WO2019230419A1 - パルス管冷凍機 - Google Patents

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WO2019230419A1
WO2019230419A1 PCT/JP2019/019487 JP2019019487W WO2019230419A1 WO 2019230419 A1 WO2019230419 A1 WO 2019230419A1 JP 2019019487 W JP2019019487 W JP 2019019487W WO 2019230419 A1 WO2019230419 A1 WO 2019230419A1
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WO
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pulse tube
valve
spool
pressure
regenerator
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Application number
PCT/JP2019/019487
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English (en)
French (fr)
Inventor
名堯 許
貴士 平山
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a pulse tube refrigerator.
  • a pulse tube refrigerator generally includes an oscillating flow source, a regenerator, a pulse tube, and a phase control mechanism as main components.
  • an oscillating flow source e.g., a so-called GM (Gifford-McMahon) system that uses a combination of a compressor and a periodic flow path switching mechanism and a Stirling system that generates a vibration flow by a harmonically oscillating piston are known.
  • GM Gallium-McMahon
  • rotary valves are typically used as flow path switching mechanisms.
  • the rotary valve has a valve stator and a valve rotor that is in surface contact with the valve stator, and a plurality of working gas passages are formed on the contact surface.
  • One exemplary object of an aspect of the present invention is to suppress an increase in the size of a drive source of a flow path switching mechanism for a pulse tube refrigerator.
  • a pulse tube refrigerator includes a pulse tube and a regenerator, a cold head in which a low temperature end of the pulse tube is connected to a low temperature end of the regenerator, a valve driving chamber, and the valve A spool that moves between a first position and a second position in accordance with the pressure in the drive chamber, the spool connecting the high temperature end of the regenerator to a compressor discharge port at the first position, and A spool valve that connects the high temperature end of the regenerator to a compressor suction port at two positions; and a pressure control mechanism that is disposed away from the cold head and controls the pressure of the valve drive chamber.
  • an increase in the size of the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment.
  • 2 and 3 are schematic views showing the working gas circuit configuration of the pulse tube refrigerator 10 shown in FIG.
  • FIG. 2 shows an intake process of the pulse tube refrigerator 10
  • FIG. 3 shows an exhaust process of the pulse tube refrigerator 10.
  • the pulse tube refrigerator 10 includes a compressor 12 and a cold head 14.
  • the cold head 14 includes a pulse tube 16, a regenerator 18, a cooling stage 20 that cools an object to be cooled 19, a flange portion 22, and a room temperature portion 24.
  • the pulse tube refrigerator 10 is a single-stage pulse tube refrigerator. However, the pulse tube refrigerator 10 may be a multistage (for example, two-stage) pulse tube refrigerator.
  • the pulse tube refrigerator 10 is, for example, a GM (Gifford-McMahon) type double inlet type pulse tube refrigerator. Therefore, a buffer volume 26, for example, a buffer tank, is connected to the room temperature portion 24 of the cold head 14.
  • the room temperature unit 24 has two flow path resistances (for example, an orifice or a throttle valve).
  • the first flow path resistance is referred to as a double inlet orifice 28, and the second flow path resistance is referred to as a buffer orifice 30.
  • the pulse tube refrigerator 10 is different from a typical pulse tube refrigerator with respect to a flow path switching mechanism housed in the room temperature portion 24.
  • the room temperature unit 24 includes a spool valve 32 instead of a rotary valve.
  • the spool valve 32 includes a valve drive chamber 34 and a spool 36 that moves between a first position and a second position in accordance with the pressure in the valve drive chamber 34.
  • the spool 36 connects the high temperature end of the regenerator 18 to the discharge port of the compressor 12 at the first position, and connects the high temperature end of the regenerator 18 to the suction port of the compressor 12 at the second position.
  • the pulse tube refrigerator 10 includes a pressure control mechanism 38 that is disposed away from the cold head 14 and controls the pressure in the valve drive chamber 34.
  • the pressure control mechanism 38 includes a drive chamber intake valve V1 and a drive chamber exhaust valve V2.
  • the compressor 12 and the spool valve 32 constitute a vibration flow generation source of the pulse tube refrigerator 10. That is, the pressure oscillation of the working gas can be generated in the pulse tube 16 through the regenerator 18 by the switching operation of the spool valve 32 from the steady flow of the working gas generated by the compressor 12. Further, the buffer volume 26, the double inlet orifice 28, and the buffer orifice 30 constitute a phase control mechanism of the pulse tube refrigerator 10. The phase of the displacement vibration of the gas element (also referred to as a gas piston) in the pulse tube 16 can be delayed with respect to the pressure vibration of the working gas by the phase control mechanism. Appropriate phase lag can cause PV work at the cold end of the pulse tube 16 to cool the working gas.
  • the cooling stage 20 is cooled by heat exchange with the cooled working gas.
  • 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 high-pressure PH working gas.
  • the working gas is supplied from the compressor discharge port 12a to the pulse tube 16 through the regenerator 18, and the working gas is recovered from the pulse tube 16 to the compressor suction port 12b through the regenerator 18.
  • the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b function as a high pressure source and a low pressure source of the pulse tube refrigerator 10, respectively.
  • the working gas is also called a refrigerant gas, for example, helium gas.
  • both the high pressure PH and the low pressure PL are considerably higher than the ambient environment pressure (for example, atmospheric pressure) of the pulse tube refrigerator 10. Therefore, the high pressure PH and the low pressure PL can also be referred to as the first high pressure and the second high pressure, respectively.
  • the high pressure PH is, for example, 2 to 3 MPa.
  • the low pressure PL is, for example, 0.5 to 1.5 MPa.
  • the pulse tube refrigerator 10 is provided with a high pressure line 13a and a low pressure line 13b.
  • the high pressure line 13a extends from the compressor discharge port 12a, branches at the high pressure line branch point 40a, and is connected to the high pressure port 42 of the cold head 14 and the drive chamber intake valve V1 of the pressure control mechanism 38.
  • the high-pressure PH working gas flows from the compressor 12 to the cold head 14 and from the compressor 12 to the pressure control mechanism 38 through the high-pressure line 13a.
  • the low pressure line 13b extends from the compressor suction port 12b, branches at a low pressure line branch point 40b, and is connected to the low pressure port 44 of the cold head 14 and the drive chamber exhaust valve V2 of the pressure control mechanism 38.
  • the low pressure PL working gas flows from the cold head 14 to the compressor 12 and from the pressure control mechanism 38 to the compressor 12 through the low pressure line 13b.
  • valve drive chamber line 46 extends from the valve drive chamber 34, branches in the middle, and is connected to the drive chamber intake valve V1 and the drive chamber exhaust valve V2.
  • the high-pressure line 13a and the low-pressure line 13b may be rigid or flexible pipes that connect the compressor 12, the cold head 14, and the pressure control mechanism 38, respectively.
  • the valve driving chamber line 46 may be a rigid or flexible pipe that connects the cold head 14 and the pressure control mechanism 38.
  • the pulse tube 16 has a pulse tube high temperature end 16a and a pulse tube low temperature end 16b, and extends from the pulse tube high temperature end 16a to the pulse tube low temperature end 16b.
  • the pulse tube hot end 16a and the pulse tube cold end 16b may also be referred to as a first end and a second end of the pulse tube 16, respectively.
  • a rectifier may be provided at each of the pulse tube high temperature end 16a and the pulse tube low temperature end 16b.
  • the regenerator 18 has a regenerator high-temperature end 18a and a regenerator low-temperature end 18b, and extends from the regenerator high-temperature end 18a to the regenerator low-temperature end 18b.
  • regenerator high temperature end 18a and the regenerator low temperature end 18b may also be referred to as a first end and a second end of the regenerator 18, respectively.
  • a direction in which the pulse tube 16 and the regenerator 18 extend is expressed as an axial direction A of the cold head 14.
  • the pulse tube cold end 16b and the regenerator cold end 18b are structurally connected and thermally coupled by the cooling stage 20.
  • a cooling stage flow path 21 is formed in the cooling stage 20. Through the cooling stage channel 21, the pulse tube cold end 16b is in fluid communication with the regenerator cold end 18b. Therefore, the working gas supplied from the compressor 12 can flow from the regenerator low temperature end 18 b to the pulse tube low temperature end 16 b through the cooling stage flow path 21. The return gas from the pulse tube 16 can flow from the pulse tube low temperature end 16 b to the regenerator low temperature end 18 b through the cooling stage flow path 21.
  • the pulse tube 16 is a cylindrical tube having a hollow inside
  • the regenerator 18 is a cylindrical tube filled with a regenerator material, both of which are adjacent to each other in the center of each.
  • the axes are arranged parallel.
  • the pulse tube 16 and the regenerator 18 extend in the same direction from the cooling stage 20, and the pulse tube high temperature end 16 a and the regenerator high temperature end 18 a are arranged on the same side with respect to the cooling stage 20. In this way, the pulse tube 16, the regenerator 18, and the cooling stage 20 are arranged in a U shape.
  • the object to be cooled 19 is directly installed on the cooling stage 20 or is thermally coupled to the cooling stage 20 via a rigid or flexible heat transfer member.
  • the pulse tube refrigerator 10 can cool the object 19 by conduction cooling from the cooling stage 20.
  • the to-be-cooled object 19 cooled by the pulse tube refrigerator 10 is a solid substance such as a superconducting electromagnet or other superconducting device, an infrared imaging element, or other sensor, for example, it is not limited thereto. Needless to say, the pulse tube refrigerator 10 can also cool the gas or liquid that contacts the cooling stage 20.
  • the pulse tube high temperature end 16 a and the regenerator high temperature end 18 a are connected by a flange portion 22.
  • the flange portion 22 is attached to a support portion 48 such as a support base or a support wall on which the pulse tube refrigerator 10 is installed.
  • the support 48 may be a wall of an insulated container or a vacuum container that accommodates the cooling stage 20 and the object to be cooled 19 (along with the regenerator 18 and the pulse tube 16) or other parts.
  • the pulse tube 16 and the regenerator 18 extend from one main surface of the flange portion 22 to the cooling stage 20, and a room temperature portion 24 is provided on the other main surface of the flange portion 22. Therefore, when the support part 48 comprises a part of a heat insulation container or a vacuum vessel, when the flange part 22 is attached to the support part 48, the pulse tube 16, the regenerator 18, and the cooling stage 20 are in the said container.
  • the room temperature portion 24 is disposed outside the container.
  • the compressor 12, the room temperature unit 24, and the pressure control mechanism 38 are arranged in an ambient environment (for example, a room temperature and atmospheric pressure environment).
  • a buffer volume 26 is also located in the ambient environment.
  • the regenerator 18, the pulse tube 16, and the cooling stage 20 are disposed in an environment (for example, a cryogenic vacuum environment) isolated from the surrounding environment.
  • the room temperature unit 24 may be arranged separately from the cold head 14 of the pulse tube refrigerator 10 and may be connected to the cold head 14 by a rigid or flexible pipe.
  • the phase control mechanism of the pulse tube refrigerator 10 may be arranged separately from the cold head 14.
  • the room temperature section 24 bypasses the regenerator flow path 50 that connects the spool valve 32 to the regenerator 18, the buffer flow path 52 that connects the buffer volume 26 to the pulse tube 16, and the cooling stage flow path 21. Is connected to the pulse tube 16.
  • the buffer volume 26 serves as an intermediate pressure source of working gas having an intermediate pressure between the high pressure PH and the low pressure PL (for example, an average pressure of the high pressure PH and the low pressure PL).
  • Each of the regenerator flow path 50 and the buffer flow path 52 extends through the flange portion 22 to the regenerator high temperature end 18a and the pulse tube high temperature end 16a.
  • the regenerator flow path 50 connects the second gas chamber 35 of the spool valve 32 to the regenerator high temperature end 18a.
  • the double inlet orifice 28 is provided in the middle of the bypass channel 54
  • the buffer orifice 30 is provided in the middle of the buffer channel 52.
  • the buffer flow path 52 connects the buffer volume 26 to the buffer orifice 30, and further connects the buffer orifice 30 to the pulse tube hot end 16a.
  • the bypass channel 54 branches from the regenerator channel 50 and is connected to the double inlet orifice 28, and further extends from the double inlet orifice 28 and joins the buffer channel 52.
  • the bypass channel 54 is connected to the buffer channel 52 between the buffer orifice 30 and the pulse tube high temperature end 16a.
  • the working gas can flow in and out between the spool valve 32 and the regenerator high temperature end 18 a through the regenerator flow path 50, and the regenerator 18 and the pulse tube low temperature end 16 b through the cooling stage flow path 21. Inflow and outflow of working gas are possible between the two.
  • the working gas can flow in and out between the buffer volume 26 and the pulse tube hot end 16a through the buffer flow path 52, that is, the buffer orifice 30.
  • the working gas can flow in and out between the spool valve 32 and the pulse tube hot end 16a through the bypass channel 54, that is, the double inlet orifice 28.
  • the spool valve 32 has a sleeve 56 that accommodates the spool 36 and guides the movement of the spool 36.
  • the valve drive chamber 34 is formed between one end of the spool 36 and the sleeve 56.
  • the valve drive chamber 34 can also be called the first gas chamber of the spool valve 32.
  • the second gas chamber 35 is formed between the other end of the spool 36 and the sleeve 56.
  • the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35 are located on opposite sides of the spool 36.
  • the spool 36 can move with respect to the sleeve 56 due to a pressure difference between the valve driving chamber 34 and the second gas chamber 35.
  • the valve driving chamber 34 is at a lower pressure than the second gas chamber 35
  • the spool 36 moves in the sleeve 56 so as to contract the valve driving chamber 34 and expand the second gas chamber 35 (moves upward in the figure).
  • the valve drive chamber 34 is at a higher pressure than the second gas chamber 35
  • the spool 36 moves in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34 and reduce the second gas chamber 35 (downward in the figure). To move).
  • the sleeve 56 has two through holes that serve as the high pressure port 42 and the low pressure port 44.
  • the sleeve 56 is provided with two other through holes, through which the valve drive chamber 34 communicates with the valve drive chamber line 46 and through the other the second gas chamber 35 communicates with the regenerator 18 and the pulse tube 16. Communicate.
  • the spool 36 is a columnar member extending in the axial direction A of the cold head 14 and the sleeve 56 is a cylindrical member extending in the axial direction A of the cold head 14 and arranged coaxially with the spool 36.
  • the spool 36 and the sleeve 56 can also be referred to as a piston and a cylinder, respectively.
  • the high-pressure port 42 and the low-pressure port 44 are formed on the side surface of the sleeve 56, and the other two through holes are formed on the end surface of the sleeve 56.
  • the extending direction of the spool 36 and the sleeve 56 is not limited to the axial direction A of the cold head 14 and may be another direction.
  • the spool valve 32 includes a plurality of seal members disposed in a clearance between the spool 36 and the sleeve 56, specifically, a first seal member 58a, a second seal member 58b, a third seal member 58c, and A fourth seal member 58d is provided. These seal members are attached to the spool 36 at different axial positions and extend in the circumferential direction of the spool 36.
