JP5017217B2 - Switching valve and regenerative refrigerator - Google Patents

Switching valve and regenerative refrigerator Download PDF

Info

Publication number
JP5017217B2
JP5017217B2 JP2008228860A JP2008228860A JP5017217B2 JP 5017217 B2 JP5017217 B2 JP 5017217B2 JP 2008228860 A JP2008228860 A JP 2008228860A JP 2008228860 A JP2008228860 A JP 2008228860A JP 5017217 B2 JP5017217 B2 JP 5017217B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spool
cam
valve
refrigerant
switching valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008228860A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010060246A (en
Inventor
安見 大谷
泰造 戸坂
修 山口
裕美 加藤
哲 宮崎
光一 大勢持
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2008228860A priority Critical patent/JP5017217B2/en
Publication of JP2010060246A publication Critical patent/JP2010060246A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5017217B2 publication Critical patent/JP5017217B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Multiple-Way Valves (AREA)

Description

本発明は、切替弁、特に極低温の寒冷を発生する蓄冷式冷凍機に用いられる切替弁、並びにこの切替弁を用いた蓄冷式冷凍機に関する。   The present invention relates to a switching valve, in particular, a switching valve used in a regenerative refrigerator that generates cryogenic cold, and a regenerative refrigerator that uses this switching valve.

蓄冷式冷凍機には、冷凍機シリンダ内に冷媒ガスを給気、排気する方式として、ピストンの往復動により発生する圧力波形をそのまま冷凍機シリンダ内に送り込むスターリング型の冷凍機と、圧縮機で圧縮された高圧冷媒を、圧縮機と冷凍機シリンダの間に設けられた切替弁により切り替えて給気、排気するギフォード・マクマホン(以下GMと記す)型の2つの方式がある。   The regenerative refrigerator is a method of supplying and exhausting refrigerant gas into the refrigerator cylinder, using a Stirling type refrigerator that sends the pressure waveform generated by the reciprocating motion of the piston directly into the refrigerator cylinder, and a compressor. There are two types of Gifford-McMahon (hereinafter referred to as GM) type in which compressed high-pressure refrigerant is switched and supplied and exhausted by a switching valve provided between the compressor and the refrigerator cylinder.

後者の方式は、切替弁として機械的に駆動するロータリー弁、スプール弁(給排気を1つのスプールの動きで切り替えるシングルスプール弁と、給気、排気を別個のスプール弁で行うダブルスプール弁の2方式がある)、電気的に駆動する電磁弁等の方式がある。各々メリット、デメリットがある。   The latter system consists of a rotary valve that is mechanically driven as a switching valve, a spool valve (a single spool valve that switches supply / exhaust by movement of one spool, and a double spool valve that supplies and exhausts air using separate spool valves. There are systems such as electromagnetic valves that are electrically driven. Each has advantages and disadvantages.

ロータリー弁は通常、ガス圧あるいはバネ圧により、樹脂等からなるロータをステータに押し付けながら回転させ、ロータ及びステータに設けられた給、排気孔同士がお互いに合致する状態で冷媒が流れ、合致しない状態では冷媒を流さない制御をサイクルで行うものである。通常、摺動面が面圧により押さえつけられているため、冷媒停止時のリーク量を小さくできる反面、摺動による磨耗が発生し、耐久性の面で、あるいは磨耗粉による信頼性の面でデメリットがある。   The rotary valve is normally rotated by pressing the rotor made of resin or the like against the stator by gas pressure or spring pressure, and the refrigerant flows in a state where the supply and exhaust holes provided in the rotor and the stator are in agreement with each other. In the state, control that does not flow the refrigerant is performed in a cycle. Normally, the sliding surface is pressed down by the surface pressure, so the amount of leakage when the refrigerant stops can be reduced, but wear due to sliding occurs, and there is a demerit in terms of durability or reliability due to wear powder. There is.

シングルスプール弁は、弁シリンダ内に配設されたスプールと呼ばれる円柱体が回転カムにより往復動され、弁シリンダ側の孔とスプール側のスプール溝が合致する状態で冷媒が流れ、合致しない状態で冷媒を流さない制御をサイクルで行うものである。つまり、このシングルスプール弁は、図7に示すように、弁シリンダ100に給気孔101、排気孔102が軸方向に異なる位置に設けられ、スプール103に、互いに連通するスプール溝104とスプール内流路105が形成され、カム106の回転によりスプール103が往復動して、スプール溝104と給気孔101または排気孔102とが合致し、給気と排気が切り替えられる。尚、符号107はカム回転軸、符号108はスプリングを示す。   In a single spool valve, a cylinder called a spool disposed in the valve cylinder is reciprocated by a rotating cam, and the refrigerant flows in a state where the hole on the valve cylinder and the spool groove on the spool are aligned. Control without flowing the refrigerant is performed in cycles. In other words, as shown in FIG. 7, this single spool valve is provided with an air supply hole 101 and an exhaust hole 102 in the valve cylinder 100 at different positions in the axial direction. A path 105 is formed, and the spool 103 is reciprocated by the rotation of the cam 106, the spool groove 104 and the air supply hole 101 or the exhaust hole 102 are matched, and supply and exhaust are switched. Reference numeral 107 denotes a cam rotation shaft, and reference numeral 108 denotes a spring.

このシングルスプール弁は、ロータリー弁方式と異なり、弁シリンダ100とスプール103は、面圧がない状態で数μmから数十μm程度のギャップをはさんで接しており、材質は金属、樹脂など様々であるが、磨耗はロータリー弁に比較して少ない。反面、ギャップでリークを保持するため、リーク量は多いか、あるいはギャップ間にゴミ等を挟み込むこと等によるかじりが発生する恐れがある。   In this single spool valve, unlike the rotary valve system, the valve cylinder 100 and the spool 103 are in contact with a gap of several μm to several tens of μm in the absence of surface pressure. However, wear is less compared to rotary valves. On the other hand, since the leak is held in the gap, there is a possibility that the amount of leak is large or galling occurs due to dust or the like sandwiched between the gaps.

ダブルスプール弁は、特許文献1及び2に記載のように、スプール弁の基本構成はシングルスプール弁と同じで、2つのスプール弁を異なるカムにより駆動する方式である。つまり、一方のスプール弁は、その弁シリンダに給気孔が設けられて給気を行い、他方のスプール弁は、その弁シリンダに排気孔が設けられて排気を行う。   As described in Patent Documents 1 and 2, the double spool valve is a system in which the basic configuration of the spool valve is the same as that of the single spool valve, and the two spool valves are driven by different cams. That is, one spool valve is provided with an air supply hole in its valve cylinder for supplying air, and the other spool valve is provided with an exhaust hole in its valve cylinder for exhausting air.

このため、給気、排気のバルブタイミングの自由度は高いが、スプールを駆動するカムが2連になるため、2つのスプール弁を収容する冷凍機のコールドヘッドが大きくなってしまう。コンパクト化のためにスプール弁の径を小さくすると、給排気の流路断面積が十分に確保できなくなり、圧損により性能が低下してしまう。また、このダブルスプール弁では、耐久性はシングルスプール弁と同じであるが、トラブルの確率はシングルスプール弁に比較して2倍となる。   For this reason, although the degree of freedom of supply and exhaust valve timings is high, since the cams that drive the spools are doubled, the cold head of the refrigerator that accommodates the two spool valves becomes large. If the diameter of the spool valve is reduced for compactness, the flow passage cross-sectional area of the supply / exhaust cannot be sufficiently secured, and the performance deteriorates due to pressure loss. Further, this double spool valve has the same durability as the single spool valve, but the probability of trouble is twice that of the single spool valve.

