JP2020193726A

JP2020193726A - 多段式パルス管冷凍機、および多段式パルス管冷凍機のコールドヘッド

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Publication number: JP2020193726A
Application number: JP2019097922A
Authority: JP
Inventors: 名堯許; Meigyo Kyo
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-12-03
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Abstract

【課題】簡素なバルブ構成をもつパルス管冷凍機を提供する。【解決手段】多段式のパルス管冷凍機１０は、第１段蓄冷器高温端１６ａを圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続する主圧力切換弁１４と、パルス管連通路３４を介して第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続する副圧力切換弁２０と、を備える。パルス管連通路３４は、第１段パルス管高温端１８ａおよび第２段パルス管高温端２４ａと副圧力切換弁２０との間に分岐部４２を有し、分岐部４２で第１パルス管流路４４と第２パルス管流路４６に分岐する。第１パルス管流路４４が副圧力切換弁２０を第１段パルス管高温端１８ａに接続し、第２パルス管流路４６が副圧力切換弁２０を第２段パルス管高温端２４ａに接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、多段式パルス管冷凍機、および多段式パルス管冷凍機のコールドヘッドに関する。

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、位相制御機構についても、ダブルインレット型、アクティブバッファ型、４バルブ型など様々な方式がある。

特開２０１４−１６９８５２号公報

４バルブ型パルス管冷凍機は、蓄冷器の高温端に接続された吸気バルブ及び排気バルブに加えて、パルス管の高温端に接続された吸気バルブ及び排気バルブを有する。多段式であれば、各段のパルス管それぞれに吸気バルブ及び排気バルブが設けられる。４バルブ型パルス管冷凍機は、搭載されるバルブの数が他の形式のパルス管冷凍機に比べて多く、そのため、バルブ構成が複雑で大型となりがちである。

これらの吸排気バルブを一つのロータリーバルブで構成するパルス管冷凍機の設計がしばしば採用される。組となる吸気バルブと排気バルブは、所望される吸気タイミングと排気タイミングの切り替えを実現するようにロータリーバルブに組み込まれなければならない。また、ロータリーバルブに形成された蓄冷器に連通するガス流路とパルス管に連通する流路とは、蓄冷器高温端とパルス管高温端の間で冷媒ガスが直接流れないように、ロータリーバルブの回転軸から互いに異なる位置に配置される。このように、ロータリーバルブ内のガス流路構造は、かなり複雑となりうる。多段式では、異なる段のパルス管それぞれへの連通路が互いに異なる径方向位置に配置されることが多い。ロータリーバルブの直径は、単段式に比べて二段式で大きくなり、三段式ではさらに大きくなりうる。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、簡素なバルブ構成をもつパルス管冷凍機を提供することにある。

本発明のある態様によると、多段式パルス管冷凍機は、圧縮機吐出口と圧縮機吸入口とを有する圧縮機と、第１段パルス管と、第２段パルス管と、前記第１段パルス管の低温端と連通している低温端を有する第１段蓄冷器と、前記第２段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第１段蓄冷器に直列に接続された第２段蓄冷器と、を備えるコールドヘッドと、前記第１段蓄冷器の高温端を前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続する主圧力切換弁と、パルス管連通路を介して前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続する副圧力切換弁と、を備える。前記パルス管連通路は、前記第１段パルス管の高温端および前記第２段パルス管の高温端と前記副圧力切換弁との間に分岐部を有し、前記分岐部で第１パルス管流路と第２パルス管流路に分岐する。前記第１パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第１段パルス管の高温端に接続し、前記第２パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第２段パルス管の高温端に接続する。

本発明のある態様によると、多段式パルス管冷凍機のコールドヘッドは、第１段パルス管と、第２段パルス管と、前記第１段パルス管の低温端と連通している低温端を有する第１段蓄冷器と、前記第２段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第１段蓄冷器に直列に接続された第２段蓄冷器と、前記第１段蓄冷器の高温端を主圧力切換弁に接続する蓄冷器連通路と、前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を副圧力切換弁に接続するパルス管連通路と、を備える。前記パルス管連通路は、前記第１段パルス管の高温端および前記第２段パルス管の高温端と前記副圧力切換弁との間に分岐部を有し、前記分岐部で第１パルス管流路と第２パルス管流路に分岐する。前記第１パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第１段パルス管の高温端に接続し、前記第２パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第２段パルス管の高温端に接続する。

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。

本発明によれば、簡素なバルブ構成をもつパルス管冷凍機を提供することができる。

実施の形態に係るパルス管冷凍機を示す概略図である。図１に示されるパルス管冷凍機のバルブ部に適用されうる例示的なバルブタイミングを示す図である。図１に示されるパルス管冷凍機のバルブ部に適用されうる例示的なロータリーバルブを示す概略図である。図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ、図３に示されるロータリーバルブのバルブステータおよびバルブロータを示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の一例を示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機に適用されうるバッファラインの接続構成を一例を示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の更なる一例を示す概略図である。

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。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０を示す概略図である。パルス管冷凍機１０は、コールドヘッド１１と、圧縮機１２とを備える。

パルス管冷凍機１０は、一例として、ＧＭ（Gifford-McMahon）方式の４バルブ型のパルス管冷凍機である。よって、パルス管冷凍機１０は、主圧力切換弁１４と、第１段蓄冷器１６と、第１段パルス管１８と、副圧力切換弁２０および任意的に第１流量調整要素２１を有する第１段位相制御機構と、を備える。圧縮機１２と主圧力切換弁１４によりパルス管冷凍機１０の振動流発生源が構成される。圧縮機１２は、振動流発生源と第１段位相制御機構とで共有されている。

