JP7033009B2 - Pulse tube refrigerator - Google Patents

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Description

本発明は、パルス管冷凍機に関する。 The present invention relates to a pulse tube refrigerator.

パルス管冷凍機は一般に、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機構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。 A pulse tube refrigerator generally includes a vibration flow source, a refrigerator, a pulse tube, and a phase control mechanism as main components. There are several methods for generating oscillating flow. For example, a so-called GM (Gifford-McMahon) method using a combination of a compressor and a periodic flow path switching mechanism and a sterling method in which a vibration flow is generated by a harmonically oscillating piston are known.

特許第3895516号公報Japanese Patent No. 3895516

GM方式のパルス管冷凍機では流路切替機構としてロータリーバルブが典型的に用いられている。ロータリーバルブは、バルブステータとこれに面接触しているバルブロータを有し、接触面には複数の作動ガス流路が形成されている。バルブロータがバルブステータに対して回転摺動することによって作動ガス流路間の接続が切り替わり、それにより、パルス管冷凍機を適正に動作させるための流路切替が可能となる。 In the GM type pulse tube refrigerator, a rotary valve is typically used as a flow path switching mechanism. The rotary valve has a valve stator and a valve rotor in surface contact with the valve stator, and a plurality of working gas flow paths are formed on the contact surface. When the valve rotor rotates and slides with respect to the valve stator, the connection between the working gas flow paths is switched, which enables the flow path switching for the proper operation of the pulse tube refrigerator.

パルス管冷凍機の冷凍性能を高めるうえで、ロータリーバルブの作動ガス流路で作動ガスに生じる圧力損失を低減することが望まれる。一つの方策は個々の作動ガス流路をそれぞれ広くとることであるが、そのような流路の拡大はバルブロータの回転摺動面の面積増加をもたらしうる。回転摺動面が大きくなれば、回転するバルブロータに働く摩擦抵抗も増加する。そうすると、バルブロータを駆動するのに必要なトルクも大きくなり、そのため、ロータリーバルブを駆動するモータなどの駆動源の大型化を招く。このような不利益は、大型のパルス管冷凍機において顕著となりうる。 In order to improve the refrigerating performance of the pulse tube refrigerator, it is desired to reduce the pressure loss generated in the working gas in the working gas flow path of the rotary valve. One measure is to make each individual working gas flow path wider, but such expansion of the flow path can result in an increase in the area of the rotating sliding surface of the valve rotor. As the rotating sliding surface becomes larger, the frictional resistance acting on the rotating valve rotor also increases. Then, the torque required to drive the valve rotor also increases, which leads to an increase in the size of a drive source such as a motor for driving the rotary valve. Such disadvantages can be significant in large pulse tube refrigerators.

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、パルス管冷凍機のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することにある。 One of the exemplary objects of an aspect of the present invention is to suppress the increase in size of the drive source of the flow path switching mechanism for a pulse tube refrigerator.

本発明のある態様によると、パルス管冷凍機は、パルス管および蓄冷器を備え、前記パルス管の低温端が前記蓄冷器の低温端に連結されたコールドヘッドと、バルブ駆動室と、前記バルブ駆動室の圧力に応じて第1位置と第2位置とを移動するスプールと、を備え、前記スプールは、前記第1位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吐出口に接続し、前記第2位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吸入口に接続するスプールバルブと、前記コールドヘッドから離れて配置され、前記バルブ駆動室の圧力を制御する圧力制御機構と、を備える。 According to an aspect of the present invention, the pulse tube refrigerator comprises a pulse tube and a cold storage device, the cold head in which the low temperature end of the pulse tube is connected to the low temperature end of the cold storage device, a valve drive chamber, and the valve. A spool that moves between a first position and a second position according to the pressure of the drive chamber is provided, and the spool connects the high temperature end of the regenerator to the compressor discharge port at the first position, and the first position. It includes a spool valve that connects the high temperature end of the cold storage to the compressor suction port at two positions, and a pressure control mechanism that is arranged away from the cold head and controls the pressure in the valve drive chamber.

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。 It should be noted that any combination of the above components or components or expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, etc. are also effective as aspects of the present invention.

本発明によれば、パルス管冷凍機のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress an increase in the size of the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator.

第1の実施の形態に係るパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic the whole structure of the pulse tube refrigerator which concerns on 1st Embodiment. 図1に示されるパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the working gas circuit composition of the pulse tube refrigerator shown in FIG. 図1に示されるパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the working gas circuit composition of the pulse tube refrigerator shown in FIG. 実施の形態に係る圧力制御機構の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the pressure control mechanism which concerns on embodiment. 第2の実施の形態に係るパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic the whole structure of the pulse tube refrigerator which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the other configuration of the pulse tube refrigerator which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the working gas circuit composition of the pulse tube refrigerator which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the working gas circuit composition of the pulse tube refrigerator which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the other configuration of the pulse tube refrigerator which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the other configuration of the pulse tube refrigerator which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the working gas circuit composition of the pulse tube refrigerator which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the working gas circuit composition of the pulse tube refrigerator which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機に適用可能なスプールバルブの他の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows generally the other structure of the spool valve applicable to the pulse tube refrigerator according to 4th Embodiment. 第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the other configuration of the pulse tube refrigerator which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the working gas circuit composition of the pulse tube refrigerator which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the working gas circuit composition of the pulse tube refrigerator which concerns on 5th Embodiment. 実施の形態に係るパルス管冷凍機に適用可能な圧力制御機構の他の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the other configuration of the pressure control mechanism applicable to the pulse tube refrigerator according to the embodiment. 実施の形態に係るパルス管冷凍機に適用可能な圧力制御機構の他の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the other configuration of the pressure control mechanism applicable to the pulse tube refrigerator according to the embodiment. 実施の形態に係るパルス管冷凍機に適用可能な圧力制御機構の他の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the other configuration of the pressure control mechanism applicable to the pulse tube refrigerator according to the embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description and drawings, the same or equivalent components, members, and processes are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate. The scales and shapes of the illustrated parts are set for convenience of explanation and are not limitedly interpreted unless otherwise specified. The embodiments are exemplary and do not limit the scope of the invention in any way. Not all features and combinations thereof described in the embodiments are essential to the invention.

図1は、第1の実施の形態に係るパルス管冷凍機10の全体構成を概略的に示す図である。図2および図3は、図1に示されるパルス管冷凍機10の作動ガス回路構成を示す概略図である。図2は、パルス管冷凍機10の吸気工程を示し、図3は、パルス管冷凍機10の排気工程を示す。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment. 2 and 3 are schematic views showing a working gas circuit configuration of the pulse tube refrigerator 10 shown in FIG. 1. FIG. 2 shows an intake process of the pulse tube refrigerator 10, and FIG. 3 shows an exhaust process of the pulse tube refrigerator 10.

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、および室温部24を備える。パルス管冷凍機10は、単段式のパルス管冷凍機である。ただし、パルス管冷凍機10は、あるいは多段式(例えば二段式)のパルス管冷凍機とすることも可能である。 The pulse tube refrigerator 10 includes a compressor 12 and a cold head 14. The cold head 14 includes a pulse tube 16, a regenerator 18, a cooling stage 20 for cooling the object to be cooled 19, a flange portion 22, and a room temperature portion 24. The pulse tube refrigerator 10 is a single-stage pulse tube refrigerator. However, the pulse tube refrigerator 10 can also be a multi-stage (for example, two-stage) pulse tube refrigerator.

パルス管冷凍機10は、一例として、GM(Gifford-McMahon)方式のダブルインレット型パルス管冷凍機である。よって、コールドヘッド14の室温部24には、バッファ容積26、例えばバッファタンクが接続されている。また、室温部24は、2つの流路抵抗(例えば、オリフィス、または絞り弁など)を有する。以下では説明の便宜上、第1流路抵抗をダブルインレットオリフィス28と称し、第2流路抵抗をバッファオリフィス30と称する。ただし、流路抵抗をオリフィスのみに限定することを意図するものではない。 The pulse tube refrigerator 10 is, for example, a GM (Gifford-McMahon) type double inlet type pulse tube refrigerator. Therefore, a buffer volume 26, for example, a buffer tank is connected to the room temperature portion 24 of the cold head 14. Further, the room temperature section 24 has two flow path resistances (for example, an orifice or a throttle valve). Hereinafter, for convenience of explanation, the first flow path resistance is referred to as a double inlet orifice 28, and the second flow path resistance is referred to as a buffer orifice 30. However, it is not intended to limit the flow path resistance to the orifice only.

詳しくは後述するが、パルス管冷凍機10は、室温部24に収容された流路切替機構に関して、典型的なパルス管冷凍機と異なる。室温部24は、ロータリーバルブではなく、スプールバルブ32を備える。スプールバルブ32は、バルブ駆動室34と、バルブ駆動室34の圧力に応じて第1位置と第2位置とを移動するスプール36と、を備える。スプール36は、第1位置で蓄冷器18の高温端を圧縮機12の吐出口に接続し、第2位置で蓄冷器18の高温端を圧縮機12の吸入口に接続する。また、パルス管冷凍機10は、コールドヘッド14から離れて配置され、バルブ駆動室34の圧力を制御する圧力制御機構38を備える。圧力制御機構38は、駆動室吸気バルブV1と駆動室排気バルブV2とを有する。 As will be described in detail later, the pulse tube refrigerator 10 is different from a typical pulse tube refrigerator in terms of the flow path switching mechanism housed in the room temperature section 24. The room temperature section 24 includes a spool valve 32 instead of a rotary valve. The spool valve 32 includes a valve drive chamber 34 and a spool 36 that moves between a first position and a second position according to the pressure of the valve drive chamber 34. The spool 36 connects the high temperature end of the regenerator 18 to the discharge port of the compressor 12 at the first position, and connects the high temperature end of the regenerator 18 to the suction port of the compressor 12 at the second position. Further, the pulse tube refrigerator 10 is arranged away from the cold head 14 and includes a pressure control mechanism 38 that controls the pressure in the valve drive chamber 34. The pressure control mechanism 38 has a drive chamber intake valve V1 and a drive chamber exhaust valve V2.

圧縮機12およびスプールバルブ32によって、パルス管冷凍機10の振動流発生源が構成される。すなわち、圧縮機12が生み出す作動ガスの定常流から、スプールバルブ32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ことができる。また、バッファ容積26、ダブルインレットオリフィス28、およびバッファオリフィス30によって、パルス管冷凍機10の位相制御機構が構成される。位相制御機構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ことができる。適切な位相遅れは、パルス管16の低温端でのPV仕事を生じさせ、作動ガスを冷却することができる。冷却された作動ガスとの熱交換により冷却ステージ20が冷却される。 The compressor 12 and the spool valve 32 constitute a vibration flow generation source for the pulse tube refrigerator 10. That is, from the steady flow of the working gas generated by the compressor 12, the pressure vibration of the working gas can be generated in the pulse tube 16 through the cool storage 18 by the switching operation of the spool valve 32. Further, the buffer volume 26, the double inlet orifice 28, and the buffer orifice 30 constitute a phase control mechanism for the pulse tube refrigerator 10. The phase control mechanism can delay the phase of the displacement vibration of the gas element (also called a gas piston) in the pulse tube 16 with respect to the pressure vibration of the working gas. Appropriate phase lag can cause PV work at the cold end of the pulse tube 16 to cool the working gas. The cooling stage 20 is cooled by heat exchange with the cooled working gas.

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

一般に高圧PH及び低圧PLはともに、パルス管冷凍機10の周囲環境圧力(例えば大気圧)よりかなり高い。よって、高圧PH及び低圧PLはそれぞれ、第1高圧及び第2高圧と呼ぶこともできる。通例、高圧PHは例えば2~3MPaである。低圧PLは例えば0.5~1.5MPaである。 Generally, both the high pressure PH and the low pressure PL are considerably higher than the ambient environmental pressure (for example, atmospheric pressure) of the pulse tube refrigerator 10. Therefore, the high voltage PH and the low voltage PL can also be referred to as a first high voltage and a second high voltage, respectively. Usually, the high pressure PH is, for example, 2 to 3 MPa. The low pressure PL is, for example, 0.5 to 1.5 MPa.

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から延び、高圧ライン分岐点40aで分岐し、コールドヘッド14の高圧ポート42と圧力制御機構38の駆動室吸気バルブV1に接続されている。高圧PHの作動ガスは高圧ライン13aを通じて、圧縮機12からコールドヘッド14へと、また圧縮機12から圧力制御機構38へと流れる。低圧ライン13bは、圧縮機吸入口12bから延び、低圧ライン分岐点40bで分岐し、コールドヘッド14の低圧ポート44と圧力制御機構38の駆動室排気バルブV2に接続されている。低圧PLの作動ガスは低圧ライン13bを通じて、コールドヘッド14から圧縮機12へと、また圧力制御機構38から圧縮機12へと流れる。 The pulse tube refrigerator 10 is provided with a high pressure line 13a and a low pressure line 13b. The high pressure line 13a extends from the compressor discharge port 12a, branches at the high pressure line branch point 40a, and is connected to the high pressure port 42 of the cold head 14 and the drive chamber intake valve V1 of the pressure control mechanism 38. The working gas of the high pressure PH flows from the compressor 12 to the cold head 14 and from the compressor 12 to the pressure control mechanism 38 through the high pressure line 13a. The low pressure line 13b extends from the compressor suction port 12b, branches at the low pressure line branch point 40b, and is connected to the low pressure port 44 of the cold head 14 and the drive chamber exhaust valve V2 of the pressure control mechanism 38. The working gas of the low pressure PL flows from the cold head 14 to the compressor 12 and from the pressure control mechanism 38 to the compressor 12 through the low pressure line 13b.

また、パルス管冷凍機10には、バルブ駆動室ライン46が設けられている。バルブ駆動室ライン46は、バルブ駆動室34から延び、途中で分岐し、駆動室吸気バルブV1と駆動室排気バルブV2に接続されている。 Further, the pulse tube refrigerator 10 is provided with a valve drive chamber line 46. The valve drive chamber line 46 extends from the valve drive chamber 34, branches in the middle, and is connected to the drive chamber intake valve V1 and the drive chamber exhaust valve V2.

高圧ライン13aおよび低圧ライン13bはそれぞれ、圧縮機12とコールドヘッド14と圧力制御機構38を接続する剛性または可撓性の配管であってもよい。また、バルブ駆動室ライン46は、コールドヘッド14と圧力制御機構38を接続する剛性または可撓性の配管であってもよい。 The high pressure line 13a and the low pressure line 13b may be rigid or flexible pipes connecting the compressor 12, the cold head 14, and the pressure control mechanism 38, respectively. Further, the valve drive chamber line 46 may be a rigid or flexible pipe connecting the cold head 14 and the pressure control mechanism 38.