上述の3方式の弁(ロータリー弁、シングルスプール弁、ダブルスプール弁)は、通常、冷凍機のディスプレーサを駆動するモータにより、ディスプレーサと同期して機械的に弁を駆動する方式であるが、電磁弁方式は、電気的に開閉切替を行う電磁弁によって給排気を行う方式である。最大のメリットは、冷凍機運転中に給排気のタイミングを変更することができることであるが、研究用には向いているものの、電磁弁の耐久性に課題があり、市販される冷凍機に採用されるに至っていない。
特開昭63−21451号公報 特開平4−139357号公報
The above-described three types of valves (rotary valve, single spool valve, double spool valve) are systems in which the valve is mechanically driven in synchronism with the displacer by a motor that drives the displacer of the refrigerator. The valve method is a method of supplying and exhausting air by an electromagnetic valve that is electrically switched. The biggest merit is that the timing of supply and exhaust can be changed during operation of the refrigerator, but although it is suitable for research purposes, there is a problem with the durability of the solenoid valve, and it is adopted for commercial refrigerators It has not been done.
JP-A-63-21451 Japanese Patent Laid-Open No. 4-139357

流体の給排気を周期的に行う切替弁に関して、上述のようなシングルスプール弁では、スプール103を駆動するカム106が円形状であり、そのため給気、排気のバルブタイミングは、図8に示すように、時間的に対称なタイミングになる制限があった。特に、この切替弁を用いた蓄冷式冷凍機においては、給気完了から排気開始までの時間t1と、排気完了から給気開始までの時間t2が等しくなり、冷凍サイクルを決める給排気のバルブタイミングの自由度が他の方式に比較して低いデメリットがある。   Regarding the switching valve that periodically supplies and exhausts fluid, in the single spool valve as described above, the cam 106 that drives the spool 103 has a circular shape. Therefore, the valve timing of supply and exhaust is as shown in FIG. However, there is a limitation that the timing becomes symmetrical in time. In particular, in a regenerative refrigerator using this switching valve, the time t1 from the completion of supply to the start of exhaust and the time t2 from completion of exhaust to the start of supply become equal, and the valve timing of supply and exhaust determines the refrigeration cycle. There is a disadvantage that the degree of freedom is lower than other methods.

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、コンパクト性、耐久性及び低圧損特性に優れ、且つ流路の切替タイミングの自由度を向上できる切替弁を提供することにある。   An object of the present invention is made in consideration of the above-described circumstances, and provides a switching valve that is excellent in compactness, durability, and low-pressure loss characteristics, and that can improve the degree of freedom of switching timing of a flow path. is there.

また、本発明の他の目的は、給排気のバルブタイミングの自由度を向上させて、冷凍効率を最適化できる蓄冷式冷凍機を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a regenerative refrigerator that can optimize the refrigeration efficiency by improving the degree of freedom of supply and exhaust valve timing.

本発明に係る切替弁は、単一の弁シリンダと、この弁シリンダ内を往復動可能な単一のスプールと、このスプールを駆動させるカムとを有してなり、前記弁シリンダにおいて前記スプールの移動方向に複数形成された孔が、前記スプールの外周に形成された溝に合致することで、複数の流路を切り替える切替弁において、前記スプールを駆動する前記カムが複数のカムからなり、各カムは、カム回転軸に対し偏心する方向が異なって構成されたことを特徴とするものである。   A switching valve according to the present invention includes a single valve cylinder, a single spool that can reciprocate in the valve cylinder, and a cam that drives the spool. In the switching valve for switching a plurality of flow paths by matching a plurality of holes formed in the moving direction with a groove formed on the outer periphery of the spool, the cam for driving the spool includes a plurality of cams, The cam is characterized in that the direction of eccentricity with respect to the cam rotation shaft is different.

また、本発明に係る切替弁は、単一の弁シリンダと、この弁シリンダ内を往復動可能な単一のスプールと、このスプールを駆動させるカムとを有してなり、前記弁シリンダにおいて前記スプールの移動方向に複数形成された孔が、前記スプールの外周に形成された溝に合致することで、複数の流路を切り替える切替弁において、前記スプールを駆動する前記カムは単一のカムであり、このカムの形状は、2つの円の中心をずらして重ね合せ、これらの2つの円に接する2つの接線と前記2つの円の円周とで形成される長円形状であり、前記2つのカムの中心とカム回転軸とを結ぶそれぞれの直線の方向が異なって設定されたことを特徴とするものである。   The switching valve according to the present invention includes a single valve cylinder, a single spool that can reciprocate within the valve cylinder, and a cam that drives the spool. In the switching valve that switches a plurality of flow paths by matching a plurality of holes formed in the spool moving direction with grooves formed on the outer periphery of the spool, the cam for driving the spool is a single cam. And the shape of this cam is an oval shape formed by shifting the centers of the two circles so as to overlap each other and forming two tangent lines in contact with the two circles and the circumference of the two circles. The direction of each straight line connecting the centers of the two cams and the cam rotation shaft is set differently.

更に、本発明に係る蓄冷式冷凍機は、コールドヘッドと、冷媒を圧縮するコンプレッサを備えた冷媒給排気系とを有し、前記コールドヘッドは、冷凍機シリンダと、この冷凍機シリンダ内を往復移動し、前記冷凍機シリンダとの間で第1容積変動室及び第2容積変動室を形成するディスプレーサと、このディスプレーサに形成されて前記第1容積変動室と前記第2容積変動室とを連通する連通路に配設された蓄冷材と、前記コンプレッサから前記第1容積変動室内への冷媒の供給と、前記第1容積変動室内から前記コンプレッサへの冷媒の排出とを切り替える切替弁とを備え、前記蓄冷材を通過して冷却され前記第2容積変動室に至った冷媒を、前記ディスプレーサにより膨張することで極低温の寒冷を発生する蓄冷式冷凍機において、前記切替弁が請求項1乃至4のいずれか1項に記載の切替弁から構成され、この切替弁の弁シリンダに、前記コンプレッサからの冷媒を前記冷凍機シリンダ内へ吸気として供給するための吸気孔と、前記冷凍機シリンダ内の冷媒を前記コンプレッサへ排気として排出するための排気孔とが、スプールの移動方向に形成されたことを特徴とするものである。   The regenerator type refrigerator according to the present invention further includes a cold head and a refrigerant supply / exhaust system including a compressor for compressing the refrigerant. The cold head reciprocates between the refrigerator cylinder and the refrigerator cylinder. A displacer that moves and forms a first volume fluctuation chamber and a second volume fluctuation chamber with the refrigerator cylinder, and is formed in the displacer and communicates the first volume fluctuation chamber and the second volume fluctuation chamber. And a switching valve that switches between supply of refrigerant from the compressor to the first volume fluctuation chamber and discharge of refrigerant from the first volume fluctuation chamber to the compressor. In the regenerative refrigerator that generates cryogenic cold by expanding the refrigerant that has passed through the regenerator and cooled to the second volume fluctuation chamber by the displacer, An exchange hole is comprised from the switching valve of any one of Claims 1 thru | or 4, and the intake hole for supplying the refrigerant | coolant from the said compressor as intake air in the valve cylinder of this switching valve And an exhaust hole for discharging the refrigerant in the refrigerator cylinder as exhaust to the compressor is formed in the moving direction of the spool.

本発明に係る切替弁及び蓄冷式冷凍機によれば、スプールを駆動する複数のカムのカム回転軸に対する偏心方向を変更することで、切替弁によって切り替えられる複数の流路の切替タイミングを独立に調整できるので、この切替タイミングの自由度を向上させることができる。この結果、この切替弁を蓄冷式冷凍機に適用したときに、給排気のバルブタイミングの自由度を向上できるので、この冷凍機の冷凍効率を最適化できる。また、複数の流路の切替をスプールを用いた単一の切替弁(シングルスプール弁)により実施するので、切替弁のコンパクト性、耐久性及び圧損特性を向上できる。   According to the switching valve and the regenerative refrigerator according to the present invention, the switching timing of the plurality of flow paths switched by the switching valve can be independently changed by changing the eccentric direction of the plurality of cams driving the spool with respect to the cam rotation shaft. Since it can be adjusted, the degree of freedom of this switching timing can be improved. As a result, when this switching valve is applied to a regenerative refrigerator, the degree of freedom in supply and exhaust valve timing can be improved, so that the refrigerating efficiency of this refrigerator can be optimized. Further, since the switching of the plurality of flow paths is performed by a single switching valve (single spool valve) using a spool, the compactness, durability and pressure loss characteristics of the switching valve can be improved.

また、本発明に係る切替弁及び蓄冷式冷凍機によれば、長円形状のカムを構成する2つの円の中心とカム回転軸とを結ぶそれぞれの直線の方向を変更することで、切替弁によって切り替えられる複数の流路の切替タイミングを独立に調整できるので、この切替タイミングの自由度を向上させることができる。この結果、この切替弁を蓄冷式冷凍機に適用したときに、給排気のバルブタイミングの自由度を向上できるので、この冷凍機の冷凍効率を最適化できる。また、複数の流路の切替をスプールを用いた単一の切替弁(シングルスプール弁)により実施するので、切替弁のコンパクト性、耐久性及び圧損特性を向上できる。   Further, according to the switching valve and the regenerative refrigerator according to the present invention, the switching valve is changed by changing the direction of each straight line connecting the center of the two circles constituting the elliptical cam and the cam rotation shaft. Since the switching timing of the plurality of flow paths switched by the above can be adjusted independently, the degree of freedom of the switching timing can be improved. As a result, when this switching valve is applied to a regenerative refrigerator, the degree of freedom in supply and exhaust valve timing can be improved, so that the refrigerating efficiency of this refrigerator can be optimized. Further, since the switching of the plurality of flow paths is performed by a single switching valve (single spool valve) using a spool, the compactness, durability and pressure loss characteristics of the switching valve can be improved.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

[A]第1の実施の形態(図1〜図5)
図1は、本発明に係る切替弁の第1の実施の形態が適用された蓄冷式冷凍機を示す概略構成図である。図2は、図1の切替弁が吸気側に切り替られた状態を示し、(A)が正面断面図、(B)が側面断面図である。
[A] First embodiment (FIGS. 1 to 5)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a regenerator type refrigerator to which a first embodiment of a switching valve according to the present invention is applied. 2 shows a state where the switching valve in FIG. 1 is switched to the intake side, (A) is a front sectional view, and (B) is a side sectional view.

