JP2019128055A - Active buffer pulse tube refrigeration machine - Google Patents

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Abstract

To suppress increase in size of an active buffer pulse tube refrigeration machine.SOLUTION: A pulse tube refrigeration machine 10 includes a pulse tube 16 having a pulse tube high-temperature end 16a and a pulse tube low-temperature end 16b, a regenerator 18 having a regenerator high-temperature end 18a, and a regenerator low-temperature end 18b communicated to the pulse tube low temperature end 16b, a main pressure switch valve 28 alternately connecting the regenerator high-temperature end 18a to a compressor discharge port 12a and a compressor suction port 12b, a phase control mechanism 36 having a first buffer volume B1 and a first buffer opening/closing valve 30 connecting the first buffer volume B1 to the pulse tube high-temperature end 16a, and a buffer pressure control valve 32 for selectively communicating any of the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the first buffer volume B1 to control a pressure of the first buffer volume B1.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、アクティブバッファ型のパルス管冷凍機（以下、アクティブバッファパルス管冷凍機ともいう）に関する。   The present invention relates to an active buffer type pulse tube refrigerator (hereinafter also referred to as an active buffer pulse tube refrigerator).

パルス管冷凍機は、主たる構成要素として、振動流発生源、蓄冷器、パルス管、および位相制御機構を備える。振動流の発生にはいくつかの方式がある。例えば、圧縮機と周期的な流路切替弁の組み合わせを用いるいわゆるＧＭ（ギフォード・マクマホン；Gifford-McMahon）方式と、調和振動するピストンによって振動流を発生するスターリング方式が知られている。また、ＧＭ方式のパルス管冷凍機は、位相制御機構の構成により、ダブルインレット型、アクティブバッファ型、４バルブ型などいくつかの方式に分類される。   The pulse tube refrigerator comprises an oscillating flow source, a regenerator, a pulse tube, and a phase control mechanism as main components. There are several ways to generate an oscillating flow. For example, a so-called GM (Gifford-McMahon) system using a combination of a compressor and a periodic flow path switching valve and a Stirling system that generates a vibration flow by a harmonically oscillating piston are known. Further, GM pulse tube refrigerators are classified into several types such as a double inlet type, an active buffer type, and a four-valve type depending on the configuration of the phase control mechanism.

特開２００５−７６８９６号公報JP-A-2005-76896

一般に、アクティブバッファパルス管冷凍機は、圧縮機から独立して設けられパルス管の高温端に接続されたバッファタンクを備え、このバッファタンクからパルス管へのガス流入および流出が位相制御に用いられる。圧縮機が提供できるガス流量を位相制御に配分する必要が無いので、アクティブバッファパルス管冷凍機は、ダブルインレット型や４バルブ式など他の方式に比べて冷凍機の効率を高くしやすいという利点がある。   In general, an active buffer pulse tube refrigerator includes a buffer tank provided independently of a compressor and connected to a high temperature end of the pulse tube. Gas inflow and outflow from the buffer tank to the pulse tube are used for phase control. . Since there is no need to distribute the gas flow rate that the compressor can provide to phase control, the advantage of the active buffer pulse tube refrigerator is that it is easier to increase the efficiency of the refrigerator than other systems such as the double inlet type and the 4-valve type. There is.

その反面、アクティブバッファパルス管冷凍機は通例、所望の位相制御を実現するためにかなり大容積のバッファタンクを要しうる。複数個のバッファタンクが装備され、それぞれ異なる圧力源として用いられる場合（例えば、３個のバッファタンクが高圧源、中圧源、および低圧源として設置される場合）もあり、１つ１つのバッファタンクの容積が、しばしばパルス管または蓄冷器の容積の少なくとも数倍以上にも及びうる。そのため、アクティブバッファパルス管冷凍機を設置するにはかなり大きなスペースを要し、そのように大きな設置スペースを確保することは実際上困難となりうる。このことは、アクティブバッファパルス管冷凍機には高い効率を実現しやすいという利点があるにもかかわらず、その適用可能な用途を制約しうる。   On the other hand, active buffer pulse tube refrigerators can typically require a relatively large volume of buffer tank to achieve the desired phase control. In some cases, a plurality of buffer tanks are provided and used as different pressure sources (for example, three buffer tanks are installed as a high pressure source, an intermediate pressure source, and a low pressure source). The volume of the tank can often be at least several times greater than the volume of the pulse tube or regenerator. Therefore, the installation of the active buffer pulse tube refrigerator requires a considerable amount of space, and it may be practically difficult to secure such a large installation space. Although this has the advantage that an active buffer pulse tube refrigerator is easy to achieve high efficiency, it can limit its applicable applications.

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化を抑制する技術を提供することにある。   One of the exemplary objects of an aspect of the present invention is to provide a technique for suppressing the increase in size of an active buffer pulse tube refrigerator.

本発明のある態様によると、アクティブバッファパルス管冷凍機は、パルス管高温端とパルス管低温端とを有するパルス管と、蓄冷器高温端と、前記パルス管低温端と連通している蓄冷器低温端とを有する蓄冷器と、前記蓄冷器高温端を圧縮機吐出口および圧縮機吸入口に交互に接続する主圧力切替バルブと、第１バッファ容積と、前記第１バッファ容積を前記パルス管高温端に接続する第１バッファ開閉バルブとを有する位相制御機構と、前記第１バッファ容積の圧力を制御するように前記圧縮機吐出口または前記圧縮機吸入口のいずれかを前記第１バッファ容積に選択的に連通させるバッファ圧力制御バルブと、を備える。   According to an aspect of the present invention, an active buffer pulse tube refrigerator includes a pulse tube having a pulse tube high temperature end and a pulse tube low temperature end, a regenerator high temperature end, and a regenerator in communication with the pulse tube low temperature end. A regenerator having a low temperature end, a main pressure switching valve for alternately connecting the regenerator high temperature end to a compressor discharge port and a compressor suction port, a first buffer volume, and the first buffer volume to the pulse tube A phase control mechanism having a first buffer opening / closing valve connected to the high temperature end, and either the compressor discharge port or the compressor suction port to control the pressure of the first buffer volume, the first buffer volume And a buffer pressure control valve for selectively communicating with each other.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制される。   According to the present invention, enlargement of the active buffer pulse tube refrigerator is suppressed.

第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly the whole composition of the active buffer pulse tube refrigerator concerning a 1st embodiment. 第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the working gas circuit structure of the active buffer pulse tube refrigerator which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating exemplary valve timing and pressure waveforms applicable to the active buffer pulse tube refrigerator according to the first embodiment. 第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating exemplary valve timing and pressure waveforms applicable to the active buffer pulse tube refrigerator according to the first embodiment. 第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the whole structure of the active buffer pulse tube refrigerator which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the working gas circuit structure of the active buffer pulse tube refrigerator which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating exemplary valve timing and pressure waveforms applicable to the active buffer pulse tube refrigerator according to the second embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. Moreover, the structure described below is an illustration and does not limit the scope of the present invention at all. In the drawings referred to in the following description, the size and thickness of each constituent member are for convenience of description, and do not necessarily indicate actual dimensions and ratios.

図１は、第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機（以下では単に、パルス管冷凍機ともいう）の全体構成を概略的に示す図である。図２は、第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an active buffer pulse tube refrigerator (hereinafter also simply referred to as a pulse tube refrigerator) according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic view showing a working gas circuit configuration of the active buffer pulse tube refrigerator according to the first embodiment.

パルス管冷凍機１０は、圧縮機１２と、コールドヘッド１４とを備える。コールドヘッド１４は、パルス管１６、蓄冷器１８、被冷却物１９を冷却する冷却ステージ２０、フランジ部２２、バルブ部２４、および少なくとも１つのバッファタンク２６を備える。パルス管冷凍機１０は、単段式のパルス管冷凍機である。ただし、パルス管冷凍機１０は、あるいは多段式（例えば二段式）のパルス管冷凍機とすることも可能である。   The pulse tube refrigerator 10 includes a compressor 12 and a cold head 14. The cold head 14 includes a pulse tube 16, a regenerator 18, a cooling stage 20 that cools an object 19 to be cooled, a flange portion 22, a valve portion 24, and at least one buffer tank 26. The pulse tube refrigerator 10 is a single-stage pulse tube refrigerator. However, the pulse tube refrigerator 10 may be a multistage (for example, two-stage) pulse tube refrigerator.

詳しくは後述するが、バルブ部２４は、主圧力切替バルブ２８、第１バッファ開閉バルブ３０、およびバッファ圧力制御バルブ３２を備える。バッファタンク２６は、第１バッファ容積Ｂ１を有する。第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０においては、バッファタンク２６は唯一のバッファタンクであり、すなわち、パルス管冷凍機１０は、バッファタンク２６以外にはバッファ容積を有しない。圧縮機１２、バッファタンク２６、およびバッファ圧力制御バルブ３２によって、圧力可変バッファ容積が構成される。   As will be described in detail later, the valve unit 24 includes a main pressure switching valve 28, a first buffer opening / closing valve 30, and a buffer pressure control valve 32. The buffer tank 26 has a first buffer volume B1. In the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment, the buffer tank 26 is the only buffer tank, that is, the pulse tube refrigerator 10 has no buffer volume other than the buffer tank 26. The compressor 12, the buffer tank 26, and the buffer pressure control valve 32 constitute a pressure variable buffer volume.

圧縮機１２および主圧力切替バルブ２８によって、パルス管冷凍機１０の振動流発生源３４が構成される。振動流発生源３４は、圧縮機１２が生み出す作動ガスの定常流から、主圧力切替バルブ２８の切替動作によって蓄冷器１８を通じてパルス管１６内に作動ガスの圧力振動を生成するように構成されている。また、バッファタンク２６および第１バッファ開閉バルブ３０によって、パルス管冷凍機１０の位相制御機構３６が構成される。位相制御機構３６は、第１バッファ開閉バルブ３０の開閉動作によって、作動ガスの圧力振動に対しパルス管１６内のガス要素（ガスピストンとも呼ばれる）の変位振動の位相を遅らせるように構成されている。適切な位相遅れは、パルス管１６の低温端でのＰＶ仕事を生じさせ、作動ガスを冷却することができる。冷却された作動ガスとの熱交換により冷却ステージ２０が冷却される。   The compressor 12 and the main pressure switching valve 28 constitute an oscillating flow generation source 34 of the pulse tube refrigerator 10. The oscillating flow source 34 is configured to generate pressure oscillation of the working gas in the pulse tube 16 through the regenerator 18 by the switching operation of the main pressure switching valve 28 from the steady flow of the working gas generated by the compressor 12. There is. The buffer tank 26 and the first buffer on / off valve 30 constitute a phase control mechanism 36 of the pulse tube refrigerator 10. The phase control mechanism 36 is configured to delay the phase of the displacement vibration of the gas element (also referred to as a gas piston) in the pulse tube 16 with respect to the pressure vibration of the working gas by the opening / closing operation of the first buffer opening / closing valve 30. . An appropriate phase lag can cause PV work at the cold end of the pulse tube 16 to cool the working gas. The cooling stage 20 is cooled by heat exchange with the cooled working gas.