また、パルス管冷凍機１０は、二段冷凍機であり、第２段蓄冷器２２と、第２段パルス管２４と、第２流量調整要素２７を任意的に有する第２段位相制御機構と、をさらに備える。圧縮機１２および副圧力切換弁２０は、第２段位相制御機構にも共有されている。

流量調整要素（２１、２７）は、例えば、オリフィス、または絞り弁などの流路抵抗を含む。流路抵抗は、固定されていてもよいし、調整可能であってもよい。

本書では、パルス管冷凍機１０の構成要素どうしの位置関係を説明するために、便宜上、縦方向Ａおよび横方向Ｂとの用語を用いる。通例、縦方向Ａと横方向Ｂはそれぞれ、パルス管（１８、２４）および蓄冷器（１６、２２）の軸方向と径方向にあたる。ただし、縦方向Ａと横方向Ｂは互いにおおよそ直交する方向であればよく、厳密な直交は要しない。また、縦方向Ａおよび横方向Ｂとの表記は、パルス管冷凍機１０がその使用場所に設置される姿勢を限定するものではない。パルス管冷凍機１０は所望される姿勢で設置可能であり、例えば、縦方向Ａおよび横方向Ｂをそれぞれ鉛直方向および水平方向に向けるようにして設置されてもよいし、反対に、縦方向Ａおよび横方向Ｂをそれぞれ水平方向および鉛直方向に向けるようにして設置されてもよい。あるいは、縦方向Ａおよび横方向Ｂをそれぞれ互いに異なる斜め方向に向けるようにして設置することも可能である。

２つの蓄冷器（１６、２２）は直列に接続され、縦方向Ａに延在する。２つのパルス管（１８、２４）はそれぞれ、縦方向Ａに延在する。第１段蓄冷器１６は、横方向Ｂに第１段パルス管１８と並列に配置され、第２段蓄冷器２２は、横方向Ｂに第２段パルス管２４と並列に配置されている。第１段パルス管１８は縦方向Ａに第１段蓄冷器１６とほぼ同じ長さを有し、第２段パルス管２４は、縦方向Ａに第１段蓄冷器１６と第２段蓄冷器２２の合計長さとほぼ同じ長さを有する。蓄冷器（１６、２２）とパルス管（１８、２４）は互いに概ね平行に配置されている。

なお、図１においては、蓄冷器（１６、２２）に対して第１段パルス管１８と第２段パルス管２４が両側に配置されているが、これは単に図示を容易にするためにすぎない。通例、蓄冷器（１６、２２）、第１段パルス管１８、第２段パルス管２４は、縦方向Ａに見たとき三角形をなすように配置されうる。

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から第１段蓄冷器１６を通じて第１段パルス管１８に作動ガスが供給され、第１段パルス管１８から第１段蓄冷器１６を通じて圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが回収される。また、圧縮機吐出口１２ａから第１段蓄冷器１６、第２段蓄冷器２２を通じて第２段パルス管２４に作動ガスが供給され、第２段パルス管２４から第２段蓄冷器２２、第１段蓄冷器１６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。なお一般に高圧ＰＨ及び低圧ＰＬはともに大気圧より顕著に高い。

主圧力切換弁１４は、主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２とを有する。副圧力切換弁２０は、副吸気開閉弁Ｖ３と副排気開閉弁Ｖ４とを有する。

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１１に流れる。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１１から圧縮機１２に流れる。高圧ライン１３ａは、圧縮機吐出口１２ａを吸気開閉弁（Ｖ１、Ｖ３）に接続する。低圧ライン１３ｂは、圧縮機吸入口１２ｂを排気開閉弁（Ｖ２、Ｖ４）に接続する。

第１段蓄冷器１６は、第１段蓄冷器高温端１６ａと、第１段蓄冷器低温端１６ｂとを有し、第１段蓄冷器高温端１６ａから第１段蓄冷器低温端１６ｂへと縦方向Ａに延在する。第１段蓄冷器高温端１６ａおよび第１段蓄冷器低温端１６ｂはそれぞれ、第１段蓄冷器１６の第１端および第２端とも称しうる。同様に、第２段蓄冷器２２は、第２段蓄冷器高温端２２ａと、第２段蓄冷器低温端２２ｂとを有し、第２段蓄冷器高温端２２ａから第２段蓄冷器低温端２２ｂへと縦方向Ａに延在する。第２段蓄冷器高温端２２ａおよび第２段蓄冷器低温端２２ｂはそれぞれ、第２段蓄冷器２２の第１端および第２端とも称しうる。第１段蓄冷器低温端１６ｂが、第２段蓄冷器高温端２２ａに連通している。

第１段パルス管１８は、第１段パルス管高温端１８ａと、第１段パルス管低温端１８ｂとを有し、第１段パルス管高温端１８ａから第１段パルス管低温端１８ｂへと縦方向Ａに延在する。第１段パルス管高温端１８ａおよび第１段パルス管低温端１８ｂはそれぞれ、第１段パルス管１８の第１端および第２端とも称しうる。

同様に、第２段パルス管２４は、第２段パルス管高温端２４ａと、第２段パルス管低温端２４ｂとを有し、第２段パルス管高温端２４ａから第２段パルス管低温端２４ｂへと縦方向Ａに延在する。第２段パルス管高温端２４ａおよび第２段パルス管低温端２４ｂはそれぞれ、第２段パルス管２４の第１端および第２端とも称しうる。

