(57)【要約】      （修正有）【課題】機器点数を減らして構成を簡素化すると共に、パルス管内のガスの圧力変化を滑らかにすることができる。【解決手段】ＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置において、直列接続される第１の圧縮機１と第２の圧縮機２と、これらに並列に接続される第１のバッファタンク１１と第２のバッファタンク１２と、直列に接続される第１の電磁バルブＶ１と第２の電磁バルブＶ２と、直列に接続される第３の電磁バルブＶ３と第４の電磁バルブＶ４と、電磁バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４との間にブリッジ状に接続されるパルス管３と、このパルス管３と前記第１のバッファタンク１１と第２のバッファタンク１２との間に接続される第５の電磁バルブＶ５と、前記電磁バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５をそれぞれ制御するスイッチング回路４〜８と、これらを制御するＰＷＭ信号を出力し、そのＰＷＭ信号の分配を行う上位電子式コントローラ９とを具備する。【選択図】図１
2012167846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）直列接続される第１の圧縮機と第２の圧縮機と、
（ｂ）該第１の圧縮機と第２の圧縮機にそれぞれ並列に接続される第１のバッファタンクと第２のバッファタンクと、
（ｃ）前記第１の圧縮機と第２の圧縮機との間に直列に接続される第１の電磁バルブと第２の電磁バルブと、
（ｄ）前記第１の圧縮機と第２の圧縮機との間に直列に接続される第３の電磁バルブと第４の電磁バルブと、
（ｅ）前記第１の電磁バルブと第２の電磁バルブとの間と前記第３の電磁バルブと第４の電磁バルブとの間にブリッジ状に接続されるパルス管と、
（ｆ）該パルス管と前記第１のバッファタンクと第２のバッファタンクとの間に接続される第５の電磁バルブと、
（ｇ）前記電磁バルブをそれぞれ制御するスイッチング回路と、
（ｈ）該スイッチング回路をそれぞれ制御するＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力し、そのＰＷＭ信号の分配を行う上位電子式コントローラとを具備することを特徴とするＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置において、前記第５の電磁バルブを前記パルス管の後端部と前記第１のバッファタンクと第２のバッファタンクとの間に接続することを特徴とするＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置において、前記第５の電磁バルブを前記パルス管の前端部と前記第１のバッファタンクと第２のバッファタンクとの間に接続することを特徴とするＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス管冷凍機に係り、特に、ＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来のパルス管冷凍機の模式図、図７はそのパルス管冷凍機の動作を示す図、図８はそのパルス管冷凍機の出力波形を示す図である。
図６において、１０１は圧縮機、１０２は第１のバルブ（ＣＨ）、１０３は第２のバルブ（ＣＬ）、１０４は冷端熱交換器であり、この冷端熱交換器１０４は、蓄冷管１０５とパルス管１０６からなる。１０７は第３のバルブ（ＢＨ）、１０８は第４のバルブ（ＢＬ）、１０９は第３のバルブ１０７が接続されるアクティブバッファ、１１０は第４のバルブ１０８が接続されるアクティブバッファである。
【０００３】
このパルス管冷凍機の制御は、図７（ａ）に示すようなバルブシーケンスであり、冷端熱交換器１０４でのガス変位は図７（ｂ）に示すように行われる。
パルス管冷凍機については、下記の非特許文献１，２に詳述されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２４１４２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】富永  昭，「熱音響工学の基礎」，内田老鶴圃，ｐｐ．９−２７（１９９８）
【非特許文献２】荻原  宏康  編，「低温工学概論−超伝導技術を支えるもの」，東京電機大学出版局  ｐｐ．１７２−１８９（１９９９）
【非特許文献３】舟久保  熙康  編，「制御用アクチュエータ」，産業図書株式会社，ｐｐ．１７６−１８１（１９８４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のパルス管冷凍機においては、パルス管内のガスの圧力変化は、図８に示すような略台形状の変化であり滑らかではない。このパルス管内のガスの圧力変化を滑らかにするためにアクティブバッファやオリフィスを配置しているが、これらは機器点数を増加させることになり、信頼性の低下を招くといった問題があった。
そこで、本発明者らは、パルス管内のガスの圧力を滑らかに変化させるパルス管冷凍機のバルブ制御装置（上記特許文献１参照）を提案している。
【０００７】