圧縮機１２は、圧縮機吐出口１２ａと圧縮機吸入口１２ｂとを有し、回収した低圧ＰＬの作動ガスを圧縮して高圧ＰＨの作動ガスを生成するよう構成されている。圧縮機吐出口１２ａから蓄冷器１８を通じてパルス管１６に作動ガスが供給され、パルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが回収される。圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂはそれぞれ、パルス管冷凍機１０の高圧源および低圧源として機能する。作動ガスは、冷媒ガスとも称され、例えばヘリウムガスである。   The compressor 12 has a compressor discharge port 12a and a compressor suction port 12b, and is configured to compress the recovered low pressure PL working gas to generate a high pressure PH working gas. The working gas is supplied from the compressor discharge port 12a to the pulse tube 16 through the regenerator 18, and the working gas is recovered from the pulse tube 16 to the compressor suction port 12b through the regenerator 18. The compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b function as a high pressure source and a low pressure source of the pulse tube refrigerator 10, respectively. The working gas is also called a refrigerant gas, for example, helium gas.

パルス管冷凍機１０には、高圧ライン１３ａおよび低圧ライン１３ｂが設けられている。高圧ライン１３ａは、圧縮機吐出口１２ａをコールドヘッド１４のバルブ部２４に接続する。高圧ライン１３ａを通じて、高圧ＰＨの作動ガスが圧縮機１２からコールドヘッド１４に流れる。低圧ライン１３ｂは、圧縮機吸入口１２ｂをコールドヘッド１４のバルブ部２４に接続する。低圧ライン１３ｂを通じて、低圧ＰＬの作動ガスがコールドヘッド１４から圧縮機１２に流れる。   The pulse tube refrigerator 10 is provided with a high pressure line 13a and a low pressure line 13b. The high-pressure line 13 a connects the compressor discharge port 12 a to the valve unit 24 of the cold head 14. The high pressure PH working gas flows from the compressor 12 to the cold head 14 through the high pressure line 13a. The low pressure line 13 b connects the compressor suction port 12 b to the valve unit 24 of the cold head 14. The low pressure PL working gas flows from the cold head 14 to the compressor 12 through the low pressure line 13b.

パルス管１６は、パルス管高温端１６ａと、パルス管低温端１６ｂとを有し、パルス管高温端１６ａからパルス管低温端１６ｂへと延在する。パルス管高温端１６ａおよびパルス管低温端１６ｂはそれぞれ、パルス管１６の第１端および第２端とも称しうる。同様に、蓄冷器１８は、蓄冷器高温端１８ａと、蓄冷器低温端１８ｂとを有し、蓄冷器高温端１８ａから蓄冷器低温端１８ｂへと延在する。蓄冷器高温端１８ａおよび蓄冷器低温端１８ｂはそれぞれ、蓄冷器１８の第１端および第２端とも称しうる。   The pulse tube 16 has a pulse tube hot end 16a and a pulse tube cold end 16b, and extends from the pulse tube hot end 16a to the pulse tube cold end 16b. The pulse tube hot end 16a and the pulse tube cold end 16b may also be referred to as a first end and a second end of the pulse tube 16, respectively. Similarly, the regenerator 18 has a regenerator high temperature end 18a and a regenerator low end 18b and extends from the regenerator high end 18a to the regenerator low end 18b. Regenerator high temperature end 18a and regenerator low end 18b may also be referred to as first and second ends of regenerator 18, respectively.

パルス管低温端１６ｂと蓄冷器低温端１８ｂは冷却ステージ２０によって構造的に接続され熱的に結合されている。冷却ステージ２０には冷却ステージ連通路３８が形成されている。冷却ステージ連通路３８を通じて、パルス管低温端１６ｂは、蓄冷器低温端１８ｂと流体的に連通している。したがって、圧縮機１２から供給される作動ガスは、蓄冷器低温端１８ｂから冷却ステージ連通路３８を通じてパルス管低温端１６ｂへと流れることができる。パルス管１６からの戻りガスは、パルス管低温端１６ｂから冷却ステージ連通路３８を通じて蓄冷器低温端１８ｂへと流れることができる。   The pulse tube cold end 16b and the regenerator cold end 18b are structurally connected and thermally coupled by the cooling stage 20. A cooling stage communication path 38 is formed in the cooling stage 20. Through the cooling stage communication path 38, the pulse tube cold end 16b is in fluid communication with the regenerator cold end 18b. Therefore, the working gas supplied from the compressor 12 can flow from the regenerator low-temperature end 18 b to the pulse tube low-temperature end 16 b through the cooling stage communication path 38. The return gas from the pulse tube 16 can flow from the pulse tube cold end 16 b through the cooling stage communication passage 38 to the regenerator cold end 18 b.

例示的な構成においては、パルス管１６は内部を空洞とする円筒状の管であり、蓄冷器１８は内部に蓄冷材を充填した円筒状の管であり、両者は互いに隣り合って各々の中心軸を平行として配置されている。パルス管１６および蓄冷器１８は、冷却ステージ２０から同方向に延びており、パルス管高温端１６ａおよび蓄冷器高温端１８ａは、冷却ステージ２０に対して同じ側に配置されている。このようにして、パルス管１６、蓄冷器１８、および冷却ステージ２０は、Ｕ字状に配置されている。   In the exemplary configuration, the pulse tube 16 is a cylindrical tube having a hollow inside, and the regenerator 18 is a cylindrical tube filled with a regenerator material, both of which are adjacent to each other in the center of each. The axes are arranged parallel. The pulse tube 16 and the regenerator 18 extend in the same direction from the cooling stage 20, and the pulse tube hot end 16a and the regenerator high end 18a are disposed on the same side with respect to the cooling stage 20. In this way, the pulse tube 16, the regenerator 18 and the cooling stage 20 are arranged in a U-shape.

被冷却物１９は、冷却ステージ２０上に直接設置され、または冷却ステージ２０に剛性または可撓性の伝熱部材を介して熱的に結合されている。パルス管冷凍機１０は、冷却ステージ２０からの伝導冷却によって被冷却物１９を冷却することができる。なおパルス管冷凍機１０によって冷却される被冷却物１９は、超伝導電磁石またはその他の超伝導装置、あるいは赤外線撮像素子またはその他のセンサなど固形物には限られない。言うまでもなく、パルス管冷凍機１０は冷却ステージ２０に接触する気体または液体を冷却することもできる。   The object to be cooled 19 is directly installed on the cooling stage 20 or is thermally coupled to the cooling stage 20 via a rigid or flexible heat transfer member. The pulse tube refrigerator 10 can cool the object 19 by conduction cooling from the cooling stage 20. Note that the object to be cooled 19 cooled by the pulse tube refrigerator 10 is not limited to a solid material such as a superconducting electromagnet or other superconducting device, an infrared imaging element, or other sensor. Needless to say, the pulse tube refrigerator 10 can also cool the gas or liquid that contacts the cooling stage 20.

一方、パルス管高温端１６ａと蓄冷器高温端１８ａはフランジ部２２によって接続されている。フランジ部２２は、パルス管冷凍機１０が設置される支持台または支持壁などの支持部４０に取り付けられる。支持部４０は、冷却ステージ２０および被冷却物１９を（蓄冷器１８およびパルス管１６とともに）収容する断熱容器または真空容器の壁材またはその他の部位であってもよい。   On the other hand, the pulse tube high temperature end 16 a and the regenerator high temperature end 18 a are connected by the flange portion 22. The flange portion 22 is attached to a support portion 40 such as a support base or a support wall on which the pulse tube refrigerator 10 is installed. The support part 40 may be a wall material of the heat insulating container or the vacuum container or the other part for housing the cooling stage 20 and the object 19 to be cooled (along with the regenerator 18 and the pulse tube 16).

フランジ部２２の一方の主表面から蓄冷器１８およびパルス管１６が冷却ステージ２０へと延び、フランジ部２２の他方の主表面にはバルブ部２４が設けられている。したがって、支持部４０が断熱容器または真空容器の一部を構成する場合には、フランジ部２２が支持部４０に取り付けられるとき、蓄冷器１８、パルス管１６、および冷却ステージ２０は、当該容器内に収容され、バルブ部２４は、容器外に配置される。このようにして、圧縮機１２、バルブ部２４、およびバッファタンク２６は周囲環境（例えば、室温大気圧環境）に配置され、蓄冷器１８、パルス管１６、および冷却ステージ２０は周囲環境から隔離された環境（例えば、極低温真空環境）に配置される。   The regenerator 18 and the pulse tube 16 extend from one main surface of the flange portion 22 to the cooling stage 20, and a valve portion 24 is provided on the other main surface of the flange portion 22. Therefore, when the support part 40 comprises a part of a heat insulation container or a vacuum vessel, when the flange part 22 is attached to the support part 40, the regenerator 18, the pulse tube 16, and the cooling stage 20 are in the container. The valve portion 24 is disposed outside the container. In this manner, the compressor 12, the valve unit 24, and the buffer tank 26 are disposed in the ambient environment (for example, room temperature and atmospheric pressure environment), and the regenerator 18, the pulse tube 16, and the cooling stage 20 are isolated from the ambient environment. Placed in a different environment (for example, a cryogenic vacuum environment).

なお、バルブ部２４は、フランジ部２２に直接取り付けられている必要はない。バルブ部２４は、パルス管冷凍機１０のコールドヘッド１４から分離して配置され、剛性または可撓性の配管によりコールドヘッド１４に接続されてもよい。こうして、パルス管冷凍機１０の振動流発生源３４および位相制御機構３６がコールドヘッド１４から分離して配置されてもよい。   The valve portion 24 does not need to be directly attached to the flange portion 22. The valve unit 24 may be arranged separately from the cold head 14 of the pulse tube refrigerator 10 and may be connected to the cold head 14 by a rigid or flexible pipe. Thus, the oscillating flow source 34 and the phase control mechanism 36 of the pulse tube refrigerator 10 may be disposed separately from the cold head 14.

