[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JPH0618111A - Cryogenic refrigerator - Google Patents

Cryogenic refrigerator

Info

Publication number
JPH0618111A
JPH0618111A JP17336592A JP17336592A JPH0618111A JP H0618111 A JPH0618111 A JP H0618111A JP 17336592 A JP17336592 A JP 17336592A JP 17336592 A JP17336592 A JP 17336592A JP H0618111 A JPH0618111 A JP H0618111A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
cylinder
valve
expansion
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17336592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Fukui
直樹 福井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP17336592A priority Critical patent/JPH0618111A/en
Publication of JPH0618111A publication Critical patent/JPH0618111A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

PURPOSE:To separate a substance to be cooled and a valve motor assembly as much as possible, and to shorten the time required for cool-down and inhibit the increase of the temperature of the normal-temperature end of a cylinder assembly. CONSTITUTION:The gas supply and exhaust ports 5, 45 of a cylinder assembly 3 and a valve motor assembly 40 are communicated mutually by a long-sized flexible refrigerant piping 61. An expanded gas flow path 8a communicated only when gas pressure is low to the gas flow path 8 of the cylinder assembly 3 is communicated with the suction side of a compressor 1 through an expansion-gas piping 60.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は極低温冷凍機に関し、
さらに詳細にいえば,膨張機のシリンダ内でディスプレ
ーサをガス圧により往復動させて、ディスプレーサの往
復動に伴う冷媒ガスの断熱膨張により極低温レベルの寒
冷を発生させる極低温冷凍機に関するものである。
This invention relates to a cryogenic refrigerator,
More specifically, the present invention relates to a cryogenic refrigerator in which a displacer is reciprocated by gas pressure in a cylinder of an expander, and adiabatic expansion of a refrigerant gas accompanying the reciprocating motion of the displacer generates cryogenic refrigeration. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、この種の極低温冷凍機とし
て、GM(ギフォード・マクマホン)サイクルの冷媒サ
イクルを有するガス圧駆動式のGM冷凍機が知られてい
る。この冷凍機の膨張機はシリンダと、該シリンダ内に
往復動可能に配置されたディスプレーサおよびスラック
ピストンとを備えてなり、ディスプレーサによりシリン
ダ内の先端に膨張室が区画され、この膨張室はディスプ
レーサ内のリジェネレータを介してシリンダ基端側の空
間に連通している。スラックピストンは、シリンダの基
端側に該基端側空間をガス給排室と中間圧室とに区画す
るように配置され、かつディスプレーサに対し所定スト
ロークの間隔をあけて係合している。上記中間圧室はサ
ージボリュームに連通されている一方、ガス給排室は圧
縮機の吐出側及び吸込側にそれぞれ接続される高圧ガス
入口及び低圧ガス出口に連通している。そして、ガス給
排室ないし膨張室に対する冷媒ガスの給排を周期的に切
り換えることで、ガス給排室と中間圧室との差圧により
スラックピストンを移動させてディスプレーサを往復動
させ、このディスプレーサの往復動に伴う冷媒ガスの膨
張室での膨張により膨張室周りのシリンダに寒冷を発生
させるようになされている。
2. Description of the Related Art A gas pressure drive type GM refrigerator having a GM (Gifford-McMahon) cycle refrigerant cycle has been known as a cryogenic refrigerator of this type. The expander of this refrigerator comprises a cylinder, and a displacer and a slack piston that are reciprocally arranged in the cylinder. The displacer defines an expansion chamber at the tip of the cylinder. Through the regenerator of the above to communicate with the space on the base end side of the cylinder. The slack piston is arranged on the base end side of the cylinder so as to divide the base end side space into a gas supply / discharge chamber and an intermediate pressure chamber, and is engaged with the displacer at a predetermined stroke interval. The intermediate pressure chamber communicates with the surge volume, while the gas supply / discharge chamber communicates with a high pressure gas inlet and a low pressure gas outlet connected to the discharge side and the suction side of the compressor, respectively. Then, by periodically switching the supply / discharge of the refrigerant gas to / from the gas supply / discharge chamber or the expansion chamber, the slack piston is moved by the pressure difference between the gas supply / discharge chamber and the intermediate pressure chamber to reciprocate the displacer. The refrigerant gas expands in the expansion chamber due to the reciprocal movement of the cylinder, causing cold to be generated in the cylinder around the expansion chamber.

【0003】そして、上記ガスの給排を切り換える場
合、大別してモータや電磁弁等、電気的アクチュエータ
を用いるものと、特開昭58−190665号公報に示
されるように膨張機でのガス圧の変動を利用するように
したものとに分れる。ところで、近年、超電導デバイス
の1つとして、ジョセフソン効果を利用した超伝導量子
干渉素子(Superconductive Quantum Interference Dev
ice:以下、SQUIDと略称する)が注目されている。
このSQUIDに超伝導コイルからなるグラジオメータ
等の磁束入力回路を接続することにより、例えば生体内
に流れる微小電流に伴う磁界や体内の微小磁石からの磁
界等、極めて微弱な磁束を測定可能な磁束計を得ること
ができる。
When switching the supply and discharge of the gas, it is roughly classified into one using an electric actuator such as a motor and a solenoid valve, and the gas pressure in the expander as disclosed in JP-A-58-190665. It can be divided into those that use fluctuations. By the way, in recent years, as one of superconducting devices, a superconducting quantum interference device utilizing the Josephson effect (Superconductive Quantum Interference Dev
Ice: hereinafter abbreviated as SQUID) is drawing attention.
By connecting a magnetic flux input circuit such as a gradiometer composed of a superconducting coil to this SQUID, it is possible to measure an extremely weak magnetic flux such as a magnetic field accompanying a minute current flowing in the living body or a magnetic field from a minute magnet in the body. You can get a total.

【0004】しかし、このSQUIDを作動温度レベル
に冷却するために、上記した電気アクチュエータを有す
るガス圧駆動式のGM冷凍機を利用する場合、冷凍機に
はモータや電磁弁等、磁束を発生するアクチュエータが
設けられているため、このアクチュエータからの磁束が
有害なノイズとなって検出され、その測定精度が低下す
るという不都合がある。
However, when a gas pressure drive type GM refrigerator having the above-mentioned electric actuator is used to cool the SQUID to an operating temperature level, a magnetic flux is generated in the refrigerator, such as a motor or a solenoid valve. Since the actuator is provided, there is a disadvantage that the magnetic flux from the actuator is detected as harmful noise and the measurement accuracy is reduced.

