JP7186133B2 - Multi-stage pulse tube refrigerator and cold head of multi-stage pulse tube refrigerator - Google Patents

Multi-stage pulse tube refrigerator and cold head of multi-stage pulse tube refrigerator Download PDF

Info

Publication number
JP7186133B2
JP7186133B2 JP2019097922A JP2019097922A JP7186133B2 JP 7186133 B2 JP7186133 B2 JP 7186133B2 JP 2019097922 A JP2019097922 A JP 2019097922A JP 2019097922 A JP2019097922 A JP 2019097922A JP 7186133 B2 JP7186133 B2 JP 7186133B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pulse tube
stage
high temperature
switching valve
pressure switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019097922A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020193726A5 (en
JP2020193726A (en
Inventor
名堯 許
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2019097922A priority Critical patent/JP7186133B2/en
Priority to PCT/JP2020/019769 priority patent/WO2020241377A1/en
Priority to CN202080035070.4A priority patent/CN113825958B/en
Publication of JP2020193726A publication Critical patent/JP2020193726A/en
Publication of JP2020193726A5 publication Critical patent/JP2020193726A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7186133B2 publication Critical patent/JP7186133B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multiple-Way Valves (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Description

本発明は、多段式パルス管冷凍機、および多段式パルス管冷凍機のコールドヘッドに関する。 The present invention relates to a multi-stage pulse tube refrigerator and a cold head for a multi-stage pulse tube refrigerator.

パルス管冷凍機は、主たる構成要素として、振動流発生源、蓄冷器、パルス管、および位相制御機構を備える。振動流の発生にはいくつかの方式がある。例えば、圧縮機と周期的な流路切替弁の組み合わせを用いるいわゆるＧＭ（ギフォード・マクマホン；Gifford-McMahon）方式と、調和振動するピストンによって振動流を発生するスターリング方式が知られている。また、位相制御機構についても、ダブルインレット型、アクティブバッファ型、４バルブ型など様々な方式がある。 A pulse tube refrigerator has, as main components, an oscillating flow source, a regenerator, a pulse tube, and a phase control mechanism. There are several methods for generating an oscillating flow. For example, the so-called GM (Gifford-McMahon) method, which uses a combination of a compressor and a periodic flow switching valve, and the Stirling method, which generates an oscillating flow by means of a harmonically vibrating piston, are known. Also, there are various types of phase control mechanisms such as a double inlet type, an active buffer type, and a 4-valve type.

特開２０１４－１６９８５２号公報JP 2014-169852 A

４バルブ型パルス管冷凍機は、蓄冷器の高温端に接続された吸気バルブ及び排気バルブに加えて、パルス管の高温端に接続された吸気バルブ及び排気バルブを有する。多段式であれば、各段のパルス管それぞれに吸気バルブ及び排気バルブが設けられる。４バルブ型パルス管冷凍機は、搭載されるバルブの数が他の形式のパルス管冷凍機に比べて多く、そのため、バルブ構成が複雑で大型となりがちである。 A four-valve pulse tube refrigerator has an intake valve and an exhaust valve connected to the high temperature end of the pulse tube in addition to the intake valve and the exhaust valve connected to the high temperature end of the regenerator. In the case of a multi-stage type, an intake valve and an exhaust valve are provided for each pulse tube of each stage. A four-valve pulse tube refrigerator has a larger number of valves than other types of pulse tube refrigerators, and therefore tends to have a complicated valve configuration and a large size.

これらの吸排気バルブを一つのロータリーバルブで構成するパルス管冷凍機の設計がしばしば採用される。組となる吸気バルブと排気バルブは、所望される吸気タイミングと排気タイミングの切り替えを実現するようにロータリーバルブに組み込まれなければならない。また、ロータリーバルブに形成された蓄冷器に連通するガス流路とパルス管に連通する流路とは、蓄冷器高温端とパルス管高温端の間で冷媒ガスが直接流れないように、ロータリーバルブの回転軸から互いに異なる位置に配置される。このように、ロータリーバルブ内のガス流路構造は、かなり複雑となりうる。多段式では、異なる段のパルス管それぞれへの連通路が互いに異なる径方向位置に配置されることが多い。ロータリーバルブの直径は、単段式に比べて二段式で大きくなり、三段式ではさらに大きくなりうる。 A pulse tube refrigerator design is often employed in which these intake and exhaust valves are composed of a single rotary valve. A pair of intake and exhaust valves must be incorporated into the rotary valve to achieve the desired switching between intake and exhaust timing. In addition, the gas flow path communicating with the regenerator formed in the rotary valve and the flow path communicating with the pulse tube are arranged so that the refrigerant gas does not directly flow between the high temperature end of the regenerator and the high temperature end of the pulse tube. are arranged at positions different from each other from the rotation axis of the Thus, gas flow path structures within rotary valves can be quite complex. In the multi-stage type, communication paths to pulse tubes in different stages are often arranged at different radial positions. The diameter of the rotary valve can be larger in two stages than in single stages, and even larger in three stages.

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、簡素なバルブ構成をもつパルス管冷凍機を提供することにある。 One exemplary object of some aspects of the invention is to provide a pulse tube refrigerator with a simple valve configuration.

本発明のある態様によると、多段式パルス管冷凍機は、圧縮機吐出口と圧縮機吸入口とを有する圧縮機と、第１段パルス管と、第２段パルス管と、前記第１段パルス管の低温端と連通している低温端を有する第１段蓄冷器と、前記第２段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第１段蓄冷器に直列に接続された第２段蓄冷器と、を備えるコールドヘッドと、前記第１段蓄冷器の高温端を前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続する主圧力切換弁と、パルス管連通路を介して前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続する副圧力切換弁と、を備える。前記パルス管連通路は、前記第１段パルス管の高温端および前記第２段パルス管の高温端と前記副圧力切換弁との間に分岐部を有し、前記分岐部で第１パルス管流路と第２パルス管流路に分岐する。前記第１パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第１段パルス管の高温端に接続し、前記第２パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第２段パルス管の高温端に接続する。 According to one aspect of the invention, a multi-stage pulse tube refrigerator includes a compressor having a compressor discharge and a compressor inlet, a first stage pulse tube, a second stage pulse tube, and the first stage. a first stage regenerator having a cold end in communication with the cold end of the pulse tube; and a cold end in communication with the cold end of the second stage pulse tube in series with the first stage regenerator. a second stage regenerator connected thereto; a main pressure switching valve alternately connecting the hot end of said first stage regenerator to said compressor discharge and said compressor inlet; and a pulse tube. a secondary pressure switching valve that alternately connects both the high temperature end of the first stage pulse tube and the high temperature end of the second stage pulse tube to the compressor discharge port and the compressor suction port via a communication path; Prepare. The pulse tube communication passage has a branch portion between the high temperature end of the first stage pulse tube, the high temperature end of the second stage pulse tube, and the auxiliary pressure switching valve. It branches into a channel and a second pulse tube channel. The first pulse tube flow path connects the secondary pressure switching valve to the hot end of the first stage pulse tube, and the second pulse tube flow path connects the secondary pressure switching valve to the hot end of the second stage pulse tube. connect to.

本発明のある態様によると、多段式パルス管冷凍機のコールドヘッドは、第１段パルス管と、第２段パルス管と、前記第１段パルス管の低温端と連通している低温端を有する第１段蓄冷器と、前記第２段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第１段蓄冷器に直列に接続された第２段蓄冷器と、前記第１段蓄冷器の高温端を主圧力切換弁に接続する蓄冷器連通路と、前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を副圧力切換弁に接続するパルス管連通路と、を備える。前記パルス管連通路は、前記第１段パルス管の高温端および前記第２段パルス管の高温端と前記副圧力切換弁との間に分岐部を有し、前記分岐部で第１パルス管流路と第２パルス管流路に分岐する。前記第１パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第１段パルス管の高温端に接続し、前記第２パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第２段パルス管の高温端に接続する。 According to one aspect of the invention, a coldhead of a multi-stage pulse tube refrigerator includes a first stage pulse tube, a second stage pulse tube, and a cold end in communication with the cold end of the first stage pulse tube. a second stage regenerator having a cold end communicating with the cold end of the second stage pulse tube and connected in series with the first stage regenerator; a regenerator communication passage connecting the high temperature end of the stage regenerator to the main pressure switching valve; and a pulse connecting both the high temperature end of the first stage pulse tube and the high temperature end of the second stage pulse tube to the sub pressure switching valve. and a tube communication passage. The pulse tube communication passage has a branch portion between the high temperature end of the first stage pulse tube, the high temperature end of the second stage pulse tube, and the auxiliary pressure switching valve. It branches into a channel and a second pulse tube channel. The first pulse tube flow path connects the secondary pressure switching valve to the hot end of the first stage pulse tube, and the second pulse tube flow path connects the secondary pressure switching valve to the hot end of the second stage pulse tube. connect to.

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 arbitrary combinations of the above-described constituent elements and mutually replacing the constituent elements and expressions of the present invention in methods, devices, systems, etc. are also effective as aspects of the present invention.

本発明によれば、簡素なバルブ構成をもつパルス管冷凍機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pulse tube refrigerator having a simple valve configuration.

実施の形態に係るパルス管冷凍機を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a pulse tube refrigerator according to an embodiment; FIG. 図１に示されるパルス管冷凍機のバルブ部に適用されうる例示的なバルブタイミングを示す図である。2 illustrates exemplary valve timing that may be applied to the valve portion of the pulse tube refrigerator shown in FIG. 1; FIG. 図１に示されるパルス管冷凍機のバルブ部に適用されうる例示的なロータリーバルブを示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an exemplary rotary valve that can be applied to the valve portion of the pulse tube refrigerator shown in FIG. 1; 図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ、図３に示されるロータリーバルブのバルブステータおよびバルブロータを示す概略図である。4(a) and 4(b) are schematic diagrams showing the valve stator and valve rotor, respectively, of the rotary valve shown in FIG. 実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram showing another example of 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されうるバッファラインの接続構成を一例を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a connection configuration of buffer lines that can be applied to the pulse tube refrigerator according to the embodiment; 実施の形態に係るパルス管冷凍機の更なる一例を示す概略図である。It is a schematic diagram showing a further example of 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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 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 denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted as appropriate. The scales and shapes of the illustrated parts are set for convenience in order to facilitate explanation, and should not be construed as limiting unless otherwise specified. The embodiment is an example and does not limit the scope of the present invention. All features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

図１は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０を示す概略図である。パルス管冷凍機１０は、コールドヘッド１１と、圧縮機１２とを備える。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a pulse tube refrigerator 10 according to an embodiment. A pulse tube refrigerator 10 includes a cold head 11 and a compressor 12 .

パルス管冷凍機１０は、一例として、ＧＭ（Gifford-McMahon）方式の４バルブ型のパルス管冷凍機である。よって、パルス管冷凍機１０は、主圧力切換弁１４と、第１段蓄冷器１６と、第１段パルス管１８と、副圧力切換弁２０および任意的に第１流量調整要素２１を有する第１段位相制御機構と、を備える。圧縮機１２と主圧力切換弁１４によりパルス管冷凍機１０の振動流発生源が構成される。圧縮機１２は、振動流発生源と第１段位相制御機構とで共有されている。 The pulse tube refrigerator 10 is, for example, a GM (Gifford-McMahon) four-valve pulse tube refrigerator. Thus, the pulse tube refrigerator 10 comprises a main pressure switching valve 14, a first stage regenerator 16, a first stage pulse tube 18, a secondary pressure switching valve 20 and optionally a first flow control element 21. and a one-stage phase control mechanism. Compressor 12 and main pressure switching valve 14 constitute an oscillating flow source of pulse tube refrigerator 10 . Compressor 12 is shared by the oscillatory flow source and the first stage phase control mechanism.

また、パルス管冷凍機１０は、二段冷凍機であり、第２段蓄冷器２２と、第２段パルス管２４と、第２流量調整要素２７を任意的に有する第２段位相制御機構と、をさらに備える。圧縮機１２および副圧力切換弁２０は、第２段位相制御機構にも共有されている。 Also, the pulse tube refrigerator 10 is a two-stage refrigerator, and includes a second-stage regenerator 22, a second-stage pulse tube 24, and a second-stage phase control mechanism optionally having a second flow rate adjustment element 27. , is further provided. Compressor 12 and secondary pressure switching valve 20 are also shared by the second stage phase control mechanism.