また、パルス管冷凍機１０は、パルス管連通路４２、蓄冷器連通路４４、およびバッファライン４６を有する。パルス管連通路４２はパルス管高温端１６ａから延び、第１バッファ開閉バルブ３０を介してバッファライン４６に接続される。蓄冷器連通路４４は蓄冷器高温端１８ａから延び主圧力切替バルブ２８を介して高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂに分岐している。バッファライン４６は、バッファタンク２６をバルブ部２４（具体的には、バルブ部２４のうち第１バッファ開閉バルブ３０およびバッファ圧力制御バルブ３２）に接続する。また、バッファライン４６は、バッファ圧力制御バルブ３２を介して高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂに分岐している。バッファライン４６は、バッファタンク２６と第１バッファ開閉バルブ３０との間で、または、バッファタンク２６とバッファ圧力制御バルブ３２との間で、作動ガスを流すことができる。   Further, the pulse tube refrigerator 10 includes a pulse tube communication path 42, a regenerator communication path 44, and a buffer line 46. The pulse tube communication passage 42 extends from the pulse tube high temperature end 16 a and is connected to the buffer line 46 via the first buffer on-off valve 30. The regenerator communication passage 44 extends from the regenerator high temperature end 18a and branches to the high pressure line 13a and the low pressure line 13b via the main pressure switching valve 28. The buffer line 46 connects the buffer tank 26 to the valve unit 24 (specifically, the first buffer opening / closing valve 30 and the buffer pressure control valve 32 in the valve unit 24). The buffer line 46 is branched into a high pressure line 13 a and a low pressure line 13 b via a buffer pressure control valve 32. The buffer line 46 can flow the working gas between the buffer tank 26 and the first buffer opening / closing valve 30 or between the buffer tank 26 and the buffer pressure control valve 32.

このようにして、振動流発生源３４は蓄冷器連通路４４を通じて蓄冷器高温端１８ａに接続される。位相制御機構３６は、パルス管連通路４２を通じてパルス管高温端１６ａに接続され、バッファライン４６およびバッファ圧力制御バルブ３２を通じて圧縮機１２に接続される。   In this manner, the oscillating flow source 34 is connected to the regenerator high temperature end 18 a through the regenerator communication passage 44. The phase control mechanism 36 is connected to the pulse tube high temperature end 16 a through the pulse tube communication path 42, and is connected to the compressor 12 through the buffer line 46 and the buffer pressure control valve 32.

パルス管冷凍機１０はアクティブバッファ型であるから、パルス管高温端１６ａと蓄冷器高温端１８ａを流体的に連通させるバイパス路は設けられていない。したがって、パルス管高温端１６ａと蓄冷器高温端１８ａの間で作動ガスが直接流れることはできない。上述のように、パルス管１６と蓄冷器１８の間で流れる作動ガスはすべて冷却ステージ連通路３８を通る。しかし、もし必要とされる場合には、パルス管冷凍機１０は、パルス管高温端１６ａと蓄冷器高温端１８ａを流体的に連通させるバイパス路を備えてもよい。   Since the pulse tube refrigerator 10 is an active buffer type, no bypass path is provided for fluidly communicating the pulse tube high temperature end 16a and the regenerator high temperature end 18a. Therefore, the working gas cannot flow directly between the pulse tube high temperature end 16a and the regenerator high temperature end 18a. As described above, all the working gas flowing between the pulse tube 16 and the regenerator 18 passes through the cooling stage communication path 38. However, if required, the pulse tube refrigerator 10 may include a bypass that fluidly communicates the pulse tube hot end 16a with the regenerator hot end 18a.

バルブ部２４の例示的な構成を述べる。主圧力切替バルブ２８は、蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように構成されている。主圧力切替バルブ２８は、圧縮機吐出口１２ａを蓄冷器高温端１８ａに接続する主吸気開閉バルブＶ１と、圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器高温端１８ａに接続する主排気開閉バルブＶ２とを備える。   An exemplary configuration of the valve unit 24 will be described. The main pressure switching valve 28 is configured to alternately connect the regenerator high temperature end 18a to the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b. The main pressure switching valve 28 includes a main intake opening / closing valve V1 that connects the compressor discharge port 12a to the regenerator high temperature end 18a, and a main exhaust opening / closing valve V2 that connects the compressor intake port 12b to the regenerator high temperature end 18a. .

主圧力切替バルブ２８は、主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２がそれぞれ排他的に開放されるよう構成されている。すなわち、主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２が同時に開くことは禁止されている。主吸気開閉バルブＶ１が開いているとき主排気開閉バルブＶ２は閉じられ、主排気開閉バルブＶ２が開いているとき主吸気開閉バルブＶ１は閉じられる。なお主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２は一時的にともに閉じられてもよい。   The main pressure switching valve 28 is configured such that the main intake on-off valve V1 and the main exhaust on-off valve V2 are opened exclusively. That is, simultaneous opening of the main intake on-off valve V1 and the main exhaust on-off valve V2 is prohibited. When the main intake on-off valve V1 is open, the main exhaust on-off valve V2 is closed, and when the main exhaust on-off valve V2 is open, the main intake on-off valve V1 is closed. The main intake on-off valve V1 and the main exhaust on-off valve V2 may be temporarily closed together.

主吸気開閉バルブＶ１が開いているとき、矢印Ａ１で示されるように、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、主吸気開閉バルブＶ１、蓄冷器連通路４４、および蓄冷器高温端１８ａを通じて蓄冷器１８に作動ガスが供給される。一方、主排気開閉バルブＶ２が開いているとき、矢印Ａ２で示されるように、蓄冷器１８から蓄冷器高温端１８ａ、蓄冷器連通路４４、主排気開閉バルブＶ２、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。   When the main intake opening / closing valve V1 is open, as indicated by an arrow A1, the regenerator through the compressor discharge port 12a through the high pressure line 13a, the main intake opening / closing valve V1, the regenerator communication passage 44, and the regenerator high temperature end 18a. Working gas is supplied to 18. On the other hand, when the main exhaust opening / closing valve V2 is open, as indicated by an arrow A2, the compressor passes from the regenerator 18 through the regenerator high temperature end 18a, the regenerator communication passage 44, the main exhaust opening / closing valve V2, and the low pressure line 13b. The working gas is collected at the suction port 12b.

第１バッファ開閉バルブ３０は、第１バッファ容積Ｂ１すなわちバッファタンク２６をパルス管高温端１６ａに接続する。第１バッファ開閉バルブ３０が開いているとき、第１バッファ容積Ｂ１の圧力がパルス管１６の圧力よりも高ければ、矢印Ａ３で示されるように、第１バッファ容積Ｂ１から第１バッファ開閉バルブ３０、パルス管連通路４２およびパルス管高温端１６ａを通じてパルス管１６に作動ガスが供給される。一方、第１バッファ容積Ｂ１の圧力がパルス管１６の圧力よりも低ければ、矢印Ａ４で示されるように、パルス管１６からパルス管高温端１６ａ、パルス管連通路４２、第１バッファ開閉バルブ３０を通じて第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが回収される。説明の便宜上、第１バッファ開閉バルブ３０をバルブＶ３と表記する場合がある。   The first buffer on-off valve 30 connects the first buffer volume B1, ie the buffer tank 26, to the pulse tube high temperature end 16a. When the first buffer opening / closing valve 30 is open, if the pressure in the first buffer volume B1 is higher than the pressure in the pulse tube 16, the first buffer opening / closing valve 30 from the first buffer volume B1 as indicated by an arrow A3. The working gas is supplied to the pulse tube 16 through the pulse tube communication passage 42 and the pulse tube high temperature end 16a. On the other hand, if the pressure in the first buffer volume B1 is lower than the pressure in the pulse tube 16, as indicated by the arrow A4, the pulse tube 16 to the pulse tube high temperature end 16a, the pulse tube communication path 42, the first buffer on-off valve 30 Through this, the working gas is recovered in the first buffer volume B1. For convenience of explanation, the first buffer opening / closing valve 30 may be referred to as a valve V3.

バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力を制御するように圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂのいずれかを第１バッファ容積Ｂ１に選択的に連通させるように構成されている。バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１を圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように構成されている。バッファ圧力制御バルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａを第１バッファ容積Ｂ１に接続するバッファ吸気開閉バルブＶ４と、圧縮機吸入口１２ｂを第１バッファ容積Ｂ１に接続するバッファ排気開閉バルブＶ５とを備える。   The buffer pressure control valve 32 is configured to selectively communicate either the compressor discharge port 12a or the compressor suction port 12b with the first buffer volume B1 so as to control the pressure of the first buffer volume B1. There is. The buffer pressure control valve 32 is configured to alternately connect the first buffer volume B1 to the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b. The buffer pressure control valve 32 includes a buffer intake opening / closing valve V4 that connects the compressor discharge port 12a to the first buffer volume B1, and a buffer exhaust opening / closing valve V5 that connects the compressor intake port 12b to the first buffer volume B1. .

バッファ圧力制御バルブ３２は、バッファ吸気開閉バルブＶ４およびバッファ排気開閉バルブＶ５がそれぞれ排他的に開放されるよう構成されている。すなわち、バッファ吸気開閉バルブＶ４およびバッファ排気開閉バルブＶ５が同時に開くことは禁止されている。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開いているときバッファ排気開閉バルブＶ５は閉じられ、バッファ排気開閉バルブＶ５が開いているときバッファ吸気開閉バルブＶ４は閉じられる。なおバッファ吸気開閉バルブＶ４およびバッファ排気開閉バルブＶ５が一時的にともに閉じられてもよい。   The buffer pressure control valve 32 is configured such that the buffer intake on-off valve V4 and the buffer exhaust on-off valve V5 are opened exclusively. That is, the simultaneous opening of the buffer intake opening / closing valve V4 and the buffer exhaust opening / closing valve V5 is prohibited. When the buffer intake on-off valve V4 is open, the buffer exhaust on-off valve V5 is closed, and when the buffer exhaust on-off valve V5 is open, the buffer intake on-off valve V4 is closed. The buffer intake on-off valve V4 and the buffer exhaust on-off valve V5 may be temporarily closed together.

バッファ吸気開閉バルブＶ４が開いているとき、矢印Ａ５で示されるように、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、バッファ吸気開閉バルブＶ４、およびバッファライン４６を通じて第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが供給される。よって、第１バッファ容積Ｂ１は昇圧される。一方、バッファ排気開閉バルブＶ５が開いているとき、矢印Ａ６で示されるように、第１バッファ容積Ｂ１からバッファライン４６、バッファ排気開閉バルブＶ５、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。よって、第１バッファ容積Ｂ１は降圧される。したがって、バッファ圧力制御バルブ３２は、圧縮機１２が提供する高圧ＰＨと低圧ＰＬの間の所望の圧力に第１バッファ容積Ｂ１の圧力を制御することができる。   When the buffer intake opening / closing valve V4 is open, the working gas is supplied from the compressor discharge port 12a to the first buffer volume B1 through the high pressure line 13a, the buffer intake opening / closing valve V4, and the buffer line 46, as indicated by an arrow A5. Be done. Therefore, the first buffer volume B1 is boosted. On the other hand, when the buffer exhaust opening / closing valve V5 is open, as shown by an arrow A6, the working gas is supplied from the first buffer volume B1 to the compressor suction port 12b through the buffer line 46, the buffer exhaust opening / closing valve V5, and the low pressure line 13b. Is recovered. Therefore, the first buffer volume B1 is stepped down. Therefore, the buffer pressure control valve 32 can control the pressure of the first buffer volume B1 to a desired pressure between the high pressure PH and the low pressure PL provided by the compressor 12.