図９はかかる従来例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機の模式図、図１０はその冷凍機のバルブを制御する３レベルスイッチング回路図である。
これらの図において、１１１，１１２は圧縮機、１１３はパルス管、１１４は第１の電磁バルブ、１１４Ａは第１の電磁バルブ１１４を制御する第１のスイッチング回路、１１５は第２の電磁バルブ、１１５Ａは第２の電磁バルブ１１５を制御する第２のスイッチング回路、１１６は第３の電磁バルブ、１１６Ａは第３の電磁バルブ１１６を制御する第３のスイッチング回路、１１７は第４の電磁バルブ、１１７Ａは第４の電磁バルブ１１７を制御する第４のスイッチング回路、１１８は第５の電磁バルブ、１１８Ａは第５の電磁バルブ１１８を制御する第５のスイッチング回路、１１９は第６の電磁バルブ、１１９Ａは第６の電磁バルブ１１９を制御する第６のスイッチング回路、１２０は第７の電磁バルブ、１２０Ａは第７の電磁バルブ１２０を制御する第７のスイッチング回路、１２１は第８の電磁バルブ、１２１Ａは第８の電磁バルブ１２１を制御する第８のスイッチング回路、１２２はスイッチング回路１１４Ａ，１１５Ａ，１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａ，１１９Ａ，１２０Ａ，１２１Ａをそれぞれ制御する上位電子式コントローラ、１２３は第１のバッファタンク、１２４は第２のバッファタンク、１２５は第１の一方向バルブ、１２６は第２の一方向バルブ、１２７は第３の一方向バルブ、１２８は第４の一方向バルブである。
【０００８】
これらの第１の電磁バルブ１１４〜第８の電磁バルブ１２１は、それぞれ図１０に示すような３レベルスイッチング回路方式で駆動する。特に、パルス管１１３内のガスの圧力変化を滑らかにするために、上位電子式コントローラ１２２との協働によりＰＷＭ制御を行うようにすることができる。
しかしながら、かかるＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機では、バルブを８個必要とし、また、逆止弁も配置する必要があり、回路が複雑になるといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みて、機器点数を減らして構成を簡素化すると共に、パルス管内のガスの圧力変化を滑らかにすることができる、ＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置において、直列接続される第１の圧縮機と第２の圧縮機と、これらの第１の圧縮機と第２の圧縮機にそれぞれ並列に接続される第１のバッファタンクと第２のバッファタンクと、前記第１の圧縮機と第２の圧縮機との間に直列に接続される第１の電磁バルブと第２の電磁バルブと、前記第１の圧縮機と第２の圧縮機との間に直列に接続される第３の電磁バルブと第４の電磁バルブと、前記第１の電磁バルブと第２の電磁バルブとの間と前記第３の電磁バルブと第４の電磁バルブとの間にブリッジ状に接続されるパルス管と、このパルス管と前記第１のバッファタンクと第２のバッファタンクとの間に接続される第５の電磁バルブと、前記電磁バルブをそれぞれ制御するスイッチング回路と、これらのスイッチング回路をそれぞれ制御するＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力し、そのＰＷＭ信号の分配を行う上位電子式コントローラとを具備することを特徴とする。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載のＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置において、前記第５の電磁バルブを前記パルス管の後端部と前記第１のバッファタンクと第２のバッファタンクとの間に接続することを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕記載のＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置において、前記第５の電磁バルブを前記パルス管の前端部と前記第１のバッファタンクと第２のバッファタンクとの間に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）機器点数を減らして構成を簡素化すると共に、パルス管内のガスの圧力変化を滑らかにすることができる。
（２）電子制御式電磁バルブとしたことにより、バルブを高速に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の第１実施例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ動作及びそれによって生成されるパルス管内の圧力波形を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機の模式図である。
【図４】本発明の第２実施例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ動作及びそれによって生成されるパルス管内の圧力波形を示す図である。
【図５】本発明の実施例を示すバルブのスイッチング回路図である。
【図６】従来のパルス管冷凍機の模式図である。
【図７】従来のパルス管冷凍機の動作を示す図である。
【図８】従来のパルス管冷凍機の出力波形を示す図である。
【図９】従来例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機の模式図である。
【図１０】従来例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブを制御する３レベルスイッチング回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ制御装置は、直列接続される第１の圧縮機と第２の圧縮機と、これらの第１の圧縮機と第２の圧縮機にそれぞれ並列に接続される第１のバッファタンクと第２のバッファタンクと、前記第１の圧縮機と第２の圧縮機との間に直列に接続される第１の電磁バルブと第２の電磁バルブと、前記第１の圧縮機と第２の圧縮機との間に直列に接続される第３の電磁バルブと第４の電磁バルブと、前記第１の電磁バルブと第２の電磁バルブとの間と前記第３の電磁バルブと第４の電磁バルブとの間にブリッジ状に接続されるパルス管と、このパルス管と前記第１のバッファタンクと第２のバッファタンクとの間に接続される第５の電磁バルブと、前記電磁バルブをそれぞれ制御するスイッチング回路と、これらのスイッチング回路をそれぞれ制御するＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力し、そのＰＷＭ信号の分配を行う上位電子式コントローラとを具備する。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機の模式図、図２はそのＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ動作及びそれによって生成されるパルス管内の圧力波形を示す図であり、図２（ａ）はＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ動作を、図２（ｂ）はそれによって生成されるパルス管内の圧力波形を示している。
【００１６】
図１において、１は第１の圧縮機、２は第２の圧縮機、３はパルス管、Ｖ１は第１の電磁バルブ、４は第１の電磁バルブＶ１を制御する第１のスイッチング回路、Ｖ２は第２の電磁バルブ、５は第２の電磁バルブＶ２を制御する第２のスイッチング回路、Ｖ３は第３の電磁バルブ、６は第３の電磁バルブＶ３を制御する第３のスイッチング回路、Ｖ４は第４の電磁バルブ、７は第４の電磁バルブＶ４を制御する第４のスイッチング回路、Ｖ５は第５の電磁バルブ、８は第５の電磁バルブＶ５を制御する第５のスイッチング回路であり、この第５の電磁バルブＶ５はパルス管３の後端と第１の圧縮機１と第２の圧縮機２との間に接続される。９はスイッチング回路４〜８をそれぞれ制御するＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力し、そのＰＷＭ信号の分配を行う上位電子式コントローラ、１１は第１のバッファタンク、１２は第２のバッファタンクである。なお、ＰＷＭ信号の生成は、例えば、単相電圧形電流制御方式ＰＷＭインバータ（上記非特許文献３参照）等がある。また、スイッチング回路４〜８については、図５において説明する。
【００１７】
この第１実施例に示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ動作は図２に示す通りである。なお、図２において、白色の部分はオフ、黒色の部分はオンを示している。
（１）まず、第１の圧縮機１を駆動している場合、第１の電磁バルブＶ１を制御する第１のスイッチング回路４と第５の電磁バルブＶ５を制御する第５のスイッチング回路８をＰＷＭ制御により高速にオン・オフすることにより、パルス管３内の圧力をＰ0 ＋（１／２）Ｐ1 にすることができる。
【００１８】
（２）第１の圧縮機１と第２の圧縮機２を駆動している場合、第１の電磁バルブＶ１を制御する第１のスイッチング回路４と第４の電磁バルブＶ４を制御する第４のスイッチング回路７をＰＷＭ制御により高速にオン・オフすることにより、パルス管３内の圧力をＰ0 ＋Ｐ1 にすることができる。
（３）第２の圧縮機２を駆動している場合、第２の電磁バルブＶ２を制御する第２のスイッチング回路５と第５の電磁バルブＶ５を制御する第５のスイッチング回路８をＰＷＭ制御により高速にオン・オフすることにより、パルス管３内の圧力をＰ0 −（１／２）Ｐ1 にすることができる。
【００１９】
（４）第１の圧縮機１と第２の圧縮機２を駆動している場合、第２の電磁バルブＶ２を制御する第２のスイッチング回路５と第３の電磁バルブＶ３を制御する第３のスイッチング回路６をＰＷＭ制御により高速にオン・オフにすることにより、パルス管３内の圧力をＰ0 −Ｐ1 にすることができる。
このように動作することにより、図３（ｂ）に示すように、パルス管３内の圧力波形を生成させることができる。
【００２０】
図３は本発明の第２実施例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機の模式図、図４はそのＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ動作及びそれによって生成されるパルス管内の圧力波形を示す図であり、図４（ａ）はＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ動作を、図４（ｂ）はそれによって生成されるパルス管内の圧力波形を示している。