流量調整要素（２１、２７）は、例えば、オリフィス、または絞り弁などの流路抵抗を含む。流路抵抗は、固定されていてもよいし、調整可能であってもよい。 The flow control elements (21, 27) include, for example, orifices or flow resistances such as throttle valves. The flow resistance may be fixed or adjustable.

本書では、パルス管冷凍機１０の構成要素どうしの位置関係を説明するために、便宜上、縦方向Ａおよび横方向Ｂとの用語を用いる。通例、縦方向Ａと横方向Ｂはそれぞれ、パルス管（１８、２４）および蓄冷器（１６、２２）の軸方向と径方向にあたる。ただし、縦方向Ａと横方向Ｂは互いにおおよそ直交する方向であればよく、厳密な直交は要しない。また、縦方向Ａおよび横方向Ｂとの表記は、パルス管冷凍機１０がその使用場所に設置される姿勢を限定するものではない。パルス管冷凍機１０は所望される姿勢で設置可能であり、例えば、縦方向Ａおよび横方向Ｂをそれぞれ鉛直方向および水平方向に向けるようにして設置されてもよいし、反対に、縦方向Ａおよび横方向Ｂをそれぞれ水平方向および鉛直方向に向けるようにして設置されてもよい。あるいは、縦方向Ａおよび横方向Ｂをそれぞれ互いに異なる斜め方向に向けるようにして設置することも可能である。 In this document, the terms vertical direction A and horizontal direction B are used for convenience in describing the positional relationship between the components of the pulse tube refrigerator 10 . Typically, longitudinal direction A and lateral direction B correspond to the axial and radial directions of the pulse tubes (18, 24) and regenerators (16, 22), respectively. However, the vertical direction A and the horizontal direction B may be directions that are approximately orthogonal to each other, and are not required to be strictly orthogonal. In addition, the notation of the vertical direction A and the horizontal direction B does not limit the orientation of the pulse tube refrigerator 10 installed at its place of use. The pulse tube refrigerator 10 can be installed in any desired orientation. and the lateral direction B may be oriented horizontally and vertically, respectively. Alternatively, the vertical direction A and the horizontal direction B can be installed in different oblique directions.

２つの蓄冷器（１６、２２）は直列に接続され、縦方向Ａに延在する。２つのパルス管（１８、２４）はそれぞれ、縦方向Ａに延在する。第１段蓄冷器１６は、横方向Ｂに第１段パルス管１８と並列に配置され、第２段蓄冷器２２は、横方向Ｂに第２段パルス管２４と並列に配置されている。第１段パルス管１８は縦方向Ａに第１段蓄冷器１６とほぼ同じ長さを有し、第２段パルス管２４は、縦方向Ａに第１段蓄冷器１６と第２段蓄冷器２２の合計長さとほぼ同じ長さを有する。蓄冷器（１６、２２）とパルス管（１８、２４）は互いに概ね平行に配置されている。 Two regenerators (16, 22) are connected in series and extend in longitudinal direction A. The two pulse tubes (18, 24) each extend in longitudinal direction A. The first stage regenerator 16 is arranged in the transverse direction B in parallel with the first stage pulse tube 18 , and the second stage regenerator 22 is arranged in the transverse direction B in parallel with the second stage pulse tube 24 . The first stage pulse tube 18 has approximately the same length in the longitudinal direction A as the first stage regenerator 16, and the second stage pulse tube 24 extends in the longitudinal direction A between the first stage regenerator 16 and the second stage regenerator. It has approximately the same length as the total length of 22. The regenerators (16, 22) and pulse tubes (18, 24) are arranged generally parallel to each other.

なお、図１においては、蓄冷器（１６、２２）に対して第１段パルス管１８と第２段パルス管２４が両側に配置されているが、これは単に図示を容易にするためにすぎない。通例、蓄冷器（１６、２２）、第１段パルス管１８、第２段パルス管２４は、縦方向Ａに見たとき三角形をなすように配置されうる。 In FIG. 1, the first stage pulse tube 18 and the second stage pulse tube 24 are arranged on both sides of the regenerators (16, 22), but this is merely for ease of illustration. do not have. Typically, the regenerators (16, 22), first stage pulse tube 18 and second stage pulse tube 24 may be arranged to form a triangle when viewed in longitudinal direction A.

圧縮機１２は、圧縮機吐出口１２ａと圧縮機吸入口１２ｂとを有し、回収した低圧ＰＬの作動ガスを圧縮して高圧ＰＨの作動ガスを生成するよう構成されている。圧縮機吐出口１２ａから第１段蓄冷器１６を通じて第１段パルス管１８に作動ガスが供給され、第１段パルス管１８から第１段蓄冷器１６を通じて圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが回収される。また、圧縮機吐出口１２ａから第１段蓄冷器１６、第２段蓄冷器２２を通じて第２段パルス管２４に作動ガスが供給され、第２段パルス管２４から第２段蓄冷器２２、第１段蓄冷器１６を通じて圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが回収される。 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 through the first stage regenerator 16 to the first stage pulse tube 18, and the working gas flows from the first stage pulse tube 18 through the first stage regenerator 16 to the compressor suction port 12b. be recovered. Further, the working gas is supplied from the compressor discharge port 12a to the second stage pulse tube 24 through the first stage regenerator 16 and the second stage regenerator 22, and from the second stage pulse tube 24 to the second stage regenerator 22 and the The working gas is recovered through the first stage regenerator 16 to the compressor suction port 12b.

圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂはそれぞれ、パルス管冷凍機１０の高圧源および低圧源として機能する。作動ガスは、冷媒ガスとも称され、例えばヘリウムガスである。なお一般に高圧ＰＨ及び低圧ＰＬはともに大気圧より顕著に高い。 Compressor discharge port 12a and compressor suction port 12b function as a high pressure source and a low pressure source of pulse tube refrigerator 10, respectively. The working gas is also called refrigerant gas, for example helium gas. In general, both high pressure PH and low pressure PL are significantly higher than atmospheric pressure.

主圧力切換弁１４は、主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２とを有する。副圧力切換弁２０は、副吸気開閉弁Ｖ３と副排気開閉弁Ｖ４とを有する。 The main pressure switching valve 14 has a main intake opening/closing valve V1 and a main exhaust opening/closing valve V2. The sub pressure switching valve 20 has a sub intake opening/closing valve V3 and a sub exhaust opening/closing valve V4.

パルス管冷凍機１０には、高圧ライン１３ａおよび低圧ライン１３ｂが設けられている。高圧ライン１３ａを通じて、高圧ＰＨの作動ガスが圧縮機１２からコールドヘッド１１に流れる。低圧ライン１３ｂを通じて、低圧ＰＬの作動ガスがコールドヘッド１１から圧縮機１２に流れる。高圧ライン１３ａは、圧縮機吐出口１２ａを吸気開閉弁（Ｖ１、Ｖ３）に接続する。低圧ライン１３ｂは、圧縮機吸入口１２ｂを排気開閉弁（Ｖ２、Ｖ４）に接続する。 The pulse tube refrigerator 10 is provided with a high pressure line 13a and a low pressure line 13b. A high pressure PH working gas flows from the compressor 12 to the cold head 11 through the high pressure line 13a. A low-pressure PL working gas flows from the cold head 11 to the compressor 12 through the low-pressure line 13b. A high-pressure line 13a connects the compressor discharge port 12a to the intake on-off valves (V1, V3). The low pressure line 13b connects the compressor suction port 12b to the exhaust on-off valves (V2, V4).

第１段蓄冷器１６は、第１段蓄冷器高温端１６ａと、第１段蓄冷器低温端１６ｂとを有し、第１段蓄冷器高温端１６ａから第１段蓄冷器低温端１６ｂへと縦方向Ａに延在する。第１段蓄冷器高温端１６ａおよび第１段蓄冷器低温端１６ｂはそれぞれ、第１段蓄冷器１６の第１端および第２端とも称しうる。同様に、第２段蓄冷器２２は、第２段蓄冷器高温端２２ａと、第２段蓄冷器低温端２２ｂとを有し、第２段蓄冷器高温端２２ａから第２段蓄冷器低温端２２ｂへと縦方向Ａに延在する。第２段蓄冷器高温端２２ａおよび第２段蓄冷器低温端２２ｂはそれぞれ、第２段蓄冷器２２の第１端および第２端とも称しうる。第１段蓄冷器低温端１６ｂが、第２段蓄冷器高温端２２ａに連通している。 The first stage regenerator 16 has a first stage regenerator hot end 16a and a first stage regenerator cold end 16b. It extends in the longitudinal direction A. First stage regenerator hot end 16a and first stage regenerator cold end 16b may also be referred to as first and second ends of first stage regenerator 16, respectively. Similarly, the second stage regenerator 22 has a second stage regenerator hot end 22a and a second stage regenerator cold end 22b, with a second stage regenerator hot end 22a to a second stage regenerator cold end 22a. 22b in longitudinal direction A. Second stage regenerator hot end 22a and second stage regenerator cold end 22b may also be referred to as first and second ends of second stage regenerator 22, respectively. The first stage regenerator low temperature end 16b communicates with the second stage regenerator high temperature end 22a.

第１段パルス管１８は、第１段パルス管高温端１８ａと、第１段パルス管低温端１８ｂとを有し、第１段パルス管高温端１８ａから第１段パルス管低温端１８ｂへと縦方向Ａに延在する。第１段パルス管高温端１８ａおよび第１段パルス管低温端１８ｂはそれぞれ、第１段パルス管１８の第１端および第２端とも称しうる。 The first stage pulse tube 18 has a first stage pulse tube hot end 18a and a first stage pulse tube cold end 18b, with a pulse from first stage pulse tube hot end 18a to first stage pulse tube cold end 18b. It extends in the longitudinal direction A. First stage pulse tube hot end 18a and first stage pulse tube cold end 18b may also be referred to as first and second ends of first stage pulse tube 18, respectively.

同様に、第２段パルス管２４は、第２段パルス管高温端２４ａと、第２段パルス管低温端２４ｂとを有し、第２段パルス管高温端２４ａから第２段パルス管低温端２４ｂへと縦方向Ａに延在する。第２段パルス管高温端２４ａおよび第２段パルス管低温端２４ｂはそれぞれ、第２段パルス管２４の第１端および第２端とも称しうる。 Similarly, the second stage pulse tube 24 has a second stage pulse tube hot end 24a and a second stage pulse tube cold end 24b, and has a second stage pulse tube hot end 24a to a second stage pulse tube cold end 24a. 24b in longitudinal direction A. Second stage pulse tube hot end 24a and second stage pulse tube cold end 24b may also be referred to as first and second ends of second stage pulse tube 24, respectively.

例示的な構成においては、蓄冷器（１６、２２）は内部に蓄冷材を充填した円筒状の管であり、パルス管（１８、２４）は内部を空洞とする円筒状の管である。 In an exemplary configuration, the regenerators (16, 22) are cylindrical tubes filled with regenerator material, and the pulse tubes (18, 24) are hollow cylindrical tubes.

パルス管（１８、２４）の両端それぞれには、パルス管の軸方向に垂直な面内での作動ガス流速分布を均一化し、または所望の分布に調整するための整流器が設けられていてもよい。この整流器は、熱交換器としても機能する。 Both ends of the pulse tubes (18, 24) may be provided with rectifiers for equalizing the working gas flow velocity distribution in a plane perpendicular to the axial direction of the pulse tube or adjusting it to a desired distribution. . This rectifier also functions as a heat exchanger.

コールドヘッド１１は、第１段冷却ステージ２８と第２段冷却ステージ３０とを備える。 The coldhead 11 comprises a first stage cooling stage 28 and a second stage cooling stage 30 .