また、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ開閉バルブ３０が閉じているとき圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂのいずれかを第１バッファ容積Ｂ１に選択的に接続する。バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ開閉バルブ３０が開いているとき圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂのいずれも第１バッファ容積Ｂ１に接続しない。すなわち、バッファ吸気開閉バルブＶ４およびバッファ排気開閉バルブＶ５はいずれも、第１バッファ開閉バルブ３０が閉じているときにのみ開かれる。よって、パルス管高温端１６ａは、蓄冷器１８を経由することなく圧縮機１２に接続されることはない。なお必要とされる場合には、バッファ吸気開閉バルブＶ４またはバッファ排気開閉バルブＶ５のいずれかと第１バッファ開閉バルブ３０とが一時的に同時に開かれてもよい。   The buffer pressure control valve 32 selectively connects either the compressor discharge port 12a or the compressor suction port 12b to the first buffer volume B1 when the first buffer opening / closing valve 30 is closed. The buffer pressure control valve 32 does not connect either the compressor discharge port 12a or the compressor suction port 12b to the first buffer volume B1 when the first buffer on-off valve 30 is open. That is, both the buffer intake on-off valve V4 and the buffer exhaust on-off valve V5 are opened only when the first buffer on-off valve 30 is closed. Therefore, the pulse tube high temperature end 16 a is not connected to the compressor 12 without going through the regenerator 18. If required, either the buffer intake on-off valve V4 or the buffer exhaust on-off valve V5 and the first buffer on-off valve 30 may be temporarily opened simultaneously.

例示的なバルブタイミングにおいては、バッファ圧力制御バルブ３２は、主圧力切替バルブ２８が蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吐出口１２ａに接続していないとき圧縮機吐出口１２ａを第１バッファ容積Ｂ１に連通させる。よって、バッファ吸気開閉バルブＶ４は、主吸気開閉バルブＶ１が閉じているときに開かれ、圧縮機吐出口１２ａを第１バッファ容積Ｂ１に接続する。   In the exemplary valve timing, the buffer pressure control valve 32 sets the compressor discharge port 12a to the first buffer volume B1 when the main pressure switching valve 28 does not connect the regenerator hot end 18a to the compressor discharge port 12a. Make it communicate. Therefore, the buffer intake opening / closing valve V4 is opened when the main intake opening / closing valve V1 is closed, and connects the compressor discharge port 12a to the first buffer volume B1.

このようにして、主圧力切替バルブ２８およびバッファ圧力制御バルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａが蓄冷器１８とバッファタンク２６の両方に同時に連通しないように構成される。よって、圧縮機１２からの吐出流量は、蓄冷器１８とバッファタンク２６のいずれか一方にのみ供給される。吐出流量を蓄冷器１８とバッファタンク２６で分け合う必要がない。圧縮機吐出口１２ａが蓄冷器１８とバッファタンク２６の両方に同時に連通するバルブタイミングに比べて、圧縮機１２の負荷を低減することができる。圧縮機１２として、より小型の圧縮機を採用することが可能となり、これはパルス管冷凍機１０の設置スペースを小さくすることに役立つ。   In this manner, the main pressure switching valve 28 and the buffer pressure control valve 32 are configured such that the compressor discharge port 12a does not communicate with both the regenerator 18 and the buffer tank 26 at the same time. Therefore, the discharge flow rate from the compressor 12 is supplied to only one of the regenerator 18 and the buffer tank 26. It is not necessary to share the discharge flow rate between the regenerator 18 and the buffer tank 26. The load on the compressor 12 can be reduced as compared with the valve timing in which the compressor discharge port 12 a is simultaneously communicated to both the regenerator 18 and the buffer tank 26. As the compressor 12, a smaller compressor can be adopted, which helps to reduce the installation space of the pulse tube refrigerator 10.

同様に、例示的なバルブタイミングにおいては、バッファ圧力制御バルブ３２は、主圧力切替バルブ２８が蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吸入口１２ｂに接続していないとき圧縮機吸入口１２ｂを第１バッファ容積Ｂ１に連通させる。よって、バッファ排気開閉バルブＶ５は、主排気開閉バルブＶ２が閉じているときに開かれ、圧縮機吸入口１２ｂを第１バッファ容積Ｂ１に接続する。このようにして、主圧力切替バルブ２８およびバッファ圧力制御バルブ３２は、圧縮機吸入口１２ｂが蓄冷器１８とバッファタンク２６の両方に同時に連通しないように構成される。圧縮機１２への回収流量を蓄冷器１８とバッファタンク２６で分け合う必要がなく、圧縮機１２の負荷を低減することができる。   Similarly, in the exemplary valve timing, the buffer pressure control valve 32 causes the compressor inlet 12b to be the first buffer when the main pressure switching valve 28 does not connect the regenerator hot end 18a to the compressor inlet 12b. The volume B1 is communicated. Therefore, the buffer exhaust opening / closing valve V5 is opened when the main exhaust opening / closing valve V2 is closed, and connects the compressor suction port 12b to the first buffer volume B1. In this way, the main pressure switching valve 28 and the buffer pressure control valve 32 are configured such that the compressor inlet 12b does not communicate with both the regenerator 18 and the buffer tank 26 at the same time. There is no need to share the recovery flow rate to the compressor 12 between the regenerator 18 and the buffer tank 26, and the load on the compressor 12 can be reduced.

バルブ部２４の具体的構成は種々ありうる。一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、機械的に定められたバルブタイミングで動作するように構成されていてもよい。例えば、バルブ部２４は、ロータリーバルブの形式をとってもよい。この場合、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）がバルブ部２４に組み込まれており、同期して駆動される。バルブ部２４は、バルブ本体（またはバルブステータ）に対するバルブディスク（またはバルブロータ）の回転摺動によってバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）が適正に切り替わるよう構成されている。一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、パルス管冷凍機１０の運転中に同一周期で切り替えられ、それにより５つの開閉バルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は周期的に開閉状態を変化させる。５つの開閉バルブ（Ｖ１〜Ｖ５）はそれぞれ異なる位相で開閉される。   There can be various specific configurations of the valve unit 24. The group of valves (V1 to V5) may be configured to operate at mechanically determined valve timing. For example, the valve unit 24 may take the form of a rotary valve. In this case, a group of valves (V1 to V5) is incorporated in the valve unit 24 and driven in synchronization. The valve portion 24 is configured such that the valves (V1 to V5) are appropriately switched by rotational sliding of the valve disk (or valve rotor) with respect to the valve main body (or valve stator). A group of valves (V1 to V5) are switched in the same cycle during operation of the pulse tube refrigerator 10, whereby the five open / close valves (V1 to V5) periodically change the open / close state. The five open / close valves (V1 to V5) are opened / closed at different phases.

ある実施形態においては、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、複数の個別に制御可能なバルブの形式をとってもよい。各バルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、電磁開閉弁であってもよい。一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、予め定められたバルブタイミングで自動的に開閉動作をするように構成されていてもよい。   In some embodiments, the group of valves (V1-V5) may take the form of a plurality of individually controllable valves. Each valve (V1 to V5) may be an electromagnetic on-off valve. The group of valves (V1 to V5) may be configured to open and close automatically at predetermined valve timings.

ある実施形態においては、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、ロータリーバルブと個別に制御可能なバルブの組み合わせであってもよい。例えば、主圧力切替バルブ２８およびバッファ圧力制御バルブ３２（つまりＶ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５）がロータリーバルブとして構成され、第１バッファ開閉バルブ３０がロータリーバルブとは別の開閉弁であってもよい。   In one embodiment, the group of valves (V1-V5) may be a combination of rotary valves and individually controllable valves. For example, the main pressure switching valve 28 and the buffer pressure control valve 32 (that is, V1, V2, V4, V5) may be configured as rotary valves, and the first buffer opening / closing valve 30 may be an opening / closing valve different from the rotary valve. .

図３は、第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。図３の上部には各バルブ（Ｖ１〜Ｖ５）のバルブタイミングをパルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期にわたって示し、図３の下部には第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１をパルス管１６の圧力ＰＣとともに示す。   FIG. 3 is a schematic diagram showing exemplary valve timing and pressure waveforms applicable to the active buffer pulse tube refrigerator according to the first embodiment. The upper part of FIG. 3 shows the valve timing of each valve (V1 to V5) over one cycle of the refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator 10, and the lower part of FIG. 3 shows the pressure PB1 of the first buffer volume B1 of the pulse tube 16. Shown with pressure PC.

ここで、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期は、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、第３期間Ｔ３、および第４期間Ｔ４の４つの期間に区分けされる。第２期間Ｔ２は第１期間Ｔ１に後続し、第３期間Ｔ３は第２期間Ｔ２に後続し、第４期間Ｔ４は第３期間Ｔ３に後続し、冷凍サイクルの次の一周期の第１期間Ｔ１が第４期間Ｔ４に後続する。   Here, one cycle of the refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator 10 is divided into four periods of a first period T1, a second period T2, a third period T3, and a fourth period T4. The second period T2 follows the first period T1, the third period T3 follows the second period T2, the fourth period T4 follows the third period T3, and the first period of the next cycle of the refrigeration cycle T1 follows the fourth period T4.

第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２は、パルス管冷凍機１０の吸気工程にあたる。第２期間Ｔ２において圧縮機１２から蓄冷器１８を通じてパルス管１６への吸気（主吸気）が行われる。これに先行して、第１期間Ｔ１においてはバッファタンク２６からパルス管１６への予備的な吸気が行われる。第３期間Ｔ３と第４期間Ｔ４は、パルス管冷凍機１０の排気工程にあたる。第４期間Ｔ４においてパルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機１２への排気（主排気）が行われる。これに先行して、第３期間Ｔ３においてはパルス管１６からバッファタンク２６への予備的な排気が行われる。   The first period T1 and the second period T2 correspond to the intake process of the pulse tube refrigerator 10. In the second period T2, intake (main intake) from the compressor 12 to the pulse tube 16 through the regenerator 18 is performed. Prior to this, preliminary intake to the pulse tube 16 from the buffer tank 26 is performed in the first period T1. The third period T3 and the fourth period T4 correspond to the exhaust process of the pulse tube refrigerator 10. Exhaust (main exhaust) from the pulse tube 16 to the compressor 12 through the regenerator 18 is performed in the fourth period T4. Prior to this, preliminary exhaust from the pulse tube 16 to the buffer tank 26 is performed in the third period T3.

