JP6909167B2 - アクティブバッファパルス管冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、アクティブバッファ型のパルス管冷凍機（以下、アクティブバッファパルス管冷凍機ともいう）に関する。

パルス管冷凍機は、主たる構成要素として、振動流発生源、蓄冷器、パルス管、および位相制御機構を備える。振動流の発生にはいくつかの方式がある。例えば、圧縮機と周期的な流路切替弁の組み合わせを用いるいわゆるＧＭ（ギフォード・マクマホン；Gifford-McMahon）方式と、調和振動するピストンによって振動流を発生するスターリング方式が知られている。また、ＧＭ方式のパルス管冷凍機は、位相制御機構の構成により、ダブルインレット型、アクティブバッファ型、４バルブ型などいくつかの方式に分類される。

特開２００５−７６８９６号公報

一般に、アクティブバッファパルス管冷凍機は、圧縮機から独立して設けられパルス管の高温端に接続されたバッファタンクを備え、このバッファタンクからパルス管へのガス流入および流出が位相制御に用いられる。圧縮機が提供できるガス流量を位相制御に配分する必要が無いので、アクティブバッファパルス管冷凍機は、ダブルインレット型や４バルブ式など他の方式に比べて冷凍機の効率を高くしやすいという利点がある。

その反面、アクティブバッファパルス管冷凍機は通例、所望の位相制御を実現するためにかなり大容積のバッファタンクを要しうる。複数個のバッファタンクが装備され、それぞれ異なる圧力源として用いられる場合（例えば、３個のバッファタンクが高圧源、中圧源、および低圧源として設置される場合）もあり、１つ１つのバッファタンクの容積が、しばしばパルス管または蓄冷器の容積の少なくとも数倍以上にも及びうる。そのため、アクティブバッファパルス管冷凍機を設置するにはかなり大きなスペースを要し、そのように大きな設置スペースを確保することは実際上困難となりうる。このことは、アクティブバッファパルス管冷凍機には高い効率を実現しやすいという利点があるにもかかわらず、その適用可能な用途を制約しうる。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化を抑制する技術を提供することにある。

本発明のある態様によると、アクティブバッファパルス管冷凍機は、パルス管高温端とパルス管低温端とを有するパルス管と、蓄冷器高温端と、前記パルス管低温端と連通している蓄冷器低温端とを有する蓄冷器と、前記蓄冷器高温端を圧縮機吐出口および圧縮機吸入口に交互に接続する主圧力切替バルブと、第１バッファ容積と、前記第１バッファ容積を前記パルス管高温端に接続する第１バッファ開閉バルブとを有する位相制御機構と、前記第１バッファ容積の圧力を制御するように前記圧縮機吐出口または前記圧縮機吸入口のいずれかを前記第１バッファ容積に選択的に連通させるバッファ圧力制御バルブと、を備える。

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、アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制される。

第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。 第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。 第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。 第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。 第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。

図１は、第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機（以下では単に、パルス管冷凍機ともいう）の全体構成を概略的に示す図である。図２は、第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。

パルス管冷凍機１０は、圧縮機１２と、コールドヘッド１４とを備える。コールドヘッド１４は、パルス管１６、蓄冷器１８、被冷却物１９を冷却する冷却ステージ２０、フランジ部２２、バルブ部２４、および少なくとも１つのバッファタンク２６を備える。パルス管冷凍機１０は、単段式のパルス管冷凍機である。ただし、パルス管冷凍機１０は、あるいは多段式（例えば二段式）のパルス管冷凍機とすることも可能である。

詳しくは後述するが、バルブ部２４は、主圧力切替バルブ２８、第１バッファ開閉バルブ３０、およびバッファ圧力制御バルブ３２を備える。バッファタンク２６は、第１バッファ容積Ｂ１を有する。第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０においては、バッファタンク２６は唯一のバッファタンクであり、すなわち、パルス管冷凍機１０は、バッファタンク２６以外にはバッファ容積を有しない。圧縮機１２、バッファタンク２６、およびバッファ圧力制御バルブ３２によって、圧力可変バッファ容積が構成される。

圧縮機１２および主圧力切替バルブ２８によって、パルス管冷凍機１０の振動流発生源３４が構成される。振動流発生源３４は、圧縮機１２が生み出す作動ガスの定常流から、主圧力切替バルブ２８の切替動作によって蓄冷器１８を通じてパルス管１６内に作動ガスの圧力振動を生成するように構成されている。また、バッファタンク２６および第１バッファ開閉バルブ３０によって、パルス管冷凍機１０の位相制御機構３６が構成される。位相制御機構３６は、第１バッファ開閉バルブ３０の開閉動作によって、作動ガスの圧力振動に対しパルス管１６内のガス要素（ガスピストンとも呼ばれる）の変位振動の位相を遅らせるように構成されている。適切な位相遅れは、パルス管１６の低温端でのＰＶ仕事を生じさせ、作動ガスを冷却することができる。冷却された作動ガスとの熱交換により冷却ステージ２０が冷却される。

圧縮機１２は、圧縮機吐出口１２ａと圧縮機吸入口１２ｂとを有し、回収した低圧ＰＬの作動ガスを圧縮して高圧ＰＨの作動ガスを生成するよう構成されている。圧縮機吐出口１２ａから蓄冷器１８を通じてパルス管１６に作動ガスが供給され、パルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが回収される。圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂはそれぞれ、パルス管冷凍機１０の高圧源および低圧源として機能する。作動ガスは、冷媒ガスとも称され、例えばヘリウムガスである。