第１段蓄冷器１６および第１段パルス管１８は第１段冷却ステージ２８から同方向に延びており、第１段蓄冷器高温端１６ａおよび第１段パルス管高温端１８ａは、第１段冷却ステージ２８に対して同じ側に配置されている。このようにして、第１段蓄冷器１６、第１段パルス管１８、および第１段冷却ステージ２８は、Ｕ字状に配置されている。同様に、第２段蓄冷器２２および第２段パルス管２４は第２段冷却ステージ３０から同方向に延びており、第２段蓄冷器高温端２２ａおよび第２段パルス管高温端２４ａは、第２段冷却ステージ３０に対して同じ側に配置されている。このようにして、第２段蓄冷器２２、第２段パルス管２４、および第２段冷却ステージ３０は、Ｕ字状に配置されている。 First stage regenerator 16 and first stage pulse tube 18 extend in the same direction from first stage cooling stage 28, and first stage regenerator hot end 16a and first stage pulse tube hot end 18a are connected to the first stage. It is arranged on the same side with respect to the cooling stage 28 . In this manner, the first stage regenerator 16, first stage pulse tube 18, and first stage cooling stage 28 are arranged in a U-shape. Similarly, second stage regenerator 22 and second stage pulse tube 24 extend in the same direction from second stage cooling stage 30, second stage regenerator hot end 22a and second stage pulse tube hot end 24a It is arranged on the same side with respect to the second stage cooling stage 30 . Thus, the second stage regenerator 22, the second stage pulse tube 24, and the second stage cooling stage 30 are arranged in a U shape.

第１段パルス管低温端１８ｂと第１段蓄冷器低温端１６ｂは、第１段冷却ステージ２８によって、構造的に接続され熱的に結合されている。第１段冷却ステージ２８には、第１段蓄冷器低温端１６ｂと第１段パルス管低温端１８ｂとの間で作動ガスが流れることができるように、両者を連通する第１段連通路２９が形成されている。 First stage pulse tube cold end 18 b and first stage regenerator cold end 16 b are structurally connected and thermally coupled by first stage cooling stage 28 . In the first stage cooling stage 28, a first stage communication passage 29 communicates between the first stage regenerator low temperature end 16b and the first stage pulse tube low temperature end 18b so that the working gas can flow between them. is formed.

同様に、第２段パルス管低温端２４ｂと第２段蓄冷器低温端２２ｂは、第２段冷却ステージ３０によって、構造的に接続され熱的に結合されている。第２段冷却ステージ３０には、第２段蓄冷器低温端２２ｂと第２段パルス管低温端２４ｂとの間で作動ガスが流れることができるように、両者を連通する第２段連通路３１が形成されている。 Similarly, second stage pulse tube cold end 24 b and second stage regenerator cold end 22 b are structurally connected and thermally coupled by second stage cooling stage 30 . In the second stage cooling stage 30, a second stage communication passage 31 communicates between the second stage regenerator low temperature end 22b and the second stage pulse tube low temperature end 24b so that the working gas can flow between them. is formed.

冷却ステージ（２８、３０）は、例えば銅などの高熱伝導率の金属材料で形成されている。蓄冷器（１６、２２）の筒部およびパルス管（１８、２４）は、冷却ステージ（２８、３０）に比べて熱伝導率の低い材料、例えばステンレス鋼などの金属材料で形成されている。 The cooling stages (28, 30) are made of a metal material with high thermal conductivity, for example copper. The cylindrical parts of the regenerators (16, 22) and the pulse tubes (18, 24) are made of a material having a lower thermal conductivity than the cooling stages (28, 30), such as a metal material such as stainless steel.

第２段冷却ステージ３０には、冷却されるべき物体（図示せず）が熱的に結合される。物体は、第２段冷却ステージ３０上に直接設置され、または第２段冷却ステージ３０に剛性または可撓性の伝熱部材を介して熱的に結合されてもよい。パルス管冷凍機１０は、第２段冷却ステージ３０からの伝導冷却によって物体を冷却することができる。なおパルス管冷凍機１０によって冷却される物体は、限定しない例として、超伝導電磁石またはその他の超伝導装置、あるいは赤外線撮像素子またはその他のセンサであってもよい。パルス管冷凍機１０は第２段冷却ステージ３０に接触する気体または液体を冷却することもできる。 An object (not shown) to be cooled is thermally coupled to the second cooling stage 30 . The object may be placed directly on the second stage cooling stage 30 or thermally coupled to the second stage cooling stage 30 via a rigid or flexible heat transfer member. The pulse tube refrigerator 10 can cool the object by conduction cooling from the second stage cooling stage 30 . Note that the object cooled by the pulse tube refrigerator 10 may be, as non-limiting examples, a superconducting electromagnet or other superconducting device, or an infrared imager or other sensor. The pulse tube refrigerator 10 can also cool gas or liquid contacting the second cooling stage 30 .

また、言うまでもなく、第２段冷却ステージ３０によって冷却される物体とは異なる物体が、第１段冷却ステージ２８によって冷却されてもよい。たとえば、第１段冷却ステージ２８には、第２段冷却ステージ３０への熱侵入を低減または防止するための輻射シールドが熱的に結合されていてもよい。 It will also be appreciated that objects other than those cooled by the second stage cooling stage 30 may be cooled by the first stage cooling stage 28 . For example, first stage cooling stage 28 may be thermally coupled with a radiation shield to reduce or prevent heat entry into second stage cooling stage 30 .

一方、第１段蓄冷器高温端１６ａ、第１段パルス管高温端１８ａ、および第２段パルス管高温端２４ａは、フランジ部３６によって接続されている。フランジ部３６は、パルス管冷凍機１０が設置される支持台または支持壁などの支持部３８に取り付けられる。支持部３８は、冷却ステージ（２８、３０）および被冷却物を収容する断熱容器または真空容器の壁材またはその他の部位であってもよい。 On the other hand, the first stage regenerator high temperature end 16a, the first stage pulse tube high temperature end 18a, and the second stage pulse tube high temperature end 24a are connected by a flange portion . The flange portion 36 is attached to a support portion 38 such as a support table or a support wall on which the pulse tube refrigerator 10 is installed. The support 38 may be the wall material or other part of an insulated or vacuum vessel containing the cooling stages (28, 30) and the object to be cooled.

フランジ部３６の一方の主表面からパルス管（１８、２４）および蓄冷器（１６、２２）が冷却ステージ（２８、３０）へと延び、フランジ部３６の他方の主表面にはバルブ部４０が設けられている。バルブ部４０には、主圧力切換弁１４および副圧力切換弁２０が収容されている。したがって、支持部３８が断熱容器または真空容器の一部を構成する場合には、フランジ部３６が支持部３８に取り付けられるとき、パルス管（１８、２４）、蓄冷器（１６、２２）、および冷却ステージ（２８、３０）は、当該容器内に収容され、バルブ部４０は、容器外に配置される。 Pulse tubes (18, 24) and regenerators (16, 22) extend from one major surface of flange portion 36 to cooling stages (28, 30), and valve portion 40 extends from the other major surface of flange portion 36. is provided. The valve portion 40 accommodates the main pressure switching valve 14 and the sub pressure switching valve 20 . Thus, if the support 38 forms part of an insulated or vacuum vessel, when the flange 36 is attached to the support 38, the pulse tubes (18, 24), regenerators (16, 22), and The cooling stages (28, 30) are housed within the vessel and the valve section 40 is located outside the vessel.

なお、バルブ部４０は、フランジ部３６に直接取り付けられている必要はない。バルブ部４０は、パルス管冷凍機１０のコールドヘッド１１から分離して配置され、剛性または可撓性の配管によりコールドヘッド１１に接続されてもよい。こうして、パルス管冷凍機１０の位相制御機構がコールドヘッド１１から分離して配置されてもよい。 It should be noted that the valve portion 40 need not be directly attached to the flange portion 36 . The valve section 40 may be arranged separately from the cold head 11 of the pulse tube refrigerator 10 and connected to the cold head 11 by rigid or flexible piping. Thus, the phase control mechanism of the pulse tube refrigerator 10 may be arranged separately from the cold head 11 .

主圧力切換弁１４は、パルス管（１８、２４）内に圧力振動を生成すべく第１段蓄冷器高温端１６ａを圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように構成されている。主圧力切換弁１４は、主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２のうち一方が開いているとき他方は閉じているように構成されている。主圧力切換弁１４は、蓄冷器連通路３２を介して第１段蓄冷器高温端１６ａに接続されている。主吸気開閉弁Ｖ１が圧縮機吐出口１２ａを第１段蓄冷器高温端１６ａに接続し、主排気開閉弁Ｖ２が圧縮機吸入口１２ｂを第１段蓄冷器高温端１６ａに接続する。 The main pressure selector valve 14 is configured to alternately connect the first stage regenerator hot end 16a to the compressor discharge 12a and compressor suction 12b to produce pressure oscillations in the pulse tubes (18, 24). It is The main pressure switching valve 14 is configured such that when one of the main intake opening/closing valve V1 and the main exhaust opening/closing valve V2 is open, the other is closed. The main pressure switching valve 14 is connected via a regenerator communication passage 32 to the first stage regenerator high temperature end 16a. A main intake on/off valve V1 connects the compressor discharge 12a to the first stage regenerator hot end 16a, and a main exhaust on/off valve V2 connects the compressor inlet 12b to the first stage regenerator hot end 16a.

主吸気開閉弁Ｖ１が開いているとき、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、主吸気開閉弁Ｖ１、および蓄冷器連通路３２を通じて蓄冷器（１６、２２）に作動ガスが供給される。作動ガスはさらに、第１段蓄冷器１６から第１段連通路２９を通じて第１段パルス管１８に供給されるとともに、第２段蓄冷器２２から第２段連通路３１を通じて第２段パルス管２４に供給される。一方、主排気開閉弁Ｖ２が開いているとき、パルス管（１８、２４）から蓄冷器（１６、２２）、主排気開閉弁Ｖ２、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。 When the main intake opening/closing valve V1 is open, working gas is supplied from the compressor discharge port 12a to the regenerators (16, 22) through the high pressure line 13a, the main intake opening/closing valve V1, and the regenerator communication passage 32. The working gas is further supplied from the first stage regenerator 16 to the first stage pulse tube 18 through the first stage communication passage 29, and from the second stage regenerator 22 to the second stage pulse tube through the second stage communication passage 31. 24. On the other hand, when the main exhaust opening/closing valve V2 is open, the working gas is recovered from the pulse tube (18, 24) to the compressor suction port 12b through the regenerators (16, 22), the main exhaust opening/closing valve V2, and the low pressure line 13b. be done.

副圧力切換弁２０は、パルス管連通路３４を介して第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続する。副圧力切換弁２０は、副吸気開閉弁Ｖ３と副排気開閉弁Ｖ４のうち一方が開いているとき他方は閉じているように構成されている。副吸気開閉弁Ｖ３が圧縮機吐出口１２ａを第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方に接続し、副排気開閉弁Ｖ４が圧縮機吸入口１２ｂを第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方に接続する。 The auxiliary pressure switching valve 20 alternately connects both the first stage pulse tube high temperature end 18a and the second stage pulse tube high temperature end 24a to the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b via the pulse tube communication passage 34. do. The auxiliary pressure switching valve 20 is configured such that when one of the auxiliary intake opening/closing valve V3 and the auxiliary exhaust opening/closing valve V4 is open, the other is closed. An auxiliary intake on/off valve V3 connects the compressor discharge port 12a to both the first stage pulse tube high temperature end 18a and the second stage pulse tube high temperature end 24a, and an auxiliary exhaust on/off valve V4 connects the compressor suction port 12b to the first stage pulse tube high temperature end 24a. It connects to both the pulse tube hot end 18a and the second stage pulse tube hot end 24a.

パルス管連通路３４は、第１段パルス管高温端１８ａおよび第２段パルス管高温端２４ａと副圧力切換弁２０との間に分岐部４２を有する。パルス管連通路３４は、分岐部４２で第１パルス管流路４４と第２パルス管流路４６に分岐する。第１パルス管流路４４が副圧力切換弁２０を第１段パルス管高温端１８ａに接続し、第２パルス管流路４６が副圧力切換弁２０を第２段パルス管高温端２４ａに接続する。第１パルス管流路４４は第１流量調整要素２１を有し、第２パルス管流路４６は第２流量調整要素２７を有する。 The pulse tube communication passage 34 has a branch portion 42 between the first stage pulse tube high temperature end 18 a and the second stage pulse tube high temperature end 24 a and the auxiliary pressure switching valve 20 . The pulse tube communication passage 34 branches at a branch portion 42 into a first pulse tube flow path 44 and a second pulse tube flow path 46 . A first pulse tube flow path 44 connects the secondary pressure switching valve 20 to the first stage pulse tube hot end 18a, and a second pulse tube flow path 46 connects the secondary pressure switching valve 20 to the second stage pulse tube hot end 24a. do. The first pulse tube channel 44 has a first flow control element 21 and the second pulse tube channel 46 has a second flow control element 27 .

副吸気開閉弁Ｖ３が開いているとき、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、副吸気開閉弁Ｖ３、第１パルス管流路４４、および第１段パルス管高温端１８ａを通じて第１段パルス管１８に作動ガスが供給される。一方、副排気開閉弁Ｖ４が開いているとき、第１段パルス管１８から第１段パルス管高温端１８ａ、副排気開閉弁Ｖ４、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。 When the auxiliary intake on-off valve V3 is open, the first stage pulse tube flows from the compressor discharge port 12a through the high pressure line 13a, the auxiliary intake on-off valve V3, the first pulse tube flow path 44, and the first stage pulse tube high temperature end 18a. A working gas is supplied to 18 . On the other hand, when the auxiliary exhaust opening/closing valve V4 is open, the working gas is recovered from the first stage pulse tube 18 to the compressor suction port 12b through the first stage pulse tube high temperature end 18a, the auxiliary exhaust opening/closing valve V4, and the low pressure line 13b. be done.

また、副吸気開閉弁Ｖ３が開いているとき、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ、副吸気開閉弁Ｖ３、第２パルス管流路４６、および第２段パルス管高温端２４ａを通じて第２段パルス管２４に作動ガスが供給される。一方、副排気開閉弁Ｖ４が開いているとき、第２段パルス管２４から第２段パルス管高温端２４ａ、副排気開閉弁Ｖ４、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。 Further, when the auxiliary intake on/off valve V3 is open, the second stage air is supplied from the compressor discharge port 12a through the high pressure line 13a, the auxiliary intake on/off valve V3, the second pulse tube flow path 46, and the second stage pulse tube high temperature end 24a. A working gas is supplied to the pulse tube 24 . On the other hand, when the auxiliary exhaust opening/closing valve V4 is open, the working gas is recovered from the second stage pulse tube 24 to the compressor suction port 12b through the second stage pulse tube high temperature end 24a, the auxiliary exhaust opening/closing valve V4, and the low pressure line 13b. be done.

図２は、図１に示されるパルス管冷凍機１０のバルブ部４０に適用されうる例示的なバルブタイミングを示す図である。パルス管冷凍機１０の一周期の冷凍サイクルは、第１待機期間Ｗ１、吸気期間Ａ１、第２待機期間Ｗ２、排気期間Ａ２に分けられる。 FIG. 2 is a diagram showing exemplary valve timing that may be applied to the valve section 40 of the pulse tube refrigerator 10 shown in FIG. One refrigeration cycle of the pulse tube refrigerator 10 is divided into a first standby period W1, an intake period A1, a second standby period W2, and an exhaust period A2.

図２においては便宜上、一周期の冷凍サイクルが、第１待機期間Ｗ１の開始タイミングｔ０から始まり排気期間Ａ２の終了タイミングｔ８で終わるものとして図示している。排気期間Ａ２の終了タイミングｔ８は次の周期の冷凍サイクルの開始タイミングｔ０となる。 In FIG. 2, for the sake of convenience, one cycle of the refrigeration cycle is illustrated as starting at the start timing t0 of the first standby period W1 and ending at the end timing t8 of the exhaust period A2. The end timing t8 of the exhaust period A2 is the start timing t0 of the next refrigeration cycle.

主圧力切換弁１４は、第１待機期間Ｗ１、吸気期間Ａ１、第２待機期間Ｗ２、排気期間Ａ２を順番に繰り返すように構成されている。副圧力切換弁２０は、主圧力切換弁１４に先行して開放され、先行して閉鎖される。図２において、斜線を付した区間は、弁が開いていることを示す。 The main pressure switching valve 14 is configured to sequentially repeat a first waiting period W1, an intake period A1, a second waiting period W2, and an exhaust period A2. The auxiliary pressure switching valve 20 is opened prior to the main pressure switching valve 14 and closed prior to the main pressure switching valve 14 . In FIG. 2, the hatched section indicates that the valve is open.

第１待機期間Ｗ１においては、主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２の両方が閉鎖され、第１段蓄冷器高温端１６ａが圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂのどちらにも接続されない。吸気期間Ａ１においては、主吸気開閉弁Ｖ１が開放され主排気開閉弁Ｖ２が閉鎖され、第１段蓄冷器高温端１６ａが圧縮機吐出口１２ａに接続される。第２待機期間Ｗ２においては、再び主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２の両方が閉鎖され、第１段蓄冷器高温端１６ａが圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂのどちらにも接続されない。排気期間Ａ２においては、主吸気開閉弁Ｖ１が閉鎖され主排気開閉弁Ｖ２が開放され、第１段蓄冷器高温端１６ａが圧縮機吸入口１２ｂに接続される。 During the first standby period W1, both the main intake opening/closing valve V1 and the main exhaust opening/closing valve V2 are closed, and the first stage regenerator high temperature end 16a is connected to both the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b. not. During the intake period A1, the main intake opening/closing valve V1 is opened, the main exhaust opening/closing valve V2 is closed, and the first stage regenerator high temperature end 16a is connected to the compressor discharge port 12a. During the second waiting period W2, both the main intake opening/closing valve V1 and the main exhaust opening/closing valve V2 are closed again, and the first stage regenerator high temperature end 16a is connected to both the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b. Not connected. During the exhaust period A2, the main intake opening/closing valve V1 is closed, the main exhaust opening/closing valve V2 is opened, and the first stage regenerator high temperature end 16a is connected to the compressor suction port 12b.

副圧力切換弁２０は、第１待機期間Ｗ１の１／２（または１／３、または１／４）が経過するまでに第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吐出口１２ａに接続する。副圧力切換弁２０は、吸気期間Ａ１が経過するまでにこの接続を絶つ。また、副圧力切換弁２０は、第２待機期間Ｗ２の１／２（または１／３、または１／４）が経過するまでに第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吸入口１２ｂに接続する。副圧力切換弁２０は、排気期間Ａ２が経過するまでにこの接続を絶つ。 The auxiliary pressure switching valve 20 switches between the first stage pulse tube high temperature end 18a and the second stage pulse tube high temperature end 24a before 1/2 (or 1/3 or 1/4) of the first waiting period W1 elapses. Both are connected to the compressor discharge port 12a. The auxiliary pressure switching valve 20 breaks this connection before the intake period A1 elapses. In addition, the auxiliary pressure switching valve 20 switches between the first stage pulse tube high temperature end 18a and the second stage pulse tube high temperature end until 1/2 (or 1/3, or 1/4) of the second standby period W2 elapses. 24a are both connected to the compressor intake 12b. The auxiliary pressure switching valve 20 breaks this connection before the exhaust period A2 elapses.

図２に示されるように、副吸気開閉弁Ｖ３を開くタイミングｔ１は、第１待機期間Ｗ１の開始タイミングｔ０と（ｔ２－ｔ０）／２との間に設定される。ここで、（ｔ２－ｔ０）／２は、第１待機期間Ｗ１の開始タイミングｔ０と吸気期間Ａ１の開始タイミングｔ２の差の半分である。あるいは、副吸気開閉弁Ｖ３を開くタイミングｔ１は、ｔ０により近くてもよく、例えば、ｔ０から（ｔ２－ｔ０）／３の間、またはｔ０から（ｔ２－ｔ０）／４の間に設定されてもよい。副吸気開閉弁Ｖ３を閉じるタイミングｔ３は、吸気期間Ａ１の間（すなわち、ｔ２からｔ４の間）に設定される。 As shown in FIG. 2, the timing t 1 for opening the auxiliary intake valve V3 is set between the start timing t 0 and (t 2 −t 0 )/2 of the first waiting period W1. Here, (t 2 −t 0 )/2 is half the difference between the start timing t 0 of the first waiting period W1 and the start timing t 2 of the intake period A1. Alternatively, the timing t 1 for opening the auxiliary intake on-off valve V3 may be closer to t 0 , for example, between t 0 and (t 2 −t 0 )/3, or between t 0 and (t 2 −t 0 ). /4. The timing t3 for closing the auxiliary intake opening/closing valve V3 is set during the intake period A1 (that is, between t2 and t4 ).

副排気開閉弁Ｖ４を開くタイミングｔ５は、第２待機期間Ｗ２の開始タイミングｔ４と（ｔ６－ｔ４）／２との間に設定される。ここで、（ｔ６－ｔ４）／２は、第２待機期間Ｗ２の開始タイミングｔ４と排気期間Ａ２の開始タイミングｔ６の差の半分である。あるいは、副排気開閉弁Ｖ４を開くタイミングｔ５は、ｔ４により近くてもよく、例えば、ｔ４から（ｔ６－ｔ４）／３の間、またはｔ４から（ｔ６－ｔ４）／４の間に設定されてもよい。副排気開閉弁Ｖ４を閉じるタイミングｔ７は、排気期間Ａ２の間（すなわち、ｔ６からｔ８の間）に設定される。 The timing t 5 for opening the auxiliary exhaust opening/closing valve V4 is set between the start timing t 4 of the second waiting period W2 and (t 6 −t 4 )/2. Here, (t 6 −t 4 )/2 is half the difference between the start timing t 4 of the second waiting period W2 and the start timing t 6 of the exhaust period A2. Alternatively, the timing t 5 for opening the auxiliary exhaust on-off valve V4 may be closer to t 4 , for example, between t 4 and (t 6 −t 4 )/3, or between t 4 and (t 6 −t 4 ). /4. The timing t7 for closing the auxiliary exhaust opening/closing valve V4 is set during the exhaust period A2 (that is, between t6 and t8 ).

典型的な二段パルス管冷凍機は並列配置された２つの副圧力切換弁を有し、一方が第１段パルス管に接続され他方が第２段パルス管に接続されている。こうした典型的な設計では、第１段の副圧力切換弁のバルブタイミングを主圧力切換弁に対してごくわずかに先行させることによって、第１段の冷凍能力が最大化されうる。破線矢印Ｄで図示されるように、第１段の副圧力切換弁を開くタイミングは、例えば、（ｔ２－ｔ０）／２からｔ２の間に設定される。第１段の副圧力切換弁は、実施の形態に係る副圧力切換弁２０とは異なり、第１待機期間Ｗ１の１／２が経過した後に開かれる。 A typical two-stage pulse tube refrigerator has two auxiliary pressure switching valves arranged in parallel, one connected to the first stage pulse tube and the other connected to the second stage pulse tube. In such a typical design, first stage refrigeration capacity may be maximized by leading the valve timing of the first stage secondary pressure reversal valve by a very small amount relative to the main pressure reversal valve. As illustrated by the dashed arrow D, the timing of opening the first stage auxiliary pressure switching valve is set between (t 2 −t 0 )/2 and t 2 , for example. Unlike the secondary pressure switching valve 20 according to the embodiment, the first stage secondary pressure switching valve is opened after 1/2 of the first standby period W1 has elapsed.

ところが、本発明者の検討によれば、副吸気開閉弁Ｖ３が第１待機期間Ｗ１の１／２（または１／３、または１／４）が経過するまでに開放され、副排気開閉弁Ｖ４が第２待機期間Ｗ２の１／２（または１／３、または１／４）が経過するまでに開放されることによって、上述の典型的なパルス管冷凍機と同等の冷凍性能を実現することができる。 However, according to the study of the present inventor, the auxiliary intake opening/closing valve V3 is opened before 1/2 (or 1/3, or 1/4) of the first waiting period W1 elapses, and the auxiliary exhaust opening/closing valve V4 is opened. is opened before 1/2 (or 1/3, or 1/4) of the second waiting period W2 has elapsed, thereby realizing a refrigeration performance equivalent to that of the typical pulse tube refrigerator described above. can be done.

したがって、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０は、副圧力切換弁２０が第１段パルス管１８と第２段パルス管２４に共用され、それによりバルブ部４０の構造が簡素化されるとともに、良好な冷凍性能を提供することができ、有利である。 Therefore, in the pulse tube refrigerator 10 according to the embodiment, the auxiliary pressure switching valve 20 is shared by the first stage pulse tube 18 and the second stage pulse tube 24, thereby simplifying the structure of the valve section 40. , can provide good refrigeration performance, which is advantageous.

なお、これらのバルブ（Ｖ１～Ｖ４）のバルブタイミングとしては、図２に例示されるものだけでなく、既存の４バルブ型パルス管冷凍機に適用しうる種々のバルブタイミングを採用することができる。 The valve timings of these valves (V1 to V4) are not limited to those shown in FIG. 2, and various valve timings applicable to existing 4-valve pulse tube refrigerators can be adopted. .

バルブ（Ｖ１～Ｖ４）の具体的構成は種々ありうる。例えば、一群のバルブ（Ｖ１～Ｖ４）は、例えば電磁開閉弁などの複数の個別に制御可能なバルブの形式をとってもよい。バルブ（Ｖ１～Ｖ４）は、ロータリーバルブとして構成されてもよい。 Various specific configurations of the valves (V1 to V4) are possible. For example, the group of valves (V1-V4) may take the form of a plurality of individually controllable valves, such as electromagnetic on-off valves. The valves (V1-V4) may be configured as rotary valves.

図３は、図１に示されるパルス管冷凍機１０のバルブ部４０に適用されうる例示的なロータリーバルブを示す概略図である。図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ、図３に示されるロータリーバルブのバルブステータ４８およびバルブロータ５０を示す概略図である。図４（ａ）および図４（ｂ）には、ロータリーバルブのバルブ摺動面５２における流路配置が示されている。図から理解されるように、このロータリーバルブは１８０度の回転で一周期の冷凍サイクルが行われるように構成されている。 FIG. 3 is a schematic diagram showing an exemplary rotary valve that can be applied to the valve section 40 of the pulse tube refrigerator 10 shown in FIG. 4(a) and 4(b) are schematic diagrams showing the valve stator 48 and valve rotor 50, respectively, of the rotary valve shown in FIG. FIGS. 4(a) and 4(b) show the flow path arrangement on the valve sliding surface 52 of the rotary valve. As can be seen from the figure, this rotary valve is constructed so that one refrigerating cycle is performed by rotating it by 180 degrees.

ロータリーバルブのバルブステータ４８およびバルブロータ５０は、バルブハウジング５４に収容され、両者はバルブ摺動面５２で互いに面接触するように隣接して配置されている。バルブステータ４８は、バルブハウジング５４に固定されている。バルブ駆動モータ５６がバルブハウジング５４の外側に設置され、バルブ駆動モータ５６の出力軸がバルブハウジング５４を貫通してバルブロータ５０へと延びている。 A valve stator 48 and a valve rotor 50 of the rotary valve are accommodated in a valve housing 54 and are arranged adjacent to each other so as to be in surface contact with each other on a valve sliding surface 52 . The valve stator 48 is fixed to the valve housing 54 . A valve drive motor 56 is installed outside the valve housing 54 , and an output shaft of the valve drive motor 56 extends through the valve housing 54 to the valve rotor 50 .

バルブハウジング５４の内部には、圧力室５８が形成され、バルブロータ５０およびバルブステータ４８は、圧力室５８に配置されている。一例として、圧力室５８には、低圧ライン１３ｂが接続され、低圧ＰＬが導入されている。バルブステータ４８には、高圧ライン１３ａ、蓄冷器連通路３２、およびパルス管連通路３４が接続されている。 A pressure chamber 58 is formed inside the valve housing 54 , and the valve rotor 50 and the valve stator 48 are arranged in the pressure chamber 58 . As an example, the pressure chamber 58 is connected to the low pressure line 13b to introduce the low pressure PL. The valve stator 48 is connected to the high-pressure line 13 a , the regenerator communication passage 32 and the pulse tube communication passage 34 .

バルブステータ４８の中心部には、バルブロータ５０の回転軸に沿って高圧導入路４８ａが貫通している。また、バルブステータ４８の外周部には、２つの蓄冷器連通穴４８ｂおよび２つのパルス管連通穴４８ｃがバルブロータ５０の回転軸の方向に貫通している。２つの蓄冷器連通穴４８ｂは、バルブロータ５０の回転軸を中心とする円周上で周方向に１８０度間隔で配置されている。２つのパルス管連通穴４８ｃは、蓄冷器連通穴４８ｂと同じ円周上で周方向に１８０度間隔で配置されている。ただし、蓄冷器連通穴４８ｂとパルス管連通穴４８ｃは周方向に所望の角度ずらして配置されている。 A high-pressure introduction passage 48 a extends through the center of the valve stator 48 along the rotation axis of the valve rotor 50 . Two regenerator communication holes 48 b and two pulse tube communication holes 48 c penetrate through the outer peripheral portion of the valve stator 48 in the direction of the rotation axis of the valve rotor 50 . The two regenerator communication holes 48b are arranged at intervals of 180 degrees in the circumferential direction on the circumference around the rotation axis of the valve rotor 50. As shown in FIG. The two pulse tube communication holes 48c are arranged at intervals of 180 degrees in the circumferential direction on the same circumference as the regenerator communication holes 48b. However, the regenerator communication hole 48b and the pulse tube communication hole 48c are arranged with a desired angle in the circumferential direction.

また、バルブロータ５０には、高圧凹部５０ａと２つの低圧凹部５０ｂが形成されている。高圧凹部５０ａは、バルブ摺動面５２上でバルブ摺動面５２の直径に沿って形成されている。高圧凹部５０ａは、バルブステータ４８とバルブロータ５０との面接触により圧力室５８からシールされ、圧力室５８に連通していない。高圧ライン１３ａは、バルブステータ４８の高圧導入路４８ａを通じてバルブロータ５０の高圧凹部５０ａに常時接続されている。２つの低圧凹部５０ｂは、バルブロータ５０の外周部に形成され、圧力室５８の一部となっている。よって、低圧ライン１３ｂは、低圧凹部５０ｂに常時接続されている。 Further, the valve rotor 50 is formed with a high-pressure recess 50a and two low-pressure recesses 50b. The high pressure recess 50 a is formed on the valve sliding surface 52 along the diameter of the valve sliding surface 52 . The high-pressure recess 50 a is sealed from the pressure chamber 58 by surface contact between the valve stator 48 and the valve rotor 50 and does not communicate with the pressure chamber 58 . The high pressure line 13 a is always connected to the high pressure recess 50 a of the valve rotor 50 through the high pressure introduction passage 48 a of the valve stator 48 . The two low-pressure recesses 50b are formed on the outer periphery of the valve rotor 50 and form part of the pressure chambers 58. As shown in FIG. Therefore, the low pressure line 13b is always connected to the low pressure recess 50b.

バルブステータ４８とバルブハウジング５４の間にはいくつかのシール部材（例えばＯリング）が装着され、バルブ部４０の内部における高圧ライン１３ａ、蓄冷器連通路３２、およびパルス管連通路３４の間での直接の作動ガスの流通は防止される。 Several sealing members (for example, O-rings) are mounted between the valve stator 48 and the valve housing 54, and between the high-pressure line 13a, the regenerator communication passage 32, and the pulse tube communication passage 34 inside the valve section 40. direct working gas flow is prevented.

バルブ駆動モータ５６の駆動により出力軸が回転し、それにより、バルブロータ５０がバルブステータ４８に対して回転摺動する。バルブロータ５０の回転（矢印Ｒで示す）に伴ってバルブ摺動面５２で流路接続が周期的に切り替わる。 The drive of the valve drive motor 56 rotates the output shaft, whereby the valve rotor 50 rotates and slides with respect to the valve stator 48 . As the valve rotor 50 rotates (indicated by an arrow R), the valve sliding surface 52 periodically switches the flow channel connection.

バルブロータ５０の高圧凹部５０ａと低圧凹部５０ｂがバルブステータ４８の蓄冷器連通穴４８ｂを交互に通過するので、バルブ部４０は、高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂを蓄冷器連通路３２に交互に接続する。よって、バルブ部４０は、第１段蓄冷器高温端１６ａを圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように動作可能である。 Since the high-pressure recess 50a and the low-pressure recess 50b of the valve rotor 50 alternately pass through the regenerator communication hole 48b of the valve stator 48, the valve section 40 alternately connects the high-pressure line 13a and the low-pressure line 13b to the regenerator communication passage 32. do. Thus, valve assembly 40 is operable to alternately connect first stage regenerator hot end 16a to compressor discharge 12a and compressor inlet 12b.

また、バルブロータ５０の高圧凹部５０ａと低圧凹部５０ｂがバルブステータ４８のパルス管連通穴４８ｃを交互に通過するので、バルブ部４０は、高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂをパルス管連通路３４に交互に接続する。上述のように、パルス管連通路３４は分岐部４２、第１パルス管流路４４、および第２パルス管流路４６を有する。よって、バルブ部４０は、第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように動作可能である。 Since the high-pressure recess 50a and the low-pressure recess 50b of the valve rotor 50 alternately pass through the pulse tube communication hole 48c of the valve stator 48, the valve section 40 alternately connects the high-pressure line 13a and the low-pressure line 13b to the pulse tube communication passage 34. connect to. As described above, pulse tube communication passage 34 has branch 42 , first pulse tube flow path 44 and second pulse tube flow path 46 . Thus, valve assembly 40 is operable to alternately connect both first stage pulse tube hot end 18a and second stage pulse tube hot end 24a to compressor discharge 12a and compressor suction 12b.

ロータリーバルブとしてのバルブ部４０の具体的な流路構成は、上述の具体例には限られず、種々ありうる。例えば、上述の説明では、圧力室５８に低圧ライン１３ｂが接続され、バルブステータ４８に高圧ライン１３ａが接続されているが、これとは逆に、バルブステータ４８に低圧ライン１３ｂが接続され、圧力室５８に高圧ライン１３ａが接続される構成も可能である。 A specific flow path configuration of the valve portion 40 as a rotary valve is not limited to the above-described specific example, and various configurations are possible. For example, in the above description, the low pressure line 13b is connected to the pressure chamber 58, and the high pressure line 13a is connected to the valve stator 48. Conversely, the low pressure line 13b is connected to the valve stator 48, A configuration in which the high-pressure line 13a is connected to the chamber 58 is also possible.

このように、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０においては、副圧力切換弁２０が第１段パルス管１８と第２段パルス管２４に共用されている。パルス管連通路３４は、第１段パルス管高温端１８ａおよび第２段パルス管高温端２４ａと副圧力切換弁２０との間に分岐部４２を有する。パルス管連通路３４は、分岐部４２で第１パルス管流路４４と第２パルス管流路４６に分岐する。第１パルス管流路４４が副圧力切換弁２０を第１段パルス管高温端１８ａに接続し、第２パルス管流路４６が副圧力切換弁２０を第２段パルス管高温端２４ａに接続する。したがって、パルス管冷凍機１０は、多段式のパルス管冷凍機であるにもかかわらず、単段式のパルス管冷凍機に用いられるものと同じ構造のバルブ部４０を採用することができる。よって、簡素なバルブ構成をもつパルス管冷凍機が提供される。 Thus, in the pulse tube refrigerator 10 according to the embodiment, the auxiliary pressure switching valve 20 is shared by the first stage pulse tube 18 and the second stage pulse tube 24 . The pulse tube communication passage 34 has a branch portion 42 between the first stage pulse tube high temperature end 18 a and the second stage pulse tube high temperature end 24 a and the auxiliary pressure switching valve 20 . The pulse tube communication passage 34 branches at a branch portion 42 into a first pulse tube flow path 44 and a second pulse tube flow path 46 . A first pulse tube flow path 44 connects the secondary pressure switching valve 20 to the first stage pulse tube hot end 18a, and a second pulse tube flow path 46 connects the secondary pressure switching valve 20 to the second stage pulse tube hot end 24a. do. Therefore, although the pulse tube refrigerator 10 is a multistage pulse tube refrigerator, it is possible to employ the valve section 40 having the same structure as that used in a single stage pulse tube refrigerator. Therefore, a pulse tube refrigerator with a simple valve configuration is provided.

また、第１パルス管流路４４には第１流量調整要素２１が設けられ、第２パルス管流路４６には第２流量調整要素２７が設けられている。第１流量調整要素２１および第２流量調整要素２７の流路抵抗を個別に予め適切に設定することにより、パルス管冷凍機１０の第１段と第２段それぞれにおける位相制御の微調整をすることができる。これは、パルス管冷凍機１０の第１段と第２段それぞれの冷凍能力を最大化することに役立つ。 A first flow rate adjusting element 21 is provided in the first pulse tube flow path 44 , and a second flow rate adjusting element 27 is provided in the second pulse tube flow path 46 . Fine adjustment of the phase control in each of the first stage and the second stage of the pulse tube refrigerator 10 is performed by appropriately setting the flow path resistances of the first flow rate adjusting element 21 and the second flow rate adjusting element 27 individually in advance. be able to. This helps maximize the refrigeration capacity of each of the first and second stages of pulse tube refrigerator 10 .

図５は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の他の一例を示す概略図である。バルブ部４０（すなわち主圧力切換弁１４および副圧力切換弁２０）は、コールドヘッド１１から取り外し可能に接続されている。 FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of the pulse tube refrigerator 10 according to the embodiment. The valve section 40 (that is, the main pressure switching valve 14 and the sub pressure switching valve 20) is detachably connected to the cold head 11. As shown in FIG.

蓄冷器連通路３２は、主圧力切換弁１４を第１段蓄冷器１６に連結する蓄冷器連結配管６０を備え、蓄冷器連結配管６０は、主圧力切換弁１４および第１段蓄冷器高温端１６ａのそれぞれに着脱可能である。蓄冷器連結配管６０の両端は、セルフシーリング・カップリングのような着脱可能な継手６１を介して、主圧力切換弁１４および第１段蓄冷器高温端１６ａに着脱可能に取り付けられている。蓄冷器連結配管６０は、フレキシブル管またはリジッド管であってもよい。 The regenerator communication passage 32 includes regenerator connection piping 60 that connects the main pressure switching valve 14 to the first stage regenerator 16. The regenerator connection piping 60 connects the main pressure switching valve 14 and the first stage regenerator high temperature end. 16a can be attached and detached. Both ends of the regenerator connecting pipe 60 are detachably attached to the main pressure switching valve 14 and the first stage regenerator hot end 16a via detachable joints 61 such as self-sealing couplings. The regenerator connecting pipe 60 may be a flexible pipe or a rigid pipe.

パルス管連通路３４は、副圧力切換弁２０を分岐部４２に連結するパルス管連結配管６２を備え、パルス管連結配管６２は、副圧力切換弁２０および分岐部４２のそれぞれに着脱可能である。パルス管連結配管６２の両端は、セルフシーリング・カップリングのような着脱可能な継手６３を介して、副圧力切換弁２０および分岐部４２に着脱可能に取り付けられている。パルス管連結配管６２は、フレキシブル管またはリジッド管であってもよい。 The pulse tube communication passage 34 includes a pulse tube connection pipe 62 that connects the sub pressure switching valve 20 to the branch portion 42, and the pulse pipe connection pipe 62 is attachable/detachable to each of the sub pressure switch valve 20 and the branch portion 42. . Both ends of the pulse tube connecting pipe 62 are detachably attached to the auxiliary pressure switching valve 20 and the branch 42 via detachable joints 63 such as self-sealing couplings. The pulse tube connecting pipe 62 may be a flexible pipe or a rigid pipe.

上述のように、典型的な二段パルス管冷凍機は２つの副圧力切換弁を有し、一方が第１段パルス管に接続され他方が第２段パルス管に接続されている。こうした典型的な設計では、第１段パルス管用の連結配管と第２段パルス管用の連結配管が必要である。配管の容積は冷凍能力に寄与しない死容積であるから、なるべく小さいことが望ましい。 As mentioned above, a typical two-stage pulse tube refrigerator has two secondary pressure switching valves, one connected to the first stage pulse tube and the other connected to the second stage pulse tube. Such a typical design requires a connecting line for the first stage pulse tube and a connecting line for the second stage pulse tube. Since the volume of the piping is a dead volume that does not contribute to the refrigerating capacity, it is desirable that the volume be as small as possible.

実施の形態に係るパルス管冷凍機１０においては、副圧力切換弁２０が第１段パルス管１８と第２段パルス管２４に共用されている。そのため、副圧力切換弁２０を１本のパルス管連結配管６２で２つのパルス管（１８、２４）に接続することができる。典型的なパルス管冷凍機と比べると、連結配管による死容積を半分にすることができ、冷凍能力が向上されうる。また、配管による圧損も低減されうる。 In the pulse tube refrigerator 10 according to the embodiment, the auxiliary pressure switching valve 20 is shared by the first stage pulse tube 18 and the second stage pulse tube 24 . Therefore, the auxiliary pressure switching valve 20 can be connected to two pulse tubes (18, 24) with one pulse tube connecting pipe 62. FIG. Compared to a typical pulse tube refrigerator, the dead volume due to connecting pipes can be halved, and the cooling capacity can be improved. Also, pressure loss due to piping can be reduced.

また、バルブ部４０はコールドヘッド１１から取り外し可能であるので、作業者は、バルブ部４０をコールドヘッド１１から取り外してメンテナンスを施すことできる。あるいは、作業者は、バルブ部４０をコールドヘッド１１から取り外して、新品のまたはメンテナンス済みの他のバルブ部４０と交換することができる。 Further, since the valve section 40 is removable from the cold head 11, the operator can remove the valve section 40 from the cold head 11 for maintenance. Alternatively, the operator can remove the valve section 40 from the coldhead 11 and replace it with another new or maintained valve section 40 .

ところで、４バルブ型パルス管冷凍機では、圧縮機、パルス管および蓄冷器を含む形で作動ガスの循環経路が形成されうる。こうした循環経路には、「ＤＣフロー」とも称される、直流成分をもつガス流れが生成されうる。ＤＣフローは、パルス管冷凍機の冷凍性能に影響しうる。とりわけ、ＤＣフローが、パルス管高温端からパルス管低温端へと貫通する作動ガス流れを含む場合には、そうした作動ガス流れによりパルス管高温端からパルス管低温端へと顕著な入熱が与えられ、パルス管冷凍機の冷凍効率は低下しうる。 By the way, in a four-valve pulse tube refrigerator, a working gas circulation path can be formed including a compressor, a pulse tube, and a regenerator. A gas flow with a direct current component can be generated in such a circulation path, also referred to as a "DC flow". DC flow can affect the refrigeration performance of pulse tube refrigerators. In particular, when the DC flow includes a working gas flow penetrating from the pulse tube hot end to the pulse tube cold end, such working gas flow provides significant heat input from the pulse tube hot end to the pulse tube cold end. and the refrigeration efficiency of the pulse tube refrigerator can be reduced.

そこで、パルス管冷凍機１０は、ＤＣフロー制御流路６６を備えてもよい。ＤＣフロー制御流路６６は、副圧力切換弁２０と並列に配置され、第１段パルス管高温端１８ａと第２段パルス管高温端２４ａの両方を圧縮機吸入口１２ｂに接続する。ＤＣフロー制御流路６６は、副圧力切換弁２０と分岐部４２との間でパルス管連通路３４から分岐する。このようにして、ＤＣフロー制御流路６６も、第１段パルス管１８と第２段パルス管２４に共用されてもよい。 Therefore, the pulse tube refrigerator 10 may include a DC flow control channel 66 . A DC flow control path 66 is arranged in parallel with the secondary pressure selector valve 20 and connects both the first stage pulse tube hot end 18a and the second stage pulse tube hot end 24a to the compressor inlet 12b. The DC flow control channel 66 branches from the pulse tube communication channel 34 between the auxiliary pressure switching valve 20 and the branch portion 42 . In this manner, the DC flow control channel 66 may also be shared between the first stage pulse tube 18 and the second stage pulse tube 24 .

ＤＣフロー制御流路６６は、副圧力切換弁２０の副排気開閉弁Ｖ４と並列に設けられたＤＣフロー開閉弁６８およびＤＣフロー調整要素７０を有する。例示的なバルブタイミングにおいては、ＤＣフロー開閉弁６８は、図２に示される副排気開閉弁Ｖ４のバルブタイミングと同一でよい（すなわち、ＤＣフロー開閉弁６８は、ｔ５～ｔ７の間で開放され、他の期間は閉鎖されてもよい）。あるいは、ＤＣフロー開閉弁６８は、副排気開閉弁Ｖ４の開放中に一時的に開放されてもよい。ＤＣフロー調整要素７０は、第１流量調整要素２１と同様に、例えば、オリフィス、または絞り弁などの流路抵抗を含み、流路抵抗は、固定されていてもよいし、調整可能であってもよい。 The DC flow control flow path 66 has a DC flow on-off valve 68 and a DC flow adjustment element 70 provided in parallel with the sub-exhaust on-off valve V4 of the sub-pressure switching valve 20 . In an exemplary valve timing, the DC flow on-off valve 68 may be identical to the valve timing of the secondary exhaust on-off valve V4 shown in FIG . may be open and closed at other times). Alternatively, the DC flow on/off valve 68 may be temporarily opened while the secondary exhaust on/off valve V4 is open. The DC flow regulating element 70, like the first flow regulating element 21, includes a flow resistance, such as an orifice or throttle valve, which may be fixed or adjustable. good too.

図５に示されるように、コールドヘッド１１とバルブ部４０の連結のためにパルス管連結配管６２が使用されている場合には、ＤＣフロー制御流路６６は、副圧力切換弁２０とパルス管連結配管６２（副圧力切換弁２０側の継手６３）との間でパルス管連通路３４から分岐してもよい。このようにすれば、ＤＣフロー制御流路６６のための追加の連結配管をパルス管連結配管６２と並列に設ける必要がない。 As shown in FIG. 5, when the pulse tube connection pipe 62 is used to connect the cold head 11 and the valve unit 40, the DC flow control flow path 66 is connected to the auxiliary pressure switching valve 20 and the pulse tube. It may branch from the pulse tube communication passage 34 to the connection pipe 62 (the joint 63 on the side of the auxiliary pressure switching valve 20). In this way, there is no need to provide an additional connecting pipe for the DC flow control channel 66 in parallel with the pulse tube connecting pipe 62 .

ＤＣフロー制御流路６６は、ロータリーバルブに組み込まれてもよい。その場合、図４（ａ）に破線で示すように、バルブステータ４８のパルス管連通穴４８ｃと径方向に隣接して（例えば径方向に内側に）設けられてもよい。 A DC flow control channel 66 may be incorporated into a rotary valve. In that case, as indicated by the dashed line in FIG. 4A, it may be provided radially adjacent to (for example, radially inwardly of) the pulse tube communication hole 48c of the valve stator 48 .

図６は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０に適用されうるバッファライン７２の接続構成を一例を示す概略図である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the connection configuration of the buffer line 72 that can be applied to the pulse tube refrigerator 10 according to the embodiment.

第１段パルス管高温端１８ａには、バッファライン７２が接続されてもよい。バッファライン７２は、バッファタンクなどのバッファ容積７２ａと、オリフィスなどのバッファライン流量調整要素７２ｂとを有する。バッファ容積７２ａは、高圧ＰＨと低圧ＰＬとの中間圧（例えば高圧ＰＨと低圧ＰＬの平均圧）を有する作動ガスの中間圧源として働く。よって、第１段パルス管高温端１８ａとバッファ容積７２ａとの圧力差に応じて、第１段パルス管１８とバッファ容積７２ａとの間でバッファライン７２を通じて作動ガスが流れる。 A buffer line 72 may be connected to the first stage pulse tube hot end 18a. Buffer line 72 has a buffer volume 72a, such as a buffer tank, and a buffer line flow control element 72b, such as an orifice. Buffer volume 72a serves as an intermediate pressure source of working gas having an intermediate pressure between high PH and low PL (eg, the average pressure between high PH and low PL). Thus, working gas flows through the buffer line 72 between the first stage pulse tube 18 and the buffer volume 72a in response to the pressure difference between the first stage pulse tube hot end 18a and the buffer volume 72a.

第１段パルス管高温端１８ａには、第１接続口７４および第２接続口７６が設けられている。第１接続口７４と第２接続口７６は、互いに異なる位置にある。第１接続口７４には、パルス管連通路３４の第１パルス管流路４４が接続され、第２接続口７６には、バッファライン７２によりバッファ容積７２ａが接続されている。このように、バッファライン７２が副圧力切換弁２０と第１段パルス管高温端１８ａとの間でパルス管連通路３４に合流するのではなく、パルス管連通路３４とバッファライン７２は別々に第１段パルス管高温端１８ａに接続されている。 A first connection port 74 and a second connection port 76 are provided at the first stage pulse tube high temperature end 18a. The first connection port 74 and the second connection port 76 are located at different positions. The first connection port 74 is connected to the first pulse tube channel 44 of the pulse tube communication passage 34 , and the second connection port 76 is connected to the buffer volume 72 a through the buffer line 72 . Thus, instead of the buffer line 72 joining the pulse tube communication passage 34 between the secondary pressure switching valve 20 and the first stage pulse tube high temperature end 18a, the pulse tube communication passage 34 and the buffer line 72 are separated. It is connected to the first stage pulse tube hot end 18a.

第１接続口７４と第２接続口７６は、第１段パルス管高温端１８ａ上で径方向に互いに異なる位置にある。第１接続口７４が、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８から径方向外側に第１距離Ｃ１の位置に設けられ、第２接続口７６が、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８から径方向外側に第２距離Ｃ２の位置に設けられている。ここで、第１距離Ｃ１および第２距離Ｃ２は、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８から第１接続口７４および第２接続口７６の中心までの長さを示す。第１距離Ｃ１および第２距離Ｃ２はともに、第１接続口７４と第２接続口７６が第１段パルス管高温端１８ａの上面に配置されるべく、第１段パルス管１８の半径より短い。 The first connection port 74 and the second connection port 76 are located at radially different positions on the first stage pulse tube hot end 18a. A first connection port 74 is provided radially outward at a first distance C1 from the center 78 of the first stage pulse tube high temperature end 18a, and a second connection port 76 is provided at the center of the first stage pulse tube high temperature end 18a. It is provided at a second distance C2 radially outward from 78 . Here, the first distance C1 and the second distance C2 indicate the lengths from the center 78 of the first stage pulse tube high temperature end 18a to the centers of the first connection port 74 and the second connection port 76, respectively. Both the first distance C1 and the second distance C2 are less than the radius of the first stage pulse tube 18 so that the first connection port 74 and the second connection port 76 are located on the upper surface of the first stage pulse tube hot end 18a. .

第１距離Ｃ１は第２距離Ｃ２より長い。よって、第２接続口７６は、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８の近くに位置し、第１接続口７４は、第２接続口７６に比べて第１段パルス管高温端１８ａの外周の近くに位置する。例えば、第１距離Ｃ１は、第１段パルス管１８の半径の半分より長くてもよい。第２距離Ｃ２は、第１段パルス管１８の半径の半分より短くてもよい。第２接続口７６は、第１段パルス管高温端１８ａの中心７８に設けられてもよい。その場合、第２距離Ｃ２はゼロとなる。 The first distance C1 is longer than the second distance C2. Thus, the second port 76 is located closer to the center 78 of the first stage pulse tube hot end 18a, and the first port 74 is closer to the first stage pulse tube hot end 18a than the second port 76 is. located near the perimeter. For example, first distance C1 may be greater than half the radius of first stage pulse tube 18 . The second distance C 2 may be less than half the radius of the first stage pulse tube 18 . A second connection port 76 may be provided at the center 78 of the first stage pulse tube hot end 18a. In that case, the second distance C2 is zero.

第１接続口７４および第２接続口７６はともに、第１接続口７４および第２接続口７６それぞれを通じて第１段パルス管１８の軸方向に作動ガスが流れるように第１段パルス管高温端１８ａに設けられている。 The first connection port 74 and the second connection port 76 are both connected to the first stage pulse tube hot end such that the working gas flows in the axial direction of the first stage pulse tube 18 through the first connection port 74 and the second connection port 76 respectively. 18a.

ある例示的な設計では、バッファライン７２を第１段パルス管高温端１８ａに直接に接続することに代えて、バッファライン７２がパルス管連通路３４（例えば第１パルス管流路４４）に合流されてもよい。しかしながら、この場合、バッファ容積７２ａから第１段パルス管高温端１８ａへとバッファライン７２を流れる作動ガスがパルス管連通路３４からも作動ガスを引き込む作用が生じ、パルス管の高温端から低温端に向かうＤＣフローが促進されうる。こうした作用は、バッファライン７２を流れる作動ガス流量が大きいほど顕著となりうる。 In one exemplary design, instead of connecting the buffer line 72 directly to the first stage pulse tube hot end 18a, the buffer line 72 joins the pulse tube communication passage 34 (e.g., the first pulse tube flow path 44). may be However, in this case, the working gas flowing through the buffer line 72 from the buffer volume 72a to the first stage pulse tube high temperature end 18a also draws in the working gas from the pulse tube communication passage 34. DC flow towards the can be encouraged. Such an effect can become more pronounced as the flow rate of the working gas flowing through the buffer line 72 increases.

これに対して、上述のように第１接続口７４および第２接続口７６を設け、パルス管連通路３４とバッファライン７２を第１段パルス管高温端１８ａに個別に接続することにより、ＤＣフローが低減され、パルス管冷凍機１０の冷凍効率が向上されうる。 In contrast, by providing the first connection port 74 and the second connection port 76 as described above and individually connecting the pulse tube communication path 34 and the buffer line 72 to the first stage pulse tube high temperature end 18a, the DC The flow can be reduced and the refrigeration efficiency of the pulse tube refrigerator 10 can be improved.

同様にして、第２段のバッファラインが第２段パルス管２４に接続されてもよく、第１接続口７４および第２接続口７６が第２段パルス管高温端２４ａに設けられてもよい。 Similarly, a second stage buffer line may be connected to the second stage pulse tube 24, and a first connection port 74 and a second connection port 76 may be provided at the second stage pulse tube hot end 24a. .

図７は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の更なる一例を示す概略図である。このパルス管冷凍機１０は、三段式のパルス管冷凍機である。よって、コールドヘッド１１は、図１および図５を参照して説明した各構成要素に加えて、第３段蓄冷器８０および第３段パルス管８２を備える。第３段蓄冷器８０は、第２段蓄冷器２２に直列に接続されている。第３段蓄冷器８０の低温端は、第３段連通路８４を通じて第３段パルス管８２の低温端と連通している。 FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of the pulse tube refrigerator 10 according to the embodiment. This pulse tube refrigerator 10 is a three-stage pulse tube refrigerator. Therefore, the cold head 11 includes a third stage regenerator 80 and a third stage pulse tube 82 in addition to the components described with reference to FIGS. 1 and 5 . The third stage regenerator 80 is connected in series with the second stage regenerator 22 . The cold end of the third stage regenerator 80 communicates with the cold end of the third stage pulse tube 82 through a third stage communication passage 84 .

副圧力切換弁２０は、パルス管連通路３４を介して第３段パルス管８２の高温端も圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続する。パルス管連通路３４は、分岐部４２でさらに第３パルス管流路８６に分岐し、第３パルス管流路８６が副圧力切換弁２０を第３段パルス管８２の高温端に接続する。第３パルス管流路８６には、第３流量調整要素８８が設けられている。 The auxiliary pressure switching valve 20 also alternately connects the high temperature end of the third stage pulse tube 82 to the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b via the pulse tube communication passage 34. As shown in FIG. The pulse tube communication passage 34 further branches into a third pulse tube flow path 86 at the branching portion 42 , and the third pulse tube flow path 86 connects the auxiliary pressure switching valve 20 to the high temperature end of the third stage pulse tube 82 . A third flow control element 88 is provided in the third pulse tube flow path 86 .

このようにして、副圧力切換弁２０は、第１段パルス管１８および第２段パルス管２４だけでなく、第３段パルス管８２にも共用されている。したがって、簡素なバルブ構造をもつパルス管冷凍機１０を提供することができる。 In this manner, the secondary pressure switching valve 20 is shared not only by the first stage pulse tube 18 and the second stage pulse tube 24 but also by the third stage pulse tube 82 . Therefore, it is possible to provide the pulse tube refrigerator 10 having a simple valve structure.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。 The present invention has been described above based on the examples. It should be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiments, and that various design changes and modifications are possible, and that such modifications are within the scope of the present invention. By the way. Various features described in relation to one embodiment are also applicable to other embodiments. A new embodiment resulting from a combination has the effects of each of the combined embodiments.

例えば、図５を参照して説明した着脱可能なバルブ構成は、図７に示される三段式のパルス管冷凍機１０にも同様に適用されうる。 For example, the detachable valve arrangement described with reference to FIG. 5 is equally applicable to the three-stage pulse tube refrigerator 10 shown in FIG.

図５には主圧力切換弁１４および副圧力切換弁２０の両方がコールドヘッド１１から取り外し可能とされている。しかし、主圧力切換弁１４と副圧力切換弁２０が別個の弁である場合には、主圧力切換弁１４と副圧力切換弁２０のうち少なくとも一方がコールドヘッド１１から取り外し可能に接続されていてもよい。 Both the main pressure switching valve 14 and the sub pressure switching valve 20 are detachable from the cold head 11 in FIG. However, when the main pressure switching valve 14 and the sub pressure switching valve 20 are separate valves, at least one of the main pressure switching valve 14 and the sub pressure switching valve 20 is detachably connected to the cold head 11. good too.

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiment, the embodiment only shows one aspect of the principle and application of the present invention, and the embodiment does not include the claims. Many variations and rearrangements are permissible without departing from the spirit of the invention as defined in its scope.

１０ パルス管冷凍機、 １１ コールドヘッド、 １２ 圧縮機、 １２ａ 圧縮機吐出口、 １２ｂ 圧縮機吸入口、 １４ 主圧力切換弁、 １６ 第１段蓄冷器、 １８ 第１段パルス管、 ２０ 副圧力切換弁、 ２１ 第１流量調整要素、 ２２ 第２段蓄冷器、 ２４ 第２段パルス管、 ２７ 第２流量調整要素、 ３２ 蓄冷器連通路、 ３４ パルス管連通路、 ４２ 分岐部、 ４４ 第１パルス管流路、 ４６ 第２パルス管流路、 ６２ パルス管連結配管、 ６６ ＤＣフロー制御流路、 ８０ 第３段蓄冷器、 ８２ 第３段パルス管、 ８６ 第３パルス管流路、 Ａ１ 吸気期間、 Ａ２ 排気期間、 Ｗ１ 第１待機期間、 Ｗ２ 第２待機期間。 10 Pulse tube refrigerator 11 Cold head 12 Compressor 12a Compressor discharge port 12b Compressor suction port 14 Main pressure switching valve 16 First stage regenerator 18 First stage pulse tube 20 Secondary pressure switching valve 21 first flow rate adjustment element 22 second stage regenerator 24 second stage pulse tube 27 second flow rate adjustment element 32 regenerator communication passage 34 pulse tube communication passage 42 branch 44 first pulse tube flow path 46 second pulse tube flow path 62 pulse tube connecting pipe 66 DC flow control flow path 80 third stage regenerator 82 third stage pulse tube 86 third pulse tube flow path A1 intake period , A2 exhaust period, W1 first waiting period, W2 second waiting period.

Claims (7)