例示的な構成においては、蓄冷器（１６、２２）は内部に蓄冷材を充填した円筒状の管であり、パルス管（１８、２４）は内部を空洞とする円筒状の管である。

パルス管（１８、２４）の両端それぞれには、パルス管の軸方向に垂直な面内での作動ガス流速分布を均一化し、または所望の分布に調整するための整流器が設けられていてもよい。この整流器は、熱交換器としても機能する。

コールドヘッド１１は、第１段冷却ステージ２８と第２段冷却ステージ３０とを備える。

第１段蓄冷器１６および第１段パルス管１８は第１段冷却ステージ２８から同方向に延びており、第１段蓄冷器高温端１６ａおよび第１段パルス管高温端１８ａは、第１段冷却ステージ２８に対して同じ側に配置されている。このようにして、第１段蓄冷器１６、第１段パルス管１８、および第１段冷却ステージ２８は、Ｕ字状に配置されている。同様に、第２段蓄冷器２２および第２段パルス管２４は第２段冷却ステージ３０から同方向に延びており、第２段蓄冷器高温端２２ａおよび第２段パルス管高温端２４ａは、第２段冷却ステージ３０に対して同じ側に配置されている。このようにして、第２段蓄冷器２２、第２段パルス管２４、および第２段冷却ステージ３０は、Ｕ字状に配置されている。

第１段パルス管低温端１８ｂと第１段蓄冷器低温端１６ｂは、第１段冷却ステージ２８によって、構造的に接続され熱的に結合されている。第１段冷却ステージ２８には、第１段蓄冷器低温端１６ｂと第１段パルス管低温端１８ｂとの間で作動ガスが流れることができるように、両者を連通する第１段連通路２９が形成されている。

同様に、第２段パルス管低温端２４ｂと第２段蓄冷器低温端２２ｂは、第２段冷却ステージ３０によって、構造的に接続され熱的に結合されている。第２段冷却ステージ３０には、第２段蓄冷器低温端２２ｂと第２段パルス管低温端２４ｂとの間で作動ガスが流れることができるように、両者を連通する第２段連通路３１が形成されている。

冷却ステージ（２８、３０）は、例えば銅などの高熱伝導率の金属材料で形成されている。蓄冷器（１６、２２）の筒部およびパルス管（１８、２４）は、冷却ステージ（２８、３０）に比べて熱伝導率の低い材料、例えばステンレス鋼などの金属材料で形成されている。

第２段冷却ステージ３０には、冷却されるべき物体（図示せず）が熱的に結合される。物体は、第２段冷却ステージ３０上に直接設置され、または第２段冷却ステージ３０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もよい。パルス管冷凍機１０は、第２段冷却ステージ３０からの伝導冷却によって物体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物体は、限定しない例として、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であってもよい。パルス管冷凍機１０は第２段冷却ステージ３０に接触する気体または液体を冷却することもできる。

また、言うまでもなく、第２段冷却ステージ３０によって冷却される物体とは異なる物体が、第１段冷却ステージ２８によって冷却されてもよい。たとえば、第１段冷却ステージ２８には、第２段冷却ステージ３０への熱侵入を低減または防止するための輻射シールドが熱的に結合されていてもよい。

一方、第１段蓄冷器高温端１６ａ、第１段パルス管高温端１８ａ、および第２段パルス管高温端２４ａは、フランジ部３６によって接続されている。フランジ部３６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３８に取り付けられる。支持部３８は、冷却ステージ（２８、３０）および被冷却物を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。

フランジ部３６の一方の主表面からパルス管（１８、２４）および蓄冷器（１６、２２）が冷却ステージ（２８、３０）へと延び、フランジ部３６の他方の主表面にはバルブ部４０が設けられている。バルブ部４０には、主圧力切換弁１４および副圧力切換弁２０が収容されている。したがって、支持部３８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３６が支持部３８に取り付けられるとき、パルス管（１８、２４）、蓄冷器（１６、２２）、および冷却ステージ（２８、３０）は、当該容器内に収容され、バルブ部４０は、容器外に配置される。

なお、バルブ部４０は、フランジ部３６に直接取り付けられている必要はない。バルブ部４０は、パルス管冷凍機１０のコールドヘッド１１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１１に接続されてもよい。こうして、パルス管冷凍機１０の位相制御機構がコールドヘッド１１から分離して配置されてもよい。

主圧力切換弁１４は、パルス管（１８、２４）内に圧力振動を生成すべく第１段蓄冷器高温端１６ａ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。主圧力切換弁１４は、主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２のうち一方が開いているとき他方は閉じているように構成されている。主圧力切換弁１４は、蓄冷器連通路３２を介して第１段蓄冷器高温端１６ａに接続されている。主吸気開閉弁Ｖ１が圧縮機吐出口１２ａを第１段蓄冷器高温端１６ａに接続し、主排気開閉弁Ｖ２が圧縮機吸入口１２ｂを第１段蓄冷器高温端１６ａに接続する。

主吸気開閉弁Ｖ１が開いているとき、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、主吸気開閉弁Ｖ１、および蓄冷器連通路３２を通じて蓄冷器（１６、２２）に作動ガスが供給される。作動ガスはさらに、第１段蓄冷器１６から第１段連通路２９を通じて第１段パルス管１８に供給されるとともに、第２段蓄冷器２２から第２段連通路３１を通じて第２段パルス管２４に供給される。一方、主排気開閉弁Ｖ２が開いているとき、パルス管（１８、２４）から蓄冷器（１６、２２）、主排気開閉弁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。

