(57)【要約】【課題】パルス管冷凍機のための新たな昇温技術を提供する。【解決手段】パルス管冷凍機１０のロータリーバルブユニットは、ロータリーバルブ３６と逆転可能モータ３８を備える。ロータリーバルブ３６は、逆転可能モータ３８が正転するときパルス管冷凍機１０を冷却するための冷却用バルブタイミングに従って動作し、逆転可能モータ３８が逆転するときパルス管冷凍機１０を加熱するための加熱用バルブタイミングに従って動作する。冷却用バルブタイミングは、パルス管１８内に作動ガス圧力振動を生成するとともに、作動ガス圧力振動に対しパルス管１８内での作動ガス変位振動に第１位相遅れを与えるよう設計される。加熱用バルブタイミングは、パルス管１８内に作動ガス圧力振動を生成するとともに、作動ガス圧力振動に対しパルス管１８内での作動ガス変位振動に第２位相遅れを与えるよう設計される。第２位相遅れは、第１位相遅れと異なる。【選択図】図１
2018151128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス管冷凍機であって、
蓄冷器高温端と蓄冷器低温端とを有する蓄冷器と、
パルス管高温端と、前記蓄冷器低温端と連通しているパルス管低温端とを有するパルス管と、
前記パルス管内に作動ガス圧力振動を生成すべく前記蓄冷器高温端を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するとともに、前記作動ガス圧力振動に対する前記パルス管内での作動ガス変位振動の位相遅れを制御するよう前記パルス管高温端に接続されたロータリーバルブであって、前記パルス管冷凍機を冷却するための冷却用バルブタイミングに従って、または前記パルス管冷凍機を加熱するための加熱用バルブタイミングに従って動作可能なロータリーバルブと、
ロータリーバルブ回転軸まわりに前記ロータリーバルブを回転させるよう前記ロータリーバルブに連結された逆転可能モータと、を備え、
前記ロータリーバルブは、前記逆転可能モータが正転するとき前記冷却用バルブタイミングに従って動作し、前記逆転可能モータが逆転するとき前記加熱用バルブタイミングに従って動作するよう構成され、
前記冷却用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第１位相遅れを与えるよう設計され、
前記加熱用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第２位相遅れを与えるよう設計され、前記第２位相遅れは、前記第１位相遅れと異なることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
前記ロータリーバルブは、
バルブステータと、
前記ロータリーバルブ回転軸まわりに前記バルブステータに対し回転するよう前記逆転可能モータに連結された第１バルブロータであって、回転により前記蓄冷器高温端を前記圧縮機吐出口及び前記圧縮機吸入口に交互に接続するよう構成された第１バルブロータと、
前記ロータリーバルブ回転軸まわりに前記バルブステータに対し回転するよう前記逆転可能モータに連結された第２バルブロータであって、回転により前記パルス管高温端を前記圧縮機吐出口及び前記圧縮機吸入口に交互に接続するよう構成された第２バルブロータと、
前記逆転可能モータが正転するとき前記第１バルブロータが前記第２バルブロータと第１相対角度を保持して両バルブロータが前記ロータリーバルブ回転軸まわりに回転するように、かつ前記逆転可能モータが逆転するとき前記第１バルブロータが前記第２バルブロータと第２相対角度を保持して両バルブロータが前記ロータリーバルブ回転軸まわりに回転するように、前記第１バルブロータと前記第２バルブロータを互いに連結するバルブロータ連結機構と、を備え、
前記第２相対角度が、前記第１相対角度と異なることを特徴とする請求項１に記載のパルス管冷凍機。
【請求項３】
前記第２相対角度は、１２０°から２４０°の範囲から選択された角度だけ前記第１相対角度からずれていることを特徴とする請求項２に記載のパルス管冷凍機。
【請求項４】
前記第２相対角度は、１５０°から２１０°の範囲から選択された角度だけ前記第１相対角度からずれていることを特徴とする請求項２または３に記載のパルス管冷凍機。
【請求項５】
前記バルブロータ連結機構は、