  • the seal member is a member that seals the working gas, such as a slipper seal or an O-ring, but may be other contact seals or non-contact seals as long as the seal member has a desired sealing performance.
  • the working gas space inside the spool valve 32 is separated into five compartments including a valve driving chamber 34 and a second gas chamber 35 by a seal member.
  • the remaining three compartments are formed in the clearance between the spool 36 and the sleeve 56. That is, the clearance is separated into the first clearance region 60 a, the second clearance region 60 b, and the third clearance region 60 c, which are adjacent to each other in the axial direction of the spool 36.
  • the first seal member 58a is disposed between the valve drive chamber 34 and the first clearance region 60a, and is configured to prevent or minimize the flow of the working gas directly between them.
  • the second seal member 58b is disposed between the first clearance region 60a and the second clearance region 60b, and is configured to prevent or minimize the flow of the working gas directly therebetween.
  • the third seal member 58c is disposed between the second clearance region 60b and the third clearance region 60c, and is configured to prevent or minimize the flow of the working gas directly therebetween.
  • the fourth seal member 58d is disposed between the third clearance region 60c and the second gas chamber 35, and is configured to prevent or minimize the flow of the working gas between them.
  • the spool 36 has a spool main channel 62.
  • One end of the spool main channel 62 communicates with the second clearance region 60 b, and the other end of the spool main channel 62 communicates with the second gas chamber 35.
  • the spool main channel 62 may be formed through the spool 36 from the side surface to the end surface of the spool 36.
  • a return spring 64 is provided between the spool 36 and the sleeve 56.
  • the return spring 64 urges the spool 36 to an initial position intermediate between the top dead center and the bottom dead center of the spool 36, for example.
  • the return spring 64 can pull back the spool 36 downward when the spool 36 is at the top dead center, and can pull back the spool 36 upward when the spool 36 is at the bottom dead center.
  • the return spring 64 is accommodated in the second gas chamber 35. Note that the return spring 64 may be provided in the valve drive chamber 34. Further, it is not essential to provide the return spring 64, and the spool valve 32 may not include the return spring 64.
  • the spool valve 32 is fixed to the cold head 14 so as to be disposed adjacent to the regenerator high temperature end 18a. In this way, the length of the regenerator channel 50 can be shortened.
  • the length of the regenerator channel 50 may be shorter than the length of the buffer channel 52 or the length of the bypass channel 54.
  • the sleeve 56 of the spool valve 32 is fixed to the flange portion 22, and the second gas chamber 35 is disposed immediately above the regenerator high temperature end 18a. In this way, the length of the regenerator channel 50 can be made as short as possible.
  • the spool main flow path 62, the second gas chamber 35, and the regenerator flow path 50 form a so-called dead volume that does not contribute to the refrigeration capacity of the pulse tube refrigerator 10. Therefore, the dead volume can be reduced by shortening the length of the regenerator channel 50. This is useful for improving the refrigeration capacity of the pulse tube refrigerator 10.
  • FIG. 2 shows the intake process of the pulse tube refrigerator 10
  • FIG. 3 shows the exhaust process of the pulse tube refrigerator 10.
  • the spool 36 of the spool valve 32 moves to the first position in the intake process and moves to the second position in the exhaust process.
  • the first position and the second position can also be referred to as an intake position and an exhaust position, respectively.
  • the drive chamber exhaust valve V2 is opened and the drive chamber intake valve V1 is closed.
  • the compressor suction port 12b communicates with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes the low pressure PL.
  • the second gas chamber 35 has a pressure slightly higher than the low pressure PL. This is because the pressure fluctuation in the cold head 14 (that is, the regenerator 18 and the pulse tube 16) is somewhat delayed with respect to the pressure fluctuation in the valve drive chamber 34.
  • the spool 36 is located at or near the bottom dead center (indicated by a broken line in the second gas chamber 35 in FIG. 2).
  • the spool 36 moves in the axial direction in the sleeve 56 so as to reduce the valve drive chamber 34 (indicated by a broken arrow).
  • the restoring force of the return spring 64 also helps the spool 36 to move up.
  • the second clearance region 60b is adjacent to the high pressure port 42.
  • the high pressure port 42 is connected to the second gas chamber 35 through the spool main channel 62, and the high pressure PH working gas is supplied to the regenerator 18 and the pulse tube 16 from the compressor discharge port 12 a.
  • the third clearance region 60 c is adjacent to the low pressure port 44. Since the low pressure port 44 is blocked by the spool 36, the connection between the regenerator 18 and the pulse tube 16 and the compressor inlet 12b is cut off.
  • the drive chamber intake valve V1 is opened and the drive chamber exhaust valve V2 is closed.
  • the compressor discharge port 12a communicates with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a high pressure PH.
  • the second gas chamber 35 has a pressure slightly lower than the high pressure PH.
  • the spool 36 is located at or near top dead center (indicated by a broken line in the valve drive chamber 34 in FIG. 2). Due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35, the spool 36 moves in the axial direction in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34 (indicated by a broken arrow).
  • the restoring force of the return spring 64 is also useful for the downward movement of the spool 36.
  • the second clearance region 60b is adjacent to the low pressure port 44.
  • the low pressure port 44 is connected to the second gas chamber 35 through the spool main flow path 62, the working gas is discharged to the compressor suction port 12b, and the pulse tube 16 and the regenerator 18 become low pressure PL.
  • the first clearance region 60 a is adjacent to the high-pressure port 42. Since the high pressure port 42 is blocked by the spool 36, the connection between the regenerator 18 and the pulse tube 16 and the compressor discharge port 12a is cut off.
  • the spool valve 32 functions as a main pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 that alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the regenerator high temperature end 18a.
  • the pressure control mechanism 38 alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the valve drive chamber 34 of the spool valve 32, and controls the pressure of the valve drive chamber 34 so as to drive the spool 36 appropriately. be able to.
  • a typical pulse tube refrigerator has a rotary valve as a flow path switching mechanism, and several working gas ports are provided on the rotary sliding surface of the rotary valve. In order to switch the interconnection between these working gas ports by rotation, these ports are arranged at different locations in the radial direction on the rotary sliding surface. In order to reduce the pressure loss generated in the working gas in the rotary valve, it is necessary to increase the port, but this leads to an increase in the diameter of the rotary valve, that is, an increase in the area of the rotating sliding surface. As the rotational sliding surface increases, the frictional resistance acting during rotation increases, so the torque required to drive the rotary valve also increases, and a large drive source such as a motor is required. This brings disadvantages such as an increase in the manufacturing cost of the rotary valve and an increase in the size of the pulse tube refrigerator. In particular, this disadvantage can be significant for large pulse tube refrigerators that output a large refrigeration capacity.
  • pulse tube refrigerators can be operated quietly, and are therefore suitable for cooling applications that are sensitive to noise and vibration.
  • a motor, a valve rotor, and a valve stator are configured as a single rotary valve unit. If this is installed directly on the cold head of the pulse tube refrigerator, the motor will also be part of the cold head. If such a design is adopted for a large-sized pulse tube refrigerator, a large-sized motor is directly installed on the cold head. Large motors are not preferred because they can generate corresponding electromagnetic noise and / or mechanical vibrations.
  • the pulse tube refrigerator 10 includes a spool valve 32. Therefore, the disadvantages caused by the rotary valve as described above are unlikely to occur.
  • the spool valve 32 even if the valve internal flow path such as the spool main flow path 62 is expanded, it does not directly relate to an increase in the size of the drive source.
  • the spool valve 32 is fluidly operated by the working gas pressure in the valve driving chamber 34. Therefore, the volume of the valve drive chamber 34 may be relatively small. Therefore, the internal flow path of the spool valve 32 can be expanded while keeping the size of the valve drive chamber 34 small, thereby reducing the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32.
  • a rotary valve is employed, an increase in the size of the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10 can be suppressed.
  • the pressure control mechanism 38 is disposed away from the cold head 14. Therefore, even if the pressure control mechanism 38 can be a noise source or a vibration source, transmission of noise or vibration from the pressure control mechanism 38 to the cold head 14 is suppressed. In addition, since the volume of the valve drive chamber 34 may be small, the pressure control mechanism 38 may be relatively small. Therefore, noise or vibration that can be generated by the pressure control mechanism 38 is small in the first place, and the influence that can be given to the cold head 14 is also small.
  • the spool valve 32 is fixed to the cold head 14 so as to be disposed adjacent to the regenerator high temperature end 18a. Therefore, the regenerator flow path 50 which becomes a dead volume can be shortened, and the refrigerating capacity of the pulse tube refrigerator 10 is improved.
  • each of the drive chamber intake valve V1 and the drive chamber exhaust valve V2 may take the form of a valve that can be individually controlled.
  • Each valve (V1, V2) may be an electromagnetic on-off valve.
  • Each valve (V1, V2) may be configured to automatically open and close at a predetermined valve timing.
  • the pressure control mechanism 38 may be configured in the form of a rotary valve.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the pressure control mechanism 38 according to the embodiment.
  • the pressure control mechanism 38 includes a rotary valve 66 that alternately connects the compressor discharge port 12 a and the compressor suction port 12 b to the valve drive chamber 34.
  • the rotary valve 66 includes a motor 66a, a valve rotor 66b, a valve stator 66c, and a valve housing 66d.
  • the valve rotor 66b and the valve stator 66c are accommodated in a valve housing 66d, and both are disposed adjacent to each other so as to be in surface contact with each other on a valve sliding surface 66e.
  • the valve stator 66c is fixed to the valve housing 66d.
  • the motor 66a is installed outside the valve housing 66d, and the output shaft of the motor 66a extends through the valve housing 66d to the valve rotor 66b.
  • a pressure chamber 66f is formed inside the valve housing 66d, and the valve rotor 66b and the valve stator 66c are disposed in the pressure chamber 66f.
  • the high pressure line 13a is connected to the pressure chamber 66f, and the high pressure PH is introduced.
  • a low pressure line 13b and a valve driving chamber line 46 are connected to the valve stator 66c.
  • At least two sealing members are mounted between the valve stator 66c and the valve housing 66d.
  • the low pressure line 13b is sealed from the pressure chamber 66f (ie, the high pressure line 13a) by one sealing member, and the valve is sealed by the other sealing member.
  • the driving chamber line 46 is sealed from the low pressure line 13b. Therefore, the flow of the working gas directly between the high pressure line 13a, the low pressure line 13b, and the valve drive chamber line 46 is prevented inside the rotary valve 66.
  • the output shaft is rotated by driving the motor 66a, and the valve rotor 66b is slid relative to the valve stator 66c.
  • the flow path connection is periodically switched on the valve sliding surface 66e, and the rotary valve 66 alternately connects the high pressure line 13a and the low pressure line 13b to the valve drive chamber line 46.
  • the high pressure line 13a is connected to the pressure chamber 66f
  • the low pressure line 13b is connected to the valve stator 66c.
  • the high pressure line 13a is connected to the valve stator 66c, and the pressure chamber 66f is connected.
  • a configuration in which the low-pressure line 13b is connected to is also possible.
  • the pressure control mechanism 38 when configured as the rotary valve 66, the existing design of the rotary valve of the cryogenic refrigerator can be used. Therefore, the pressure control mechanism 38 can be easily manufactured, which is advantageous.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the overall configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment.
  • the pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment is different from the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment regarding the piping connection of the working gas circuit, and the rest is the same as in the first embodiment.
  • the pulse tube refrigerator 10 has the same configuration.
  • the pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment will be described mainly with respect to the configuration different from the first embodiment, and the common configuration will be described briefly or the description will be omitted.
  • the spool valve 32 is also used in the pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment. Therefore, similarly to the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment, the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32 is reduced, and the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10 is driven. It is possible to simultaneously suppress the increase in size of the source. Therefore, the present invention is advantageous compared to an existing typical pulse tube refrigerator that employs a rotary valve as a flow path switching mechanism for a cold head.
  • the pulse tube refrigerator 10 includes a detachable joint 68 that connects the valve drive chamber 34 to a pressure control mechanism 38.
  • the detachable joint 68 is provided in the middle of the valve drive chamber line 46.
  • the detachable joint 68 is, for example, a self-sealing coupling.
  • the detachable joint 68 may be connected to the pressure control mechanism 38 by a relatively long pipe.
  • the detachable joint 68 may be installed in the valve driving chamber line 46 in the vicinity of the room temperature portion 24 of the cold head 14.
  • the detachable joint 68 is connected to the pressure control mechanism 38 by the compressor side piping 46a, and is connected to the room temperature portion 24 (specifically, the valve drive chamber 34 of the spool valve 32) by the cold head side piping 46b.
  • the compressor side piping 46a is longer than the flow path length (including the cold head side piping 46b) from the detachable joint 68 to the valve drive chamber 34.
  • the detachable joint 68 may be installed adjacent to the room temperature portion 24.
  • the pressure control mechanism 38 is connected to the cold head 14 via the detachable joint 68, the valve drive chamber line 46 is lengthened and the pressure control mechanism 38 is disposed remotely from the cold head 14. It becomes easy. This helps to suppress the transmission of electromagnetic noise and / or mechanical vibrations that may occur in the pressure control mechanism 38 to the cold head 14. Further, since the pressure control mechanism 38 is detachably connected to the cold head 14 by a detachable joint 68, an operator can perform maintenance by removing the pressure control mechanism 38 from the cold head 14.
  • the spool valve 32 can be disposed close to the cold head 14 while making the valve drive chamber line 46 longer.
  • the spool valve 32 can be disposed adjacent to the regenerator hot end 18a. In this way, the regenerator flow path 50 can be shortened to reduce the dead volume, and transmission of noise and vibration from the pressure control mechanism 38 to the cold head 14 can be suppressed.
  • the detachable joint 68 may be additionally provided in another place of the working gas circuit of the pulse tube refrigerator 10. As shown in FIG. 5, for example, a detachable joint 68 may be provided in at least one of the high-pressure line 13a and the low-pressure line 13b. In this way, transmission of noise and vibration from the compressor 12 to the cold head 14 can be suppressed.
  • the pulse tube refrigerator 10 may include a manifold 70 having a high pressure line branch point 40a and a low pressure line branch point 40b.
  • the compressor 12 and the cold head 14 are connected via the manifold 70, and the compressor 12 and the pressure control mechanism 38 are connected.
  • the manifold 70 may be fixed to the floor or other stationary part.
  • the compressor 12 is arrange
  • the pressure control mechanism 38 may be arranged away from the manifold 70 and connected by piping. Alternatively, the pressure control mechanism 38 may be installed in the manifold 70.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing another configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the second embodiment.
  • the pulse tube refrigerator 10 may include a noise blocking structure 72 installed in at least one of the high pressure line 13a, the low pressure line 13b, and the valve driving chamber line 46.
  • the noise blocking structure 72 is connected to the detachable joint 68 directly or via a pipe, and is configured to block or reduce electromagnetic noise transmitted through the pipe in which the noise blocking structure 72 is installed.
  • the detachable joint 68 is provided on at least one side (both sides in FIG. 6) of the noise blocking structure 72.