よって、主吸気開閉バルブＶ１は、第２期間Ｔ２において開かれ、それ以外の期間は閉じている。主排気開閉バルブＶ２は、第４期間Ｔ４において開かれ、それ以外の期間は閉じている。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）は、第１期間Ｔ１と第３期間Ｔ３で開かれる。また第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）は、第２期間Ｔ２と第４期間Ｔ４でも開かれる。図３に示されるバルブタイミングでは、第２期間Ｔ２において主吸気開閉バルブＶ１と第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が同時に開かれ同時に閉じているが、これは必須ではない。また、第４期間Ｔ４において主排気開閉バルブＶ２と第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が同時に開かれ同時に閉じることも、必須ではない。   Therefore, the main intake opening / closing valve V1 is opened during the second period T2, and is closed during other periods. The main exhaust on-off valve V2 is opened in the fourth period T4, and is closed in the other period. The first buffer on / off valve 30 (V3) is opened in the first period T1 and the third period T3. The first buffer opening / closing valve 30 (V3) is also opened in the second period T2 and the fourth period T4. In the valve timing shown in FIG. 3, the main intake opening / closing valve V1 and the first buffer opening / closing valve 30 (V3) are simultaneously opened and simultaneously closed in the second period T2, but this is not essential. In addition, it is not essential that the main exhaust opening / closing valve V2 and the first buffer opening / closing valve 30 (V3) are simultaneously opened and closed in the fourth period T4.

パルス管１６の吸排気のための各期間（Ｔ１〜Ｔ４）に先行して、バッファ圧力制御期間（Ｃ１〜Ｃ４）が設けられている。これらバッファ圧力制御期間（Ｃ１〜Ｃ４）も加えると、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期は、８つの期間、すなわち、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１、第１期間Ｔ１、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２、第２期間Ｔ２、第３バッファ圧力制御期間Ｃ３、第３期間Ｔ３、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４、および第４期間Ｔ４に区分けされる。パルス管冷凍機１０の運転中、これら８つの期間が順番に繰り返される。   Buffer pressure control periods (C1 to C4) are provided prior to the respective periods (T1 to T4) for suction and discharge of the pulse tube 16. When these buffer pressure control periods (C1 to C4) are also added, one cycle of the refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator 10 has eight periods, that is, a first buffer pressure control period C1, a first period T1, and a second buffer pressure. It is divided into a control period C2, a second period T2, a third buffer pressure control period C3, a third period T3, a fourth buffer pressure control period C4, and a fourth period T4. During the operation of the pulse tube refrigerator 10, these eight periods are repeated in order.

第１バッファ圧力制御期間Ｃ１においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を第１中間圧ＰＭ１に制御する。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、低圧ＰＬから第１中間圧ＰＭ１へと昇圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５）は、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１において閉じている。   In the first buffer pressure control period C1, the buffer pressure control valve 32 controls the pressure PB1 of the first buffer volume B1 to the first intermediate pressure PM1. The buffer intake opening / closing valve V4 is opened, and the pressure PB1 of the first buffer volume B1 is increased from the low pressure PL to the first intermediate pressure PM1. The other valves (V1 to V3, V5) are closed in the first buffer pressure control period C1.

こうして、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１に後続する第１期間Ｔ１において、第１バッファ容積Ｂ１は、第１中間圧バッファ容積として作動することができる。第１期間Ｔ１では上述のように第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が開かれ、低圧ＰＬのパルス管１６に第１バッファ容積Ｂ１から作動ガスが供給される。それにより、パルス管１６の圧力ＰＣは、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１へと昇圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は第１中間圧ＰＭ１からいくらか低下する。このとき第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、例えば、第１中間圧ＰＭ１と第２中間圧ＰＭ２の間にあってもよい。   Thus, in the first period T1 subsequent to the first buffer pressure control period C1, the first buffer volume B1 can operate as the first intermediate pressure buffer volume. In the first period T1, as described above, the first buffer opening / closing valve 30 (V3) is opened, and the working gas is supplied from the first buffer volume B1 to the pulse tube 16 of the low pressure PL. As a result, the pressure PC of the pulse tube 16 is increased to the pressure PB1 of the first buffer volume B1. The pressure PB1 in the first buffer volume B1 is somewhat reduced from the first intermediate pressure PM1. At this time, the pressure PB1 of the first buffer volume B1 may be, for example, between the first intermediate pressure PM1 and the second intermediate pressure PM2.

第２バッファ圧力制御期間Ｃ２においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を高圧ＰＨに制御する。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、高圧ＰＨへと昇圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５）は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２において閉じている。   In the second buffer pressure control period C2, the buffer pressure control valve 32 controls the pressure PB1 of the first buffer volume B1 to a high pressure PH. The buffer intake on-off valve V4 is opened, and the pressure PB1 of the first buffer volume B1 is boosted to a high pressure PH. The other valves (V1 to V3, V5) are closed in the second buffer pressure control period C2.

こうして、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２に後続する第２期間Ｔ２において、第１バッファ容積Ｂ１は、高圧バッファ容積として作動することができる。第２期間Ｔ２では上述のように主吸気開閉バルブＶ１が開かれ、圧縮機１２から蓄冷器１８を通じてパルス管１６に作動ガスが供給される。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）も開かれ、パルス管１６に第１バッファ容積Ｂ１から作動ガスが供給される。パルス管１６の圧力ＰＣは、高圧ＰＨへと昇圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）の開放直後は若干低下するが、その後は、主吸気開閉バルブＶ１が開いているので、高圧ＰＨに維持される。   Thus, in the second period T2 subsequent to the second buffer pressure control period C2, the first buffer volume B1 can operate as a high pressure buffer volume. In the second period T2, the main intake opening / closing valve V1 is opened as described above, and the working gas is supplied from the compressor 12 to the pulse tube 16 through the regenerator 18. The first buffer opening / closing valve 30 (V3) is also opened, and the working gas is supplied to the pulse tube 16 from the first buffer volume B1. The pressure PC of the pulse tube 16 is increased to a high pressure PH. The pressure PB1 of the first buffer volume B1 slightly decreases immediately after the opening of the first buffer opening / closing valve 30 (V3), but after that, the main intake opening / closing valve V1 is open, so that the pressure PB1 is maintained at the high pressure PH.

第３バッファ圧力制御期間Ｃ３においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を第２中間圧ＰＭ２に制御する。バッファ排気開閉バルブＶ５が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第２中間圧ＰＭ２へと降圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、第３バッファ圧力制御期間Ｃ３において閉じている。第２中間圧ＰＭ２は、第１中間圧ＰＭ１と等しくてもよいし、異なっていてもよい。   In the third buffer pressure control period C3, the buffer pressure control valve 32 controls the pressure PB1 of the first buffer volume B1 to the second intermediate pressure PM2. The buffer exhaust on-off valve V5 is opened, and the pressure PB1 of the first buffer volume B1 is reduced to the second intermediate pressure PM2. The other valves (V1 to V4) are closed in the third buffer pressure control period C3. The second intermediate pressure PM2 may be equal to or different from the first intermediate pressure PM1.

こうして、第３バッファ圧力制御期間Ｃ３に後続する第３期間Ｔ３において、第１バッファ容積Ｂ１は、第２中間圧バッファ容積として作動することができる。第３期間Ｔ３では上述のように第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が開かれ、高圧ＰＨのパルス管１６から第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが回収される。それにより、パルス管１６の圧力ＰＣは、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１へと降圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は第２中間圧ＰＭ２からいくらか高まる。このとき第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、例えば、第１中間圧ＰＭ１と第２中間圧ＰＭ２の間にあってもよい。   Thus, in the third period T3 subsequent to the third buffer pressure control period C3, the first buffer volume B1 can operate as the second intermediate pressure buffer volume. In the third period T3, as described above, the first buffer on / off valve 30 (V3) is opened, and the working gas is recovered from the high pressure PH pulse tube 16 into the first buffer volume B1. As a result, the pressure PC of the pulse tube 16 is lowered to the pressure PB1 of the first buffer volume B1. The pressure PB1 of the first buffer volume B1 increases somewhat from the second intermediate pressure PM2. At this time, the pressure PB1 of the first buffer volume B1 may be, for example, between the first intermediate pressure PM1 and the second intermediate pressure PM2.

第４バッファ圧力制御期間Ｃ４においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を低圧ＰＬに制御する。バッファ排気開閉バルブＶ５が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、低圧ＰＬへと降圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４において閉じている。   In the fourth buffer pressure control period C4, the buffer pressure control valve 32 controls the pressure PB1 of the first buffer volume B1 to the low pressure PL. The buffer exhaust on-off valve V5 is opened, and the pressure PB1 of the first buffer volume B1 is reduced to the low pressure PL. The other valves (V1 to V4) are closed in the fourth buffer pressure control period C4.

こうして、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４に後続する第４期間Ｔ４において、第１バッファ容積Ｂ１は、低圧バッファ容積として作動することができる。第４期間Ｔ４では上述のように主排気開閉バルブＶ２が開かれ、パルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機１２に作動ガスが回収される。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）も開かれ、パルス管１６から第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが回収される。パルス管１６の圧力ＰＣは、低圧ＰＬへと降圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）の開放直後は若干増加するが、その後は、主排気開閉バルブＶ２が開いているので、低圧ＰＬに維持される。   Thus, in the fourth period T4 subsequent to the fourth buffer pressure control period C4, the first buffer volume B1 can operate as a low pressure buffer volume. In the fourth period T4, the main exhaust on-off valve V2 is opened as described above, and the working gas is recovered from the pulse tube 16 to the compressor 12 through the regenerator 18. The first buffer opening / closing valve 30 (V3) is also opened, and the working gas is recovered from the pulse tube 16 to the first buffer volume B1. The pressure PC of the pulse tube 16 is lowered to the low pressure PL. The pressure PB1 of the first buffer volume B1 slightly increases immediately after the opening of the first buffer opening / closing valve 30 (V3), but after that, the main exhaust opening / closing valve V2 is open, so that it is maintained at the low pressure PL.

図において同時に描かれているバルブタイミングは、厳密に同時である必要はなく、いくらかずれていてもよい。例えば、バッファ吸気開閉バルブＶ４が閉じる第１バッファ圧力制御期間Ｃ１の終了時点が、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が開く第１期間Ｔ１の開始時点と同時であることは必須ではない。第１期間Ｔ１の開始時点が、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１の終了時点からいくらか遅延してもよい。逆に、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１の終了時点が、第１期間Ｔ１の開始時点からいくらか遅延し、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）とバッファ吸気開閉バルブＶ４が一時的に同時に開いてもよい。   The valve timings drawn simultaneously in the figure do not have to be strictly simultaneous but may be somewhat offset. For example, it is not essential that the end point of the first buffer pressure control period C1 when the buffer intake opening / closing valve V4 is closed is the same as the start point of the first period T1 when the first buffer opening / closing valve 30 (V3) is opened. The start time point of the first period T1 may be somewhat delayed from the end time point of the first buffer pressure control period C1. Conversely, even if the end time of the first buffer pressure control period C1 is somewhat delayed from the start time of the first period T1, the first buffer opening / closing valve 30 (V3) and the buffer intake opening / closing valve V4 are temporarily opened simultaneously. Good.