図1に示すように、蓄冷式冷凍機10は、極低温(例えば30K以下)の寒冷を発生するギフォード・マクマホン(GM)型冷凍機であり、コールドヘッド11と冷媒給排気系12とを有して構成され、冷媒給排気系12が冷媒を圧縮するコンプレッサ13を備える。ここで、冷媒としては、ヘリウム3、ヘリウム4、ネオンまたは水素のいずれか一つが用いられる。   As shown in FIG. 1, a regenerative refrigerator 10 is a Gifford-McMahon (GM) refrigerator that generates a cryogenic temperature (for example, 30 K or less), and has a cold head 11 and a refrigerant supply / exhaust system 12. The refrigerant supply / exhaust system 12 includes a compressor 13 that compresses the refrigerant. Here, any one of helium 3, helium 4, neon, and hydrogen is used as the refrigerant.

コールドヘッド11は、冷凍機シリンダ14、ディスプレーサ15、蓄冷材16、切替弁17及び駆動モータ18を有して構成される。   The cold head 11 includes a refrigerator cylinder 14, a displacer 15, a cool storage material 16, a switching valve 17, and a drive motor 18.

ディスプレーサ15は、冷凍機シリンダ14内を往復移動し、冷凍機シリンダ14との間で、第1容積変動室としてのバッファ室19と、第2容積変動室としての膨張室20とを区画して形成する。   The displacer 15 reciprocates in the refrigerator cylinder 14 to partition a buffer chamber 19 as a first volume variation chamber and an expansion chamber 20 as a second volume variation chamber with the refrigerator cylinder 14. Form.

蓄冷材16は、冷媒を熱交換によって冷却するものであり、ディスプレーサ15に形成された連通路21内に配設される。この連通路21は、ディスプレーサ15に貫通して形成され、バッファ室19と膨張室20とを連通する。蓄冷材16としては、ErNi(エルビウム3ニッケル)やHoCu(ホルミウムカッパ2)などの希土類化合物、またはセラミックス等、極低温で比熱が大きい磁性蓄冷材が用いられる。 The cool storage material 16 cools the refrigerant by heat exchange, and is disposed in a communication path 21 formed in the displacer 15. The communication passage 21 is formed so as to penetrate the displacer 15 and communicate the buffer chamber 19 and the expansion chamber 20. As the regenerator material 16, a magnetic regenerator material having a large specific heat at a very low temperature, such as rare earth compounds such as Er 3 Ni (erbium 3 nickel) and HoCu 2 (holmium kappa 2), or ceramics is used.

切替弁17は、コンプレッサ13からバッファ室19への冷媒の供給と、バッファ室19からコンプレッサ13への冷媒の排出とを切り替えるものである。この切替弁17は、ディスプレーサ15の往復移動に連動して流路を切り替え、ディスプレーサ15が下死点付近にあるときに(図1の状態)、コンプレッサ13の高圧側からの冷媒を、導入口22を通してバッファ室19へ吸気として供給し、ディスプレーサ15が上死点の前後にあるときに、バッファ室19内の冷媒を排気として、流出口23を通してコンプレッサ13の低圧側へ排出する。導入口22及び流出口23は、冷凍機シリンダ14に一体的に設けられたモータケース24に開口される。この切替弁17は、後に詳説する如く、単一のスプール弁(シングルスプール弁)から構成される。   The switching valve 17 switches between supply of refrigerant from the compressor 13 to the buffer chamber 19 and discharge of refrigerant from the buffer chamber 19 to the compressor 13. This switching valve 17 switches the flow path in conjunction with the reciprocating movement of the displacer 15, and when the displacer 15 is in the vicinity of the bottom dead center (the state of FIG. 1), the refrigerant from the high pressure side of the compressor 13 is supplied to the inlet. 22 is supplied as intake air to the buffer chamber 19, and when the displacer 15 is before and after the top dead center, the refrigerant in the buffer chamber 19 is exhausted and discharged to the low pressure side of the compressor 13 through the outlet 23. The inlet 22 and the outlet 23 are opened in a motor case 24 provided integrally with the refrigerator cylinder 14. As will be described in detail later, the switching valve 17 is constituted by a single spool valve (single spool valve).

駆動モータ18はモータケース24内に収容され、この駆動モータ18のモータシャフトにカム回転軸25が回転一体に結合される。カム回転軸25にはディスプレーサ駆動カム26と、切替弁17用の弁駆動カム27(後述)とが回転一体に結合される。ディスプレーサ駆動カム26にベアリング28が外嵌され、このベアリング28を介してディスプレーサ駆動カム26が、ディスプレーサ15に連結された連結ロッド29に嵌合される。   The drive motor 18 is housed in a motor case 24, and a cam rotation shaft 25 is coupled to the motor shaft of the drive motor 18 so as to rotate together. A displacer drive cam 26 and a valve drive cam 27 (described later) for the switching valve 17 are coupled to the cam rotation shaft 25 in an integral manner. A bearing 28 is externally fitted to the displacer driving cam 26, and the displacer driving cam 26 is fitted to a connecting rod 29 connected to the displacer 15 via the bearing 28.

駆動モータ18の運転により、弁駆動カム27が回転して切替弁17のスプール32(後述)を往復移動させると共に、ディスプレーサ駆動カム26を回転させ、連結ロッド29を介してディスプレーサ15を往復移動させる。このディスプレーサ15の往復移動によって、バッファ室19内の冷媒は蓄冷材16により冷却されて膨張室20へ至り、この膨張室20内で膨張されて、極低温の寒冷が発生する。このとき、膨張室20内では、膨張圧力が冷媒の臨界圧力以下まで低下して、冷媒が液化する。この液化した冷媒の潜熱を利用して上記寒冷が発生する。この寒冷は、冷凍機シリンダ14の冷却ステージ30を経て負荷へ与えられる。   When the drive motor 18 is operated, the valve drive cam 27 rotates to reciprocate a spool 32 (described later) of the switching valve 17, and the displacer drive cam 26 is rotated to reciprocate the displacer 15 via the connecting rod 29. . By the reciprocating movement of the displacer 15, the refrigerant in the buffer chamber 19 is cooled by the cold storage material 16 and reaches the expansion chamber 20, and is expanded in the expansion chamber 20, thereby generating a cryogenic cold. At this time, in the expansion chamber 20, the expansion pressure is reduced to a critical pressure or lower of the refrigerant, and the refrigerant is liquefied. The cold is generated using the latent heat of the liquefied refrigerant. This cold is given to the load through the cooling stage 30 of the refrigerator cylinder 14.

上述の蓄冷式冷凍機10では、ディスプレーサ15が冷凍機シリンダ14の下死点(最下位置)付近にあるときに、切替弁17によって、コンプレッサ13の高圧側からの冷媒がバッファ室19へ吸気として供給される。そして、ディスプレーサ15が冷凍機シリンダ14内を下死点から上死点(最上位置)へ移動する過程で、バッファ室19内の冷媒が連通路21の蓄冷材16によって冷却されながら膨張室20内へ流入する。このディスプレーサ15が冷凍機シリンダ14の上死点へ移動する過程で、膨張室20の容積が増大していく。   In the above-described regenerative refrigerator 10, when the displacer 15 is near the bottom dead center (lowermost position) of the refrigerator cylinder 14, the refrigerant from the high pressure side of the compressor 13 is sucked into the buffer chamber 19 by the switching valve 17. Supplied as Then, in the process in which the displacer 15 moves from the bottom dead center to the top dead center (uppermost position) in the refrigerator cylinder 14, the refrigerant in the buffer chamber 19 is cooled by the cool storage material 16 in the communication passage 21, and the inside of the expansion chamber 20. Flow into. In the process in which the displacer 15 moves to the top dead center of the refrigerator cylinder 14, the volume of the expansion chamber 20 increases.