【0005】そこで、従来、上記バルブモータの影響を
低減するために、膨張機におけるバルブ及びバルブモー
タをシリンダ部分と分離し、バルブモータアッセンブリ
とシリンダアッセンブリとを配管で接続することによ
り、バルブモータをSQUIDつまりシリンダ先端から
離して、バルブモータからの磁束による有害なノイズを
低減するようにした別体型のものが提案されている(例
えば“NASA ConferencePublication 2287”に発表され
た論文“Gifford-Mcmahon Refrigerator With Split Co
ld Head ”および1988.8.18 〜 8.19 に開催された会議
“5th International Cryocooler Conference ”での米
国論文“Development of A Hybrid Gifford-Mcmahon Jo
ule-Thompson Based Neuromagnetometer,Cryosquid”参
照)。
Therefore, conventionally, in order to reduce the influence of the valve motor, the valve and the valve motor in the expander are separated from the cylinder portion, and the valve motor assembly and the cylinder assembly are connected by a pipe, so that the valve motor is SQUID, that is, a separate type is proposed in which the harmful noise due to the magnetic flux from the valve motor is reduced away from the tip of the cylinder (for example, the paper “Gifford-Mcmahon Refrigerator With” published in “NASA Conference Publication 2287”). Split Co
ld Head "and the paper" Development of A Hybrid Gifford-Mcmahon Jo "at the conference" 5th International Cryocooler Conference "held from August 18, 1988 to August 19, 1988.
ule-Thompson Based Neuromagnetometer, Cryosquid ”).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、バルブモー
タがシリンダ部分と一体化されている一体型の膨張機で
は、高低圧ガスが圧縮機との間で循環しており、シリン
ダの低温端(先端)でガスが奪った圧縮熱はガスが圧縮
機に戻る間に放出されるので問題は生じないが、上述し
たような別体型の膨張機では、圧縮機との間を循環する
冷媒ガス量が減少し、このためシリンダの低温端(先
端)でガスが奪った圧縮熱は十分には放出されず、シリ
ンダの常温部(基端部)に溜まることになる。この熱の
滞留によりシリンダ基端側に配置されているサージボリ
ュームが加熱され、その内部のガス圧が高くなり、ガス
の中間圧と高圧との差圧が小さくなってスラックピスト
ンおよびディスプレーサのスムーズな移動に支障をきた
し、クールダウン時間が長くなったり、クールダウン後
の定常運停時の冷凍能力が低下したりするという不都合
がある。
However, in an integral type expander in which a valve motor is integrated with a cylinder portion, high and low pressure gas circulates between the compressor and the low temperature end (tip end) of the cylinder. ), The heat of compression taken by the gas is released while the gas returns to the compressor, so there is no problem, but in the separate expander as described above, the amount of refrigerant gas circulating between the compressor and Therefore, the heat of compression taken by the gas at the low temperature end (tip) of the cylinder is not sufficiently released, and accumulates in the room temperature portion (base end portion) of the cylinder. This heat retention heats the surge volume located at the base end of the cylinder, increasing the gas pressure inside it, reducing the differential pressure between the intermediate and high pressures of the gas, and smoothing the slack piston and displacer. There are disadvantages that the movement is hindered, the cooldown time becomes long, and the refrigerating capacity at the time of steady suspension after the cooldown decreases.

【0007】このような不都合を解消するために、シリ
ンダ基端側に冷却フィンを設けること、水冷配管を設け
ること、バルブモータからの低圧ガスをシリンダ部分に
設けられた熱交換器に導いた後に圧縮機に戻すこと(CR
YOGENICS.APRIL 1984 に発表された論文"Interfacing s
mall closed-cycle refrigerators to liquid heliumcr
yostats" 参照)等が考えられる。しかし、何れの構成
を採用した場合にも構成がかなり複雑化するとともに、
第1番目、第3番目の構成を採用した場合には十分な冷
却効率を達成できないという不都合がある。
In order to eliminate such inconvenience, a cooling fin is provided on the base end side of the cylinder, a water cooling pipe is provided, and low-pressure gas from the valve motor is guided to a heat exchanger provided in the cylinder portion. Return to compressor (CR
Paper "Interfacing s" published in YOGENICS.APRIL 1984
mall closed-cycle refrigerators to liquid heliumcr
yostats "), etc. However, if any configuration is adopted, the configuration will be considerably complicated and
When the first and third configurations are adopted, there is a disadvantage that sufficient cooling efficiency cannot be achieved.

【0008】[0008]

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、簡単な構成でありながら、クールダウン
時間を短縮でき、しかもシリンダの常温部の昇温を大幅
に抑制できる極低温冷凍機を提供することを目的として
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has an extremely low temperature that can reduce the cooldown time and can significantly suppress the temperature rise in the room temperature portion of the cylinder, while having a simple structure. The purpose is to provide a refrigerator.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項1の極低温冷凍機は、冷媒ガスを圧縮して
高圧ガスを発生させる圧縮機と、圧縮機から供給された
高圧ガスを断熱膨張させて極低温レベルの寒冷を発生さ
せる膨張機とで構成された極低温冷凍機であって、上記
膨張機が、ガス給排口を介してシリンダ内へガスを給排
してディスプレーサを往復動させ、シリンダ内の膨張室
でガスを膨張させるシリンダアッセンブリと、バルブモ
ータにより切換バルブを駆動して、上記圧縮機の吐出側
および吸入側に夫々連通される高圧ガス入口および低圧
ガス出口とガス給排口とを選択的に連通するバルブモー
タアッセンブリとに分離され、上記シリンダアッセンブ
リが、ガス圧が低い場合にのみガス流路と連通される膨
張ガス出口をさらに有しているとともに、膨張ガス吐出
口を圧縮機の吸入側と連通する膨張ガス流路をさらに有
している。
To achieve the above object, a cryogenic refrigerator according to claim 1 is a compressor for compressing a refrigerant gas to generate a high pressure gas, and a high pressure supplied from the compressor. A cryogenic refrigerator composed of an expander that adiabatically expands gas to generate a cryogenic level of cold, wherein the expander supplies and discharges gas into and from a cylinder through a gas supply / discharge port. A cylinder assembly that reciprocates the displacer to expand the gas in the expansion chamber of the cylinder, and a switching valve is driven by a valve motor, and a high pressure gas inlet and a low pressure gas that are respectively connected to the discharge side and the suction side of the compressor are connected. The cylinder motor is separated into a valve motor assembly that selectively communicates the outlet and the gas supply / exhaust port, and the cylinder assembly exposes the expansion gas outlet that communicates with the gas flow passage only when the gas pressure is low. Together we have further comprises an inflation gas flow path inlet side communicating with the compressor inflation gas discharge openings.

【0010】[0010]

【作用】請求項1の極低温冷凍機であれば、バルブモー
タアッセンブリのバルブモータにより切換バルブを駆動
して、ガス給排口を介してシリンダ内へガスを給排して
ディスプレーサを往復動させる場合において、シリンダ
内からのガス排出時に膨張ガスが膨張ガス流路を通じて
圧縮機の吸入側に戻され、熱交換されるので、シリンダ
アッセンブリの常温端における圧縮熱滞留を大幅に抑制
できる。この結果、冷媒配管でのガスの圧力損失により
冷凍能力が低下し或は圧縮機の負荷が増大したり、シリ
ンダ常温端での圧縮熱の滞留によりディスプレーサの往
復運動が悪影響を受けたりするのを回避することができ
る。また、シリンダアッセンブリに収容される樹脂材料
への悪影響を未然に防止できる。さらに、シリンダと圧
縮機の吸入側とを連通する膨張ガス流路を付加するだけ
でよいから、構成の複雑化を大幅に抑制できる。
In the cryogenic refrigerator of claim 1, the switching valve is driven by the valve motor of the valve motor assembly to supply / discharge gas into / from the cylinder through the gas supply / discharge port to reciprocate the displacer. In this case, when the gas is discharged from the inside of the cylinder, the expansion gas is returned to the suction side of the compressor through the expansion gas flow path and exchanges heat, so that compression heat retention at the room temperature end of the cylinder assembly can be significantly suppressed. As a result, the pressure loss of gas in the refrigerant pipe may reduce the refrigeration capacity or the load on the compressor may increase, and the reciprocating motion of the displacer may be adversely affected by the retention of compression heat at the room temperature end of the cylinder. It can be avoided. In addition, it is possible to prevent adverse effects on the resin material housed in the cylinder assembly. Furthermore, since it is only necessary to add an expansion gas flow path that connects the cylinder and the suction side of the compressor, it is possible to significantly suppress the complication of the configuration.