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。パルス管高温端16aおよびパルス管低温端16bにはそれぞれ整流器が設けられていてもよい。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16および蓄冷器18が延びる方向をコールドヘッド14の軸方向Aと表す。 The pulse tube 16 has a pulse tube high temperature end 16a and a pulse tube low temperature end 16b, and extends from the pulse tube high temperature end 16a to the pulse tube low temperature end 16b. The high temperature end 16a of the pulse tube and the low temperature end 16b of the pulse tube can also be referred to as the first end and the second end of the pulse tube 16, respectively. A rectifier may be provided at each of the pulse tube high temperature end 16a and the pulse tube low temperature end 16b. Similarly, the cold storage device 18 has a cold storage device high temperature end 18a and a cold storage device low temperature end 18b, and extends from the cold storage device high temperature end 18a to the cold storage device low temperature end 18b. The cold storage device high temperature end 18a and the cold storage device low temperature end 18b can also be referred to as the first end and the second end of the cold storage device 18, respectively. The direction in which the pulse tube 16 and the regenerator 18 extend is referred to as the axial direction A of the cold head 14.

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には冷却ステージ流路21が形成されている。冷却ステージ流路21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から冷却ステージ流路21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から冷却ステージ流路21を通じて蓄冷器低温端18bへと流れることができる。 The low temperature end 16b of the pulse tube and the low temperature end 18b of the cooler are structurally connected by a cooling stage 20 and thermally coupled. A cooling stage flow path 21 is formed in the cooling stage 20. Through the cooling stage flow path 21, the low temperature end 16b of the pulse tube fluidly communicates with the low temperature end 18b of the cool storage device. Therefore, the working gas supplied from the compressor 12 can flow from the cold storage device low temperature end 18b to the pulse tube low temperature end 16b through the cooling stage flow path 21. The return gas from the pulse tube 16 can flow from the low temperature end 16b of the pulse tube to the low temperature end 18b of the cool storage through the cooling stage flow path 21.

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

被冷却物19は、冷却ステージ20上に直接設置され、または冷却ステージ20に剛性または可撓性の伝熱部材を介して熱的に結合されている。パルス管冷凍機10は、冷却ステージ20からの伝導冷却によって被冷却物19を冷却することができる。なおパルス管冷凍機10によって冷却される被冷却物19は、一例として、超伝導電磁石またはその他の超伝導装置、あるいは赤外線撮像素子またはその他のセンサなど固形物であるが、これに限られない。言うまでもなく、パルス管冷凍機10は冷却ステージ20に接触する気体または液体を冷却することもできる。 The object to be cooled 19 is installed directly on the cooling stage 20 or is thermally coupled to the cooling stage 20 via a rigid or flexible heat transfer member. The pulse tube refrigerator 10 can cool the object to be cooled 19 by conduction cooling from the cooling stage 20. The object to be cooled 19 cooled by the pulse tube refrigerator 10 is, for example, a solid substance such as a superconducting electric magnet or other superconducting device, an infrared image pickup element or another sensor, but is not limited thereto. Needless to say, the pulse tube refrigerator 10 can also cool the gas or liquid in contact with the cooling stage 20.

一方、パルス管高温端16aと蓄冷器高温端18aはフランジ部22によって接続されている。フランジ部22は、パルス管冷凍機10が設置される支持台または支持壁などの支持部48に取り付けられる。支持部48は、冷却ステージ20および被冷却物19を(蓄冷器18およびパルス管16とともに)収容する断熱容器または真空容器の壁材またはその他の部位であってもよい。 On the other hand, the high temperature end 16a of the pulse tube and the high temperature end 18a of the cooler are connected by the flange portion 22. The flange portion 22 is attached to a support portion 48 such as a support base or a support wall on which the pulse tube refrigerator 10 is installed. The support 48 may be a wall material or other part of a heat insulating container or vacuum container that houses the cooling stage 20 and the object to be cooled 19 (along with the cool storage 18 and the pulse tube 16).

フランジ部22の一方の主表面からパルス管16および蓄冷器18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室温部24が設けられている。したがって、支持部48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48に取り付けられるとき、パルス管16、蓄冷器18、および冷却ステージ20は、当該容器内に収容され、室温部24は、容器外に配置される。 A pulse tube 16 and a regenerator 18 extend from one main surface of the flange portion 22 to the cooling stage 20, and a room temperature portion 24 is provided on the other main surface of the flange portion 22. Therefore, when the support portion 48 constitutes a part of the heat insulating container or the vacuum container, when the flange portion 22 is attached to the support portion 48, the pulse tube 16, the regenerator 18, and the cooling stage 20 are inside the container. The room temperature portion 24 is arranged outside the container.

このようにして、圧縮機12、室温部24、および圧力制御機構38は周囲環境(例えば、室温大気圧環境)に配置される。バッファ容積26も周囲環境に配置される。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。 In this way, the compressor 12, the room temperature section 24, and the pressure control mechanism 38 are arranged in an ambient environment (for example, a room temperature atmospheric pressure environment). The buffer volume 26 is also arranged in the surrounding environment. The cold storage 18, the pulse tube 16, and the cooling stage 20 are arranged in an environment isolated from the surrounding environment (for example, an extremely low temperature vacuum environment).

なお、室温部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。室温部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の位相制御機構がコールドヘッド14から分離して配置されてもよい。 The room temperature portion 24 does not need to be directly attached to the flange portion 22. The room temperature section 24 may be disposed separately from the cold head 14 of the pulse tube refrigerator 10 and may be connected to the cold head 14 by a rigid or flexible pipe. In this way, the phase control mechanism of the pulse tube refrigerator 10 may be arranged separately from the cold head 14.

室温部24は、スプールバルブ32を蓄冷器18に接続する蓄冷器流路50と、バッファ容積26をパルス管16に接続するバッファ流路52と、冷却ステージ流路21を迂回して蓄冷器18をパルス管16に接続するバイパス流路54とを有する。バッファ容積26は、高圧PHと低圧PLとの中間圧(例えば高圧PHと低圧PLの平均圧)を有する作動ガスの中間圧源として働く。 The room temperature section 24 bypasses the cooler flow path 50 that connects the spool valve 32 to the cooler 18, the buffer flow path 52 that connects the buffer volume 26 to the pulse pipe 16, and the cooling stage flow path 21, and the cooler 18 Has a bypass flow path 54 for connecting the pulse tube 16. The buffer volume 26 acts as an intermediate pressure source for the working gas having an intermediate pressure between the high pressure PH and the low pressure PL (for example, the average pressure between the high pressure PH and the low pressure PL).

蓄冷器流路50およびバッファ流路52はそれぞれ、フランジ部22を貫通して、蓄冷器高温端18aおよびパルス管高温端16aまで延びている。蓄冷器流路50は、スプールバルブ32の第2ガス室35を蓄冷器高温端18aに接続する。ダブルインレットオリフィス28は、バイパス流路54の途中に設けられ、バッファオリフィス30は、バッファ流路52の途中に設けられている。バッファ流路52は、バッファ容積26をバッファオリフィス30に接続し、さらに、バッファオリフィス30をパルス管高温端16aに接続する。バイパス流路54は、蓄冷器流路50から分岐してダブルインレットオリフィス28に接続され、さらに、ダブルインレットオリフィス28から延びてバッファ流路52に合流する。バイパス流路54は、バッファオリフィス30とパルス管高温端16aとの間でバッファ流路52に接続されている。 The regenerator flow path 50 and the buffer flow path 52 each penetrate the flange portion 22 and extend to the regenerator high temperature end 18a and the pulse tube high temperature end 16a. The cold storage flow path 50 connects the second gas chamber 35 of the spool valve 32 to the cold storage high temperature end 18a. The double inlet orifice 28 is provided in the middle of the bypass flow path 54, and the buffer orifice 30 is provided in the middle of the buffer flow path 52. The buffer flow path 52 connects the buffer volume 26 to the buffer orifice 30 and further connects the buffer orifice 30 to the pulse tube high temperature end 16a. The bypass flow path 54 branches from the cold storage flow path 50 and is connected to the double inlet orifice 28, and further extends from the double inlet orifice 28 and joins the buffer flow path 52. The bypass flow path 54 is connected to the buffer flow path 52 between the buffer orifice 30 and the pulse tube high temperature end 16a.

よって、蓄冷器流路50を通じてスプールバルブ32と蓄冷器高温端18aとの間で作動ガスの流入および流出が可能であり、さらに、冷却ステージ流路21を通じて蓄冷器18とパルス管低温端16bとの間で作動ガスの流入および流出が可能である。また、バッファ流路52すなわちバッファオリフィス30を通じてバッファ容積26とパルス管高温端16aとの間で作動ガスの流入および流出が可能である。バイパス流路54すなわちダブルインレットオリフィス28を通じてスプールバルブ32とパルス管高温端16aとの間で作動ガスの流入および流出が可能である。 Therefore, the working gas can flow in and out between the spool valve 32 and the cold storage high temperature end 18a through the cold storage flow path 50, and further, the cold storage 18 and the pulse tube low temperature end 16b can be passed through the cooling stage flow path 21. The inflow and outflow of working gas is possible between. Further, the working gas can flow in and out between the buffer volume 26 and the high temperature end 16a of the pulse tube through the buffer flow path 52, that is, the buffer orifice 30. The inflow and outflow of working gas is possible between the spool valve 32 and the high temperature end 16a of the pulse tube through the bypass flow path 54, that is, the double inlet orifice 28.

スプールバルブ32は、スプール36を収容するとともにスプール36の移動を案内するスリーブ56を有する。バルブ駆動室34は、スプール36の一端とスリーブ56との間に形成されている。バルブ駆動室34は、スプールバルブ32の第1ガス室と呼ぶこともできる。第2ガス室35は、スプール36の他端とスリーブ56との間に形成されている。バルブ駆動室34と第2ガス室35は、スプール36に対して互いに反対側に位置する。 The spool valve 32 has a sleeve 56 that accommodates the spool 36 and guides the movement of the spool 36. The valve drive chamber 34 is formed between one end of the spool 36 and the sleeve 56. The valve drive chamber 34 can also be referred to as a first gas chamber of the spool valve 32. The second gas chamber 35 is formed between the other end of the spool 36 and the sleeve 56. The valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35 are located on opposite sides of the spool 36.

スプール36は、バルブ駆動室34と第2ガス室35の圧力差によってスリーブ56に対して移動することができる。バルブ駆動室34が第2ガス室35より低圧であるとき、スプール36は、バルブ駆動室34を縮小し第2ガス室35を拡張するようにスリーブ56内を移動する(図において上向きに動く)。逆に、バルブ駆動室34が第2ガス室35より高圧であるとき、スプール36は、バルブ駆動室34を拡張し第2ガス室35を縮小するようにスリーブ56内を移動する(図において下向きに動く)。 The spool 36 can move with respect to the sleeve 56 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35. When the valve drive chamber 34 has a lower pressure than the second gas chamber 35, the spool 36 moves in the sleeve 56 so as to reduce the valve drive chamber 34 and expand the second gas chamber 35 (moves upward in the figure). .. On the contrary, when the valve drive chamber 34 has a higher pressure than the second gas chamber 35, the spool 36 moves in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34 and reduce the second gas chamber 35 (downward in the figure). Move to).

スリーブ56は、高圧ポート42および低圧ポート44として働く2つの貫通穴を有する。また、スリーブ56には、別の2つの貫通穴が設けられ、その一方を通じてバルブ駆動室34がバルブ駆動室ライン46に連通し、他方を通じて第2ガス室35が蓄冷器18およびパルス管16に連通している。 The sleeve 56 has two through holes that act as a high pressure port 42 and a low pressure port 44. Further, the sleeve 56 is provided with two other through holes, through which the valve drive chamber 34 communicates with the valve drive chamber line 46 and the second gas chamber 35 communicates with the cooler 18 and the pulse tube 16 through the other. Communicate.

一例として、スプール36は、コールドヘッド14の軸方向Aに延在する円柱状の部材であり、スリーブ56は、コールドヘッド14の軸方向Aに延在しスプール36と同軸配置された円筒状の内周面を有する部材である。スプール36およびスリーブ56はそれぞれ、ピストンおよびシリンダと呼ぶこともできる。高圧ポート42および低圧ポート44はスリーブ56の側面に形成され、別の2つの貫通穴はそれぞれスリーブ56の端面に形成されている。なおスプール36とスリーブ56の延在方向は、コールドヘッド14の軸方向Aに限られず、他の方向であってもよい。 As an example, the spool 36 is a cylindrical member extending in the axial direction A of the cold head 14, and the sleeve 56 is a cylindrical member extending in the axial direction A of the cold head 14 and coaxially arranged with the spool 36. It is a member having an inner peripheral surface. The spool 36 and sleeve 56 can also be referred to as pistons and cylinders, respectively. The high pressure port 42 and the low pressure port 44 are formed on the side surface of the sleeve 56, and two other through holes are formed on the end face of the sleeve 56, respectively. The extending direction of the spool 36 and the sleeve 56 is not limited to the axial direction A of the cold head 14, and may be another direction.

また、スプールバルブ32は、スプール36とスリーブ56との間のクリアランスに配置された複数のシール部材、具体的には、第1シール部材58a、第2シール部材58b、第3シール部材58c、および第4シール部材58dを有する。これらシール部材は、互いに異なる軸方向位置でスプール36に装着され、スプール36の周方向に延びている。シール部材は、例えばスリッパーシールまたはOリングなどの作動ガスを密閉する部材であるが、望まれるシール性能を有する限り、その他の接触シールまたは非接触シールであってもよい。 Further, the spool valve 32 has a plurality of sealing members arranged in a clearance between the spool 36 and the sleeve 56, specifically, a first sealing member 58a, a second sealing member 58b, a third sealing member 58c, and a third sealing member 58c. It has a fourth seal member 58d. These sealing members are mounted on the spool 36 at different axial positions from each other and extend in the circumferential direction of the spool 36. The sealing member is a member that seals a working gas such as a slipper seal or an O-ring, but may be another contact seal or non-contact seal as long as it has the desired sealing performance.

スプールバルブ32の内部の作動ガス空間は、シール部材によって、バルブ駆動室34と第2ガス室35を含む5つの区画に分離されている。残りの3つの区画は、スプール36とスリーブ56との間のクリアランスに形成されている。すなわち、クリアランスは、第1クリアランス領域60a、第2クリアランス領域60b、および第3クリアランス領域60cに分離され、これらはスプール36の軸方向に互いに隣接している。 The working gas space inside the spool valve 32 is separated into five sections including the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35 by a sealing member. The remaining three compartments are formed in the clearance between the spool 36 and the sleeve 56. That is, the clearance is separated into a first clearance region 60a, a second clearance region 60b, and a third clearance region 60c, which are adjacent to each other in the axial direction of the spool 36.