ディスプレーサ15が冷凍機シリンダ14の上死点に至る前後で、切替弁17によって、バッファ室19内の冷媒がコンプレッサ13の低圧側へ排出される。これにより、膨張室20内では冷媒が上述のように膨張して液化し、その潜熱により極低温の寒冷が発生する。   The refrigerant in the buffer chamber 19 is discharged to the low pressure side of the compressor 13 by the switching valve 17 before and after the displacer 15 reaches the top dead center of the refrigerator cylinder 14. As a result, the refrigerant expands and liquefies in the expansion chamber 20 as described above, and cryogenic cold is generated by the latent heat.

その後、ディスプレーサ15が下死点へ移動する過程では、膨張室20内の冷媒が蓄冷材16を冷却しながら連通路21を通ってバッファ室19へ至り、切替弁17及びモータケース24内を通ってコンプレッサ13の低圧側へ排出される。以上の繰り返しによって、冷凍機シリンダ14の冷却ステージ30が極低温に冷却され、この極低温の寒冷が負荷に与えられる。   Thereafter, in the process of moving the displacer 15 to the bottom dead center, the refrigerant in the expansion chamber 20 reaches the buffer chamber 19 through the communication path 21 while cooling the cool storage material 16, and passes through the switching valve 17 and the motor case 24. And discharged to the low pressure side of the compressor 13. By repeating the above, the cooling stage 30 of the refrigerator cylinder 14 is cooled to a very low temperature, and this very low temperature is applied to the load.

さて、前記切替弁17は、図2及び図3に示すように、単一の弁シリンダ31と、この弁シリンダ31内を往復移動可能な単一のスプール32と、このスプール32を駆動させる前記弁駆動カム27と、スプール32を弁駆動カム27に常に接触させるためにスプール32に付勢力を付与するスプリング37とを有して構成される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the switching valve 17 includes a single valve cylinder 31, a single spool 32 that can reciprocate in the valve cylinder 31, and the spool 32 that drives the spool 32. The valve drive cam 27 includes a spring 37 that applies a biasing force to the spool 32 so that the spool 32 is always in contact with the valve drive cam 27.

弁シリンダ31においてスプール32の移動方向に複数形成された孔(つまり吸気孔33と排気孔34)が、スプール32の外周に形成されたスプール溝35に合致することで、このスプール32内に形成されたスプール内流路36を介して、複数の流路(つまり吸気側流路と排気側流路)が切り替えられる。   In the valve cylinder 31, a plurality of holes formed in the moving direction of the spool 32 (that is, the intake holes 33 and the exhaust holes 34) are formed in the spool 32 by matching with the spool grooves 35 formed on the outer periphery of the spool 32. A plurality of flow paths (that is, the intake-side flow path and the exhaust-side flow path) are switched through the spool internal flow path 36.

前記吸気孔33は、図1及び図2に示すように、コンプレッサ13の高圧側の冷媒を、スプール32のスプール溝35及びスプール内流路36を経てバッファ室19へ吸気として供給するために弁シリンダ31に形成されたものである。前記吸気側流路は、コンプレッサ13の高圧側を、モータケース24の導入口22、弁シリンダ31の吸気孔33、スプール32のスプール溝35及びスプール内流路36を経て、冷凍機シリンダ14のバッファ室19に連通する流路である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the intake hole 33 is a valve for supplying refrigerant on the high pressure side of the compressor 13 as intake air to the buffer chamber 19 through the spool groove 35 and the spool passage 36 of the spool 32. It is formed in the cylinder 31. The intake side flow path passes through the high pressure side of the compressor 13 through the inlet 22 of the motor case 24, the intake hole 33 of the valve cylinder 31, the spool groove 35 of the spool 32, and the flow path 36 in the spool. This is a flow path communicating with the buffer chamber 19.

また、排気孔34は、冷凍機シリンダ14のバッファ室19内の冷媒を、スプール32のスプール内流路36及びスプール溝35を経て、コンプレッサ13の低圧側へ排出するために弁シリンダ31に形成されたものである。前記排気側流路は、バッファ室19を、スプール32のスプール内流路36及びスプール溝35、弁シリンダ31の排気孔34、モータケース24内、及びモータケース24の流出口23を経て、コンプレッサ13の低圧側に連通する流路である。   Further, the exhaust hole 34 is formed in the valve cylinder 31 in order to discharge the refrigerant in the buffer chamber 19 of the refrigerator cylinder 14 to the low pressure side of the compressor 13 through the in-spool flow path 36 and the spool groove 35 of the spool 32. It has been done. The exhaust side flow path passes through the buffer chamber 19 through the in-spool flow path 36 and spool groove 35 of the spool 32, the exhaust hole 34 of the valve cylinder 31, the motor case 24, and the outlet 23 of the motor case 24. 13 is a flow path communicating with the low pressure side.

このように構成された切替弁17では、弁駆動カム27は、例えば一定回転数で回転する駆動モータ18により、ディスプレーサ駆動カム26と同期して回転駆動される。図2は、弁駆動カム27がスプール32を最も下側へ押し下げている状態であり、弁シリンダ31の吸気孔33とスプール32のスプール溝35が合致する状態となっている。この状態では、弁シリンダ31の吸気孔33と冷凍機シリンダ14のバッファ室19とが連通しており、吸気孔33がコンプレッサ13の高圧側に連通しているため、この図2の状態によって、コンプレッサ13からの高圧の冷媒が冷凍機シリンダ14のバッファ室19内へ吸気として導入される。このときの冷媒の流れ方向を符号Aの矢印で示す。   In the switching valve 17 configured as described above, the valve drive cam 27 is rotationally driven in synchronization with the displacer drive cam 26 by, for example, a drive motor 18 that rotates at a constant rotational speed. FIG. 2 shows a state in which the valve drive cam 27 pushes down the spool 32 to the lowermost side, and the intake hole 33 of the valve cylinder 31 and the spool groove 35 of the spool 32 coincide with each other. In this state, the intake hole 33 of the valve cylinder 31 and the buffer chamber 19 of the refrigerator cylinder 14 communicate with each other, and the intake hole 33 communicates with the high pressure side of the compressor 13. High-pressure refrigerant from the compressor 13 is introduced into the buffer chamber 19 of the refrigerator cylinder 14 as intake air. The flow direction of the refrigerant at this time is indicated by an arrow A.

一方、図3は、弁駆動カム27が図2の状態から180度回転し、スプール32がスプリング37の付勢力によって最も押し上げられた状態であり、弁シリンダ31の排気孔34とスプール32のスプール溝35が合致した状態となっている。この状態では、弁シリンダ31の排気孔34と冷凍機シリンダ14のバッファ室19が連通しており、排気孔34がコンプレッサ13の低圧側に連通しているため、この図3の状態によって、冷凍機シリンダ14のバッファ室19内の冷媒がコンプレッサ13の低圧側へ排気として排出される。このときの冷媒の流れ方向を符号Bの矢印で示す。   On the other hand, FIG. 3 shows a state in which the valve drive cam 27 is rotated 180 degrees from the state of FIG. 2 and the spool 32 is pushed up most by the urging force of the spring 37. The groove 35 is in a matched state. In this state, the exhaust hole 34 of the valve cylinder 31 and the buffer chamber 19 of the refrigerator cylinder 14 communicate with each other, and the exhaust hole 34 communicates with the low pressure side of the compressor 13. The refrigerant in the buffer chamber 19 of the machine cylinder 14 is discharged to the low pressure side of the compressor 13 as exhaust. The flow direction of the refrigerant at this time is indicated by an arrow B.

切替弁17による冷媒の吸気過程と排気過程は、前述の如くディスプレーサ15の往復移動に対し所定の位相差で連動(つまり同期)して行われ、弁駆動カム27の1回転中において、図4に示すように、位置A1から位置A2が吸気側流路が開く吸気過程であり、位置A3から位置A4が排気側流路が開く排気過程である。ディスプレーサ15が下死点付近に至ったときに、バッファ室19内への冷媒の吸気過程が開始され(位置A1)、ディスプレーサ15が上死点に至る前後で、バッファ室19内の冷媒の排気過程が開始される(位置A3)。   As described above, the refrigerant intake and exhaust processes by the switching valve 17 are performed in conjunction (that is, synchronized) with a predetermined phase difference with respect to the reciprocating movement of the displacer 15, and during one rotation of the valve drive cam 27, FIG. As shown, the position A1 to the position A2 are an intake process in which the intake side flow path is opened, and the position A3 to a position A4 is an exhaust process in which the exhaust side flow path is opened. When the displacer 15 reaches near the bottom dead center, the refrigerant suction process into the buffer chamber 19 is started (position A1), and before and after the displacer 15 reaches the top dead center, the refrigerant exhaust in the buffer chamber 19 is exhausted. The process is started (position A3).