  • the noise blocking structure 72 includes a pair of flanges 72a and a noise blocking body 72b sandwiched between the flanges 72a.
  • the noise blocker 72b is a metal body covered with an insulating coating material such as ceramic coating or fluororesin coating.
  • the flange 72a and the noise blocker 72b are fixed to each other by appropriate fasteners such as bolts and nuts.
  • a working gas flow path is formed through the flange 72a and the noise blocker 72b.
  • noise blocking structure 72 By providing the noise blocking structure 72, noise transmission from the compressor 12 or the pressure control mechanism 38 to the cold head 14 can be further suppressed.
  • FIG. 7 and 8 are schematic views showing the working gas circuit configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment.
  • FIG. 7 shows an intake process of the pulse tube refrigerator 10
  • FIG. 8 shows an exhaust process of the pulse tube refrigerator 10.
  • the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment is different from the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment with respect to the spool valve 32, and the remainder is the pulse tube according to the first embodiment. It has the same configuration as the refrigerator 10.
  • the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment will be described with a focus on the configuration different from the first embodiment, and the common configuration will be described briefly or the description will be omitted.
  • the spool valve 32 includes a back pressure chamber 74 adjacent to the spool 36 on the side opposite to the valve drive chamber 34, and a connection flow path 76 sealed from the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74.
  • the connection flow path 76 connects the regenerator hot end 18a to the compressor discharge port 12a when the spool 36 is in the first position, and connects the regenerator hot end 18a to the compressor suction port 12b when the spool 36 is in the second position. Connect to.
  • the spool valve 32 includes a plurality of seal members disposed in a clearance between the spool 36 and the sleeve 56, specifically, a first seal member 58a, a second seal member 58b, a third seal member 58c, and A fourth seal member 58d is provided.
  • a first seal member 58a disposed in a clearance between the spool 36 and the sleeve 56
  • a fourth seal member 58d is provided.
  • An intermediate pressure buffer 78 is connected to the back pressure chamber 74.
  • the back pressure chamber 74 communicates with the intermediate pressure buffer 78 through a through hole formed in the end surface of the sleeve 56 on the back pressure chamber 74 side.
  • the intermediate pressure buffer 78 has an intermediate pressure PM between the high pressure PH and the low pressure PL (for example, an average pressure of the high pressure PH and the low pressure PL). Therefore, the pressure in the back pressure chamber 74 is maintained at the intermediate pressure PM.
  • connection flow path 76 is disposed between the second seal member 58b and the third seal member 58c in the axial direction of the spool 36. Therefore, the connection channel 76 communicates with the second clearance region 60b. In other words, the connection channel 76 extends the channel width of the second clearance region 60b.
  • the second clearance region 60 b that is, the connection flow path 76 communicates with the regenerator flow path 50 through a through hole formed in the side surface of the sleeve 56.
  • the connection flow path 76 is a groove formed on the cylindrical side surface of the spool 36, and extends over the entire circumference in the circumferential direction of the spool 36.
  • the connection flow path 76 may penetrate the spool 36 in the radial direction.
  • the drive chamber exhaust valve V2 is opened and the drive chamber intake valve V1 is closed.
  • the compressor suction port 12b communicates with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes the low pressure PL. Since the back pressure chamber 74 has an intermediate pressure PM, the spool 36 moves in the axial direction in the sleeve 56 so as to reduce the valve drive chamber 34 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74.
  • the second clearance region 60b is adjacent to the high pressure port 42.
  • the high pressure port 42 is connected to the regenerator flow path 50 through the connection flow path 76, and the high pressure PH working gas is supplied to the regenerator 18 and the pulse tube 16 from the compressor discharge port 12 a.
  • the third clearance region 60 c is adjacent to the low pressure port 44. Since the low pressure port 44 is blocked by the spool 36, the connection between the regenerator 18 and the pulse tube 16 and the compressor inlet 12b is cut off.
  • the drive chamber intake valve V1 is opened and the drive chamber exhaust valve V2 is closed.
  • the compressor discharge port 12a communicates with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a high pressure PH. Since the back pressure chamber 74 has an intermediate pressure PM, the spool 36 moves in the axial direction in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74.
  • the second clearance region 60b is adjacent to the low pressure port 44.
  • the low pressure port 44 is connected to the regenerator flow path 50 through the connection flow path 76, the working gas is discharged to the compressor inlet 12b, and the pulse tube 16 and the regenerator 18 become low pressure PL.
  • the first clearance region 60 a is adjacent to the high-pressure port 42. Since the high pressure port 42 is blocked by the spool 36, the connection between the regenerator 18 and the pulse tube 16 and the compressor discharge port 12a is cut off.
  • the spool valve 32 functions as a main pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 that alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the regenerator high temperature end 18a.
  • the pressure control mechanism 38 alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the valve drive chamber 34 of the spool valve 32, and controls the pressure of the valve drive chamber 34 so as to drive the spool 36 appropriately. be able to.
  • the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32 is reduced, and the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10 is large. It is possible to make it possible to suppress the crystallization. Therefore, the present invention is advantageous compared to an existing typical pulse tube refrigerator that employs a rotary valve as a flow path switching mechanism for a cold head.
  • the back pressure chamber 74 according to the third embodiment is fluidly connected from the working gas flow path from the spool valve 32 to the regenerator 18. Isolated.
  • the back pressure chamber 74 does not form a dead volume. Therefore, the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment has an advantage that the dead volume can be reduced as compared with the pulse tube refrigerator 10 according to the first embodiment.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams schematically illustrating another configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment.
  • Providing the intermediate pressure buffer 78 is not essential.
  • the back pressure chamber 74 may be connected to the buffer volume 26.
  • the back pressure chamber 74 instead of providing the intermediate pressure buffer 78, may be connected to the regenerator high temperature end 18a.
  • a third flow path resistance 80 such as an orifice connecting the back pressure chamber 74 to the regenerator high temperature end 18a may be provided for phase control or flow rate control. Even if it does in this way, the dead volume can be made small similarly to having demonstrated with reference to FIG. 7 and FIG.
  • FIG. 11 and FIG. 12 are schematic diagrams showing the working gas circuit configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 shows an intake process of the pulse tube refrigerator 10
  • FIG. 12 shows an exhaust process of the pulse tube refrigerator 10.
  • the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment is different from the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment with respect to the spool valve 32, and the remainder is the pulse tube according to the third embodiment. It has the same configuration as the refrigerator 10.
  • the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment will be described mainly with respect to the configuration different from the third embodiment, and the common configuration will be described briefly or the description will be omitted.
  • the spool 36 includes a pair of opposed pistons 82.
  • the two pistons 82 are accommodated in one sleeve 56, the valve drive chamber 34 is formed on one side of each piston 82, and the back pressure chamber 74 is formed on the opposite side, that is, between the two pistons 82.
  • the two pistons 82 have the same configuration.
  • Each piston 82 has four seal members (58a-58d) disposed in the clearance between the piston 82 and the sleeve 56. By these seal members, the working gas space inside the spool valve 32 is separated into the valve drive chamber 34, the first clearance region 60a, the second clearance region 60b, the third clearance region 60c, and the back pressure chamber 74. .
  • the back pressure chamber 74 is formed between the fourth seal members 58 d of the two pistons 82.
  • the back pressure chamber 74 is connected to the regenerator high temperature end 18 a through the third flow path resistance 80. However, this is not essential, and the back pressure chamber 74 may be connected to an intermediate pressure buffer 78 as shown in FIGS. Alternatively, as shown in FIG. 9, the back pressure chamber 74 may be connected to the buffer volume 26.
  • Each piston 82 includes a connection flow path 76 that is sealed from the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74.
  • the connection flow path 76 connects the regenerator hot end 18a to the compressor discharge port 12a when the piston 82 is in the first position, and connects the regenerator hot end 18a to the compressor suction port 12b when the piston 82 is in the second position. Connect to.
  • the connection channel 76 communicates with the second clearance region 60b.
  • the high-pressure line 13a extends from the compressor discharge port 12a so as to be connected to the connection flow paths 76, and is branched into two in the middle.
  • the low-pressure line 13b extends from the compressor suction port 12b so as to be connected to the two connection flow paths 76, and is branched into two in the middle.
  • the sleeve 56 has two high pressure ports 42 and two low pressure ports 44.
  • the valve drive chamber line 46 extends from the pressure control mechanism 38 so as to be connected to the two valve drive chambers 34 and branches into two on the way.
  • the regenerator flow path 50 extends from the regenerator high temperature end 18a so as to be connected to the two connection flow paths 76, and is branched into two on the way.
  • the drive chamber exhaust valve V2 is opened and the drive chamber intake valve V1 is closed.
  • the compressor suction port 12b communicates with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes the low pressure PL. Since the back pressure chamber 74 has an intermediate pressure PM, the two pistons 82 move in the axial direction in the sleeve 56 so as to reduce the valve drive chamber 34 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74.
  • the two pistons 82 move in opposite directions away from each other.
  • the second clearance region 60 b is adjacent to the high-pressure port 42.
  • the high pressure port 42 is connected to the regenerator flow path 50 through the connection flow path 76, and the high pressure PH working gas is supplied to the regenerator 18 and the pulse tube 16 from the compressor discharge port 12 a.
  • the third clearance region 60 c is adjacent to the low pressure port 44. Since the low pressure port 44 is blocked by the piston 82, the connection between the regenerator 18 and the pulse tube 16 and the compressor inlet 12b is cut off.
  • the drive chamber intake valve V1 is opened and the drive chamber exhaust valve V2 is closed.
  • the compressor discharge port 12a communicates with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a high pressure PH.
  • the back pressure chamber 74 has an intermediate pressure PM, the two pistons 82 move in the axial direction in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34 due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the back pressure chamber 74.
  • the two pistons 82 move in opposite directions so as to approach each other.
  • the second clearance region 60 b is adjacent to the low pressure port 44.
  • the low pressure port 44 is connected to the regenerator flow path 50 through the connection flow path 76, the working gas is discharged to the compressor inlet 12b, and the pulse tube 16 and the regenerator 18 become low pressure PL.
  • the first clearance region 60 a is adjacent to the high-pressure port 42. Since the high pressure port 42 is closed by the piston 82, the connection between the regenerator 18 and the pulse tube 16 and the compressor discharge port 12a is cut off.
  • the spool valve 32 functions as a main pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 that alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the regenerator high temperature end 18a.
  • the pressure control mechanism 38 alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the valve drive chamber 34 of the spool valve 32, and controls the pressure of the valve drive chamber 34 so as to drive the piston 82 appropriately. be able to.
  • the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32 is reduced, and the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10 is large. It is possible to make it possible to suppress the crystallization. Therefore, the present invention is advantageous compared to an existing typical pulse tube refrigerator that employs a rotary valve as a flow path switching mechanism for a cold head.
  • the two pistons 82 are arranged to face each other and reciprocate in opposite directions, compared to the case where the single spool 36 reciprocates, Vibration generated by the spool valve 32 can be reduced.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing another configuration of the spool valve 32 applicable to the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment.
  • the spool valve 32 may include at least one damper 84 for damping vibration.
  • the damper 84 may be disposed between the piston 82 and the sleeve 56 so as to mitigate the impact of the collision between the piston 82 and the sleeve 56. Further, the damper 84 may be disposed between the two pistons 82 so as to reduce the impact of the collision between the two pistons 82.
  • a damper 84 may be installed in each of the two valve drive chambers 34 and the back pressure chamber 74.
  • the damper 84 may include a fixing member 84a and a cushioning material 84b. The damper 84 can further reduce the vibration generated by the spool valve 32 by providing the damper 84.
  • the damper 84 may be disposed between the spool 36 and the sleeve 56 so as to reduce the impact of the collision between the spool 36 and the sleeve 56 in the spool valve 32 having the single spool 36.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing another configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the fourth embodiment.
  • the configuration of the opposed piston type spool valve 32 can also be applied to a four-valve pulse tube refrigerator.
  • the spool valve 32 not only alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the regenerator high temperature end 18a, but also connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the pulse tube high temperature end. 16a is also connected alternately.
  • the pulse tube refrigerator 10 does not include the double inlet orifice 28 and the bypass channel 54.
  • connection flow path 76 of one piston 82 (the upper piston 82 in the figure) is connected to the regenerator high temperature end 18a through the regenerator flow path 50. Further, the connection flow path 76 of the other piston 82 (lower piston 82 in the figure) is connected to the pulse tube high temperature end 16 a through the pulse tube flow path 86.
  • the pulse tube channel 86 may be provided with a fourth channel resistance 88 such as an orifice for phase control or flow rate control.
  • one piston 82 (the upper piston 82 in the figure) operates so as to alternately connect the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the regenerator high temperature end 18a, and the other piston 82 (lower piston 82 in the figure) can operate to alternately connect the compressor outlet 12a and the compressor inlet 12b to the pulse tube hot end 16a.
  • FIG. 15 and 16 are schematic views showing the working gas circuit configuration of the pulse tube refrigerator 10 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 15 shows an intake process of the pulse tube refrigerator 10
  • FIG. 16 shows an exhaust process of the pulse tube refrigerator 10.
  • the pulse tube refrigerator 10 according to the above-described embodiment is a double inlet type pulse tube refrigerator
  • the pulse tube refrigerator 10 according to the fifth embodiment is a four-valve pulse tube refrigerator. It is configured.
  • the pulse tube refrigerator 10 according to the fifth embodiment will be described focusing on the configuration different from that of the first embodiment, and the common configuration will be described briefly or the description thereof will be omitted.
  • the spool valve 32 not only alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the regenerator high temperature end 18a, but also connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the pulse tube high temperature end 16a. It is comprised so that it may connect alternately.
  • the spool valve 32 having a single spool 36 can also be configured as a four-valve pulse tube refrigerator. Since the pulse tube refrigerator 10 is a four-valve type, unlike the first embodiment, the pulse tube refrigerator 10 does not include the double inlet orifice 28 and the bypass channel 54.
  • the spool valve 32 includes a valve driving chamber 34 and a second gas chamber 35.
  • the valve drive chamber 34 is formed between one end of the spool 36 and the sleeve 56
  • the second gas chamber 35 is formed between the other end of the spool 36 and the sleeve 56.
  • the spool 36 can move with respect to the sleeve 56 due to a pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35.
  • a return spring 64 is provided between the spool 36 and the sleeve 56. The return spring 64 is accommodated in the second gas chamber 35.
  • the spool 36 includes a spool main channel 62, a spool sub-intake channel 90, and a spool sub-exhaust channel 92.
  • the spool main channel 62 communicates the clearance between the spool 36 and the sleeve 56 to the second gas chamber 35.
  • the spool main channel 62 may be formed through the spool 36 from the side surface to the end surface of the spool 36.
  • the spool sub-intake passage 90 and the spool sub-exhaust passage 92 are grooves formed on the cylindrical side surface of the spool 36, and extend over the entire circumference in the circumferential direction of the spool 36.