図３において、２１は第１の圧縮機、２２は第２の圧縮機、２３はパルス管、Ｖ６は第１の電磁バルブ、２４は第１の電磁バルブＶ６を制御する第１のスイッチング回路、Ｖ７は第２の電磁バルブ、２５は第２の電磁バルブＶ７を制御する第２のスイッチング回路、Ｖ８は第３の電磁バルブ、２６は第３の電磁バルブＶ８を制御する第３のスイッチング回路、Ｖ９は第４の電磁バルブ、２７は第４の電磁バルブＶ９を制御する第４のスイッチング回路、Ｖ１０は第５の電磁バルブ、２８は第５の電磁バルブＶ１０を制御する第５のスイッチング回路であり、この第５の電磁バルブＶ１０はパルス管２３の前端と第１の圧縮機２１と第２の圧縮機２２との間に接続される。２９はスイッチング回路２４〜２８をそれぞれ制御するＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力し、そのＰＷＭ信号の分配を行う上位電子式コントローラ、３１は第１のバッファタンク、３２は第２のバッファタンクである。
【００２１】
この第２実施例を示すＰＷＭ制御３レベルパルス管冷凍機のバルブ動作は図４に示す通りである。なお、図４において、白色の部分はオフ、黒色の部分はオンを示している。
（１）まず、第１の圧縮機２１を駆動している場合、第４の電磁バルブＶ９を制御する第４のスイッチング回路２７と第５の電磁バルブＶ１０を制御する第５のスイッチング回路２８をＰＷＭ制御により高速にオン・オフにすることにより、パルス管２３内の圧力をＰ0 ＋（１／２）Ｐ1 にすることができる。
【００２２】
（２）第１の圧縮機２１と第２の圧縮機２２を駆動している場合、第１の電磁バルブＶ６を制御する第１のスイッチング回路２４と第４の電磁バルブＶ９を制御する第４のスイッチング回路２７をＰＷＭ制御により高速にオン・オフにすることにより、パルス管２３内の圧力をＰ0 ＋Ｐ1 にすることができる。
（３）第２の圧縮機２２を駆動している場合、第３の電磁バルブＶ８を制御する第４のスイッチング回路２６と第５の電磁バルブＶ１０を制御する第５のスイッチング回路２８をＰＷＭ制御により高速にオン・オフにすると、パルス管２３内の圧力をＰ0 −（１／２）Ｐ1 にすることができる。
【００２３】
（４）第１の圧縮機２１と第２の圧縮機２２を駆動している場合、第２の電磁バルブＶ７を制御する第２のスイッチング回路２５と第３の電磁バルブＶ８を制御する第３のスイッチング回路２６をＰＷＭ制御により高速にオン・オフにすると、パルス管２３内の圧力をＰ0 −Ｐ1 にすることができる。
このように動作することにより、図４（ｂ）に示すように、パルス管２３内の圧力波形を生成させることができる。
【００２４】
このように、バルブの数は５個に減らすことができる。また、逆止弁は不要である。つまり、２レベルにバルブを１個増やしただけであり、本発明の場合は、従来の図９と図１０と比較すると大幅に簡便な回路構成とすることができる。
図５は本発明の実施例を示すバルブのスイッチング回路図である。
図５において、４１は電源、４２は上位電子式コントローラ９，２９によって制御されるＳＣＲ（スイッチ）、４３は電磁バルブを制御するコイルである。
【００２５】
このように構成することにより、電磁バルブを制御するためのコイル４３が、上記（１）〜（４）に示すような動作を行わせることができる。また、上位電子式コントローラ９，２９との協働により、ＰＷＭ制御を行わせ、パルス管内の出力波形を得ることができる。
本発明においては、バルブを電子制御式電磁バルブとしたことにより、バルブを高速に動作させることができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のパルス管冷凍機のバルブ制御装置は、パルス管内のガス圧力変化を滑らかにすることができるパルス管冷凍機のバルブ制御装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１，２１    第１の圧縮機
２，２２    第２の圧縮機
３，２３    パルス管
４，２４    第１のスイッチング回路
５，２５    第２のスイッチング回路
６，２６    第３のスイッチング回路
７，２７    第４のスイッチング回路
８，２８    第５のスイッチング回路
９，２９    上位電子式コントローラ
１１，３１    第１のバッファタンク
１２，３２    第２のバッファタンク
４１    電源
４２    ＳＣＲ（スイッチ）
４３    バルブを制御するコイル
Ｖ１，Ｖ６    第１の電磁バルブ
Ｖ２，Ｖ７    第２の電磁バルブ
Ｖ３，Ｖ８    第３の電磁バルブ
Ｖ４，Ｖ９    第４の電磁バルブ
Ｖ５，Ｖ１０    第５の電磁バルブ
【図１】
2012167846.tif 000003
【図２】
2012167846.tif 000004
【図３】
2012167846.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012167846.tif 000010
【図９】
2012167846.tif 000011
【図１０】
2012167846.tif 000012