四阀型脉管制冷机 本申请主张基于 2009 年 7 月 3 日申请的日本专利申请第 2009-159019 号的优先 权， 其申请的全部内容通过参照援用在本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种脉管制冷机， 尤其涉及一种四阀型脉管制冷机。背景技术 以往， 当冷却需要极低温环境的装置， 例如， 核磁共振诊断装置 (MRI) 等时， 使用 脉管制冷机。
在脉管制冷机中， 反复进行由压缩机压缩的作为工作流体的冷媒气 ( 例如， 氦气 ) 流入蓄冷管及脉管的动作与工作流体从脉管及蓄冷管流出并回收到压缩机的动作， 从而在 蓄冷管及脉管的低温端形成寒冷。 并且， 使被冷却对象在这些低温端热接触， 从而能够从被 冷却对象夺走热。
尤其， 四阀型脉管制冷机具有具备高的冷却效率的特征， 所以期待在各领域中的应用。 图 1 表示以往的单级 (1 级 ) 式四阀型脉管制冷机的简要结构图 ( 专利文献 1)。 以往的单级式四阀型脉管制冷机 10 具备压缩机 12、 具有高温端 42 与低温端 44 的蓄冷管 40 及具有高温端 52 与低温端 54 的脉管 50。蓄冷管 40 的低温端 44 与脉管 50 的低温端 54 以管道 56 连接。
压缩机 12 的高压 ( 供给 ) 侧及低压 ( 回收 ) 侧的冷媒用通道分别分支成两路。 压 缩机 12 的高压侧的冷媒用通道的一方通过连接有开关阀 V1 的第 1 高压侧管道 15A 及共同 管道 20， 连接在蓄冷管 40 的高温端 42。并且， 压缩机 12 的高压侧的冷媒用通道的另一方 通过连接有开关阀 V2 的第 2 高压侧管道 25A 及共同管道 30， 连接在脉管 50 的高温端 52。
同样地， 压缩机 12 的低压侧的冷媒用通道的一方通过连接有开关阀 V3 的第 1 低 压侧管道 15B 及共同管道 20， 连接在蓄冷管 40 的高温端 42。并且， 压缩机 12 的低压侧的 冷媒用通道的另一方通过连接有开关阀 V4 的第 2 低压侧管道 25B 及共同管道 30， 连接在脉 管 50 的高温端 52。另外， 在共同管道 30 设置有如小孔 (orifice) 的流量控制阀 60。
在这样构成的四阀型脉管制冷机 10 中， 在高压冷媒气的供给过程中， 若打开开关 阀 V2， 则冷媒气通过第 2 高压侧管道 25A 及共同管道 30 流入脉管 50。并且， 若打开开关阀 V1， 则冷媒气从压缩机 12 经过第 1 高压侧管道 15A 及共同管道 20 流入蓄冷管 40， 进而流 入脉管 50。另一方面， 在低压冷媒气的回收过程中， 若打开开关阀 V4， 则脉管 50 内的冷媒 气从脉管 50 的高温端 52 经过共同管道 30 及第 2 低压侧管道 25B， 被回收到压缩机 12。并 且， 若打开开关阀 V3， 则脉管 50 内的冷媒气从脉管 50 的低温端 54 经过管道 56 及蓄冷管 40， 并通过共同管道 20 及第 1 低压侧管道 15B， 被回收到压缩机 12。
然而， 在四阀型脉管制冷机 10 中， 在运行中具有如下问题， 即因冷媒气的供给过 程 / 回收过程中的冷媒气流量的不平衡， 易发生例如在由开关阀 V2 ～流量控制阀 60 ～脉
管 50 ～管道 56 ～蓄冷管 40 ～共同管道 20 ～开闭阀 V1 构成的闭路 ( 图 1 的箭头 L) 中循 环的、 冷媒气的二次流。 这种二次流为单向性， 成为热损失的原因， 所以若发生二次流， 则制 冷机的冷却效率大幅降低。
二次流发生的主要原因是由于流量控制阀 60 成为冷媒气的双向流的阻力， 在高 压冷媒气的供给时与低压冷媒气的回收时之间易产生流量的不平衡。例如， 可能产生在冷 媒气的供给过程中向图 1 的向下的方向流过流量控制阀 60 的高压冷媒气的量与在冷媒气 的回收过程中向图 1 的向上的方向流过流量控制阀 60 的低压冷媒气的量相比变多的情况。 此时， 由于上下流通过流量控制阀 60 的冷媒气量的不平衡， 易发生如图 1 箭头 L 所示的二 次流。
为了抑制这种二次流的发生， 提案如图 2 所示构成四阀型脉管制冷机。