ところで、前記弁駆動カム27は、複数枚(本実施の形態では2枚)の円板形状のカム27A及び27Bが1本のカム回転軸25に結合されて構成され、これらの各カム27A、27Bは、図2(A)に示すように、カム回転軸25に対する偏心方向PA、PBが異なって形成されている。つまり、カム27Aの中心OAと、カム27Bの中心OBとを結ぶ直線L上以外の位置にカム回転軸25を設定することで、カム27Aの中心OAとカム回転軸25とを結ぶカム27Aの偏心方向PAと、カム27Bの中心OBとカム回転軸25とを結ぶカム27Bの偏心方向PBとを異ならせ、両偏心方向PA、PB間に角度θ(θ≠0)を生じさせている。   By the way, the valve drive cam 27 is composed of a plurality of (two in the present embodiment) disk-shaped cams 27A and 27B coupled to a single cam rotating shaft 25, and each of these cams 27A, 2B, the eccentric directions PA and PB with respect to the cam rotation shaft 25 are formed differently as shown in FIG. That is, by setting the cam rotation shaft 25 at a position other than the straight line L connecting the center OA of the cam 27A and the center OB of the cam 27B, the cam 27A connecting the center OA of the cam 27A and the cam rotation shaft 25 is set. The eccentric direction PA is different from the eccentric direction PB of the cam 27B that connects the center OB of the cam 27B and the cam rotation shaft 25, and an angle θ (θ ≠ 0) is generated between the eccentric directions PA and PB.

従って、カム27Aの中心OAとカム27Bの中心OBとの位置を変更し、及び/またはカム27Aの中心OA及びカム27Bの中心OBに対するカム回転軸25の位置を変更することで、カム27Aの偏心方向PAとカム27Bの偏心方向PBを変更する。これによって、切替弁17によって切り替えられる吸気側流路と排気側流路の切替タイミング、即ち冷媒の吸気、排気のバルブタイミング(具体的には、図4に示す吸気角度(時間)α1、吸気完了から排気開始までの角度(時間)α2、排気角度(時間)α3、排気完了から吸気開始までの角度(時間)α4)を独立して調整することが可能となる。   Therefore, by changing the position of the center OA of the cam 27A and the center OB of the cam 27B and / or changing the position of the cam rotation shaft 25 with respect to the center OA of the cam 27A and the center OB of the cam 27B, The eccentric direction PA and the eccentric direction PB of the cam 27B are changed. Thereby, the switching timing of the intake side flow path and the exhaust side flow path switched by the switching valve 17, that is, the refrigerant intake and exhaust valve timing (specifically, the intake angle (time) α1 shown in FIG. The angle (time) α2, the exhaust angle (time) α3, and the angle (time) α4 from the completion of exhaust to the start of intake are able to be adjusted independently.

仮に、図5(B)に示すように、カム回転軸25を、カム27Aの中心OAとカム27Bの中心OBとを結ぶ直線L上に設定したとすると、カム27Aの偏心方向PAとカム27Bの偏心方向PBが同一方向となる。この状態で、吸気側流路が開く条件を表す円弧Mとカム27Aの外形とが交差する範囲が吸気過程(吸気角度α1)となり、排気側流路が開く条件を表す円弧Nとカム27Bの外形とが交差する範囲が排気過程(排気角度α3)となる。   As shown in FIG. 5B, assuming that the cam rotation shaft 25 is set on a straight line L connecting the center OA of the cam 27A and the center OB of the cam 27B, the eccentric direction PA of the cam 27A and the cam 27B Are in the same direction. In this state, the range where the arc M representing the condition for opening the intake side flow path intersects the outer shape of the cam 27A is the intake process (intake angle α1), and the arc N representing the condition for opening the exhaust side flow path and the cam 27B. The range where the outer shape intersects is the exhaust process (exhaust angle α3).

このとき、カム27Aの偏心方向PAとカム27Bの偏心方向PBとが同一方向であるため、カム27Aの中心OA、カム27Bの中心OB、カム回転軸25のそれぞれの位置を変更して、吸気角度(時間)α1及び排気角度(時間)α3を調整したとしても、吸気完了から排気開始までの角度(時間)α2と排気完了から排気開始までの角度(時間)α4は同一の値(角度、時間)となってしまい、吸気、排気のバルブタイミングを独立して調整することができない。   At this time, since the eccentric direction PA of the cam 27A and the eccentric direction PB of the cam 27B are the same direction, the positions of the center OA of the cam 27A, the center OB of the cam 27B, and the cam rotation shaft 25 are changed to Even if the angle (time) α1 and the exhaust angle (time) α3 are adjusted, the angle (time) α2 from the completion of intake to the start of exhaust and the angle (time) α4 from the completion of exhaust to the start of exhaust have the same value (angle, Time) and the intake and exhaust valve timings cannot be adjusted independently.

これに対し、図5(A)は、カム27Aの中心OAとカム27Bの中心OBとを結ぶ直線L上以外の位置にカム回転軸25を設定して、カム27Aの偏心方向PAとカム27Bの偏心方向PBとを異ならせた場合を示す。この状態でも、吸気側流路が開く条件を表す円弧Mとカム27Aの外形とが交差する範囲が吸気過程(吸気角度α1)となり、排気側流路が開く条件を表す円弧Nとカム27Bの外形とが交差する範囲が排気過程(排気角度α3)となる。   In contrast, in FIG. 5A, the cam rotation shaft 25 is set at a position other than the straight line L connecting the center OA of the cam 27A and the center OB of the cam 27B, and the eccentric direction PA of the cam 27A and the cam 27B are set. The case where the eccentric direction PB is made different is shown. Even in this state, the range where the arc M representing the condition for opening the intake side flow path and the outer shape of the cam 27A is the intake process (intake angle α1), and the arc N representing the condition for opening the exhaust side flow path and the cam 27B. The range where the outer shape intersects is the exhaust process (exhaust angle α3).

但し、この場合には、カム27Aの中心OA、カム27Bの中心OB、カム回転軸25のそれぞれの位置を変更することで、吸気角度(時間)α1と排気角度(時間)α3を独立して調整できるばかりか、吸気完了から排気開始までの角度(時間)α2と排気完了から吸気開始までの角度(時間)α4をも独立して調整することが可能となる。具体的には、液化を伴う冷凍サイクルにおいては、吸気過程において短時間に少ない流量の吸気(冷媒)を昇圧し、適正なタイミングで排気過程を開始することで、冷媒流量を最少にしつつも冷凍能力を低下させない高効率な運転が実現可能となる。   However, in this case, the intake angle (time) α1 and the exhaust angle (time) α3 are independently set by changing the positions of the center OA of the cam 27A, the center OB of the cam 27B, and the cam rotation shaft 25. In addition to the adjustment, the angle (time) α2 from the completion of intake to the start of exhaust and the angle (time) α4 from the completion of exhaust to the start of intake can be adjusted independently. Specifically, in a refrigeration cycle involving liquefaction, the intake flow (refrigerant) with a small flow rate is increased in a short time during the intake process, and the exhaust process is started at an appropriate timing, thereby refrigeration while minimizing the refrigerant flow rate. High-efficiency operation without reducing the capacity can be realized.

また、図2に示すように、弁駆動カム27を構成するカム27A及び27Bの外周には、スプール32との間で摺動を抑制するための摺動抑制機構としてのベアリング38が嵌装されている。カム27A及び27Bの回転によってベアリング38の内輪が回転し、外輪が回転せずにスプール32に接触することで、カム27A及び27Bの回転によっても、このカム27A及び27Bとスプール32との摺動が抑制される。   As shown in FIG. 2, a bearing 38 as a sliding restraining mechanism for restraining sliding with the spool 32 is fitted on the outer circumferences of the cams 27 </ b> A and 27 </ b> B constituting the valve driving cam 27. ing. The inner ring of the bearing 38 is rotated by the rotation of the cams 27A and 27B, and the outer ring contacts the spool 32 without rotating, so that the cams 27A and 27B and the spool 32 slide even when the cams 27A and 27B rotate. Is suppressed.

従って、本実施の形態によれば、次の効果(1)〜(3)を奏する。   Therefore, according to the present embodiment, the following effects (1) to (3) are obtained.

