンバのガスは冷却されながら拡がる。   In the third phase, the control valve 58 connects the working chamber 40 to the low pressure joint 60 through a conduit 56. Thereby, the gas in all the working chambers of the cold head expands while being cooled.

その後ディスプレーサ72,76は低温側に移動し、低温側作動チャンバ40の容積は次の周期に向けて縮小する。このフェーズにおいて冷却されたガスが作動チャンバ40から蓄熱体74,78へ向けて流れ、更に冷却される。   Thereafter, the displacers 72 and 76 move to the low temperature side, and the volume of the low temperature side working chamber 40 is reduced toward the next cycle. The gas cooled in this phase flows from the working chamber 40 toward the heat storage bodies 74 and 78 and is further cooled.

上述したプロセスの周期は約2Hzである。   The period of the process described above is about 2 Hz.

そして、図示した実施の形態においては、本発明に係るバイパスチャネル80が分配器本体52に設けられている。バイパスチャネル80は第2の接続チャネル57をチャンバ62へ接続する。したがってバイパスチャネル80は、高圧継手64を低圧継手60へ接続する。そして略図に示したように、バルブ82のような流量調整装置がバイパスチャネル80に設けられている。チャンバ62に不要な高圧が増加した場合、冷媒の一部が、バイパスチャネル80を通じて直接的に流れ、低圧継手60に接続している第2の接続チャネル57へ戻される。   In the illustrated embodiment, a bypass channel 80 according to the present invention is provided in the distributor main body 52. A bypass channel 80 connects the second connection channel 57 to the chamber 62. Thus, the bypass channel 80 connects the high pressure joint 64 to the low pressure joint 60. As shown schematically, a flow rate adjusting device such as a valve 82 is provided in the bypass channel 80. When the unnecessary high pressure in the chamber 62 increases, a portion of the refrigerant flows directly through the bypass channel 80 and is returned to the second connection channel 57 connected to the low pressure joint 60.

Claims (13)

ハウジング(34,36)の作動チャンバ(38,40,46)に取り付けられているディスプレーサ(72,76)と、前記作動チャンバ(38,40,46)へ高圧縮された冷媒を提供する高圧継手(64)と、前記作動チャンバ(38,40,56)からの拡張された冷媒を放出する低圧継手(60)と、前記作動チャンバ(38,40,46)への冷媒の供給、及び、前記作動チャンバ(38,40,46)からの冷媒の放出を制御するバルブ制御装置(28,30;58)とを備える極低温冷凍機のコールドヘッドにおいて、
前記高圧継手(64)を前記低圧継手(60)へ接続するバイパスチャンネル(80)を備える
ことを特徴とする極低温冷凍機のコールドヘッド。
A displacer (72, 76) attached to the working chamber (38, 40, 46) of the housing (34, 36) and a high pressure joint for providing highly compressed refrigerant to the working chamber (38, 40, 46) (64), a low pressure joint (60) that discharges expanded refrigerant from the working chamber (38, 40, 56), a supply of refrigerant to the working chamber (38, 40, 46), and the In a cold head of a cryogenic refrigerator comprising a valve controller (28, 30; 58) for controlling the discharge of refrigerant from the working chamber (38, 40, 46),
A cold head of a cryogenic refrigerator, comprising a bypass channel (80) connecting the high-pressure joint (64) to the low-pressure joint (60).
流量調整装置(82)が前記バイパスチャネル(80)に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The cold head of the cryogenic refrigerator according to claim 1, wherein a flow rate adjusting device (82) is provided in the bypass channel (80).
前記流量調整装置(82)は作動中に調整可能である
ことを特徴とする請求項2に記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The cold head of the cryogenic refrigerator according to claim 2, wherein the flow rate adjusting device (82) is adjustable during operation.
前記ディスプレーサ(72,76)を移動させる移動装置(48,50)を備える
ことを特徴とする請求項1−3のいずれか1つに記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The cold head of the cryogenic refrigerator according to any one of claims 1 to 3, further comprising a moving device (48, 50) for moving the displacer (72, 76).
前記移動装置はピストン/シリンダ部(48,50)として構成されており、動作時に、好ましくは前記高圧継手(64)及び低圧継手(60)に接続される
ことを特徴とする請求項4に記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
5. The moving device is configured as a piston / cylinder part (48, 50) and is preferably connected to the high pressure joint (64) and the low pressure joint (60) during operation. Cold head of a cryogenic refrigerator.
前記移動装置は、電気モータであるモータを有している
ことを特徴とする請求項4に記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The cold head of the cryogenic refrigerator according to claim 4, wherein the moving device has a motor which is an electric motor.
前記電気モータは、前記ディスプレーサ(72,76)に直線運動させるための溝穴付きガイド上を動く偏心カムを駆動する
ことを特徴とする請求項6に記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The cold head of the cryogenic refrigerator according to claim 6, wherein the electric motor drives an eccentric cam that moves on a slotted guide for linear movement of the displacer (72, 76).
前記バルブ制御装置(28,30;58)は、周期的に動作し、前記作動チャンバ(38,40,46)の前記高圧継手(64)及び低圧継手(60)への接続を制御する複数チャネルの制御バルブ(58)を備える
ことを特徴とする請求項1−7のいずれか1つに記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The valve control device (28, 30; 58) operates periodically and has a plurality of channels for controlling the connection of the working chamber (38, 40, 46) to the high pressure joint (64) and the low pressure joint (60). The cold head of the cryogenic refrigerator according to any one of claims 1 to 7, further comprising a control valve (58).
前記制御バルブ(58)は前記ピストン/シリンダ部(48,50)の接続を制御する
ことを特徴とする請求項8に記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The cold head of the cryogenic refrigerator according to claim 8, wherein the control valve (58) controls connection of the piston / cylinder part (48, 50).
前記高圧継手(64)を前記作動チャンバ(38,40,46)へ接続するために設けられる第1の接続チャネル(56)を少なくとも含む分配器本体(52)を備える
ことを特徴とする請求項1−8のいずれか1つに記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
A distributor body (52) comprising at least a first connection channel (56) provided to connect the high pressure joint (64) to the working chamber (38, 40, 46). The cold head of the cryogenic refrigerator as described in any one of 1-8.
前記第1の接続チャネル(56)は前記制御バルブ(58)と前記作動チャンバ(38,40,46)との間に設けられている
ことを特徴とする請求項10に記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The cryogenic refrigerator according to claim 10, wherein the first connection channel (56) is provided between the control valve (58) and the working chamber (38, 40, 46). Cold head.
前記分配器本体(52)は、前記制御バルブ(58)と前記低圧継手(60)との間に第2の接続チャネル(57)を含む
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The pole according to claim 8 or 9, wherein the distributor body (52) includes a second connection channel (57) between the control valve (58) and the low pressure joint (60). Cold head of low-temperature refrigerator.
前記分配器本体(52)は、冷媒等である制御媒体を前記ピストン/シリンダ部(48,50)へ供給、及び/又は、前記ピストン/シリンダ部(48,50)から放出する制御チャネル(54)を含む
ことを特徴とする請求項10−12のいずれか1つに記載の極低温冷凍機のコールドヘッド。
The distributor main body (52) supplies a control medium such as a refrigerant to the piston / cylinder part (48, 50) and / or discharges the control medium (54 from the piston / cylinder part (48, 50)). The cold head of a cryogenic refrigerator as claimed in any one of claims 10 to 12, characterized in that
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