图 2 是示意地表示以往的其他四阀型脉管制冷机 10′的结构的图。如该图 2 所 示， 在四阀型脉管制冷机 10′中， 若与上述的 4 阀型脉管制冷机 10 比较， 则除去共同管道 30 的流量控制阀 60， 取而代之， 追加第 1 流量控制阀 60a 及第 2 流量控制阀 60b。第 1 流量 控制阀 60a 以比开关阀 V2 更靠下游侧 ( 图 2 的下侧 ) 的方式而被设置在第 2 高压侧管道 25A。第 2 流量控制阀 60b 以比开关阀 V4 更靠上游侧 ( 图 2 的下侧 ) 的方式而被设置在第 2 低压侧管道 25B。
在这种结构中， 在冷媒气的供给过程中， 冷媒气的一部分通过设置有第 1 流量控 制阀 60a 的第 2 高压侧管道 25A ～共同管道 30， 流向脉管 50。并且， 在冷媒气的回收过程 中， 冷媒气的一部分通过共同管道 30 ～设置有第 2 流量控制阀 60b 的第 2 低压侧管道 25B， 从脉管 50 流向压缩机 12。从而， 此时， 通过适当地控制第 1 以及第 2 流量控制阀 60a、 60b， 能够分别独立调节从脉管 50 的高温端 52 供给到脉管 50 的高压冷媒气的供给量和来自脉 管 50 的高温端 52 的低压冷媒气的排出量。从而， 通过设成如图 2 的结构， 能够抑制循环于 如上述的闭路的二次流的发生。
专利文献 1 ： 日本特开 2000-18742 号公报
然而， 在如图 2 构成的四阀型脉管制冷机 10′的情况下， 可能发生以下问题。
通常， 若长时间开动制冷机， 则由于高压冷媒气的流通， 会导致开关阀 V2 发生磨 损， 此时， 会产生磨损粉。在此， 在如图 1 的结构中， 由于冷媒气在流量控制阀 60 双向流动， 所以难以产生在流量控制阀 60 蓄积磨损粉的现象。
但， 在如图 2 的结构中， 冷媒气仅沿着一个方向 ( 在图 2 中， 向下的方向 ) 流通至 第 1 流量控制阀 60a。此时， 由开关阀 V2 的磨损产生的磨损粉与冷媒气一同混入第 1 流量 控制阀 60a， 其后也原样残留于该第 1 流量控制阀 60a。并且， 若这种磨损粉的混入、 蓄积变 得显著， 则第 1 流量控制阀 60a 的通道面积产生变化， 由此， 导致第 1 流量控制阀 60a 的精 度降低。这种第 1 流量控制阀 60a 的精密度降低关系到制冷机的制冷效率的降低， 进而存 在从制冷机得不到适当的制冷性能的危险。 发明内容
本发明鉴于这种背景而完成， 在本发明中， 其目的在于， 提供一种能够抑制二次流 的发生， 并且能够经长期维持适当的制冷能力的四阀型脉管制冷机。
在本发明中， 提供四阀型脉管制冷机， 具备 ：蓄冷管， 具有高温端及低温端 ； 脉管， 具有高温端及与所述蓄冷管的低温端连接的低温端 ； 及 压缩机， 具有冷媒用高压供给侧及低压回收侧， 所述高压供给侧具有 2 个冷媒供给道， 第 1 冷媒供给道具有具备第 1 开关阀的第 1 高压侧管道， 并连接在所述蓄冷管的高温端， 第 2 冷媒供给道具有具备第 2 开关阀的第 2 高压侧管道及具备通道控制阀并连接 在所述脉管的高温端的共同管道，
所述低压回收侧具有 2 个冷媒回收道，
第 1 冷媒回收道具有具备第 3 开关阀的第 1 低压侧管道， 并连接在所述蓄冷管的 高温端，
第 2 冷媒回收道具有具备第 4 开关阀的第 2 低压侧管道及具备所述通道控制阀并 连接在所述脉管的高温端的所述共同管道，
其特征在于，
所述压缩机的低压回收侧还具有通过所述共同管道， 连接在所述脉管的高温端的 第 3 冷媒回收道，
该第 3 冷媒回收道具备通道阻力部件， 并连接在所述流量控制阀与所述脉管的高 温端之间。
在基于本发明的四阀型脉管制冷机中， 所述通道阻力部件也可以是其他流量控制 阀及 / 或开关阀。
并且， 在基于本发明的四阀型脉管制冷机中， 所述通道阻力部件也可以是第 5 开 关阀， 该第 5 开关阀与所述第 4 开关阀在实际上相同的定时开关。
并且， 该四阀型脉管制冷机可以是二级式脉管制冷机， 为如下构成 ：
所述第 1 冷媒供给道连接在第 1 级蓄冷管的高温端，
所述第 1 冷媒回收道连接在所述第 1 级蓄冷管的高温端，
所述第 2 冷媒供给道及所述第 2 冷媒回收道的所述共同管道连接在第 1 级脉管的 高温端，
所述第 3 冷媒回收道通过所述共同管道， 连接在所述流量控制阀与所述第 1 级脉 管的高温端之间。
并且， 该四阀型脉管制冷机可以是二级式脉管制冷机， 为如下构成 ：
所述第 1 冷媒供给道连接在第 1 级蓄冷管的高温端，
所述第 1 冷媒回收道连接在所述第 1 级蓄冷管的高温端，
所述第 2 冷媒供给道及所述第 2 冷媒回收道的所述共同管道连接在第 2 级脉管的 高温端，