副圧力切換弁２０は、パルス管連通路３４を介して第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続する。副圧力切換弁２０は、副吸気開閉弁Ｖ３と副排気開閉弁Ｖ４のうち一方が開いているとき他方は閉じているように構成されている。副吸気開閉弁Ｖ３が圧縮機吐出口１２ａを第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方に接続し、副排気開閉弁Ｖ４が圧縮機吸入口１２ｂを第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方に接続する。

パルス管連通路３４は、第１段パルス管高温端１８ａおよび第２段パルス管高温端２４ａと副圧力切換弁２０との間に分岐部４２を有する。パルス管連通路３４は、分岐部４２で第１パルス管流路４４と第２パルス管流路４６に分岐する。第１パルス管流路４４が副圧力切換弁２０を第１段パルス管高温端１８ａに接続し、第２パルス管流路４６が副圧力切換弁２０を第２段パルス管高温端２４ａに接続する。第１パルス管流路４４は第１流量調整要素２１を有し、第２パルス管流路４６は第２流量調整要素２７を有する。

副吸気開閉弁Ｖ３が開いているとき、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、副吸気開閉弁Ｖ３、第１パルス管流路４４、および第１段パルス管高温端１８ａを通じて第１段パルス管１８に作動ガスが供給される。一方、副排気開閉弁Ｖ４が開いているとき、第１段パルス管１８から第１段パルス管高温端１８ａ、副排気開閉弁Ｖ４、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。

また、副吸気開閉弁Ｖ３が開いているとき、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、副吸気開閉弁Ｖ３、第２パルス管流路４６、および第２段パルス管高温端２４ａを通じて第２段パルス管２４に作動ガスが供給される。一方、副排気開閉弁Ｖ４が開いているとき、第２段パルス管２４から第２段パルス管高温端２４ａ、副排気開閉弁Ｖ４、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。

図２は、図１に示されるパルス管冷凍機１０のバルブ部４０に適用されうる例示的なバルブタイミングを示す図である。パルス管冷凍機１０の一周期の冷凍サイクルは、第１待機期間Ｗ１、吸気期間Ａ１、第２待機期間Ｗ２、排気期間Ａ２に分けられる。

図２においては便宜上、一周期の冷凍サイクルが、第１待機期間Ｗ１の開始タイミングｔ_０から始まり排気期間Ａ２の終了タイミングｔ_８で終わるものとして図示している。排気期間Ａ２の終了タイミングｔ_８は次の周期の冷凍サイクルの開始タイミングｔ_０となる。

主圧力切換弁１４は、第１待機期間Ｗ１、吸気期間Ａ１、第２待機期間Ｗ２、排気期間Ａ２を順番に繰り返すように構成されている。副圧力切換弁２０は、主圧力切換弁１４に先行して開放され、先行して閉鎖される。図２において、斜線を付した区間は、弁が開いていることを示す。

第１待機期間Ｗ１においては、主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２の両方が閉鎖され、第１段蓄冷器高温端１６ａが圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂのどちらにも接続されない。吸気期間Ａ１においては、主吸気開閉弁Ｖ１が開放され主排気開閉弁Ｖ２が閉鎖され、第１段蓄冷器高温端１６ａが圧縮機吐出口１２ａに接続される。第２待機期間Ｗ２においては、再び主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２の両方が閉鎖され、第１段蓄冷器高温端１６ａが圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂのどちらにも接続されない。排気期間Ａ２においては、主吸気開閉弁Ｖ１が閉鎖され主排気開閉弁Ｖ２が開放され、第１段蓄冷器高温端１６ａが圧縮機吸入口１２ｂに接続される。

副圧力切換弁２０は、第１待機期間Ｗ１の１／２（または１／３、または１／４）が経過するまでに第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吐出口１２ａに接続する。副圧力切換弁２０は、吸気期間Ａ１が経過するまでにこの接続を絶つ。また、副圧力切換弁２０は、第２待機期間Ｗ２の１／２（または１／３、または１／４）が経過するまでに第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吸入口１２ｂに接続する。副圧力切換弁２０は、排気期間Ａ２が経過するまでにこの接続を絶つ。

図２に示されるように、副吸気開閉弁Ｖ３を開くタイミングｔ_１は、第１待機期間Ｗ１の開始タイミングｔ_０と（ｔ_２−ｔ_０）／２との間に設定される。ここで、（ｔ_２−ｔ_０）／２は、第１待機期間Ｗ１の開始タイミングｔ_０と吸気期間Ａ１の開始タイミングｔ_２の差の半分である。あるいは、副吸気開閉弁Ｖ３を開くタイミングｔ_１は、ｔ_０により近くてもよく、例えば、ｔ_０から（ｔ_２−ｔ_０）／３の間、またはｔ_０から（ｔ_２−ｔ_０）／４の間に設定されてもよい。副吸気開閉弁Ｖ３を閉じるタイミングｔ_３は、吸気期間Ａ１の間（すなわち、ｔ_２からｔ_４の間）に設定される。

副排気開閉弁Ｖ４を開くタイミングｔ_５は、第２待機期間Ｗ２の開始タイミングｔ_４と（ｔ_６−ｔ_４）／２との間に設定される。ここで、（ｔ_６−ｔ_４）／２は、第２待機期間Ｗ２の開始タイミングｔ_４と排気期間Ａ２の開始タイミングｔ_６の差の半分である。あるいは、副排気開閉弁Ｖ４を開くタイミングｔ_５は、ｔ_４により近くてもよく、例えば、ｔ_４から（ｔ_６−ｔ_４）／３の間、またはｔ_４から（ｔ_６−ｔ_４）／４の間に設定されてもよい。副排気開閉弁Ｖ４を閉じるタイミングｔ_７は、排気期間Ａ２の間（すなわち、ｔ_６からｔ_８の間）に設定される。