第1シール部材58aは、バルブ駆動室34と第1クリアランス領域60aとの間に配置され、これらの間での直接の作動ガスの流通を防止または最小化するように構成されている。第2シール部材58bは、第1クリアランス領域60aと第2クリアランス領域60bとの間に配置され、これらの間での直接の作動ガスの流通を防止または最小化するように構成されている。第3シール部材58cは、第2クリアランス領域60bと第3クリアランス領域60cとの間に配置され、これらの間での直接の作動ガスの流通を防止または最小化するように構成されている。第4シール部材58dは、第3クリアランス領域60cと第2ガス室35との間に配置され、これらの間での直接の作動ガスの流通を防止または最小化するように構成されている。 The first seal member 58a is arranged between the valve drive chamber 34 and the first clearance region 60a and is configured to prevent or minimize the direct flow of working gas between them. The second seal member 58b is arranged between the first clearance region 60a and the second clearance region 60b and is configured to prevent or minimize the direct flow of working gas between them. The third seal member 58c is arranged between the second clearance region 60b and the third clearance region 60c and is configured to prevent or minimize the direct flow of working gas between them. The fourth seal member 58d is arranged between the third clearance region 60c and the second gas chamber 35 and is configured to prevent or minimize the direct flow of working gas between them.

スプール36は、スプール主流路62を有する。スプール主流路62の一端は第2クリアランス領域60bに連通し、スプール主流路62の他端は第2ガス室35に連通している。スプール主流路62は、スプール36の側面から端面へとスプール36を貫通して形成されていてもよい。 The spool 36 has a spool main flow path 62. One end of the spool main flow path 62 communicates with the second clearance region 60b, and the other end of the spool main flow path 62 communicates with the second gas chamber 35. The spool main flow path 62 may be formed so as to penetrate the spool 36 from the side surface to the end surface of the spool 36.

また、スプール36とスリーブ56との間には、戻しバネ64が設けられている。戻しバネ64は、例えば、スプール36の上死点と下死点との中間の初期位置にスプール36を付勢する。戻しバネ64は、スプール36が上死点にあるときスプール36を下向きに引き戻し、スプール36が下死点にあるときスプール36を上向きに引き戻すことができる。戻しバネ64は、第2ガス室35に収容されている。なお戻しバネ64は、バルブ駆動室34に設けられてもよい。また、戻しバネ64を設けることは必須ではなく、スプールバルブ32は戻しバネ64を備えなくてもよい。 Further, a return spring 64 is provided between the spool 36 and the sleeve 56. The return spring 64 urges the spool 36 to, for example, an initial position between the top dead center and the bottom dead center of the spool 36. The return spring 64 can pull the spool 36 downward when the spool 36 is at top dead center, and pull the spool 36 upward when the spool 36 is at bottom dead center. The return spring 64 is housed in the second gas chamber 35. The return spring 64 may be provided in the valve drive chamber 34. Further, it is not essential to provide the return spring 64, and the spool valve 32 may not be provided with the return spring 64.

スプールバルブ32は、蓄冷器高温端18aに隣接して配置されるようにコールドヘッド14に固定されている。このようにすれば、蓄冷器流路50の長さを短くすることができる。蓄冷器流路50の長さは、バッファ流路52の長さよりも、またはバイパス流路54の長さよりも短くてもよい。一例として、スプールバルブ32のスリーブ56がフランジ部22に固定され、蓄冷器高温端18aの直上に第2ガス室35が配置されている。このようにすれば、蓄冷器流路50の長さをできるだけ短くすることができる。 The spool valve 32 is fixed to the cold head 14 so as to be arranged adjacent to the cold storage high temperature end 18a. By doing so, the length of the cold storage flow path 50 can be shortened. The length of the cool storage flow path 50 may be shorter than the length of the buffer flow path 52 or the length of the bypass flow path 54. As an example, the sleeve 56 of the spool valve 32 is fixed to the flange portion 22, and the second gas chamber 35 is arranged directly above the cold storage high temperature end 18a. By doing so, the length of the cold storage flow path 50 can be shortened as much as possible.

スプール主流路62、第2ガス室35、および蓄冷器流路50は、パルス管冷凍機10の冷凍能力に寄与しないいわゆる死容積(デッドボリューム)を形成する。したがって、蓄冷器流路50の長さを短くすることにより、死容積を小さくすることができる。これは、パルス管冷凍機10の冷凍能力の向上に役立つ。 The spool main flow path 62, the second gas chamber 35, and the refrigerator flow path 50 form a so-called dead volume that does not contribute to the refrigerating capacity of the pulse tube refrigerator 10. Therefore, the dead volume can be reduced by shortening the length of the cold storage flow path 50. This helps to improve the refrigerating capacity of the pulse tube refrigerator 10.

図2および図3を参照して、スプールバルブ32の動作を説明する。上述のように、図2にはパルス管冷凍機10の吸気工程の様子が示され、図3にはパルス管冷凍機10の排気工程の様子が示されている。スプールバルブ32のスプール36は、吸気工程において第1位置に移動し、排気工程において第2位置に移動する。第1位置および第2位置はそれぞれ、吸気位置および排気位置と呼ぶこともできる。 The operation of the spool valve 32 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. As described above, FIG. 2 shows the state of the intake process of the pulse tube refrigerator 10, and FIG. 3 shows the state of the exhaust process of the pulse tube refrigerator 10. The spool 36 of the spool valve 32 moves to the first position in the intake process and moves to the second position in the exhaust process. The first position and the second position can also be referred to as an intake position and an exhaust position, respectively.

図2に示されるように、吸気工程においては、駆動室排気バルブV2が開かれ、駆動室吸気バルブV1は閉じている。圧縮機吸入口12bがバルブ駆動室34に連通され、バルブ駆動室34の圧力は、低圧PLとなる。このとき第2ガス室35は低圧PLより若干高い圧力を有する。なぜなら、コールドヘッド14(すなわち蓄冷器18およびパルス管16)内の圧力変動はバルブ駆動室34での圧力変動に対していくらか遅延しているからである。吸気工程の開始時点では、スプール36は下死点またはその近傍に位置する(図2において第2ガス室35に破線で示す)。バルブ駆動室34と第2ガス室35の圧力差によりスプール36はバルブ駆動室34を縮小するようにスリーブ56内を軸方向に移動する(破線の矢印で示す)。戻しバネ64の復元力もスプール36の上動に役立つ。 As shown in FIG. 2, in the intake process, the drive chamber exhaust valve V2 is opened and the drive chamber intake valve V1 is closed. The compressor suction port 12b is communicated with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a low pressure PL. At this time, the second gas chamber 35 has a pressure slightly higher than that of the low pressure PL. This is because the pressure fluctuations in the cold head 14 (ie, the regenerator 18 and the pulse tube 16) are somewhat delayed with respect to the pressure fluctuations in the valve drive chamber 34. At the start of the intake process, the spool 36 is located at or near bottom dead center (indicated by a dashed line in the second gas chamber 35 in FIG. 2). Due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35, the spool 36 moves axially in the sleeve 56 so as to shrink the valve drive chamber 34 (indicated by the broken line arrow). The restoring force of the return spring 64 also helps to move the spool 36 upward.

スプール36の上動によりスプール36が第1位置、すなわち上死点またはその近傍に到達すると、第2クリアランス領域60bが高圧ポート42に隣接する。高圧ポート42がスプール主流路62を通じて第2ガス室35に接続され、圧縮機吐出口12aから高圧PHの作動ガスが蓄冷器18およびパルス管16に供給される。このとき低圧ポート44には第3クリアランス領域60cが隣接する。低圧ポート44はスプール36によって塞がれているので、蓄冷器18およびパルス管16と圧縮機吸入口12bとの接続は遮断されている。 When the spool 36 reaches the first position, that is, at or near the top dead center due to the upward movement of the spool 36, the second clearance region 60b is adjacent to the high pressure port 42. The high-pressure port 42 is connected to the second gas chamber 35 through the spool main flow path 62, and the working gas of the high-pressure PH is supplied to the cooler 18 and the pulse tube 16 from the compressor discharge port 12a. At this time, the third clearance region 60c is adjacent to the low pressure port 44. Since the low pressure port 44 is blocked by the spool 36, the connection between the cool storage 18 and the pulse tube 16 and the compressor suction port 12b is cut off.

図3に示されるように、排気工程においては、駆動室吸気バルブV1が開かれ、駆動室排気バルブV2が閉じている。圧縮機吐出口12aがバルブ駆動室34に連通され、バルブ駆動室34の圧力は、高圧PHとなる。このとき第2ガス室35は高圧PHより若干低い圧力を有する。排気工程の開始時点では、スプール36は上死点またはその近傍に位置する(図2においてバルブ駆動室34に破線で示す)。バルブ駆動室34と第2ガス室35の圧力差によりスプール36はバルブ駆動室34を拡張するようにスリーブ56内を軸方向に移動する(破線の矢印で示す)。戻しバネ64の復元力もスプール36の下動に役立つ。 As shown in FIG. 3, in the exhaust process, the drive chamber intake valve V1 is opened and the drive chamber exhaust valve V2 is closed. The compressor discharge port 12a is communicated with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a high pressure PH. At this time, the second gas chamber 35 has a pressure slightly lower than the high pressure PH. At the start of the exhaust process, the spool 36 is located at or near top dead center (indicated by the dashed line in the valve drive chamber 34 in FIG. 2). Due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35, the spool 36 moves axially in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34 (indicated by the broken line arrow). The restoring force of the return spring 64 also helps the spool 36 to move downward.

スプール36の下動によりスプール36が第2位置、すなわち下死点またはその近傍に到達すると、第2クリアランス領域60bが低圧ポート44に隣接する。低圧ポート44がスプール主流路62を通じて第2ガス室35に接続され、圧縮機吸入口12bへと作動ガスが排出され、パルス管16および蓄冷器18は低圧PLとなる。このとき高圧ポート42には第1クリアランス領域60aが隣接する。高圧ポート42はスプール36によって塞がれているので、蓄冷器18およびパルス管16と圧縮機吐出口12aとの接続は遮断されている。 When the spool 36 reaches the second position, that is, at or near the bottom dead center due to the downward movement of the spool 36, the second clearance region 60b is adjacent to the low pressure port 44. The low pressure port 44 is connected to the second gas chamber 35 through the spool main flow path 62, the working gas is discharged to the compressor suction port 12b, and the pulse tube 16 and the cooler 18 become low pressure PL. At this time, the first clearance region 60a is adjacent to the high pressure port 42. Since the high pressure port 42 is blocked by the spool 36, the connection between the cool storage 18 and the pulse tube 16 and the compressor discharge port 12a is cut off.

このようにして、スプールバルブ32は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bを蓄冷器高温端18aに交互に接続するパルス管冷凍機10の主圧力切替バルブとして機能する。圧力制御機構38は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bをスプールバルブ32のバルブ駆動室34に交互に接続し、スプール36を適切に駆動するようにバルブ駆動室34の圧力を制御することができる。 In this way, the spool valve 32 functions as a main pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 in which the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b are alternately connected to the cold storage high temperature end 18a. The pressure control mechanism 38 alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the valve drive chamber 34 of the spool valve 32, and controls the pressure in the valve drive chamber 34 so as to appropriately drive the spool 36. be able to.

上述のように、典型的なパルス管冷凍機は、流路切替機構としてロータリーバルブを有し、ロータリーバルブの回転摺動面にはいくつかの作動ガスポートが設けられている。これら作動ガスポート間の相互接続を回転により切り替えるために、これらポートは回転摺動面において径方向に互いに異なる場所に配置される。ロータリーバルブ内で作動ガスに生じる圧力損失を低減するにはポートを広くとる必要があるが、これはロータリーバルブの径の拡大、つまり回転摺動面の面積増加を招く。回転摺動面が大きくなれば回転時に働く摩擦抵抗が大きくなるから、ロータリーバルブを駆動するのに必要なトルクも増加し、モータなどの駆動源も大型のものが必要になる。これは、ロータリーバルブの製造コストの上昇や、パルス管冷凍機の大型化などの不利益をもたらす。とくに、大きな冷凍能力を出力する大型のパルス管冷凍機に関しては、こうした不利益が顕著となりうる。 As described above, a typical pulse tube refrigerator has a rotary valve as a flow path switching mechanism, and some working gas ports are provided on the rotating sliding surface of the rotary valve. In order to switch the interconnection between these working gas ports by rotation, these ports are arranged at different locations in the radial direction on the rotating sliding surface. In order to reduce the pressure loss generated in the working gas in the rotary valve, it is necessary to widen the port, which leads to an increase in the diameter of the rotary valve, that is, an increase in the area of the rotating sliding surface. The larger the rotating sliding surface, the larger the frictional resistance that acts during rotation, so the torque required to drive the rotary valve also increases, and a large drive source such as a motor is required. This brings about disadvantages such as an increase in the manufacturing cost of the rotary valve and an increase in the size of the pulse tube refrigerator. In particular, such a disadvantage can be remarkable for a large pulse tube refrigerator that outputs a large refrigerating capacity.

一般に、GM冷凍機など他の代表的な極低温冷凍機に比べてパルス管冷凍機は静粛な運転が可能であり、そのため、ノイズや振動を嫌う冷却用途に適する。ロータリーバルブは、たいていの場合、モータ、バルブロータ、およびバルブステータが一つのロータリーバルブユニットとして構成される。これをパルス管冷凍機のコールドヘッドに直接設置すれば、モータもコールドヘッドの一部をなす。このような設計を大型のパルス管冷凍機に採用したとすると、大型のモータがコールドヘッドに直接設置されることになる。大型モータは相応の電磁気的ノイズ及び/または機械的振動の発生源となるので、好ましくない。 In general, the pulse tube refrigerator can be operated quieter than other typical cryogenic refrigerators such as the GM refrigerator, and is therefore suitable for cooling applications that dislike noise and vibration. A rotary valve is often configured with a motor, valve rotor, and valve stator as a single rotary valve unit. If this is installed directly on the cold head of the pulse tube refrigerator, the motor will also form part of the cold head. If such a design is adopted for a large pulse tube refrigerator, a large motor will be installed directly on the cold head. Large motors are not preferred as they are a source of reasonable electromagnetic noise and / or mechanical vibration.