前記ロータリーバルブ回転軸を中心として前記第１バルブロータと前記第２バルブロータのうち一方に形成された円弧状の連結ピン案内溝と、
前記第１バルブロータと前記第２バルブロータのうち他方に固定的に支持された連結ピンであって、前記逆転可能モータが正転するとき前記第１バルブロータが前記第２バルブロータと前記第１相対角度を保持するよう前記連結ピン案内溝の第１溝端部と係合し、前記逆転可能モータが逆転するとき前記第１バルブロータが前記第２バルブロータと第２相対角度を保持するよう前記連結ピン案内溝の第２溝端部と係合する連結ピンと、を備え、
前記連結ピン案内溝は、前記逆転可能モータが正転から逆転に切り替わるとき前記連結ピンを前記第１溝端部から前記第２溝端部へと案内し、前記逆転可能モータが逆転から正転に切り替わるとき前記連結ピンを前記第２溝端部から前記第１溝端部へと案内するよう形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項６】
前記第１バルブロータは、第１円筒面を有し、前記第２バルブロータは、第２円筒面を有し、前記第１円筒面と前記第２円筒面は、互いに接触しており、
前記ロータリーバルブは、作動ガス流路の出入口が前記第１円筒面と前記第２円筒面のいずれにも存在しないよう構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項７】
前記バルブステータは、樹脂材料で形成された第１ステータ平面を有する第１バルブステータと、金属材料で形成された第２ステータ平面を有する第２バルブステータと、を備えるとともに、前記第１バルブロータは、金属材料で形成され前記第１ステータ平面に面接触する第１ロータ平面を有し、前記第２バルブロータは、樹脂材料で形成され前記第２ステータ平面に面接触する第２ロータ平面を有し、または、
前記バルブステータは、金属材料で形成された第１ステータ平面を有する第１バルブステータと、樹脂材料で形成された第２ステータ平面を有する第２バルブステータと、を備えるとともに、前記第１バルブロータは、樹脂材料で形成され前記第１ステータ平面に面接触する第１ロータ平面を有し、前記第２バルブロータは、金属材料で形成され前記第２ステータ平面に面接触する第２ロータ平面を有することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項８】
前記ロータリーバルブは、
前記蓄冷器高温端を前記圧縮機吐出口に接続する主吸気開閉バルブと、
前記蓄冷器高温端を前記圧縮機吸入口に接続する主排気開閉バルブと、
前記パルス管高温端を前記圧縮機吐出口に接続する副吸気開閉バルブと、
前記パルス管高温端を前記圧縮機吸入口に接続する副排気開閉バルブと、を含む一群のバルブを備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項９】
パルス管冷凍機であって、
蓄冷器高温端と蓄冷器低温端とを有する蓄冷器と、
パルス管高温端と、前記蓄冷器低温端と連通しているパルス管低温端とを有するパルス管と、
前記パルス管内に作動ガス圧力振動を生成すべく前記蓄冷器高温端を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するとともに、前記作動ガス圧力振動に対する前記パルス管内での作動ガス変位振動の位相遅れを制御するよう前記パルス管高温端に接続された一群のバルブであって、前記パルス管冷凍機を冷却するための冷却用バルブタイミングに従って、または前記パルス管冷凍機を加熱するための加熱用バルブタイミングに従って動作可能な一群のバルブと、
前記冷却用バルブタイミングと前記加熱用バルブタイミングとを切り替えるよう構成された切替装置と、を備え、
前記冷却用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第１位相遅れを与えるよう設計され、
前記加熱用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第２位相遅れを与えるよう設計され、前記第２位相遅れは、前記第１位相遅れと異なることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項１０】
前記第２位相遅れは、１２０°から２４０°の範囲から選択された位相差だけ前記第１位相遅れからずれていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項１１】