典型的な二段パルス管冷凍機は並列配置された２つの副圧力切換弁を有し、一方が第１段パルス管に接続され他方が第２段パルス管に接続されている。こうした典型的な設計では、第１段の副圧力切換弁のバルブタイミングを主圧力切換弁に対してごくわずかに先行させることによって、第１段の冷凍能力が最大化されうる。破線矢印Ｄで図示されるように、第１段の副圧力切換弁を開くタイミングは、例えば、（ｔ_２−ｔ_０）／２からｔ_２の間に設定される。第１段の副圧力切換弁は、実施の形態に係る副圧力切換弁２０とは異なり、第１待機期間Ｗ１の１／２が経過した後に開かれる。

ところが、本発明者の検討によれば、副吸気開閉弁Ｖ３が第１待機期間Ｗ１の１／２（または１／３、または１／４）が経過するまでに開放され、副排気開閉弁Ｖ４が第２待機期間Ｗ２の１／２（または１／３、または１／４）が経過するまでに開放されることによって、上述の典型的なパルス管冷凍機と同等の冷凍性能を実現することができる。

したがって、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０は、副圧力切換弁２０が第１段パルス管１８と第２段パルス管２４に共用され、それによりバルブ部４０の構造が簡素化されるとともに、良好な冷凍性能を提供することができ、有利である。

なお、これらのバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）のバルブタイミングとしては、図２に例示されるものだけでなく、既存の４バルブ型パルス管冷凍機に適用しうる種々のバルブタイミングを採用することができる。

バルブ（Ｖ１〜Ｖ４）の具体的構成は種々ありうる。例えば、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、例えば電磁開閉弁などの複数の個別に制御可能なバルブの形式をとってもよい。バルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、ロータリーバルブとして構成されてもよい。

図３は、図１に示されるパルス管冷凍機１０のバルブ部４０に適用されうる例示的なロータリーバルブを示す概略図である。図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ、図３に示されるロータリーバルブのバルブステータ４８およびバルブロータ５０を示す概略図である。図４（ａ）および図４（ｂ）には、ロータリーバルブのバルブ摺動面５２における流路配置が示されている。図から理解されるように、このロータリーバルブは１８０度の回転で一周期の冷凍サイクルが行われるように構成されている。

ロータリーバルブのバルブステータ４８およびバルブロータ５０は、バルブハウジング５４に収容され、両者はバルブ摺動面５２で互いに面接触するように隣接して配置されている。バルブステータ４８は、バルブハウジング５４に固定されている。バルブ駆動モータ５６がバルブハウジング５４の外側に設置され、バルブ駆動モータ５６の出力軸がバルブハウジング５４を貫通してバルブロータ５０へと延びている。

バルブハウジング５４の内部には、圧力室５８が形成され、バルブロータ５０およびバルブステータ４８は、圧力室５８に配置されている。一例として、圧力室５８には、低圧ライン１３ｂが接続され、低圧ＰＬが導入されている。バルブステータ４８には、高圧ライン１３ａ、蓄冷器連通路３２、およびパルス管連通路３４が接続されている。

バルブステータ４８の中心部には、バルブロータ５０の回転軸に沿って高圧導入路４８ａが貫通している。また、バルブステータ４８の外周部には、２つの蓄冷器連通穴４８ｂおよび２つのパルス管連通穴４８ｃがバルブロータ５０の回転軸の方向に貫通している。２つの蓄冷器連通穴４８ｂは、バルブロータ５０の回転軸を中心とする円周上で周方向に１８０度間隔で配置されている。２つのパルス管連通穴４８ｃは、蓄冷器連通穴４８ｂと同じ円周上で周方向に１８０度間隔で配置されている。ただし、蓄冷器連通穴４８ｂとパルス管連通穴４８ｃは周方向に所望の角度ずらして配置されている。

また、バルブロータ５０には、高圧凹部５０ａと２つの低圧凹部５０ｂが形成されている。高圧凹部５０ａは、バルブ摺動面５２上でバルブ摺動面５２の直径に沿って形成されている。高圧凹部５０ａは、バルブステータ４８とバルブロータ５０との面接触により圧力室５８からシールされ、圧力室５８に連通していない。高圧ライン１３ａは、バルブステータ４８の高圧導入路４８ａを通じてバルブロータ５０の高圧凹部５０ａに常時接続されている。２つの低圧凹部５０ｂは、バルブロータ５０の外周部に形成され、圧力室５８の一部となっている。よって、低圧ライン１３ｂは、低圧凹部５０ｂに常時接続されている。

バルブステータ４８とバルブハウジング５４の間にはいくつかのシール部材（例えばＯリング）が装着され、バルブ部４０の内部における高圧ライン１３ａ、蓄冷器連通路３２、およびパルス管連通路３４の間での直接の作動ガスの流通は防止される。

バルブ駆動モータ５６の駆動により出力軸が回転し、それにより、バルブロータ５０がバルブステータ４８に対して回転摺動する。バルブロータ５０の回転（矢印Ｒで示す）に伴ってバルブ摺動面５２で流路接続が周期的に切り替わる。

バルブロータ５０の高圧凹部５０ａと低圧凹部５０ｂがバルブステータ４８の蓄冷器連通穴４８ｂを交互に通過するので、バルブ部４０は、高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂを蓄冷器連通路３２に交互に接続する。よって、バルブ部４０は、第１段蓄冷器高温端１６ａ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動作可能である。