パルス管冷凍機１０には、高圧ライン１３ａおよび低圧ライン１３ｂが設けられている。高圧ライン１３ａは、圧縮機吐出口１２ａをコールドヘッド１４のバルブ部２４に接続する。高圧ライン１３ａを通じて、高圧ＰＨの作動ガスが圧縮機１２からコールドヘッド１４に流れる。低圧ライン１３ｂは、圧縮機吸入口１２ｂをコールドヘッド１４のバルブ部２４に接続する。低圧ライン１３ｂを通じて、低圧ＰＬの作動ガスがコールドヘッド１４から圧縮機１２に流れる。

パルス管１６は、パルス管高温端１６ａと、パルス管低温端１６ｂとを有し、パルス管高温端１６ａからパルス管低温端１６ｂへと延在する。パルス管高温端１６ａおよびパルス管低温端１６ｂはそれぞれ、パルス管１６の第１端および第２端とも称しうる。同様に、蓄冷器１８は、蓄冷器高温端１８ａと、蓄冷器低温端１８ｂとを有し、蓄冷器高温端１８ａから蓄冷器低温端１８ｂへと延在する。蓄冷器高温端１８ａおよび蓄冷器低温端１８ｂはそれぞれ、蓄冷器１８の第１端および第２端とも称しうる。

パルス管低温端１６ｂと蓄冷器低温端１８ｂは冷却ステージ２０によって構造的に接続され熱的に結合されている。冷却ステージ２０には冷却ステージ連通路３８が形成されている。冷却ステージ連通路３８を通じて、パルス管低温端１６ｂは、蓄冷器低温端１８ｂと流体的に連通している。したがって、圧縮機１２から供給される作動ガスは、蓄冷器低温端１８ｂから冷却ステージ連通路３８を通じてパルス管低温端１６ｂへと流れることができる。パルス管１６からの戻りガスは、パルス管低温端１６ｂから冷却ステージ連通路３８を通じて蓄冷器低温端１８ｂへと流れることができる。

例示的な構成においては、パルス管１６は内部を空洞とする円筒状の管であり、蓄冷器１８は内部に蓄冷材を充填した円筒状の管であり、両者は互いに隣り合って各々の中心軸を平行として配置されている。パルス管１６および蓄冷器１８は、冷却ステージ２０から同方向に延びており、パルス管高温端１６ａおよび蓄冷器高温端１８ａは、冷却ステージ２０に対して同じ側に配置されている。このようにして、パルス管１６、蓄冷器１８、および冷却ステージ２０は、Ｕ字状に配置されている。

被冷却物１９は、冷却ステージ２０上に直接設置され、または冷却ステージ２０に剛性または可撓性の伝熱部材を介して熱的に結合されている。パルス管冷凍機１０は、冷却ステージ２０からの伝導冷却によって被冷却物１９を冷却することができる。なおパルス管冷凍機１０によって冷却される被冷却物１９は、超伝導電磁石またはその他の超伝導装置、あるいは赤外線撮像素子またはその他のセンサなど固形物には限られない。言うまでもなく、パルス管冷凍機１０は冷却ステージ２０に接触する気体または液体を冷却することもできる。

一方、パルス管高温端１６ａと蓄冷器高温端１８ａはフランジ部２２によって接続されている。フランジ部２２は、パルス管冷凍機１０が設置される支持台または支持壁などの支持部４０に取り付けられる。支持部４０は、冷却ステージ２０および被冷却物１９を（蓄冷器１８およびパルス管１６とともに）収容する断熱容器または真空容器の壁材またはその他の部位であってもよい。

フランジ部２２の一方の主表面から蓄冷器１８およびパルス管１６が冷却ステージ２０へと延び、フランジ部２２の他方の主表面にはバルブ部２４が設けられている。したがって、支持部４０が断熱容器または真空容器の一部を構成する場合には、フランジ部２２が支持部４０に取り付けられるとき、蓄冷器１８、パルス管１６、および冷却ステージ２０は、当該容器内に収容され、バルブ部２４は、容器外に配置される。このようにして、圧縮機１２、バルブ部２４、およびバッファタンク２６は周囲環境（例えば、室温大気圧環境）に配置され、蓄冷器１８、パルス管１６、および冷却ステージ２０は周囲環境から隔離された環境（例えば、極低温真空環境）に配置される。

なお、バルブ部２４は、フランジ部２２に直接取り付けられている必要はない。バルブ部２４は、パルス管冷凍機１０のコールドヘッド１４から分離して配置され、剛性または可撓性の配管によりコールドヘッド１４に接続されてもよい。こうして、パルス管冷凍機１０の振動流発生源３４および位相制御機構３６がコールドヘッド１４から分離して配置されてもよい。

また、パルス管冷凍機１０は、パルス管連通路４２、蓄冷器連通路４４、およびバッファライン４６を有する。パルス管連通路４２はパルス管高温端１６ａから延び、第１バッファ開閉バルブ３０を介してバッファライン４６に接続される。蓄冷器連通路４４は蓄冷器高温端１８ａから延び主圧力切替バルブ２８を介して高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂに分岐している。バッファライン４６は、バッファタンク２６をバルブ部２４（具体的には、バルブ部２４のうち第１バッファ開閉バルブ３０およびバッファ圧力制御バルブ３２）に接続する。また、バッファライン４６は、バッファ圧力制御バルブ３２を介して高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂに分岐している。バッファライン４６は、バッファタンク２６と第１バッファ開閉バルブ３０との間で、または、バッファタンク２６とバッファ圧力制御バルブ３２との間で、作動ガスを流すことができる。