所述第 3 冷媒回收道通过所述共同管道， 连接在所述流量控制阀与所述第 2 级脉 管的高温端之间。
并且， 该四阀型脉管制冷机可以是二级式脉管制冷机， 为如下构成 ：
所述第 1 冷媒供给道连接在第 1 级蓄冷管的高温端，
所述第 1 冷媒回收道连接在所述第 1 级蓄冷管的高温端，
所述第 2 冷媒供给道及所述第 2 冷媒回收道的所述共同管道连接在第 1 级脉管的 高温端，
所述第 3 冷媒回收道通过所述共同管道， 连接在所述流量控制阀与所述第 1 级脉 管的高温端之间，
所述压缩机的高压供给侧还具有第 3 冷媒供给道， 该第 3 冷媒供给道具有具备第 6 开关阀的第 3 高压侧管道及具备第 2 通道控制阀并连接在第 2 级脉管的高温端的第 2 共 同管道，
所述压缩机的低压回收侧还具有第 4 冷媒回收道， 该第 4 冷媒回收道具有具备第 7 开关阀的第 4 低压侧管道及具备所述第 2 通道控制阀并连接在所述第 2 级脉管的高温端 的所述共同管道，
所述压缩机的低压回收侧还具有通过所述第 2 共同管道连接在所述第 2 级脉管的 高温端的第 5 冷媒回收道，
该第 5 冷媒回收道具备第 2 通道阻力部件， 并连接在所述第 2 流量控制阀与所述 第 2 级脉管的高温端之间。
此时， 所述第 2 通道阻力部件还可以是另一其他流量控制阀及 / 或开关阀。 或者， 所述第 2 通道阻力部件也可以是第 8 开关阀， 该第 8 开关阀与所述第 7 开关 阀在相同的定时开关。
发明效果
在本发明中， 可提供能够抑制二次流的发生， 并且能够经长期维持适当的制冷能 力的四阀型脉管制冷机。
附图说明
图 1 是简要地表示以往的四阀型脉管制冷机的图。 图 2 是简要地表示以往的其他四阀型脉管制冷机的图。 图 3 是简要地表示基于本发明的第 1 实施例的四阀型脉管制冷机的一例的图。 图 4 是时序地表示图 3 所示的四阀型脉管制冷机工作时的 4 个阀的开关状态的 图 5 是简要地表示基于本发明的第 2 实施例的四阀型脉管制冷机的一例的图。 图 6 是时序地表示图 5 所示的四阀型脉管制冷机工作时的 5 个阀的开关状态的 图 7 是简要地表示基于本发明的第 4 实施例的四阀型脉管制冷机的一例的图。 图 8 是时序地表示图 7 所示的四阀型脉管制冷机工作时的 8 个阀的开关状态的 图 9 是简要地表示基于本发明的第 5 实施例的四阀型脉管制冷机的一例的图。 符号说明 10、 10′ 以往的四阀型脉管制冷机 12 压缩机 15A 第 1 高压侧管道 15B 第 1 低压侧管道7图。
图。
图。
101943499 A CN 101943506
说明书5/12 页20 共同管道 25A 第 2 高压侧管道 25B 第 2 低压侧管道 30 共同管道 40 蓄冷管 50 脉管 56 管道 60 流量控制阀 60a、 60b 流量控制阀 100-1 基于第 1 实施例的四阀型脉管制冷机 100-2 基于第 2 实施例的四阀型脉管制冷机 112 压缩机 115A 第 1 高压侧管道 115B 第 1 低压侧管道 120 共同管道 125A 125B 130 135B 140 150 156 160 170 171 200-1 200-2 212 215A 215B 220 225A 225B 230 235A 235B 240 245B 250 第 2 高压侧管道 第 2 低压侧管道 共同管道 分支管道 蓄冷管 脉管 管道 流量控制阀 流量控制阀 第 5 开关阀 基于第 4 实施例的四阀型脉管制冷机 基于第 5 实施例的四阀型脉管制冷机 压缩机 第 1 高压侧管道 第 1 低压侧管道 共同管道 第 2 高压侧管道 第 2 低压侧管道 共同管道 第 3 高压侧管道 第 3 低压侧管道 第 1 级蓄冷管 第 4 低压侧管道 第 1 级脉管8101943499 A CN 101943506
说分支管道 第 1 管道 流量控制阀 第 1 通道阻力部件 第 2 级蓄冷管 第 2 管道 第 2 级脉管 共同管道 第 2 通道阻力部件 流量控制阀 开关阀 第 1 冷媒供给道 第 2 冷媒供给道 第 3 冷媒供给道 第 1 冷媒回收道 第 2 冷媒回收道 第 3 冷媒回收道 第 4 冷媒回收道 第 5 冷媒回收道明书6/12 页255B 256 260 273 280 286 290 299 303 313 V1 ～ V8 H1 H2 H3 L1 L2 L3 L4 L5具体实施方式
