JP5017217B2 - Switching valve and regenerative refrigerator - Google Patents
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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
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
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。
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
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
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
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
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、Er3Ni(エルビウム3ニッケル)やHoCu2(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
(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
[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
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
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
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
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
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
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
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
20 Expansion chamber (second volume fluctuation chamber)
21 Communicating
40 switching
PA, PB Eccentric direction QA, QB Center R, S Tangent
Claims (8)
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.
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.
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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 |
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