前記第２位相遅れは、１５０°から２１０°の範囲から選択された位相差だけ前記第１位相遅れからずれていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
【請求項１２】
パルス管冷凍機用のロータリーバルブユニットであって、
パルス管内に作動ガス圧力振動を生成すべく蓄冷器高温端を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するとともに、前記作動ガス圧力振動に対する前記パルス管内での作動ガス変位振動の位相遅れを制御するようパルス管高温端に接続されたロータリーバルブであって、パルス管冷凍機を冷却するための冷却用バルブタイミングに従って、またはパルス管冷凍機を加熱するための加熱用バルブタイミングに従って動作可能なロータリーバルブと、
ロータリーバルブ回転軸まわりに前記ロータリーバルブを回転させるよう前記ロータリーバルブに連結された逆転可能モータと、を備え、
前記ロータリーバルブは、前記逆転可能モータが正転するとき前記冷却用バルブタイミングに従って動作し、前記逆転可能モータが逆転するとき前記加熱用バルブタイミングに従って動作するよう構成され、
前記冷却用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第１位相遅れを与えるよう設計され、
前記加熱用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第２位相遅れを与えるよう設計され、前記第２位相遅れは、前記第１位相遅れと異なることを特徴とするパルス管冷凍機用のロータリーバルブユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス管冷凍機及びパルス管冷凍機用のロータリーバルブユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にパルス管冷凍機は、脈動する作動ガス圧をパルス管内に供給することによって冷却される。冷却されたパルス管冷凍機を例えば室温に戻すなど昇温するために、従来、自然昇温、あるいは電気ヒータによる加熱が行われている。自然昇温は時間がかかる。電気ヒータはパルス管冷凍機の構造を複雑にする。別の方法として、冷凍運転（すなわち作動ガスの脈動流）を停止したうえで、作動ガスをパルス管から蓄冷器へと一方向に一定に流通させることによってパルス管冷凍機を昇温することが提案されている。この作動ガスの一方向流れは、圧縮機から供給されパルス管及び蓄冷器を通じて再び圧縮機へと戻る。室温の作動ガスがパルス管冷凍機を一方向に循環している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−４６４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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新たな昇温技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様によると、パルス管冷凍機は、蓄冷器高温端と蓄冷器低温端とを有する蓄冷器と、パルス管高温端と、前記蓄冷器低温端と連通しているパルス管低温端とを有するパルス管と、前記パルス管内に作動ガス圧力振動を生成すべく前記蓄冷器高温端を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するとともに、前記作動ガス圧力振動に対する前記パルス管内での作動ガス変位振動の位相遅れを制御するよう前記パルス管高温端に接続されたロータリーバルブであって、前記パルス管冷凍機を冷却するための冷却用バルブタイミングに従って、または前記パルス管冷凍機を加熱するための加熱用バルブタイミングに従って動作可能なロータリーバルブと、ロータリーバルブ回転軸まわりに前記ロータリーバルブを回転させるよう前記ロータリーバルブに連結された逆転可能モータと、を備える。前記ロータリーバルブは、前記逆転可能モータが正転するとき前記冷却用バルブタイミングに従って動作し、前記逆転可能モータが逆転するとき前記加熱用バルブタイミングに従って動作するよう構成されている。前記冷却用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第１位相遅れを与えるよう設計されている。前記加熱用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第２位相遅れを与えるよう設計され、前記第２位相遅れは、前記第１位相遅れと異なる。