こうしたノイズや振動の伝達を避けるために、ロータリーバルブユニットをコールドヘッドから離れた場所に配置し、両者を長い配管で接続する設計も考えられる。ところが、この設計では、ロータリーバルブの作動ガス出入口からコールドヘッドの蓄冷器までの配管容積も大きくなる。この容積は冷凍能力に寄与しない死容積であるから、その増加は望まれない。 In order to avoid the transmission of such noise and vibration, it is conceivable to arrange the rotary valve unit in a place away from the cold head and connect the two with a long pipe. However, in this design, the piping volume from the working gas inlet / outlet of the rotary valve to the cold head cooler is also large. Since this volume is a dead volume that does not contribute to the refrigerating capacity, its increase is not desired.

このように、流路切替機構としてロータリーバルブを用いる既存のパルス管冷凍機では、ロータリーバルブからコールドヘッに伝達されるノイズ・振動の十分な低減を、死容積の増加および冷凍能力の低下を避けることなく実現することは困難である。 In this way, in the existing pulse tube refrigerator that uses a rotary valve as the flow path switching mechanism, noise and vibration transmitted from the rotary valve to the cold head are sufficiently reduced, and an increase in dead volume and a decrease in refrigerating capacity are avoided. It is difficult to achieve without it.

これに対して、実施の形態に係るパルス管冷凍機10は、スプールバルブ32を備える。そのため、上述のようなロータリーバルブに起因する不利益が生じにくい。 On the other hand, the pulse tube refrigerator 10 according to the embodiment includes a spool valve 32. Therefore, the disadvantage caused by the rotary valve as described above is unlikely to occur.

スプールバルブ32においては、スプール主流路62などバルブ内部流路を拡張しても、それは駆動源の大型化に直接関係しない。スプールバルブ32はバルブ駆動室34の作動ガス圧によって流体的に動作する。そのため、バルブ駆動室34の容積は比較的小さくてよい。よって、バルブ駆動室34のサイズは小さく抑えつつ、スプールバルブ32の内部流路を拡張することができ、それにより、スプールバルブ32内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することができる。ロータリーバルブを採用する場合に比べて、パルス管冷凍機10のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することができる。 In the spool valve 32, even if the internal flow path of the valve such as the spool main flow path 62 is expanded, it is not directly related to the increase in size of the drive source. The spool valve 32 operates fluidly by the working gas pressure of the valve drive chamber 34. Therefore, the volume of the valve drive chamber 34 may be relatively small. Therefore, the internal flow path of the spool valve 32 can be expanded while keeping the size of the valve drive chamber 34 small, whereby the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32 can be reduced. Compared with the case of adopting a rotary valve, it is possible to suppress an increase in the size of the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10.

また、圧力制御機構38は、コールドヘッド14から離れて配置される。そのため、圧力制御機構38がノイズ源または振動源となりうるとしても、圧力制御機構38からコールドヘッド14へのノイズまたは振動の伝達は抑制される。加えて、バルブ駆動室34の容積が小さくてよいので、圧力制御機構38も比較的小型でよい。よって、圧力制御機構38が発生させうるノイズまたは振動はそもそも小さく、コールドヘッド14に与えうる影響も小さい。 Further, the pressure control mechanism 38 is arranged away from the cold head 14. Therefore, even if the pressure control mechanism 38 can be a noise source or a vibration source, the transmission of noise or vibration from the pressure control mechanism 38 to the cold head 14 is suppressed. In addition, since the volume of the valve drive chamber 34 may be small, the pressure control mechanism 38 may also be relatively small. Therefore, the noise or vibration that can be generated by the pressure control mechanism 38 is small in the first place, and the influence that can be exerted on the cold head 14 is also small.

上述のように、スプールバルブ32は、蓄冷器高温端18aに隣接して配置されるようにコールドヘッド14に固定されている。したがって、死容積となる蓄冷器流路50を短くすることができ、パルス管冷凍機10の冷凍能力が向上される。 As described above, the spool valve 32 is fixed to the cold head 14 so as to be arranged adjacent to the cold storage high temperature end 18a. Therefore, the refrigerating flow path 50, which has a dead volume, can be shortened, and the refrigerating capacity of the pulse tube refrigerator 10 is improved.

圧力制御機構38の具体的構成は種々ありうる。例えば、駆動室吸気バルブV1および駆動室排気バルブV2はそれぞれ、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,V2)は、電磁開閉弁であってもよい。各バルブ(V1,V2)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。あるいは、圧力制御機構38は、ロータリーバルブの形式で構成されてもよい。 There may be various specific configurations of the pressure control mechanism 38. For example, the drive chamber intake valve V1 and the drive chamber exhaust valve V2 may each take the form of individually controllable valves. Each valve (V1, V2) may be an electromagnetic on-off valve. Each valve (V1, V2) may be configured to automatically open and close at a predetermined valve timing. Alternatively, the pressure control mechanism 38 may be configured in the form of a rotary valve.

図4は、実施の形態に係る圧力制御機構38の構成を概略的に示す図である。圧力制御機構38は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bをバルブ駆動室34に交互に接続するロータリーバルブ66を備える。 FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the pressure control mechanism 38 according to the embodiment. The pressure control mechanism 38 includes a rotary valve 66 that alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the valve drive chamber 34.

ロータリーバルブ66は、モータ66a、バルブロータ66b、バルブステータ66c、およびバルブハウジング66dを備える。バルブロータ66bおよびバルブステータ66cはバルブハウジング66dに収容され、両者はバルブ摺動面66eで互いに面接触するように隣接して配置されている。バルブステータ66cは、バルブハウジング66dに固定されている。モータ66aは、バルブハウジング66dの外側に設置され、モータ66aの出力軸がバルブハウジング66dを貫通してバルブロータ66bへと延びている。 The rotary valve 66 includes a motor 66a, a valve rotor 66b, a valve stator 66c, and a valve housing 66d. The valve rotor 66b and the valve stator 66c are housed in the valve housing 66d, and both are arranged adjacent to each other so as to be in surface contact with each other on the valve sliding surface 66e. The valve stator 66c is fixed to the valve housing 66d. The motor 66a is installed outside the valve housing 66d, and the output shaft of the motor 66a extends through the valve housing 66d to the valve rotor 66b.

バルブハウジング66dの内部には、圧力室66fが形成され、バルブロータ66bおよびバルブステータ66cは、圧力室66fに配置されている。一例として、圧力室66fには、高圧ライン13aが接続され、高圧PHが導入されている。バルブステータ66cには、低圧ライン13bとバルブ駆動室ライン46が接続されている。バルブステータ66cとバルブハウジング66dの間には少なくとも2つのシール部材が装着され、1つのシール部材によって低圧ライン13bが圧力室66f(すなわち高圧ライン13a)からシールされ、他の1つのシール部材によってバルブ駆動室ライン46が低圧ライン13bからシールされる。したがって、ロータリーバルブ66の内部において高圧ライン13a、低圧ライン13b、およびバルブ駆動室ライン46の間での直接の作動ガスの流通は防止される。 A pressure chamber 66f is formed inside the valve housing 66d, and the valve rotor 66b and the valve stator 66c are arranged in the pressure chamber 66f. As an example, a high voltage line 13a is connected to the pressure chamber 66f, and a high voltage PH is introduced. A low pressure line 13b and a valve drive chamber line 46 are connected to the valve stator 66c. At least two seal members are mounted between the valve stator 66c and the valve housing 66d, one seal member seals the low pressure line 13b from the pressure chamber 66f (ie, the high pressure line 13a), and the other seal member seals the valve. The drive chamber line 46 is sealed from the low pressure line 13b. Therefore, the direct flow of working gas between the high pressure line 13a, the low pressure line 13b, and the valve drive chamber line 46 inside the rotary valve 66 is prevented.

モータ66aの駆動により出力軸が回転し、それにより、バルブロータ66bがバルブステータ66cに対して回転摺動する。バルブロータ66bの回転摺動に伴ってバルブ摺動面66eで流路接続が周期的に切り替わり、ロータリーバルブ66は、高圧ライン13aと低圧ライン13bをバルブ駆動室ライン46に交互に接続する。 The output shaft is rotated by the drive of the motor 66a, whereby the valve rotor 66b is rotationally slid with respect to the valve stator 66c. As the valve rotor 66b rotates and slides, the flow path connection is periodically switched on the valve sliding surface 66e, and the rotary valve 66 alternately connects the high pressure line 13a and the low pressure line 13b to the valve drive chamber line 46.

バルブロータ66bとバルブステータ66cからなるロータリーバルブ66の具体的な流路構成は、種々の公知のものを適宜採用することができるので、詳細説明は省略する。上述の説明では、圧力室66fに高圧ライン13aが接続され、バルブステータ66cに低圧ライン13bが接続されているが、これとは逆に、バルブステータ66cに高圧ライン13aが接続され、圧力室66fに低圧ライン13bが接続される構成も可能である。 As the specific flow path configuration of the rotary valve 66 including the valve rotor 66b and the valve stator 66c, various known ones can be appropriately adopted, and thus detailed description thereof will be omitted. In the above description, the high pressure line 13a is connected to the pressure chamber 66f and the low pressure line 13b is connected to the valve stator 66c, but conversely, the high pressure line 13a is connected to the valve stator 66c and the pressure chamber 66f is connected. It is also possible to connect the low voltage line 13b to the low voltage line 13b.

このように、圧力制御機構38がロータリーバルブ66として構成される場合には、極低温冷凍機のロータリーバルブの既存の設計を流用することができる。よって、圧力制御機構38を容易に製造することができ、有利である。 As described above, when the pressure control mechanism 38 is configured as the rotary valve 66, the existing design of the rotary valve of the ultra-low temperature refrigerator can be diverted. Therefore, the pressure control mechanism 38 can be easily manufactured, which is advantageous.

図5は、第2の実施の形態に係るパルス管冷凍機10の全体構成を概略的に示す図である。第2の実施の形態に係るパルス管冷凍機10は、作動ガス回路の配管接続に関して、第1の実施の形態に係るパルス管冷凍機10と異なり、その余については第1の実施の形態に係るパルス管冷凍機10と共通する構成をもつ。以下、第2の実施の形態に係るパルス管冷凍機10について、第1の実施の形態と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。 FIG. 5 is a diagram schematically showing the overall configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment. The pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment is different from the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment in terms of piping connection of the working gas circuit, and the rest is described in the first embodiment. It has the same configuration as the pulse tube refrigerator 10. Hereinafter, the pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment will be mainly described with a configuration different from that of the first embodiment, and the common configuration will be briefly described or omitted.

第2の実施の形態に係るパルス管冷凍機10においても、スプールバルブ32が利用される。したがって、第1の実施の形態に係るパルス管冷凍機10と同様に、スプールバルブ32内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することと、パルス管冷凍機10のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することを両立することができる。よって、コールドヘッドのための流路切替機構としてロータリーバルブを採用する既存の典型的なパルス管冷凍機に比べて、有利である。 The spool valve 32 is also used in the pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment. Therefore, similarly to the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment, the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32 is reduced, and the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10 is driven. It is possible to suppress the increase in size of the source at the same time. Therefore, it is advantageous as compared with the existing typical pulse tube refrigerator that employs a rotary valve as a flow path switching mechanism for the cold head.

図5に示されるように、パルス管冷凍機10は、バルブ駆動室34を圧力制御機構38に接続する脱着可能な継手68を備える。脱着可能な継手68は、バルブ駆動室ライン46の途中に設けられている。脱着可能な継手68は、例えば、セルフシーリング・カップリングである。 As shown in FIG. 5, the pulse tube refrigerator 10 includes a removable joint 68 that connects the valve drive chamber 34 to the pressure control mechanism 38. The removable joint 68 is provided in the middle of the valve drive chamber line 46. The removable joint 68 is, for example, a self-sealing coupling.

脱着可能な継手68は、比較的長い配管で圧力制御機構38に接続されてもよい。例えば、脱着可能な継手68は、コールドヘッド14の室温部24に近接してバルブ駆動室ライン46に設置されていてもよい。この場合、脱着可能な継手68は、圧縮機側配管46aにより圧力制御機構38に接続され、コールドヘッド側配管46bにより室温部24(具体的にはスプールバルブ32のバルブ駆動室34)に接続されている。圧縮機側配管46aは、脱着可能な継手68からバルブ駆動室34までの流路長さ(コールドヘッド側配管46bを含む)よりも長い。あるいは、脱着可能な継手68は、室温部24に隣接して設置されていてもよい。 The removable joint 68 may be connected to the pressure control mechanism 38 with a relatively long pipe. For example, the removable joint 68 may be installed in the valve drive chamber line 46 in the vicinity of the room temperature portion 24 of the cold head 14. In this case, the removable joint 68 is connected to the pressure control mechanism 38 by the compressor side pipe 46a, and is connected to the room temperature portion 24 (specifically, the valve drive chamber 34 of the spool valve 32) by the cold head side pipe 46b. ing. The compressor side pipe 46a is longer than the flow path length (including the cold head side pipe 46b) from the removable joint 68 to the valve drive chamber 34. Alternatively, the removable joint 68 may be installed adjacent to the room temperature portion 24.

このようにして、圧力制御機構38を脱着可能な継手68を介してコールドヘッド14に接続しているので、バルブ駆動室ライン46を長くして圧力制御機構38をコールドヘッド14から遠隔に配置することが容易となる。これは、圧力制御機構38で発生しうる電磁気的ノイズ及び/または機械的振動のコールドヘッド14への伝達を抑制することに役立つ。また、圧力制御機構38は、脱着可能な継手68によりコールドヘッド14から取り外し可能に接続されているから、作業者は、圧力制御機構38をコールドヘッド14から取り外してメンテナンスを施すことができる。 In this way, since the pressure control mechanism 38 is connected to the cold head 14 via the removable joint 68, the valve drive chamber line 46 is lengthened and the pressure control mechanism 38 is arranged remotely from the cold head 14. Will be easy. This helps to suppress the transmission of electromagnetic noise and / or mechanical vibrations that may occur in the pressure control mechanism 38 to the cold head 14. Further, since the pressure control mechanism 38 is detachably connected to the cold head 14 by a removable joint 68, the operator can remove the pressure control mechanism 38 from the cold head 14 for maintenance.

また、比較的長い圧縮機側配管46aを使用することにより、バルブ駆動室ライン46を長くしつつスプールバルブ32はコールドヘッド14に近接配置することができる。例えば、スプールバルブ32を蓄冷器高温端18aに隣接して配置することができる。このようにすれば、蓄冷器流路50を短くして死容積を小さくするとともに、圧力制御機構38からコールドヘッド14へのノイズや振動の伝達を抑制することができる。 Further, by using the relatively long compressor side pipe 46a, the spool valve 32 can be arranged close to the cold head 14 while lengthening the valve drive chamber line 46. For example, the spool valve 32 can be arranged adjacent to the cold storage high temperature end 18a. By doing so, it is possible to shorten the cold storage flow path 50 to reduce the dead volume and suppress the transmission of noise and vibration from the pressure control mechanism 38 to the cold head 14.