(1)切替弁17において、スプール32を駆動する2つのカム27A、27Bのカム回転軸25に対する偏心方向PA、PBが異なって設定され、これらの偏心方向PA、PBを変更することで、切替弁17によって切り替えられる吸気側流路と排気側流路の切替タイミングを独立に調整できるので、この切替タイミングの自由度を向上させることができる。この結果、この切替弁17を蓄冷式冷凍機10に適用したときに、給排気のバルブタイミング(吸気角度(時間)α1、吸気完了から排気開始までの角度(時間)α2、排気角度(時間)α3、排気完了から吸気開始までの角度(時間)α4)の自由度を向上できるので、この冷凍機の冷凍効率を最適化できる。   (1) In the switching valve 17, the eccentric directions PA and PB of the two cams 27A and 27B that drive the spool 32 with respect to the cam rotation shaft 25 are set differently, and switching is performed by changing these eccentric directions PA and PB. Since the switching timing of the intake side flow path and the exhaust side flow path switched by the valve 17 can be adjusted independently, the degree of freedom of this switching timing can be improved. As a result, when the switching valve 17 is applied to the regenerative refrigerator 10, the supply / exhaust valve timing (intake angle (time) α1, angle from completion of intake to start of exhaust (time) α2, exhaust angle (time) Since the degree of freedom of α3, the angle (time) α4) from the completion of exhaust to the start of intake can be improved, the refrigeration efficiency of this refrigerator can be optimized.

通常、吸気完了から排気開始までの角度(時間)α2と排気完了から吸気開始までの角度(時間)α4は、切替弁17が閉じている区間である。この切替弁17が閉じた区間では、蓄冷式冷凍機10の冷凍サイクルとしては、冷凍機シリンダ14内が封じ切られた状態でディスプレーサ15が上方向または下方向へ移動し、ディスプレーサ15の温度勾配に起因した圧力変化を伴い、蓄冷式冷凍機10の冷凍効率に関し重要な工程である。例えば、吸気完了から排気開始までの角度(時間)α2の区間では、主に、ディスプレーサ15が上方向へ移動して冷凍機シリンダ14の膨張室20内の圧力が低下し、排気完了から吸気開始までの角度(時間)α4の区間では、主に、ディスプレーサ15が下方向へ移動して冷凍機シリンダ14の膨張室20内の圧力が上昇する。   Normally, an angle (time) α2 from the completion of intake to the start of exhaust and an angle (time) α4 from the completion of exhaust to the start of intake are sections in which the switching valve 17 is closed. In the section in which the switching valve 17 is closed, the refrigerating cycle of the regenerator refrigerator 10 is such that the displacer 15 moves upward or downward with the inside of the refrigerator cylinder 14 closed, and the temperature gradient of the displacer 15 This is an important process regarding the refrigeration efficiency of the regenerator refrigeration machine 10, accompanied by a pressure change caused by. For example, in the section of the angle (time) α2 from the completion of intake to the start of exhaust, mainly, the displacer 15 moves upward, the pressure in the expansion chamber 20 of the refrigerator cylinder 14 decreases, and the intake starts from the end of exhaust. Until the angle (time) α4 until, the displacer 15 moves downward and the pressure in the expansion chamber 20 of the refrigerator cylinder 14 increases.

従って、吸気角度(時間)α1、吸気完了から排気開始までの角度(時間)α2、排気角度(時間)α3、及び排気完了から吸気開始までの角度(時間)α4のバルブタイミングを独立して調整することで、蓄冷式冷凍機10の冷凍効率を、コンプレッサ13による冷媒圧力や発生すべき寒冷温度に対応して最適化でき、蓄冷式冷凍機10の性能を向上させることができる。   Therefore, the valve timings of the intake angle (time) α1, the angle (time) α2 from the completion of intake to the start of exhaust, the exhaust angle (time) α3, and the angle (time) α4 from the completion of exhaust to start of intake are independently adjusted. By doing so, the refrigerating efficiency of the regenerator type refrigerator 10 can be optimized in accordance with the refrigerant pressure by the compressor 13 and the cold temperature to be generated, and the performance of the regenerator type refrigerator 10 can be improved.

(2)吸気側流路と排気側流路の切替を、スプール32を用いた単一の切替弁17(シングルスプール弁)によって実施するので、切替弁17全体としてのコンパクト化を実現でき、切替弁17を収容する蓄冷式冷凍機10のコールドヘッド11を小型化できる。また、シングルスプール弁であることから、ダブルスプール弁に比べて部品点数を低減でき、低コスト化を実現できると共に、トラブルの確率が低下して、切替弁17全体としての耐久性を向上させることができる。更に、切替弁17における吸気孔33、排気孔34及びスプール内流路36の流路断面積を十分に確保できるので、低圧損特性も向上させることができる。   (2) Since the switching between the intake side flow path and the exhaust side flow path is performed by the single switching valve 17 (single spool valve) using the spool 32, the switching valve 17 as a whole can be made compact and switched. The cold head 11 of the regenerative refrigerator 10 that accommodates the valve 17 can be downsized. In addition, since it is a single spool valve, the number of parts can be reduced compared to the double spool valve, the cost can be reduced, the probability of trouble is reduced, and the durability of the switching valve 17 as a whole is improved. Can do. Furthermore, since the flow passage cross-sectional areas of the intake hole 33, the exhaust hole 34, and the in-spool flow path 36 in the switching valve 17 can be sufficiently secured, the low pressure loss characteristic can also be improved.

(3)弁駆動カム27のカム27A及び27Bの外周にベアリング38が嵌装され、このベアリング38を介して、カム27A及び27Bがスプール32に接触し、回転するカム27A及び27Bがスプール32に接触しないので、カム27A及び27Bとスプール32との間での摺動を抑制することができる。   (3) A bearing 38 is fitted on the outer periphery of the cams 27A and 27B of the valve drive cam 27, and the cams 27A and 27B come into contact with the spool 32 via the bearing 38, and the rotating cams 27A and 27B are brought into contact with the spool 32. Since it does not contact, sliding between the cams 27A and 27B and the spool 32 can be suppressed.

[B]第2の実施の形態(図6)
図6は、本発明に係る切替弁の第2の実施の形態を示し、(A)が正面断面図、(B)が部分側面図である。この第2の実施の形態において、前記第1の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[B] Second embodiment (FIG. 6)
6A and 6B show a second embodiment of a switching valve according to the present invention, in which FIG. 6A is a front sectional view and FIG. 6B is a partial side view. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is simplified or omitted.

本実施の形態の切替弁40が前記第1の実施の形態の切替弁17と異なる点は、弁駆動カム27が円板形状以外の形状のカム、例えば長円形状の単一のカム41にて構成されると共に、摺動抑制部材としてのベアリング42がスプール32側に台座43を介して設置された点である。   The switching valve 40 of the present embodiment is different from the switching valve 17 of the first embodiment in that the valve drive cam 27 is changed to a cam having a shape other than a disk shape, for example, a single cam 41 having an oval shape. And a bearing 42 as a sliding restraining member is installed on the spool 32 side via a pedestal 43.

つまり、カム41は、2つの円(カム)41A、41Bのそれぞれの中心QA、QBをずらして重ね合せ、これらの円41A、41Bに接する2つの接線R、Sと円41A、41Bの外周とで長円形状に形成されたものである。更に、このカム41では、カム回転軸25は、円41Aの中心QAと円41Bの中心QBとを結ぶ直線L上以外の位置に設定される。これにより、カム41の中心QAとカム回転軸25を結ぶ直線KAの方向と、円41Bの中心QBとカム回転軸25とを結ぶ直線KBの方向とが異なって設定され、両直線KA、KB間に角度δ(δ≠0)が設定される。   That is, the cam 41 is overlapped by shifting the centers QA and QB of the two circles (cams) 41A and 41B, and the two tangents R and S contacting the circles 41A and 41B and the outer circumferences of the circles 41A and 41B. It is formed in an oval shape. Further, in this cam 41, the cam rotation shaft 25 is set at a position other than on the straight line L connecting the center QA of the circle 41A and the center QB of the circle 41B. Thereby, the direction of the straight line KA connecting the center QA of the cam 41 and the cam rotation shaft 25 and the direction of the straight line KB connecting the center QB of the circle 41B and the cam rotation shaft 25 are set differently, and both straight lines KA and KB are set. An angle δ (δ ≠ 0) is set between them.