第１バッファ圧力制御期間Ｃ１と第１期間Ｔ１のように連続する二期間の間に、あらゆるバルブが閉鎖された移行期間が設けられてもよい。なお、そのような移行期間が、例として、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２と第２期間Ｔ２の間に設けられているが、これも必須ではない。   A transition period in which every valve is closed may be provided between two consecutive periods such as the first buffer pressure control period C1 and the first period T1. Such a transition period is provided as an example between the second buffer pressure control period C2 and the second period T2, but this is not essential.

このような構成により、パルス管冷凍機１０は、パルス管１６内に高圧ＰＨと低圧ＰＬの作動ガス圧力振動を生成する。圧力振動と同期して適切な位相遅れをもって、パルス管１６内で作動ガスの変位振動すなわちガスピストンの往復動が生じる。ある圧力を保持しながらパルス管１６内を上下に周期的に往復する作動ガスの動きは、しばしば「ガスピストン」と称され、パルス管冷凍機１０の動作を説明するためによく用いられる。ガスピストンがパルス管高温端１６ａまたはその近傍にあるときパルス管低温端１６ｂで作動ガスが膨張し、寒冷が発生する。このような冷凍サイクルを繰り返すことにより、パルス管冷凍機１０は、冷却ステージ２０を冷却することができる。したがって、パルス管冷凍機１０は、被冷却物１９を冷却することができる。   With such a configuration, the pulse tube refrigerator 10 generates high-pressure PH and low-pressure PL working gas pressure oscillations in the pulse tube 16. The displacement oscillation of the working gas, that is, the reciprocation of the gas piston, occurs in the pulse tube 16 with an appropriate phase delay in synchronization with the pressure oscillation. The movement of the working gas that periodically reciprocates up and down in the pulse tube 16 while maintaining a certain pressure is often referred to as a “gas piston” and is often used to describe the operation of the pulse tube refrigerator 10. When the gas piston is at or near the pulse tube high temperature end 16a, the working gas expands at the pulse tube low temperature end 16b to generate refrigeration. By repeating such a refrigeration cycle, the pulse tube refrigerator 10 can cool the cooling stage 20. Therefore, the pulse tube refrigerator 10 can cool the object 19 to be cooled.

第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０によれば、バッファ圧力制御バルブ３２が圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂのいずれかを第１バッファ容積Ｂ１に選択的に連通させ、それにより第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１が制御される。このようにして、パルス管冷凍機１０は、バッファタンク２６の圧力を所望の値に制御することができる。パルス管冷凍機１０は、既存のアクティブバッファパルス管冷凍機に比べて、より少数のバッファタンクを有するだけでよいので、パルス管冷凍機１０の設置に必要なスペースを小さくすることができる。アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制され、冷凍機の設置が容易となり、より多くの適用分野に利用可能となる。   According to the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment, the buffer pressure control valve 32 selectively communicates either the compressor discharge port 12a or the compressor suction port 12b with the first buffer volume B1, thereby The pressure PB1 of the first buffer volume B1 is controlled. In this way, the pulse tube refrigerator 10 can control the pressure of the buffer tank 26 to a desired value. Since the pulse tube refrigerator 10 only needs to have a smaller number of buffer tanks than the existing active buffer pulse tube refrigerator, the space required for installing the pulse tube refrigerator 10 can be reduced. An increase in size of the active buffer pulse tube refrigerator is suppressed, installation of the refrigerator becomes easy, and it becomes available to more application fields.

また、第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１が、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期のうち第１期間Ｔ１で第１中間圧バッファ容積、第２期間Ｔ２で高圧バッファ容積、第３期間Ｔ３で第２中間圧バッファ容積、第４期間Ｔ４で低圧バッファ容積として周期的に作動するように第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を制御する。   In the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment, the buffer pressure control valve 32 has a first buffer volume B1 that is first in the first period T1 in one cycle of the refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator 10. The pressure PB1 of the first buffer volume B1 is periodically operated as an intermediate pressure buffer volume, a high pressure buffer volume in the second period T2, a second intermediate pressure buffer volume in the third period T3, and a low pressure buffer volume in the fourth period T4. Control.

このようにして、パルス管冷凍機１０は、バッファタンク２６を１つだけしか持たないにもかかわらず、いわゆる３バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機と同様に動作することができる。一般に、３バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機では、１つのパルス管に３個のバッファタンクが並列接続され、一つ目のバッファタンクが高圧バッファ、二つ目のバッファタンクが中圧バッファ、三つ目のバッファタンクが低圧バッファとして用いられる。   In this way, the pulse tube refrigerator 10 can operate in the same manner as a so-called three-buffer type active buffer pulse tube refrigerator, although it has only one buffer tank 26. In general, in a three-buffer type active buffer pulse tube refrigerator, three buffer tanks are connected in parallel to one pulse tube, the first buffer tank is a high-pressure buffer, the second buffer tank is a medium-pressure buffer, A third buffer tank is used as a low pressure buffer.

第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０は、３バッファ方式のパルス管冷凍機に比べてバッファの総容積が１／３でよいことになる。パルス管冷凍機１０の設置に必要なスペースを格段に小さくすることができる。アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制され、冷凍機の設置が容易となり、より多くの適用分野に利用可能となる。   In the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment, the total volume of the buffer may be 1/3 as compared with the 3-buffer type pulse tube refrigerator. The space required for installing the pulse tube refrigerator 10 can be significantly reduced. An increase in size of the active buffer pulse tube refrigerator is suppressed, installation of the refrigerator becomes easy, and it becomes available to more application fields.

第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０は、バッファ容積からのガス流出入を位相制御に利用している点では既存のアクティブバッファパルス管冷凍機と共通する。したがって、アクティブバッファパルス管冷凍機としての優れた冷凍機の効率という利点は、パルス管冷凍機１０においても失われない。   The pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment is common to existing active buffer pulse tube refrigerators in that gas inflow / outflow from the buffer volume is used for phase control. Therefore, the advantage of the efficiency of the excellent refrigerator as the active buffer pulse tube refrigerator is not lost even in the pulse tube refrigerator 10.

第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０は、圧縮機１２に４つのバルブ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５）が接続されている点で、既存の４バルブ型のパルス管冷凍機と構成上の類似がある。しかし、パルス管冷凍機１０は、４バルブ型のパルス管冷凍機とはバルブタイミングがかなり異なる。   The pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment is structurally different from the existing four-valve type pulse tube refrigerator in that four valves (V1, V2, V4, V5) are connected to the compressor 12. There is a similarity of However, the pulse tube refrigerator 10 is considerably different in valve timing from the 4-valve type pulse tube refrigerator.

４バルブ型のパルス管冷凍機ではふつう、一時的に２つの吸気バルブ（または２つの排気バルブ）が同時に開き、そのとき圧縮機の負荷が比較的大きくなる。これに対して、パルス管冷凍機１０では上述のように、バッファ圧力制御バルブ３２は、主圧力切替バルブ２８が蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吐出口１２ａに接続していないとき圧縮機吐出口１２ａを第１バッファ容積Ｂ１に連通させ、主圧力切替バルブ２８が蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吸入口１２ｂに接続していないとき圧縮機吸入口１２ｂを第１バッファ容積Ｂ１に連通させる。パルス管冷凍機１０においては、２つの吸気バルブ（Ｖ１、Ｖ４）が同時に開くことはなく、２つの排気バルブ（Ｖ２、Ｖ５）が同時に開くことはない。したがって、パルス管冷凍機１０は、４バルブ型のパルス管冷凍機に比べて圧縮機の負荷が低減され、冷凍機の効率が高まる。   In a four-valve type pulse tube refrigerator, usually two intake valves (or two exhaust valves) are temporarily opened at the same time, and the load on the compressor becomes relatively large. On the other hand, in the pulse tube refrigerator 10, as described above, the buffer pressure control valve 32 has a compressor discharge port when the main pressure switching valve 28 does not connect the regenerator high temperature end 18a to the compressor discharge port 12a. 12a is communicated with the first buffer volume B1, and the compressor inlet 12b is communicated with the first buffer volume B1 when the main pressure switching valve 28 does not connect the regenerator hot end 18a to the compressor inlet 12b. In the pulse tube refrigerator 10, the two intake valves (V1, V4) do not simultaneously open, and the two exhaust valves (V2, V5) do not simultaneously open. Therefore, in the pulse tube refrigerator 10, the load on the compressor is reduced as compared with the four-valve pulse tube refrigerator, and the efficiency of the refrigerator is enhanced.

図４は、第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。パルス管冷凍機１０は、バッファタンク２６を１つだけしか持たないにもかかわらず、いわゆる２バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機と同様に動作することもできる。２バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機では、１つのパルス管に２個のバッファタンクが並列接続され、一つ目のバッファタンクが高圧バッファ、二つ目のバッファタンクが低圧バッファとして用いられる。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating exemplary valve timing and pressure waveforms applicable to the active buffer pulse tube refrigerator according to the first embodiment. Although the pulse tube refrigerator 10 has only one buffer tank 26, it can operate in the same manner as a so-called two buffer type active buffer pulse tube refrigerator. In the two-buffer type active buffer pulse tube refrigerator, two buffer tanks are connected in parallel to one pulse tube, the first buffer tank is used as a high-pressure buffer, and the second buffer tank is used as a low-pressure buffer.

２バッファ方式では３バッファ方式とは異なり、中間圧バッファが無い。よって、図３に示されるバルブタイミングとは異なり、図４に示されるバルブタイミングにおいては、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１、第１期間Ｔ１、第３バッファ圧力制御期間Ｃ３、第３期間Ｔ３は、設定されない。パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期は、４つの期間、すなわち、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２、第２期間Ｔ２、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４、および第４期間Ｔ４に区分けされる。パルス管冷凍機１０の運転中、これら４つの期間が順番に繰り返される。   Unlike the 3-buffer system, the 2-buffer system has no intermediate pressure buffer. Therefore, unlike the valve timing shown in FIG. 3, in the valve timing shown in FIG. 4, the first buffer pressure control period C1, the first period T1, the third buffer pressure control period C3, and the third period T3 Not set One cycle of the refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator 10 is divided into four periods, that is, a second buffer pressure control period C2, a second period T2, a fourth buffer pressure control period C4, and a fourth period T4. During the operation of the pulse tube refrigerator 10, these four periods are repeated in order.

第２バッファ圧力制御期間Ｃ２においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を高圧ＰＨに制御する。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、高圧ＰＨへと昇圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５）は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２において閉じている。こうして、第１バッファ容積Ｂ１は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２に後続する第２期間Ｔ２において高圧バッファ容積として作動することができる。   In the second buffer pressure control period C2, the buffer pressure control valve 32 controls the pressure PB1 of the first buffer volume B1 to a high pressure PH. The buffer intake on-off valve V4 is opened, and the pressure PB1 of the first buffer volume B1 is boosted to a high pressure PH. The other valves (V1 to V3, V5) are closed in the second buffer pressure control period C2. Thus, the first buffer volume B1 can operate as a high pressure buffer volume in a second period T2 following the second buffer pressure control period C2.