脱着可能な継手68は、パルス管冷凍機10の作動ガス回路の他の場所に追加して設けられてもよい。図5に示されるように、例えば、脱着可能な継手68が、高圧ライン13aおよび低圧ライン13bの少なくとも一方に設けられてもよい。このようにすれば、圧縮機12からコールドヘッド14へのノイズや振動の伝達を抑制することができる。 The removable joint 68 may be additionally provided at another location in the working gas circuit of the pulse tube refrigerator 10. As shown in FIG. 5, for example, a removable joint 68 may be provided on at least one of the high pressure line 13a and the low pressure line 13b. By doing so, it is possible to suppress the transmission of noise and vibration from the compressor 12 to the cold head 14.

また、パルス管冷凍機10は、高圧ライン分岐点40aおよび低圧ライン分岐点40bを有するマニホールド70を備えてもよい。マニホールド70を介して、圧縮機12とコールドヘッド14が接続され、かつ圧縮機12と圧力制御機構38が接続されている。マニホールド70は、床面またはその他の静止部に固定されてもよい。圧縮機12は、マニホールド70から離れて配置され、配管により接続されている。このようにすれば、圧縮機12からコールドヘッド14へのノイズや振動の伝達を抑制することができる。 Further, the pulse tube refrigerator 10 may include a manifold 70 having a high pressure line branch point 40a and a low pressure line branch point 40b. The compressor 12 and the cold head 14 are connected to each other via the manifold 70, and the compressor 12 and the pressure control mechanism 38 are connected to each other. The manifold 70 may be fixed to a floor surface or other stationary portion. The compressor 12 is located away from the manifold 70 and is connected by piping. By doing so, it is possible to suppress the transmission of noise and vibration from the compressor 12 to the cold head 14.

図5に示されるように、圧力制御機構38は、マニホールド70から離れて配置され、配管により接続されてもよい。あるいは、圧力制御機構38は、マニホールド70に設置されてもよい。 As shown in FIG. 5, the pressure control mechanism 38 may be located away from the manifold 70 and connected by piping. Alternatively, the pressure control mechanism 38 may be installed in the manifold 70.

図6は、第2の実施の形態に係るパルス管冷凍機10の他の構成を概略的に示す図である。パルス管冷凍機10は、高圧ライン13a、低圧ライン13b、およびバルブ駆動室ライン46の少なくとも1つに設置されたノイズ遮断構造72を備えてもよい。ノイズ遮断構造72は、脱着可能な継手68に直接にまたは配管を介して連結され、ノイズ遮断構造72が設置された配管を伝達する電磁気的ノイズを遮断または低減するように構成されている。脱着可能な継手68は、ノイズ遮断構造72の少なくとも片側(図6においては両側)に設けられている。 FIG. 6 is a diagram schematically showing another configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment. The pulse tube refrigerator 10 may include a noise blocking structure 72 installed in at least one of a high pressure line 13a, a low pressure line 13b, and a valve drive chamber line 46. The noise cutoff structure 72 is connected directly to the removable joint 68 or through a pipe, and is configured to cut off or reduce the electromagnetic noise transmitted through the pipe in which the noise cutoff structure 72 is installed. The removable joint 68 is provided on at least one side (both sides in FIG. 6) of the noise blocking structure 72.

一例として、ノイズ遮断構造72は、一対のフランジ72aと、これらフランジ72aに挟持されたノイズ遮断体72bとを備える。ノイズ遮断体72bは、例えば、セラミックコーティングまたはフッ素樹脂コーティングなどの絶縁性コーティング材で被覆された金属体である。フランジ72aおよびノイズ遮断体72bは、ボルトやナットなどの適宜の締結具により相互に固定されている。フランジ72aおよびノイズ遮断体72bを貫通して、作動ガス流路が形成されている。 As an example, the noise blocking structure 72 includes a pair of flanges 72a and a noise blocking body 72b sandwiched between the flanges 72a. The noise barrier 72b is a metal body coated with an insulating coating material such as a ceramic coating or a fluororesin coating. The flange 72a and the noise blocking body 72b are fixed to each other by appropriate fasteners such as bolts and nuts. A working gas flow path is formed through the flange 72a and the noise blocking body 72b.

ノイズ遮断構造72を設けることにより、圧縮機12または圧力制御機構38からコールドヘッド14へのノイズの伝達をさらに抑制することができる。 By providing the noise blocking structure 72, it is possible to further suppress the transmission of noise from the compressor 12 or the pressure control mechanism 38 to the cold head 14.

図7および図8は、第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機10の作動ガス回路構成を示す概略図である。図7は、パルス管冷凍機10の吸気工程を示し、図8は、パルス管冷凍機10の排気工程を示す。第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機10は、スプールバルブ32に関して、第1の実施の形態に係るパルス管冷凍機10と異なり、その余については第1の実施の形態に係るパルス管冷凍機10と共通する構成をもつ。以下、第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機10について、第1の実施の形態と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。 7 and 8 are schematic views showing a working gas circuit configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment. FIG. 7 shows an intake process of the pulse tube refrigerator 10, and FIG. 8 shows an exhaust process of the pulse tube refrigerator 10. The pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment is different from the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment with respect to the spool valve 32, and the rest is the pulse tube according to the first embodiment. It has the same configuration as the refrigerator 10. Hereinafter, the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment will be mainly described with a configuration different from that of the first embodiment, and the common configuration will be briefly described or omitted.

スプールバルブ32は、バルブ駆動室34と反対側でスプール36に隣接する背圧室74と、バルブ駆動室34および背圧室74からシールされた接続流路76とを備える。接続流路76は、スプール36が第1位置にあるとき蓄冷器高温端18aを圧縮機吐出口12aに接続し、スプール36が第2位置にあるとき蓄冷器高温端18aを圧縮機吸入口12bに接続する。 The spool valve 32 includes a back pressure chamber 74 adjacent to the spool 36 on the opposite side of the valve drive chamber 34, and a connection flow path 76 sealed from the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74. The connection flow path 76 connects the cold storage high temperature end 18a to the compressor discharge port 12a when the spool 36 is in the first position, and connects the cold storage high temperature end 18a to the compressor suction port 12b when the spool 36 is in the second position. Connect to.

また、スプールバルブ32は、スプール36とスリーブ56との間のクリアランスに配置された複数のシール部材、具体的には、第1シール部材58a、第2シール部材58b、第3シール部材58c、および第4シール部材58dを有する。これらのシール部材によって、スプールバルブ32の内部の作動ガス空間は、バルブ駆動室34、第1クリアランス領域60a、第2クリアランス領域60b、第3クリアランス領域60c、および背圧室74に分離されている。背圧室74は、第4シール部材58dによって第3クリアランス領域60cからシールされている。 Further, the spool valve 32 has a plurality of sealing members arranged in a clearance between the spool 36 and the sleeve 56, specifically, a first sealing member 58a, a second sealing member 58b, a third sealing member 58c, and a third sealing member 58c. It has a fourth seal member 58d. By these sealing members, the working gas space inside the spool valve 32 is separated into a valve drive chamber 34, a first clearance region 60a, a second clearance region 60b, a third clearance region 60c, and a back pressure chamber 74. .. The back pressure chamber 74 is sealed from the third clearance region 60c by the fourth sealing member 58d.

背圧室74には、中間圧バッファ78が接続されている。スリーブ56の背圧室74側の端面に形成された貫通穴を通じて、背圧室74は中間圧バッファ78と連通している。中間圧バッファ78は、高圧PHと低圧PLとの中間圧PM(例えば高圧PHと低圧PLの平均圧)を有する。よって、背圧室74の圧力は、中間圧PMに保持される。 An intermediate pressure buffer 78 is connected to the back pressure chamber 74. The back pressure chamber 74 communicates with the intermediate pressure buffer 78 through a through hole formed in the end surface of the sleeve 56 on the back pressure chamber 74 side. The intermediate pressure buffer 78 has an intermediate pressure PM between the high pressure PH and the low pressure PL (for example, the average pressure of the high pressure PH and the low pressure PL). Therefore, the pressure in the back pressure chamber 74 is maintained at the intermediate pressure PM.

接続流路76は、スプール36の軸方向に関して第2シール部材58bと第3シール部材58cの間に配置されている。したがって、接続流路76は、第2クリアランス領域60bと連通している。言い換えれば、接続流路76は、第2クリアランス領域60bの流路幅を拡張している。第2クリアランス領域60bすなわち接続流路76は、スリーブ56の側面に形成された貫通穴を通じて蓄冷器流路50に連通している。接続流路76は、一例として、スプール36の円筒側面に形成された溝であり、スプール36の周方向に全周にわたって延びている。あるいは、接続流路76は、スプール36を径方向に貫通していてもよい。 The connection flow path 76 is arranged between the second seal member 58b and the third seal member 58c in the axial direction of the spool 36. Therefore, the connection flow path 76 communicates with the second clearance region 60b. In other words, the connecting flow path 76 extends the flow path width of the second clearance region 60b. The second clearance region 60b, that is, the connection flow path 76, communicates with the cooler flow path 50 through a through hole formed on the side surface of the sleeve 56. As an example, the connection flow path 76 is a groove formed on the cylindrical side surface of the spool 36, and extends in the circumferential direction of the spool 36 over the entire circumference. Alternatively, the connection flow path 76 may penetrate the spool 36 in the radial direction.

図7に示されるように、吸気工程においては、駆動室排気バルブV2が開かれ、駆動室吸気バルブV1は閉じている。圧縮機吸入口12bがバルブ駆動室34に連通され、バルブ駆動室34の圧力は、低圧PLとなる。背圧室74は中間圧PMを有するから、バルブ駆動室34と背圧室74の圧力差によりスプール36はバルブ駆動室34を縮小するようにスリーブ56内を軸方向に移動する。 As shown in FIG. 7, in the intake process, the drive chamber exhaust valve V2 is opened and the drive chamber intake valve V1 is closed. The compressor suction port 12b is communicated with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a low pressure PL. Since the back pressure chamber 74 has an intermediate pressure PM, the spool 36 moves axially in the sleeve 56 so as to reduce the valve drive chamber 34 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74.

スプール36の上動によりスプール36が第1位置、すなわち上死点またはその近傍に到達すると、第2クリアランス領域60bが高圧ポート42に隣接する。高圧ポート42が接続流路76を通じて蓄冷器流路50に接続され、圧縮機吐出口12aから高圧PHの作動ガスが蓄冷器18およびパルス管16に供給される。このとき低圧ポート44には第3クリアランス領域60cが隣接する。低圧ポート44はスプール36によって塞がれているので、蓄冷器18およびパルス管16と圧縮機吸入口12bとの接続は遮断されている。 When the spool 36 reaches the first position, that is, at or near the top dead center due to the upward movement of the spool 36, the second clearance region 60b is adjacent to the high pressure port 42. The high-pressure port 42 is connected to the cooler flow path 50 through the connection flow path 76, and the working gas of the high-pressure PH is supplied to the cooler 18 and the pulse tube 16 from the compressor discharge port 12a. At this time, the third clearance region 60c is adjacent to the low pressure port 44. Since the low pressure port 44 is blocked by the spool 36, the connection between the cool storage 18 and the pulse tube 16 and the compressor suction port 12b is cut off.

図8に示されるように、排気工程においては、駆動室吸気バルブV1が開かれ、駆動室排気バルブV2が閉じている。圧縮機吐出口12aがバルブ駆動室34に連通され、バルブ駆動室34の圧力は、高圧PHとなる。背圧室74は中間圧PMを有するから、バルブ駆動室34と背圧室74の圧力差によりスプール36はバルブ駆動室34を拡張するようにスリーブ56内を軸方向に移動する。 As shown in FIG. 8, in the exhaust process, the drive chamber intake valve V1 is opened and the drive chamber exhaust valve V2 is closed. The compressor discharge port 12a is communicated with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a high pressure PH. Since the back pressure chamber 74 has an intermediate pressure PM, the spool 36 moves axially in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74.

スプール36の下動によりスプール36が第2位置、すなわち下死点またはその近傍に到達すると、第2クリアランス領域60bが低圧ポート44に隣接する。低圧ポート44が接続流路76を通じて蓄冷器流路50に接続され、圧縮機吸入口12bへと作動ガスが排出され、パルス管16および蓄冷器18は低圧PLとなる。このとき高圧ポート42には第1クリアランス領域60aが隣接する。高圧ポート42はスプール36によって塞がれているので、蓄冷器18およびパルス管16と圧縮機吐出口12aとの接続は遮断されている。 When the spool 36 reaches the second position, that is, at or near the bottom dead center due to the downward movement of the spool 36, the second clearance region 60b is adjacent to the low pressure port 44. The low pressure port 44 is connected to the cooler flow path 50 through the connection flow path 76, the working gas is discharged to the compressor suction port 12b, and the pulse tube 16 and the cooler 18 become low pressure PL. At this time, the first clearance region 60a is adjacent to the high pressure port 42. Since the high pressure port 42 is blocked by the spool 36, the connection between the cool storage 18 and the pulse tube 16 and the compressor discharge port 12a is cut off.

このようにして、スプールバルブ32は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bを蓄冷器高温端18aに交互に接続するパルス管冷凍機10の主圧力切替バルブとして機能する。圧力制御機構38は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bをスプールバルブ32のバルブ駆動室34に交互に接続し、スプール36を適切に駆動するようにバルブ駆動室34の圧力を制御することができる。 In this way, the spool valve 32 functions as a main pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 in which the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b are alternately connected to the cold storage high temperature end 18a. The pressure control mechanism 38 alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the valve drive chamber 34 of the spool valve 32, and controls the pressure in the valve drive chamber 34 so as to appropriately drive the spool 36. be able to.

第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機10においても、スプールバルブ32内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することと、パルス管冷凍機10のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することを両立することができる。よって、コールドヘッドのための流路切替機構としてロータリーバルブを採用する既存の典型的なパルス管冷凍機に比べて、有利である。 Also in the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment, the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32 is reduced, and the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10 is large. It is possible to suppress the conversion at the same time. Therefore, it is advantageous as compared with the existing typical pulse tube refrigerator that employs a rotary valve as a flow path switching mechanism for the cold head.