【０００６】
本発明のある態様によると、パルス管冷凍機は、蓄冷器高温端と蓄冷器低温端とを有する蓄冷器と、パルス管高温端と、前記蓄冷器低温端と連通しているパルス管低温端とを有するパルス管と、前記パルス管内に作動ガス圧力振動を生成すべく前記蓄冷器高温端を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するとともに、前記作動ガス圧力振動に対する前記パルス管内での作動ガス変位振動の位相遅れを制御するよう前記パルス管高温端に接続された一群のバルブであって、前記パルス管冷凍機を冷却するための冷却用バルブタイミングに従って、または前記パルス管冷凍機を加熱するための加熱用バルブタイミングに従って動作可能な一群のバルブと、前記冷却用バルブタイミングと前記加熱用バルブタイミングとを切り替えるよう構成された切替装置と、を備える。前記冷却用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第１位相遅れを与えるよう設計されている。前記加熱用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第２位相遅れを与えるよう設計され、前記第２位相遅れは、前記第１位相遅れと異なる。
【０００７】
本発明のある態様によると、パルス管冷凍機用のロータリーバルブユニットは、パルス管内に作動ガス圧力振動を生成すべく蓄冷器高温端を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するとともに、前記作動ガス圧力振動に対する前記パルス管内での作動ガス変位振動の位相遅れを制御するようパルス管高温端に接続されたロータリーバルブであって、パルス管冷凍機を冷却するための冷却用バルブタイミングに従って、またはパルス管冷凍機を加熱するための加熱用バルブタイミングに従って動作可能なロータリーバルブと、ロータリーバルブ回転軸まわりに前記ロータリーバルブを回転させるよう前記ロータリーバルブに連結された逆転可能モータと、を備える。前記ロータリーバルブは、前記逆転可能モータが正転するとき前記冷却用バルブタイミングに従って動作し、前記逆転可能モータが逆転するとき前記加熱用バルブタイミングに従って動作するよう構成されている。前記冷却用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第１位相遅れを与えるよう設計されている。前記加熱用バルブタイミングは、前記作動ガス圧力振動を生成するとともに、前記作動ガス圧力振動に対し前記作動ガス変位振動に第２位相遅れを与えるよう設計され、前記第２位相遅れは、前記第１位相遅れと異なる。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、パルス管冷凍機のための新たな昇温技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るパルス管冷凍機を概略的に示す図である。
【図２】他の実施の形態に係るパルス管冷凍機を概略的に示す図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施の形態に係るパルス管冷凍機のタイミングチャートを例示する図である。
【図４】図４（ａ）は、図３（ａ）に示される冷却用バルブタイミングのＰＶ図を示し、図４（ｂ）は、パルス管冷凍機の動作を示す。
【図５】図５（ａ）は、図３（ｂ）に示される加熱用バルブタイミングのＰＶ図を示し、図５（ｂ）は、パルス管冷凍機の動作を示す。
【図６】実施の形態に係るパルス管冷凍機用のロータリーバルブユニットを示す概略斜視図である。
【図７】図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図７（ｃ）は、実施の形態に係るロータリーバルブユニットの回転摺動面を示す概略平面図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、冷却用バルブタイミングにおける流路接続を示すロータリーバルブの概略断面図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、冷却用バルブタイミングにおける流路接続を示すロータリーバルブの概略断面図である。