以下参考附图， 详细说明本发明。
( 第 1 实施例 )
图 3 是简要地表示基于本发明的第 1 实施例的四阀型脉管制冷机的一例的图。
如图 3 所示， 基于本发明的第 1 实施例的四阀型脉管制冷机 100-1 具备压缩机 112、 蓄冷管 140、 脉管 150 及连接在这些的各类管道。
蓄冷管 140 具有高温端 142 及低温端 144。 脉管 150 具有高温端 152 及低温端 154。 在脉管 150 的高温端 152 及低温端 154 设置有热交换器。蓄冷管 140 的低温端 144 与脉管 150 的低温端 154 以管道 156 连接。
压缩机 112 的高压侧 ( 吐出侧 ) 的冷媒用通道在 A 点， 向第 1 高压侧管道 115A 及 第 2 高压侧管道 125A 这 2 个方向分支。从而， 从压缩机 112 供给的高压冷媒气通过连接有 开关阀 V1 的第 1 高压侧管道 115A 及共同管道 120， 供给到蓄冷管 140 的高温端 142( 以下， 将此通道称为 “第 1 冷媒供给道 H1” )。并且， 从压缩机 112 供给的高压冷媒气的一部分通 过连接有开关阀 V2 的第 2 高压侧管道 125A 及共同管道 130， 供给到脉管 150 的高温端热交 换器 152( 以下， 将此通道称为 “第 2 冷媒供给道 H2” )。另外， 在共同管道 130 设置有流量 控制阀 160。
另一方面， 低压侧 ( 吸入侧 ) 的冷媒用通道向第 1 冷媒回收道 L1、 第 2 冷媒回收道 L2 及第 3 冷媒回收道 L3 这 3 个方向分支。第 1 冷媒回收道 L1 由蓄冷管 140 ～共同管道 120 ～设置有开关阀 V3 的第 1 低压侧管道 115B ～ B 点～压缩机 112 这一路径构成。第 2冷媒回收道 L2 由脉管 150 ～共同管道 130 ～设置有开关阀 V4 的第 2 低压侧管道 125B ～ C 点～ B 点～压缩机 112 这一路径构成。第 3 冷媒回收道 L3 由脉管 150 ～在共同管道 130 的 D 点分支的分支管道 135B ～ C 点～ B 点～压缩机 112 这一路径所构成。在分支管道 135B 设置有小孔等流量控制阀 170。
接着， 利用图 4 对如图 3 所示构成的基于本发明的四阀型脉管制冷机 100-1 的动 作进行说明。
在脉管制冷机 100-1 工作时， 通过阀电动机等驱动源的驱动， 4 个开关阀 V1 ～ V4 的开关状态周期性变化。图 4 是时序地表示脉管制冷机 100-1 工作中的 4 个开关阀 V1 ～ V4 的开关状态的图。以下对各过程进行说明。
( 第 1 过程 ： 时间 0 ～ t1)
首先， 时间 t ＝ 0 时， 只有开关阀 V2 被设成打开。由此， 高压冷媒气经过第 2 冷媒 供给道 H2 从压缩机 112 供给到脉管 150。
( 第 2 过程 ： 时间 t1 ～ t2)
接着， 时间 t ＝ t1 时， 在开关阀 V2 为开的状态下， 开关阀 V1 被设为打开。由此， 高 压冷媒气从压缩机 112 经过第 1 冷媒供给道 H1 供给到蓄冷管 140。并且， 流入蓄冷管 140 的冷媒气由设置在蓄冷管 140 内的蓄冷材料进行冷却。被冷却的冷媒气通过管道 156 流入 脉管 150， 并通过设置在低温端 154 的热交换器进行热交换。 ( 第 3 过程 ： 时间 t2 ～ t3)
接着， 时间 t ＝ t2 时， 在开关阀 V1 为开的状态下， 开关阀 V2 被设为关闭。通过蓄 冷管 140 被冷却的冷媒气， 依然通过管道 156 从脉管 150 的低温端 154 流入脉管 150 内。 但 此时， 停止通过第 2 冷媒供给道 H2 的、 来自脉管 150 的高温端 152 的冷媒气的供给， 所以来 自蓄冷管 140 的被冷却的冷媒气沿着脉管 150 的延伸方向， 从脉管 150 的低温端 154 行进 到高温端 152。从而， 冷媒气与脉管 150 的高温端 152 及低温端 154 的两个热交换器进行热 交换。
另外， 预先被容纳在脉管 150 的高温端 152 侧的冷媒气的一部分通过第 3 冷媒回 收道 L3 排出， 返回到压缩机 112。 并且， 一部分冷媒气被容纳于连接在脉管 150 的高温端的 储存器 ( 未图示 )。
通过以上的动作， 脉管 150( 尤其， 低温端 154) 被冷却。
( 第 4 过程 ： 时间 t3 ～ t4)