【0011】[0011]

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に
説明する。図2はこの発明の一実施例としてのガス圧駆
動式のGM型極低温冷凍機の全体構成を示す縦断面図で
あり、この冷凍機は、ヘリウムガス(冷媒ガス)のジュ
ールトムソン膨張を利用したJT冷凍機の予冷用冷凍機
として用いられ、このJT冷凍機によりSQUID(図
示せず)を極低温レベルに冷却するようになっている。
図2において、1は冷媒ガスとしてのヘリウムガスを圧
縮して高圧ガスを発生させる圧縮機、2は該圧縮機1か
ら供給された高圧ガスを断熱膨張させて極低温レベルの
寒冷を発生させる膨張機である。そして、膨張機2はシ
リンダアッセンブリ3とバルブモータアッセンブリ40
とから構成されている。
Embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings showing embodiments. FIG. 2 is a vertical sectional view showing the overall configuration of a gas pressure drive type GM type cryogenic refrigerator as one embodiment of the present invention. This refrigerator utilizes Joule-Thomson expansion of helium gas (refrigerant gas). It is used as a pre-cooling refrigerator of the JT refrigerator described above, and the SQUID (not shown) is cooled by this JT refrigerator to a cryogenic level.
In FIG. 2, 1 is a compressor that compresses helium gas as a refrigerant gas to generate high-pressure gas, and 2 is an expansion that adiabatically expands the high-pressure gas supplied from the compressor 1 to generate cryogenic level cold. It is a machine. The expander 2 includes the cylinder assembly 3 and the valve motor assembly 40.
It consists of and.

【0012】上記シリンダアッセンブリ3は、上方に解
放された有底円筒状のシリンダ10と、シリンダ10の
上端側(基端側)の開口を気密状に閉塞するバルブステ
ム4とを有する。このバルブステム4はシリンダ10内
にその内壁と所定の間隔をあけて同心状に突出する円柱
状の突出部4aを有する。また、バルブステム4には、
その上面のシリンダ中心線上に開口するガス給排口5
と、比較的小さい容量のサージボリューム7と、ガス給
排口5をシリンダ10内に連通するガス流路8とが形成
されている。さらに、ガス流路8は通路断面積の小さい
連通路9を介してサージボリューム7に常時連通してお
り、連通路9によりサージボリューム7での中間圧を適
正値に設定するようにしている。
The cylinder assembly 3 has a cylinder 10 having a bottomed cylindrical shape that is opened upward, and a valve stem 4 that hermetically closes an opening on the upper end side (base end side) of the cylinder 10. The valve stem 4 has, in the cylinder 10, a columnar protrusion 4a that protrudes concentrically from the inner wall of the cylinder 10 with a predetermined gap. Also, the valve stem 4 has
Gas supply / discharge port 5 opening on the cylinder center line on the upper surface
And a surge volume 7 having a relatively small capacity, and a gas flow path 8 that connects the gas supply / discharge port 5 to the inside of the cylinder 10. Further, the gas flow passage 8 is always in communication with the surge volume 7 via a communication passage 9 having a small passage cross-sectional area, and the communication passage 9 sets the intermediate pressure in the surge volume 7 to an appropriate value.

【0013】上記シリンダ10は、上端側(基端側)の
大径部10aと該大径部10aの下端(先端)に連続す
る小径部10bとで2段構造に形成され、上記大径部1
0aの下端部には例えば55〜60Kの温度レベルに保
持される第1段ヒートステーション11が、また小径部
10bの下端には上記第1段ヒートステーション11よ
りも低い例えば15〜20Kの温度レベルに保持される
第2段ヒートステーション12がそれぞれ設けられてお
り、この両段ヒートステーション11,12から伝熱さ
れて図外のJT冷凍機のヘリウムガスが予冷されるよう
になっている。
The cylinder 10 is formed in a two-stage structure with a large diameter portion 10a on the upper end side (base end side) and a small diameter portion 10b continuous to the lower end (tip) of the large diameter portion 10a. 1
At the lower end of 0a is a first-stage heat station 11 which is maintained at a temperature level of 55 to 60K, and at the lower end of the small diameter portion 10b is at a lower temperature level of, for example, 15 to 20K than the first-stage heat station 11. The second stage heat station 12 is provided for holding the helium gas in the JT refrigerator (not shown) to be pre-cooled.

【0014】シリンダ10の大径部10a上端の内部に
は該大径部10a内部に中間圧室13を区画形成するス
ラックピストン15が配設され、中間圧室13はバルブ
ステム4内のサージボリューム7にオリフィス14を介
して常時連通している。スラックピストン15は底壁を
有する略カップ形状のもので、その内周上端がバルブス
テム4の突出部4a外周に、また外周下端がシリンダ1
0の大径部10a内周にそれぞれ気密状に摺接してい
る。また、スラックピストン15の底壁中心部には中心
孔15aが、また底壁の隅角部にはピストン15内外を
連通する複数の連通孔15b,15b,…がそれぞれ貫
通形成されている。
Inside the upper end of the large-diameter portion 10a of the cylinder 10, a slack piston 15 for partitioning and forming an intermediate pressure chamber 13 is arranged inside the large-diameter portion 10a, and the intermediate pressure chamber 13 has a surge volume inside the valve stem 4. 7 through the orifice 14 at all times. The slack piston 15 is of a substantially cup shape having a bottom wall, and the upper end of the inner circumference is the outer circumference of the protruding portion 4a of the valve stem 4, and the lower end of the outer circumference is the cylinder 1.
The inner diameter of the large diameter portion 10a of 0 is slidably contacted with each other. Further, a center hole 15a is formed at the center of the bottom wall of the slack piston 15, and a plurality of communication holes 15b, 15b, ... Which communicate the inside and outside of the piston 15 are formed at the corners of the bottom wall.

【0015】また、シリンダ10内にはディスプレーサ
16が往復動可能に嵌挿されている。このディスプレー
サ16は、シリンダ10の大径部10aにて気密摺動可
能に配置された大径部16aと、該大径部16aの下端
(先端)に連続し、シリンダ10の小径部10bに気密
摺動可能に配置された小径部16bとからなる2段構造
のもので、大径部16a及び小径部16bの内部にはそ
れぞれ密閉空間が形成されており、このディスプレーサ
16により、シリンダ10内の空間が、ディスプレーサ
16の上端及びスラックピストン15で囲まれるガス給
排室17と、ディスプレーサ16の大径部16aおよび
シリンダ10の大径部10aで囲まれ、上記第1段ヒー
トステーション11に対応する第1段膨張室18と、デ
ィスプレーサ16の小径部16bおよびシリンダ10の
小径部10bで囲まれ、上記第2段ヒートステーション
12に対応する第2段膨張室19とに区画されている。
A displacer 16 is reciprocally fitted in the cylinder 10. The displacer 16 is continuous with a large-diameter portion 16a which is arranged so as to be airtightly slidable in the large-diameter portion 10a of the cylinder 10 and a lower end (tip) of the large-diameter portion 16a, and is airtight with the small-diameter portion 10b of the cylinder 10. It has a two-stage structure composed of a slidably arranged small-diameter portion 16b, and a sealed space is formed inside each of the large-diameter portion 16a and the small-diameter portion 16b. The space is surrounded by the gas supply / discharge chamber 17 surrounded by the upper end of the displacer 16 and the slack piston 15, the large diameter portion 16a of the displacer 16 and the large diameter portion 10a of the cylinder 10, and corresponds to the first-stage heat station 11. The second-stage heat station is surrounded by the first-stage expansion chamber 18, the small-diameter portion 16b of the displacer 16 and the small-diameter portion 10b of the cylinder 10. Is partitioned into a second stage expansion chamber 19 that corresponds to 2.