また、バルブロータ５０の高圧凹部５０ａと低圧凹部５０ｂがバルブステータ４８のパルス管連通穴４８ｃを交互に通過するので、バルブ部４０は、高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂをパルス管連通路３４に交互に接続する。上述のように、パルス管連通路３４は分岐部４２、第１パルス管流路４４、および第２パルス管流路４６を有する。よって、バルブ部４０は、第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように動作可能である。

ロータリーバルブとしてのバルブ部４０の具体的な流路構成は、上述の具体例には限られず、種々ありうる。例えば、上述の説明では、圧力室５８に低圧ライン１３ｂが接続され、バルブステータ４８に高圧ライン１３ａが接続されているが、これとは逆に、バルブステータ４８に低圧ライン１３ｂが接続され、圧力室５８に高圧ライン１３ａが接続される構成も可能である。

このように、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０においては、副圧力切換弁２０が第１段パルス管１８と第２段パルス管２４に共用されている。パルス管連通路３４は、第１段パルス管高温端１８ａおよび第２段パルス管高温端２４ａと副圧力切換弁２０との間に分岐部４２を有する。パルス管連通路３４は、分岐部４２で第１パルス管流路４４と第２パルス管流路４６に分岐する。第１パルス管流路４４が副圧力切換弁２０を第１段パルス管高温端１８ａに接続し、第２パルス管流路４６が副圧力切換弁２０を第２段パルス管高温端２４ａに接続する。したがって、パルス管冷凍機１０は、多段式のパルス管冷凍機であるにもかかわらず、単段式のパルス管冷凍機に用いられるものと同じ構造のバルブ部４０を採用することができる。よって、簡素なバルブ構成をもつパルス管冷凍機が提供される。

また、第１パルス管流路４４には第１流量調整要素２１が設けられ、第２パルス管流路４６には第２流量調整要素２７が設けられている。第１流量調整要素２１および第２流量調整要素２７の流路抵抗を個別に予め適切に設定することにより、パルス管冷凍機１０の第１段と第２段それぞれにおける位相制御の微調整をすることができる。これは、パルス管冷凍機１０の第１段と第２段それぞれの冷凍能力を最大化することに役立つ。

図５は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の他の一例を示す概略図である。バルブ部４０（すなわち主圧力切換弁１４および副圧力切換弁２０）は、コールドヘッド１１から取り外し可能に接続されている。

蓄冷器連通路３２は、主圧力切換弁１４を第１段蓄冷器１６に連結する蓄冷器連結配管６０を備え、蓄冷器連結配管６０は、主圧力切換弁１４および第１段蓄冷器高温端１６ａのそれぞれに着脱可能である。蓄冷器連結配管６０の両端は、セルフシーリング・カップリングのような着脱可能な継手６１を介して、主圧力切換弁１４および第１段蓄冷器高温端１６ａに着脱可能に取り付けられている。蓄冷器連結配管６０は、フレキシブル管またはリジッド管であってもよい。

パルス管連通路３４は、副圧力切換弁２０を分岐部４２に連結するパルス管連結配管６２を備え、パルス管連結配管６２は、副圧力切換弁２０および分岐部４２のそれぞれに着脱可能である。パルス管連結配管６２の両端は、セルフシーリング・カップリングのような着脱可能な継手６３を介して、副圧力切換弁２０および分岐部４２に着脱可能に取り付けられている。パルス管連結配管６２は、フレキシブル管またはリジッド管であってもよい。

上述のように、典型的な二段パルス管冷凍機は２つの副圧力切換弁を有し、一方が第１段パルス管に接続され他方が第２段パルス管に接続されている。こうした典型的な設計では、第１段パルス管用の連結配管と第２段パルス管用の連結配管が必要である。配管の容積は冷凍能力に寄与しない死容積であるから、なるべく小さいことが望ましい。

実施の形態に係るパルス管冷凍機１０においては、副圧力切換弁２０が第１段パルス管１８と第２段パルス管２４に共用されている。そのため、副圧力切換弁２０を１本のパルス管連結配管６２で２つのパルス管（１８、２４）に接続することができる。典型的なパルス管冷凍機と比べると、連結配管による死容積を半分にすることができ、冷凍能力が向上されうる。また、配管による圧損も低減されうる。

また、バルブ部４０はコールドヘッド１１から取り外し可能であるので、作業者は、バルブ部４０をコールドヘッド１１から取り外してメンテナンスを施すことできる。あるいは、作業者は、バルブ部４０をコールドヘッド１１から取り外して、新品のまたはメンテナンス済みの他のバルブ部４０と交換することができる。

ところで、４バルブ型パルス管冷凍機では、圧縮機、パルス管および蓄冷器を含む形で作動ガスの循環経路が形成されうる。こうした循環経路には、「ＤＣフロー」とも称される、直流成分をもつガス流れが生成されうる。ＤＣフローは、パルス管冷凍機の冷凍性能に影響しうる。とりわけ、ＤＣフローが、パルス管高温端からパルス管低温端へと貫通する作動ガス流れを含む場合には、そうした作動ガス流れによりパルス管高温端からパルス管低温端へと顕著な入熱が与えられ、パルス管冷凍機の冷凍効率は低下しうる。

そこで、パルス管冷凍機１０は、ＤＣフロー制御流路６６を備えてもよい。ＤＣフロー制御流路６６は、副圧力切換弁２０と並列に配置され、第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吸入口１２ｂに接続する。ＤＣフロー制御流路６６は、副圧力切換弁２０と分岐部４２との間でパルス管連通路３４から分岐する。このようにして、ＤＣフロー制御流路６６も、第１段パルス管１８と第２段パルス管２４に共用されてもよい。