【図１０】実施の形態に係る第１バルブロータ及び第２バルブロータを示す概略斜視分解図である。
【図１１】実施の形態に係る第２バルブロータを示す概略斜視図である。
【図１２】他の実施の形態に係るバルブステータを示す概略断面図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、更なる他の実施の形態に係るロータリーバルブを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
ＧＭ冷凍機においては従来から、いわゆる逆転昇温が知られている。ディスプレーサ駆動モータの正転時には冷凍サイクルが形成される一方、モータの逆転時には昇温サイクルが形成される。モータ回転方向を切り替えることによって、ＧＭ冷凍機は冷凍と昇温を切り替えることができる。昇温サイクルにおいては膨張室で作動ガスの断熱圧縮が生じ、その結果発生する圧縮熱に基づきＧＭ冷凍機を加熱することができる。圧縮熱を利用するから、自然昇温に比べて短時間でＧＭ冷凍機を昇温することができる。また、逆転昇温によれば、電気ヒータのような付加的な加熱素子を設けることなく、ＧＭ冷凍機を加熱することができる。
【００１３】
ところが、従来のパルス管冷凍機において、ＧＭ冷凍機と同様にして、バルブ駆動モータの回転方向をたとえ反転させたとしても、パルス管冷凍機に圧縮熱は生じない。それどころか、むしろ、寒冷が発生することになる。パルス管冷凍機では、正転時ほどの冷却効率は得られないが、モータの逆転時にも冷凍サイクルが形成されうるためである。このことは、ＧＭ冷凍機が固体ディスプレーサを有するのに対し、パルス管冷凍機がそれを有しないという両者の構造上の差異に起因する。そのため、ＧＭ冷凍機では可能な逆転昇温がパルス管冷凍機に適用された例はこれまでに存在しない。このような課題はバルブ駆動モータを有するパルス管冷凍機に限られず、電磁弁で駆動されるパルス管冷凍機またはその他のパルス管冷凍機についても生じうる。
【００１４】
以下に詳しく説明するように、実施の形態に係るパルス管冷凍機は、作動ガスの圧縮熱を利用した昇温を可能とする。したがって、自然昇温に比べて短時間でパルス管冷凍機を昇温することができる。電気ヒータのような付加的な加熱素子を設けることなく、パルス管冷凍機を加熱することもできる。
【００１５】
図１は、実施の形態に係るパルス管冷凍機を概略的に示す図である。
【００１６】
パルス管冷凍機１０は、いわゆる４バルブ型パルス管冷凍機である。よって、パルス管冷凍機１０は、圧縮機１２および主圧力切換バルブ１４を有する振動流発生源と、蓄冷器１６と、パルス管１８と、副圧力切換バルブ２０および任意的に流量調整要素２１を有する位相制御機構と、を備える。圧縮機１２は、振動流発生源と位相制御機構とで共有されている。パルス管冷凍機１０は、図示されるように単段冷凍機である。
【００１７】
圧縮機１２は、蓄冷器１６およびパルス管１８に作動ガスを供給する圧縮機吐出口１２ａと、蓄冷器１６およびパルス管１８から作動ガスを回収する圧縮機吸入口１２ｂと、を有する。圧縮機１２は、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。
【００１８】
蓄冷器１６は、蓄冷器入口端１６ａと、蓄冷器出口端１６ｂと、を有する。蓄冷器入口端１６ａおよび蓄冷器出口端１６ｂはそれぞれ、蓄冷器高温端および蓄冷器低温端と称されうる。
【００１９】
パルス管１８は、パルス管入口端（または低温端熱交換器）１８ａと、パルス管出口端（または高温端熱交換器）１８ｂと、を有する。パルス管入口端１８ａは、蓄冷器出口端１６ｂと連通路２８を通じて連通している。パルス管入口端１８ａおよびパルス管出口端１８ｂはそれぞれ、パルス管低温端およびパルス管高温端と称されうる。
【００２０】
パルス管冷凍機１０は、圧縮機１２を蓄冷器入口端１６ａに接続する主配管系３２を備える。主配管系３２は、圧縮機吐出口１２ａを蓄冷器入口端１６ａに接続する主供給路３２ａと、圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器入口端１６ａに接続する主排気路３２ｂと、を備える。
【００２１】
また、主配管系３２は、主供給路３２ａの一部でありかつ主排気路３２ｂの一部である主双方向流路３２ｃと、主圧力切換バルブ１４と蓄冷器入口端１６ａとの間に位置する主接続点３２ｄと、を備える。主供給路３２ａは、主排気路３２ｂと主接続点３２ｄで合流する。主双方向流路３２ｃは、主接続点３２ｄから蓄冷器入口端１６ａに延びる。主供給路３２ａは、圧縮機吐出口１２ａと主圧力切換バルブ１４との間に位置する供給分岐点３２ｅを有する。主排気路３２ｂは、圧縮機吸入口１２ｂと主圧力切換バルブ１４との間に位置する排気合流点３２ｆを有する。
【００２２】
主圧力切換バルブ１４は、主配管系３２に配設されている。主圧力切換バルブ１４は、作動ガスの圧力振動がパルス管１８に与えられるように圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂを蓄冷器入口端１６ａに選択的に連通するよう構成されている。
【００２３】
主圧力切換バルブ１４は、主吸気開閉バルブＶ１と主排気開閉バルブＶ２とを有する。主吸気開閉バルブＶ１は、供給分岐点３２ｅと主接続点３２ｄとの間で主供給路３２ａに配設されている。主排気開閉バルブＶ２は、排気合流点３２ｆと主接続点３２ｄとの間で主排気路３２ｂに配設されている。
【００２４】
主圧力切換バルブ１４は、主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２がそれぞれ排他的に開放されるよう構成されている。すなわち、主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２が同時に開くことは禁止されている。主吸気開閉バルブＶ１が開いているとき主排気開閉バルブＶ２は閉じられる。矢印Ａ１で図示されるように、圧縮機吐出口１２ａから主供給路３２ａを通じて蓄冷器１６に作動ガスが供給される。一方、主排気開閉バルブＶ２が開いているとき主吸気開閉バルブＶ１は閉じられる。矢印Ａ２で図示されるように、蓄冷器１６から主排気路３２ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。なお主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２が一時的にともに閉じられてもよい。
【００２５】
パルス管冷凍機１０は、パルス管出口端１８ｂを圧縮機１２に接続する副配管系３４を備える。副配管系３４は、主配管系３２とともに、圧縮機１２、蓄冷器１６、およびパルス管１８を含む作動ガスの循環経路を形成する。
【００２６】
副配管系３４は、圧縮機吐出口１２ａをパルス管出口端１８ｂに接続する副供給路３４ａと、圧縮機吸入口１２ｂをパルス管出口端１８ｂに接続する副排気路３４ｂと、を備える。副供給路３４ａは、供給分岐点３２ｅで主供給路３２ａから分岐する。副排気路３４ｂは、排気合流点３２ｆで主排気路３２ｂに合流する。
【００２７】
また、副配管系３４は、副供給路３４ａの一部でありかつ副排気路３４ｂの一部である副双方向流路３４ｃと、副圧力切換バルブ２０とパルス管出口端１８ｂとの間に位置する接続点３４ｄと、を備える。副供給路３４ａは、副排気路３４ｂと接続点３４ｄで合流する。副双方向流路３４ｃは、接続点３４ｄからパルス管出口端１８ｂに延びる。
【００２８】
流量調整要素２１は、パルス管１８に発生するガスピストンの位相を調整するよう構成されている。また、流量調整要素２１は、上述の循環経路における循環ガス流の直流成分を調整するよう構成されている。流量調整要素２１は、例えば、可変または固定のオリフィス、またはニードル弁である。流量調整要素２１は、副配管系３４に、具体的には副双方向流路３４ｃに配設されている。
【００２９】
副圧力切換バルブ２０は、副配管系３４に配設されている。副圧力切換バルブ２０は、作動ガスの圧力振動に対し位相遅れをもつガス変位振動がパルス管１８に与えられるようにパルス管出口端１８ｂを圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂに選択的に連通するよう構成されている。
【００３０】
副圧力切換バルブ２０は、副吸気開閉バルブＶ３と副排気開閉バルブＶ４とを有する。副吸気開閉バルブＶ３は、供給分岐点３２ｅと接続点３４ｄとの間で副供給路３４ａに配設されている。副排気開閉バルブＶ４は、排気合流点３２ｆと接続点３４ｄとの間で副排気路３４ｂに配設されている。