第４バッファ圧力制御期間Ｃ４においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を低圧ＰＬに制御する。バッファ排気開閉バルブＶ５が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、低圧ＰＬへと降圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４において閉じている。こうして、第１バッファ容積Ｂ１は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４に後続する第４期間Ｔ４において低圧バッファ容積として作動することができる。   In the fourth buffer pressure control period C4, the buffer pressure control valve 32 controls the pressure PB1 of the first buffer volume B1 to the low pressure PL. The buffer exhaust opening / closing valve V5 is opened, and the pressure PB1 of the first buffer volume B1 is lowered to the low pressure PL. The other valves (V1 to V4) are closed in the fourth buffer pressure control period C4. Thus, the first buffer volume B1 can operate as a low pressure buffer volume in the fourth period T4 subsequent to the fourth buffer pressure control period C4.

このようにして、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１が、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期のうち第２期間Ｔ２で高圧バッファ容積、第４期間Ｔ４で低圧バッファ容積として周期的に作動するように第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を制御する。   In this way, the buffer pressure control valve 32 has the first buffer volume B1 as the high pressure buffer volume in the second period T2 and the low pressure buffer volume in the fourth period T4 in one cycle of the refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator 10. The pressure PB1 of the first buffer volume B1 is controlled so as to operate periodically.

この場合、パルス管冷凍機１０は、２バッファ方式のパルス管冷凍機に比べてバッファの総容積が１／２でよいことになる。パルス管冷凍機１０の設置に必要なスペースを格段に小さくすることができる。アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制され、冷凍機の設置が容易となり、より多くの適用分野に利用可能となる。   In this case, in the pulse tube refrigerator 10, the total volume of the buffer may be 1⁄2 as compared with the two buffer type pulse tube refrigerator. The space required for installing the pulse tube refrigerator 10 can be significantly reduced. An increase in size of the active buffer pulse tube refrigerator is suppressed, installation of the refrigerator becomes easy, and it becomes available to more application fields.

図５は、第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。図６は、第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。図７は、第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。第２実施形態は、位相制御機構３６の構成を除いて、第１実施形態と共通する。以下では、両者の異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。   FIG. 5 is a diagram schematically showing an overall configuration of an active buffer pulse tube refrigerator according to the second embodiment. FIG. 6 is a schematic view showing a working gas circuit configuration of the active buffer pulse tube refrigerator according to the second embodiment. FIG. 7 is a schematic diagram showing exemplary valve timing and pressure waveforms applicable to the active buffer pulse tube refrigerator according to the second embodiment. The second embodiment is common to the first embodiment except for the configuration of the phase control mechanism 36. Below, it demonstrates focusing on a structure which is both different, and it demonstrates easily about a common structure, or abbreviate | omits description.

バッファタンク２６および第１バッファ開閉バルブ３０に加えて、位相制御機構３６は、第２バッファタンク５０および第２バッファ開閉バルブ５２を備える。バッファタンク２６は、説明の便宜上、第１バッファタンクとも称しうる。第２バッファタンク５０は、中間圧バッファ容積としての第２バッファ容積Ｂ２を有する。第２バッファ開閉バルブ５２は、第２バッファ容積Ｂ２を第１バッファ容積Ｂ１と並列にパルス管高温端１６ａに接続する。第２バッファタンク５０は、圧縮機１２から独立して設けられている。第２バッファタンク５０は、第２バッファ開閉バルブ５２を介してパルス管高温端１６ａのみに接続されている。   In addition to the buffer tank 26 and the first buffer on-off valve 30, the phase control mechanism 36 includes a second buffer tank 50 and a second buffer on-off valve 52. The buffer tank 26 may also be referred to as a first buffer tank for convenience of explanation. The second buffer tank 50 has a second buffer volume B2 as an intermediate pressure buffer volume. The second buffer on-off valve 52 connects the second buffer volume B2 to the pulse tube high temperature end 16a in parallel with the first buffer volume B1. The second buffer tank 50 is provided independently from the compressor 12. The second buffer tank 50 is connected only to the pulse tube high temperature end 16 a via the second buffer on-off valve 52.

第２バッファ開閉バルブ５２が開いているとき、第２バッファ容積Ｂ２の圧力がパルス管１６の圧力よりも高ければ、第２バッファ容積Ｂ２から第２バッファ開閉バルブ５２を通じてパルス管１６に作動ガスが供給される。一方、第２バッファ容積Ｂ２の圧力がパルス管１６の圧力よりも低ければ、パルス管１６から第２バッファ開閉バルブ５２を通じて第２バッファ容積Ｂ２に作動ガスが回収される。説明の便宜上、第２バッファ開閉バルブ５２をバルブＶ６と表記する場合がある。   When the second buffer opening / closing valve 52 is open, if the pressure in the second buffer volume B2 is higher than the pressure in the pulse tube 16, the working gas flows from the second buffer volume B2 to the pulse tube 16 through the second buffer opening / closing valve 52. Supplied. On the other hand, if the pressure of the second buffer volume B2 is lower than the pressure of the pulse tube 16, the working gas is recovered from the pulse tube 16 through the second buffer on-off valve 52 to the second buffer volume B2. For convenience of explanation, the second buffer opening / closing valve 52 may be referred to as a valve V6.

パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期は、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、第３期間Ｔ３、および第４期間Ｔ４の４つの期間に区分けされる。パルス管冷凍機１０の運転中、これら４つの期間が順番に繰り返される。   One cycle of the refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator 10 is divided into four periods of a first period T1, a second period T2, a third period T3, and a fourth period T4. During the operation of the pulse tube refrigerator 10, these four periods are repeated in order.

第１期間Ｔ１においては第２バッファタンク５０からパルス管１６への予備的な吸気が行われ、それに続いて、第２期間Ｔ２において圧縮機１２から蓄冷器１８を通じてパルス管１６への吸気（主吸気）が行われる。第２期間Ｔ２においては、第１バッファタンク２６からパルス管１６への吸気も行われる。第３期間Ｔ３においてはパルス管１６から第２バッファタンク５０への予備的な排気が行われ、それに続いて、第４期間Ｔ４においてパルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機１２への排気（主排気）が行われる。第４期間Ｔ４においてはパルス管１６から第１バッファタンク２６への排気も行われる。   In the first period T1, preliminary intake from the second buffer tank 50 to the pulse tube 16 is performed. Subsequently, in the second period T2, intake (main main) from the compressor 12 to the pulse tube 16 through the regenerator 18 is performed. Intake is performed. In the second period T2, intake from the first buffer tank 26 to the pulse tube 16 is also performed. In the third period T3, preliminary exhaust from the pulse tube 16 to the second buffer tank 50 is performed. Subsequently, in the fourth period T4, exhaust from the pulse tube 16 to the compressor 12 through the regenerator 18 (mainly). Exhaust)). In the fourth period T4, the exhaust from the pulse tube 16 to the first buffer tank 26 is also performed.

よって、主吸気開閉バルブＶ１は、第２期間Ｔ２において開かれ、それ以外の期間は閉じている。主排気開閉バルブＶ２は、第４期間Ｔ４において開かれ、それ以外の期間は閉じている。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）は、第２期間Ｔ２と第４期間Ｔ４で開き、第１期間Ｔ１と第３期間Ｔ３で閉じている。第２バッファ開閉バルブ５２（Ｖ６）は、第１期間Ｔ１と第３期間Ｔ３で開き、第２期間Ｔ２と第４期間Ｔ４で閉じている。   Therefore, the main intake on-off valve V1 is opened in the second period T2, and is closed in the other period. The main exhaust opening / closing valve V2 is opened in the fourth period T4 and is closed in other periods. The first buffer opening / closing valve 30 (V3) is opened in the second period T2 and the fourth period T4, and is closed in the first period T1 and the third period T3. The second buffer opening / closing valve 52 (V6) is opened in the first period T1 and the third period T3, and is closed in the second period T2 and the fourth period T4.

第２バッファ圧力制御期間Ｃ２および第４バッファ圧力制御期間Ｃ４が設定されている。第２バッファ圧力制御期間Ｃ２は第１期間Ｔ１と時間的に重なって設定され、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４は第１期間Ｔ１と時間的に重なって設定されている。   A second buffer pressure control period C2 and a fourth buffer pressure control period C4 are set. The second buffer pressure control period C2 is set to overlap in time with the first period T1, and the fourth buffer pressure control period C4 is set to overlap in time with the first period T1.

第２バッファ圧力制御期間Ｃ２においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を高圧ＰＨに制御する。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、高圧ＰＨへと昇圧される。第２バッファタンク５０からパルス管１６への予備的な吸気のために第２バッファ開閉バルブ５２（Ｖ６）は開いているので、パルス管１６の圧力ＰＣは、低圧ＰＬから中間圧ゾーンＰＭへと昇圧される。第２バッファ容積Ｂ２の圧力ＰＢ２は、中間圧ゾーンＰＭに保たれている。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５）は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２において閉じている。   In the second buffer pressure control period C2, the buffer pressure control valve 32 controls the pressure PB1 of the first buffer volume B1 to a high pressure PH. The buffer intake on-off valve V4 is opened, and the pressure PB1 of the first buffer volume B1 is boosted to a high pressure PH. Since the second buffer opening / closing valve 52 (V6) is opened for preliminary intake from the second buffer tank 50 to the pulse tube 16, the pressure PC of the pulse tube 16 changes from the low pressure PL to the intermediate pressure zone PM. It is boosted. The pressure PB2 of the second buffer volume B2 is maintained in the intermediate pressure zone PM. The other valves (V1 to V3, V5) are closed in the second buffer pressure control period C2.

こうして、第１バッファ容積Ｂ１は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２に後続する第２期間Ｔ２において高圧バッファ容積として作動することができる。第２期間Ｔ２では上述のように主吸気開閉バルブＶ１が開かれ、圧縮機１２から蓄冷器１８を通じてパルス管１６に作動ガスが供給される。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）も開かれ、パルス管１６に第１バッファ容積Ｂ１から作動ガスが供給される。パルス管１６の圧力ＰＣは、高圧ＰＨへと昇圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）の開放直後は若干低下するが、その後は、主吸気開閉バルブＶ１が開いているので、高圧ＰＨに維持される。   Thus, the first buffer volume B1 can operate as a high pressure buffer volume in the second period T2 subsequent to the second buffer pressure control period C2. In the second period T2, the main intake opening / closing valve V1 is opened as described above, and the working gas is supplied from the compressor 12 to the pulse tube 16 through the regenerator 18. The first buffer opening / closing valve 30 (V3) is also opened, and the working gas is supplied to the pulse tube 16 from the first buffer volume B1. The pressure PC of the pulse tube 16 is increased to a high pressure PH. The pressure PB1 of the first buffer volume B1 slightly decreases immediately after the opening of the first buffer opening / closing valve 30 (V3), but after that, the main intake opening / closing valve V1 is open, so that the pressure PB1 is maintained at the high pressure PH.