このようにして、振動流発生源３４は蓄冷器連通路４４を通じて蓄冷器高温端１８ａに接続される。位相制御機構３６は、パルス管連通路４２を通じてパルス管高温端１６ａに接続され、バッファライン４６およびバッファ圧力制御バルブ３２を通じて圧縮機１２に接続される。

パルス管冷凍機１０はアクティブバッファ型であるから、パルス管高温端１６ａと蓄冷器高温端１８ａを流体的に連通させるバイパス路は設けられていない。したがって、パルス管高温端１６ａと蓄冷器高温端１８ａの間で作動ガスが直接流れることはできない。上述のように、パルス管１６と蓄冷器１８の間で流れる作動ガスはすべて冷却ステージ連通路３８を通る。しかし、もし必要とされる場合には、パルス管冷凍機１０は、パルス管高温端１６ａと蓄冷器高温端１８ａを流体的に連通させるバイパス路を備えてもよい。

バルブ部２４の例示的な構成を述べる。主圧力切替バルブ２８は、蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように構成されている。主圧力切替バルブ２８は、圧縮機吐出口１２ａを蓄冷器高温端１８ａに接続する主吸気開閉バルブＶ１と、圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器高温端１８ａに接続する主排気開閉バルブＶ２とを備える。

主圧力切替バルブ２８は、主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２がそれぞれ排他的に開放されるよう構成されている。すなわち、主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２が同時に開くことは禁止されている。主吸気開閉バルブＶ１が開いているとき主排気開閉バルブＶ２は閉じられ、主排気開閉バルブＶ２が開いているとき主吸気開閉バルブＶ１は閉じられる。なお主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２は一時的にともに閉じられてもよい。

主吸気開閉バルブＶ１が開いているとき、矢印Ａ１で示されるように、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、主吸気開閉バルブＶ１、蓄冷器連通路４４、および蓄冷器高温端１８ａを通じて蓄冷器１８に作動ガスが供給される。一方、主排気開閉バルブＶ２が開いているとき、矢印Ａ２で示されるように、蓄冷器１８から蓄冷器高温端１８ａ、蓄冷器連通路４４、主排気開閉バルブＶ２、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。

第１バッファ開閉バルブ３０は、第１バッファ容積Ｂ１すなわちバッファタンク２６をパルス管高温端１６ａに接続する。第１バッファ開閉バルブ３０が開いているとき、第１バッファ容積Ｂ１の圧力がパルス管１６の圧力よりも高ければ、矢印Ａ３で示されるように、第１バッファ容積Ｂ１から第１バッファ開閉バルブ３０、パルス管連通路４２およびパルス管高温端１６ａを通じてパルス管１６に作動ガスが供給される。一方、第１バッファ容積Ｂ１の圧力がパルス管１６の圧力よりも低ければ、矢印Ａ４で示されるように、パルス管１６からパルス管高温端１６ａ、パルス管連通路４２、第１バッファ開閉バルブ３０を通じて第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが回収される。説明の便宜上、第１バッファ開閉バルブ３０をバルブＶ３と表記する場合がある。

バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力を制御するように圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂのいずれかを第１バッファ容積Ｂ１に選択的に連通させるように構成されている。バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１を圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように構成されている。バッファ圧力制御バルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａを第１バッファ容積Ｂ１に接続するバッファ吸気開閉バルブＶ４と、圧縮機吸入口１２ｂを第１バッファ容積Ｂ１に接続するバッファ排気開閉バルブＶ５とを備える。

バッファ圧力制御バルブ３２は、バッファ吸気開閉バルブＶ４およびバッファ排気開閉バルブＶ５がそれぞれ排他的に開放されるよう構成されている。すなわち、バッファ吸気開閉バルブＶ４およびバッファ排気開閉バルブＶ５が同時に開くことは禁止されている。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開いているときバッファ排気開閉バルブＶ５は閉じられ、バッファ排気開閉バルブＶ５が開いているときバッファ吸気開閉バルブＶ４は閉じられる。なおバッファ吸気開閉バルブＶ４およびバッファ排気開閉バルブＶ５が一時的にともに閉じられてもよい。

バッファ吸気開閉バルブＶ４が開いているとき、矢印Ａ５で示されるように、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、バッファ吸気開閉バルブＶ４、およびバッファライン４６を通じて第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが供給される。よって、第１バッファ容積Ｂ１は昇圧される。一方、バッファ排気開閉バルブＶ５が開いているとき、矢印Ａ６で示されるように、第１バッファ容積Ｂ１からバッファライン４６、バッファ排気開閉バルブＶ５、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。よって、第１バッファ容積Ｂ１は降圧される。したがって、バッファ圧力制御バルブ３２は、圧縮機１２が提供する高圧ＰＨと低圧ＰＬの間の所望の圧力に第１バッファ容積Ｂ１の圧力を制御することができる。