図2および図3を参照して説明した第2ガス室35とは異なり、第3の実施の形態に係る背圧室74は、スプールバルブ32から蓄冷器18への作動ガス流路から流体的に隔離されている。背圧室74は、死容積(デッドボリューム)を形成しない。したがって、第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機10は、第1の実施の形態に係るパルス管冷凍機10に比べて、死容積を小さくすることができるという利点がある。 Unlike the second gas chamber 35 described with reference to FIGS. 2 and 3, the back pressure chamber 74 according to the third embodiment is fluid from the working gas flow path from the spool valve 32 to the regenerator 18. Is isolated in. The back pressure chamber 74 does not form a dead volume. Therefore, the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment has an advantage that the dead volume can be made smaller than that of the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment.

図9および図10は、第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機10の他の構成を概略的に示す図である。中間圧バッファ78を設けることは、必須ではない。図9に示されるように、背圧室74は、バッファ容積26に接続されてもよい。また、図10に示されるように、中間圧バッファ78を設けることに代えて、背圧室74は、蓄冷器高温端18aに接続されてもよい。この場合、背圧室74を蓄冷器高温端18aに接続するオリフィスなどの第3流路抵抗80が位相制御または流量制御のために設けられていてもよい。このようにしても、図7および図8を参照して説明したのと同様に、死容積を小さくすることができる。 9 and 10 are diagrams schematically showing another configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment. It is not essential to provide the intermediate pressure buffer 78. As shown in FIG. 9, the back pressure chamber 74 may be connected to the buffer volume 26. Further, as shown in FIG. 10, instead of providing the intermediate pressure buffer 78, the back pressure chamber 74 may be connected to the cold storage high temperature end 18a. In this case, a third flow path resistance 80 such as an orifice connecting the back pressure chamber 74 to the cold storage high temperature end 18a may be provided for phase control or flow rate control. Even in this way, the dead volume can be reduced as described with reference to FIGS. 7 and 8.

図11および図12は、第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機10の作動ガス回路構成を示す概略図である。図11は、パルス管冷凍機10の吸気工程を示し、図12は、パルス管冷凍機10の排気工程を示す。第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機10は、スプールバルブ32に関して、第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機10と異なり、その余については第3の実施の形態に係るパルス管冷凍機10と共通する構成をもつ。以下、第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機10について、第3の実施の形態と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。 11 and 12 are schematic views showing a working gas circuit configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment. FIG. 11 shows an intake process of the pulse tube refrigerator 10, and FIG. 12 shows an exhaust process of the pulse tube refrigerator 10. The pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment is different from the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment in terms of the spool valve 32, and the rest is the pulse tube according to the third embodiment. It has the same configuration as the refrigerator 10. Hereinafter, the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment will be mainly described with a configuration different from that of the third embodiment, and the common configuration will be briefly described or omitted.

第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機10においては、スプール36は、一組の対向配置されたピストン82を備える。2つのピストン82は、1つのスリーブ56に収められ、各ピストン82の片側にバルブ駆動室34が形成され、反対側すなわち2つのピストン82の間に背圧室74が形成されている。 In the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment, the spool 36 includes a set of opposed pistons 82. The two pistons 82 are housed in one sleeve 56, a valve drive chamber 34 is formed on one side of each piston 82, and a back pressure chamber 74 is formed on the opposite side, that is, between the two pistons 82.

2つのピストン82は、同様の構成を有する。各ピストン82は、ピストン82とスリーブ56との間のクリアランスに配置された4つのシール部材(58a~58d)を有する。これらのシール部材によって、スプールバルブ32の内部の作動ガス空間は、バルブ駆動室34、第1クリアランス領域60a、第2クリアランス領域60b、第3クリアランス領域60c、および背圧室74に分離されている。背圧室74は、2つのピストン82それぞれの第4シール部材58dの間に形成されている。 The two pistons 82 have a similar configuration. Each piston 82 has four sealing members (58a-58d) arranged in a clearance between the piston 82 and the sleeve 56. By these sealing members, the working gas space inside the spool valve 32 is separated into a valve drive chamber 34, a first clearance region 60a, a second clearance region 60b, a third clearance region 60c, and a back pressure chamber 74. .. The back pressure chamber 74 is formed between the fourth seal member 58d of each of the two pistons 82.

背圧室74は、第3流路抵抗80を通じて蓄冷器高温端18aに接続されている。ただし、これは必須ではなく、図7および図8に示されるように、背圧室74は、中間圧バッファ78に接続されてもよい。あるいは、図9に示されるように、背圧室74は、バッファ容積26に接続されてもよい。 The back pressure chamber 74 is connected to the cold storage high temperature end 18a through the third flow path resistance 80. However, this is not essential, and the back pressure chamber 74 may be connected to the intermediate pressure buffer 78, as shown in FIGS. 7 and 8. Alternatively, as shown in FIG. 9, the back pressure chamber 74 may be connected to the buffer volume 26.

また、各ピストン82は、バルブ駆動室34および背圧室74からシールされた接続流路76を備える。接続流路76は、ピストン82が第1位置にあるとき蓄冷器高温端18aを圧縮機吐出口12aに接続し、ピストン82が第2位置にあるとき蓄冷器高温端18aを圧縮機吸入口12bに接続する。接続流路76は、第2クリアランス領域60bと連通している。 Further, each piston 82 includes a connection flow path 76 sealed from the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74. The connection flow path 76 connects the cold storage high temperature end 18a to the compressor discharge port 12a when the piston 82 is in the first position, and connects the cold storage high temperature end 18a to the compressor suction port 12b when the piston 82 is in the second position. Connect to. The connection flow path 76 communicates with the second clearance region 60b.

スプールバルブ32は、2つの接続流路76を有するから、高圧ライン13aは、これら接続流路76に接続されるように圧縮機吐出口12aから延びて途中で2つに分岐している。同様に、低圧ライン13bも、2つの接続流路76に接続されるように圧縮機吸入口12bから延びて途中で2つに分岐している。スリーブ56は、2つの高圧ポート42と2つの低圧ポート44を有する。バルブ駆動室ライン46は、2つのバルブ駆動室34に接続されるように圧力制御機構38から延びて途中で2つに分岐している。蓄冷器流路50は、2つの接続流路76に接続されるように蓄冷器高温端18aから延びて途中で2つに分岐している。 Since the spool valve 32 has two connection flow paths 76, the high pressure line 13a extends from the compressor discharge port 12a so as to be connected to these connection flow paths 76 and branches into two in the middle. Similarly, the low pressure line 13b extends from the compressor suction port 12b so as to be connected to the two connection flow paths 76 and branches into two in the middle. The sleeve 56 has two high pressure ports 42 and two low pressure ports 44. The valve drive chamber line 46 extends from the pressure control mechanism 38 so as to be connected to the two valve drive chambers 34 and branches into two in the middle. The regenerator flow path 50 extends from the regenerator high temperature end 18a so as to be connected to the two connection flow paths 76, and branches into two in the middle.

図11に示されるように、吸気工程においては、駆動室排気バルブV2が開かれ、駆動室吸気バルブV1は閉じている。圧縮機吸入口12bがバルブ駆動室34に連通され、バルブ駆動室34の圧力は、低圧PLとなる。背圧室74は中間圧PMを有するから、バルブ駆動室34と背圧室74の圧力差により2つのピストン82はバルブ駆動室34を縮小するようにスリーブ56内を軸方向に移動する。2つのピストン82は互いに離れるように逆向きに動く。 As shown in FIG. 11, in the intake process, the drive chamber exhaust valve V2 is opened and the drive chamber intake valve V1 is closed. The compressor suction port 12b is communicated with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a low pressure PL. Since the back pressure chamber 74 has an intermediate pressure PM, the two pistons 82 move axially in the sleeve 56 so as to reduce the valve drive chamber 34 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74. The two pistons 82 move in opposite directions so as to separate from each other.

こうして各ピストン82が第1位置に到達すると、第2クリアランス領域60bが高圧ポート42に隣接する。高圧ポート42が接続流路76を通じて蓄冷器流路50に接続され、圧縮機吐出口12aから高圧PHの作動ガスが蓄冷器18およびパルス管16に供給される。このとき低圧ポート44には第3クリアランス領域60cが隣接する。低圧ポート44はピストン82によって塞がれているので、蓄冷器18およびパルス管16と圧縮機吸入口12bとの接続は遮断されている。 When each piston 82 reaches the first position in this way, the second clearance region 60b is adjacent to the high pressure port 42. The high-pressure port 42 is connected to the cooler flow path 50 through the connection flow path 76, and the working gas of the high-pressure PH is supplied to the cooler 18 and the pulse tube 16 from the compressor discharge port 12a. At this time, the third clearance region 60c is adjacent to the low pressure port 44. Since the low pressure port 44 is blocked by the piston 82, the connection between the cool storage 18 and the pulse tube 16 and the compressor suction port 12b is cut off.

図12に示されるように、排気工程においては、駆動室吸気バルブV1が開かれ、駆動室排気バルブV2が閉じている。圧縮機吐出口12aがバルブ駆動室34に連通され、バルブ駆動室34の圧力は、高圧PHとなる。背圧室74は中間圧PMを有するから、バルブ駆動室34と背圧室74の圧力差により2つのピストン82はバルブ駆動室34を拡張するようにスリーブ56内を軸方向に移動する。2つのピストン82は互いに近づくように逆向きに動く。 As shown in FIG. 12, in the exhaust process, the drive chamber intake valve V1 is opened and the drive chamber exhaust valve V2 is closed. The compressor discharge port 12a is communicated with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a high pressure PH. Since the back pressure chamber 74 has an intermediate pressure PM, the two pistons 82 move axially in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74. The two pistons 82 move in opposite directions so as to approach each other.

こうして各ピストン82が第2位置に到達すると、第2クリアランス領域60bが低圧ポート44に隣接する。低圧ポート44が接続流路76を通じて蓄冷器流路50に接続され、圧縮機吸入口12bへと作動ガスが排出され、パルス管16および蓄冷器18は低圧PLとなる。このとき高圧ポート42には第1クリアランス領域60aが隣接する。高圧ポート42はピストン82によって塞がれているので、蓄冷器18およびパルス管16と圧縮機吐出口12aとの接続は遮断されている。 When each piston 82 reaches the second position in this way, the second clearance region 60b is adjacent to the low pressure port 44. The low pressure port 44 is connected to the cooler flow path 50 through the connection flow path 76, the working gas is discharged to the compressor suction port 12b, and the pulse tube 16 and the cooler 18 become low pressure PL. At this time, the first clearance region 60a is adjacent to the high pressure port 42. Since the high pressure port 42 is blocked by the piston 82, the connection between the cool storage 18 and the pulse tube 16 and the compressor discharge port 12a is cut off.

このようにして、スプールバルブ32は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bを蓄冷器高温端18aに交互に接続するパルス管冷凍機10の主圧力切替バルブとして機能する。圧力制御機構38は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bをスプールバルブ32のバルブ駆動室34に交互に接続し、ピストン82を適切に駆動するようにバルブ駆動室34の圧力を制御することができる。 In this way, the spool valve 32 functions as a main pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 in which the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b are alternately connected to the cold storage high temperature end 18a. The pressure control mechanism 38 alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the valve drive chamber 34 of the spool valve 32, and controls the pressure in the valve drive chamber 34 so as to appropriately drive the piston 82. be able to.

第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機10においても、スプールバルブ32内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することと、パルス管冷凍機10のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することを両立することができる。よって、コールドヘッドのための流路切替機構としてロータリーバルブを採用する既存の典型的なパルス管冷凍機に比べて、有利である。 Also in the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment, the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32 is reduced, and the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10 is large. It is possible to suppress the conversion at the same time. Therefore, it is advantageous as compared with the existing typical pulse tube refrigerator that employs a rotary valve as a flow path switching mechanism for the cold head.

また、第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機10によれば、2つのピストン82が対向配置され互いに逆向きに往復動するので、単一のスプール36が往復動する場合に比べて、スプールバルブ32が発生する振動を低減することができる。 Further, according to the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment, since the two pistons 82 are arranged to face each other and reciprocate in opposite directions to each other, the single spool 36 reciprocates as compared with the case where the single spool 36 reciprocates. The vibration generated by the spool valve 32 can be reduced.

図13は、第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機10に適用可能なスプールバルブ32の他の構成を概略的に示す図である。スプールバルブ32は、振動を減衰させるための少なくとも1つのダンパー84を備えてもよい。ダンパー84は、ピストン82とスリーブ56との間の衝突の衝撃を緩和するように、ピストン82とスリーブ56との間に配置されていてもよい。また、ダンパー84は、2つのピストン82どうしの衝突の衝撃を緩和するように、2つのピストン82の間に配置されていてもよい。図13に示されるように、2つのバルブ駆動室34と背圧室74のそれぞれにダンパー84が設置されてもよい。例示的な構成として、ダンパー84は、固定部材84aと緩衝材84bとを備えてもよい。ダンパー84は、ダンパー84を設けることにより、スプールバルブ32が発生する振動をさらに低減することができる。 FIG. 13 is a diagram schematically showing another configuration of the spool valve 32 applicable to the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment. The spool valve 32 may include at least one damper 84 for damping vibration. The damper 84 may be arranged between the piston 82 and the sleeve 56 so as to cushion the impact of the collision between the piston 82 and the sleeve 56. Further, the damper 84 may be arranged between the two pistons 82 so as to reduce the impact of the collision between the two pistons 82. As shown in FIG. 13, dampers 84 may be installed in each of the two valve drive chambers 34 and the back pressure chamber 74. As an exemplary configuration, the damper 84 may include a fixing member 84a and a cushioning material 84b. By providing the damper 84, the vibration generated by the spool valve 32 can be further reduced.

なお、ダンパー84は、一つのスプール36を有するスプールバルブ32においてスプール36とスリーブ56との間の衝突の衝撃を緩和するように、スプール36とスリーブ56との間に配置されていてもよい。 The damper 84 may be arranged between the spool 36 and the sleeve 56 so as to reduce the impact of the collision between the spool 36 and the sleeve 56 in the spool valve 32 having one spool 36.

図14は、第4の実施の形態に係るパルス管冷凍機10の他の構成を概略的に示す図である。対向ピストン型のスプールバルブ32の構成は、4バルブ型パルス管冷凍機にも応用することができる。この場合、スプールバルブ32は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bを蓄冷器高温端18aに交互に接続するだけでなく、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bをパルス管高温端16aにも交互に接続するように構成されている。パルス管冷凍機10は、ダブルインレットオリフィス28およびバイパス流路54を備えない。 FIG. 14 is a diagram schematically showing another configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment. The configuration of the opposed piston type spool valve 32 can also be applied to a 4-valve type pulse tube refrigerator. In this case, the spool valve 32 not only connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the cold storage high temperature end 18a alternately, but also connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the pulse tube high temperature end. It is also configured to be alternately connected to 16a. The pulse tube refrigerator 10 does not include a double inlet orifice 28 and a bypass flow path 54.