接着， 时间 t ＝ t3 时， 开关阀 V1 被设为关闭。并且， 开关阀 V4 被设为打开。由此， 脉管 150 内的冷媒气， 除了经由通过第 3 冷媒回收道 L3 的路径以外， 还经由通过第 2 冷媒 回收道 L2 的路径， 返回到压缩机 112。
( 第 5 过程 ： 时间 t4 ～ t5)
时间 t ＝ t4 时， 在开关阀 V4 为开的状态下， 开关阀 V3 被设为打开。 由此， 脉管 150 内的冷媒气， 除了通过经过第 2 及第 3 冷媒回收道 L2、 L3 的路径以外， 还通过从脉管 150 的 低温端 154 经过管道 156 及蓄冷管 140 的第 1 冷媒回收道 L1， 返回到压缩机 112。在脉管 150 内， 发生因冷媒气的膨胀引起的寒冷。并且， 由于从脉管 150 向蓄冷管 140 的冷媒气的 流入， 蓄冷管 140 内的蓄冷材料被冷却。
( 第 6 过程 ： 时间 t5 ～ t6)
接着， 时间 t ＝ t5 时， 在开关阀 V3 为开的状态下， 开关阀 V4 被设为关闭。由此， 截断经过第 2 冷媒回收道 L2 的路径。脉管 150 内的冷媒气从脉管 150 的低温端 154 经过 管道 156 及蓄冷管 140， 并通过第 1 冷媒回收道 L1 返回到压缩机 112。并且， 脉管 150 内的 一部分冷媒气从脉管 150 的高温端 152 通过第 3 冷媒回收道 L3 返回到压缩机 112。由此， 蓄冷管 140 内的蓄冷材料被进一步冷却。
将以上的过程作为 1 个周期， 通过反复周期来冷却设置在脉管 150 的低温端 154 的被冷却对象 ( 在图 3 中未示出 )。
在此， 如上所述， 在以往的脉管制冷机 10′中， 存在如下问题， 即由开关阀 V2 的磨 损产生的磨损粉与冷媒气一同混入第 1 流量控制阀 60a， 之后， 在该第 1 流量控制阀 60a 原 样蓄积。若这种磨损粉的蓄积变得显著， 则第 1 流量控制阀 60a 的通道面积发生变化， 导致 第 1 流量控制阀 60a 的精密度降低。
与此相反， 在基于本发明的脉管制冷机 100-1 中， 在第 1 过程～第 2 过程之间， 冷 媒气在流量控制阀 160 向图 3 的向下的方向流动。并且， 在第 4 过程～第 5 过程之间， 冷媒 气在流量控制阀 160 向图 3 的向上的方向流动。即， 在一个周期中， 冷媒气在流量控制阀 160 向图 3 的向上和向下的 2 个方向流动。因此， 在基于本发明的脉管制冷机 100-1 中， 能 够有意地抑制由开关阀 V2 的磨损产生的磨损粉蓄积在流量控制阀 160。从而， 在基于本发 明的脉管制冷机 100-1 中， 能够经长期地使流量控制阀 160 适当地进行工作。并且， 脉管制 冷机 100-1 能够经长期维持适当的制冷能力。 并且， 在基于本发明的脉管制冷机 100-1 中， 分别在第 2 冷媒回收道 L2 及第 3 冷 媒回收道 L3 设置有流量控制阀 160 及 170。从而， 通过调整 2 个控制阀 160 及 170， 能够使 从第 2 冷媒供给道 H2 供给到脉管 150 的冷媒气的量与从第 2 及第 3 冷媒回收道 L2、 L3 排 出的冷媒气的量平衡。从而， 在基于本发明的脉管制冷机 100-1 中， 能够有意地抑制可能对 装置的制冷性能及制冷效率带来不良影响的冷媒气的二次流的发生。
( 第 2 实施例 )
图 5 是简要地表示基于本发明的第 2 实施例的四阀型脉管制冷机的一例的图。
基于第 2 实施例的四阀型脉管制冷机 100-2 与上述四阀型脉管制冷机 100-1 大致 相同地构成。因此， 在图 5 中， 在与图 4 相同的部件等付加与图 4 相同的参照符号。
然而， 在该实施例中， 在图 4 中， 第 3 冷媒回收道 L3 还设置有开关阀 171(V5)。开 关阀 171 设置在比流量控制阀 170 还接近压缩机 112 的一侧 ( 即低压冷媒气流动的下游 侧 )。
在图 6 中时序地表示脉管制冷机 100-2 工作中的 5 个开关阀 V1 ～ V5 的开关状态。
在脉管制冷机 100-2 中， 基本的动作也与上述脉管制冷机 100-1 相同。从而， 将上 述的第 1 过程～第 6 过程设成 1 个周期， 通过反复该周期， 能够冷却被冷却对象。
另外， 开关阀 171(V5) 的开关的时间定时与开关阀 V4 实际上相同。即， 开关阀 171(V5) 在第 4 过程 ( 时间 t ＝ t3 ～ t4) ～第 5 过程 ( 时间 t ＝ t4 ～ t5) 中， 与开关阀 V4 一同被设为开状态。