このカム41の場合にも、直線KAの方向と直線KBの方向を変更することで、このカム41により駆動される切替弁40が、吸気側流路と排気側流路とを切り替える切替タイミング、つまり吸気、排気のバルブタイミング(吸気角度(時間)α1、吸気完了から排気開始までの角度(時間)α2、排気角度(時間)α3、排気完了から吸気開始までの角度(時間)α4)を独立して調整することが可能となる。   Also in the case of this cam 41, by changing the direction of the straight line KA and the direction of the straight line KB, the switching valve 40 driven by the cam 41 switches the intake side flow path and the exhaust side flow path, In other words, intake and exhaust valve timing (intake angle (time) α1, angle from completion of intake to exhaust start (time) α2, exhaust angle (time) α3, angle from exhaust completion to start of intake (time) α4) are independent. And can be adjusted.

また、ベアリング42は、カム41の外形が円形状でないことから、スプール32に台座43を用いて回転自在に取り付けられ、このベアリング42がカム41の外周に接触する。このベアリング42の場合にも、カム41の回転によってベアリング42のみが回転し、スプール32がカム41に接触することがないので、スプール32とカム41との摺動が抑制される。   Further, since the outer shape of the cam 41 is not circular, the bearing 42 is rotatably attached to the spool 32 using a pedestal 43, and the bearing 42 contacts the outer periphery of the cam 41. Also in the case of this bearing 42, only the bearing 42 is rotated by the rotation of the cam 41, and the spool 32 does not come into contact with the cam 41, so that sliding between the spool 32 and the cam 41 is suppressed.

従って、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態の効果(1)〜(3)と同様な効果を奏するほか、次の効果(4)を奏する。   Therefore, according to the present embodiment, in addition to the same effects (1) to (3) as in the first embodiment, the following effect (4) is achieved.

(4)カム41とスプール32との摺動を抑制するベアリング42がスプール32側に設けられたので、ベアリング42を交換する際に、カム41に回転力を与える駆動モータ18(図1)を取り外す必要がなく、ベアリング42の交換作業を容易化できる。   (4) Since the bearing 42 for suppressing the sliding between the cam 41 and the spool 32 is provided on the spool 32 side, the drive motor 18 (FIG. 1) that applies a rotational force to the cam 41 when the bearing 42 is replaced. There is no need to remove the bearing 42 and the replacement work of the bearing 42 can be facilitated.

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施の形態の蓄冷式冷凍機10は、切替弁17をコールドヘッド11内に設置したGM型の場合を述べたが、切替弁17をコールドヘッド11内またはその近傍に設置するGM型パルスチューブ冷凍機であってもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to this. For example, although the regenerator type refrigerator 10 of the present embodiment has been described as the GM type in which the switching valve 17 is installed in the cold head 11, the GM type in which the switching valve 17 is installed in or near the cold head 11. A pulse tube refrigerator may be used.

また、蓄冷式冷凍機10は、冷凍機シリンダ14及びディスプレーサ15が2段以上設置されたものでもよく、更には、ディスプレーサ15が他の冷凍機などによって冷却される予冷段(予冷熱交換器)を備えた予冷式冷凍機であってもよい。   The regenerative refrigerator 10 may be one in which the refrigerator cylinder 14 and the displacer 15 are installed in two or more stages, and further, a precooling stage (precooling heat exchanger) in which the displacer 15 is cooled by another refrigerator or the like. It may be a precooling type refrigerator equipped with.

本発明に係る切替弁の第1の実施の形態が適用された蓄冷式冷凍機を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the cool storage type refrigerator with which 1st Embodiment of the switching valve which concerns on this invention was applied. 図1の切替弁が吸気側に切り替られた状態を示し、(A)は正面断面図、(B)は側面断面図。The state which the switching valve of FIG. 1 switched to the intake side is shown, (A) is front sectional drawing, (B) is side sectional drawing. 図1の切替弁が排気側に切り替られている状態を示す正面断面図。FIG. 2 is a front sectional view showing a state where the switching valve in FIG. 1 is switched to the exhaust side. 図2及び図3の切替弁による給排気のバルブタイミングを示すグラフ。The graph which shows the valve timing of the supply / exhaust by the switching valve of FIG.2 and FIG.3. (A)は、図2及び図3の弁駆動カムにおける両カムの偏心方向が異なる場合において、切替弁の切替タイミングの設定手順を説明する説明図、(B)は弁駆動カムにおける両カムの偏心方向が同一の場合において、切替弁の切替タイミングの設定手順を説明する説明図。FIG. 2A is an explanatory diagram for explaining the procedure for setting the switching timing of the switching valve when the eccentric directions of the two cams in the valve drive cams of FIGS. 2 and 3 are different, and FIG. Explanatory drawing explaining the setting procedure of the switching timing of a switching valve, when the eccentric directions are the same. 本発明に係る切替弁の第2の実施の形態を示し、(A)は正面断面図、(B)は部分側面図。The 2nd Embodiment of the switching valve which concerns on this invention is shown, (A) is front sectional drawing, (B) is a partial side view. 従来の切替弁を示す正面断面図。Front sectional drawing which shows the conventional switching valve. 図7の切替弁による給排気のバルブタイミングを示すグラフ。The graph which shows the valve timing of the supply / exhaust by the switching valve of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 蓄冷式冷凍機
11 コールドヘッド
12 冷媒給排気系
13 コンプレッサ
14 冷凍機シリンダ
15 ディスプレーサ
16 蓄冷材
17 切替弁
18 駆動モータ
19 バッファ室(第1容積変動室)
20 膨張室(第2容積変動室)
21 連通路
25 カム回転軸
27 弁駆動カム
27A、27B カム
31 弁シリンダ
32 スプール
33 吸気孔
34 排気孔
35 スプール溝
38 ベアリング(摺動抑制機構)
40 切替弁
41 カム
41A、41B 円
42 ベアリング(摺動抑制機構)
PA、PB 偏心方向
QA、QB 中心
R、S 接線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cold storage type refrigerator 11 Cold head 12 Refrigerant supply / exhaust system 13 Compressor 14 Refrigerator cylinder 15 Displacer 16 Cold storage material 17 Switching valve 18 Drive motor 19 Buffer chamber (first volume fluctuation chamber)
20 Expansion chamber (second volume fluctuation chamber)
21 Communicating Path 25 Cam Rotating Shaft 27 Valve Drive Cam 27A, 27B Cam 31 Valve Cylinder 32 Spool 33 Intake Hole 34 Exhaust Hole 35 Spool Groove 38 Bearing (Sliding Suppression Mechanism)
40 switching valve 41 cam 41A, 41B circle 42 bearing (sliding suppression mechanism)
PA, PB Eccentric direction QA, QB Center R, S Tangent

Claims (8)