また、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ開閉バルブ３０が閉じているとき圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂのいずれかを第１バッファ容積Ｂ１に選択的に接続する。バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ開閉バルブ３０が開いているとき圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂのいずれも第１バッファ容積Ｂ１に接続しない。すなわち、バッファ吸気開閉バルブＶ４およびバッファ排気開閉バルブＶ５はいずれも、第１バッファ開閉バルブ３０が閉じているときにのみ開かれる。よって、パルス管高温端１６ａは、蓄冷器１８を経由することなく圧縮機１２に接続されることはない。なお必要とされる場合には、バッファ吸気開閉バルブＶ４またはバッファ排気開閉バルブＶ５のいずれかと第１バッファ開閉バルブ３０とが一時的に同時に開かれてもよい。

例示的なバルブタイミングにおいては、バッファ圧力制御バルブ３２は、主圧力切替バルブ２８が蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吐出口１２ａに接続していないとき圧縮機吐出口１２ａを第１バッファ容積Ｂ１に連通させる。よって、バッファ吸気開閉バルブＶ４は、主吸気開閉バルブＶ１が閉じているときに開かれ、圧縮機吐出口１２ａを第１バッファ容積Ｂ１に接続する。

このようにして、主圧力切替バルブ２８およびバッファ圧力制御バルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａが蓄冷器１８とバッファタンク２６の両方に同時に連通しないように構成される。よって、圧縮機１２からの吐出流量は、蓄冷器１８とバッファタンク２６のいずれか一方にのみ供給される。吐出流量を蓄冷器１８とバッファタンク２６で分け合う必要がない。圧縮機吐出口１２ａが蓄冷器１８とバッファタンク２６の両方に同時に連通するバルブタイミングに比べて、圧縮機１２の負荷を低減することができる。圧縮機１２として、より小型の圧縮機を採用することが可能となり、これはパルス管冷凍機１０の設置スペースを小さくすることに役立つ。

同様に、例示的なバルブタイミングにおいては、バッファ圧力制御バルブ３２は、主圧力切替バルブ２８が蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吸入口１２ｂに接続していないとき圧縮機吸入口１２ｂを第１バッファ容積Ｂ１に連通させる。よって、バッファ排気開閉バルブＶ５は、主排気開閉バルブＶ２が閉じているときに開かれ、圧縮機吸入口１２ｂを第１バッファ容積Ｂ１に接続する。このようにして、主圧力切替バルブ２８およびバッファ圧力制御バルブ３２は、圧縮機吸入口１２ｂが蓄冷器１８とバッファタンク２６の両方に同時に連通しないように構成される。圧縮機１２への回収流量を蓄冷器１８とバッファタンク２６で分け合う必要がなく、圧縮機１２の負荷を低減することができる。

バルブ部２４の具体的構成は種々ありうる。一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、機械的に定められたバルブタイミングで動作するように構成されていてもよい。例えば、バルブ部２４は、ロータリーバルブの形式をとってもよい。この場合、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）がバルブ部２４に組み込まれており、同期して駆動される。バルブ部２４は、バルブ本体（またはバルブステータ）に対するバルブディスク（またはバルブロータ）の回転摺動によってバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）が適正に切り替わるよう構成されている。一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、パルス管冷凍機１０の運転中に同一周期で切り替えられ、それにより５つの開閉バルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は周期的に開閉状態を変化させる。５つの開閉バルブ（Ｖ１〜Ｖ５）はそれぞれ異なる位相で開閉される。

ある実施形態においては、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、複数の個別に制御可能なバルブの形式をとってもよい。各バルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、電磁開閉弁であってもよい。一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、予め定められたバルブタイミングで自動的に開閉動作をするように構成されていてもよい。

ある実施形態においては、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ５）は、ロータリーバルブと個別に制御可能なバルブの組み合わせであってもよい。例えば、主圧力切替バルブ２８およびバッファ圧力制御バルブ３２（つまりＶ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５）がロータリーバルブとして構成され、第１バッファ開閉バルブ３０がロータリーバルブとは別の開閉弁であってもよい。

図３は、第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。図３の上部には各バルブ（Ｖ１〜Ｖ５）のバルブタイミングをパルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期にわたって示し、図３の下部には第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１をパルス管１６の圧力ＰＣとともに示す。

ここで、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期は、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、第３期間Ｔ３、および第４期間Ｔ４の４つの期間に区分けされる。第２期間Ｔ２は第１期間Ｔ１に後続し、第３期間Ｔ３は第２期間Ｔ２に後続し、第４期間Ｔ４は第３期間Ｔ３に後続し、冷凍サイクルの次の一周期の第１期間Ｔ１が第４期間Ｔ４に後続する。

第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２は、パルス管冷凍機１０の吸気工程にあたる。第２期間Ｔ２において圧縮機１２から蓄冷器１８を通じてパルス管１６への吸気（主吸気）が行われる。これに先行して、第１期間Ｔ１においてはバッファタンク２６からパルス管１６への予備的な吸気が行われる。第３期間Ｔ３と第４期間Ｔ４は、パルス管冷凍機１０の排気工程にあたる。第４期間Ｔ４においてパルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機１２への排気（主排気）が行われる。これに先行して、第３期間Ｔ３においてはパルス管１６からバッファタンク２６への予備的な排気が行われる。