ＤＣフロー制御流路６６は、副圧力切換弁２０の副排気開閉弁Ｖ４と並列に設けられたＤＣフロー開閉弁６８およびＤＣフロー調整要素７０を有する。例示的なバルブタイミングにおいては、ＤＣフロー開閉弁６８は、図２に示される副排気開閉弁Ｖ４のバルブタイミングと同一でよい（すなわち、ＤＣフロー開閉弁６８は、ｔ_５〜ｔ_７の間で開放され、他の期間は閉鎖されてもよい）。あるいは、ＤＣフロー開閉弁６８は、副排気開閉弁Ｖ４の開放中に一時的に開放されてもよい。ＤＣフロー調整要素７０は、第１流量調整要素２１と同様に、例えば、オリフィス、または絞り弁などの流路抵抗を含み、流路抵抗は、固定されていてもよいし、調整可能であってもよい。

図５に示されるように、コールドヘッド１１とバルブ部４０の連結のためにパルス管連結配管６２が使用されている場合には、ＤＣフロー制御流路６６は、副圧力切換弁２０とパルス管連結配管６２（副圧力切換弁２０側の継手６３）との間でパルス管連通路３４から分岐してもよい。このようにすれば、ＤＣフロー制御流路６６のための追加の連結配管をパルス管連結配管６２と並列に設ける必要がない。

ＤＣフロー制御流路６６は、ロータリーバルブに組み込まれてもよい。その場合、図４（ａ）に破線で示すように、バルブステータ４８のパルス管連通穴４８ｃと径方向に隣接して（例えば径方向に内側に）設けられてもよい。

図６は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０に適用されうるバッファライン７２の接続構成を一例を示す概略図である。

第１段パルス管高温端１８ａには、バッファライン７２が接続されてもよい。バッファライン７２は、バッファタンクなどのバッファ容積７２ａと、オリフィスなどのバッファライン流量調整要素７２ｂとを有する。バッファ容積７２ａは、高圧ＰＨと低圧ＰＬとの中間圧（例えば高圧ＰＨと低圧ＰＬの平均圧）を有する作動ガスの中間圧源として働く。よって、第１段パルス管高温端１８ａとバッファ容積７２ａとの圧力差に応じて、第１段パルス管１８とバッファ容積７２ａとの間でバッファライン７２を通じて作動ガスが流れる。

第１段パルス管高温端１８ａには、第１接続口７４および第２接続口７６が設けられている。第１接続口７４と第２接続口７６は、互いに異なる位置にある。第１接続口７４には、パルス管連通路３４の第１パルス管流路４４が接続され、第２接続口７６には、バッファライン７２によりバッファ容積７２ａが接続されている。このように、バッファライン７２が副圧力切換弁２０と第１段パルス管高温端１８ａとの間でパルス管連通路３４に合流するのではなく、パルス管連通路３４とバッファライン７２は別々に第１段パルス管高温端１８ａに接続されている。

第１接続口７４と第２接続口７６は、第１段パルス管高温端１８ａ上で径方向に互いに異なる位置にある。第１接続口７４が、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８から径方向外側に第１距離Ｃ１の位置に設けられ、第２接続口７６が、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８から径方向外側に第２距離Ｃ２の位置に設けられている。ここで、第１距離Ｃ１および第２距離Ｃ２は、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８から第１接続口７４および第２接続口７６の中心までの長さを示す。第１距離Ｃ１および第２距離Ｃ２はともに、第１接続口７４と第２接続口７６が第１段パルス管高温端１８ａの上面に配置されるべく、第１段パルス管１８の半径より短い。

第１距離Ｃ１は第２距離Ｃ２より長い。よって、第２接続口７６は、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８の近くに位置し、第１接続口７４は、第２接続口７６に比べて第１段パルス管高温端１８ａの外周の近くに位置する。例えば、第１距離Ｃ１は、第１段パルス管１８の半径の半分より長くてもよい。第２距離Ｃ２は、第１段パルス管１８の半径の半分より短くてもよい。第２接続口７６は、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８に設けられてもよい。その場合、第２距離Ｃ２はゼロとなる。

第１接続口７４および第２接続口７６はともに、第１接続口７４および第２接続口７６それぞれを通じて第１段パルス管１８の軸方向に作動ガスが流れるように第１段パルス管高温端１８ａに設けられている。

ある例示的な設計では、バッファライン７２を第１段パルス管高温端１８ａに直接に接続することに代えて、バッファライン７２がパルス管連通路３４（例えば第１パルス管流路４４）に合流されてもよい。しかしながら、この場合、バッファ容積７２ａから第１段パルス管高温端１８ａへとバッファライン７２を流れる作動ガスがパルス管連通路３４からも作動ガスを引き込む作用が生じ、パルス管の高温端から低温端に向かうＤＣフローが促進されうる。こうした作用は、バッファライン７２を流れる作動ガス流量が大きいほど顕著となりうる。

これに対して、上述のように第１接続口７４および第２接続口７６を設け、パルス管連通路３４とバッファライン７２を第１段パルス管高温端１８ａに個別に接続することにより、ＤＣフローが低減され、パルス管冷凍機１０の冷凍効率が向上されうる。

同様にして、第２段のバッファラインが第２段パルス管２４に接続されてもよく、第１接続口７４および第２接続口７６が第２段パルス管高温端２４ａに設けられてもよい。

図７は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の更なる一例を示す概略図である。このパルス管冷凍機１０は、三段式のパルス管冷凍機である。よって、コールドヘッド１１は、図１および図５を参照して説明した各構成要素に加えて、第３段蓄冷器８０および第３段パルス管８２を備える。第３段蓄冷器８０は、第２段蓄冷器２２に直列に接続されている。第３段蓄冷器８０の低温端は、第３段連通路８４を通じて第３段パルス管８２の低温端と連通している。