在第 1 ～第 2 过程之间， 冷媒气通过第 2 冷媒供给道 H2 ～设置有流量控制阀 160 的共同管道 130， 从压缩机 112 供给到脉管 150。并且， 在第 4 ～第 5 过程之间， 冷媒气通过 设置有流量控制阀 160 的共同管道 130 ～第 2 冷媒回收道 L2( 以及一部分冷媒气通过第 3
冷媒回收道 L3)， 从脉管 150 被回收到压缩机 112。
从而， 在该结构中， 也能发挥上述效果。即， 能够有意地抑制由开关阀 V2 的磨损产 生的磨损粉蓄积在流量控制阀 160。并且， 能够有意地抑制二次流的发生。另外， 在该结构 中， 与上述图 3 的情况相比能够更高精度地控制在第 3 冷媒回收道 L3 流动的冷媒气。
( 第 3 实施例 )
基于本发明的第 3 实施例的四阀型脉管制冷机具有在上述第 2 实施例中省略流量 控制阀 170 的结构。
在本结构中， 通过适当地控制开关阀 171(V5) 的开关， 控制在第 3 冷媒回收道 L3 流动的冷媒气的量， 并且抑制如上述的二次流的发生。
从第 1 ～第 3 的实施例也显而易知， 在本发明的四阀型脉管制冷机中， 为了发挥上 述的效果， 设置 (1) 在流量控制阀 160 产生冷媒气的双方向的流动 (2) 能够在第 3 冷媒回 收道 L3 调整低压冷媒气的流动的、 所谓 “通道阻力部件” 即可。从而， 本发明也包含具有上 述的 (1)、 (2) 结构的任何四阀型脉管制冷机。另外， 通道阻力部件可以是如实施例 1 的流 量控制阀 170( 例如小孔 )， 也可以是如第 3 实施例的开关阀 171。或者， 通道阻力部件也可 以如第 2 实施例所示具有多个部件。 ( 第 4 实施例 )
图 7 是简要地表示基于本发明的第 4 实施例的四阀型脉管制冷机的一例的图。该 脉管制冷机 200-1 成为二级式结构。
如图 7 所示， 脉管制冷机 200-1 具备压缩机 212、 第 1 级及第 2 级蓄冷管 240、 280、 第 1 级及第 2 级脉管 250、 290、 第 1 及第 2 管道 256、 286、 第 1 及第 2“通道阻力部件” 273、 303、 以及开关阀 V1 ～ V4 等。
第 1 级蓄冷管 240 具有高温端 242 及低温端 244， 第 2 级蓄冷管 280 具有高温端 244( 相当于第 1 级的低温端 244) 及低温端 284。第 1 级脉管 250 具有高温端 252 及低温 端 254， 第 2 级脉管 290 具有高温端 292 及低温端 294。在第 1 级及第 2 级脉管 250、 290 的 各高温端 252、 292 及低温端 254、 294 设置有热交换器。第 1 级蓄冷管 240 的低温端 244 通 过第 1 管道 256 与第 1 级脉管 250 的低温端 254 连接。并且， 第 2 级蓄冷管 280 的低温端 284 通过第 2 管道 286 与第 2 级脉管 290 的低温端 294 连接。
压缩机 212 的高压侧 ( 吐出侧 ) 的冷媒用通道， 在 A 点向 3 个方向分支， 构成第 1 ～ 第 3 冷媒供给道 H1 ～ H3。第 1 冷媒供给道 H1 由压缩机 212 的高压侧～设置有开关阀 V1 的第 1 高压侧管道 215A ～共同管道 220 ～第 1 级蓄冷管 240 构成。第 2 冷媒供给道 H2 由 压缩机 212 的高压侧～连接有开关阀 V2 的第 2 高压侧管道 225A ～设置有流量控制阀 260 的共同管道 230 ～第 1 级脉管 250 构成。第 3 冷媒供给道 H3 由压缩机 212 的高压侧～连 接有开关阀 V6 的第 3 高压侧管道 235A ～设置有流量控制阀 313 的共同管道 299 ～第 2 级 脉管 290 构成。
另一方面， 压缩机 212 的低压侧 ( 吸入侧 ) 的冷媒用通道向第 1 ～第 5 冷媒回收 道 L1 ～ L5 这 5 个方向分支。第 1 冷媒回收道 L1 由第 1 级蓄冷管 240 ～共同管道 220 ～ 设置有开关阀 V3 的第 1 低压侧管道 215B ～ B 点～压缩机 212 这一路径构成。第 2 冷媒回 收道 L2 由第 1 级脉管 250 ～设置有流量控制阀 260 的共同管道 230 ～设置有开关阀 V4 的 第 2 低压侧管道 225B ～ C 点～ B 点～压缩机 212 这一路径构成。第 3 冷媒回收道 L3 由第