【0016】また、ディスプレーサ16の大径部16a
下端には大径部16a内の密閉空間を上記第1段膨張室
18に常時連通する連通孔20,20が形成されてい
る。また、小径部16b上端には小径部16b内の空間
を第1段膨張室18に常時連通する連通孔21,21
が、同下端には密閉空間を上記第2段膨張室19に常時
連通する連通孔22,22がそれぞれ形成されている。
The large diameter portion 16a of the displacer 16 is also provided.
Communication holes 20, 20 are formed at the lower end so that the sealed space in the large diameter portion 16a is always communicated with the first-stage expansion chamber 18. Further, at the upper end of the small diameter portion 16b, the communication holes 21 and 21 for constantly communicating the space inside the small diameter portion 16b with the first stage expansion chamber 18.
However, at the lower end thereof, communication holes 22 and 22 for constantly communicating the closed space with the second expansion chamber 19 are formed.

【0017】さらに、上記ディスプレーサ16の大径部
16a上端には大径部16a内の空間を上記ガス給排室
17に連通する管状の係止片23が一体に突設され、係
止片23は上記スラックピストン15底壁の中心孔15
aを貫通してピストン15内に所定寸法だけ延び、その
上端部にはピストン15底壁に係合するフランジ状の係
止部23aが一体に形成されており、スラックピストン
15の上昇移動時、ピストン15が所定ストロークだけ
上昇した時点でその底壁と係止片23の係止部23aと
の係合により、ディスプレーサ16をピストン15によ
って駆動して上昇開始させるように、つまりディスプレ
ーサ16を所定ストロークの遅れをもってピストン15
に追従移動させるようになされている。
Further, at the upper end of the large diameter portion 16a of the displacer 16, a tubular locking piece 23 for communicating the space inside the large diameter portion 16a with the gas supply / discharge chamber 17 is integrally projected, and the locking piece 23 is formed. Is the central hole 15 in the bottom wall of the slack piston 15
A flange-shaped engaging portion 23a that engages with the bottom wall of the piston 15 is integrally formed at the upper end of the slack piston 15 when the slack piston 15 moves upward. When the piston 15 is lifted by a predetermined stroke, the displacer 16 is driven by the piston 15 to start rising by engagement of the bottom wall of the piston 15 with the locking portion 23a of the locking piece 23, that is, the displacer 16 is moved by a predetermined stroke. With a delay of 15
It is designed to move following.

【0018】そして、上記ディスプレーサ16の大径部
16a内の密閉空間には第1段リジェネレータ24(蓄
冷器)が、また、小径部16b内の密閉空間には第2段
リジェネレータ25がそれぞれ嵌挿されている。これら
リジェネレータ24,25はいずれも蓄冷型の熱交換器
からなる。具体的には、上記第1段リジェネレータ24
は、密閉空間内に蓄冷材として円板状の多数の銅メッシ
ュを積層したものであり、一方、第2段リジェネレータ
25では空間内に蓄冷材として所定の直径を有する多数
の鉛球(鉛のショット)が充填封入され、これらメッシ
ュの網目及び鉛球間の間隙がガス通路とされており、こ
のガス通路を流れるヘリウムガスの冷熱をメッシュ及び
各鉛球に蓄えるようにしている。すなわち、ディスプレ
ーサ16がシリンダ10内を上昇する吸気行程にあると
きには、前の排気行程で極低温レベルに温度降下したメ
ッシュ及び鉛球をガス給排室17から第1及び第2膨張
室18,19に向かう常温のヘリウムガスと接触させ
て、両者の熱交換によりそのガスを極低温レベル近くま
で冷却する。一方、ディスプレーサ16が下降する排気
行程にあるときには、各膨張室18,19での膨張によ
り極低温レベルに温度降下したヘリウムガスをシリンダ
10外に排出する途中でメッシュ及び鉛球と接触させ
て、両者の熱交換によりメッシュ及び鉛球を極低温レベ
ル近くまで再度冷却するように構成されている。
The first-stage regenerator 24 (regenerator) is placed in the closed space inside the large-diameter portion 16a of the displacer 16, and the second-stage regenerator 25 is placed in the closed space inside the small-diameter portion 16b. It has been inserted. Each of these regenerators 24 and 25 is composed of a cold storage type heat exchanger. Specifically, the first stage regenerator 24
Is a stack of a large number of disk-shaped copper meshes as a cold storage material in a closed space, while the second stage regenerator 25 has a large number of lead balls (lead Shot) is filled and enclosed, and the mesh of these meshes and the gap between the lead balls serve as a gas passage. The cold heat of the helium gas flowing through this gas passage is stored in the mesh and each lead ball. That is, when the displacer 16 is in the intake stroke in which it rises in the cylinder 10, the mesh and lead balls that have dropped to the cryogenic temperature level in the previous exhaust stroke are transferred from the gas supply / discharge chamber 17 to the first and second expansion chambers 18, 19. It is brought into contact with the helium gas at room temperature, and the heat exchange between the two cools the gas to near the cryogenic level. On the other hand, when the displacer 16 is in the descending exhaust stroke, the helium gas whose temperature has dropped to an extremely low temperature level due to expansion in the expansion chambers 18 and 19 is brought into contact with the mesh and the lead ball while being discharged to the outside of the cylinder 10, It is configured to re-cool the mesh and the lead ball to near the cryogenic level by the heat exchange of.

【0019】これに対し、上記バルブモータアッセンブ
リ40は、上端が閉塞された有底円筒状のバルブハウジ
ング41と、ハウジング41の下端開口を機密状に閉塞
するバルブステム42とで構成された密閉円筒状のもの
で、バルブハウジング41の側壁には圧縮機1の吐出側
に接続される高圧ガス入口43と、同吸込側に接続され
る低圧ガス出口44とが開口されている。また、バルブ
ステム42の下端には上記シリンダアッセンブリ3のガ
ス給排口5と同径のガス給排口45が開口されている。
バルブハウジング41の内部には、高圧ガス入口43に
連通するバルブ室46が形成され、バルブ室46にはバ
ルブステム42の上面が臨んでいる。
On the other hand, the valve motor assembly 40 has a closed cylinder having a bottomed cylindrical valve housing 41 with its upper end closed, and a valve stem 42 for hermetically closing the lower opening of the housing 41. In the side wall of the valve housing 41, a high pressure gas inlet 43 connected to the discharge side of the compressor 1 and a low pressure gas outlet 44 connected to the suction side of the compressor 1 are opened. A gas supply / discharge port 45 having the same diameter as the gas supply / discharge port 5 of the cylinder assembly 3 is opened at the lower end of the valve stem 42.
Inside the valve housing 41, a valve chamber 46 communicating with the high pressure gas inlet 43 is formed, and the valve chamber 46 faces the upper surface of the valve stem 42.

【0020】バルブステム42には、上半分が2つに分
岐されかつバルブ室46をガス給排口45に連通する第
1ガス流路48と、一端が該第1ガス流路48に後述の
バルブディスク51の低圧ポート53を介して連通する
とともに、他端が上記低圧ガス出口44にバルブハウジ
ング41に形成した連通路50を介して連通する第2ガ
ス流路49とが貫通形成されている。両ガス流路48,
49は、図3に示すように、バルブステム42上面にお
いてバルブ室46に対し、第2ガス流路49にあっては
バルブステム42中心部に、第1ガス流路48の2つの
分岐部分にあっては第2ガス流路49の開口部に対して
対称な位置にそれぞれ開口されている。
The valve stem 42 has a first gas passage 48 whose upper half is branched into two and communicates the valve chamber 46 with the gas supply / discharge port 45, and one end of which is described later in the first gas passage 48. A second gas flow path 49, which communicates with the low pressure port 53 of the valve disc 51 and has the other end communicating with the low pressure gas outlet 44 through a communication passage 50 formed in the valve housing 41, is formed. . Both gas channels 48,
As shown in FIG. 3, the reference numeral 49 designates a valve chamber 46 on the upper surface of the valve stem 42, a central portion of the valve stem 42 in the second gas passage 49, and two branch portions of the first gas passage 48. In that case, the second gas flow paths 49 are opened at symmetrical positions with respect to the openings.