よって、主吸気開閉バルブＶ１は、第２期間Ｔ２において開かれ、それ以外の期間は閉じている。主排気開閉バルブＶ２は、第４期間Ｔ４において開かれ、それ以外の期間は閉じている。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）は、第１期間Ｔ１と第３期間Ｔ３で開かれる。また第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）は、第２期間Ｔ２と第４期間Ｔ４でも開かれる。図３に示されるバルブタイミングでは、第２期間Ｔ２において主吸気開閉バルブＶ１と第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が同時に開かれ同時に閉じているが、これは必須ではない。また、第４期間Ｔ４において主排気開閉バルブＶ２と第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が同時に開かれ同時に閉じることも、必須ではない。

パルス管１６の吸排気のための各期間（Ｔ１〜Ｔ４）に先行して、バッファ圧力制御期間（Ｃ１〜Ｃ４）が設けられている。これらバッファ圧力制御期間（Ｃ１〜Ｃ４）も加えると、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期は、８つの期間、すなわち、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１、第１期間Ｔ１、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２、第２期間Ｔ２、第３バッファ圧力制御期間Ｃ３、第３期間Ｔ３、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４、および第４期間Ｔ４に区分けされる。パルス管冷凍機１０の運転中、これら８つの期間が順番に繰り返される。

第１バッファ圧力制御期間Ｃ１においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を第１中間圧ＰＭ１に制御する。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、低圧ＰＬから第１中間圧ＰＭ１へと昇圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５）は、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１において閉じている。

こうして、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１に後続する第１期間Ｔ１において、第１バッファ容積Ｂ１は、第１中間圧バッファ容積として作動することができる。第１期間Ｔ１では上述のように第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が開かれ、低圧ＰＬのパルス管１６に第１バッファ容積Ｂ１から作動ガスが供給される。それにより、パルス管１６の圧力ＰＣは、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１へと昇圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は第１中間圧ＰＭ１からいくらか低下する。このとき第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、例えば、第１中間圧ＰＭ１と第２中間圧ＰＭ２の間にあってもよい。

第２バッファ圧力制御期間Ｃ２においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を高圧ＰＨに制御する。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、高圧ＰＨへと昇圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５）は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２において閉じている。

こうして、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２に後続する第２期間Ｔ２において、第１バッファ容積Ｂ１は、高圧バッファ容積として作動することができる。第２期間Ｔ２では上述のように主吸気開閉バルブＶ１が開かれ、圧縮機１２から蓄冷器１８を通じてパルス管１６に作動ガスが供給される。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）も開かれ、パルス管１６に第１バッファ容積Ｂ１から作動ガスが供給される。パルス管１６の圧力ＰＣは、高圧ＰＨへと昇圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）の開放直後は若干低下するが、その後は、主吸気開閉バルブＶ１が開いているので、高圧ＰＨに維持される。

第３バッファ圧力制御期間Ｃ３においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を第２中間圧ＰＭ２に制御する。バッファ排気開閉バルブＶ５が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第２中間圧ＰＭ２へと降圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、第３バッファ圧力制御期間Ｃ３において閉じている。第２中間圧ＰＭ２は、第１中間圧ＰＭ１と等しくてもよいし、異なっていてもよい。

こうして、第３バッファ圧力制御期間Ｃ３に後続する第３期間Ｔ３において、第１バッファ容積Ｂ１は、第２中間圧バッファ容積として作動することができる。第３期間Ｔ３では上述のように第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が開かれ、高圧ＰＨのパルス管１６から第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが回収される。それにより、パルス管１６の圧力ＰＣは、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１へと降圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は第２中間圧ＰＭ２からいくらか高まる。このとき第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、例えば、第１中間圧ＰＭ１と第２中間圧ＰＭ２の間にあってもよい。

第４バッファ圧力制御期間Ｃ４においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を低圧ＰＬに制御する。バッファ排気開閉バルブＶ５が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、低圧ＰＬへと降圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４において閉じている。

こうして、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４に後続する第４期間Ｔ４において、第１バッファ容積Ｂ１は、低圧バッファ容積として作動することができる。第４期間Ｔ４では上述のように主排気開閉バルブＶ２が開かれ、パルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機１２に作動ガスが回収される。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）も開かれ、パルス管１６から第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが回収される。パルス管１６の圧力ＰＣは、低圧ＰＬへと降圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）の開放直後は若干増加するが、その後は、主排気開閉バルブＶ２が開いているので、低圧ＰＬに維持される。

図において同時に描かれているバルブタイミングは、厳密に同時である必要はなく、いくらかずれていてもよい。例えば、バッファ吸気開閉バルブＶ４が閉じる第１バッファ圧力制御期間Ｃ１の終了時点が、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）が開く第１期間Ｔ１の開始時点と同時であることは必須ではない。第１期間Ｔ１の開始時点が、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１の終了時点からいくらか遅延してもよい。逆に、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１の終了時点が、第１期間Ｔ１の開始時点からいくらか遅延し、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）とバッファ吸気開閉バルブＶ４が一時的に同時に開いてもよい。

第１バッファ圧力制御期間Ｃ１と第１期間Ｔ１のように連続する二期間の間に、あらゆるバルブが閉鎖された移行期間が設けられてもよい。なお、そのような移行期間が、例として、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２と第２期間Ｔ２の間に設けられているが、これも必須ではない。