  • the spool sub-intake passage 90 and the spool sub-exhaust passage 92 are formed at different positions in the axial direction of the spool 36, one on the valve drive chamber 34 side and the other on the second gas chamber 35 side.
  • the sleeve 56 has two high-pressure ports 42a and 42b and two low-pressure ports 44a and 44b.
  • One high-pressure port 42 a is provided in the sleeve 56 for communicating the compressor discharge port 12 a with the spool main flow path 62, and the other high-pressure port 42 b communicates the compressor discharge port 12 a with the spool sub-intake flow path 90.
  • the sleeve 56 is provided.
  • the high-pressure line 13a extends from the compressor discharge port 12a so as to be connected to the high-pressure ports 42a and 42b, and branches into two on the way.
  • One low-pressure port 44 a is provided in the sleeve 56 for communicating the compressor suction port 12 b with the spool main flow path 62, and the other low-pressure port 44 b communicates the compressor suction port 12 b with the spool sub-exhaust flow path 92.
  • the sleeve 56 is provided.
  • the low pressure line 13b extends from the compressor suction port 12b so as to be connected to the low pressure ports 44a and 44b, and is branched into two in the middle.
  • the valve drive chamber line 46 connects the pressure control mechanism 38 to the valve drive chamber 34.
  • the regenerator flow path 50 connects the second gas chamber 35 to the regenerator high temperature end 18a.
  • the sleeve 56 has two pulse tube ports 94a and 94b. One pulse tube port 94a is provided in the sleeve 56 for communicating the pulse tube high temperature end 16a with the spool auxiliary intake flow passage 90, and the other pulse tube port 94b has the pulse tube high temperature end 16a connected to the spool auxiliary exhaust flow passage.
  • a sleeve 56 is provided to communicate with the 92.
  • the pulse tube flow path 86 extends from the pulse tube high temperature end 16a so as to be connected to the pulse tube ports 94a and 94b, and is branched into two on the way.
  • the pulse tube channel 86 may be provided with a fourth channel resistance 88 such as an orifice for phase control or flow rate control.
  • the spool valve 32 has a plurality of seal members (58a to 58h) disposed in the clearance between the spool 36 and the sleeve 56. These eight seal members (58a to 58h) are attached to the spool 36 at different axial positions and extend in the circumferential direction of the spool 36.
  • the working gas space inside the spool valve 32 is divided into a valve driving chamber 34, a second gas chamber 35, and seven clearance regions (60a to 60g) by seal members (58a to 58h).
  • the eight seal members (58a to 58h) and the seven clearance regions (60a to 60g) are alternately arranged in the axial direction.
  • the first seal member 58a is disposed between the valve drive chamber 34 and the first clearance region 60a
  • the eighth seal member 58h is disposed between the seventh clearance region 60g and the second gas chamber 35.
  • the spool auxiliary intake passage 90 is disposed between the second seal member 58b and the third seal member 58c and communicates with the second clearance region 60b.
  • the spool sub exhaust passage 92 is disposed between the sixth seal member 58f and the seventh seal member 58g and communicates with the sixth clearance region 60f.
  • the drive chamber exhaust valve V2 is opened and the drive chamber intake valve V1 is closed.
  • the compressor suction port 12b communicates with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes the low pressure PL.
  • the second gas chamber 35 has a pressure slightly higher than the low pressure PL.
  • the spool 36 is located at or near the bottom dead center. Due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35, the spool 36 moves in the axial direction in the sleeve 56 so as to reduce the valve drive chamber 34. The restoring force of the return spring 64 also helps the spool 36 to move up.
  • the fourth clearance region 60d is adjacent to the high pressure port 42a.
  • the second clearance region 60b is adjacent to the high pressure port 42b and the pulse tube port 94a. Therefore, the high pressure port 42a is connected to the second gas chamber 35 through the spool main flow path 62, the high pressure PH working gas is supplied to the regenerator 18 from the compressor discharge port 12a, and further to the pulse tube 16 through the cooling stage flow path 21. Supplied.
  • the high pressure port 42b is connected to the pulse tube flow path 86 through the second clearance region 60b and the spool sub-intake flow path 90, and high pressure PH working gas is supplied from the compressor discharge port 12a to the pulse tube high temperature end 16a. .
  • the fifth clearance region 60e is adjacent to the low pressure port 44a
  • the seventh clearance region 60g is adjacent to the low pressure port 44b. Therefore, since the low pressure ports 44a and 44b are closed by the spool 36, the connection between the regenerator 18 and the pulse tube 16 and the compressor inlet 12b is cut off. Further, since the sixth clearance region 60f is adjacent to the pulse tube port 94b, the connection from the pulse tube high temperature end 16a to the compressor suction port 12b through the spool sub-exhaust passage 92 is also cut off.
  • the drive chamber intake valve V1 is opened and the drive chamber exhaust valve V2 is closed.
  • the compressor discharge port 12a communicates with the valve drive chamber 34, and the pressure in the valve drive chamber 34 becomes a high pressure PH.
  • the second gas chamber 35 has a pressure slightly lower than the high pressure PH.
  • the spool 36 is located at or near top dead center. Due to the pressure difference between the valve drive chamber 34 and the second gas chamber 35, the spool 36 moves in the axial direction in the sleeve 56 so as to expand the valve drive chamber 34.
  • the restoring force of the return spring 64 is also useful for the downward movement of the spool 36.
  • the fourth clearance region 60d is adjacent to the low pressure port 44a.
  • the sixth clearance region 60f is adjacent to the low pressure port 44b and the pulse tube port 94b. Therefore, the low pressure port 44a is connected to the second gas chamber 35 through the spool main flow path 62, the working gas is discharged to the compressor suction port 12b, and the pulse tube 16 and the regenerator 18 become low pressure PL. Further, the low pressure port 44b is connected to the pulse tube channel 86 through the sixth clearance region 60f and the spool auxiliary exhaust channel 92, and the working gas is discharged from the pulse tube high temperature end 16a to the compressor suction port 12b.
  • the third clearance region 60c is adjacent to the high pressure port 42a, and the first clearance region 60a is adjacent to the high pressure port 42b. Since the high pressure ports 42a and 42b are closed by the spool 36, the connection between the regenerator 18 and the pulse tube 16 and the compressor inlet 12b is cut off. Further, since the second clearance region 60b is adjacent to the pulse tube port 94a, the connection from the compressor discharge port 12a to the pulse tube high temperature end 16a through the spool sub-intake passage 90 is also cut off.
  • the spool valve 32 functions as a main pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 that alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the regenerator high temperature end 18a.
  • the spool valve 32 functions as a sub-pressure switching valve of the pulse tube refrigerator 10 that alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the pulse tube high temperature end 16a.
  • the pressure control mechanism 38 alternately connects the compressor discharge port 12a and the compressor suction port 12b to the valve drive chamber 34 of the spool valve 32, and controls the pressure of the valve drive chamber 34 so as to drive the spool 36 appropriately. be able to.
  • the pressure loss generated in the working gas in the spool valve 32 is reduced, and the drive source of the flow path switching mechanism for the pulse tube refrigerator 10 is large. It is possible to make it possible to suppress the crystallization. Therefore, the present invention is advantageous compared to an existing typical pulse tube refrigerator that employs a rotary valve as a flow path switching mechanism for a cold head.
  • FIG 17 to 19 are diagrams schematically showing another configuration of the pressure control mechanism 38 applicable to the pulse tube refrigerator 10 according to the embodiment.
  • the pressure control mechanism 38 can take various specific configurations.
  • the pulse tube refrigerator 10 may include a main compressor 12 and an auxiliary compressor 96.
  • the compressor 12 is connected to the cold head 14 as a high and low pressure source of working gas for the cold head 14.
  • the auxiliary compressor 96 is connected to the pressure control mechanism 38 as a high pressure source and a low pressure source of working gas for the pressure control mechanism 38. In this way, the cold head 14 and the pressure control mechanism 38 may be operated using separate compressors.
  • the pressure control mechanism 38 may include a linear compressor 97.
  • the linear compressor 97 includes an actuator 97 a such as an electromagnet, a compressor piston 97 b that reciprocates by driving of the actuator 97 a, and a compression chamber 97 c connected to the valve drive chamber line 46.
  • the compressor piston 97b moves forward (when the compressor piston 97b moves to the left in FIG. 18), the working gas is compressed, and the high-pressure working gas passes through the valve drive chamber line 46 from the compression chamber 97c. It is supplied to the valve drive chamber 34.
  • the compressor piston 97b moves backward (when the compressor piston 97b moves to the right in FIG.
  • the pressure in the compression chamber 97c decreases, and thereby the pressure in the valve drive chamber 34 also decreases.
  • the pressure control mechanism 38 can control the pressure in the valve drive chamber 34.
  • a linear compressor 97 having a known configuration can be adopted as appropriate.
  • the pressure control mechanism 38 may include an actuator 98a, a bellows 98b or other movable membrane, and a compression chamber 98c connected to the valve drive chamber line 46.
  • the bellows 98b is deformed by the driving of the actuator 98a, whereby the working gas pressure in the compression chamber 98c is controlled. Therefore, the pressure control mechanism 38 can control the pressure in the valve drive chamber 34.
  • the detachable joint 68 described in the second embodiment is applied to the pulse tube refrigerator 10 according to the third embodiment, the fourth embodiment, or the fifth embodiment. May be.
  • the detachable joint 68 may be applied to the pulse tube refrigerator 10 described with reference to FIGS. 17 to 19.
  • the present invention can be used in the field of pulse tube refrigerators.

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Abstract

パルス管冷凍機１０は、パルス管１６および蓄冷器１８を備え、パルス管１６の低温端が蓄冷器１８の低温端に連結されたコールドヘッド１４と、バルブ駆動室３４と、バルブ駆動室３４の圧力に応じて第１位置と第２位置とを移動するスプール３６と、を備え、スプール３６は、第１位置で蓄冷器１８の高温端を圧縮機吐出口１２ａに接続し、第２位置で蓄冷器１８の高温端を圧縮機吸入口１２ｂに接続するスプールバルブ３２と、コールドヘッド１４から離れて配置され、バルブ駆動室３４の圧力を制御する圧力制御機構３８と、を備える。

Description

パルス管冷凍機
　本発明は、パルス管冷凍機に関する。
　パルス管冷凍機は一般に、主たる構成要素として、振動流発生源、蓄冷器、パルス管、および位相制御機構を備える。振動流の発生にはいくつかの方式がある。例えば、圧縮機と周期的な流路切替機構の組み合わせを用いるいわゆるＧＭ（ギフォード・マクマホン；Gifford-McMahon）方式と、調和振動するピストンによって振動流を発生するスターリング方式が知られている。
特許第３８９５５１６号公報
　ＧＭ方式のパルス管冷凍機では流路切替機構としてロータリーバルブが典型的に用いられている。ロータリーバルブは、バルブステータとこれに面接触しているバルブロータを有し、接触面には複数の作動ガス流路が形成されている。バルブロータがバルブステータに対して回転摺動することによって作動ガス流路間の接続が切り替わり、それにより、パルス管冷凍機を適正に動作させるための流路切替が可能となる。
　パルス管冷凍機の冷凍性能を高めるうえで、ロータリーバルブの作動ガス流路で作動ガスに生じる圧力損失を低減することが望まれる。一つの方策は個々の作動ガス流路をそれぞれ広くとることであるが、そのような流路の拡大はバルブロータの回転摺動面の面積増加をもたらしうる。回転摺動面が大きくなれば、回転するバルブロータに働く摩擦抵抗も増加する。そうすると、バルブロータを駆動するのに必要なトルクも大きくなり、そのため、ロータリーバルブを駆動するモータなどの駆動源の大型化を招く。このような不利益は、大型のパルス管冷凍機において顕著となりうる。
　本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、パルス管冷凍機のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することにある。
　本発明のある態様によると、パルス管冷凍機は、パルス管および蓄冷器を備え、前記パルス管の低温端が前記蓄冷器の低温端に連結されたコールドヘッドと、バルブ駆動室と、前記バルブ駆動室の圧力に応じて第１位置と第２位置とを移動するスプールと、を備え、前記スプールは、前記第１位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吐出口に接続し、前記第２位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吸入口に接続するスプールバルブと、前記コールドヘッドから離れて配置され、前記バルブ駆動室の圧力を制御する圧力制御機構と、を備える。
　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、パルス管冷凍機のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することができる。
第１の実施の形態に係るパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。 図１に示されるパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 図１に示されるパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 実施の形態に係る圧力制御機構の構成を概略的に示す図である。 第２の実施の形態に係るパルス管冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。 第２の実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の構成を概略的に示す図である。 第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の構成を概略的に示す図である。 第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の構成を概略的に示す図である。 第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機に適用可能なスプールバルブの他の構成を概略的に示す図である。 第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機の他の構成を概略的に示す図である。 第５の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 第５の実施の形態に係るパルス管冷凍機の作動ガス回路構成を示す概略図である。 実施の形態に係るパルス管冷凍機に適用可能な圧力制御機構の他の構成を概略的に示す図である。 実施の形態に係るパルス管冷凍機に適用可能な圧力制御機構の他の構成を概略的に示す図である。 実施の形態に係るパルス管冷凍機に適用可能な圧力制御機構の他の構成を概略的に示す図である。
　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。
　図１は、第１の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の全体構成を概略的に示す図である。図２および図３は、図１に示されるパルス管冷凍機１０の作動ガス回路構成を示す概略図である。図２は、パルス管冷凍機１０の吸気工程を示し、図３は、パルス管冷凍機１０の排気工程を示す。
　パルス管冷凍機１０は、圧縮機１２と、コールドヘッド１４とを備える。コールドヘッド１４は、パルス管１６、蓄冷器１８、被冷却物１９を冷却する冷却ステージ２０、フランジ部２２、および室温部２４を備える。パルス管冷凍機１０は、単段式のパルス管冷凍機である。ただし、パルス管冷凍機１０は、あるいは多段式（例えば二段式）のパルス管冷凍機とすることも可能である。
　パルス管冷凍機１０は、一例として、ＧＭ（Gifford-McMahon）方式のダブルインレット型パルス管冷凍機である。よって、コールドヘッド１４の室温部２４には、バッファ容積２６、例えばバッファタンクが接続されている。また、室温部２４は、２つの流路抵抗（例えば、オリフィス、または絞り弁など）を有する。以下では説明の便宜上、第１流路抵抗をダブルインレットオリフィス２８と称し、第２流路抵抗をバッファオリフィス３０と称する。ただし、流路抵抗をオリフィスのみに限定することを意図するものではない。
　詳しくは後述するが、パルス管冷凍機１０は、室温部２４に収容された流路切替機構に関して、典型的なパルス管冷凍機と異なる。室温部２４は、ロータリーバルブではなく、スプールバルブ３２を備える。スプールバルブ３２は、バルブ駆動室３４と、バルブ駆動室３４の圧力に応じて第１位置と第２位置とを移動するスプール３６と、を備える。スプール３６は、第１位置で蓄冷器１８の高温端を圧縮機１２の吐出口に接続し、第２位置で蓄冷器１８の高温端を圧縮機１２の吸入口に接続する。また、パルス管冷凍機１０は、コールドヘッド１４から離れて配置され、バルブ駆動室３４の圧力を制御する圧力制御機構３８を備える。圧力制御機構３８は、駆動室吸気バルブＶ１と駆動室排気バルブＶ２とを有する。
　圧縮機１２およびスプールバルブ３２によって、パルス管冷凍機１０の振動流発生源が構成される。すなわち、圧縮機１２が生み出す作動ガスの定常流から、スプールバルブ３２の切替動作によって蓄冷器１８を通じてパルス管１６内に作動ガスの圧力振動を生成することができる。また、バッファ容積２６、ダブルインレットオリフィス２８、およびバッファオリフィス３０によって、パルス管冷凍機１０の位相制御機構が構成される。位相制御機構によって作動ガスの圧力振動に対しパルス管１６内のガス要素（ガスピストンとも呼ばれる）の変位振動の位相を遅らせることができる。適切な位相遅れは、パルス管１６の低温端でのＰＶ仕事を生じさせ、作動ガスを冷却することができる。冷却された作動ガスとの熱交換により冷却ステージ２０が冷却される。
　圧縮機１２は、圧縮機吐出口１２ａと圧縮機吸入口１２ｂとを有し、回収した低圧ＰＬの作動ガスを圧縮して高圧ＰＨの作動ガスを生成するよう構成されている。圧縮機吐出口１２ａから蓄冷器１８を通じてパルス管１６に作動ガスが供給され、パルス管１６から蓄冷器１８を通じて圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが回収される。圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂはそれぞれ、パルス管冷凍機１０の高圧源および低圧源として機能する。作動ガスは、冷媒ガスとも称され、例えばヘリウムガスである。
　一般に高圧ＰＨ及び低圧ＰＬはともに、パルス管冷凍機１０の周囲環境圧力（例えば大気圧）よりかなり高い。よって、高圧ＰＨ及び低圧ＰＬはそれぞれ、第１高圧及び第２高圧と呼ぶこともできる。通例、高圧ＰＨは例えば２～３ＭＰａである。低圧ＰＬは例えば０．５～１．５ＭＰａである。
　パルス管冷凍機１０には、高圧ライン１３ａおよび低圧ライン１３ｂが設けられている。高圧ライン１３ａは、圧縮機吐出口１２ａから延び、高圧ライン分岐点４０ａで分岐し、コールドヘッド１４の高圧ポート４２と圧力制御機構３８の駆動室吸気バルブＶ１に接続されている。高圧ＰＨの作動ガスは高圧ライン１３ａを通じて、圧縮機１２からコールドヘッド１４へと、また圧縮機１２から圧力制御機構３８へと流れる。低圧ライン１３ｂは、圧縮機吸入口１２ｂから延び、低圧ライン分岐点４０ｂで分岐し、コールドヘッド１４の低圧ポート４４と圧力制御機構３８の駆動室排気バルブＶ２に接続されている。低圧ＰＬの作動ガスは低圧ライン１３ｂを通じて、コールドヘッド１４から圧縮機１２へと、また圧力制御機構３８から圧縮機１２へと流れる。
　また、パルス管冷凍機１０には、バルブ駆動室ライン４６が設けられている。バルブ駆動室ライン４６は、バルブ駆動室３４から延び、途中で分岐し、駆動室吸気バルブＶ１と駆動室排気バルブＶ２に接続されている。
　高圧ライン１３ａおよび低圧ライン１３ｂはそれぞれ、圧縮機１２とコールドヘッド１４と圧力制御機構３８を接続する剛性または可撓性の配管であってもよい。また、バルブ駆動室ライン４６は、コールドヘッド１４と圧力制御機構３８を接続する剛性または可撓性の配管であってもよい。
　パルス管１６は、パルス管高温端１６ａと、パルス管低温端１６ｂとを有し、パルス管高温端１６ａからパルス管低温端１６ｂへと延在する。パルス管高温端１６ａおよびパルス管低温端１６ｂはそれぞれ、パルス管１６の第１端および第２端とも称しうる。パルス管高温端１６ａおよびパルス管低温端１６ｂにはそれぞれ整流器が設けられていてもよい。同様に、蓄冷器１８は、蓄冷器高温端１８ａと、蓄冷器低温端１８ｂとを有し、蓄冷器高温端１８ａから蓄冷器低温端１８ｂへと延在する。蓄冷器高温端１８ａおよび蓄冷器低温端１８ｂはそれぞれ、蓄冷器１８の第１端および第２端とも称しうる。パルス管１６および蓄冷器１８が延びる方向をコールドヘッド１４の軸方向Ａと表す。
　パルス管低温端１６ｂと蓄冷器低温端１８ｂは冷却ステージ２０によって構造的に接続され熱的に結合されている。冷却ステージ２０には冷却ステージ流路２１が形成されている。冷却ステージ流路２１を通じて、パルス管低温端１６ｂは、蓄冷器低温端１８ｂと流体的に連通している。したがって、圧縮機１２から供給される作動ガスは、蓄冷器低温端１８ｂから冷却ステージ流路２１を通じてパルス管低温端１６ｂへと流れることができる。パルス管１６からの戻りガスは、パルス管低温端１６ｂから冷却ステージ流路２１を通じて蓄冷器低温端１８ｂへと流れることができる。
　例示的な構成においては、パルス管１６は内部を空洞とする円筒状の管であり、蓄冷器１８は内部に蓄冷材を充填した円筒状の管であり、両者は互いに隣り合って各々の中心軸を平行として配置されている。パルス管１６および蓄冷器１８は、冷却ステージ２０から同方向に延びており、パルス管高温端１６ａおよび蓄冷器高温端１８ａは、冷却ステージ２０に対して同じ側に配置されている。このようにして、パルス管１６、蓄冷器１８、および冷却ステージ２０は、Ｕ字状に配置されている。
　被冷却物１９は、冷却ステージ２０上に直接設置され、または冷却ステージ２０に剛性または可撓性の伝熱部材を介して熱的に結合されている。パルス管冷凍機１０は、冷却ステージ２０からの伝導冷却によって被冷却物１９を冷却することができる。なおパルス管冷凍機１０によって冷却される被冷却物１９は、一例として、超伝導電磁石またはその他の超伝導装置、あるいは赤外線撮像素子またはその他のセンサなど固形物であるが、これに限られない。言うまでもなく、パルス管冷凍機１０は冷却ステージ２０に接触する気体または液体を冷却することもできる。
　一方、パルス管高温端１６ａと蓄冷器高温端１８ａはフランジ部２２によって接続されている。フランジ部２２は、パルス管冷凍機１０が設置される支持台または支持壁などの支持部４８に取り付けられる。支持部４８は、冷却ステージ２０および被冷却物１９を（蓄冷器１８およびパルス管１６とともに）収容する断熱容器または真空容器の壁材またはその他の部位であってもよい。
　フランジ部２２の一方の主表面からパルス管１６および蓄冷器１８が冷却ステージ２０へと延び、フランジ部２２の他方の主表面には室温部２４が設けられている。したがって、支持部４８が断熱容器または真空容器の一部を構成する場合には、フランジ部２２が支持部４８に取り付けられるとき、パルス管１６、蓄冷器１８、および冷却ステージ２０は、当該容器内に収容され、室温部２４は、容器外に配置される。
　このようにして、圧縮機１２、室温部２４、および圧力制御機構３８は周囲環境（例えば、室温大気圧環境）に配置される。バッファ容積２６も周囲環境に配置される。蓄冷器１８、パルス管１６、および冷却ステージ２０は周囲環境から隔離された環境（例えば、極低温真空環境）に配置される。
　なお、室温部２４は、フランジ部２２に直接取り付けられている必要はない。室温部２４は、パルス管冷凍機１０のコールドヘッド１４から分離して配置され、剛性または可撓性の配管によりコールドヘッド１４に接続されてもよい。こうして、パルス管冷凍機１０の位相制御機構がコールドヘッド１４から分離して配置されてもよい。
　室温部２４は、スプールバルブ３２を蓄冷器１８に接続する蓄冷器流路５０と、バッファ容積２６をパルス管１６に接続するバッファ流路５２と、冷却ステージ流路２１を迂回して蓄冷器１８をパルス管１６に接続するバイパス流路５４とを有する。バッファ容積２６は、高圧ＰＨと低圧ＰＬとの中間圧（例えば高圧ＰＨと低圧ＰＬの平均圧）を有する作動ガスの中間圧源として働く。
　蓄冷器流路５０およびバッファ流路５２はそれぞれ、フランジ部２２を貫通して、蓄冷器高温端１８ａおよびパルス管高温端１６ａまで延びている。蓄冷器流路５０は、スプールバルブ３２の第２ガス室３５を蓄冷器高温端１８ａに接続する。ダブルインレットオリフィス２８は、バイパス流路５４の途中に設けられ、バッファオリフィス３０は、バッファ流路５２の途中に設けられている。バッファ流路５２は、バッファ容積２６をバッファオリフィス３０に接続し、さらに、バッファオリフィス３０をパルス管高温端１６ａに接続する。バイパス流路５４は、蓄冷器流路５０から分岐してダブルインレットオリフィス２８に接続され、さらに、ダブルインレットオリフィス２８から延びてバッファ流路５２に合流する。バイパス流路５４は、バッファオリフィス３０とパルス管高温端１６ａとの間でバッファ流路５２に接続されている。
　よって、蓄冷器流路５０を通じてスプールバルブ３２と蓄冷器高温端１８ａとの間で作動ガスの流入および流出が可能であり、さらに、冷却ステージ流路２１を通じて蓄冷器１８とパルス管低温端１６ｂとの間で作動ガスの流入および流出が可能である。また、バッファ流路５２すなわちバッファオリフィス３０を通じてバッファ容積２６とパルス管高温端１６ａとの間で作動ガスの流入および流出が可能である。バイパス流路５４すなわちダブルインレットオリフィス２８を通じてスプールバルブ３２とパルス管高温端１６ａとの間で作動ガスの流入および流出が可能である。
　スプールバルブ３２は、スプール３６を収容するとともにスプール３６の移動を案内するスリーブ５６を有する。バルブ駆動室３４は、スプール３６の一端とスリーブ５６との間に形成されている。バルブ駆動室３４は、スプールバルブ３２の第１ガス室と呼ぶこともできる。第２ガス室３５は、スプール３６の他端とスリーブ５６との間に形成されている。バルブ駆動室３４と第２ガス室３５は、スプール３６に対して互いに反対側に位置する。
　スプール３６は、バルブ駆動室３４と第２ガス室３５の圧力差によってスリーブ５６に対して移動することができる。バルブ駆動室３４が第２ガス室３５より低圧であるとき、スプール３６は、バルブ駆動室３４を縮小し第２ガス室３５を拡張するようにスリーブ５６内を移動する（図において上向きに動く）。逆に、バルブ駆動室３４が第２ガス室３５より高圧であるとき、スプール３６は、バルブ駆動室３４を拡張し第２ガス室３５を縮小するようにスリーブ５６内を移動する（図において下向きに動く）。
　スリーブ５６は、高圧ポート４２および低圧ポート４４として働く２つの貫通穴を有する。また、スリーブ５６には、別の２つの貫通穴が設けられ、その一方を通じてバルブ駆動室３４がバルブ駆動室ライン４６に連通し、他方を通じて第２ガス室３５が蓄冷器１８およびパルス管１６に連通している。
　一例として、スプール３６は、コールドヘッド１４の軸方向Ａに延在する円柱状の部材であり、スリーブ５６は、コールドヘッド１４の軸方向Ａに延在しスプール３６と同軸配置された円筒状の内周面を有する部材である。スプール３６およびスリーブ５６はそれぞれ、ピストンおよびシリンダと呼ぶこともできる。高圧ポート４２および低圧ポート４４はスリーブ５６の側面に形成され、別の２つの貫通穴はそれぞれスリーブ５６の端面に形成されている。なおスプール３６とスリーブ５６の延在方向は、コールドヘッド１４の軸方向Ａに限られず、他の方向であってもよい。
　また、スプールバルブ３２は、スプール３６とスリーブ５６との間のクリアランスに配置された複数のシール部材、具体的には、第１シール部材５８ａ、第２シール部材５８ｂ、第３シール部材５８ｃ、および第４シール部材５８ｄを有する。これらシール部材は、互いに異なる軸方向位置でスプール３６に装着され、スプール３６の周方向に延びている。シール部材は、例えばスリッパーシールまたはＯリングなどの作動ガスを密閉する部材であるが、望まれるシール性能を有する限り、その他の接触シールまたは非接触シールであってもよい。
　スプールバルブ３２の内部の作動ガス空間は、シール部材によって、バルブ駆動室３４と第２ガス室３５を含む５つの区画に分離されている。残りの３つの区画は、スプール３６とスリーブ５６との間のクリアランスに形成されている。すなわち、クリアランスは、第１クリアランス領域６０ａ、第２クリアランス領域６０ｂ、および第３クリアランス領域６０ｃに分離され、これらはスプール３６の軸方向に互いに隣接している。
　第１シール部材５８ａは、バルブ駆動室３４と第１クリアランス領域６０ａとの間に配置され、これらの間での直接の作動ガスの流通を防止または最小化するように構成されている。第２シール部材５８ｂは、第１クリアランス領域６０ａと第２クリアランス領域６０ｂとの間に配置され、これらの間での直接の作動ガスの流通を防止または最小化するように構成されている。第３シール部材５８ｃは、第２クリアランス領域６０ｂと第３クリアランス領域６０ｃとの間に配置され、これらの間での直接の作動ガスの流通を防止または最小化するように構成されている。第４シール部材５８ｄは、第３クリアランス領域６０ｃと第２ガス室３５との間に配置され、これらの間での直接の作動ガスの流通を防止または最小化するように構成されている。
　スプール３６は、スプール主流路６２を有する。スプール主流路６２の一端は第２クリアランス領域６０ｂに連通し、スプール主流路６２の他端は第２ガス室３５に連通している。スプール主流路６２は、スプール３６の側面から端面へとスプール３６を貫通して形成されていてもよい。
　また、スプール３６とスリーブ５６との間には、戻しバネ６４が設けられている。戻しバネ６４は、例えば、スプール３６の上死点と下死点との中間の初期位置にスプール３６を付勢する。戻しバネ６４は、スプール３６が上死点にあるときスプール３６を下向きに引き戻し、スプール３６が下死点にあるときスプール３６を上向きに引き戻すことができる。戻しバネ６４は、第２ガス室３５に収容されている。なお戻しバネ６４は、バルブ駆動室３４に設けられてもよい。また、戻しバネ６４を設けることは必須ではなく、スプールバルブ３２は戻しバネ６４を備えなくてもよい。
　スプールバルブ３２は、蓄冷器高温端１８ａに隣接して配置されるようにコールドヘッド１４に固定されている。このようにすれば、蓄冷器流路５０の長さを短くすることができる。蓄冷器流路５０の長さは、バッファ流路５２の長さよりも、またはバイパス流路５４の長さよりも短くてもよい。一例として、スプールバルブ３２のスリーブ５６がフランジ部２２に固定され、蓄冷器高温端１８ａの直上に第２ガス室３５が配置されている。このようにすれば、蓄冷器流路５０の長さをできるだけ短くすることができる。
　スプール主流路６２、第２ガス室３５、および蓄冷器流路５０は、パルス管冷凍機１０の冷凍能力に寄与しないいわゆる死容積（デッドボリューム）を形成する。したがって、蓄冷器流路５０の長さを短くすることにより、死容積を小さくすることができる。これは、パルス管冷凍機１０の冷凍能力の向上に役立つ。
　図２および図３を参照して、スプールバルブ３２の動作を説明する。上述のように、図２にはパルス管冷凍機１０の吸気工程の様子が示され、図３にはパルス管冷凍機１０の排気工程の様子が示されている。スプールバルブ３２のスプール３６は、吸気工程において第１位置に移動し、排気工程において第２位置に移動する。第１位置および第２位置はそれぞれ、吸気位置および排気位置と呼ぶこともできる。
　図２に示されるように、吸気工程においては、駆動室排気バルブＶ２が開かれ、駆動室吸気バルブＶ１は閉じている。圧縮機吸入口１２ｂがバルブ駆動室３４に連通され、バルブ駆動室３４の圧力は、低圧ＰＬとなる。このとき第２ガス室３５は低圧ＰＬより若干高い圧力を有する。なぜなら、コールドヘッド１４（すなわち蓄冷器１８およびパルス管１６）内の圧力変動はバルブ駆動室３４での圧力変動に対していくらか遅延しているからである。吸気工程の開始時点では、スプール３６は下死点またはその近傍に位置する（図２において第２ガス室３５に破線で示す）。バルブ駆動室３４と第２ガス室３５の圧力差によりスプール３６はバルブ駆動室３４を縮小するようにスリーブ５６内を軸方向に移動する（破線の矢印で示す）。戻しバネ６４の復元力もスプール３６の上動に役立つ。
　スプール３６の上動によりスプール３６が第１位置、すなわち上死点またはその近傍に到達すると、第２クリアランス領域６０ｂが高圧ポート４２に隣接する。高圧ポート４２がスプール主流路６２を通じて第２ガス室３５に接続され、圧縮機吐出口１２ａから高圧ＰＨの作動ガスが蓄冷器１８およびパルス管１６に供給される。このとき低圧ポート４４には第３クリアランス領域６０ｃが隣接する。低圧ポート４４はスプール３６によって塞がれているので、蓄冷器１８およびパルス管１６と圧縮機吸入口１２ｂとの接続は遮断されている。
　図３に示されるように、排気工程においては、駆動室吸気バルブＶ１が開かれ、駆動室排気バルブＶ２が閉じている。圧縮機吐出口１２ａがバルブ駆動室３４に連通され、バルブ駆動室３４の圧力は、高圧ＰＨとなる。このとき第２ガス室３５は高圧ＰＨより若干低い圧力を有する。排気工程の開始時点では、スプール３６は上死点またはその近傍に位置する（図２においてバルブ駆動室３４に破線で示す）。バルブ駆動室３４と第２ガス室３５の圧力差によりスプール３６はバルブ駆動室３４を拡張するようにスリーブ５６内を軸方向に移動する（破線の矢印で示す）。戻しバネ６４の復元力もスプール３６の下動に役立つ。
　スプール３６の下動によりスプール３６が第２位置、すなわち下死点またはその近傍に到達すると、第２クリアランス領域６０ｂが低圧ポート４４に隣接する。低圧ポート４４がスプール主流路６２を通じて第２ガス室３５に接続され、圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが排出され、パルス管１６および蓄冷器１８は低圧ＰＬとなる。このとき高圧ポート４２には第１クリアランス領域６０ａが隣接する。高圧ポート４２はスプール３６によって塞がれているので、蓄冷器１８およびパルス管１６と圧縮機吐出口１２ａとの接続は遮断されている。
　このようにして、スプールバルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器高温端１８ａに交互に接続するパルス管冷凍機１０の主圧力切替バルブとして機能する。圧力制御機構３８は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂをスプールバルブ３２のバルブ駆動室３４に交互に接続し、スプール３６を適切に駆動するようにバルブ駆動室３４の圧力を制御することができる。
　上述のように、典型的なパルス管冷凍機は、流路切替機構としてロータリーバルブを有し、ロータリーバルブの回転摺動面にはいくつかの作動ガスポートが設けられている。これら作動ガスポート間の相互接続を回転により切り替えるために、これらポートは回転摺動面において径方向に互いに異なる場所に配置される。ロータリーバルブ内で作動ガスに生じる圧力損失を低減するにはポートを広くとる必要があるが、これはロータリーバルブの径の拡大、つまり回転摺動面の面積増加を招く。回転摺動面が大きくなれば回転時に働く摩擦抵抗が大きくなるから、ロータリーバルブを駆動するのに必要なトルクも増加し、モータなどの駆動源も大型のものが必要になる。これは、ロータリーバルブの製造コストの上昇や、パルス管冷凍機の大型化などの不利益をもたらす。とくに、大きな冷凍能力を出力する大型のパルス管冷凍機に関しては、こうした不利益が顕著となりうる。
　一般に、ＧＭ冷凍機など他の代表的な極低温冷凍機に比べてパルス管冷凍機は静粛な運転が可能であり、そのため、ノイズや振動を嫌う冷却用途に適する。ロータリーバルブは、たいていの場合、モータ、バルブロータ、およびバルブステータが一つのロータリーバルブユニットとして構成される。これをパルス管冷凍機のコールドヘッドに直接設置すれば、モータもコールドヘッドの一部をなす。このような設計を大型のパルス管冷凍機に採用したとすると、大型のモータがコールドヘッドに直接設置されることになる。大型モータは相応の電磁気的ノイズ及び／または機械的振動の発生源となるので、好ましくない。
　こうしたノイズや振動の伝達を避けるために、ロータリーバルブユニットをコールドヘッドから離れた場所に配置し、両者を長い配管で接続する設計も考えられる。ところが、この設計では、ロータリーバルブの作動ガス出入口からコールドヘッドの蓄冷器までの配管容積も大きくなる。この容積は冷凍能力に寄与しない死容積であるから、その増加は望まれない。
　このように、流路切替機構としてロータリーバルブを用いる既存のパルス管冷凍機では、ロータリーバルブからコールドヘットに伝達されるノイズ・振動の十分な低減を、死容積の増加および冷凍能力の低下を避けることなく実現することは困難である。
　これに対して、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０は、スプールバルブ３２を備える。そのため、上述のようなロータリーバルブに起因する不利益が生じにくい。
　スプールバルブ３２においては、スプール主流路６２などバルブ内部流路を拡張しても、それは駆動源の大型化に直接関係しない。スプールバルブ３２はバルブ駆動室３４の作動ガス圧によって流体的に動作する。そのため、バルブ駆動室３４の容積は比較的小さくてよい。よって、バルブ駆動室３４のサイズは小さく抑えつつ、スプールバルブ３２の内部流路を拡張することができ、それにより、スプールバルブ３２内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することができる。ロータリーバルブを採用する場合に比べて、パルス管冷凍機１０のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することができる。
　また、圧力制御機構３８は、コールドヘッド１４から離れて配置される。そのため、圧力制御機構３８がノイズ源または振動源となりうるとしても、圧力制御機構３８からコールドヘッド１４へのノイズまたは振動の伝達は抑制される。加えて、バルブ駆動室３４の容積が小さくてよいので、圧力制御機構３８も比較的小型でよい。よって、圧力制御機構３８が発生させうるノイズまたは振動はそもそも小さく、コールドヘッド１４に与えうる影響も小さい。
　上述のように、スプールバルブ３２は、蓄冷器高温端１８ａに隣接して配置されるようにコールドヘッド１４に固定されている。したがって、死容積となる蓄冷器流路５０を短くすることができ、パルス管冷凍機１０の冷凍能力が向上される。
　圧力制御機構３８の具体的構成は種々ありうる。例えば、駆動室吸気バルブＶ１および駆動室排気バルブＶ２はそれぞれ、個別に制御可能なバルブの形式をとってもよい。各バルブ（Ｖ１，Ｖ２）は、電磁開閉弁であってもよい。各バルブ（Ｖ１，Ｖ２）は、予め定められたバルブタイミングで自動的に開閉動作をするように構成されていてもよい。あるいは、圧力制御機構３８は、ロータリーバルブの形式で構成されてもよい。
　図４は、実施の形態に係る圧力制御機構３８の構成を概略的に示す図である。圧力制御機構３８は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂをバルブ駆動室３４に交互に接続するロータリーバルブ６６を備える。
　ロータリーバルブ６６は、モータ６６ａ、バルブロータ６６ｂ、バルブステータ６６ｃ、およびバルブハウジング６６ｄを備える。バルブロータ６６ｂおよびバルブステータ６６ｃはバルブハウジング６６ｄに収容され、両者はバルブ摺動面６６ｅで互いに面接触するように隣接して配置されている。バルブステータ６６ｃは、バルブハウジング６６ｄに固定されている。モータ６６ａは、バルブハウジング６６ｄの外側に設置され、モータ６６ａの出力軸がバルブハウジング６６ｄを貫通してバルブロータ６６ｂへと延びている。
　バルブハウジング６６ｄの内部には、圧力室６６ｆが形成され、バルブロータ６６ｂおよびバルブステータ６６ｃは、圧力室６６ｆに配置されている。一例として、圧力室６６ｆには、高圧ライン１３ａが接続され、高圧ＰＨが導入されている。バルブステータ６６ｃには、低圧ライン１３ｂとバルブ駆動室ライン４６が接続されている。バルブステータ６６ｃとバルブハウジング６６ｄの間には少なくとも２つのシール部材が装着され、１つのシール部材によって低圧ライン１３ｂが圧力室６６ｆ（すなわち高圧ライン１３ａ）からシールされ、他の１つのシール部材によってバルブ駆動室ライン４６が低圧ライン１３ｂからシールされる。したがって、ロータリーバルブ６６の内部において高圧ライン１３ａ、低圧ライン１３ｂ、およびバルブ駆動室ライン４６の間での直接の作動ガスの流通は防止される。
　モータ６６ａの駆動により出力軸が回転し、それにより、バルブロータ６６ｂがバルブステータ６６ｃに対して回転摺動する。バルブロータ６６ｂの回転摺動に伴ってバルブ摺動面６６ｅで流路接続が周期的に切り替わり、ロータリーバルブ６６は、高圧ライン１３ａと低圧ライン１３ｂをバルブ駆動室ライン４６に交互に接続する。
　バルブロータ６６ｂとバルブステータ６６ｃからなるロータリーバルブ６６の具体的な流路構成は、種々の公知のものを適宜採用することができるので、詳細説明は省略する。上述の説明では、圧力室６６ｆに高圧ライン１３ａが接続され、バルブステータ６６ｃに低圧ライン１３ｂが接続されているが、これとは逆に、バルブステータ６６ｃに高圧ライン１３ａが接続され、圧力室６６ｆに低圧ライン１３ｂが接続される構成も可能である。
　このように、圧力制御機構３８がロータリーバルブ６６として構成される場合には、極低温冷凍機のロータリーバルブの既存の設計を流用することができる。よって、圧力制御機構３８を容易に製造することができ、有利である。
　図５は、第２の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の全体構成を概略的に示す図である。第２の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０は、作動ガス回路の配管接続に関して、第１の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０と異なり、その余については第１の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０と共通する構成をもつ。以下、第２の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０について、第１の実施の形態と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
　第２の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０においても、スプールバルブ３２が利用される。したがって、第１の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０と同様に、スプールバルブ３２内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することと、パルス管冷凍機１０のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することを両立することができる。よって、コールドヘッドのための流路切替機構としてロータリーバルブを採用する既存の典型的なパルス管冷凍機に比べて、有利である。
　図５に示されるように、パルス管冷凍機１０は、バルブ駆動室３４を圧力制御機構３８に接続する脱着可能な継手６８を備える。脱着可能な継手６８は、バルブ駆動室ライン４６の途中に設けられている。脱着可能な継手６８は、例えば、セルフシーリング・カップリングである。
　脱着可能な継手６８は、比較的長い配管で圧力制御機構３８に接続されてもよい。例えば、脱着可能な継手６８は、コールドヘッド１４の室温部２４に近接してバルブ駆動室ライン４６に設置されていてもよい。この場合、脱着可能な継手６８は、圧縮機側配管４６ａにより圧力制御機構３８に接続され、コールドヘッド側配管４６ｂにより室温部２４（具体的にはスプールバルブ３２のバルブ駆動室３４）に接続されている。圧縮機側配管４６ａは、脱着可能な継手６８からバルブ駆動室３４までの流路長さ（コールドヘッド側配管４６ｂを含む）よりも長い。あるいは、脱着可能な継手６８は、室温部２４に隣接して設置されていてもよい。
　このようにして、圧力制御機構３８を脱着可能な継手６８を介してコールドヘッド１４に接続しているので、バルブ駆動室ライン４６を長くして圧力制御機構３８をコールドヘッド１４から遠隔に配置することが容易となる。これは、圧力制御機構３８で発生しうる電磁気的ノイズ及び／または機械的振動のコールドヘッド１４への伝達を抑制することに役立つ。また、圧力制御機構３８は、脱着可能な継手６８によりコールドヘッド１４から取り外し可能に接続されているから、作業者は、圧力制御機構３８をコールドヘッド１４から取り外してメンテナンスを施すことができる。
　また、比較的長い圧縮機側配管４６ａを使用することにより、バルブ駆動室ライン４６を長くしつつスプールバルブ３２はコールドヘッド１４に近接配置することができる。例えば、スプールバルブ３２を蓄冷器高温端１８ａに隣接して配置することができる。このようにすれば、蓄冷器流路５０を短くして死容積を小さくするとともに、圧力制御機構３８からコールドヘッド１４へのノイズや振動の伝達を抑制することができる。
　脱着可能な継手６８は、パルス管冷凍機１０の作動ガス回路の他の場所に追加して設けられてもよい。図５に示されるように、例えば、脱着可能な継手６８が、高圧ライン１３ａおよび低圧ライン１３ｂの少なくとも一方に設けられてもよい。このようにすれば、圧縮機１２からコールドヘッド１４へのノイズや振動の伝達を抑制することができる。
　また、パルス管冷凍機１０は、高圧ライン分岐点４０ａおよび低圧ライン分岐点４０ｂを有するマニホールド７０を備えてもよい。マニホールド７０を介して、圧縮機１２とコールドヘッド１４が接続され、かつ圧縮機１２と圧力制御機構３８が接続されている。マニホールド７０は、床面またはその他の静止部に固定されてもよい。圧縮機１２は、マニホールド７０から離れて配置され、配管により接続されている。このようにすれば、圧縮機１２からコールドヘッド１４へのノイズや振動の伝達を抑制することができる。
　図５に示されるように、圧力制御機構３８は、マニホールド７０から離れて配置され、配管により接続されてもよい。あるいは、圧力制御機構３８は、マニホールド７０に設置されてもよい。
　図６は、第２の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の他の構成を概略的に示す図である。パルス管冷凍機１０は、高圧ライン１３ａ、低圧ライン１３ｂ、およびバルブ駆動室ライン４６の少なくとも１つに設置されたノイズ遮断構造７２を備えてもよい。ノイズ遮断構造７２は、脱着可能な継手６８に直接にまたは配管を介して連結され、ノイズ遮断構造７２が設置された配管を伝達する電磁気的ノイズを遮断または低減するように構成されている。脱着可能な継手６８は、ノイズ遮断構造７２の少なくとも片側（図６においては両側）に設けられている。
　一例として、ノイズ遮断構造７２は、一対のフランジ７２ａと、これらフランジ７２ａに挟持されたノイズ遮断体７２ｂとを備える。ノイズ遮断体７２ｂは、例えば、セラミックコーティングまたはフッ素樹脂コーティングなどの絶縁性コーティング材で被覆された金属体である。フランジ７２ａおよびノイズ遮断体７２ｂは、ボルトやナットなどの適宜の締結具により相互に固定されている。フランジ７２ａおよびノイズ遮断体７２ｂを貫通して、作動ガス流路が形成されている。
　ノイズ遮断構造７２を設けることにより、圧縮機１２または圧力制御機構３８からコールドヘッド１４へのノイズの伝達をさらに抑制することができる。
　図７および図８は、第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の作動ガス回路構成を示す概略図である。図７は、パルス管冷凍機１０の吸気工程を示し、図８は、パルス管冷凍機１０の排気工程を示す。第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０は、スプールバルブ３２に関して、第１の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０と異なり、その余については第１の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０と共通する構成をもつ。以下、第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０について、第１の実施の形態と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
　スプールバルブ３２は、バルブ駆動室３４と反対側でスプール３６に隣接する背圧室７４と、バルブ駆動室３４および背圧室７４からシールされた接続流路７６とを備える。接続流路７６は、スプール３６が第１位置にあるとき蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吐出口１２ａに接続し、スプール３６が第２位置にあるとき蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吸入口１２ｂに接続する。
　また、スプールバルブ３２は、スプール３６とスリーブ５６との間のクリアランスに配置された複数のシール部材、具体的には、第１シール部材５８ａ、第２シール部材５８ｂ、第３シール部材５８ｃ、および第４シール部材５８ｄを有する。これらのシール部材によって、スプールバルブ３２の内部の作動ガス空間は、バルブ駆動室３４、第１クリアランス領域６０ａ、第２クリアランス領域６０ｂ、第３クリアランス領域６０ｃ、および背圧室７４に分離されている。背圧室７４は、第４シール部材５８ｄによって第３クリアランス領域６０ｃからシールされている。
　背圧室７４には、中間圧バッファ７８が接続されている。スリーブ５６の背圧室７４側の端面に形成された貫通穴を通じて、背圧室７４は中間圧バッファ７８と連通している。中間圧バッファ７８は、高圧ＰＨと低圧ＰＬとの中間圧ＰＭ（例えば高圧ＰＨと低圧ＰＬの平均圧）を有する。よって、背圧室７４の圧力は、中間圧ＰＭに保持される。
　接続流路７６は、スプール３６の軸方向に関して第２シール部材５８ｂと第３シール部材５８ｃの間に配置されている。したがって、接続流路７６は、第２クリアランス領域６０ｂと連通している。言い換えれば、接続流路７６は、第２クリアランス領域６０ｂの流路幅を拡張している。第２クリアランス領域６０ｂすなわち接続流路７６は、スリーブ５６の側面に形成された貫通穴を通じて蓄冷器流路５０に連通している。接続流路７６は、一例として、スプール３６の円筒側面に形成された溝であり、スプール３６の周方向に全周にわたって延びている。あるいは、接続流路７６は、スプール３６を径方向に貫通していてもよい。
　図７に示されるように、吸気工程においては、駆動室排気バルブＶ２が開かれ、駆動室吸気バルブＶ１は閉じている。圧縮機吸入口１２ｂがバルブ駆動室３４に連通され、バルブ駆動室３４の圧力は、低圧ＰＬとなる。背圧室７４は中間圧ＰＭを有するから、バルブ駆動室３４と背圧室７４の圧力差によりスプール３６はバルブ駆動室３４を縮小するようにスリーブ５６内を軸方向に移動する。
　スプール３６の上動によりスプール３６が第１位置、すなわち上死点またはその近傍に到達すると、第２クリアランス領域６０ｂが高圧ポート４２に隣接する。高圧ポート４２が接続流路７６を通じて蓄冷器流路５０に接続され、圧縮機吐出口１２ａから高圧ＰＨの作動ガスが蓄冷器１８およびパルス管１６に供給される。このとき低圧ポート４４には第３クリアランス領域６０ｃが隣接する。低圧ポート４４はスプール３６によって塞がれているので、蓄冷器１８およびパルス管１６と圧縮機吸入口１２ｂとの接続は遮断されている。
　図８に示されるように、排気工程においては、駆動室吸気バルブＶ１が開かれ、駆動室排気バルブＶ２が閉じている。圧縮機吐出口１２ａがバルブ駆動室３４に連通され、バルブ駆動室３４の圧力は、高圧ＰＨとなる。背圧室７４は中間圧ＰＭを有するから、バルブ駆動室３４と背圧室７４の圧力差によりスプール３６はバルブ駆動室３４を拡張するようにスリーブ５６内を軸方向に移動する。
　スプール３６の下動によりスプール３６が第２位置、すなわち下死点またはその近傍に到達すると、第２クリアランス領域６０ｂが低圧ポート４４に隣接する。低圧ポート４４が接続流路７６を通じて蓄冷器流路５０に接続され、圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが排出され、パルス管１６および蓄冷器１８は低圧ＰＬとなる。このとき高圧ポート４２には第１クリアランス領域６０ａが隣接する。高圧ポート４２はスプール３６によって塞がれているので、蓄冷器１８およびパルス管１６と圧縮機吐出口１２ａとの接続は遮断されている。
　このようにして、スプールバルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器高温端１８ａに交互に接続するパルス管冷凍機１０の主圧力切替バルブとして機能する。圧力制御機構３８は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂをスプールバルブ３２のバルブ駆動室３４に交互に接続し、スプール３６を適切に駆動するようにバルブ駆動室３４の圧力を制御することができる。
　第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０においても、スプールバルブ３２内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することと、パルス管冷凍機１０のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することを両立することができる。よって、コールドヘッドのための流路切替機構としてロータリーバルブを採用する既存の典型的なパルス管冷凍機に比べて、有利である。
　図２および図３を参照して説明した第２ガス室３５とは異なり、第３の実施の形態に係る背圧室７４は、スプールバルブ３２から蓄冷器１８への作動ガス流路から流体的に隔離されている。背圧室７４は、死容積（デッドボリューム）を形成しない。したがって、第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０は、第１の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０に比べて、死容積を小さくすることができるという利点がある。
　図９および図１０は、第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の他の構成を概略的に示す図である。中間圧バッファ７８を設けることは、必須ではない。図９に示されるように、背圧室７４は、バッファ容積２６に接続されてもよい。また、図１０に示されるように、中間圧バッファ７８を設けることに代えて、背圧室７４は、蓄冷器高温端１８ａに接続されてもよい。この場合、背圧室７４を蓄冷器高温端１８ａに接続するオリフィスなどの第３流路抵抗８０が位相制御または流量制御のために設けられていてもよい。このようにしても、図７および図８を参照して説明したのと同様に、死容積を小さくすることができる。
　図１１および図１２は、第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の作動ガス回路構成を示す概略図である。図１１は、パルス管冷凍機１０の吸気工程を示し、図１２は、パルス管冷凍機１０の排気工程を示す。第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０は、スプールバルブ３２に関して、第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０と異なり、その余については第３の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０と共通する構成をもつ。以下、第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０について、第３の実施の形態と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
　第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０においては、スプール３６は、一組の対向配置されたピストン８２を備える。２つのピストン８２は、１つのスリーブ５６に収められ、各ピストン８２の片側にバルブ駆動室３４が形成され、反対側すなわち２つのピストン８２の間に背圧室７４が形成されている。
　２つのピストン８２は、同様の構成を有する。各ピストン８２は、ピストン８２とスリーブ５６との間のクリアランスに配置された４つのシール部材（５８ａ～５８ｄ）を有する。これらのシール部材によって、スプールバルブ３２の内部の作動ガス空間は、バルブ駆動室３４、第１クリアランス領域６０ａ、第２クリアランス領域６０ｂ、第３クリアランス領域６０ｃ、および背圧室７４に分離されている。背圧室７４は、２つのピストン８２それぞれの第４シール部材５８ｄの間に形成されている。
　背圧室７４は、第３流路抵抗８０を通じて蓄冷器高温端１８ａに接続されている。ただし、これは必須ではなく、図７および図８に示されるように、背圧室７４は、中間圧バッファ７８に接続されてもよい。あるいは、図９に示されるように、背圧室７４は、バッファ容積２６に接続されてもよい。
　また、各ピストン８２は、バルブ駆動室３４および背圧室７４からシールされた接続流路７６を備える。接続流路７６は、ピストン８２が第１位置にあるとき蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吐出口１２ａに接続し、ピストン８２が第２位置にあるとき蓄冷器高温端１８ａを圧縮機吸入口１２ｂに接続する。接続流路７６は、第２クリアランス領域６０ｂと連通している。
　スプールバルブ３２は、２つの接続流路７６を有するから、高圧ライン１３ａは、これら接続流路７６に接続されるように圧縮機吐出口１２ａから延びて途中で２つに分岐している。同様に、低圧ライン１３ｂも、２つの接続流路７６に接続されるように圧縮機吸入口１２ｂから延びて途中で２つに分岐している。スリーブ５６は、２つの高圧ポート４２と２つの低圧ポート４４を有する。バルブ駆動室ライン４６は、２つのバルブ駆動室３４に接続されるように圧力制御機構３８から延びて途中で２つに分岐している。蓄冷器流路５０は、２つの接続流路７６に接続されるように蓄冷器高温端１８ａから延びて途中で２つに分岐している。
　図１１に示されるように、吸気工程においては、駆動室排気バルブＶ２が開かれ、駆動室吸気バルブＶ１は閉じている。圧縮機吸入口１２ｂがバルブ駆動室３４に連通され、バルブ駆動室３４の圧力は、低圧ＰＬとなる。背圧室７４は中間圧ＰＭを有するから、バルブ駆動室３４と背圧室７４の圧力差により２つのピストン８２はバルブ駆動室３４を縮小するようにスリーブ５６内を軸方向に移動する。２つのピストン８２は互いに離れるように逆向きに動く。
　こうして各ピストン８２が第１位置に到達すると、第２クリアランス領域６０ｂが高圧ポート４２に隣接する。高圧ポート４２が接続流路７６を通じて蓄冷器流路５０に接続され、圧縮機吐出口１２ａから高圧ＰＨの作動ガスが蓄冷器１８およびパルス管１６に供給される。このとき低圧ポート４４には第３クリアランス領域６０ｃが隣接する。低圧ポート４４はピストン８２によって塞がれているので、蓄冷器１８およびパルス管１６と圧縮機吸入口１２ｂとの接続は遮断されている。
　図１２に示されるように、排気工程においては、駆動室吸気バルブＶ１が開かれ、駆動室排気バルブＶ２が閉じている。圧縮機吐出口１２ａがバルブ駆動室３４に連通され、バルブ駆動室３４の圧力は、高圧ＰＨとなる。背圧室７４は中間圧ＰＭを有するから、バルブ駆動室３４と背圧室７４の圧力差により２つのピストン８２はバルブ駆動室３４を拡張するようにスリーブ５６内を軸方向に移動する。２つのピストン８２は互いに近づくように逆向きに動く。
　こうして各ピストン８２が第２位置に到達すると、第２クリアランス領域６０ｂが低圧ポート４４に隣接する。低圧ポート４４が接続流路７６を通じて蓄冷器流路５０に接続され、圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが排出され、パルス管１６および蓄冷器１８は低圧ＰＬとなる。このとき高圧ポート４２には第１クリアランス領域６０ａが隣接する。高圧ポート４２はピストン８２によって塞がれているので、蓄冷器１８およびパルス管１６と圧縮機吐出口１２ａとの接続は遮断されている。
　このようにして、スプールバルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器高温端１８ａに交互に接続するパルス管冷凍機１０の主圧力切替バルブとして機能する。圧力制御機構３８は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂをスプールバルブ３２のバルブ駆動室３４に交互に接続し、ピストン８２を適切に駆動するようにバルブ駆動室３４の圧力を制御することができる。
　第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０においても、スプールバルブ３２内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することと、パルス管冷凍機１０のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することを両立することができる。よって、コールドヘッドのための流路切替機構としてロータリーバルブを採用する既存の典型的なパルス管冷凍機に比べて、有利である。
　また、第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０によれば、２つのピストン８２が対向配置され互いに逆向きに往復動するので、単一のスプール３６が往復動する場合に比べて、スプールバルブ３２が発生する振動を低減することができる。
　図１３は、第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０に適用可能なスプールバルブ３２の他の構成を概略的に示す図である。スプールバルブ３２は、振動を減衰させるための少なくとも１つのダンパー８４を備えてもよい。ダンパー８４は、ピストン８２とスリーブ５６との間の衝突の衝撃を緩和するように、ピストン８２とスリーブ５６との間に配置されていてもよい。また、ダンパー８４は、２つのピストン８２どうしの衝突の衝撃を緩和するように、２つのピストン８２の間に配置されていてもよい。図１３に示されるように、２つのバルブ駆動室３４と背圧室７４のそれぞれにダンパー８４が設置されてもよい。例示的な構成として、ダンパー８４は、固定部材８４ａと緩衝材８４ｂとを備えてもよい。ダンパー８４は、ダンパー８４を設けることにより、スプールバルブ３２が発生する振動をさらに低減することができる。
　なお、ダンパー８４は、一つのスプール３６を有するスプールバルブ３２においてスプール３６とスリーブ５６との間の衝突の衝撃を緩和するように、スプール３６とスリーブ５６との間に配置されていてもよい。
　図１４は、第４の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の他の構成を概略的に示す図である。対向ピストン型のスプールバルブ３２の構成は、４バルブ型パルス管冷凍機にも応用することができる。この場合、スプールバルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器高温端１８ａに交互に接続するだけでなく、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂをパルス管高温端１６ａにも交互に接続するように構成されている。パルス管冷凍機１０は、ダブルインレットオリフィス２８およびバイパス流路５４を備えない。
　図１４に示されるように、一方のピストン８２（図において上方のピストン８２）の接続流路７６は、蓄冷器流路５０を通じて蓄冷器高温端１８ａに接続されている。また、他方のピストン８２（図において下方のピストン８２）の接続流路７６は、パルス管流路８６を通じてパルス管高温端１６ａに接続されている。パルス管流路８６には、オリフィスなどの第４流路抵抗８８が位相制御または流量制御のために設けられていてもよい。
　このようにすれば、一方のピストン８２（図において上方のピストン８２）が、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器高温端１８ａに交互に接続するように動作し、他方のピストン８２（図において下方のピストン８２）が、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂをパルス管高温端１６ａに交互に接続するように動作することができる。
　図１５および図１６は、第５の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の作動ガス回路構成を示す概略図である。図１５は、パルス管冷凍機１０の吸気工程を示し、図１６は、パルス管冷凍機１０の排気工程を示す。上述の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０は、ダブルインレット型パルス管冷凍機であるのに対し、第５の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０は、４バルブ型パルス管冷凍機として構成されている。以下、第５の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０について、第１の実施の形態と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
　スプールバルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器高温端１８ａに交互に接続するだけでなく、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂをパルス管高温端１６ａにも交互に接続するように構成されている。単一のスプール３６を有するスプールバルブ３２についても、４バルブ型パルス管冷凍機として構成することは可能である。パルス管冷凍機１０は４バルブ型であるから、第１の実施の形態とは異なり、パルス管冷凍機１０は、ダブルインレットオリフィス２８およびバイパス流路５４を備えない。
　スプールバルブ３２は、バルブ駆動室３４および第２ガス室３５を備える。バルブ駆動室３４は、スプール３６の一端とスリーブ５６との間に形成され、第２ガス室３５は、スプール３６の他端とスリーブ５６との間に形成されている。スプール３６は、バルブ駆動室３４と第２ガス室３５の圧力差によってスリーブ５６に対して移動することができる。スプール３６とスリーブ５６との間には、戻しバネ６４が設けられている。戻しバネ６４は、第２ガス室３５に収容されている。
　スプール３６は、スプール主流路６２、スプール副吸気流路９０、およびスプール副排気流路９２を備える。スプール主流路６２は、スプール３６とスリーブ５６との間のクリアランスを第２ガス室３５に連通する。スプール主流路６２は、スプール３６の側面から端面へとスプール３６を貫通して形成されていてもよい。スプール副吸気流路９０およびスプール副排気流路９２は、一例として、スプール３６の円筒側面に形成された溝であり、スプール３６の周方向に全周にわたって延びている。スプール副吸気流路９０およびスプール副排気流路９２は、スプール３６の軸方向に互いに異なる位置に形成され、一方がバルブ駆動室３４側にあり、他方が第２ガス室３５側にある。
　スリーブ５６は、２つの高圧ポート４２ａ，４２ｂと２つの低圧ポート４４ａ，４４ｂを有する。一方の高圧ポート４２ａは、圧縮機吐出口１２ａをスプール主流路６２に連通するためにスリーブ５６に設けられ、他方の高圧ポート４２ｂは、圧縮機吐出口１２ａをスプール副吸気流路９０に連通するためにスリーブ５６に設けられている。高圧ライン１３ａは、これら高圧ポート４２ａ，４２ｂに接続されるように圧縮機吐出口１２ａから延びて途中で２つに分岐している。一方の低圧ポート４４ａは、圧縮機吸入口１２ｂをスプール主流路６２に連通するためにスリーブ５６に設けられ、他方の低圧ポート４４ｂは、圧縮機吸入口１２ｂをスプール副排気流路９２に連通するためにスリーブ５６に設けられている。低圧ライン１３ｂは、これら低圧ポート４４ａ，４４ｂに接続されるように圧縮機吸入口１２ｂから延びて途中で２つに分岐している。
　バルブ駆動室ライン４６は、圧力制御機構３８をバルブ駆動室３４に接続する。蓄冷器流路５０は、第２ガス室３５を蓄冷器高温端１８ａに接続する。また、スリーブ５６は、２つのパルス管ポート９４ａ，９４ｂを有する。一方のパルス管ポート９４ａは、パルス管高温端１６ａをスプール副吸気流路９０に連通するためにスリーブ５６に設けられ、他方のパルス管ポート９４ｂは、パルス管高温端１６ａをスプール副排気流路９２に連通するためにスリーブ５６に設けられている。パルス管流路８６は、これらパルス管ポート９４ａ，９４ｂに接続されるようにパルス管高温端１６ａから延びて途中で２つに分岐している。パルス管流路８６には、オリフィスなどの第４流路抵抗８８が位相制御または流量制御のために設けられていてもよい。
　スプールバルブ３２は、スプール３６とスリーブ５６との間のクリアランスに配置された複数のシール部材（５８ａ～５８ｈ）を有する。これら８個のシール部材（５８ａ～５８ｈ）は、互いに異なる軸方向位置でスプール３６に装着され、スプール３６の周方向に延びている。スプールバルブ３２の内部の作動ガス空間は、シール部材（５８ａ～５８ｈ）によって、バルブ駆動室３４、第２ガス室３５、および７つのクリアランス領域（６０ａ～６０ｇ）に分離されている。８個のシール部材（５８ａ～５８ｈ）と７つのクリアランス領域（６０ａ～６０ｇ）は、軸方向に交互に配置されている。第１シール部材５８ａは、バルブ駆動室３４と第１クリアランス領域６０ａとの間に配置され、第８シール部材５８ｈは、第７クリアランス領域６０ｇと第２ガス室３５との間に配置されている。スプール副吸気流路９０は、第２シール部材５８ｂと第３シール部材５８ｃとの間に配置され、第２クリアランス領域６０ｂに連通している。スプール副排気流路９２は、第６シール部材５８ｆと第７シール部材５８ｇとの間に配置され、第６クリアランス領域６０ｆに連通している。
　図１５に示されるように、吸気工程においては、駆動室排気バルブＶ２が開かれ、駆動室吸気バルブＶ１は閉じている。圧縮機吸入口１２ｂがバルブ駆動室３４に連通され、バルブ駆動室３４の圧力は、低圧ＰＬとなる。このとき第２ガス室３５は低圧ＰＬより若干高い圧力を有する。吸気工程の開始時点では、スプール３６は下死点またはその近傍に位置する。バルブ駆動室３４と第２ガス室３５の圧力差によりスプール３６はバルブ駆動室３４を縮小するようにスリーブ５６内を軸方向に移動する。戻しバネ６４の復元力もスプール３６の上動に役立つ。
　スプール３６の上動によりスプール３６が第１位置、すなわち上死点またはその近傍に到達すると、第４クリアランス領域６０ｄが高圧ポート４２ａに隣接する。また、第２クリアランス領域６０ｂが高圧ポート４２ｂおよびパルス管ポート９４ａに隣接する。よって、高圧ポート４２ａがスプール主流路６２を通じて第２ガス室３５に接続され、圧縮機吐出口１２ａから高圧ＰＨの作動ガスが蓄冷器１８に供給され、さらに冷却ステージ流路２１を通じてパルス管１６に供給される。また、高圧ポート４２ｂが、第２クリアランス領域６０ｂおよびスプール副吸気流路９０を通じてパルス管流路８６に接続され、圧縮機吐出口１２ａから高圧ＰＨの作動ガスがパルス管高温端１６ａに供給される。
　このとき、低圧ポート４４ａには第５クリアランス領域６０ｅが隣接し、低圧ポート４４ｂには第７クリアランス領域６０ｇが隣接する。よって、低圧ポート４４ａ，４４ｂはスプール３６によって塞がれているので、蓄冷器１８およびパルス管１６と圧縮機吸入口１２ｂとの接続は遮断されている。また、パルス管ポート９４ｂには第６クリアランス領域６０ｆが隣接しているので、パルス管高温端１６ａからスプール副排気流路９２を通じた圧縮機吸入口１２ｂへの接続も遮断されている。
　図１６に示されるように、排気工程においては、駆動室吸気バルブＶ１が開かれ、駆動室排気バルブＶ２が閉じている。圧縮機吐出口１２ａがバルブ駆動室３４に連通され、バルブ駆動室３４の圧力は、高圧ＰＨとなる。このとき第２ガス室３５は高圧ＰＨより若干低い圧力を有する。排気工程の開始時点では、スプール３６は上死点またはその近傍に位置する。バルブ駆動室３４と第２ガス室３５の圧力差によりスプール３６はバルブ駆動室３４を拡張するようにスリーブ５６内を軸方向に移動する。戻しバネ６４の復元力もスプール３６の下動に役立つ。
　スプール３６の下動によりスプール３６が第２位置、すなわち下死点またはその近傍に到達すると、第４クリアランス領域６０ｄが低圧ポート４４ａに隣接する。また、第６クリアランス領域６０ｆが低圧ポート４４ｂおよびパルス管ポート９４ｂに隣接する。よって、低圧ポート４４ａがスプール主流路６２を通じて第２ガス室３５に接続され、圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが排出され、パルス管１６および蓄冷器１８は低圧ＰＬとなる。また、低圧ポート４４ｂが、第６クリアランス領域６０ｆおよびスプール副排気流路９２を通じてパルス管流路８６に接続され、パルス管高温端１６ａから圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが排出される。
　このとき、高圧ポート４２ａには第３クリアランス領域６０ｃが隣接し、高圧ポート４２ｂには第１クリアランス領域６０ａが隣接する。高圧ポート４２ａ，４２ｂはスプール３６によって塞がれているので、蓄冷器１８およびパルス管１６と圧縮機吸入口１２ｂとの接続は遮断されている。また、パルス管ポート９４ａには第２クリアランス領域６０ｂが隣接しているので、圧縮機吐出口１２ａからスプール副吸気流路９０を通じたパルス管高温端１６ａへの接続も遮断されている。
　このようにして、スプールバルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器高温端１８ａに交互に接続するパルス管冷凍機１０の主圧力切替バルブとして機能する。加えて、スプールバルブ３２は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂをパルス管高温端１６ａに交互に接続するパルス管冷凍機１０の副圧力切替バルブとして機能する。圧力制御機構３８は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂをスプールバルブ３２のバルブ駆動室３４に交互に接続し、スプール３６を適切に駆動するようにバルブ駆動室３４の圧力を制御することができる。
　第５の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０においても、スプールバルブ３２内で作動ガスに生じる圧力損失を低減することと、パルス管冷凍機１０のための流路切替機構の駆動源の大型化を抑制することを両立することができる。よって、コールドヘッドのための流路切替機構としてロータリーバルブを採用する既存の典型的なパルス管冷凍機に比べて、有利である。
　図１７から図１９は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０に適用可能な圧力制御機構３８の他の構成を概略的に示す図である。圧力制御機構３８は、種々の具体的構成をとりうる。
　図１７に示されるように、パルス管冷凍機１０は、主たる圧縮機１２と補助圧縮機９６とを備えてもよい。圧縮機１２は、コールドヘッド１４のための作動ガスの高圧源および低圧源としてコールドヘッド１４に接続されている。補助圧縮機９６は、圧力制御機構３８のための作動ガスの高圧源および低圧源として圧力制御機構３８に接続されている。このようにして、コールドヘッド１４と圧力制御機構３８が別個の圧縮機を用いて運転されてもよい。
　図１８に示されるように、圧力制御機構３８は、リニア圧縮機９７を備えてもよい。リニア圧縮機９７は、電磁石などのアクチュエータ９７ａと、アクチュエータ９７ａの駆動により往復動する圧縮機ピストン９７ｂと、バルブ駆動室ライン４６に接続された圧縮室９７ｃとを備える。圧縮室９７ｃにおいては、圧縮機ピストン９７ｂが前進するとき（図１８において圧縮機ピストン９７ｂが左に移動するとき）作動ガスが圧縮され、高圧の作動ガスが圧縮室９７ｃからバルブ駆動室ライン４６を通じてバルブ駆動室３４に供給される。圧縮機ピストン９７ｂが後退するとき（図１８において圧縮機ピストン９７ｂが右に移動するとき）圧縮室９７ｃの圧力は低下し、それにより、バルブ駆動室３４の圧力も低下する。このようにして、圧力制御機構３８は、バルブ駆動室３４の圧力を制御することができる。なお、リニア圧縮機９７は、公知の構成のものを適宜採用することができる。
　図１９に示されるように、圧力制御機構３８は、アクチュエータ９８ａ、ベローズ９８ｂまたはその他の可動膜と、バルブ駆動室ライン４６に接続された圧縮室９８ｃと、を備えてもよい。アクチュエータ９８ａの駆動によりベローズ９８ｂが変形し、それにより圧縮室９８ｃの作動ガス圧力が制御される。したがって、圧力制御機構３８は、バルブ駆動室３４の圧力を制御することができる。
　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。
　例えば、第２の実施の形態において説明した脱着可能な継手６８は、第３の実施の形態、または第４の実施の形態、または第５の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０に適用されてもよい。あるいは、脱着可能な継手６８は、図１７から図１９を参照して説明したパルス管冷凍機１０に適用されてもよい。
　本発明は、パルス管冷凍機の分野における利用が可能である。
　１０　パルス管冷凍機、　１２　圧縮機、　１２ａ　圧縮機吐出口、　１２ｂ　圧縮機吸入口、　１４　コールドヘッド、　１６　パルス管、　１８　蓄冷器、　３２　スプールバルブ、　３４　バルブ駆動室、　３６　スプール、　３８　圧力制御機構、　６６　ロータリーバルブ、　６８　脱着可能な継手、　７４　背圧室、　７６　接続流路、　８２　ピストン。

Claims (7)

  1. 　パルス管および蓄冷器を備え、前記パルス管の低温端が前記蓄冷器の低温端に連結されたコールドヘッドと、
    　バルブ駆動室と、前記バルブ駆動室の圧力に応じて第１位置と第２位置とを移動するスプールと、を備え、前記スプールは、前記第１位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吐出口に接続し、前記第２位置で前記蓄冷器の高温端を圧縮機吸入口に接続するスプールバルブと、
    　前記コールドヘッドから離れて配置され、前記バルブ駆動室の圧力を制御する圧力制御機構と、を備えることを特徴とするパルス管冷凍機。
  2. 　前記バルブ駆動室を前記圧力制御機構に接続する脱着可能な継手をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のパルス管冷凍機。
  3. 　前記スプールバルブは、前記蓄冷器の高温端に隣接して配置されるように前記コールドヘッドに固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のパルス管冷凍機。
  4. 　前記圧力制御機構は、前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口を前記バルブ駆動室に交互に接続するロータリーバルブを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
  5. 　前記スプールバルブは、
    　　前記バルブ駆動室と反対側で前記スプールに隣接する背圧室と、
    　　前記バルブ駆動室および前記背圧室からシールされた接続流路であって、前記スプールが前記第１位置にあるとき前記蓄冷器の高温端を前記圧縮機吐出口に接続し、前記スプールが前記第２位置にあるとき前記蓄冷器の高温端を前記圧縮機吸入口に接続する接続流路と、を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
  6. 　前記スプールは、一組の対向配置されたピストンを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
  7. 　前記スプールバルブは、前記圧縮機吐出口および前記圧縮機吸入口を前記パルス管の高温端に交互に接続することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
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