【0021】また、バルブ室46内にはバルブモータ5
4によって所定周期で回転駆動される切換バルブとして
のバルブディスク51が配設され該バルブディスク51
の切換動作により、高圧ガス入口43に連通するバルブ
室46と低圧ガス出口44に連通する連通路50とをガ
ス給排口45に対し交互に連通するようになされてい
る。
Further, in the valve chamber 46, the valve motor 5
4 is provided with a valve disc 51 as a switching valve which is rotationally driven at a predetermined cycle.
By this switching operation, the valve chamber 46 communicating with the high pressure gas inlet 43 and the communication passage 50 communicating with the low pressure gas outlet 44 are alternately communicated with the gas supply / discharge port 45.

【0022】詳しくは、上記バルブディスク51はバル
ブモータ54の出力軸54aにかつ摺動可能に連結され
ている。また、バルブディスク51上面とモータ54と
の間にはスプリング55が縮装されており、このスプリ
ング55のばね力及びバルブ室46に導入された高圧ヘ
リウムガスの圧力によりバルブディスク51下面をバル
ブステム42上面に対し一定の押圧力で押し付けてい
る。また、図4に示すように、バルブディスク51の下
面には、その半径方向に対向する外周縁から中心方向に
所定長さだけ切り込んでなる1対の高圧ポート52,5
2と、高圧ポート52,52に対しバルブディスク51
の回転方向にほぼ90°の角度間隔をあけて配置され、
バルブディスク51下面の中心から外周縁近傍に向かっ
て直径方向に切り欠いてなる低圧ポート53とが形成さ
れている。そして、バルブモータ54の駆動によりバル
ブディスク51がその下面をバルブステム42上面に圧
接させながら回転して切換動作する際、このバルブディ
スク51の切換動作に応じて高圧ガス入口43又は低圧
ガス出口44を交互にガス給排口45に所定のタイミン
グで連通させるようにしている。
More specifically, the valve disc 51 is slidably connected to the output shaft 54a of the valve motor 54. A spring 55 is compressed between the upper surface of the valve disk 51 and the motor 54. The spring force of the spring 55 and the pressure of the high pressure helium gas introduced into the valve chamber 46 cause the lower surface of the valve disk 51 to move toward the valve stem. 42 is pressed against the upper surface with a constant pressing force. Further, as shown in FIG. 4, a pair of high-pressure ports 52, 5 are formed on the lower surface of the valve disc 51 by cutting a predetermined length in the center direction from the outer peripheral edges facing each other in the radial direction.
2 and the valve disk 51 for the high pressure ports 52, 52
Are arranged at angular intervals of about 90 ° in the rotation direction of
A low-pressure port 53 is formed by notching in the diameter direction from the center of the lower surface of the valve disk 51 toward the vicinity of the outer peripheral edge. When the valve disk 51 is rotated by the drive of the valve motor 54 while pressing its lower surface against the upper surface of the valve stem 42 to perform a switching operation, the high pressure gas inlet 43 or the low pressure gas outlet 44 is operated in accordance with the switching operation of the valve disk 51. Are alternately communicated with the gas supply / discharge port 45 at a predetermined timing.

【0023】さらに、この発明の特徴として、図1に示
すように、シリンダアッセンブリ3のガス給排口5とバ
ルブモータアッセンブリ40のガス給排口45とが長さ
が長いフレキシブル冷媒配管61により連通されてお
り、このフレキシブル冷媒配管61と連通されるガス流
路8の所定位置から分岐される膨張ガス流路8aを有し
ている。そして、分岐部に、バルブモータアッセンブリ
40から供給される高圧ガスの圧力により膨張ガス流路
8aへの分岐を閉塞する弁本体8bを有しているととも
に、低圧ガスがバルブモータアッセンブリ40に戻され
る場合に膨張ガス流路8aへの分岐を解放すべく弁本体
8bを動作させるバネ部材8cを有している。尚、膨張
ガス流路8aと圧縮機1の吸入側とを膨張ガス配管60
により連通している。
Further, as a feature of the present invention, as shown in FIG. 1, the gas supply / discharge port 5 of the cylinder assembly 3 and the gas supply / discharge port 45 of the valve motor assembly 40 are connected by a flexible refrigerant pipe 61 having a long length. The expansion gas flow path 8a is branched from a predetermined position of the gas flow path 8 communicating with the flexible refrigerant pipe 61. The branch portion has a valve body 8b that closes the branch to the expansion gas passage 8a by the pressure of the high-pressure gas supplied from the valve motor assembly 40, and the low-pressure gas is returned to the valve motor assembly 40. In this case, there is a spring member 8c that operates the valve body 8b to release the branch to the expansion gas flow path 8a. The expansion gas flow path 8a and the suction side of the compressor 1 are connected to the expansion gas pipe 60.
Are in communication with each other.

【0024】上記の構成のGM型極低温冷凍機の作用は
次のとおりである。圧縮機1により発生された高圧ガス
をシリンダアッセンブリ3に供給し得るようにバルブモ
ータアッセンブリ40を動作させれば、高低圧ガス配管
61を通してシリンダアッセンブリ3に高圧ガスを供給
できる。そして、バルブモータアッセンブリ40でのバ
ルブディスク51の切換えにより、シリンダアッセンブ
リ3のガス給排口5に高圧ガス入口43からの高圧ガス
または低圧ガス出口44からの低圧ガスを交互に作用さ
せてスラックピストン15およびディスプレーサ16を
シリンダ10内で往復動させ、図3(A)に示すよう
に、バルブディスク51下面の高圧ポート52,52の
内端がそれぞれバルブステム42上面の第1ガス流路4
8に合致したときには、バルブ室46を高圧ポート5
2,52、第1ガス流路48およびフレキシブル冷媒配
管61を介してシリンダ10内のガス給排室17、第1
および第2段膨張室18,19に連通させて、これら各
室17〜19に高圧ヘリウムガスを導入充填することに
より、スラックピストン15およびこのピストン15に
よって駆動されるディスプレーサ16を上昇させる。
尚、ガス流路8に供給される高圧ガスの圧力により弁本
体8bがバネ8cに抗して移動され、膨張ガス流路8a
への分岐を閉塞する{図1(A)参照}。
The operation of the GM type cryogenic refrigerator having the above construction is as follows. If the valve motor assembly 40 is operated so that the high pressure gas generated by the compressor 1 can be supplied to the cylinder assembly 3, the high pressure gas can be supplied to the cylinder assembly 3 through the high and low pressure gas pipe 61. Then, by switching the valve disk 51 in the valve motor assembly 40, the high pressure gas from the high pressure gas inlet 43 or the low pressure gas from the low pressure gas outlet 44 is alternately acted on the gas supply / discharge port 5 of the cylinder assembly 3 to slack piston. As shown in FIG. 3A, the inner ends of the high pressure ports 52, 52 on the lower surface of the valve disk 51 are respectively the first gas flow path 4 on the upper surface of the valve stem 42.
8 is met, the valve chamber 46 is set to the high pressure port 5
2, 52, the first gas passage 48 and the flexible refrigerant pipe 61, the gas supply / discharge chamber 17 in the cylinder 10, the first
The second stage expansion chambers 18 and 19 are communicated with each other, and high pressure helium gas is introduced into and filled in each of the chambers 17 to 19 to raise the slack piston 15 and the displacer 16 driven by the piston 15.
The valve body 8b is moved against the spring 8c by the pressure of the high-pressure gas supplied to the gas flow path 8, and the expansion gas flow path 8a
Block the branch to {see FIG. 1 (A)}.

【0025】他方、図3(B)に示すように、バルブス
テム42上面に開口する第2ガス流路49に中央部にて
常時連通する低圧ポート53の外端が第1ガス流路48
に合致した場合には、シリンダ10内の各室17〜19
をフレキシブル冷媒配管61、第1ガス流路48,4
8、低圧ポート53、第2ガス流路49および連通路5
0を介して低圧ガス出口44に連通させて、各室17〜
19に充填されているヘリウムガスを低圧ガス出口44
に排出することにより、スラックピストン15およびデ
ィスプレーサ16を下降させ、このディスプレーサ16
の下降移動に伴なう膨張室18,19内のヘリウムガス
の膨張によって各ヒートステーション11,12に寒冷
を発生するように構成されている。尚、この場合には、
ガス流路8のガスの圧力が低いのであるから、弁本体8
bがバネ8cにより移動されて膨張ガス流路8aへの分
岐を開放する{図1(B)参照}。したがって、膨張ガ
スのかなりの量を、バルブモータアッセンブリ40を通
すことなく、膨張ガス配管60を通して圧縮機1の吸入
側に直接供給できる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, the outer end of the low-pressure port 53, which is always in communication with the second gas passage 49 opening on the upper surface of the valve stem 42 at the center, is the first gas passage 48.
If the chambers 17 to 19 in the cylinder 10
The flexible refrigerant pipe 61, the first gas flow paths 48, 4
8, low pressure port 53, second gas passage 49 and communication passage 5
0 to communicate with the low pressure gas outlet 44, and each chamber 17 to
The helium gas filled in 19 is supplied to the low pressure gas outlet 44
The slack piston 15 and the displacer 16 are lowered by discharging them to the displacer 16
The helium gas in the expansion chambers 18 and 19 is expanded by the downward movement of the heat stations 11 and 12 to generate cold in the heat stations 11 and 12. In this case,
Since the gas pressure in the gas passage 8 is low, the valve body 8
b is moved by the spring 8c to open the branch to the expansion gas passage 8a {see FIG. 1 (B)}. Therefore, a considerable amount of the expansion gas can be directly supplied to the suction side of the compressor 1 through the expansion gas pipe 60 without passing through the valve motor assembly 40.

【0026】上記構成の極低温冷凍機の作用は次のとお
りである。クールダウン時には、GM冷凍機及びJT冷
凍機の運転に伴ってSQUIDが徐々に低温度レベルに
冷却され、そのSQUIDの温度が極低温レベル(約4
K)まで降下した後に冷凍機は定常運転状態に移り、そ
の状態でSQUIDが作動する。
The operation of the cryogenic refrigerator having the above structure is as follows. At the time of cool down, the SQUID is gradually cooled to a low temperature level as the GM refrigerator and the JT refrigerator are operated, and the temperature of the SQUID is kept at an extremely low temperature level (about 4 ° C).
After descending to K), the refrigerator shifts to a steady operation state, and the SQUID operates in that state.

【0027】上記GM冷凍機の運転を詳しく説明する。
膨張機2のシリンダアッセンブリ3におけるシリンダ1
0内の圧力が低圧であって、スラックピストン15とデ
ィスプレーサ16とが下降端位置にある状態で、バルブ
モータアッセンブリ40のバルブモータ54の駆動によ
りバルブディスク51が回転し、図3(A)に示すよう
に、高圧ポート52,52がバルブステム42上面の第
1ガス流路48,48に合致してバルブディスク51が
高圧側に開く。これに伴なって、圧縮機1から高圧ガス
入口43を介してバルブモータアッセンブリ40のバル
ブ室46に供給されている常温の高圧ヘリウムガスがバ
ルブディスク51の高圧ポート52,52および第1ガ
ス流路48を介してガス給排口45に供給され、このガ
ス給排口45からフレキシブル冷媒配管61、シリンダ
アッセンブリ3のガス給排口5およびガス流路8を介し
てスラックピストン15下方のガス給排室17に導入さ
れる。さらに、このガスはガス給排室17からディスプ
レーサ16の各リジェネレータ24,25を通って順に
各膨張室18,19に充填され、これらリジェネレータ
24,25を通る間に前の排気行程で冷却されている銅
メッシュおよび鉛球との熱交換によって冷却される。
The operation of the GM refrigerator will be described in detail.
Cylinder 1 in cylinder assembly 3 of expander 2
When the pressure in 0 is low and the slack piston 15 and the displacer 16 are at the lower end position, the valve disk 54 is rotated by the drive of the valve motor 54 of the valve motor assembly 40, as shown in FIG. As shown, the high pressure ports 52, 52 coincide with the first gas passages 48, 48 on the upper surface of the valve stem 42 to open the valve disc 51 to the high pressure side. Accordingly, the high-pressure helium gas at room temperature supplied from the compressor 1 to the valve chamber 46 of the valve motor assembly 40 via the high-pressure gas inlet 43 is supplied to the high-pressure ports 52 and 52 of the valve disk 51 and the first gas flow. The gas is supplied to the gas supply / discharge port 45 via the passage 48, and the gas supply below the slack piston 15 is supplied from the gas supply / discharge port 45 via the flexible refrigerant pipe 61, the gas supply / discharge port 5 of the cylinder assembly 3 and the gas flow passage 8. It is introduced into the discharge chamber 17. Further, this gas is filled from the gas supply / discharge chamber 17 through the regenerators 24, 25 of the displacer 16 into the expansion chambers 18, 19 in order, and is cooled in the previous exhaust stroke while passing through the regenerators 24, 25. It is cooled by heat exchange with the copper mesh and the lead balls.

【0028】また、スラックピストン15上側の中間圧
室13はオリフィス14を介してサージボリューム7に
連通しているので、その圧力は一定の適正値に保たれて
いる。このため、ガス給排室17へ高圧ヘリウムガスが
導入されると、その内部の圧力が上記中間圧室13より
も高くなり、両室13,17間の圧力差によってピスト
ン15が上昇する。そして、このピストン15が所定ス
トロークだけ上昇すると、ピストン15の底壁とディス
プレーサ16上端の係止片23とが係合して、ディスプ
レーサ16は圧力変化に対し遅れを持ってピストン15
により引き上げられ、このディスプレーサ16の上昇移
動によりその下方の膨張室18,19にさらに高圧ガス
が充填される(吸気行程)。
Since the intermediate pressure chamber 13 on the upper side of the slack piston 15 communicates with the surge volume 7 through the orifice 14, its pressure is maintained at a constant proper value. Therefore, when high-pressure helium gas is introduced into the gas supply / discharge chamber 17, the internal pressure thereof becomes higher than that of the intermediate pressure chamber 13, and the piston 15 rises due to the pressure difference between the chambers 13 and 17. Then, when the piston 15 moves upward by a predetermined stroke, the bottom wall of the piston 15 and the locking piece 23 at the upper end of the displacer 16 are engaged with each other, and the displacer 16 is delayed with respect to the pressure change.
By the upward movement of the displacer 16, the expansion chambers 18 and 19 below the displacer 16 are further filled with high-pressure gas (intake stroke).