このような構成により、パルス管冷凍機１０は、パルス管１６内に高圧ＰＨと低圧ＰＬの作動ガス圧力振動を生成する。圧力振動と同期して適切な位相遅れをもって、パルス管１６内で作動ガスの変位振動すなわちガスピストンの往復動が生じる。ある圧力を保持しながらパルス管１６内を上下に周期的に往復する作動ガスの動きは、しばしば「ガスピストン」と称され、パルス管冷凍機１０の動作を説明するためによく用いられる。ガスピストンがパルス管高温端１６ａまたはその近傍にあるときパルス管低温端１６ｂで作動ガスが膨張し、寒冷が発生する。このような冷凍サイクルを繰り返すことにより、パルス管冷凍機１０は、冷却ステージ２０を冷却することができる。したがって、パルス管冷凍機１０は、被冷却物１９を冷却することができる。

第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０によれば、バッファ圧力制御バルブ３２が圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂのいずれかを第１バッファ容積Ｂ１に選択的に連通させ、それにより第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１が制御される。このようにして、パルス管冷凍機１０は、バッファタンク２６の圧力を所望の値に制御することができる。パルス管冷凍機１０は、既存のアクティブバッファパルス管冷凍機に比べて、より少数のバッファタンクを有するだけでよいので、パルス管冷凍機１０の設置に必要なスペースを小さくすることができる。アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制され、冷凍機の設置が容易となり、より多くの適用分野に利用可能となる。

また、第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１が、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期のうち第１期間Ｔ１で第１中間圧バッファ容積、第２期間Ｔ２で高圧バッファ容積、第３期間Ｔ３で第２中間圧バッファ容積、第４期間Ｔ４で低圧バッファ容積として周期的に作動するように第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を制御する。

このようにして、パルス管冷凍機１０は、バッファタンク２６を１つだけしか持たないにもかかわらず、いわゆる３バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機と同様に動作することができる。一般に、３バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機では、１つのパルス管に３個のバッファタンクが並列接続され、一つ目のバッファタンクが高圧バッファ、二つ目のバッファタンクが中圧バッファ、三つ目のバッファタンクが低圧バッファとして用いられる。

第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０は、３バッファ方式のパルス管冷凍機に比べてバッファの総容積が１／３でよいことになる。パルス管冷凍機１０の設置に必要なスペースを格段に小さくすることができる。アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制され、冷凍機の設置が容易となり、より多くの適用分野に利用可能となる。

第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０は、バッファ容積からのガス流出入を位相制御に利用している点では既存のアクティブバッファパルス管冷凍機と共通する。したがって、アクティブバッファパルス管冷凍機としての優れた冷凍機の効率という利点は、パルス管冷凍機１０においても失われない。

第１実施形態に係るパルス管冷凍機１０は、圧縮機１２に４つのバルブ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５）が接続されている点で、既存の４バルブ型のパルス管冷凍機と構成上の類似がある。しかし、パルス管冷凍機１０は、４バルブ型のパルス管冷凍機とはバルブタイミングがかなり異なる。

４バルブ型のパルス管冷凍機ではふつう、一時的に２つの吸気バルブ（または２つの排気バルブ）が同時に開き、そのとき圧縮機の負荷が比較的大きくなる。これに対して、パルス管冷凍機１０では上述のように、バッファ圧力制御バルブ３２は、主圧力切替バルブ２８が蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吐出口１２ａに接続していないとき圧縮機吐出口１２ａを第１バッファ容積Ｂ１に連通させ、主圧力切替バルブ２８が蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吸入口１２ｂに接続していないとき圧縮機吸入口１２ｂを第１バッファ容積Ｂ１に連通させる。パルス管冷凍機１０においては、２つの吸気バルブ（Ｖ１、Ｖ４）が同時に開くことはなく、２つの排気バルブ（Ｖ２、Ｖ５）が同時に開くことはない。したがって、パルス管冷凍機１０は、４バルブ型のパルス管冷凍機に比べて圧縮機の負荷が低減され、冷凍機の効率が高まる。

図４は、第１実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。パルス管冷凍機１０は、バッファタンク２６を１つだけしか持たないにもかかわらず、いわゆる２バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機と同様に動作することもできる。２バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機では、１つのパルス管に２個のバッファタンクが並列接続され、一つ目のバッファタンクが高圧バッファ、二つ目のバッファタンクが低圧バッファとして用いられる。

２バッファ方式では３バッファ方式とは異なり、中間圧バッファが無い。よって、図３に示されるバルブタイミングとは異なり、図４に示されるバルブタイミングにおいては、第１バッファ圧力制御期間Ｃ１、第１期間Ｔ１、第３バッファ圧力制御期間Ｃ３、第３期間Ｔ３は、設定されない。パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期は、４つの期間、すなわち、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２、第２期間Ｔ２、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４、および第４期間Ｔ４に区分けされる。パルス管冷凍機１０の運転中、これら４つの期間が順番に繰り返される。

第２バッファ圧力制御期間Ｃ２においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を高圧ＰＨに制御する。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、高圧ＰＨへと昇圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５）は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２において閉じている。こうして、第１バッファ容積Ｂ１は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２に後続する第２期間Ｔ２において高圧バッファ容積として作動することができる。

第４バッファ圧力制御期間Ｃ４においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を低圧ＰＬに制御する。バッファ排気開閉バルブＶ５が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、低圧ＰＬへと降圧される。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４において閉じている。こうして、第１バッファ容積Ｂ１は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４に後続する第４期間Ｔ４において低圧バッファ容積として作動することができる。

このようにして、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１が、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期のうち第２期間Ｔ２で高圧バッファ容積、第４期間Ｔ４で低圧バッファ容積として周期的に作動するように第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を制御する。