図14に示されるように、一方のピストン82(図において上方のピストン82)の接続流路76は、蓄冷器流路50を通じて蓄冷器高温端18aに接続されている。また、他方のピストン82(図において下方のピストン82)の接続流路76は、パルス管流路86を通じてパルス管高温端16aに接続されている。パルス管流路86には、オリフィスなどの第4流路抵抗88が位相制御または流量制御のために設けられていてもよい。 As shown in FIG. 14, the connection flow path 76 of one piston 82 (upper piston 82 in the figure) is connected to the cold storage high temperature end 18a through the cold storage flow path 50. Further, the connection flow path 76 of the other piston 82 (lower piston 82 in the figure) is connected to the pulse tube high temperature end 16a through the pulse tube flow path 86. The pulse pipe flow path 86 may be provided with a fourth flow path resistance 88 such as an orifice for phase control or flow rate control.

このようにすれば、一方のピストン82(図において上方のピストン82)が、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bを蓄冷器高温端18aに交互に接続するように動作し、他方のピストン82(図において下方のピストン82)が、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bをパルス管高温端16aに交互に接続するように動作することができる。 In this way, one piston 82 (upper piston 82 in the figure) operates so as to alternately connect the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the cold storage high temperature end 18a, and the other piston. The 82 (lower piston 82 in the figure) can operate so as to alternately connect the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the high temperature end 16a of the pulse tube.

図15および図16は、第5の実施の形態に係るパルス管冷凍機10の作動ガス回路構成を示す概略図である。図15は、パルス管冷凍機10の吸気工程を示し、図16は、パルス管冷凍機10の排気工程を示す。上述の実施の形態に係るパルス管冷凍機10は、ダブルインレット型パルス管冷凍機であるのに対し、第5の実施の形態に係るパルス管冷凍機10は、4バルブ型パルス管冷凍機として構成されている。以下、第5の実施の形態に係るパルス管冷凍機10について、第1の実施の形態と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。 15 and 16 are schematic views showing a working gas circuit configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the fifth embodiment. FIG. 15 shows the intake process of the pulse tube refrigerator 10, and FIG. 16 shows the exhaust process of the pulse tube refrigerator 10. The pulse tube refrigerator 10 according to the above-described embodiment is a double inlet type pulse tube refrigerator, whereas the pulse tube refrigerator 10 according to the fifth embodiment is a 4-valve type pulse tube refrigerator. It is configured. Hereinafter, the pulse tube refrigerator 10 according to the fifth embodiment will be mainly described with a configuration different from that of the first embodiment, and the common configuration will be briefly described or omitted.

スプールバルブ32は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bを蓄冷器高温端18aに交互に接続するだけでなく、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bをパルス管高温端16aにも交互に接続するように構成されている。単一のスプール36を有するスプールバルブ32についても、4バルブ型パルス管冷凍機として構成することは可能である。パルス管冷凍機10は4バルブ型であるから、第1の実施の形態とは異なり、パルス管冷凍機10は、ダブルインレットオリフィス28およびバイパス流路54を備えない。 The spool valve 32 not only connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the cold storage high temperature end 18a alternately, but also connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the pulse tube high temperature end 16a. It is configured to connect alternately. The spool valve 32 having a single spool 36 can also be configured as a 4-valve type pulse tube refrigerator. Since the pulse tube refrigerator 10 is a 4-valve type, unlike the first embodiment, the pulse tube refrigerator 10 does not include the double inlet orifice 28 and the bypass flow path 54.

スプールバルブ32は、バルブ駆動室34および第2ガス室35を備える。バルブ駆動室34は、スプール36の一端とスリーブ56との間に形成され、第2ガス室35は、スプール36の他端とスリーブ56との間に形成されている。スプール36は、バルブ駆動室34と第2ガス室35の圧力差によってスリーブ56に対して移動することができる。スプール36とスリーブ56との間には、戻しバネ64が設けられている。戻しバネ64は、第2ガス室35に収容されている。 The spool valve 32 includes a valve drive chamber 34 and a second gas chamber 35. The valve drive chamber 34 is formed between one end of the spool 36 and the sleeve 56, and the second gas chamber 35 is formed between the other end of the spool 36 and the sleeve 56. The spool 36 can move with respect to the sleeve 56 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35. A return spring 64 is provided between the spool 36 and the sleeve 56. The return spring 64 is housed in the second gas chamber 35.

スプール36は、スプール主流路62、スプール副吸気流路90、およびスプール副排気流路92を備える。スプール主流路62は、スプール36とスリーブ56との間のクリアランスを第2ガス室35に連通する。スプール主流路62は、スプール36の側面から端面へとスプール36を貫通して形成されていてもよい。スプール副吸気流路90およびスプール副排気流路92は、一例として、スプール36の円筒側面に形成された溝であり、スプール36の周方向に全周にわたって延びている。スプール副吸気流路90およびスプール副排気流路92は、スプール36の軸方向に互いに異なる位置に形成され、一方がバルブ駆動室34側にあり、他方が第2ガス室35側にある。 The spool 36 includes a spool main flow path 62, a spool sub intake flow path 90, and a spool sub exhaust flow path 92. The spool main flow path 62 communicates the clearance between the spool 36 and the sleeve 56 to the second gas chamber 35. The spool main flow path 62 may be formed so as to penetrate the spool 36 from the side surface to the end surface of the spool 36. As an example, the spool sub-intake flow path 90 and the spool sub-exhaust flow path 92 are grooves formed on the cylindrical side surface of the spool 36, and extend all around the spool 36 in the circumferential direction. The spool sub-intake flow path 90 and the spool sub-exhaust flow path 92 are formed at different positions in the axial direction of the spool 36, one on the valve drive chamber 34 side and the other on the second gas chamber 35 side.

スリーブ56は、2つの高圧ポート42a,42bと2つの低圧ポート44a,44bを有する。一方の高圧ポート42aは、圧縮機吐出口12aをスプール主流路62に連通するためにスリーブ56に設けられ、他方の高圧ポート42bは、圧縮機吐出口12aをスプール副吸気流路90に連通するためにスリーブ56に設けられている。高圧ライン13aは、これら高圧ポート42a,42bに接続されるように圧縮機吐出口12aから延びて途中で2つに分岐している。一方の低圧ポート44aは、圧縮機吸入口12bをスプール主流路62に連通するためにスリーブ56に設けられ、他方の低圧ポート44bは、圧縮機吸入口12bをスプール副排気流路92に連通するためにスリーブ56に設けられている。低圧ライン13bは、これら低圧ポート44a,44bに接続されるように圧縮機吸入口12bから延びて途中で2つに分岐している。 The sleeve 56 has two high pressure ports 42a, 42b and two low pressure ports 44a, 44b. One high pressure port 42a is provided in the sleeve 56 to communicate the compressor discharge port 12a with the spool main flow path 62, and the other high pressure port 42b communicates the compressor discharge port 12a with the spool sub intake flow path 90. Therefore, it is provided in the sleeve 56. The high-pressure line 13a extends from the compressor discharge port 12a so as to be connected to these high-pressure ports 42a and 42b, and branches into two in the middle. One low-pressure port 44a is provided in the sleeve 56 to communicate the compressor suction port 12b to the spool main flow path 62, and the other low-pressure port 44b communicates the compressor suction port 12b to the spool sub-exhaust flow path 92. Therefore, it is provided in the sleeve 56. The low-pressure line 13b extends from the compressor suction port 12b so as to be connected to these low-pressure ports 44a and 44b, and branches into two in the middle.

バルブ駆動室ライン46は、圧力制御機構38をバルブ駆動室34に接続する。蓄冷器流路50は、第2ガス室35を蓄冷器高温端18aに接続する。また、スリーブ56は、2つのパルス管ポート94a,94bを有する。一方のパルス管ポート94aは、パルス管高温端16aをスプール副吸気流路90に連通するためにスリーブ56に設けられ、他方のパルス管ポート94bは、パルス管高温端16aをスプール副排気流路92に連通するためにスリーブ56に設けられている。パルス管流路86は、これらパルス管ポート94a,94bに接続されるようにパルス管高温端16aから延びて途中で2つに分岐している。パルス管流路86には、オリフィスなどの第4流路抵抗88が位相制御または流量制御のために設けられていてもよい。 The valve drive chamber line 46 connects the pressure control mechanism 38 to the valve drive chamber 34. The cold storage flow path 50 connects the second gas chamber 35 to the cold storage high temperature end 18a. Further, the sleeve 56 has two pulse tube ports 94a and 94b. One pulse tube port 94a is provided in the sleeve 56 to communicate the pulse tube high temperature end 16a with the spool sub-intake flow path 90, and the other pulse tube port 94b connects the pulse tube high temperature end 16a to the spool sub-exhaust flow path. It is provided on the sleeve 56 to communicate with the 92. The pulse tube flow path 86 extends from the pulse tube high temperature end 16a so as to be connected to these pulse tube ports 94a and 94b, and branches into two in the middle. The pulse pipe flow path 86 may be provided with a fourth flow path resistance 88 such as an orifice for phase control or flow rate control.

スプールバルブ32は、スプール36とスリーブ56との間のクリアランスに配置された複数のシール部材(58a~58h)を有する。これら8個のシール部材(58a~58h)は、互いに異なる軸方向位置でスプール36に装着され、スプール36の周方向に延びている。スプールバルブ32の内部の作動ガス空間は、シール部材(58a~58h)によって、バルブ駆動室34、第2ガス室35、および7つのクリアランス領域(60a~60g)に分離されている。8個のシール部材(58a~58h)と7つのクリアランス領域(60a~60g)は、軸方向に交互に配置されている。第1シール部材58aは、バルブ駆動室34と第1クリアランス領域60aとの間に配置され、第8シール部材58hは、第7クリアランス領域60gと第2ガス室35との間に配置されている。スプール副吸気流路90は、第2シール部材58bと第3シール部材58cとの間に配置され、第2クリアランス領域60bに連通している。スプール副排気流路92は、第6シール部材58fと第7シール部材58gとの間に配置され、第6クリアランス領域60fに連通している。 The spool valve 32 has a plurality of sealing members (58a-58h) arranged in a clearance between the spool 36 and the sleeve 56. These eight sealing members (58a to 58h) are mounted on the spool 36 at different axial positions from each other and extend in the circumferential direction of the spool 36. The working gas space inside the spool valve 32 is separated into a valve drive chamber 34, a second gas chamber 35, and seven clearance regions (60a to 60g) by a sealing member (58a to 58h). The eight sealing members (58a to 58h) and the seven clearance regions (60a to 60g) are arranged alternately in the axial direction. The first seal member 58a is arranged between the valve drive chamber 34 and the first clearance region 60a, and the eighth seal member 58h is arranged between the seventh clearance region 60g and the second gas chamber 35. .. The spool sub-intake flow path 90 is arranged between the second seal member 58b and the third seal member 58c, and communicates with the second clearance region 60b. The spool sub-exhaust flow path 92 is arranged between the sixth seal member 58f and the seventh seal member 58g, and communicates with the sixth clearance region 60f.

図15に示されるように、吸気工程においては、駆動室排気バルブV2が開かれ、駆動室吸気バルブV1は閉じている。圧縮機吸入口12bがバルブ駆動室34に連通され、バルブ駆動室34の圧力は、低圧PLとなる。このとき第2ガス室35は低圧PLより若干高い圧力を有する。吸気工程の開始時点では、スプール36は下死点またはその近傍に位置する。バルブ駆動室34と第2ガス室35の圧力差によりスプール36はバルブ駆動室34を縮小するようにスリーブ56内を軸方向に移動する。戻しバネ64の復元力もスプール36の上動に役立つ。 As shown in FIG. 15, in the intake process, the drive chamber exhaust valve V2 is opened and the drive chamber intake valve V1 is closed. The compressor suction port 12b is communicated with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a low pressure PL. At this time, the second gas chamber 35 has a pressure slightly higher than that of the low pressure PL. At the start of the intake process, the spool 36 is located at or near bottom dead center. Due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35, the spool 36 moves axially in the sleeve 56 so as to shrink the valve drive chamber 34. The restoring force of the return spring 64 also helps to move the spool 36 upward.

スプール36の上動によりスプール36が第1位置、すなわち上死点またはその近傍に到達すると、第4クリアランス領域60dが高圧ポート42aに隣接する。また、第2クリアランス領域60bが高圧ポート42bおよびパルス管ポート94aに隣接する。よって、高圧ポート42aがスプール主流路62を通じて第2ガス室35に接続され、圧縮機吐出口12aから高圧PHの作動ガスが蓄冷器18に供給され、さらに冷却ステージ流路21を通じてパルス管16に供給される。また、高圧ポート42bが、第2クリアランス領域60bおよびスプール副吸気流路90を通じてパルス管流路86に接続され、圧縮機吐出口12aから高圧PHの作動ガスがパルス管高温端16aに供給される。 When the spool 36 reaches the first position, that is, at or near the top dead center due to the upward movement of the spool 36, the fourth clearance region 60d is adjacent to the high pressure port 42a. Further, the second clearance region 60b is adjacent to the high pressure port 42b and the pulse tube port 94a. Therefore, the high-pressure port 42a is connected to the second gas chamber 35 through the spool main flow path 62, the working gas of the high-pressure PH is supplied to the cooler 18 from the compressor discharge port 12a, and further to the pulse tube 16 through the cooling stage flow path 21. Will be supplied. Further, the high pressure port 42b is connected to the pulse pipe flow path 86 through the second clearance region 60b and the spool sub intake flow path 90, and the working gas of the high pressure PH is supplied to the pulse tube high temperature end 16a from the compressor discharge port 12a. ..

このとき、低圧ポート44aには第5クリアランス領域60eが隣接し、低圧ポート44bには第7クリアランス領域60gが隣接する。よって、低圧ポート44a,44bはスプール36によって塞がれているので、蓄冷器18およびパルス管16と圧縮機吸入口12bとの接続は遮断されている。また、パルス管ポート94bには第6クリアランス領域60fが隣接しているので、パルス管高温端16aからスプール副排気流路92を通じた圧縮機吸入口12bへの接続も遮断されている。 At this time, the low pressure port 44a is adjacent to the fifth clearance region 60e, and the low pressure port 44b is adjacent to the seventh clearance region 60g. Therefore, since the low pressure ports 44a and 44b are blocked by the spool 36, the connection between the cold storage 18 and the pulse tube 16 and the compressor suction port 12b is cut off. Further, since the sixth clearance region 60f is adjacent to the pulse tube port 94b, the connection from the pulse tube high temperature end 16a to the compressor suction port 12b through the spool sub-exhaust flow path 92 is also cut off.