【0029】この後、バルブディスク51が90°回転
して閉じるが、その後もディスプレーサ16は慣性力に
よって上昇し、これに伴なってディスプレーサ16上方
のガス給排室17内のヘリウムガスが第1および第2段
膨張室18,19に移動する。そして、ディスプレーサ
16が上昇端位置に達した後、バルブディスク51が9
0°回転し、図3(B)に示すように、低圧ポート53
が第1ガス流路48に合致してバルブディスク51が低
圧側に開き、この開弁に伴なってディスプレーサ16下
方の各膨張室18,19内のヘリウムガスがサイモン膨
張し、このヘリウムガスの膨張によって寒冷が発生する
(膨張行程)。
After that, the valve disc 51 is rotated by 90 ° and closed, but the displacer 16 is also raised by the inertial force thereafter, and along with this, the helium gas in the gas supply / discharge chamber 17 above the displacer 16 becomes the first. And it moves to the second expansion chambers 18, 19. After the displacer 16 reaches the rising end position, the valve disc 51 is
Rotate 0 °, and as shown in FIG. 3 (B), the low pressure port 53
Corresponds to the first gas flow path 48 and the valve disc 51 opens to the low pressure side. With this valve opening, the helium gas in the expansion chambers 18 and 19 below the displacer 16 expands by Simon, and the helium gas Chilling occurs due to expansion (expansion stroke).

【0030】この極低温状態となったヘリウムガスは、
上記ガス導入時とは逆に、ディスプレーサ16内のリジ
ェネレータ24,25を通ってガス給排室17内に戻
り、その間にリジェネレータ24,25内の銅メッシュ
及び鉛球を冷却しながら自身が常温まで暖められる。そ
して、この常温のヘリウムガスは、ガス給排室17内の
ガスと共に、上記とは逆に、ガス流路8、ガス給排口
5、膨張ガス配管60、バルブモータアッセンブリ40
のガス給排口45、第1ガス流路48、バルブディスク
51の低圧ポート53及び連通路50を介して低圧ガス
出口44に流れ、そこから圧縮機1に吸入される。ま
た、ガス流路8を流れるガスの圧力は低いのであるか
ら、弁本体8bがバネ8cにより動作して膨張ガス流路
8aへの分岐を開放し、膨張ガスのかなりの量が上記経
路を通らず、膨張ガス配管60を通って圧縮機1に吸入
される。このガス圧が低下して中間圧室13よりも低く
なり、この両室13,17での圧力差によりスラックピ
ストン15が下降し、このピストン15の底壁がディス
プレーサ16の上面に当接した後はディスプレーサ16
が押圧されて下降し、このディスプレーサ16の下降移
動により膨張室18,19内のガスが膨張機2外にさら
に排出される(排気行程)。
The helium gas in this cryogenic state is
Contrary to the above-described gas introduction, the gas flows through the regenerators 24 and 25 in the displacer 16 and returns into the gas supply / discharge chamber 17, while cooling the copper mesh and the lead balls in the regenerators 24 and 25 at room temperature. Can be warmed up to. The helium gas at room temperature is, together with the gas in the gas supply / discharge chamber 17, the gas flow path 8, the gas supply / discharge port 5, the expansion gas pipe 60, the valve motor assembly 40, in reverse to the above.
Through the gas supply / discharge port 45, the first gas flow path 48, the low pressure port 53 of the valve disc 51 and the communication passage 50, and is sucked into the compressor 1 from there. Further, since the pressure of the gas flowing through the gas flow path 8 is low, the valve body 8b is operated by the spring 8c to open the branch to the expansion gas flow path 8a, and a considerable amount of the expansion gas passes through the above path. Instead, the gas is sucked into the compressor 1 through the expansion gas pipe 60. After the gas pressure decreases and becomes lower than the intermediate pressure chamber 13, the slack piston 15 descends due to the pressure difference between the chambers 13 and 17, and the bottom wall of the piston 15 contacts the upper surface of the displacer 16. Is the displacer 16
Is pushed and descends, and by the downward movement of the displacer 16, the gas in the expansion chambers 18 and 19 is further discharged to the outside of the expander 2 (exhaust stroke).

【0031】次いで、バルブディスク51が90°回転
して閉じ、この後もディスプレーサ16は下降端位置ま
で下降し、膨張室18,19内のガスが排出されて最初
の状態に戻る。以上により膨張機2の動作の1サイクル
が終了し、以後は上記と同様な動作が繰り返される。こ
の繰り返しによりシリンダ10の両段ヒートステーショ
ン11,12が徐々に冷却され、両段ヒートステーショ
ン11,12からの寒冷を受けたJT冷凍機のヘリウム
ガスが予冷され、このJT冷凍機によりSQUIDが極
低温レベルに冷却される。
Then, the valve disc 51 is rotated by 90 ° and closed, and after that, the displacer 16 descends to the descending end position, and the gas in the expansion chambers 18 and 19 is discharged to return to the initial state. With the above, one cycle of the operation of the expander 2 is completed, and thereafter, the same operation as described above is repeated. By repeating this, the two-stage heat stations 11 and 12 of the cylinder 10 are gradually cooled, and the helium gas of the JT refrigerator that has received the cold from the two-stage heat stations 11 and 12 is pre-cooled. Cooled to low temperature level.

【0032】このクールダウン運転時、シリンダ10の
低温端の温度が高いので、その常温端への圧縮熱滞留の
影響がクールダウン後よりも大きいが、膨張ガスはフレ
キシブル冷媒配管61のみならず膨張ガス配管60を通
して圧縮機1に吸入されるので、シリンダ10の低温端
で奪われた圧縮熱が冷媒ガスとの熱交換により良好に放
熱される。このため、膨張機2がシリンダアッセンブリ
3とバルブモータアッセンブリ40とに分離されていて
も、シリンダ10常温端の温度上昇を効果的に抑え得、
サージボリューム7による中間圧を適正範囲に維持で
き、よってディスプレーサ16の往復運動を正常に保っ
て、冷凍機によるクールダウンを短時間で達成すること
ができる。
During this cooldown operation, since the temperature of the low temperature end of the cylinder 10 is high, the effect of compression heat retention at the room temperature end is greater than that after the cooldown, but the expansion gas expands not only in the flexible refrigerant pipe 61. Since it is sucked into the compressor 1 through the gas pipe 60, the compression heat taken at the low temperature end of the cylinder 10 is radiated favorably by heat exchange with the refrigerant gas. Therefore, even if the expander 2 is separated into the cylinder assembly 3 and the valve motor assembly 40, the temperature rise at the room temperature end of the cylinder 10 can be effectively suppressed,
The intermediate pressure by the surge volume 7 can be maintained in an appropriate range, and thus the reciprocating motion of the displacer 16 can be normally maintained and the cooldown by the refrigerator can be achieved in a short time.

【0033】そして、このようにして冷凍機の始動から
所定時間の経過後、又はSQUIDの温度が所定温度に
低下した後、クールダウン運転が終了し、冷凍機は定常
運転状態になる。この状態においてもクールダウン運転
時と同様の動作を行なう。この定運転状態では、シリン
ダアッセンブリ3及びバルブモータアッセンブリ40の
各ガス給排口5,45同士が長さが長いフレキシブル冷
媒配管61を通して連通しているので、このフレキシブ
ル冷媒配管61の許容範囲内においてシリンダアッセン
ブリ3とバルブモータアッセンブリ40とを離した状態
で定常運転を行ない、SQUIDに対するバルブモータ
アッセンブリ40に起因するノイズ磁束の影響を大幅に
低減できる。
In this way, after a lapse of a predetermined time from the start of the refrigerator or after the temperature of the SQUID has dropped to the predetermined temperature, the cool down operation is finished and the refrigerator is in a steady operation state. Even in this state, the same operation as in the cool down operation is performed. In this constant operation state, the gas supply / discharge ports 5 and 45 of the cylinder assembly 3 and the valve motor assembly 40 communicate with each other through the flexible refrigerant pipe 61 having a long length. The steady operation is performed with the cylinder assembly 3 and the valve motor assembly 40 separated from each other, and the influence of noise magnetic flux due to the valve motor assembly 40 on the SQUID can be significantly reduced.