この場合、パルス管冷凍機１０は、２バッファ方式のパルス管冷凍機に比べてバッファの総容積が１／２でよいことになる。パルス管冷凍機１０の設置に必要なスペースを格段に小さくすることができる。アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制され、冷凍機の設置が容易となり、より多くの適用分野に利用可能となる。

図５は、第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。図６は、第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。図７は、第２実施形態に係るアクティブバッファパルス管冷凍機に適用可能である例示的なバルブタイミングと圧力波形を示す概略図である。第２実施形態は、位相制御機構３６の構成を除いて、第１実施形態と共通する。以下では、両者の異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。

バッファタンク２６および第１バッファ開閉バルブ３０に加えて、位相制御機構３６は、第２バッファタンク５０および第２バッファ開閉バルブ５２を備える。バッファタンク２６は、説明の便宜上、第１バッファタンクとも称しうる。第２バッファタンク５０は、中間圧バッファ容積としての第２バッファ容積Ｂ２を有する。第２バッファ開閉バルブ５２は、第２バッファ容積Ｂ２を第１バッファ容積Ｂ１と並列にパルス管高温端１６ａに接続する。第２バッファタンク５０は、圧縮機１２から独立して設けられている。第２バッファタンク５０は、第２バッファ開閉バルブ５２を介してパルス管高温端１６ａのみに接続されている。

第２バッファ開閉バルブ５２が開いているとき、第２バッファ容積Ｂ２の圧力がパルス管１６の圧力よりも高ければ、第２バッファ容積Ｂ２から第２バッファ開閉バルブ５２を通じてパルス管１６に作動ガスが供給される。一方、第２バッファ容積Ｂ２の圧力がパルス管１６の圧力よりも低ければ、パルス管１６から第２バッファ開閉バルブ５２を通じて第２バッファ容積Ｂ２に作動ガスが回収される。説明の便宜上、第２バッファ開閉バルブ５２をバルブＶ６と表記する場合がある。

パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期は、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２、第３期間Ｔ３、および第４期間Ｔ４の４つの期間に区分けされる。パルス管冷凍機１０の運転中、これら４つの期間が順番に繰り返される。

第１期間Ｔ１においては第２バッファタンク５０からパルス管１６への予備的な吸気が行われ、それに続いて、第２期間Ｔ２において圧縮機１２から蓄冷器１８を通じてパルス管１６への吸気（主吸気）が行われる。第２期間Ｔ２においては、第１バッファタンク２６からパルス管１６への吸気も行われる。第３期間Ｔ３においてはパルス管１６から第２バッファタンク５０への予備的な排気が行われ、それに続いて、第４期間Ｔ４においてパルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機１２への排気（主排気）が行われる。第４期間Ｔ４においてはパルス管１６から第１バッファタンク２６への排気も行われる。

よって、主吸気開閉バルブＶ１は、第２期間Ｔ２において開かれ、それ以外の期間は閉じている。主排気開閉バルブＶ２は、第４期間Ｔ４において開かれ、それ以外の期間は閉じている。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）は、第２期間Ｔ２と第４期間Ｔ４で開き、第１期間Ｔ１と第３期間Ｔ３で閉じている。第２バッファ開閉バルブ５２（Ｖ６）は、第１期間Ｔ１と第３期間Ｔ３で開き、第２期間Ｔ２と第４期間Ｔ４で閉じている。

第２バッファ圧力制御期間Ｃ２および第４バッファ圧力制御期間Ｃ４が設定されている。第２バッファ圧力制御期間Ｃ２は第１期間Ｔ１と時間的に重なって設定され、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４は第１期間Ｔ１と時間的に重なって設定されている。

第２バッファ圧力制御期間Ｃ２においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を高圧ＰＨに制御する。バッファ吸気開閉バルブＶ４が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、高圧ＰＨへと昇圧される。第２バッファタンク５０からパルス管１６への予備的な吸気のために第２バッファ開閉バルブ５２（Ｖ６）は開いているので、パルス管１６の圧力ＰＣは、低圧ＰＬから中間圧ゾーンＰＭへと昇圧される。第２バッファ容積Ｂ２の圧力ＰＢ２は、中間圧ゾーンＰＭに保たれている。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５）は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２において閉じている。

こうして、第１バッファ容積Ｂ１は、第２バッファ圧力制御期間Ｃ２に後続する第２期間Ｔ２において高圧バッファ容積として作動することができる。第２期間Ｔ２では上述のように主吸気開閉バルブＶ１が開かれ、圧縮機１２から蓄冷器１８を通じてパルス管１６に作動ガスが供給される。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）も開かれ、パルス管１６に第１バッファ容積Ｂ１から作動ガスが供給される。パルス管１６の圧力ＰＣは、高圧ＰＨへと昇圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）の開放直後は若干低下するが、その後は、主吸気開閉バルブＶ１が開いているので、高圧ＰＨに維持される。

第４バッファ圧力制御期間Ｃ４においては、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１を低圧ＰＬに制御する。バッファ排気開閉バルブＶ５が開かれ、第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、低圧ＰＬへと降圧される。パルス管１６から第２バッファタンク５０への予備的な排気のために第２バッファ開閉バルブ５２（Ｖ６）は開いているので、パルス管１６の圧力ＰＣは、高圧ＰＨから中間圧ゾーンＰＭへと降圧される。第２バッファ容積Ｂ２の圧力ＰＢ２は、中間圧ゾーンＰＭに保たれている。それ以外のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４において閉じている。