副圧力切換弁２０は、パルス管連通路３４を介して第３段パルス管８２の高温端も圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続する。パルス管連通路３４は、分岐部４２でさらに第３パルス管流路８６に分岐し、第３パルス管流路８６が副圧力切換弁２０を第３段パルス管８２の高温端に接続する。第３パルス管流路８６には、第３流量調整要素８８が設けられている。

このようにして、副圧力切換弁２０は、第１段パルス管１８および第２段パルス管２４だけでなく、第３段パルス管８２にも共用されている。したがって、簡素なバルブ構造をもつパルス管冷凍機１０を提供することができる。

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。ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。

例えば、図５を参照して説明した着脱可能なバルブ構成は、図７に示される三段式のパルス管冷凍機１０にも同様に適用されうる。

図５には主圧力切換弁１４および副圧力切換弁２０の両方がコールドヘッド１１から取り外し可能とされている。しかし、主圧力切換弁１４と副圧力切換弁２０が別個の弁である場合には、主圧力切換弁１４と副圧力切換弁２０のうち少なくとも一方がコールドヘッド１１から取り外し可能に接続されていてもよい。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１０パルス管冷凍機、１１コールドヘッド、１２圧縮機、１２ａ圧縮機吐出口、１２ｂ圧縮機吸入口、１４主圧力切換弁、１６第１段蓄冷器、１８第１段パルス管、２０副圧力切換弁、２１第１流量調整要素、２２第２段蓄冷器、２４第２段パルス管、２７第２流量調整要素、３２蓄冷器連通路、３４パルス管連通路、４２分岐部、４４第１パルス管流路、４６第２パルス管流路、６２パルス管連結配管、６６ＤＣフロー制御流路、８０第３段蓄冷器、８２第３段パルス管、８６第３パルス管流路、Ａ１吸気期間、Ａ２排気期間、Ｗ１第１待機期間、Ｗ２第２待機期間。

Claims

圧縮機吐出口と圧縮機吸入口とを有する圧縮機と、
第１段パルス管と、第２段パルス管と、前記第１段パルス管の低温端と連通している低温端を有する第１段蓄冷器と、前記第２段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第１段蓄冷器に直列に接続された第２段蓄冷器と、を備えるコールドヘッドと、
前記第１段蓄冷器の高温端を前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続する主圧力切換弁と、
パルス管連通路を介して前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続する副圧力切換弁と、を備え、
前記パルス管連通路は、前記第１段パルス管の高温端および前記第２段パルス管の高温端と前記副圧力切換弁との間に分岐部を有し、前記分岐部で第１パルス管流路と第２パルス管流路に分岐し、前記第１パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第１段パルス管の高温端に接続し、前記第２パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第２段パルス管の高温端に接続することを特徴とする多段式パルス管冷凍機。
前記第１パルス管流路には第１流量調整要素が設けられ、前記第２パルス管流路には第２流量調整要素が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多段式パルス管冷凍機。
前記主圧力切換弁と前記副圧力切換弁のうち少なくとも一方は、前記コールドヘッドから取り外し可能に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多段式パルス管冷凍機。
前記パルス管連通路は、前記副圧力切換弁を前記分岐部に連結するパルス管連結配管を備え、前記パルス管連結配管は、前記副圧力切換弁および前記分岐部のそれぞれに着脱可能であ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多段式パルス管冷凍機。
前記主圧力切換弁は、前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口のどちらにも接続されない第１待機期間、前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吐出口に接続される吸気期間、前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口のどちらにも接続されない第２待機期間、および前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吸入口に接続される排気期間を順番に繰り返すように構成され、
前記副圧力切換弁は、前記第１待機期間の１／２が経過するまでに前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吐出口に接続し、前記第２待機期間の１／２が経過するまでに前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吸入口に接続するように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多段式パルス管冷凍機。
前記副圧力切換弁と並列に配置され、前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吸入口に接続するＤＣフロー制御流路をさらに備え、前記ＤＣフロー制御流路は、前記副圧力切換弁と前記分岐部との間で前記パルス管連通路から分岐することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の多段式パルス管冷凍機。
前記コールドヘッドは、第３段パルス管と、前記第３段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第２段蓄冷器に直列に接続された第３段蓄冷器と、を備え、
前記副圧力切換弁は、前記パルス管連通路を介して前記第３段パルス管の高温端も前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続し、
前記パルス管連通路は、前記分岐部でさらに第３パルス管流路に分岐し、前記第３パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第３段パルス管の高温端に接続することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の多段式パルス管冷凍機。
第１段パルス管と、
第２段パルス管と、
前記第１段パルス管の低温端と連通している低温端を有する第１段蓄冷器と、
前記第２段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第１段蓄冷器に直列に接続された第２段蓄冷器と、
前記第１段蓄冷器の高温端を主圧力切換弁に接続する蓄冷器連通路と、
前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を副圧力切換弁に接続するパルス管連通路と、を備え、
前記パルス管連通路は、前記第１段パルス管の高温端および前記第２段パルス管の高温端と前記副圧力切換弁との間に分岐部を有し、前記分岐部で第１パルス管流路と第２パルス管流路に分岐し、前記第１パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第１段パルス管の高温端に接続し、前記第２パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第２段パルス管の高温端に接続することを特徴とする多段式パルス管冷凍機のコールドヘッド。