【0034】尚、この発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば、弁本体8bとバネ8cを用いる
代わりに、所定のバネ特性を有する弁本体を用いること
が可能であるほか、この発明の要旨を変更しない範囲に
おいて種々の設計変更を施すことが可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and for example, instead of using the valve body 8b and the spring 8c, a valve body having a predetermined spring characteristic can be used. Various design changes can be made without changing the gist of the present invention.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように請求項1の発明は、シリン
ダ内からのガス排出時に膨張ガスが膨張ガス流路を通じ
て圧縮機の吸入側に戻され、熱交換されるので、シリン
ダアッセンブリの常温端における圧縮熱滞留を大幅に抑
制でき、冷媒配管でのガスの圧力損失により冷凍能力が
低下し或は圧縮機の負荷が増大したり、シリンダ常温端
での圧縮熱の滞留によりディスプレーサの往復運動が悪
影響を受けたりするのを回避することができるととも
に、シリンダアッセンブリに収容される樹脂材料への悪
影響を未然に防止でき、さらに、シリンダと圧縮機の吸
入側とを連通する膨張ガス流路を付加するだけでよいか
ら、構成の複雑化を大幅に抑制できるという特有の効果
を奏する。
As described above, according to the invention of claim 1, when the gas is discharged from the inside of the cylinder, the expansion gas is returned to the suction side of the compressor through the expansion gas passage and exchanges heat, so that the temperature of the cylinder assembly is at room temperature. Retention of compression heat at the end can be greatly suppressed, refrigeration capacity is reduced due to gas pressure loss in the refrigerant pipe, or the load on the compressor is increased, and reciprocating motion of the displacer is caused by retention of compression heat at the room temperature end of the cylinder. Can be prevented from being adversely affected, and the resin material housed in the cylinder assembly can be prevented from being adversely affected. Furthermore, an expansion gas flow path that connects the cylinder and the suction side of the compressor can be provided. Since it only needs to be added, it has a unique effect that the complexity of the configuration can be significantly suppressed.

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

【図1】この発明の極低温冷凍機の要部を示す概略拡大
縦断面図である。
FIG. 1 is a schematic enlarged vertical sectional view showing a main part of a cryogenic refrigerator of the present invention.

【図2】この発明の一実施例としてのガス圧駆動式のG
M型極低温冷凍機の全体構成を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a gas pressure drive type G as one embodiment of the present invention.
It is a longitudinal section showing the whole M type cryogenic refrigerator composition.

【図3】バルブ室に臨むバルブステム上面の平面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view of an upper surface of a valve stem facing a valve chamber.

【図4】バルブディスク下面の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the lower surface of the valve disc.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧縮機 2 膨張機 3 シリンダアッセンブ
リ 5 ガス給排口 8 ガス流路 8a 膨張ガス流路 8b 弁本体 8c バネ 10 シリンダ 16 ディスプレー
サ 18,19 膨張室 40 バルブモータアッセンブ
リ 43 高圧ガス入口 44 低圧ガス出口 45 ガス給排口 51 バルブディスク 54 バルブモータ 60 膨張ガス配管
1 Compressor 2 Expander 3 Cylinder assembly 5 Gas supply / discharge port 8 Gas flow path 8a Expansion gas flow path 8b Valve body 8c Spring 10 Cylinder 16 Displacer 18, 19 Expansion chamber 40 Valve motor assembly 43 High pressure gas inlet 44 Low pressure gas outlet 45 Gas supply / discharge port 51 Valve disc 54 Valve motor 60 Expansion gas piping

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 冷媒ガスを圧縮して高圧ガスを発生させ
る圧縮機(1)と、圧縮機(1)から供給された高圧ガ
スを断熱膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる膨
張機(2)とで構成された極低温冷凍機であって、上記
膨張機(2)が、ガス給排口(5)を介してシリンダ
(10)内へガスを給排してディスプレーサ(16)を
往復動させ、シリンダ(10)内の膨張室(18)(1
9)でガスを膨張させるシリンダアッセンブリ(3)
と、バルブモータ(54)により切換バルブ(51)を
駆動して、上記圧縮機(1)の吐出側および吸入側にそ
れぞれ連通される高圧ガス入口(43)および低圧ガス
出口(44)とガス給排口(45)とを選択的に連通す
るバルブモータアッセンブリ(40)とに分離され、上
記シリンダアッセンブリ(3)が、ガス圧が低い場合に
のみガス流路(8)と連通される膨張ガス出口(8a)
をさらに有しているとともに、膨張ガス出口(8a)を
圧縮機(1)の吸入側と連通する膨張ガス流路(60)
をさらに有していることを特徴とする極低温冷凍機。
1. A compressor (1) for compressing a refrigerant gas to generate a high-pressure gas, and an expander (a) for adiabatically expanding the high-pressure gas supplied from the compressor (1) to generate cryogenic level cold. 2) A cryogenic refrigerator constituted by 2), wherein the expander (2) supplies / discharges gas into / from the cylinder (10) through the gas supply / discharge port (5) to displace the displacer (16). By reciprocating, the expansion chambers (18) (1) in the cylinder (10)
Cylinder assembly (3) for expanding gas in 9)
And a high pressure gas inlet (43) and a low pressure gas outlet (44) which communicate with the discharge side and the suction side of the compressor (1) by driving a switching valve (51) by a valve motor (54). Expansion in which the cylinder assembly (3) is separated into a valve motor assembly (40) that selectively communicates with the supply / discharge port (45), and the cylinder assembly (3) communicates with the gas flow path (8) only when the gas pressure is low. Gas outlet (8a)
And an expansion gas flow path (60) for communicating the expansion gas outlet (8a) with the suction side of the compressor (1).
A cryogenic refrigerator characterized by further comprising:
JP17336592A 1992-06-30 1992-06-30 Cryogenic refrigerator Pending JPH0618111A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17336592A JPH0618111A (en) 1992-06-30 1992-06-30 Cryogenic refrigerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17336592A JPH0618111A (en) 1992-06-30 1992-06-30 Cryogenic refrigerator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0618111A true JPH0618111A (en) 1994-01-25

Family

ID=15959051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17336592A Pending JPH0618111A (en) 1992-06-30 1992-06-30 Cryogenic refrigerator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0618111A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH08226719A (en) Gas cycle refrigerating machine
JP2877094B2 (en) Cryogenic refrigerator and control method thereof
JP2609327B2 (en) refrigerator
US4471625A (en) Gas cycle refrigerator
JPH0618111A (en) Cryogenic refrigerator
JPH0545015A (en) Cryogenic freezer
JP2720715B2 (en) Cryogenic refrigerator
JPH08200865A (en) Cryogenic refrigerator
JPH06300377A (en) Generating apparatus for very low temperature
JPH0468267A (en) Cryogenic refrigerating machine
JP2910349B2 (en) Cryogenic refrigerator
JPH0452468A (en) Cryogenic refrigerator
JPH0468268A (en) Cryogenic refrigerating machine
JPH0468266A (en) Cryogenic refrigerating machine
JPH09145180A (en) Cryogenic freezer
JP3271346B2 (en) Refrigerator regenerator and method of manufacturing the same
JP2723342B2 (en) Cryogenic refrigerator
JPH08303889A (en) Cryogenic refrigerating machine
JP2871156B2 (en) Cryogenic refrigerator
JPH11257769A (en) Cold storage refrigerating machine
JPH0682019B2 (en) Cryogenic refrigerator
JP2880154B1 (en) Pulse tube refrigerator
JP2000346476A (en) Stirling refrigerator
JPH068708B2 (en) Small cryogenic refrigerator
JPH05312422A (en) Cryogenic freezer machine