単一の弁シリンダと、この弁シリンダ内を往復動可能な単一のスプールと、このスプールを駆動させるカムとを有してなり、
前記弁シリンダにおいて前記スプールの移動方向に複数形成された孔が、前記スプールの外周に形成された溝に合致することで、複数の流路を切り替える切替弁において、
前記スプールを駆動する前記カムが複数のカムからなり、各カムは、カム回転軸に対し偏心する方向が異なって構成されたことを特徴とする切替弁。
A single valve cylinder, a single spool capable of reciprocating in the valve cylinder, and a cam for driving the spool;
In the switching valve for switching a plurality of flow paths by matching a plurality of holes formed in the moving direction of the spool in the valve cylinder with a groove formed in the outer periphery of the spool,
The switching valve according to claim 1, wherein the cam for driving the spool includes a plurality of cams, and each cam is configured to have a different eccentric direction with respect to the cam rotation shaft.
複数のカムは円形状に形成され、これらの各カムの外周に、スプールとの間で摺動を抑制するための摺動抑制機構が設置されたことを特徴とする請求項1に記載の切替弁。 2. The switching according to claim 1, wherein the plurality of cams are formed in a circular shape, and a sliding suppression mechanism is provided on an outer periphery of each of the cams to suppress sliding between the cams. valve. 単一の弁シリンダと、この弁シリンダ内を往復動可能な単一のスプールと、このスプールを駆動させるカムとを有してなり、
前記弁シリンダにおいて前記スプールの移動方向に複数形成された孔が、前記スプールの外周に形成された溝に合致することで、複数の流路を切り替える切替弁において、
前記スプールを駆動する前記カムは単一のカムであり、このカムの形状は、2つの円の中心をずらして重ね合せ、これらの2つの円に接する2つの接線と前記2つの円の円周とで形成される長円形状であり、
前記2つのカムの中心とカム回転軸とを結ぶそれぞれの直線の方向が異なって設定されたことを特徴とする切替弁。
A single valve cylinder, a single spool capable of reciprocating in the valve cylinder, and a cam for driving the spool;
In the switching valve for switching a plurality of flow paths by matching a plurality of holes formed in the moving direction of the spool in the valve cylinder with a groove formed in the outer periphery of the spool,
The cam for driving the spool is a single cam, and the shape of the cam is shifted by overlapping the centers of two circles, two tangent lines in contact with these two circles, and the circumference of the two circles And an oval shape formed by
A switching valve characterized in that the directions of the respective straight lines connecting the centers of the two cams and the cam rotation shaft are set differently.
前記長円形状のカムと接するスプール側に、前記カムと前記スプールとの間で摺動を抑制するための摺動抑制機構が設置されたことを特徴とする請求項3に記載の切替弁。 The switching valve according to claim 3, wherein a sliding restraining mechanism for restraining sliding between the cam and the spool is provided on a spool side in contact with the elliptical cam. コールドヘッドと、冷媒を圧縮するコンプレッサを備えた冷媒給排気系とを有し、
前記コールドヘッドは、冷凍機シリンダと、
この冷凍機シリンダ内を往復移動し、前記冷凍機シリンダとの間で第1容積変動室及び第2容積変動室を形成するディスプレーサと、
このディスプレーサに形成されて前記第1容積変動室と前記第2容積変動室とを連通する連通路に配設された蓄冷材と、
前記コンプレッサから前記第1容積変動室内への冷媒の供給と、前記第1容積変動室内から前記コンプレッサへの冷媒の排出とを切り替える切替弁とを備え、
前記蓄冷材を通過して冷却され前記第2容積変動室に至った冷媒を、前記ディスプレーサにより膨張することで極低温の寒冷を発生する蓄冷式冷凍機において、
前記切替弁が請求項1乃至4のいずれか1項に記載の切替弁から構成され、
この切替弁の弁シリンダに、前記コンプレッサからの冷媒を前記冷凍機シリンダ内へ吸気として供給するための吸気孔と、前記冷凍機シリンダ内の冷媒を前記コンプレッサへ排気として排出するための排気孔とが、スプールの移動方向に形成されたことを特徴とする蓄冷式冷凍機。
A cold head and a refrigerant supply / exhaust system having a compressor for compressing the refrigerant;
The cold head includes a refrigerator cylinder,
A displacer that reciprocates in the refrigerator cylinder and forms a first volume variation chamber and a second volume variation chamber with the refrigerator cylinder;
A regenerator material formed in the displacer and disposed in a communication passage communicating the first volume variation chamber and the second volume variation chamber;
A switching valve that switches between supply of refrigerant from the compressor into the first volumetric variation chamber and discharge of refrigerant from the first volumetric variation chamber to the compressor;
In the regenerative refrigerator that generates the cryogenic cold by expanding the refrigerant that has passed through the regenerator and cooled to the second volume fluctuation chamber by the displacer,
The switching valve is composed of the switching valve according to any one of claims 1 to 4,
An intake hole for supplying refrigerant from the compressor as intake air to the valve cylinder of the switching valve; and an exhaust hole for discharging refrigerant in the refrigerator cylinder as exhaust to the compressor. Is formed in the moving direction of the spool.
前記第2容積変動室では、膨張圧力を臨界と圧力以下まで低下させて、この膨張時に冷媒を液化させ、その潜熱を利用して寒冷を発生させることを特徴とする請求項5に記載の蓄冷式冷凍機。 6. The cold storage according to claim 5, wherein in the second volume fluctuation chamber, the expansion pressure is reduced to a critical pressure or less, the refrigerant is liquefied during the expansion, and cold is generated using the latent heat. Type refrigerator. 前記冷媒としてヘリウム3、ヘリウム4、ネオンまたは水素のいずれか1つを用いたことを特徴とする請求項5に記載の蓄冷式冷凍機。 6. The regenerative refrigerator according to claim 5, wherein any one of helium 3, helium 4, neon, and hydrogen is used as the refrigerant. 前記蓄冷材として希土類化合物またはセラミックス等の磁性蓄冷材が用いられたことを特徴とする請求項5に記載の蓄冷式冷凍機。 The regenerative refrigerator according to claim 5, wherein a magnetic regenerator material such as a rare earth compound or ceramics is used as the regenerator material.
JP2008228860A 2008-09-05 2008-09-05 Switching valve and regenerative refrigerator Expired - Fee Related JP5017217B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008228860A JP5017217B2 (en) 2008-09-05 2008-09-05 Switching valve and regenerative refrigerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008228860A JP5017217B2 (en) 2008-09-05 2008-09-05 Switching valve and regenerative refrigerator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010060246A JP2010060246A (en) 2010-03-18
JP5017217B2 true JP5017217B2 (en) 2012-09-05

Family

ID=42187236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008228860A Expired - Fee Related JP5017217B2 (en) 2008-09-05 2008-09-05 Switching valve and regenerative refrigerator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5017217B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5917331B2 (en) * 2012-08-07 2016-05-11 住友重機械工業株式会社 Cryogenic refrigerator
JP2015055374A (en) 2013-09-10 2015-03-23 住友重機械工業株式会社 Ultra-low temperature freezer
JP6117309B2 (en) * 2015-10-14 2017-04-19 住友重機械工業株式会社 Cryogenic refrigerator
JP6658120B2 (en) * 2016-03-09 2020-03-04 アイシン精機株式会社 GM refrigerator
TW201838677A (en) 2017-03-28 2018-11-01 日商根本杏林堂股份有限公司 Drug solution circuit, injection system, and closing mechanism

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0621724B2 (en) * 1986-07-15 1994-03-23 三洋電機株式会社 Air supply / exhaust device for cryogenic refrigerator
JPH01123956A (en) * 1987-11-10 1989-05-16 Sanyo Electric Co Ltd Suction exhaust device for cryogenic refrigerator
JPH01269875A (en) * 1988-04-22 1989-10-27 Hitachi Ltd Liquefaction control method and device for liquefying and refrigerating equipment
JPH0796974B2 (en) * 1988-11-09 1995-10-18 三菱電機株式会社 Multi-stage regenerative refrigerator and cooling device incorporating the same
JPH0784962B2 (en) * 1990-09-28 1995-09-13 三洋電機株式会社 Air supply / exhaust device for cryogenic refrigerator
JP2869233B2 (en) * 1991-11-13 1999-03-10 三洋電機株式会社 Reciprocating valve device and its utilization device
JP3271289B2 (en) * 1992-02-28 2002-04-02 スズキ株式会社 Valve drive for 4-cycle engine
JPH0650442A (en) * 1992-12-24 1994-02-22 Fujii Gokin Seisakusho:Kk Gas valve
JPH08127324A (en) * 1994-11-01 1996-05-21 Akebono Brake Ind Co Ltd Modulator for anti-lock brake
JP2001336849A (en) * 2000-05-26 2001-12-07 Sumitomo Heavy Ind Ltd Cold storage freezer
JP2005090854A (en) * 2003-09-17 2005-04-07 Sumitomo Heavy Ind Ltd Cryogenic cold-accumulator, and refrigerator
JP2006234337A (en) * 2005-02-28 2006-09-07 Iwatani Industrial Gases Corp Cryogenic refrigerator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010060246A (en) 2010-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2482004B1 (en) G-m refrigerator with phase adjusting mechanism
JP5017217B2 (en) Switching valve and regenerative refrigerator
US9657970B2 (en) Cryogenic refrigerator
US11221079B2 (en) Cryocooler and rotary valve unit for cryocooler
JP6759133B2 (en) Rotary valve unit and rotary valve for pulse tube refrigerators and pulse tube refrigerators
JP2014139498A (en) Cryogenic refrigerator
JP2013174411A (en) Cryogenic refrigerator
JP5877543B2 (en) Displacer, manufacturing method thereof, and regenerator type refrigerator
US9759455B2 (en) Cryogenic refrigerator
WO2019188170A1 (en) Cryogenic refrigerator
JP6636356B2 (en) Cryogenic refrigerator
JP2017120162A (en) Cryogenic refrigeration machine and rotary valve mechanism
JP2008190727A (en) Linear motor compressor and stirling refrigerator
JP6771293B2 (en) GM freezer
JP6773872B2 (en) GM freezer
JP4718957B2 (en) Pulse tube refrigerator
JP2001349630A (en) Rotary valve and freezer therewith
JP2004061031A (en) Pulse tube refrigerator
JP2005283026A (en) Cold storage type refrigerating machine
US11371754B2 (en) GM cryocooler
JP2016118367A (en) Cryogenic refrigerator
JP2001012817A (en) Cryogenic refrigerating machine
JPH10122682A (en) Cryocooling refrigerator and control method thereof
JP2020046120A (en) Cryogenic refrigeration machine
JPH06123510A (en) Stirling cycle apparatus with valve

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20100424

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101027

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20111217

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120329

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120515

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120611

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees