JPH0468266A - Cryogenic refrigerating machine - Google Patents

Cryogenic refrigerating machine

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Publication number
JPH0468266A
JPH0468266A JP18365590A JP18365590A JPH0468266A JP H0468266 A JPH0468266 A JP H0468266A JP 18365590 A JP18365590 A JP 18365590A JP 18365590 A JP18365590 A JP 18365590A JP H0468266 A JPH0468266 A JP H0468266A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
gas
valve
pressure gas
compressor
Prior art date
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Pending
Application number
JP18365590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Fukui
直樹 福井
Shuji Fujimoto
修二 藤本
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP18365590A priority Critical patent/JPH0468266A/en
Publication of JPH0468266A publication Critical patent/JPH0468266A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To maintain the refrigerating capacity by a method wherein the changeover of high and low pressure gas refrigerant supplies to a cylinder is done by a changeover valve and the gas pressure for driving the changeover valve is changed and supplied by a valve motor. CONSTITUTION:In an expansion device 2, the high pressure gas supplied from a compressor 1 is adiabatically expanded in expansion chambers 12 and 13 in a cylinder 3 by the reciprocating motion of a displacer 10 to generate cold of a cryogenic level. A pressure changeover device 51 is provided with a gas supply-discharge port 57 communicating with a pressure chamber 37, high and low pressure gas ports 53 and 54 respectively connected to the delivery and suction port sides of the compressor 1, a valve 62 which switches the communication state of the gas ports, and a valve motor 61. When the valve 62 is switched by the valve motor 61 at specified timings, the delivery and suction ports of the compressor 1 are alternately communicated to the gas supply discharge port 57. Together with the switching operation of the valve 62, a changeover valve 32 alternatively communicates either a high pressure gas inlet 28 or a low pressure gas outlet 29 to a gas supply discharge chamber 11 so that the gas is supplied to and discharged from either the gas supply discharge chamber 11 or the expansion chambers 12 and 13.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、膨張機のシリンダ内でディスプレーサをガス
圧により往復動させて該ディスプレーサの往復動に伴う
冷媒ガスの断熱膨張により極低温レベルの寒冷を発生さ
せる極低温冷凍機に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention reciprocates a displacer within the cylinder of an expander using gas pressure, and by adiabatic expansion of refrigerant gas accompanying the reciprocating movement of the displacer, the refrigerant gas can be heated to a cryogenic level. This relates to a cryogenic refrigerator that generates cold.

(従来の技術) 従来より、この種の極低温冷凍機として、GM(ギフオ
ード・マクマホン)サイクルの冷媒サイクルを有するガ
ス圧駆動式のGM冷凍機が知られている。この冷凍機の
膨張機はシリンダと、該シリンダ内に往復動可能に配設
されたディスプレーサ及びスラックピストンとを備えて
なり、ディスプレーサによりシリンダ内の先端に膨張室
が区画され、この膨張室はディスプレーサ内のりジェネ
レータを介してシリンダ基端側の空間に連通している。
(Prior Art) Conventionally, as this type of cryogenic refrigerator, a gas pressure driven GM refrigerator having a refrigerant cycle of a GM (Gifford-McMahon) cycle has been known. The expander of this refrigerator includes a cylinder, a displacer and a slack piston that are reciprocally disposed within the cylinder, and an expansion chamber is defined at the tip of the cylinder by the displacer. It communicates with the space on the base end side of the cylinder via the inner flow generator.

スラックピストンは、シリンダの基端側に該基端側空間
をガス給排室と中間圧室とに区画するように配置され、
かつディスプレーサに対し所定ストロークの間隔をあけ
て係合している。上記中間圧室はサージボリュームに連
通されている一方、ガス給排室は圧縮機の吐出側及び吸
込側にそれぞれ接続される高圧ガス入口及び低圧ガス出
口に連通している。そして、ガス給排室ないし膨張室に
対する冷媒ガスの給排を周期的に切り換えることで、ガ
ス給排室と中間圧室との差圧によりスラックピストンを
移動させてディスプレーサを往復動させ、このディスプ
レーサの往復動に伴う冷媒ガスの膨張室での膨張により
膨張室周りのシリンダに寒冷を発生させるようになされ
ている。
The slack piston is arranged on the proximal end side of the cylinder so as to partition the proximal space into a gas supply/discharge chamber and an intermediate pressure chamber,
The displacer is engaged with the displacer at a predetermined stroke interval. The intermediate pressure chamber is communicated with the surge volume, while the gas supply/discharge chamber is communicated with a high pressure gas inlet and a low pressure gas outlet connected to the discharge side and suction side of the compressor, respectively. By periodically switching the supply and discharge of refrigerant gas to and from the gas supply and discharge chamber or the expansion chamber, the slack piston is moved by the differential pressure between the gas supply and discharge chamber and the intermediate pressure chamber, causing the displacer to reciprocate. The expansion of the refrigerant gas in the expansion chamber due to the reciprocating movement of the refrigerant generates cold in the cylinder around the expansion chamber.

そして、上記ガスの給排を切り換える場合、大別してモ
ータや電磁弁等、電気的アクチュエータを用いるものと
、特開昭58−190665号公報に示されるように膨
張機でのガス圧の変動を利用するようにしたものとに分
れる。
When switching the supply and discharge of the gas, there are two main types: those that use electric actuators such as motors and solenoid valves, and those that use fluctuations in gas pressure in an expander as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 190665/1983. It can be divided into those that are made to do so.

ところで、近年、超電導デバイスの1つとして、ジョセ
フソン効果を利用した超電導量子干渉素子(Super
conduetive QuantullInterr
erence Devicc=以下、5QUIDと略称
する)が注目されている。この5QUIDに超電導コイ
ルからなる磁束入力回路を接続することにより、例えば
生体内に流れる微小電流に伴う磁界や体内の微小磁石か
らの磁界等、極めて微弱な磁束をn1定するようにした
グラジオメータを得ることができる。
Incidentally, in recent years, superconducting quantum interference devices (Super
conduitive Quantull Interr
erence device (hereinafter abbreviated as 5QUID) is attracting attention. By connecting a magnetic flux input circuit consisting of a superconducting coil to this 5QUID, a gradiometer can be created that can maintain n1 constant of extremely weak magnetic flux, such as the magnetic field associated with a minute current flowing inside a living body or the magnetic field from a minute magnet inside the body. Obtainable.

しかし、この5QUIDを作動温度レベルに冷却するた
めに、上記した電気アクチュエータを有するガス圧駆動
式のGM冷凍機を利用する場合、冷凍機にはモータや電
磁弁等、磁束を発生するアクチュエータタが設けられて
いるため、このアクチュエータからの磁束が有害なノイ
ズとなって検出され、その測定精度が低下するという問
題がある。
However, in order to cool this 5QUID to the operating temperature level, when using a gas pressure-driven GM refrigerator with the above-mentioned electric actuator, the refrigerator has an actuator that generates magnetic flux, such as a motor or solenoid valve. Therefore, there is a problem in that the magnetic flux from this actuator is detected as harmful noise, and the measurement accuracy is reduced.

そこで、従来、上記バルブモータの影響を低減するため
に、膨張機におけるバルブ及びバルブモータをシリンダ
部分と分離し、バルブモータアッセンブリとシリンダア
ッセンブリとを配管で接続することにより、バルブモー
タを5QUIDつまりシリンダ先端から離して、バルブ
モータからの磁束による有害なノイズを低減するように
した別体型のものが提案されている(例えば1988.
8.18〜8.19に開催された会議“5th Int
ernatlonal Cryocooler Con
1’erence ”での米国論文“Develops
ent or A Hybrld GifTord−M
c+gahon Joule−Thoapson Ba
5ed Neuromagnetometer、Cry
osquid’参照)0(発明が解決しようとする課題
) ところが、このようにバルブモータがシリンダ部分と分
離されている別体型の膨張機では、両者を接続する冷媒
配管内で冷媒ガスの圧力損失が生じるため、一体型のも
のに比べ、例えば第6図に示すように、いわゆるPv図
示能力が圧力損失の分だけ低下して冷凍能力が低下する
のは避けられ得ず、しかも圧縮機の負荷も増大する。
Conventionally, in order to reduce the influence of the valve motor, the valve and valve motor in the expander were separated from the cylinder part, and the valve motor assembly and cylinder assembly were connected via piping, thereby connecting the valve motor to a 5QUID, that is, cylinder. A separate type that is placed away from the tip to reduce harmful noise caused by magnetic flux from the valve motor has been proposed (for example, in 1988).
The meeting held from 8.18 to 8.19 “5th Int.
ernatlonal Cryocooler Con
1’erence” American paper “Develops
ent or A Hybrid GifTord-M
c+gahon Joule-Thoapson Ba
5ed Neuromagnetometer, Cry
osquid') 0 (Problem to be Solved by the Invention) However, in such a separate expander in which the valve motor is separated from the cylinder part, there is a pressure loss of refrigerant gas in the refrigerant pipe that connects the two. Therefore, compared to an integrated type, for example, as shown in Fig. 6, it is unavoidable that the so-called Pv indicated capacity decreases by the pressure loss and the refrigerating capacity decreases, and the load on the compressor also decreases. increase

また、一体型の膨張機では、高低圧ガスが圧縮機との間
で循環しており、シリンダの低温端でガスが奪った圧縮
熱はガスが圧縮機に戻る間に放出されるので、問題は生
じないが、上記の如き別体型の膨張機では、圧縮機との
間を循環する冷媒ガス量が減少し、このため、上記圧縮
熱は十分に放熱されず、シリンダアッセンブリの常温部
分に溜まることとなる。この熱の滞留によりシリンダ基
端側に配置されているサージボリュームが加熱され、そ
の内部のガス圧が高くなり、中間圧と高圧との差圧が小
さくなってスラックピストン及びディスプレーサのスム
ーズな移動に支障を来し、クールダウン時間が長くなっ
たり、クールダウン後の定常運転時の冷凍能力が低下し
たりするという不具合が生じる。
In addition, with an integrated expander, high and low pressure gas is circulated between the compressor and the compression heat taken by the gas at the cold end of the cylinder is released while the gas returns to the compressor, which is a problem. However, in a separate expander such as the one described above, the amount of refrigerant gas circulating between the compressor and the compressor decreases, and as a result, the compression heat is not sufficiently dissipated and accumulates in the room-temperature part of the cylinder assembly. That will happen. This retention of heat heats the surge volume located at the base end of the cylinder, increasing the gas pressure inside it and reducing the differential pressure between the intermediate pressure and high pressure, allowing smooth movement of the slack piston and displacer. This causes troubles such as lengthening the cool-down time and reducing the refrigeration capacity during steady operation after the cool-down.

そして、冷凍能力を大に確保すべく冷媒配管の管径を大
きくすると、上記圧縮熱が蓄積され易くなり、逆に細く
すると、圧力損失が大きくなるという背反した問題が生
じ、冷媒配管の適正な管径の選択も重要となる。
Increasing the diameter of the refrigerant piping in order to ensure a large refrigerating capacity makes it easier for the heat of compression mentioned above to accumulate, while making it thinner causes the paradoxical problem of increasing pressure loss. Selection of pipe diameter is also important.

一方、膨張機でのガス圧の変動を利用する冷凍機では、
可動部分の材質に関する限り電磁ノイズの発生の心配は
ないものの、反面、ガス流路や弁の配置等の構造が著し
く複雑になり、長期間の連続運転する場合の信頼性が低
く、メインテナンス時の分解組立てが繁雑になる等、実
用的とは言い難い。
On the other hand, in refrigerators that utilize fluctuations in gas pressure in the expander,
As far as the material of the moving parts is concerned, there is no need to worry about electromagnetic noise, but on the other hand, the structure of the gas flow path and valve arrangement is extremely complicated, and reliability during long-term continuous operation is low. It is difficult to say that it is practical as disassembly and reassembly becomes complicated.

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上記したアクチュエータ駆動型の
膨張機に対し所定の改良を加えることにより、バルブモ
ータをシリンダ部分に接続する冷媒配管によるガスの圧
力損失や、サージボリュームに対する加熱の影響をなく
すようにして、ディスプレーサの往復運動の安定化及び
冷凍能力の確保を図ることにある。
The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to improve the refrigerant piping that connects the valve motor to the cylinder portion by adding certain improvements to the above-mentioned actuator-driven expander. The objective is to stabilize the reciprocating motion of the displacer and secure the refrigerating capacity by eliminating the pressure loss of the gas caused by the heat exchanger and the influence of heating on the surge volume.

(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成すべく、請求項(1)の発明では、膨
張機において、そのシリンダに対する高圧及び低圧冷媒
ガスの給排をガス圧駆動式の切換バルブで切り換えるよ
うにし、かつ、この切換バルブの駆動のためのガス圧を
膨張機から離れたバルブモータで切換供給するようにし
た。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, in the invention of claim (1), in the expander, high pressure and low pressure refrigerant gas are supplied and discharged to and from the cylinder using a gas pressure-driven switching valve. The gas pressure for driving this switching valve is switched and supplied by a valve motor separate from the expander.

具体的には、この発明では、ws1図又は第4図に示す
ように、冷媒ガスを圧縮して高圧ガスを発生させる圧縮
機(1)と、シリンダ(3)内に嵌挿されたディスプレ
ーサ(10)を備え、該ディスプレーサ(10)の往復
動により、上記圧縮機(1)から供給された高圧ガスを
シリンダ(3)内の膨張室(12)、(13)で断熱膨
張させて極低温レベルの寒冷を発生させる膨張機(2)
とで構成された極低温冷凍機に対し、上記膨張機(2)
を以下の構成とする。
Specifically, as shown in Fig. WS1 or Fig. 4, this invention includes a compressor (1) that compresses refrigerant gas to generate high-pressure gas, and a displacer (3) fitted into a cylinder (3). 10), and by reciprocating the displacer (10), the high-pressure gas supplied from the compressor (1) is adiabatically expanded in the expansion chambers (12) and (13) in the cylinder (3) and brought to a cryogenic temperature. Expansion machine that generates a level of coldness (2)
The above expander (2)
has the following configuration.

すなわち、膨張機(2)には、上記膨張室(12)、 
 (13)内に連通ずる高圧ガス入口(28)及び低圧
ガス出口(29)と、圧力室(37)に対するガス圧の
高低切換えにより上記高圧ガス入口(28)及び低圧ガ
ス出口(29)を膨張室(12)、  (13)に対し
択一的に連通させるように切り換わる切換バルブ(32
)とを設ける。
That is, the expander (2) includes the expansion chamber (12),
(13), and the high pressure gas inlet (28) and low pressure gas outlet (29) are inflated by switching the gas pressure to the pressure chamber (37). A switching valve (32) switches to selectively communicate with the chambers (12) and (13).
).

そして、上記高圧ガス入口(28)を、上記圧縮機(1
)の吐出側に高圧配管(91)を介して接続する一方、
低圧ガス出口(29)は圧縮機(1)の吸込側に低圧配
管(92)を介して接続する。
Then, the high pressure gas inlet (28) is connected to the compressor (1).
) via a high pressure pipe (91),
The low pressure gas outlet (29) is connected to the suction side of the compressor (1) via a low pressure pipe (92).

上記膨張機(2)の圧力室(37)に対するガス圧を高
圧又は低圧に周期的に切り換える圧力切換手段(51)
を膨張機(2)とは離隔して配設し、この圧力切換手段
(51)は、上記圧力室(37)に連絡配管(93)を
介して連通するガス給排口(57)と、上記圧縮機(1
)の吐出側及び吸込側にそれぞれ接続される高圧ガスポ
ート(53)及び低圧ガスポート(54)と、上記ガス
給排口(57)に対し高圧ガスポート(53)及び低圧
ガスポート(54)の連通を切り換えるバルブ(62)
と、該バルブ(62)を所定のタイミングで切換駆動す
るバルブモータ(61)とを備えた構成とする。
Pressure switching means (51) that periodically switches the gas pressure for the pressure chamber (37) of the expander (2) to high pressure or low pressure.
is arranged separately from the expander (2), and the pressure switching means (51) includes a gas supply/discharge port (57) communicating with the pressure chamber (37) via a connecting pipe (93); The above compressor (1
) and a high pressure gas port (53) and a low pressure gas port (54) respectively connected to the discharge side and suction side of the gas supply/discharge port (57). Valve (62) that switches communication between
and a valve motor (61) that switches and drives the valve (62) at a predetermined timing.

請求項(2)の発明では、上記請求項(1)の発明の構
成において、圧力切換手段はバルブモータによるバルブ
手段に代えてリニアモータ圧縮機とする。
In the invention of claim (2), in the structure of the invention of claim (1), the pressure switching means is a linear motor compressor instead of the valve means using a valve motor.

すなわち、この発明では、第5図に示す如く、圧力切換
手段(71)は、シリンダ(73)と、該シリンダ(7
3)内に往復動可能に配設され、シリンダ(73)内に
上記圧力室(37)に連絡配管(93)を介して連通ず
る圧縮室(74)を形成するピストン(75)と、該ピ
ストン(75)を往復動させるリニアモータ(76)と
を備えていることを特徴とする。
That is, in this invention, as shown in FIG.
3) a piston (75) that is reciprocably disposed within the cylinder (73) and forms a compression chamber (74) that communicates with the pressure chamber (37) via a communication pipe (93); It is characterized by comprising a linear motor (76) that reciprocates a piston (75).

(作用) 上記の構成により、請求項(1)の発明では、圧力切換
手段(51)におけるバルブ(62)がバルブモータ(
61)により所定のタイミングで切り換えられると、圧
縮機(1)の吐出側及び吸込側が交互にガス給排口(5
7)に連通する。このガス給排口(57)は連絡配管(
93)を介して膨張機(2)の圧力室(37)に連通し
ているので、上記バルブ(62)の切換えに伴い、圧力
室(37)のガス圧が増減変化する。この圧力室(37
)に対するガス圧の高低切換えにより切換バルブ(32
)が高圧ガス入口(28)及び低圧ガス出口(29)を
ガス給排室(11)に対し択一的に連通させるように切
り換わり、このことによってガス給排室(11)ないし
膨張室(12)、(13)に対するガスの給排が行われ
る。
(Function) With the above configuration, in the invention of claim (1), the valve (62) in the pressure switching means (51) is controlled by the valve motor (
61) at a predetermined timing, the discharge side and suction side of the compressor (1) are alternately switched to the gas supply/discharge port (5).
7). This gas supply/exhaust port (57) is connected to the connecting pipe (
93), the gas pressure in the pressure chamber (37) increases or decreases as the valve (62) is switched. This pressure chamber (37
) The switching valve (32
) is switched to selectively communicate the high pressure gas inlet (28) and the low pressure gas outlet (29) with the gas supply and discharge chamber (11), and thereby the gas supply and discharge chamber (11) or the expansion chamber ( Gas is supplied to and discharged from 12) and (13).

この発明では、バルブモータ(61)を用いて高低圧を
切り換えているが、この高低圧により切り換えているの
は膨張機(2)内の切換バルブ(32)であるので、バ
ルブモータ(61)をシリンダ(3)低温端、つまり5
QUID等から十分能して設置でき、5QUID等に対
する磁気ノイズを低減することができる。
In this invention, the valve motor (61) is used to switch between high and low pressure, but since it is the switching valve (32) in the expander (2) that switches based on this high and low pressure, the valve motor (61) the cylinder (3) low temperature end, that is 5
It can be installed with sufficient performance from QUID etc., and magnetic noise for 5QUID etc. can be reduced.

また、バルブモータ(61)によるバルブ(62)で切
換バルブ(32)を切り換える構造であり、膨張機(2
)と圧縮機(1)とは高圧及び低圧配管(91)、(9
2)で接続されるため、圧縮機(1)と膨張機(2)と
の間の冷媒ガスの流れはバルブモータ(61)を分離し
ていない一体型のものと同等となる。従って、バルブ部
分をシリンダ部分から分離し、両者を冷媒配管を介して
接続する別体型冷凍機のように、冷媒配管でのガスの圧
力損失により冷凍能力が低下し或いは圧縮11 (1)
の負荷が増大したり、シリンダ(3)常温端での圧縮熱
の滞留によりディスプレーサ(10)の往復運動が悪影
響を受けたりするのを回避することができる。
In addition, the structure is such that the switching valve (32) is switched by the valve (62) driven by the valve motor (61), and the expander (2
) and compressor (1) are high pressure and low pressure piping (91), (9
2), the flow of refrigerant gas between the compressor (1) and expander (2) is equivalent to that of an integrated type in which the valve motor (61) is not separated. Therefore, as in a separate refrigerator where the valve section is separated from the cylinder section and the two are connected via refrigerant piping, the refrigerating capacity may decrease due to gas pressure loss in the refrigerant piping, or compression 11 (1)
It is possible to avoid an increase in the load on the cylinder (3) or an adverse effect on the reciprocating motion of the displacer (10) due to retention of compression heat at the normal temperature end of the cylinder (3).

さらに、膨張機(2)外の圧力切換手段(51)により
膨張機(2)の圧力室(37)のガス圧を切り換え、こ
のガス圧で切換バルブ(32)を駆動するため、膨張機
(2)にはガス圧による切換バルブ(32)を設けるだ
けで済み、膨張機(2)内でのバルブ構造は極めて簡単
になる。
Furthermore, the pressure switching means (51) outside the expander (2) switches the gas pressure in the pressure chamber (37) of the expander (2), and this gas pressure drives the switching valve (32). 2) only needs to be provided with a gas pressure switching valve (32), and the valve structure within the expander (2) becomes extremely simple.

請求項(aの発明では、圧力切換手段(71)はりニア
モータ圧縮機で構成されているので、そのリニアモータ
(76)の作動に伴い、ピストン(75)がシリンダ(
73)内で所定周期で往復動じ、圧縮室(74)内のガ
ス圧が高低に変化する。この圧縮室(74)は連絡配管
(93)を介して膨張機(2)の圧力室(37)に連通
しているので、上記ピストン(75)の往復動により、
膨張機(2)の切換バルブ(32)が高圧ガス入口(2
8)及び低圧ガス出口(29)をガス給排室(11)に
対し択一的に連通させるように切り換わり、ガス給排室
(11)ないし膨張室(12)(13)に対するガスの
給排が行われる。従って、この発明でも上記と同様の作
用効果が得られる。
In the invention of claim (a), since the pressure switching means (71) is constituted by a linear motor compressor, as the linear motor (76) operates, the piston (75) moves into the cylinder (
73) at a predetermined period, and the gas pressure within the compression chamber (74) changes in height. Since this compression chamber (74) communicates with the pressure chamber (37) of the expander (2) via the connecting pipe (93), the reciprocating movement of the piston (75) causes
The switching valve (32) of the expander (2) is connected to the high pressure gas inlet (2).
8) and the low-pressure gas outlet (29) are switched to selectively communicate with the gas supply/discharge chamber (11), and gas supply to the gas supply/discharge chamber (11) or the expansion chambers (12) and (13) is switched. Evacuation takes place. Therefore, the same effects as described above can be obtained in this invention as well.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図は本発明の第1実施例に係るガス圧駆動式のGM
型極低温冷凍機の全体構成を示し、この冷凍機は、ヘリ
ウムガス(冷媒ガス)のジュールトムソン膨張を利用し
たJT冷凍機の予冷用冷凍機として用いられ、このJT
冷凍機により5QUID(図示せず)を極低温レベルに
冷却するようになっている。図において、(1)は冷媒
ガスとしてのヘリウムガスを圧縮して高圧ガスを発生さ
せる圧縮機、(2)は該圧縮機(1)から供給された高
圧ガスを断熱膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させ
る膨張機である。
FIG. 1 shows a gas pressure driven GM according to a first embodiment of the present invention.
The overall configuration of a type cryogenic refrigerator is shown. This refrigerator is used as a precooling refrigerator for a JT refrigerator that uses Joule-Thomson expansion of helium gas (refrigerant gas).
A refrigerator cools the 5QUID (not shown) to cryogenic levels. In the figure, (1) is a compressor that compresses helium gas as a refrigerant gas to generate high-pressure gas, and (2) is a compressor that adiabatically expands the high-pressure gas supplied from compressor (1) to reach a cryogenic level. It is an expansion machine that generates cold.

上記膨張機(2)は、有底円筒状のシリンダ(3)と、
該シリンダ(3)の基端側聞口を気密状に閉塞する蓋部
材(21)とを有する。上記シリンダ(3)は、基端側
の大径部(3a)と該大径部(3a)の先端に連続する
小径部(3b)とで2段構造に形成され、上記大径部(
3a)の下端部には例えば55〜60にの温度レベルに
保持される第1段ヒートステーション(4)が、また小
径部(3b)の下端には上記第1段ヒートステーション
(4)よりも低い例えば15〜20にの温度レベルに保
持される第2段ヒートステーション(5)がそれぞれ設
けられており、この両段ヒートステーション(4)、(
5)から伝熱されて図外のJT冷凍機のヘリウムガスが
予冷されるようになっている。
The expander (2) includes a bottomed cylindrical cylinder (3),
It has a lid member (21) that airtightly closes the proximal end side opening of the cylinder (3). The cylinder (3) is formed in a two-stage structure with a large diameter part (3a) on the base end side and a small diameter part (3b) continuous to the tip of the large diameter part (3a).
At the lower end of 3a) there is a first stage heat station (4) maintained at a temperature level of, for example, 55-60 degrees, and at the lower end of the small diameter section (3b) there is a A second stage heat station (5) maintained at a low temperature level, e.g.
Heat is transferred from 5) to pre-cool the helium gas in the JT refrigerator (not shown).

シリンダ(3)の大径部(3a)上端の内部には該大径
部(3a)内部に中間圧室(6)を区画形成するスラッ
クピストン(7)が配設されている。上記スラックピス
トン(7)は底壁を有する略カップ形状のもので、その
内周上端が後述するバルブステム(22)の突出部(2
2a)外周に、また外周下端がシリンダ(3)の大径部
(3a)内周にそれぞれ気密状に摺接している。また、
スラックピストン(7)の底壁中心部には中心孔(8)
が、また底壁の隅角部にはピストン(7)内外を連通ず
る複数の連通孔(9)、(9)、・・・がそれぞれ貫通
形成されている。
A slack piston (7) is disposed inside the upper end of the large diameter portion (3a) of the cylinder (3) and defines an intermediate pressure chamber (6) inside the large diameter portion (3a). The slack piston (7) is approximately cup-shaped with a bottom wall, and the upper end of its inner circumference is connected to the protrusion (2) of the valve stem (22), which will be described later.
2a) The lower end of the outer circumference is in airtight sliding contact with the inner circumference of the large diameter portion (3a) of the cylinder (3). Also,
There is a center hole (8) in the center of the bottom wall of the slack piston (7).
However, a plurality of communication holes (9), (9), . . . are formed through the corners of the bottom wall to communicate the inside and outside of the piston (7).

また、シリンダ(3)内にはディスプレーサ(10)が
往復動可能に嵌挿されている。このディスプレーサ(1
0)は、シリンダ(3)の大径部(3a)にて気密摺動
可能に配置された大径部(10a)と、該大径部(10
a)の先端に連続し、シリンダ(3)の小径部(3b)
に気密摺動可能に配置された小径部(10b)とからな
る2段構造のもので、大径部(10a)及び小径部(1
0b)の内部にはそれぞれ密閉空間が形成されており、
このディスプレーサ(10)により、シリンダ(3)内
の空間が、ディスプレーサ(10)の上端及びスラック
ピストン(7)で囲まれるガス給排室(11)と、ディ
スプレーサ(10)の大径部(10a)先端及びシリン
ダ(3)の大径部(3a)先端で囲まれ、上記第1段ヒ
ートステーション(4)に対応する第1段膨張室(12
)と、ディスプレーサ(10)の小径部(10b)先端
及びシリンダ(3)の小径部(3b)先端で囲まれ、上
記第2段ヒートステーション(5)に対応する第2段膨
張室(13)とに区画されている。
Further, a displacer (10) is fitted into the cylinder (3) so as to be able to reciprocate. This displacer (1
0) is a large diameter part (10a) arranged to be airtightly slidable in the large diameter part (3a) of the cylinder (3), and the large diameter part (10a) of the cylinder (3).
Continuing with the tip of a), the small diameter part (3b) of the cylinder (3)
It has a two-stage structure, consisting of a small diameter part (10b) arranged so as to be airtightly slidable.
A sealed space is formed inside each of 0b),
With this displacer (10), the space inside the cylinder (3) is divided into a gas supply/discharge chamber (11) surrounded by the upper end of the displacer (10) and the slack piston (7), and a large diameter part (10a) of the displacer (10). ) and the large diameter part (3a) of the cylinder (3), and corresponds to the first stage heat station (4).
), a second stage expansion chamber (13) surrounded by the tip of the small diameter part (10b) of the displacer (10) and the tip of the small diameter part (3b) of the cylinder (3), and corresponding to the second stage heat station (5). It is divided into.

また、ディスプレーサ(10)の大径部(10a)下端
には大径部(10a)内の密閉空間を上記第1段膨張室
(12)に常時連通ずる連通孔(14)、  (14)
が形成されている。また、小径部(10b)上端には小
径部(10b)内の空間を第1段膨張室(12)に常時
連通ずる連通孔(15)、  (15)が、同下端には
密閉空間を上記第2段膨張室(13)に常時連通する連
通孔(16)、  (16)がそれぞれ形成されている
Further, at the lower end of the large diameter part (10a) of the displacer (10), there is a communication hole (14) that constantly communicates the sealed space inside the large diameter part (10a) with the first stage expansion chamber (12).
is formed. Further, at the upper end of the small diameter part (10b), there is a communication hole (15), (15) that always communicates the space inside the small diameter part (10b) with the first stage expansion chamber (12), and at the lower end, there is a communication hole (15) that always communicates the space inside the small diameter part (10b) with the first stage expansion chamber (12). Communication holes (16), (16) are formed, respectively, to constantly communicate with the second stage expansion chamber (13).

さらに、上記ディスプレーサ(10)の大径部(10a
)上端には大径部(10a)内の空間を上記ガス給排室
(11)に連通ずる管状の係止片(17)が一体に突設
され、該係止片(17)は上記スラックピストン(7)
底壁の中心孔(8)を貫通してピストン(7)内に所定
寸法だけ延び、その上端部にはピストン(7)底壁に係
合するフランジ状の係止部(17a)が一体に形成され
ており、スラックピストン(7)の上昇移動時、ピスト
ン(7)が所定ストロークだけ上昇した時点でその底壁
と係止片(17)の係止部(17a)との係合により、
ディスプレーサ(10)をピストン(7)によって駆動
して上昇開始させるように つまりディスプレーサ(1
0)を所定ストロークの遅れをもってピストン(7)に
追従移動させるようになされている。
Furthermore, the large diameter portion (10a) of the displacer (10)
) A tubular locking piece (17) that communicates the space inside the large diameter portion (10a) with the gas supply/discharge chamber (11) is integrally provided at the upper end, and the locking piece (17) is connected to the slack. Piston (7)
It extends into the piston (7) by a predetermined dimension through the center hole (8) of the bottom wall, and is integrally provided with a flange-like locking part (17a) that engages with the bottom wall of the piston (7) at its upper end. When the slack piston (7) moves upward, when the piston (7) rises by a predetermined stroke, the bottom wall of the slack piston (7) engages with the locking portion (17a) of the locking piece (17).
The displacer (10) is driven by the piston (7) to start rising.
0) is moved to follow the piston (7) with a delay of a predetermined stroke.

そして、上記ディスプレーサ(10)の大径部(10a
)内の密閉空間には第1段リジェネレータ(18)(蓄
冷器)が、また小径部(10b)内の密閉空間には第2
段リジェネレータ(19)がそれぞれ嵌装されている。
The large diameter portion (10a) of the displacer (10)
) is the first stage regenerator (18) (regenerator), and the small diameter part (10b) is the second stage regenerator (18) (regenerator) in the sealed space.
A stage regenerator (19) is fitted respectively.

これらリジェネレータ(18)、、(19)はいずれも
蓄冷型の熱交換器からなる。具体的には、上記第1段リ
ジェネレータ(18)は、密閉空間内に蓄冷材として円
板状の多数の銅メツシユを積層したものであり、−方、
第2段リジェネレータ(19)では空間内に蓄冷材とし
て所定の直径を有する多数の鉛球(鉛のショット)が充
填封入され、これらメツシュの網目及び鉛球間の間隙が
ガス通路とされており、このガス通路を流れるヘリウム
ガスの冷熱をメツシュ及び各鉛球に蓄えるようにしてい
る。すなわち、ディスプレーサ(10)がシリンダ(3
)内を上昇する吸気行程にあるときには、前の排気行程
で極低温レベルに温度降下したメツシュ及び鉛球をガス
給排室(11)から第1及び第2段膨張室(12)、(
13)に向かう常温のヘリウムガスと接触させて、両者
の熱交換によりそのガスを極低温レベル近くまで冷却す
る。一方、ディスプレーサ(10)が下降する排気行程
にあるときには、各膨張室(12)、  (13)での
膨張により極低温レベルに温度降下したヘリウムガスを
シリンダ(3)外に排出する途中でメツシュ及び鉛球と
接触させて、両者の熱交換によりメツシュ及び鉛球を極
低温レベル近くまで再度冷却するように構成されている
Each of these regenerators (18), (19) is a regenerator type heat exchanger. Specifically, the first stage regenerator (18) has a large number of disk-shaped copper meshes stacked together as a cold storage material in a closed space.
In the second stage regenerator (19), a large number of lead balls (lead shots) having a predetermined diameter are filled and sealed as a cold storage material in the space, and the mesh of these meshes and the gaps between the lead balls are used as gas passages. The cold heat of the helium gas flowing through this gas passage is stored in the mesh and each lead bulb. That is, the displacer (10) is connected to the cylinder (3).
) during the intake stroke, the mesh and lead bulb whose temperature has dropped to a cryogenic level in the previous exhaust stroke are transferred from the gas supply and exhaust chamber (11) to the first and second stage expansion chambers (12), (
13), and the gas is cooled to near cryogenic levels by heat exchange between the two. On the other hand, when the displacer (10) is in the downward exhaust stroke, the mesh and a lead ball, and the mesh and the lead ball are cooled again to near cryogenic levels by heat exchange between the two.

一方、上記蓋部材(21)は、シリンダ(3)の開口を
閉塞するバルブステム(22)と、該バルブステム(2
2)の上側に連設されたバルブケース(27)とからな
る。上記バルブステム(22)はシリンダ(3)内にそ
の内壁と所定の間隔をあけて同心状に突出する円柱状の
突出部(22a)を有する。また、バルブステム(22
)には、そのシリンダ中心線上を上面から突出部(22
a)下面(ガス給排室(11))まで貫通するガス流路
(23)と、所定容積のサージボリューム(24)とが
形成されている。上記ガス流路(23)は、通路断面積
の小さい連通路(25)を介して上記サージボリューム
(24)に常時連通しており、この連通路(25)によ
りサージボリューム(24)での中間圧を適正値に設定
するようにしている。また、サージボリューム(24)
は上記中間圧室(6)にオリフィス(26)を介して常
時連通している。
On the other hand, the lid member (21) includes a valve stem (22) that closes the opening of the cylinder (3), and a valve stem (22) that closes the opening of the cylinder (3).
2) and a valve case (27) connected to the upper side. The valve stem (22) has a cylindrical protrusion (22a) that protrudes concentrically within the cylinder (3) at a predetermined distance from the inner wall thereof. In addition, the valve stem (22
) has a protrusion (22
a) A gas flow path (23) penetrating to the lower surface (gas supply/discharge chamber (11)) and a surge volume (24) of a predetermined volume are formed. The gas flow path (23) is always in communication with the surge volume (24) via a communication path (25) with a small passage cross-sectional area, and this communication path (25) allows the intermediate portion of the surge volume (24) to I try to set the pressure to an appropriate value. Also, surge volume (24)
is in constant communication with the intermediate pressure chamber (6) via the orifice (26).

上記バルブケース(27)の上面には高圧ガス入口(2
8)及び低圧ガス出口(29)が所定間隔をあけて並ん
で開口され、高圧ガス入口(28)は高圧配管(91)
を介して圧縮機(1)の吐出口に、また低圧ガス出口(
29)は低圧配管(92)を介して圧縮機(1)の吸込
側にそれぞれ接続されている。バルブケース(27)は
切換バルブ(32)の一部を構成するもので、該切換バ
ルブ(32)により、上記高圧ガス入口(28)及び低
圧ガス出口(29)を上記ガス給排室(11)に対し択
一的に連通させるようにしている。
The upper surface of the valve case (27) has a high pressure gas inlet (2
8) and a low pressure gas outlet (29) are opened in line at a predetermined interval, and a high pressure gas inlet (28) is connected to a high pressure pipe (91).
to the discharge port of the compressor (1) via the low pressure gas outlet (
29) are respectively connected to the suction side of the compressor (1) via low pressure pipes (92). The valve case (27) constitutes a part of the switching valve (32), and the switching valve (32) connects the high pressure gas inlet (28) and the low pressure gas outlet (29) to the gas supply and discharge chamber (11). ) are selectively communicated.

すなわち、バルブケース(27)内には上記高圧ガス入
口(28)から低圧ガス出口(29)に向かう方向に延
びる円柱状の空間(33)が形成され、該空間(33)
の上側壁面には高圧ガス人口(28)及び低圧ガス出口
(29)の各下端が開口している。一方、空間(33)
の下側壁面には上記高圧ガス入口(28)及び低圧ガス
出口(29)と同径の2つのポート(34)、  (3
5)がそれぞれ高圧ガス入口(28)及び低圧ガス出口
(29)に上下に対応して開口され、これらのポート(
34)、  (35)はバルブケース(27)内で互い
に合流された後、上記バルブステム(22)のガス流路
(23)に連通されている。上記空間(33)にはスプ
ール(36)が摺動可能に嵌挿され、このスプール(3
6)により空間(33)が図で右側の圧力室(37)と
左側のばね室(38)とに区画されている。スプール(
36)には流路(39)が上下に貫通形成されている。
That is, a cylindrical space (33) extending from the high pressure gas inlet (28) to the low pressure gas outlet (29) is formed in the valve case (27), and the space (33)
The lower ends of a high-pressure gas outlet (28) and a low-pressure gas outlet (29) are opened at the upper wall surface of the gas chamber. On the other hand, space (33)
There are two ports (34) with the same diameter as the high pressure gas inlet (28) and low pressure gas outlet (29) on the lower wall surface of the (3
5) are opened vertically corresponding to the high pressure gas inlet (28) and the low pressure gas outlet (29), respectively, and these ports (
34) and (35) are joined together in the valve case (27) and then communicated with the gas flow path (23) of the valve stem (22). A spool (36) is slidably inserted into the space (33), and the spool (36) is slidably inserted into the space (33).
6), the space (33) is divided into a pressure chamber (37) on the right side and a spring chamber (38) on the left side in the figure. spool(
36), a flow path (39) is formed vertically through it.

また、ばね室(38)にはスプール(36)を図で右側
に付勢するばね(40)が縮装されており、スプール(
36)の移動により流路(39)の高圧ガス入口(28
)又は低圧ガス出口(29)に対する連通を切り換え、
図で実線にて示す如く、圧力室(37)の圧力上昇によ
りスプール(36)かばね(40)の付勢力に抗して左
端の高圧位置に移動したときには、その流路(39)を
高圧ガス入口(28)に合致させて、高圧ガス人口(2
8)とそれに対応するボート(34)とを流路(39)
を介して連通させる一方、圧力室(37)の圧力低下に
伴いスプール(36)かばね(40)の付勢力により右
端の低圧位置に移動したときには、流路(39)を低圧
ガス出口(29)に合致させて、低圧ガス出口(29)
とそれに対応するボート(35)とを流路(39)を介
して連通させるようにしている。
In addition, a spring (40) that biases the spool (36) to the right side in the figure is housed in the spring chamber (38).
36), the high pressure gas inlet (28) of the flow path (39)
) or switching the communication to the low pressure gas outlet (29),
As shown by the solid line in the figure, when the pressure rises in the pressure chamber (37) and the spool (36) moves to the high pressure position at the left end against the biasing force of the spring (40), the high pressure gas flows through the flow path (39). Match the inlet (28) with the high pressure gas population (2
8) and the corresponding boat (34) in the channel (39)
On the other hand, when the pressure in the pressure chamber (37) decreases and the spool (36) moves to the right end low pressure position due to the biasing force of the spring (40), the flow path (39) is connected to the low pressure gas outlet (29). Low pressure gas outlet (29)
and the corresponding boat (35) are communicated via a channel (39).

尚、上記ばね室(38)と上記高圧配管(91)とは中
間圧力調整弁(41)を配設した配管(42)により、
またばね室(38)と低圧配管(92)とは中間圧力調
整弁(43)を配設した配管(44)によりそれぞれ連
通しており、これらの調整弁(41)、(43)により
ばね室(38)でのガス圧を調整している。
The spring chamber (38) and the high pressure pipe (91) are connected by a pipe (42) equipped with an intermediate pressure regulating valve (41).
The spring chamber (38) and the low pressure pipe (92) are connected to each other by a pipe (44) equipped with an intermediate pressure regulating valve (43), and these regulating valves (41) and (43) communicate with each other. The gas pressure at (38) is adjusted.

上記膨張機(2)の圧力室(37)に対するガス圧を高
圧又は低圧に周期的に切り換えるための圧力切換手段と
してのバルブモータアッセンブリ(51)が膨張機(2
)とは離隔して配設されている。
A valve motor assembly (51) serves as a pressure switching means for periodically switching the gas pressure in the pressure chamber (37) of the expander (2) to high pressure or low pressure.
) is located separately from the

このバルブモータアッセンブリ(51)は、上端が閉塞
された有底円筒状のバルブハウジング(52)と、該ハ
ウジング(52)の下端開口を気密状に閉塞するバルブ
ステム(56)とで構成された密閉円筒状のもので、バ
ルブハウジング(52)の側壁には上記高圧配管(91
)、つまり圧縮機(1)の吐出側に接続される高圧ガス
ポー1(53)と、低圧配管(92)、つまり圧縮機(
1)の吸込側に接続される低圧ガスポート(54)とが
開口されている。また、バルブステム(56)の下端に
はガス給排口(57)が開口され、このガス給排口(5
7)は連絡配管(93)を介して上記膨張機(2)の圧
力室(37)に接続されている。バルブハウジング(5
2)の内部には、上記高圧ガスポート(53)に連通ず
るバルブ室(55)が形成され、このバルブ室(55)
にはバルブステム(56)の上面が臨んでいる。
This valve motor assembly (51) is composed of a bottomed cylindrical valve housing (52) whose upper end is closed, and a valve stem (56) which airtightly closes the lower end opening of the housing (52). It has a closed cylindrical shape, and the high pressure pipe (91) is attached to the side wall of the valve housing (52).
), that is, the high pressure gas port 1 (53) connected to the discharge side of the compressor (1), and the low pressure pipe (92), that is, the compressor (
A low pressure gas port (54) connected to the suction side of 1) is opened. Further, a gas supply/discharge port (57) is opened at the lower end of the valve stem (56).
7) is connected to the pressure chamber (37) of the expander (2) via a connecting pipe (93). Valve housing (5
2) is formed with a valve chamber (55) that communicates with the high pressure gas port (53), and this valve chamber (55)
The upper surface of the valve stem (56) is facing.

バルブステム(56)には、上半部が2つに分岐されか
つ上記バルブ室(55)を上記ガス給排口(57)に連
通ずる第1ガス流路(58)と、一端が該第1ガス流路
(58)に後述のバルブディスク(62)の低圧ボート
(64)を介して連通ずるとともに、他端が上記低圧ガ
スポート(54)にバルブハウジング(52)に形成し
た連通路(59)を介して連通ずる第2ガス流路(60
)とが貫通形成されている。両ガス流路(58)。
The valve stem (56) has a first gas passage (58) whose upper half is branched into two and communicates the valve chamber (55) with the gas supply/discharge port (57), and a first gas flow passage (58) whose upper half is divided into two and communicates the valve chamber (55) with the gas supply/discharge port (57). 1 gas flow path (58) via a low pressure boat (64) of a valve disc (62) to be described later, and the other end is connected to the low pressure gas port (54) formed in the valve housing (52). A second gas flow path (60
) are formed through it. Both gas channels (58).

(60)は、第2図に示すように、バルブステム(56
)上面においてバルブ室(55)に対し、第2ガス流路
(60)にあってはバルブステム中心部に、第1ガス流
路(58)の2つの分岐部分にあっては上記第2ガス流
路(60)の開口部に対して対称な位置にそれぞれ開口
されている。
(60) is a valve stem (56) as shown in FIG.
) At the upper surface, the valve chamber (55) is located at the center of the valve stem in the second gas flow path (60), and the second gas flow path (58) is located in the two branched portions of the first gas flow path (58). The openings are respectively symmetrical with respect to the opening of the flow path (60).

また、バルブ室(55)内にはバルブモータ(61)に
よって所定周期で回転駆動される切換バルブとしてのバ
ルブディスク(62)が配設され、該バルブディスク(
62)の切換動作により、高圧ガスポート(53)に連
通ずるバルブ室(55)と、低圧ガスポー1− (54
)に連通ずる連通路(59)とをガス給排口(57)に
対し交互に連通ずるようになされている。
Further, a valve disc (62) as a switching valve is disposed in the valve chamber (55) and is rotated at a predetermined period by a valve motor (61).
62), the valve chamber (55) communicating with the high pressure gas port (53) and the low pressure gas port 1- (54
) are alternately communicated with the gas supply/discharge port (57).

詳しくは、上記バルブディスク(62)はバルブモータ
(61)の出力軸(61a)にかつ摺動可能に連結され
ている。また、バルブディスク(62)上面とモータ(
61)との間にはスプリング(65)が縮装されており
、このスプリング(65)のばね力及びバルブ室(55
)に導入された高圧ヘリウムガスの圧力によりバルブデ
ィスク(62)下面をバルブステム(56)上面に対し
一定の押圧力で押し付けている。また、第3図に示す如
く、バルブディスク(62)の下面には、その半径方向
に対向する外周縁から中心方向に所定長さだけ切り込ん
でなる1対の高圧ボート(63)、  (63)と、該
高圧ボー)(63)、  (63)に対しバルブディス
ク(62)の回転方向に略90″の角度間隔をあけて配
置され、バルブディスク(62)下面の中心から外周縁
近傍に向かって直径方向に切り欠いてなる低圧ポート(
64)とが形成されている。そして、バルブモータ(6
1)の駆動によりバルブディスク(62)がその下面を
バルブステム(56)上面に圧接させながら回転して切
換動作する際、このバルブディスク(62)の切換動作
に応じて高圧ガスポート(53)又は低圧ガスポート(
54)を交互にガス給排口(57)に所定のタイミング
で連通させるようにしている。
Specifically, the valve disc (62) is slidably connected to the output shaft (61a) of the valve motor (61). In addition, the top surface of the valve disc (62) and the motor (
A spring (65) is compressed between the valve chamber (55) and the spring force of the spring (65).
), the lower surface of the valve disk (62) is pressed against the upper surface of the valve stem (56) with a constant pressing force. In addition, as shown in FIG. 3, a pair of high-pressure boats (63), (63) are cut into the lower surface of the valve disk (62) by a predetermined length from the radially opposing outer peripheral edges toward the center. and the high-pressure bows (63) and (63) are arranged at an angular interval of approximately 90'' in the rotational direction of the valve disc (62), and are arranged from the center of the lower surface of the valve disc (62) toward the vicinity of the outer periphery. Low pressure port (
64) is formed. And the valve motor (6
1), when the valve disc (62) rotates and performs a switching operation while pressing its lower surface against the upper surface of the valve stem (56), the high pressure gas port (53) Or low pressure gas port (
54) are alternately communicated with the gas supply/discharge port (57) at a predetermined timing.

そして、バルブモータアッセンブリ(51)でのバルブ
ディスク(62)の切換えにより、膨張機(2)の圧力
室(37)に高圧ガスポート(53)からの高圧ガス又
は低圧ガスポート(54)からの低圧ガスを交互に作用
させて切換バルブ(32)のスプール(36)を移動さ
せ、第2図(a)に示す如(、バルブディスク(62)
下面の高圧ポート(63)、(63)の内端がそれぞれ
バルブステム(56)上面に開口する第1ガス流路(5
8)に合致したときには、膨張機(2)の圧力室(37
)に高圧ヘリウムガスを導入してスプール(36)を図
で左端の高圧位置に移動させ、膨張機(2)の高圧ガス
入口(28)をスプール(36)の流路(39)及びガ
ス流路(23)を介してシリンダ(3)内のガス給排室
(11)、第1及び第2段膨張室(12)、(13)に
連通させて、これら各室(11)〜(13)に高圧ヘリ
ウムガスを導入充填することにより、スラックピストン
(7)及び該ピストン(7)によって駆動されるディス
プレーサ(10)を上昇させる。
By switching the valve disc (62) in the valve motor assembly (51), the pressure chamber (37) of the expander (2) receives high pressure gas from the high pressure gas port (53) or from the low pressure gas port (54). The spool (36) of the switching valve (32) is moved by applying low pressure gas alternately, and the valve disc (62) is moved as shown in FIG. 2(a).
A first gas flow path (5) in which the inner ends of the high pressure ports (63), (63) on the lower surface open to the upper surface of the valve stem (56), respectively.
8), the pressure chamber (37) of the expander (2)
), move the spool (36) to the high pressure position on the left end in the diagram, and connect the high pressure gas inlet (28) of the expander (2) to the flow path (39) of the spool (36) and the gas flow path. The gas supply/discharge chamber (11), first and second stage expansion chambers (12) and (13) in the cylinder (3) are communicated with each other through the passage (23). ), the slack piston (7) and the displacer (10) driven by the piston (7) are raised.

一方、第2図(b)に示すように、バルブステム(56
)上面に開口する第2ガス流路(60)に央部にて常時
連通ずる低圧ポート(64)の外端が上記第1ガス流路
(58)に合致したときには、ばね(40)の付勢力に
よりスプール(36)を図で右側の低圧位置に移動させ
、上記シリンダ(3)内の各室(11)〜(13)を第
1ガス流路(58)及びスプール(36)の流路(39
)を介して低圧ガス出口(29)に連通させて、各室(
11)〜(13)に充填されているヘリウムガスを低圧
ガス出口(29)に排出することにより、スラックピス
トン(7)及びディスプレーサ(10)を下降させ、こ
のディスプレーサ(10)の下降移動に伴う膨張室(1
2)、(13)内のヘリウムガスの膨張によって各ヒー
トステーション(4)、(5)に寒冷を発生させるよう
に構成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 2(b), the valve stem (56
) When the outer end of the low pressure port (64), which is in constant communication at the center with the second gas flow path (60) opened on the top surface, matches the first gas flow path (58), the spring (40) is attached. The force moves the spool (36) to the low pressure position on the right side in the figure, and the chambers (11) to (13) in the cylinder (3) are connected to the first gas flow path (58) and the flow path of the spool (36). (39
) to the low pressure gas outlet (29) to connect each chamber (
By discharging the helium gas filled in 11) to (13) to the low pressure gas outlet (29), the slack piston (7) and the displacer (10) are lowered, and as the displacer (10) moves downward, the helium gas is discharged to the low pressure gas outlet (29). Expansion chamber (1
It is configured to generate cold in each heat station (4), (5) by the expansion of helium gas in (2), (13).

次に、上記実施例の作用について説明する。Next, the operation of the above embodiment will be explained.

クールダウン時には、GM冷凍機及びJT冷凍機の運転
に伴って5QUIDが徐々に低温度レベルに冷却され、
その5QUIDの温度が極低温レベル(約4K)まで降
下した後に冷凍機は定常運転状態に移り、その状態で5
QUIDが作動する。
During cool-down, the 5QUID is gradually cooled to a low temperature level as the GM refrigerator and JT refrigerator operate.
After the temperature of the 5QUID drops to the cryogenic level (approximately 4K), the refrigerator shifts to a steady operating state, and in that state, the
QUID is activated.

すなわち、上記GM冷凍機の運転を詳しく説明すると、
膨張機(2)における切換バルブ(32)のスプール(
36)は閉じ位置にある。また、シリンダ(3)内の圧
力が低圧であって、スラックピストン(7)とディスプ
レーサ(10)とが下降端位置にあるとする。この状態
で、バルブモータアッセンブリ(51)のバルブモータ
(61)の駆動によりバルブディスク(62)が回転し
、第2図(a)に示すように、その高圧ボート(63)
、(63)がバルブステム(56)上面の第1ガス流路
(58)に合致してバルブディスク(62)が高圧側に
開く。これに伴い、圧縮機(1)から高圧ガスポート(
53)を介してバルブモータアッセンブリ(51)のバ
ルブ室(55)に供給されている高圧ヘリウムガスがバ
ルブディスク(62)の高圧ポート(63)、  (6
B)及び第1ガス流路(58)を介してガス給排口(5
7)に供給され、このガス給排口(57)から連絡配管
(93)を介して膨張機(2)の圧力室(37)に導入
される。この圧力室(37)のガス圧の上昇によりスプ
ール(36)かばね(40)の付勢力に抗して第1図で
左側に移動して高圧位置に位置付けられ、その流路(3
9)が高圧ガス入口(28)及びポート(34)に合致
して両者を連通し、これに伴い、高圧ガス入口(28)
のガスがガス流路(23)を介してスラツクピストン(
7)下方のガス給排室(11)に導入される。
That is, to explain in detail the operation of the above GM refrigerator,
The spool of the switching valve (32) in the expander (2)
36) is in the closed position. Further, it is assumed that the pressure inside the cylinder (3) is low and the slack piston (7) and the displacer (10) are at the lower end position. In this state, the valve disc (62) is rotated by the drive of the valve motor (61) of the valve motor assembly (51), and the high pressure boat (63) is rotated as shown in FIG. 2(a).
, (63) coincide with the first gas flow path (58) on the upper surface of the valve stem (56), and the valve disc (62) opens to the high pressure side. Along with this, from the compressor (1) to the high pressure gas port (
The high-pressure helium gas supplied to the valve chamber (55) of the valve motor assembly (51) via the high-pressure ports (63), (6) of the valve disc (62)
B) and the gas supply/discharge port (5) via the first gas flow path (58).
7), and is introduced from this gas supply/discharge port (57) into the pressure chamber (37) of the expander (2) via the connecting pipe (93). This rise in gas pressure in the pressure chamber (37) causes the spool (36) to move to the left in FIG.
9) matches the high-pressure gas inlet (28) and the port (34) to communicate them, and accordingly, the high-pressure gas inlet (28)
The gas passes through the gas flow path (23) to the slack piston (
7) Introduced into the lower gas supply/discharge chamber (11).

さらに、このガスはガス給排室(11)からディスプレ
ーサ(10)の各リジェネレータ(18)。
Further, this gas is distributed from the gas supply/discharge chamber (11) to each regenerator (18) of the displacer (10).

(19)を通って順に各膨張室(12)、  (13)
に充填され、このリジェネレータ(18)、  (19
)を通る間に前の排気行程で冷却されている銅メツシユ
及び鉛球との熱交換によって冷却される。
(19) and then each expansion chamber (12), (13)
This regenerator (18), (19
), it is cooled by heat exchange with the copper mesh and lead bulbs that have been cooled in the previous exhaust stroke.

また、上記スラックピストン(7)上側の中間圧室(6
)はオリフィス(26)を介してサージボリューム(2
4)に連通しているので、その圧力は一定の適正値に保
たれている。このため、上記ガス給排室(11)へ高圧
ヘリウムガスが導入されると、その内部の圧力が上記中
間圧室(6)よりも高くなり、画室(6)、’  (1
1)間の圧力差によってピストン(7)が上昇する。そ
して、このピストン(7)が所定ストロークだけ上昇す
ると、該ピストン(7)の底壁とディスプレーサ(10
)上端の係止片(17)とが係合して、ディスプレーサ
(10)は圧力変化に対し遅れを持ってピストン(7)
により引き上げられ、このディスプレーサ(10)の上
昇移動によりその下方の膨張室(12)、  (13)
にさらに高圧ガスが充填される(吸気行程)。
In addition, the intermediate pressure chamber (6) above the slack piston (7)
) is the surge volume (2
4), so the pressure is kept at a constant and appropriate value. Therefore, when high-pressure helium gas is introduced into the gas supply/discharge chamber (11), the internal pressure becomes higher than that of the intermediate pressure chamber (6), and the compartments (6),' (1
1) The piston (7) rises due to the pressure difference between the two. When the piston (7) moves up by a predetermined stroke, the bottom wall of the piston (7) and the displacer (10
) The displacer (10) engages with the locking piece (17) at the upper end, and the displacer (10) moves the piston (7) with a delay in response to pressure changes.
The upward movement of this displacer (10) causes the expansion chambers (12), (13) below it to
is further filled with high pressure gas (intake stroke).

この後、上記バルブディスク(62)が90″回転して
閉じるが、その後もディスプレーサ(10)は慣性力に
よって上昇し、これに伴い、ディスプレーサ(10)上
方のガス給排室(11)内のヘリウムガスが第1及び第
2段膨張室(12)。
After this, the valve disc (62) rotates 90'' and closes, but the displacer (10) continues to rise due to inertia, and as a result, the air in the gas supply/discharge chamber (11) above the displacer (10) increases. Helium gas enters the first and second stage expansion chambers (12).

(13)に移動する。Move to (13).

そして、ディスプレーサ(10)が上昇端位置に達した
後、バルブディスク(62)がさらに90″回転し、第
2図(b)に示す如く、その低圧ポート(64)が第1
ガス流路(58)に合致してバルブディスク(62)が
低圧側に開き、この開弁に伴い上記切換バルブ(32)
の圧力室(37)が低下し、スプール(36)かばね(
40)の付勢力により第1図で右側に移動して低圧位置
に位置付けられ、その流路(39)が低圧ガス出口(2
9)及びポート(35)に合致して両者を連通ずる。こ
の切換バルブ(32)の低圧側への開弁に伴い、上記デ
ィスプレーサ(10)下方の各膨張室(12)、(13
)内のヘリウムガスがサイモン膨張し、このヘリウムガ
スの膨張によって寒冷が発生する(膨張行程)。
After the displacer (10) reaches the upper end position, the valve disc (62) rotates further 90'', and the low pressure port (64) is moved to the first position as shown in FIG. 2(b).
The valve disc (62) opens to the low pressure side in line with the gas flow path (58), and with this valve opening, the switching valve (32)
The pressure chamber (37) of the spool (36) and the spring (
40) moves to the right in Fig. 1 and is positioned at a low pressure position, and its flow path (39) is connected to the low pressure gas outlet (2).
9) and port (35) to communicate them. As the switching valve (32) opens to the low pressure side, each expansion chamber (12), (13) below the displacer (10)
The helium gas in ) undergoes Simon expansion, and this expansion of helium gas generates cooling (expansion stroke).

この極低温状態となったヘリウムガスは、上記ガス導入
時とは逆に、ディスプレーサ(1o)内のりジェネレー
タ(19)、  (18)を通って上記ガス給排室(1
1)内に戻り、−その間にリジェネレータ(19)、 
 (18)内の銅メツシユ及び鉛球を冷却しながら自身
が常温まで暖められる。
This extremely low-temperature helium gas passes through the glue generators (19) and (18) in the displacer (1o), contrary to the gas introduction process, and passes through the gas supply and discharge chamber (1o).
1) return within - while regenerator (19);
(18) While cooling the copper mesh and lead bulb inside, it is heated to room temperature.

そして、この常温のヘリウムガスは、ガス給排室(11
)内のガスと共に、上記とは逆に、ガス流路(23)を
介して低圧ガス出口(29)に戻り、そこから低圧配管
(92)を経て圧縮機(1)に吸い込まれる。このガス
排出に伴い、上記ガス給排室(11)内のガス圧が低下
して中間圧室(6)よりも低くなり、この両室(6)、
  (11)での圧力差によりスラブクピストン(7)
が下降し、このピストン(7)の底壁がディスプレーサ
(10)の上面に当接した後は該ディスプレーサ(10
)が押圧されて下降し、このディスプレーサ(10)の
下降移動により膨張室(12)、(13)内のガスが膨
張機(2)外にさらに排出される(排気行程)。
This room temperature helium gas is then stored in the gas supply and exhaust chamber (11
) is returned to the low-pressure gas outlet (29) via the gas flow path (23), and from there is sucked into the compressor (1) via the low-pressure pipe (92). With this gas discharge, the gas pressure in the gas supply and discharge chamber (11) decreases and becomes lower than that in the intermediate pressure chamber (6), and both chambers (6),
Due to the pressure difference at (11), the slab piston (7)
is lowered and the bottom wall of this piston (7) comes into contact with the upper surface of the displacer (10).
) is pressed down and the downward movement of the displacer (10) causes the gas in the expansion chambers (12), (13) to be further discharged to the outside of the expander (2) (exhaust stroke).

次いで、バルブディスク(62)が90″回転して閉じ
、その後もディスプレーサ(1o)は下降端位置まで下
降し、膨張室(12)、(13)内のガスが排出されて
最初の状態に戻る。以上により膨張8! (2)の動作
の1サイクルが終了し、以後は上記と同様な動作が繰り
返される。この繰返しによりシリンダ(3)の両段ヒー
トステーション(4)、  (5)が徐々に冷却され、
両ヒートステーション(4)、  (5)からの寒冷を
受けたJT冷凍機のヘリウムガスが冷却される。
Next, the valve disc (62) rotates 90'' and closes, and thereafter the displacer (1o) continues to descend to the lowering end position, and the gas in the expansion chambers (12) and (13) is exhausted, returning to the initial state. .With the above, one cycle of the operation of expansion 8! (2) is completed, and the same operation as above is repeated.As a result of this repetition, the two-stage heat stations (4) and (5) of the cylinder (3) are gradually heated. cooled to
The helium gas in the JT refrigerator that receives cold air from both heat stations (4) and (5) is cooled.

この実施例では、膨張機(2)からバルブモータアッセ
ンブリ(51)が分離され、バルブモータ(61)がシ
リンダ(3)から離隔しているので、バルブモータ(6
1)からの磁束が5QUIDの磁束検出にノイズとして
悪影響を及ぼすのが抑制され、よって5QUIDをGM
冷凍機によって問題なく冷却することができる。
In this embodiment, the valve motor assembly (51) is separated from the expander (2), and the valve motor (61) is separated from the cylinder (3).
1) The magnetic flux from 5QUID is suppressed from having an adverse effect as noise on the magnetic flux detection of 5QUID, and therefore the 5QUID is
It can be cooled down without any problem using a refrigerator.

また、バルブモータアッセンブリ(51)におけるバル
ブディスク(62)の高低圧の切換えにより膨張機(2
)の切換バルブ(32)を切り換える構造であり、膨張
機(2)と圧縮機(1)とは従来の一体型冷凍機と同様
に高圧配管(91)及び低圧配管(92)で接続される
ため、圧縮機(1)と膨張機(2)との間をヘリウムガ
スは一体型冷凍機と同等に流れる。従って、バルブ部分
をシリンダ部分から分離して両者を冷媒配管を介して接
続する別体型冷凍機のように、冷媒配管でのガスの圧力
損失により冷凍能力が低下したり、或いは圧縮機(1)
の負荷が増大したりすることはない。また、シリンダ(
3)低温端で奪われた圧縮熱がシリンダ(3)常温端で
止まることもないことから、サージボリューム(24)
で設定される中間圧室(6)のガス圧が上昇するのは防
止され、中間圧と高低圧との差圧が適正に保たれる。
In addition, by switching between high and low pressure of the valve disc (62) in the valve motor assembly (51), the expander (2
), and the expander (2) and compressor (1) are connected by high-pressure piping (91) and low-pressure piping (92), similar to conventional integrated refrigerators. Therefore, helium gas flows between the compressor (1) and the expander (2) in the same way as in an integrated refrigerator. Therefore, as in the case of separate refrigerators in which the valve section is separated from the cylinder section and the two are connected via refrigerant piping, the refrigerating capacity may decrease due to gas pressure loss in the refrigerant piping, or the compressor (1)
The load will not increase. Also, the cylinder (
3) The compression heat removed at the low temperature end of the cylinder (3) does not stop at the room temperature end, so the surge volume (24)
The gas pressure in the intermediate pressure chamber (6) set at 1 is prevented from increasing, and the differential pressure between the intermediate pressure and the high and low pressures is maintained appropriately.

よって、ディスプレーサ(10)の往復運動を安定して
行うことができ、冷凍機のクールダウン時間を短時間に
維持することができるとともに、定常運転時の冷凍能力
を増大させることができる。
Therefore, the reciprocating movement of the displacer (10) can be performed stably, the cool-down time of the refrigerator can be kept short, and the refrigerating capacity during steady operation can be increased.

さらに、膨張機(2)外のバルブモータアッセンブリ(
51)により膨張機(2)の切換バルブ(32)におけ
る圧力室(37)のガス圧を切り換え、このガス圧で切
換バルブ(32)を駆動するため、膨張機(2)にはガ
ス圧による切換バルブ(32)を設けるだけで済み、膨
張機(2)内でのバルブ構造を極めて簡単にすることが
できる。
Furthermore, the valve motor assembly (
51) switches the gas pressure in the pressure chamber (37) in the switching valve (32) of the expander (2), and this gas pressure drives the switching valve (32). Only the switching valve (32) is required, and the valve structure within the expander (2) can be extremely simplified.

(他の実施例) 第4図は第2実施例を示す。尚、第1図と同じ部分につ
いては同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
(Other Embodiments) FIG. 4 shows a second embodiment. Note that the same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

この実施例では、上記第1実施例と同じ構成のバルブモ
ータアッセンブリ(51’)が圧縮機(1)に内蔵され
ており、図示しないが、その高圧ガスポートは圧縮機(
1)の内部で高圧側に、低圧ガスポートは同低圧側にそ
れぞれ接続されている。
In this embodiment, a valve motor assembly (51') having the same configuration as the first embodiment is built into the compressor (1), and although not shown, its high pressure gas port is connected to the compressor (1).
1), the high pressure side is connected to the high pressure side, and the low pressure gas port is connected to the low pressure side.

したがって、この実施例でも上記第1実施例と同様の作
用効果を奏することができる。加えて、バルブモータア
ッセンブリ(51”)が圧縮機(1)に内蔵されている
ので、圧縮機(1)と膨張機(2)とを3本の配管(9
1)〜(93)で接続するだけでよく、配管の接続構造
を簡略にすることができる等の利点がある。
Therefore, this embodiment can also provide the same effects as the first embodiment. In addition, since the valve motor assembly (51") is built into the compressor (1), the compressor (1) and expander (2) are connected through three pipes (9).
Only connections 1) to (93) are required, which has the advantage of simplifying the piping connection structure.

第5図は第3実施例を示す(第2図と同じ部分について
は同じ符号を付してその詳細な説明は省略する)。
FIG. 5 shows a third embodiment (the same parts as in FIG. 2 are given the same reference numerals and detailed explanation thereof is omitted).

この実施例では、上記第1実施例の構成において、バル
ブモータアッセンブリ(51)をリニアモータ圧縮機(
71)に代えたものである。
In this embodiment, in the configuration of the first embodiment, the valve motor assembly (51) is replaced with a linear motor compressor (
71).

上記リニアモータ圧縮II(71)は、密閉状のケーシ
ング(72)と、該ケーシング(72)内に形成された
シリンダ(73)と、該シリンダ(73)内に往復動可
能に嵌装され、シリンダ(73)内空間に圧縮室(74
)を区画形成するピストン(75)と、該ピストン(7
5)を往復駆動する駆動源としてのりニアモータ(76
)とを備えている。このリニアモータ(76)はシリン
ダ(73)周りに配置された環状の永久磁石(77)を
有し、この磁石(77)により、シリンダ(73)の中
心と同心の円筒状の間隙に磁界を発生させる。上記間隙
には中心部にて上記ピストン(75)に一体固定された
略述カップ状のボビン(78)が往復動可能に配設され
、該ボビン(78)の外周には、リード線(79a)、
  (79a)により通電されるコイル(79)が巻き
付けられている。また、上記ボビン(78)の底面外側
(ピストン(75)と反対側)とケーシング(72)内
底面との間にはピストン(75)を往復動可能に弾性支
持するためのコイルばね(80)が架設されており、コ
イル(79)に所定周波数の交流を通電することで、間
隙内を通る磁界との作用によりコイル(79)及びボビ
ン(78)を駆動してピストン(75)をシリンダ(7
3)内で往復移動させることにより、圧縮室(74)で
所定周期のガス圧を発生させるようになされている。
The linear motor compression II (71) includes a closed casing (72), a cylinder (73) formed within the casing (72), and a reciprocatingly fitted cylinder (73). The compression chamber (74) is located inside the cylinder (73).
) and a piston (75) defining a section of the piston (7
A glue near motor (76
). This linear motor (76) has an annular permanent magnet (77) arranged around the cylinder (73), and this magnet (77) applies a magnetic field to a cylindrical gap concentric with the center of the cylinder (73). generate. A roughly cup-shaped bobbin (78) integrally fixed to the piston (75) at the center is arranged in the gap so as to be able to reciprocate, and a lead wire (79a ),
(79a) is wound with a coil (79) that is energized. Further, a coil spring (80) is provided between the outer bottom surface of the bobbin (78) (opposite side to the piston (75)) and the inner bottom surface of the casing (72) for elastically supporting the piston (75) so that the piston (75) can reciprocate. is installed, and by applying an alternating current of a predetermined frequency to the coil (79), the coil (79) and bobbin (78) are driven by the action of the magnetic field passing through the gap, and the piston (75) is moved into the cylinder ( 7
3), gas pressure is generated at a predetermined period in the compression chamber (74).

そして、上記圧縮室(74)に連絡配管(93)の一端
が接続され、その他端が膨張機(2)における切換バル
ブ(32)の圧力室(37)に連通しており、圧縮室(
74)のガス圧により膨張機(2)の切換バルブ(32
)を開閉切換えするようにしている。
One end of a communication pipe (93) is connected to the compression chamber (74), and the other end communicates with the pressure chamber (37) of the switching valve (32) in the expander (2).
The switching valve (32) of the expander (2) is activated by the gas pressure of the expander (2).
) can be switched open and closed.

したがって、この実施例の場合、リニアモータ圧縮機(
71)のりニアモータ(76)の作動に伴い、ピストン
(75)がシリンダ(73)内で所定周期で往復動し、
圧縮室(74)内のガス圧が高低に変化する。この圧縮
室(74)は連絡配管(93)を介して膨張機(2)の
圧力室(37)に連通しているので、上記ピストン(7
5)の往復動により、膨張機(2)の切換バルブ(32
)が高圧ガス人口(28)及び低圧ガス出口(29)を
ガス給排室(11)に対し択一的に連通させるように切
り換わり、ガス給排室(11)ないし膨張室(12)、
(13)に対するガスの給排が行われる。よって、この
実施例でも上記第1実施例と同様の作用効果が得られる
Therefore, for this example, the linear motor compressor (
71) With the operation of the linear motor (76), the piston (75) reciprocates within the cylinder (73) at a predetermined period;
The gas pressure within the compression chamber (74) changes in height. This compression chamber (74) communicates with the pressure chamber (37) of the expander (2) via the connecting pipe (93), so the piston (74) is connected to the pressure chamber (37) of the expander (2).
5), the switching valve (32) of the expander (2)
) is switched to selectively communicate the high pressure gas port (28) and the low pressure gas outlet (29) with the gas supply and discharge chamber (11), and the gas supply and discharge chamber (11) or the expansion chamber (12),
Gas is supplied and discharged to (13). Therefore, this embodiment also provides the same effects as the first embodiment.

尚、上記リニアモータ圧縮機(71)を第2実施例と同
様に圧縮機(1)に内蔵させることも可能である。
Note that it is also possible to incorporate the linear motor compressor (71) into the compressor (1) as in the second embodiment.

また、上記各実施例は、5QUIDを冷却する例である
が、本発明は、その他、モータからの磁束が有害となる
超電導デバイスを冷却する場合にも適用することができ
る。
Further, although each of the above embodiments is an example of cooling a 5QUID, the present invention can also be applied to the case of cooling a superconducting device in which magnetic flux from a motor is harmful.

(発明の効果) 以上説明したように、請求項(1)に係る発明では、ガ
ス圧駆動式のGM冷凍機に対し、その膨張機に圧縮機か
らの高圧及び低圧冷媒ガスのシリンダ膨張室に対する給
排を切り換えるガス圧駆動式の切換バルブを設ける一方
、膨張機の外部に、上記切換バルブの圧力室に対するガ
ス圧をバルブモータにより切り換える圧力切換手段を設
けた。また、請求項(2の発明では、圧力切換手段をリ
ニアモータ圧縮機とした。従って、これらの発明による
と、バルブモータのシリンダからの分離により5QUI
D等の超電導デバイスに対する磁気ノイズの影響をなく
すことができるとともに、圧縮機と膨張室とは一体型冷
凍機と同様に高圧及び低圧配管で接続でき、冷媒ガスの
圧力損失の低下やそれに伴う圧縮機負荷の増大、膨張機
のシリンダ常温端での圧縮熱の滞留によるディスプレー
サ往復運動の障害を回避できる。また、従来のガス圧駆
動式の冷凍機に比べ、膨張機でのバルブ構造を簡単化す
ることができる等、実用上優れた効果を奏することがで
きる。
(Effects of the Invention) As explained above, in the invention according to claim (1), for a gas pressure driven GM refrigerator, high pressure and low pressure refrigerant gases from the compressor are supplied to the cylinder expansion chamber of the expander. A gas pressure-driven switching valve for switching supply and discharge was provided, and a pressure switching means was provided outside the expander for switching the gas pressure to the pressure chamber of the switching valve using a valve motor. In addition, in the invention of claim 2, the pressure switching means is a linear motor compressor. Therefore, according to these inventions, the separation of the valve motor from the cylinder reduces the 5QUI.
In addition to eliminating the influence of magnetic noise on superconducting devices such as D, the compressor and expansion chamber can be connected using high-pressure and low-pressure piping, similar to an integrated refrigerator, reducing the pressure loss of refrigerant gas and the resulting compression. It is possible to avoid problems in the reciprocating movement of the displacer due to an increase in machine load and retention of compression heat at the room temperature end of the cylinder of the expander. Furthermore, compared to conventional gas pressure-driven refrigerators, the valve structure of the expander can be simplified, and excellent practical effects can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図〜第3図は本発明の第1実施例を示し、第1図は
冷凍機の断面図、第2図はバルブモータアッセンブリに
おけるバルブ室に臨むバルブステム上面の平面図、第3
図はバルブディスク下面の平面図である。第4図は第2
実施例に係る冷凍機の概略構成図である。第5図は第3
実施例を示す第2図相当図である。第6図は従来の別体
型冷凍機のPV図示能力を示す図である。 (1)・・・圧縮機 (2)・・・膨張機 (3)・・・シリンダ (6)・・・中間圧室 (7)・・・スラックピストン (10)・・・ディスプレーサ (11)・・・ガス給排室 (18)、  (19)・・・リジェネレータ(21)
・・・蓋部材 (24)・・・サージボリューム (26)・・・オリフィス (28)・・・高圧ガス入口 (29)・・・低圧ガス出口 (32)・・・切換バルブ (37)・・・圧力室 (51)、(51’ )・・・ バルブモータアッセンブリ(圧力切換手段)(53)・
・・高圧ガスポート (54)・・・低圧ガスポート (57)・・・ガス給排口 (61)・・・バルブモータ (62)・・・バルブディスク (71)・・・リニアモータ圧縮機 (73)・・・シリンダ (74)・・・圧縮室 (75)・・・ピストン (76)・・・リニアモータ (91)・・・高圧配管 (圧力切換手段) (92)・・・低圧配管 (93)・・・連絡配管
1 to 3 show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a sectional view of the refrigerator, FIG. 2 is a plan view of the upper surface of the valve stem facing the valve chamber in the valve motor assembly, and FIG.
The figure is a plan view of the lower surface of the valve disk. Figure 4 is the second
1 is a schematic configuration diagram of a refrigerator according to an example. Figure 5 is the third
FIG. 2 is a diagram corresponding to FIG. 2 showing an embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the PV indicating capacity of a conventional separate type refrigerator. (1) Compressor (2) Expander (3) Cylinder (6) Intermediate pressure chamber (7) Slack piston (10) Displacer (11) ...Gas supply and discharge chamber (18), (19)...Regenerator (21)
... Lid member (24) ... Surge volume (26) ... Orifice (28) ... High pressure gas inlet (29) ... Low pressure gas outlet (32) ... Switching valve (37)・・Pressure chamber (51), (51')... Valve motor assembly (pressure switching means) (53)・
...High pressure gas port (54) ...Low pressure gas port (57) ...Gas supply and discharge port (61) ...Valve motor (62) ...Valve disc (71) ...Linear motor compressor (73)...Cylinder (74)...Compression chamber (75)...Piston (76)...Linear motor (91)...High pressure piping (pressure switching means) (92)...Low pressure Piping (93)...Connection piping

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)冷媒ガスを圧縮して高圧ガスを発生させる圧縮機
(1)と、 シリンダ(3)内に嵌挿されたディスプレーサ(10)
を備え、該ディスプレーサ(10)の往復動により、上
記圧縮機(1)から供給された高圧ガスをシリンダ(3
)内の膨張室(12)、(13)で断熱膨張させて極低
温レベルの寒冷を発生させる膨張機(2)とで構成され
た極低温冷凍機であって、 上記膨張機(2)には、上記膨張室(12)、(13)
内に連通する高圧ガス入口(28)及び低圧ガス出口(
29)と、圧力室(37)に対するガス圧の高低切換え
により上記高圧ガス入口(28)及び低圧ガス出口(2
9)を膨張室(12)、(13)に対し択一的に連通さ
せるように切り換わる切換バルブ(32)とが設けられ
、 上記高圧ガス入口(28)は、上記圧縮機 (1)の吐出側に高圧配管(91)を介して接続される
一方、低圧ガス出口(29)は圧縮機(1)の吸込側に
低圧配管(92)を介して接続され、 上記膨張機(2)の圧力室(37)に対するガス圧を高
圧又は低圧に周期的に切り換える圧力切換手段(51)
が膨張機(2)とは離隔して配設され、 上記圧力切換手段(51)は、上記圧力室(37)に連
絡配管(93)を介して連通するガス給排口(57)と
、上記圧縮機(1)の吐出側及び吸込側にそれぞれ接続
される高圧ガスポート(53)及び低圧ガスポート(5
4)と、上記ガス給排口(57)に対し高圧ガスポート
(53)及び低圧ガスポート(54)の連通を切り換え
るバルブ(62)と、該バルブ(62)を所定のタイミ
ングで切換駆動するバルブモータ(61)とを備えてい
ることを特徴とする極低温冷凍機。
(1) A compressor (1) that compresses refrigerant gas to generate high-pressure gas, and a displacer (10) inserted into the cylinder (3).
By reciprocating the displacer (10), the high pressure gas supplied from the compressor (1) is transferred to the cylinder (3).
) A cryogenic refrigerator comprising an expander (2) that generates cryogenic level cold by adiabatic expansion in expansion chambers (12) and (13) in ), the expander (2) are the expansion chambers (12), (13)
A high pressure gas inlet (28) and a low pressure gas outlet (
29) and the high-pressure gas inlet (28) and low-pressure gas outlet (2) by switching the gas pressure to the pressure chamber (37).
9) to the expansion chambers (12) and (13), and the high pressure gas inlet (28) is connected to the high pressure gas inlet (28) of the compressor (1). It is connected to the discharge side via a high pressure pipe (91), while the low pressure gas outlet (29) is connected to the suction side of the compressor (1) via a low pressure pipe (92). Pressure switching means (51) that periodically switches the gas pressure for the pressure chamber (37) to high pressure or low pressure
is arranged separately from the expander (2), and the pressure switching means (51) includes a gas supply/discharge port (57) communicating with the pressure chamber (37) via a connecting pipe (93); A high pressure gas port (53) and a low pressure gas port (5) connected to the discharge side and suction side of the compressor (1), respectively.
4), a valve (62) for switching communication between the high pressure gas port (53) and the low pressure gas port (54) with respect to the gas supply/discharge port (57), and switching and driving the valve (62) at a predetermined timing. A cryogenic refrigerator characterized by comprising a valve motor (61).
(2)冷媒ガスを圧縮して高圧ガスを発生させる圧縮機
(1)と、 シリンダ(3)内に嵌挿されたディスプレーサ(10)
を備え、該ディスプレーサ(10)の往復動により、上
記圧縮機(1)から供給された高圧ガスをシリンダ(3
)内の膨張室(12)、(13)で断熱膨張させて極低
温レベルの寒冷を発生させる膨張機(2)とで構成され
た極低温冷凍機であって、 上記膨張機(2)には、上記膨張室(12)、(13)
内に連通する高圧ガス入口(28)及び低圧ガス出口(
29)と、圧力室(37)に対するガス圧の高低切換え
により上記高圧ガス入口(28)及び低圧ガス出口(2
9)を膨張室(12)、(13)に対し択一的に連通さ
せるように切り換わる切換バルブ(32)とが設けられ
、 上記高圧ガス入口(28)は、上記圧縮機(1)の吐出
側に高圧配管(91)を介して接続される一方、低圧ガ
ス出口(29)は圧縮機(1)の吸込側に低圧配管(9
2)を介して接続され、 上記圧力切換手段(71)は、シリンダ(73)と、該
シリンダ(73)内に往復動可能に配設され、シリンダ
(73)内に上記圧力室(37)に連絡配管(93)を
介して連通する圧縮室(74)を形成するピストン(7
5)と、該ピストン(75)を往復動させるリニアモー
タ(76)とを備えていることを特徴とする極低温冷凍
機。
(2) A compressor (1) that compresses refrigerant gas to generate high-pressure gas, and a displacer (10) fitted into the cylinder (3).
By reciprocating the displacer (10), the high pressure gas supplied from the compressor (1) is transferred to the cylinder (3).
) A cryogenic refrigerator comprising an expander (2) that generates cryogenic level cold by adiabatic expansion in expansion chambers (12) and (13) in ), the expander (2) are the expansion chambers (12), (13)
A high pressure gas inlet (28) and a low pressure gas outlet (
29) and the high-pressure gas inlet (28) and low-pressure gas outlet (2) by switching the gas pressure to the pressure chamber (37).
9) to the expansion chambers (12) and (13), and the high pressure gas inlet (28) is connected to the high pressure gas inlet (28) of the compressor (1). The low pressure gas outlet (29) is connected to the discharge side via the high pressure pipe (91), while the low pressure gas outlet (29) is connected to the suction side of the compressor (1) via the low pressure pipe (91).
2), the pressure switching means (71) is arranged to be able to reciprocate within the cylinder (73), and the pressure switching means (71) is connected to the pressure chamber (37) within the cylinder (73). A piston (7) forming a compression chamber (74) communicating with the piping (93)
5) and a linear motor (76) that reciprocates the piston (75).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020012869A1 (en) * 2018-07-11 2020-01-16 住友重機械工業株式会社 Ultra-low-temperature freezer, and flow-path-switching mechanism of ultra-low-temperature freezer

Cited By (3)

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JP2020008237A (en) * 2018-07-11 2020-01-16 住友重機械工業株式会社 Cryogenic refrigerator and flow passage switching mechanism of cryogenic refrigerator
US11530847B2 (en) 2018-07-11 2022-12-20 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Cryocooler and flow path switching mechanism of cryocooler

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