【００３１】
副圧力切換バルブ２０は、副吸気開閉バルブＶ３および副排気開閉バルブＶ４がそれぞれ排他的に開放されるよう構成されている。すなわち、副吸気開閉バルブＶ３および副排気開閉バルブＶ４が同時に開くことは禁止されている。副吸気開閉バルブＶ３が開いているとき副排気開閉バルブＶ４は閉じられる。矢印Ａ３で図示されるように、圧縮機吐出口１２ａから副供給路３４ａを通じてパルス管１８に作動ガスが供給される。一方、副排気開閉バルブＶ４が開いているとき副吸気開閉バルブＶ３は閉じられる。矢印Ａ４で図示されるように、パルス管１８から副排気路３４ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。なお副吸気開閉バルブＶ３および副排気開閉バルブＶ４が一時的にともに閉じられてもよい。
【００３２】
このように、パルス管冷凍機１０は、蓄冷器高温端（すなわち蓄冷器入口端１６ａ）を圧縮機吐出口１２ａに接続する主吸気開閉バルブＶ１と、蓄冷器高温端を圧縮機吸入口１２ｂに接続する主排気開閉バルブＶ２と、パルス管高温端（すなわちパルス管出口端１８ｂ）を圧縮機吐出口１２ａに接続する副吸気開閉バルブＶ３と、パルス管高温端を圧縮機吸入口１２ｂに接続する副排気開閉バルブと、を含む一群のバルブを備える。この一群のバルブは、パルス管１８内に作動ガス圧力振動を生成すべく蓄冷器高温端を圧縮機吐出口１２ａ及び圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するとともに、作動ガス圧力振動に対するパルス管１８内での作動ガス変位振動の位相遅れを制御するようパルス管高温端に接続されている。この一群のバルブは、パルス管冷凍機１０の運転中に同一周期で切り替えられ、それにより４つの開閉バルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は周期的に開閉状態を変化させる。４つの開閉バルブ（Ｖ１〜Ｖ４）はそれぞれ異なる位相で開閉される。
【００３３】
また、この一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、詳細は後述するが、パルス管冷凍機１０を冷却するための冷却用バルブタイミングに従って、またはパルス管冷凍機１０を加熱するための加熱用バルブタイミングに従って動作可能である。
【００３４】
上記の一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、ロータリーバルブの形式をとってもよい。すなわち、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、バルブ本体（またはバルブステータ）に対するバルブディスク（またはバルブロータ）の回転摺動によってバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）が適正に切り替わるよう構成されていてもよい。これにより、主圧力切換バルブ１４および副圧力切換バルブ２０が相互に同期して駆動されてもよい。その場合、パルス管冷凍機１０は、ロータリーバルブ回転軸まわりにロータリーバルブ３６を回転させるようロータリーバルブ３６に連結された逆転可能モータ３８を備える。逆転可能モータ３８はロータリーバルブ３６と機械的に連結される。ロータリーバルブ３６は、逆転可能モータ３８が正転するとき冷却用バルブタイミングに従って動作し、逆転可能モータ３８が逆転するとき加熱用バルブタイミングに従って動作するよう構成される。
【００３５】
パルス管冷凍機１０は、逆転可能モータ３８の回転方向を制御するモータ制御部４０を備えてもよい。モータ制御部４０は、使用者による入力に従って逆転可能モータ３８の回転方向を切り替えるよう構成されていてもよい。例えば、モータ制御部４０は、使用者が操作する切替スイッチを備えてもよい。この切替スイッチの操作により逆転可能モータ３８の回転方向が反転する（正転から逆転、または逆転から正転に切り替わる）。
【００３６】
パルス管冷凍機１０用のロータリーバルブユニットは、ロータリーバルブ３６と逆転可能モータ３８を含む。ロータリーバルブユニットは、モータ制御部４０を含んでもよい。ロータリーバルブユニットは、パルス管冷凍機１０のコールドヘッド（蓄冷器１６及びパルス管１８を含む構造物）に一体に搭載されてもよい。あるいは、ロータリーバルブユニットは、コールドヘッドと別体に設けられコールドヘッド（蓄冷器１６及びパルス管１８）と配管で接続されてもよい。