1 级脉管 250 ～在共同管道 230 的 D 点分支的第 3 低压侧管道 235B ～ E 点～ C 点～ B 点～ 压缩机 212 这一路径构成。在第 3 低压侧管道 235B 设置有第 1 通道阻力部件 273。第 4 冷 媒回收道 L4 由第 2 级脉管 290 ～设置有流量控制阀 313 的共同管道 299 ～设置有开关阀 V7 的第 4 低压侧管道 245B ～ F 点～ E 点～ C 点～ B 点～压缩机 212 这一路径构成。第 5 冷媒回收道 L5 由第 2 级脉管 290 ～在共同管道 299 的 G 点分支的分支管道 255B ～ F 点～ E 点～ C 点～ B 点～压缩机 212 这一路径构成。
接着， 对这样构成的四阀型脉管制冷机 200-1 的动作进行说明。另外， 在以下的说 明中， 假设第 1 通道阻力部件 273 具有开关阀 V5、 第 2 通道阻力部件 303 具有开关阀 V8。
图 8 是时序地表示脉管制冷机 200-1 工作中的 8 个开关阀 V1 ～ V8 的开关状态的 图。脉管制冷机 200-1 在工作时， 通过脉冲电动机等驱动源的驱动， 8 个开关阀 V1 ～ V8 开 关状态如以下周期性地变化。
( 第 1 过程 ： 时间 0 ～ t2)
首先， 时间 t ＝ 0 时， 只有开关阀 V6 被设成打开。由此， 冷媒气从压缩机 212 通过 第 3 冷媒供给道 H3， 即通过第 3 高压侧管道 235A ～共同管道 299 ～高温端 292 这一路径， 供给到第 2 级脉管 290。 此后， 时间 t ＝ t1 时， 在开关阀 V6 为开的状态下， 开关阀 V2 被设成 打开。由此， 冷媒气从压缩机 212 通过第 2 冷媒供给道 H2， 即通过第 2 高压侧管道 225A ～ 共同管道 230 ～高温端 252 这一路径， 供给到第 1 级脉管 250。
( 第 2 过程 ： 时间 t2 ～ t3)
接着， 时间 t ＝ t2 时， 在开关阀 V6、 V2 打开的状态下， 开关阀 V1 被设成打开。由 此， 冷媒气从压缩机 212 通过第 1 冷媒供给道 H1， 即通过第 1 高压侧管道 215A ～共同管道 220 ～高温端 242 这一路径， 导入到第 1 级蓄冷管 240。冷媒气的一部分通过第 1 管道 256， 从低温端 254 侧流入到第 1 级脉管 250。并且， 冷媒气的另一部分经过第 2 级蓄冷管 280， 并通过第 2 管道 286， 从低温端 294 侧流入到第 2 级脉管 290。
( 第 3 过程 ： 时间 t3 ～ t5)
接着， 时间 t ＝ t3， 在开关阀 V1 为打开状态下， 首先开关阀 V6 被设成关闭， 此后， 开关阀 V2 也被设成关闭 ( 时间 t ＝ t4)。来自压缩机 212 的冷媒气仅通过第 1 冷媒供给道 H1， 流入到第 1 级蓄冷管 240， 此后， 从低温端 254 侧及 294 侧流入到两个脉管 250 及 290 内。
( 第 4 过程 ： 时间 t ＝ t5)
时间 t ＝ t5 时， 所有开关阀 V1 ～ V6 被设成关闭。由于第 1 级及第 2 级脉管 250、 290 的压力上升， 所以第 1 级及第 2 级脉管 250、 290 内的冷媒气向设置在两个脉管的高温端 252、 292 侧的储存器 ( 未表示 ) 移动。
( 第 5 过程 ： 时间 t5 ～ t7)
此后， 时间 t ＝ t5 时， 打开开关阀 V7 及 V8， 第 2 级脉管 290 内的冷媒气经过第 4 冷媒回收道 L4 及第 5 冷媒回收道 L5 返回到压缩机 212。其后， 时间 t ＝ t6 时， 打开开关阀 V4 及 V5， 第 1 级脉管 250 内的冷媒气经过第 2 冷媒回收道 L2 及第 3 冷媒回收道 L3 返回到 压缩机 212。由此， 两个脉管 250、 290 的压力降低。
( 第 6 过程 ： 时间 t7 ～ t8)
接着， 时间 t ＝ t7 时， 在开关阀 V7、 V8、 V4 及 V5 为打开状态下， 打开开关阀 V3。由此， 两个脉管 250、 290 及第 2 级蓄冷管 280 内的冷媒气的大部分经过第 1 级蓄冷管 240， 并 通过第 1 冷媒回收道 L1 返回到压缩机 212。
( 第 7 过程 ： 时间 t8 ～ t10)