第４バッファ圧力制御期間Ｃ４においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を低圧ＰＬに制御する。バッファ排気開閉バルブＶ５が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、低圧ＰＬへと降圧される。パルス管１６から第２バッファタンク５０への予備的な排気のために第２バッファ開閉バルブ５２（Ｖ６）は開いているので、パルス管１６の圧力ＰＣは、高圧ＰＨから中間圧ゾーンＰＭへと降圧される。第２バッファ容積Ｂ２の圧力ＰＢ２は、中間圧ゾーンＰＭに保たれている。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４において閉じている。   In the fourth buffer pressure control period C4, the buffer pressure control valve 32 controls the pressure PB1 of the first buffer volume B1 to the low pressure PL. The buffer exhaust opening / closing valve V5 is opened, and the pressure PB1 of the first buffer volume B1 is lowered to the low pressure PL. Since the second buffer opening / closing valve 52 (V6) is opened for preliminary exhaust from the pulse tube 16 to the second buffer tank 50, the pressure PC of the pulse tube 16 is changed from the high pressure PH to the intermediate pressure zone PM. It is stepped down. The pressure PB2 of the second buffer volume B2 is maintained in the intermediate pressure zone PM. The other valves (V1 to V4) are closed in the fourth buffer pressure control period C4.

こうして、第１バッファ容積Ｂ１は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４に後続する第４期間Ｔ４において低圧バッファ容積として作動することができる。第４期間Ｔ４では上述のように主排気開閉バルブＶ２が開かれ、パルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機１２に作動ガスが回収される。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）も開かれ、パルス管１６から第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが回収される。パルス管１６の圧力ＰＣは、低圧ＰＬへと降圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）の開放直後は若干増加するが、その後は、主排気開閉バルブＶ２が開いているので、低圧ＰＬに維持される。   Thus, the first buffer volume B1 can operate as a low pressure buffer volume in the fourth period T4 subsequent to the fourth buffer pressure control period C4. In the fourth period T4, the main exhaust on-off valve V2 is opened as described above, and the working gas is recovered from the pulse tube 16 to the compressor 12 through the regenerator 18. The first buffer opening / closing valve 30 (V3) is also opened, and the working gas is recovered from the pulse tube 16 to the first buffer volume B1. The pressure PC of the pulse tube 16 is lowered to the low pressure PL. The pressure PB1 of the first buffer volume B1 slightly increases immediately after the opening of the first buffer opening / closing valve 30 (V3), but after that, the main exhaust opening / closing valve V2 is open, so that it is maintained at the low pressure PL.

このようにして、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１が、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期のうち第２期間Ｔ２で高圧バッファ容積、第４期間Ｔ４で低圧バッファ容積として周期的に作動するように第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢを制御する。パルス管冷凍機１０は、第１バッファタンク２６および第２バッファタンク５０の２つしかバッファタンクを持たないにもかかわらず、いわゆる３バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機と同様に動作することができる。   In this way, the buffer pressure control valve 32 has the first buffer volume B1 as the high pressure buffer volume in the second period T2 and the low pressure buffer volume in the fourth period T4 in one cycle of the refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator 10. The pressure PB of the first buffer volume B1 is controlled so as to operate periodically. Although the pulse tube refrigerator 10 has only two buffer tanks, the first buffer tank 26 and the second buffer tank 50, the pulse tube refrigerator 10 can operate in the same manner as a so-called three-buffer type active buffer pulse tube refrigerator. it can.

この場合、パルス管冷凍機１０は、３バッファ方式のパルス管冷凍機に比べてバッファの総容積が２／３でよいことになる。パルス管冷凍機１０の設置に必要なスペースを小さくすることができる。アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制され、冷凍機の設置が容易となり、より多くの適用分野に利用可能となる。   In this case, in the pulse tube refrigerator 10, the total volume of the buffer may be 2/3 as compared with the 3-buffer type pulse tube refrigerator. The space required for installing the pulse tube refrigerator 10 can be reduced. An increase in size of the active buffer pulse tube refrigerator is suppressed, installation of the refrigerator becomes easy, and it becomes available to more application fields.

なお、第２実施形態においては、中間圧バッファを圧縮機１２から独立したバッファ容積とし、高圧バッファと低圧バッファを切替可能とする圧力可変バッファが設けられているが、これに限られない。高圧バッファを圧縮機１２から独立したバッファ容積とし、中間圧バッファと低圧バッファを切替可能とする圧力可変バッファを設けることも可能である。あるいは、低圧バッファを圧縮機１２から独立したバッファ容積とし、中間圧バッファと高圧バッファを切替可能とする圧力可変バッファを設けることも可能である。   In the second embodiment, the intermediate pressure buffer has a buffer volume independent of the compressor 12 and a variable pressure buffer is provided that can switch between the high pressure buffer and the low pressure buffer. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to provide a high pressure buffer as a buffer volume independent of the compressor 12 and to provide a variable pressure buffer which can switch between the intermediate pressure buffer and the low pressure buffer. Alternatively, it is also possible to provide a variable pressure buffer that allows the low pressure buffer to be a buffer volume independent of the compressor 12 and switch between the intermediate pressure buffer and the high pressure buffer.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It is understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiment, and various design changes are possible, and various modifications are possible, and such modifications are also within the scope of the present invention. It is a place.

１０ パルス管冷凍機、 １２ 圧縮機、 １２ａ 圧縮機吐出口、 １２ｂ 圧縮機吸入口、 １６ パルス管、 １６ａ パルス管高温端、 １６ｂ パルス管低温端、 １８ 蓄冷器、 １８ａ 蓄冷器高温端、 １８ｂ 蓄冷器低温端、 ２８ 主圧力切替バルブ、 ３０ 第１バッファ開閉バルブ、 ３２ バッファ圧力制御バルブ、 ３６ 位相制御機構、 ５２ 第２バッファ開閉バルブ、 Ｂ１ 第１バッファ容積、 Ｂ２ 第２バッファ容積、 Ｔ１ 第１期間、 Ｔ２ 第２期間、 Ｔ３ 第３期間、 Ｔ４ 第４期間。   10 pulse tube refrigerator, 12 compressor, 12a compressor discharge port, 12b compressor suction port, 16 pulse tube, 16a pulse tube high temperature end, 16b pulse tube low temperature end, 18 regenerator, 18a regenerator high temperature end, 18b cold storage Low temperature end, 28 main pressure switching valve, 30 first buffer on-off valve, 32 buffer pressure control valve, 36 phase control mechanism, 52 second buffer on-off valve, B1 first buffer volume, B2 second buffer volume, T1 first Period, T2 second period, T3 third period, T4 fourth period.

Claims (4)

パルス管高温端とパルス管低温端とを有するパルス管と、
蓄冷器高温端と、前記パルス管低温端と連通している蓄冷器低温端とを有する蓄冷器と、
前記蓄冷器高温端を圧縮機吐出口および圧縮機吸入口に交互に接続する主圧力切替バルブと、
第１バッファ容積と、前記第１バッファ容積を前記パルス管高温端に接続する第１バッファ開閉バルブとを有する位相制御機構と、
前記第１バッファ容積の圧力を制御するように前記圧縮機吐出口または前記圧縮機吸入口のいずれかを前記第１バッファ容積に選択的に連通させるバッファ圧力制御バルブと、を備えることを特徴とするアクティブバッファパルス管冷凍機。 A pulse tube having a pulse tube high temperature end and a pulse tube low temperature end;
A regenerator having a regenerator high temperature end and a regenerator low temperature end communicating with the pulse tube low temperature end;
A main pressure switching valve for alternately connecting the high-temperature end of the regenerator to a compressor discharge port and a compressor suction port;
A phase control mechanism having a first buffer volume and a first buffer opening / closing valve connecting the first buffer volume to the high-temperature end of the pulse tube;
And a buffer pressure control valve for selectively communicating either the compressor discharge port or the compressor suction port to the first buffer volume so as to control the pressure of the first buffer volume. Active buffer pulse tube refrigerator. 前記バッファ圧力制御バルブは、前記第１バッファ容積が、パルス管冷凍機の冷凍サイクルの一周期のうち第１期間で第１中間圧バッファ容積、第２期間で高圧バッファ容積、第３期間で第２中間圧バッファ容積、第４期間で低圧バッファ容積として周期的に作動するように前記第１バッファ容積の圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載のアクティブバッファパルス管冷凍機。   The buffer pressure control valve is configured such that the first buffer volume has a first intermediate pressure buffer volume in a first period, a high pressure buffer volume in a second period, and a third buffer period in one cycle of a refrigeration cycle of a pulse tube refrigerator. 2. The active buffer pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein the pressure of the first buffer volume is controlled to operate periodically as two intermediate pressure buffer volumes and a low pressure buffer volume in a fourth period. 前記位相制御機構は、
中間圧バッファ容積としての第２バッファ容積と、
前記第２バッファ容積を前記第１バッファ容積と並列に前記パルス管高温端に接続し、パルス管冷凍機の冷凍サイクルの一周期のうち第１期間と第３期間で開き、第２期間と第４期間で閉じる第２バッファ開閉バルブと、を備え、
前記バッファ圧力制御バルブは、前記第１バッファ容積が、前記第２期間で高圧バッファ容積、前記第４期間で低圧バッファ容積として周期的に作動するように前記第１バッファ容積の圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載のアクティブバッファパルス管冷凍機。 The phase control mechanism is
A second buffer volume as an intermediate pressure buffer volume;
The second buffer volume is connected to the pulse tube high temperature end in parallel with the first buffer volume, and is opened in the first period and the third period of one cycle of the refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator, and the second period and the second period A second buffer opening and closing valve that closes in four periods,
The buffer pressure control valve controls the pressure of the first buffer volume such that the first buffer volume periodically operates as a high pressure buffer volume in the second period and a low pressure buffer volume in the fourth period. The active buffer pulse tube refrigerator according to claim 1, characterized in that 前記バッファ圧力制御バルブは、前記主圧力切替バルブが前記蓄冷器高温端を前記圧縮機吐出口に接続していないとき前記圧縮機吐出口を前記第１バッファ容積に連通させ、前記主圧力切替バルブが前記蓄冷器高温端を前記圧縮機吸入口に接続していないとき前記圧縮機吸入口を前記第１バッファ容積に連通させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクティブバッファパルス管冷凍機。   The buffer pressure control valve communicates the compressor discharge port with the first buffer volume when the main pressure switch valve does not connect the regenerator high temperature end to the compressor discharge port, and the main pressure switch valve 4. The active buffer according to claim 1, wherein when the regenerator high temperature end is not connected to the compressor suction port, the compressor suction port is communicated with the first buffer volume. 5. Pulse tube refrigerator.
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