図16に示されるように、排気工程においては、駆動室吸気バルブV1が開かれ、駆動室排気バルブV2が閉じている。圧縮機吐出口12aがバルブ駆動室34に連通され、バルブ駆動室34の圧力は、高圧PHとなる。このとき第2ガス室35は高圧PHより若干低い圧力を有する。排気工程の開始時点では、スプール36は上死点またはその近傍に位置する。バルブ駆動室34と第2ガス室35の圧力差によりスプール36はバルブ駆動室34を拡張するようにスリーブ56内を軸方向に移動する。戻しバネ64の復元力もスプール36の下動に役立つ。 As shown in FIG. 16, in the exhaust process, the drive chamber intake valve V1 is opened and the drive chamber exhaust valve V2 is closed. The compressor discharge port 12a is communicated with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a high pressure PH. At this time, the second gas chamber 35 has a pressure slightly lower than the high pressure PH. At the start of the exhaust process, the spool 36 is located at or near top dead center. Due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35, the spool 36 moves axially in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34. The restoring force of the return spring 64 also helps the spool 36 to move downward.

スプール36の下動によりスプール36が第2位置、すなわち下死点またはその近傍に到達すると、第4クリアランス領域60dが低圧ポート44aに隣接する。また、第6クリアランス領域60fが低圧ポート44bおよびパルス管ポート94bに隣接する。よって、低圧ポート44aがスプール主流路62を通じて第2ガス室35に接続され、圧縮機吸入口12bへと作動ガスが排出され、パルス管16および蓄冷器18は低圧PLとなる。また、低圧ポート44bが、第6クリアランス領域60fおよびスプール副排気流路92を通じてパルス管流路86に接続され、パルス管高温端16aから圧縮機吸入口12bへと作動ガスが排出される。 When the spool 36 reaches the second position, that is, at or near the bottom dead center due to the downward movement of the spool 36, the fourth clearance region 60d is adjacent to the low pressure port 44a. Further, the sixth clearance region 60f is adjacent to the low pressure port 44b and the pulse tube port 94b. Therefore, the low pressure port 44a is connected to the second gas chamber 35 through the spool main flow path 62, the working gas is discharged to the compressor suction port 12b, and the pulse tube 16 and the cooler 18 become low pressure PL. Further, the low pressure port 44b is connected to the pulse pipe flow path 86 through the sixth clearance region 60f and the spool sub-exhaust flow path 92, and the working gas is discharged from the pulse tube high temperature end 16a to the compressor suction port 12b.

このとき、高圧ポート42aには第3クリアランス領域60cが隣接し、高圧ポート42bには第1クリアランス領域60aが隣接する。高圧ポート42a,42bはスプール36によって塞がれているので、蓄冷器18およびパルス管16と圧縮機吸入口12bとの接続は遮断されている。また、パルス管ポート94aには第2クリアランス領域60bが隣接しているので、圧縮機吐出口12aからスプール副吸気流路90を通じたパルス管高温端16aへの接続も遮断されている。 At this time, the high pressure port 42a is adjacent to the third clearance region 60c, and the high pressure port 42b is adjacent to the first clearance region 60a. Since the high-pressure ports 42a and 42b are blocked by the spool 36, the connection between the cold storage 18 and the pulse tube 16 and the compressor suction port 12b is cut off. Further, since the second clearance region 60b is adjacent to the pulse tube port 94a, the connection from the compressor discharge port 12a to the pulse tube high temperature end 16a through the spool sub-intake flow path 90 is also cut off.

このようにして、スプールバルブ32は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bを蓄冷器高温端18aに交互に接続するパルス管冷凍機10の主圧力切替バルブとして機能する。加えて、スプールバルブ32は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bをパルス管高温端16aに交互に接続するパルス管冷凍機10の副圧力切替バルブとして機能する。圧力制御機構38は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bをスプールバルブ32のバルブ駆動室34に交互に接続し、スプール36を適切に駆動するようにバルブ駆動室34の圧力を制御することができる。 In this way, the spool valve 32 functions as a main pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 in which the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b are alternately connected to the cold storage high temperature end 18a. In addition, the spool valve 32 functions as an auxiliary pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 that alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the pulse tube high temperature end 16a. The pressure control mechanism 38 alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the valve drive chamber 34 of the spool valve 32, and controls the pressure in the valve drive chamber 34 so as to appropriately drive the spool 36. be able to.

第5の実施の形態に係るパルス管冷凍機10においても、スプールバルブ32内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することと、パルス管冷凍機10のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することを両立することができる。よって、コールドヘッドのための流路切替機構としてロータリーバルブを採用する既存の典型的なパルス管冷凍機に比べて、有利である。 Also in the pulse tube refrigerator 10 according to the fifth embodiment, the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32 is reduced, and the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10 is large. It is possible to suppress the conversion at the same time. Therefore, it is advantageous as compared with the existing typical pulse tube refrigerator that employs a rotary valve as a flow path switching mechanism for the cold head.

図17から図19は、実施の形態に係るパルス管冷凍機10に適用可能な圧力制御機構38の他の構成を概略的に示す図である。圧力制御機構38は、種々の具体的構成をとりうる。 17 to 19 are diagrams schematically showing other configurations of the pressure control mechanism 38 applicable to the pulse tube refrigerator 10 according to the embodiment. The pressure control mechanism 38 may have various specific configurations.

図17に示されるように、パルス管冷凍機10は、主たる圧縮機12と補助圧縮機96とを備えてもよい。圧縮機12は、コールドヘッド14のための作動ガスの高圧源および低圧源としてコールドヘッド14に接続されている。補助圧縮機96は、圧力制御機構38のための作動ガスの高圧源および低圧源として圧力制御機構38に接続されている。このようにして、コールドヘッド14と圧力制御機構38が別個の圧縮機を用いて運転されてもよい。 As shown in FIG. 17, the pulse tube refrigerator 10 may include a main compressor 12 and an auxiliary compressor 96. The compressor 12 is connected to the cold head 14 as a high pressure source and a low pressure source of the working gas for the cold head 14. The auxiliary compressor 96 is connected to the pressure control mechanism 38 as a high pressure source and a low pressure source of the working gas for the pressure control mechanism 38. In this way, the cold head 14 and the pressure control mechanism 38 may be operated using separate compressors.

図18に示されるように、圧力制御機構38は、リニア圧縮機97を備えてもよい。リニア圧縮機97は、電磁石などのアクチュエータ97aと、アクチュエータ97aの駆動により往復動する圧縮機ピストン97bと、バルブ駆動室ライン46に接続された圧縮室97cとを備える。圧縮室97cにおいては、圧縮機ピストン97bが前進するとき(図18において圧縮機ピストン97bが左に移動するとき)作動ガスが圧縮され、高圧の作動ガスが圧縮室97cからバルブ駆動室ライン46を通じてバルブ駆動室34に供給される。圧縮機ピストン97bが後退するとき(図18において圧縮機ピストン97bが右に移動するとき)圧縮室97cの圧力は低下し、それにより、バルブ駆動室34の圧力も低下する。このようにして、圧力制御機構38は、バルブ駆動室34の圧力を制御することができる。なお、リニア圧縮機97は、公知の構成のものを適宜採用することができる。 As shown in FIG. 18, the pressure control mechanism 38 may include a linear compressor 97. The linear compressor 97 includes an actuator 97a such as an electromagnet, a compressor piston 97b that reciprocates by driving the actuator 97a, and a compression chamber 97c connected to a valve drive chamber line 46. In the compression chamber 97c, when the compressor piston 97b advances (when the compressor piston 97b moves to the left in FIG. 18), the working gas is compressed, and the high-pressure working gas flows from the compression chamber 97c through the valve drive chamber line 46. It is supplied to the valve drive chamber 34. When the compressor piston 97b retracts (when the compressor piston 97b moves to the right in FIG. 18), the pressure in the compression chamber 97c decreases, and thereby the pressure in the valve drive chamber 34 also decreases. In this way, the pressure control mechanism 38 can control the pressure in the valve drive chamber 34. As the linear compressor 97, a known configuration can be appropriately adopted.

図19に示されるように、圧力制御機構38は、アクチュエータ98a、ベローズ98bまたはその他の可動膜と、バルブ駆動室ライン46に接続された圧縮室98cと、を備えてもよい。アクチュエータ98aの駆動によりベローズ98bが変形し、それにより圧縮室98cの作動ガス圧力が制御される。したがって、圧力制御機構38は、バルブ駆動室34の圧力を制御することができる。 As shown in FIG. 19, the pressure control mechanism 38 may include an actuator 98a, a bellows 98b or other movable membrane and a compression chamber 98c connected to the valve drive chamber line 46. The bellows 98b is deformed by the drive of the actuator 98a, whereby the working gas pressure of the compression chamber 98c is controlled. Therefore, the pressure control mechanism 38 can control the pressure in the valve drive chamber 34.

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。 The present invention has been described above based on the examples. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiment, various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are also within the scope of the present invention. By the way.

ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。 The various features described in relation to one embodiment are also applicable to other embodiments. The new embodiments resulting from the combination have the effects of each of the combined embodiments.

例えば、第2の実施の形態において説明した脱着可能な継手68は、第3の実施の形態、または第4の実施の形態、または第5の実施の形態に係るパルス管冷凍機10に適用されてもよい。あるいは、脱着可能な継手68は、図17から図19を参照して説明したパルス管冷凍機10に適用されてもよい。 For example, the removable joint 68 described in the second embodiment is applied to the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment, the fourth embodiment, or the fifth embodiment. You may. Alternatively, the removable joint 68 may be applied to the pulse tube refrigerator 10 described with reference to FIGS. 17 to 19.

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、 14 コールドヘッド、 16 パルス管、 18 蓄冷器、 32 スプールバルブ、 34 バルブ駆動室、 36 スプール、 38 圧力制御機構、 66 ロータリーバルブ、 68 脱着可能な継手、 74 背圧室、 76 接続流路、 82 ピストン。 10 Pulse tube refrigerator, 12 Compressor, 12a Compressor discharge port, 12b Compressor suction port, 14 Cold head, 16 Pulse tube, 18 Cold storage, 32 Spool valve, 34 Valve drive chamber, 36 Spool, 38 Pressure control mechanism , 66 Rotary valve, 68 Detachable joint, 74 Back pressure chamber, 76 Connection flow path, 82 Piston.

Claims (7)

パルス管および蓄冷器を備え、前記パルス管の低温端が前記蓄冷器の低温端に連結されたコールドヘッドと、
バルブ駆動室と、前記バルブ駆動室の圧力に応じて第1位置と第2位置とを移動するスプールと、を備え、前記スプールは、前記第1位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吐出口に接続し、前記第2位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吸入口に接続するスプールバルブと、
前記コールドヘッドから離れて配置され、前記バルブ駆動室の圧力を制御する圧力制御機構と、を備え
前記スプールは、一組の対向配置されたピストンを備えることを特徴とするパルス管冷凍機。
A cold head provided with a pulse tube and a cold storage, in which the low temperature end of the pulse tube is connected to the low temperature end of the cold storage.
A valve drive chamber and a spool that moves between a first position and a second position according to the pressure of the valve drive chamber are provided, and the spool compresses the high temperature end of the regenerator at the first position. A spool valve that connects to the outlet and connects the high temperature end of the cooler to the compressor suction port at the second position.
A pressure control mechanism, which is located away from the cold head and controls the pressure in the valve drive chamber, is provided .
The spool is a pulse tube refrigerator comprising a set of opposed pistons .
パルス管および蓄冷器を備え、前記パルス管の低温端が前記蓄冷器の低温端に連結されたコールドヘッドと、A cold head provided with a pulse tube and a cold storage, in which the low temperature end of the pulse tube is connected to the low temperature end of the cold storage.
バルブ駆動室と、前記バルブ駆動室の圧力に応じて第1位置と第2位置とを移動するスプールと、を備え、前記スプールは、前記第1位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吐出口に接続し、前記第2位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吸入口に接続するスプールバルブと、A valve drive chamber and a spool that moves between a first position and a second position according to the pressure of the valve drive chamber are provided, and the spool compressor discharges the high temperature end of the regenerator at the first position. A spool valve that connects to the outlet and connects the high temperature end of the cooler to the compressor suction port at the second position.
前記コールドヘッドから離れて配置され、前記バルブ駆動室の圧力を制御する圧力制御機構と、を備え、A pressure control mechanism, which is located away from the cold head and controls the pressure in the valve drive chamber, is provided.
前記スプールバルブは、前記バルブ駆動室と反対側で前記スプールに隣接し、前記圧縮機吐出口の圧力と前記圧縮機吸入口の圧力の中間圧に保持される背圧室を備えることを特徴とするパルス管冷凍機。The spool valve is characterized by having a back pressure chamber adjacent to the spool on the opposite side of the valve drive chamber and held at an intermediate pressure between the pressure of the compressor discharge port and the pressure of the compressor suction port. Pulse tube refrigerator.
前記スプールバルブは、前記バルブ駆動室および前記背圧室からシールされた接続流路であって、前記スプールが前記第1位置にあるとき前記蓄冷器の高温端を前記圧縮機吐出口に接続し、前記スプールが前記第2位置にあるとき前記蓄冷器の高温端を前記圧縮機吸入口に接続する接続流路を備えることを特徴とする請求項に記載のパルス管冷凍機。 The spool valve is a connection flow path sealed from the valve drive chamber and the back pressure chamber, and connects the high temperature end of the chiller to the compressor discharge port when the spool is in the first position. The pulse tube refrigerator according to claim 2 , further comprising a connection flow path for connecting the high temperature end of the cold storage device to the compressor suction port when the spool is in the second position. 前記バルブ駆動室を前記圧力制御機構に接続する脱着可能な継手をさらに備え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パルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 3, further comprising a removable joint for connecting the valve drive chamber to the pressure control mechanism. 前記スプールバルブは、前記蓄冷器の高温端に隣接して配置されるように前記コールドヘッドに固定されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 4 , wherein the spool valve is fixed to the cold head so as to be arranged adjacent to the high temperature end of the cold storage device. 前記圧力制御機構は、前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口を前記バルブ駆動室に交互に接続するロータリーバルブを備えることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigeration according to any one of claims 1 to 5 , wherein the pressure control mechanism includes a rotary valve that alternately connects the compressor discharge port and the compressor suction port to the valve drive chamber. Machine. 前記スプールバルブは、前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口を前記パルス管の高温端に交互に接続することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 6, wherein the spool valve alternately connects the compressor discharge port and the compressor suction port to the high temperature end of the pulse tube.
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