圧縮機吐出口と圧縮機吸入口とを有する圧縮機と、
第１段パルス管と、第２段パルス管と、前記第１段パルス管の低温端と連通している低温端を有する第１段蓄冷器と、前記第２段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第１段蓄冷器に直列に接続された第２段蓄冷器と、を備えるコールドヘッドと、
前記第１段蓄冷器の高温端を前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続する主圧力切換弁と、
パルス管連通路を介して前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続する副圧力切換弁と、を備え、
前記パルス管連通路は、前記第１段パルス管の高温端および前記第２段パルス管の高温端と前記副圧力切換弁との間に分岐部を有し、前記分岐部で第１パルス管流路と第２パルス管流路に分岐し、前記第１パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第１段パルス管の高温端に接続し、前記第２パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第２段パルス管の高温端に接続し、
前記主圧力切換弁は、前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口のどちらにも接続されない第１待機期間、前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吐出口に接続される吸気期間、前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口のどちらにも接続されない第２待機期間、および前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吸入口に接続される排気期間を順番に繰り返すように構成され、
前記副圧力切換弁は、前記第１待機期間の１／２が経過するまでに前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吐出口に接続し、前記第２待機期間の１／２が経過するまでに前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吸入口に接続するように構成されていることを特徴とする多段式パルス管冷凍機。 a compressor having a compressor discharge and a compressor suction;
a first stage pulse tube, a second stage pulse tube, a first stage regenerator having a cold end communicating with the cold end of the first stage pulse tube, and communicating with the cold end of the second stage pulse tube. a second stage regenerator connected in series with the first stage regenerator;
a main pressure switching valve that alternately connects the hot end of the first stage regenerator to the compressor discharge and the compressor suction;
a secondary pressure switching valve that alternately connects both the high temperature end of the first stage pulse tube and the high temperature end of the second stage pulse tube to the compressor discharge port and the compressor suction port via a pulse tube communication passage; , and
The pulse tube communication passage has a branch portion between the high temperature end of the first stage pulse tube, the high temperature end of the second stage pulse tube, and the auxiliary pressure switching valve. The first pulse tube flow path connects the secondary pressure switching valve to the high temperature end of the first stage pulse tube, and the second pulse tube flow path connects the secondary pulse tube flow path. connecting a pressure switching valve to the hot end of the second stage pulse tube;
During a first standby period in which the high temperature end of the first stage regenerator is not connected to either the compressor discharge port or the compressor suction port, the main pressure switching valve is configured such that the high temperature end of the first stage regenerator is connected to the an intake period in which the hot end of the first stage regenerator is connected to the compressor discharge, a second standby period in which the hot end of the first stage regenerator is not connected to either the compressor discharge or the compressor inlet, and the first stage regenerator. is configured to sequentially repeat an exhaust period in which the hot end of is connected to the compressor inlet;
The auxiliary pressure switching valve connects both the high temperature end of the first stage pulse tube and the high temperature end of the second stage pulse tube to the compressor discharge port before 1/2 of the first standby period elapses. and both the high temperature end of the first stage pulse tube and the high temperature end of the second stage pulse tube are connected to the compressor suction port before 1/2 of the second waiting period elapses. A multi-stage pulse tube refrigerator characterized by: 前記第１パルス管流路には第１流量調整要素が設けられ、前記第２パルス管流路には第２流量調整要素が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多段式パルス管冷凍機。 2. The multi-stage system according to claim 1, wherein said first pulse tube flow path is provided with a first flow rate adjusting element, and said second pulse tube flow path is provided with a second flow rate adjusting element. pulse tube refrigerator. 前記主圧力切換弁と前記副圧力切換弁のうち少なくとも一方は、前記コールドヘッドから取り外し可能に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多段式パルス管冷凍機。 3. The multistage pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein at least one of said main pressure switching valve and said sub pressure switching valve is detachably connected to said cold head. 前記パルス管連通路は、前記副圧力切換弁を前記分岐部に連結するパルス管連結配管を備え、前記パルス管連結配管は、前記副圧力切換弁および前記分岐部のそれぞれに着脱可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の多段式パルス管冷凍機。 The pulse tube communication passage includes a pulse tube connection pipe that connects the secondary pressure switching valve to the branch portion, and the pulse tube connection pipe is attachable/detachable to each of the secondary pressure switching valve and the branch portion. 4. The multi-stage pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 3, characterized by: 前記副圧力切換弁と並列に配置され、前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吸入口に接続するＤＣフロー制御流路をさらに備え、前記ＤＣフロー制御流路は、前記副圧力切換弁と前記分岐部との間で前記パルス管連通路から分岐することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多段式パルス管冷凍機。 further comprising a DC flow control flow path arranged in parallel with the secondary pressure switching valve and connecting both the hot end of the first stage pulse tube and the hot end of the second stage pulse tube to the compressor intake; 5. The multi-stage pulse tube refrigeration system according to claim 1, wherein said DC flow control flow path branches from said pulse tube communication path between said auxiliary pressure switching valve and said branch portion. machine. 前記コールドヘッドは、第３段パルス管と、前記第３段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第２段蓄冷器に直列に接続された第３段蓄冷器と、を備え、
前記副圧力切換弁は、前記パルス管連通路を介して前記第３段パルス管の高温端も前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口に交互に接続し、
前記パルス管連通路は、前記分岐部でさらに第３パルス管流路に分岐し、前記第３パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第３段パルス管の高温端に接続することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の多段式パルス管冷凍機。 The coldhead includes a third stage pulse tube and a third stage regenerator having a cold end in communication with the cold end of the third stage pulse tube and connected in series with the second stage regenerator. , and
the auxiliary pressure switching valve also alternately connects the high temperature end of the third stage pulse tube to the compressor discharge port and the compressor suction port via the pulse tube communication passage;
The pulse tube communication path is further branched into a third pulse tube flow path at the branching portion, and the third pulse tube flow path connects the auxiliary pressure switching valve to the high temperature end of the third stage pulse tube. 6. The multi-stage pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 5 . 第１段パルス管と、
第２段パルス管と、
前記第１段パルス管の低温端と連通している低温端を有する第１段蓄冷器と、
前記第２段パルス管の低温端と連通している低温端を有し、前記第１段蓄冷器に直列に接続された第２段蓄冷器と、
前記第１段蓄冷器の高温端を主圧力切換弁に接続する蓄冷器連通路と、
前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を副圧力切換弁に接続するパルス管連通路と、を備え、
前記パルス管連通路は、前記第１段パルス管の高温端および前記第２段パルス管の高温端と前記副圧力切換弁との間に分岐部を有し、前記分岐部で第１パルス管流路と第２パルス管流路に分岐し、前記第１パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第１段パルス管の高温端に接続し、前記第２パルス管流路が前記副圧力切換弁を前記第２段パルス管の高温端に接続し、
前記主圧力切換弁は、前記第１段蓄冷器の高温端が圧縮機吐出口および圧縮機吸入口のどちらにも接続されない第１待機期間、前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吐出口に接続される吸気期間、前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口のどちらにも接続されない第２待機期間、および前記第１段蓄冷器の高温端が前記圧縮機吸入口に接続される排気期間を順番に繰り返すように構成され、
前記副圧力切換弁は、前記第１待機期間の１／２が経過するまでに前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吐出口に接続し、前記第２待機期間の１／２が経過するまでに前記第１段パルス管の高温端と前記第２段パルス管の高温端の両方を前記圧縮機吸入口に接続するように構成されていることを特徴とする多段式パルス管冷凍機のコールドヘッド。 a first stage pulse tube;
a second stage pulse tube;
a first stage regenerator having a cold end in communication with the cold end of the first stage pulse tube;
a second stage regenerator having a cold end in communication with the cold end of the second stage pulse tube and connected in series with the first stage regenerator;
a regenerator communication passage connecting the high temperature end of the first stage regenerator to a main pressure switching valve;
a pulse tube communication passage connecting both the high temperature end of the first stage pulse tube and the high temperature end of the second stage pulse tube to the auxiliary pressure switching valve;
The pulse tube communication passage has a branch portion between the high temperature end of the first stage pulse tube, the high temperature end of the second stage pulse tube, and the auxiliary pressure switching valve. The first pulse tube flow path connects the secondary pressure switching valve to the high temperature end of the first stage pulse tube, and the second pulse tube flow path connects the secondary pulse tube flow path. connecting a pressure switching valve to the hot end of the second stage pulse tube;
The main pressure switching valve is configured such that the high temperature end of the first stage regenerator is connected to the compressor during a first standby period in which the high temperature end of the first stage regenerator is not connected to either the compressor discharge port or the compressor suction port. an intake period when the hot end of the first stage regenerator is connected to the discharge, a second standby period when the hot end of the first stage regenerator is not connected to either the compressor discharge or the compressor inlet, and a high temperature of the first stage regenerator. configured to sequentially repeat an exhaust period with an end connected to the compressor inlet;
The auxiliary pressure switching valve connects both the high temperature end of the first stage pulse tube and the high temperature end of the second stage pulse tube to the compressor discharge port before 1/2 of the first standby period elapses. and both the high temperature end of the first stage pulse tube and the high temperature end of the second stage pulse tube are connected to the compressor suction port before 1/2 of the second waiting period elapses. A cold head for a multistage pulse tube refrigerator, characterized in that
JP2019097922A 2019-05-24 2019-05-24 Multi-stage pulse tube refrigerator and cold head of multi-stage pulse tube refrigerator Active JP7186133B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019097922A JP7186133B2 (en) 2019-05-24 2019-05-24 Multi-stage pulse tube refrigerator and cold head of multi-stage pulse tube refrigerator
PCT/JP2020/019769 WO2020241377A1 (en) 2019-05-24 2020-05-19 Multi-stage pulse tube refrigerator and cold head of multi-stage pulse tube refrigerator
CN202080035070.4A CN113825958B (en) 2019-05-24 2020-05-19 Multi-stage pulse tube refrigerator and cold head of multi-stage pulse tube refrigerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019097922A JP7186133B2 (en) 2019-05-24 2019-05-24 Multi-stage pulse tube refrigerator and cold head of multi-stage pulse tube refrigerator

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2020193726A JP2020193726A (en) 2020-12-03
JP2020193726A5 JP2020193726A5 (en) 2022-02-25
JP7186133B2 true JP7186133B2 (en) 2022-12-08

Family

ID=73545845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019097922A Active JP7186133B2 (en) 2019-05-24 2019-05-24 Multi-stage pulse tube refrigerator and cold head of multi-stage pulse tube refrigerator

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7186133B2 (en)
CN (1) CN113825958B (en)
WO (1) WO2020241377A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112880225B (en) * 2021-01-26 2022-08-02 中国科学院上海技术物理研究所 Multi-stage U-shaped gas-coupled pulse tube refrigerator connecting tube type heat exchanger and implementation method
CN113154714B (en) * 2021-03-11 2022-09-16 中国科学院上海技术物理研究所 Channel type cold end heat exchanger of gas coupling pulse tube refrigerator and implementation method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001272126A (en) 2000-03-24 2001-10-05 Toshiba Corp Pulse tube refrigerating machine, and superconductive magnet device using pulse tube refrigerating machine

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6629418B1 (en) * 2002-01-08 2003-10-07 Shi-Apd Cryogenics, Inc. Two-stage inter-phasing pulse tube refrigerators with and without shared buffer volumes
CN101153754A (en) * 2006-09-29 2008-04-02 住友重机械工业株式会社 Refrigerator of pulse tube
CN101294752B (en) * 2007-04-29 2011-07-27 中国科学院理化技术研究所 Thermal coupling multilevel pulsatron refrigerating machine
JP5172788B2 (en) * 2009-07-03 2013-03-27 住友重機械工業株式会社 4-valve pulse tube refrigerator
JP5497404B2 (en) * 2009-10-27 2014-05-21 住友重機械工業株式会社 Rotary valve and pulse tube refrigerator
US9644867B2 (en) * 2009-10-27 2017-05-09 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Rotary valve and a pulse tube refrigerator using a rotary valve
CN102393096A (en) * 2011-09-29 2012-03-28 南京柯德超低温技术有限公司 Pulse tube refrigerator with device capable of automatically regulating gas flow rate and phase
JP2017062064A (en) * 2015-09-24 2017-03-30 住友重機械工業株式会社 Pulse tube freezing machine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001272126A (en) 2000-03-24 2001-10-05 Toshiba Corp Pulse tube refrigerating machine, and superconductive magnet device using pulse tube refrigerating machine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020241377A1 (en) 2020-12-03
CN113825958A (en) 2021-12-21
CN113825958B (en) 2023-02-28
JP2020193726A (en) 2020-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7497084B2 (en) Co-axial multi-stage pulse tube for helium recondensation
JP7186133B2 (en) Multi-stage pulse tube refrigerator and cold head of multi-stage pulse tube refrigerator
US11022353B2 (en) Pulse tube cryocooler and rotary valve unit for pulse tube cryocooler
JP3702964B2 (en) Multistage low temperature refrigerator
KR20100069082A (en) Superconduction rotating apparatus having rotator mounted cooling part
KR102059088B1 (en) Hybrid brayton-gifford-mcmahon expander
JP3936117B2 (en) Pulse tube refrigerator and superconducting magnet system
JP3593713B2 (en) Pulse tube refrigerator
CN107192154B (en) Pulse tube refrigerator with high pulse tube expansion efficiency
JP6901964B2 (en) Manufacturing method of pulse tube refrigerator and pulse tube refrigerator
CN108775724B (en) A kind of pulse tube type refrigeration system with four-way reversing valve
US10018381B2 (en) Cryogenic refrigerator
RU2273808C2 (en) Refrigeration machine with pulsating pipe
CN105509361A (en) Multistage heat-regeneration refrigerator with acoustic power transmission components capable of stopping flow
JP6913039B2 (en) Pulse tube refrigerator
JP2020190337A (en) Pulse tube refrigerator and cold head of pulse tube refrigerator
JP2019190678A (en) Active buffer pulse tube refrigerator
JP6909167B2 (en) Active buffer pulse tube refrigerator
TWI759219B (en) Stirling freezer
CN112236628B (en) Pulse tube refrigerator
JP2002286312A (en) Pulse tube refrigerating machine
WO2020059317A1 (en) Pulse tube refrigerator and method for manufacturing pulse tube refrigerator
JP2005515387A (en) Integrated pulse tube refrigerator and cryopump
JPH0594661U (en) Pulse tube refrigerator

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220216

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220316

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221101

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221128

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7186133

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150