こうして、第１バッファ容積Ｂ１は、第４バッファ圧力制御期間Ｃ４に後続する第４期間Ｔ４において低圧バッファ容積として作動することができる。第４期間Ｔ４では上述のように主排気開閉バルブＶ２が開かれ、パルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機１２に作動ガスが回収される。第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）も開かれ、パルス管１６から第１バッファ容積Ｂ１に作動ガスが回収される。パルス管１６の圧力ＰＣは、低圧ＰＬへと降圧される。第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢ１は、第１バッファ開閉バルブ３０（Ｖ３）の開放直後は若干増加するが、その後は、主排気開閉バルブＶ２が開いているので、低圧ＰＬに維持される。

このようにして、バッファ圧力制御バルブ３２は、第１バッファ容積Ｂ１が、パルス管冷凍機１０の冷凍サイクルの一周期のうち第２期間Ｔ２で高圧バッファ容積、第４期間Ｔ４で低圧バッファ容積として周期的に作動するように第１バッファ容積Ｂ１の圧力ＰＢを制御する。パルス管冷凍機１０は、第１バッファタンク２６および第２バッファタンク５０の２つしかバッファタンクを持たないにもかかわらず、いわゆる３バッファ方式のアクティブバッファパルス管冷凍機と同様に動作することができる。

この場合、パルス管冷凍機１０は、３バッファ方式のパルス管冷凍機に比べてバッファの総容積が２／３でよいことになる。パルス管冷凍機１０の設置に必要なスペースを小さくすることができる。アクティブバッファパルス管冷凍機の大型化が抑制され、冷凍機の設置が容易となり、より多くの適用分野に利用可能となる。

なお、第２実施形態においては、中間圧バッファを圧縮機１２から独立したバッファ容積とし、高圧バッファと低圧バッファを切替可能とする圧力可変バッファが設けられているが、これに限られない。高圧バッファを圧縮機１２から独立したバッファ容積とし、中間圧バッファと低圧バッファを切替可能とする圧力可変バッファを設けることも可能である。あるいは、低圧バッファを圧縮機１２から独立したバッファ容積とし、中間圧バッファと高圧バッファを切替可能とする圧力可変バッファを設けることも可能である。

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。

１０ パルス管冷凍機、 １２ 圧縮機、 １２ａ 圧縮機吐出口、 １２ｂ 圧縮機吸入口、 １６ パルス管、 １６ａ パルス管高温端、 １６ｂ パルス管低温端、 １８ 蓄冷器、 １８ａ 蓄冷器高温端、 １８ｂ 蓄冷器低温端、 ２８ 主圧力切替バルブ、 ３０ 第１バッファ開閉バルブ、 ３２ バッファ圧力制御バルブ、 ３６ 位相制御機構、 ５２ 第２バッファ開閉バルブ、 Ｂ１ 第１バッファ容積、 Ｂ２ 第２バッファ容積、 Ｔ１ 第１期間、 Ｔ２ 第２期間、 Ｔ３ 第３期間、 Ｔ４ 第４期間。

Claims (4)

1. パルス管高温端とパルス管低温端とを有するパルス管と、
   蓄冷器高温端と、前記パルス管低温端と連通している蓄冷器低温端とを有する蓄冷器と、
   前記蓄冷器高温端を圧縮機吐出口および圧縮機吸入口に交互に接続する主圧力切替バルブと、
   第１バッファ容積と、前記第１バッファ容積を前記パルス管高温端に接続する第１バッファ開閉バルブとを有する位相制御機構と、
   前記第１バッファ容積の圧力を制御するように前記圧縮機吐出口または前記圧縮機吸入口のいずれかを前記第１バッファ容積に選択的に連通させるバッファ圧力制御バルブと、を備えることを特徴とするアクティブバッファパルス管冷凍機。
2. 前記バッファ圧力制御バルブは、前記第１バッファ容積が、パルス管冷凍機の冷凍サイクルの一周期のうち第１期間で第１中間圧バッファ容積、第２期間で高圧バッファ容積、第３期間で第２中間圧バッファ容積、第４期間で低圧バッファ容積として周期的に作動するように前記第１バッファ容積の圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載のアクティブバッファパルス管冷凍機。
3. 前記位相制御機構は、
   中間圧バッファ容積としての第２バッファ容積と、
   前記第２バッファ容積を前記第１バッファ容積と並列に前記パルス管高温端に接続し、パルス管冷凍機の冷凍サイクルの一周期のうち第１期間と第３期間で開き、第２期間と第４期間で閉じる第２バッファ開閉バルブと、を備え、
   前記バッファ圧力制御バルブは、前記第１バッファ容積が、前記第２期間で高圧バッファ容積、前記第４期間で低圧バッファ容積として周期的に作動するように前記第１バッファ容積の圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載のアクティブバッファパルス管冷凍機。
4. 前記バッファ圧力制御バルブは、前記主圧力切替バルブが前記蓄冷器高温端を前記圧縮機吐出口に接続していないとき前記圧縮機吐出口を前記第１バッファ容積に連通させ、前記主圧力切替バルブが前記蓄冷器高温端を前記圧縮機吸入口に接続していないとき前記圧縮機吸入口を前記第１バッファ容積に連通させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクティブバッファパルス管冷凍機。

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