接着， 时间 t ＝ t8 时， 在开关阀 V3 打开的状态下， 首先闭合开关阀 V7 及 V8， 其后， 闭合开关阀 V4 及 V5( 时间 t ＝ t9)。
其后， 时间 t ＝ t10 时， 闭合开关阀 V3， 1 个周期结束。
在脉管制冷机 200-1 中， 在第 1 过程～第 3 过程 ( 时间 t1 ～ t4) 之间， 冷媒气在流 量控制阀 260 向图 7 的向下的方向流动， 在第 5 过程～第 7 过程 ( 时间 t6 ～ t9) 之间， 冷媒 气在流量控制阀 260 向图 7 的向上的方向流动。并且， 在第 1 过程～第 2 过程 ( 时间 0 ～ t3) 之间， 冷媒气在流量控制阀 313 向图 7 的向下的方向流动， 在第 5 过程～第 6 过程 ( 时 间 t5 ～ t8) 之间， 冷媒气在流量控制阀 313 向图 7 的向上的方向流动。
即， 在 1 个周期中， 冷媒气在两个流量控制阀 260、 313 向图 7 的向上的方向和向下 的方向这 2 个方向流动。因此， 在基于本发明的脉管制冷机 200-1 中， 能够有意地抑制由开 关阀 V2 及 V6 的磨损产生的磨损粉分别蓄积在流量控制阀 260 及 313。从而在基于本发明 的脉管制冷机 200-1 中， 也能够经长期维持适当的制冷能力。
并且， 在基于本发明的脉管制冷机 200-1 中， 向第 1 级脉管 250 的高温端 252 的高 压冷媒气的供给道 (H2) 与来自第 1 级脉管 250 的高温端 252 的低压冷媒气的回收道 (L2) 分开。并且， 向第 2 级脉管 290 的高温端 292 的高压冷媒气的供给道 (H3) 与来自第 2 级脉 管 290 的高温端 292 的低压冷媒气的回收道 (L4) 分开。因此， 在基于本发明的脉管制冷机 200-1 中， 也能够有意地抑制可能对制冷性能及制冷效率产生不良影响的冷媒气的二次流 的发生。
( 第 5 实施例 )
图 9 是简要地表示基于本发明的第 5 实施例的四阀型脉管制冷机的一例的图。
基于第 5 实施例的四阀型脉管制冷机 200-2 与上述图 7 的四阀型脉管制冷机 200-1 大致相同地构成。从而， 在图 9 中， 在与图 7 相同的部件等附加与图 7 相同的参照符 号。
然而， 在该实施例中， 排除相当于图 7 的第 3 冷媒回收道 L3 的部分。
即， 在四阀型脉管制冷机 200-2 中， 压缩机 212 的低压侧 ( 吸入侧 ) 的冷媒用通道， 向第 1 及第 2 冷媒回收道 L1、 L2 与第 4 及第 5 冷媒回收道 L4、 L5 这 4 个方向分支。
在这种结构的四阀型脉管制冷机 200-2 中， 工作中的各开关阀的开关定时相当于 在上述的图 8 中除去开关阀 V5 的情况。从而， 在此对各过程不进行说明。
从以上说明可知， 在图 9 所示的四阀型脉管制冷机 200-2 中， 也可以有意地抑制由 开关阀 V6 的磨损产生的磨损粉蓄积在流量控制阀 313。并且， 显而易知， 在该结构中， 在设 置有流量控制阀 313 的共同管道 299 ～第 2 级脉管 290 ～第 2 管道 286 ～第 2 级蓄冷管 280 ～第 1 级蓄冷管 240 ～共同管道 220 之间， 能够有意地抑制冷媒气的二次流的发生。
以上对本发明的若干实施例进行了说明。这些实施例表示本发明的结构的一例， 不能理解为是限定本发明的例子。例如， 在图 7 所示的四阀型脉管制冷机 200-1 的结构中， 也可以省略第 5 冷媒回收道 L5。此时， 对于由共同管道 220 ～第 1 级蓄冷管 240 ～第 1 管 道 256 ～第 1 级脉管 250 ～设置有流量控制阀 260 的共同管道 230 构成的二次流， 以及对于向流量控制阀 260 的磨损粉的混入， 也能够得到如上所述的本发明的效果。
并且， 在各实施例中， 在脉管 ( 第 1 级及 / 或第 2 级脉管 ) 的高温端也可以通过管 道而设置储存器， 在该管道也可以设置小孔、 流量控制阀、 开关阀等通道阻力部件。
另外， 例如在图 8 中， 打开开关阀 V6 与 V2 的定时可以大致相同， 打开开关阀 V7( 及 V8) 与 V4( 及 V5) 的定时也可以大致相同。并且， 关闭开关阀 V6 与 V2 的定时可以大致相 同， 关闭开关阀 V7( 及 V8) 与 V4( 及 V5) 的定时也可以大致相同。
工业实用性
本发明能够应用于四阀型脉管制冷机。