【００３７】
図２は、他の実施の形態に係るパルス管冷凍機１０を概略的に示す図である。図２に示されるパルス管冷凍機１０は、バルブ構成を除いて、図１に示されるパルス管冷凍機１０と同様の構成を有する。
【００３８】
パルス管冷凍機１０における一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、複数の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〜Ｖ４）は、電磁開閉弁であってもよい。一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、パルス管冷凍機１０を冷却するための冷却用バルブタイミングに従って、またはパルス管冷凍機１０を加熱するための加熱用バルブタイミングに従って動作可能である。
【００３９】
図１に示される逆転可能モータ３８及びモータ制御部４０に代えて、図２に示されるパルス管冷凍機１０は、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）それぞれの開閉を制御するバルブ制御部４２を備える。各バルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、バルブ制御部４２に電気的に接続されている。一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ４）は、バルブ制御部４２による制御のもとで、冷却用バルブタイミングまたは加熱用バルブタイミングのいずれかで動作する。
【００４０】
バルブ制御部４２は、冷却用バルブタイミングと加熱用バルブタイミングとを切り替えるよう構成された切替装置４４を備える。切替装置４４は、使用者による入力に従って冷却用バルブタイミングと加熱用バルブタイミングとを切り替えるよう構成されていてもよい。例えば、切替装置４４は、使用者が操作する切替スイッチを備えてもよい。この切替スイッチの操作により、これら２つのバルブタイミングの一方から他方へと変更される。
【００４１】
図１及び図２に示される構成において、主吸気開閉バルブＶ１は、予め定められた主吸気開始タイミングで開き主吸気終了タイミングで閉じるよう構成されている。主排気開閉バルブＶ２は、予め定められた主排気開始タイミングで開き主排気終了タイミングで閉じるよう構成されている。副吸気開閉バルブＶ３は、予め定められた副吸気開始タイミングで開き副吸気終了タイミングで閉じるよう構成されている。副排気開閉バルブＶ４は、予め定められた副排気開始タイミングで開き副排気終了タイミングで閉じるよう構成されている。
【００４２】
冷却用バルブタイミングは、パルス管１８内に作動ガス圧力振動を生成するとともに、作動ガス圧力振動に対しパルス管１８内での作動ガス変位振動に第１位相遅れを与えるよう設計されている。そのために、例えば、副圧力切換バルブ２０は、副吸気開閉バルブＶ３が主吸気開閉バルブＶ１の開放前に開放されかつ副排気開閉バルブＶ４の開放前に閉鎖されるよう構成されている。副吸気開閉バルブＶ３は、主吸気開閉バルブＶ１の閉鎖前または主吸気開閉バルブＶ１と同時に閉鎖されてもよい。また、副圧力切換バルブ２０は、副排気開閉バルブＶ４が主排気開閉バルブＶ２の開放前に開放されかつ副吸気開閉バルブＶ３の開放前に閉鎖されるよう構成されている。副排気開閉バルブＶ４は、主排気開閉バルブＶ２の閉鎖前または主排気開閉バルブＶ２と同時に閉鎖されてもよい。
【００４３】
冷却用バルブタイミングの第１位相遅れは、各バルブ（Ｖ１〜Ｖ４）の開閉動作タイミングに基づいて決まる。第１位相遅れは、主として、主吸気開始タイミングと副吸気開始タイミングとの位相差、及び／または、主排気開始タイミングと副排気開始タイミングとの位相差に基づいて決まる。
【００４４】
冷却用バルブタイミングにおいては、副吸気開始タイミングが主吸気開始タイミングに対し例えば０°から４０°の範囲から選択された位相（例えば約２０°）だけ早くてもよい。同様に、副排気開始タイミングが主排気開始タイミングに対し例えば０°から４０°の範囲から選択された位相（例えば約２０°）だけ早くてもよい。
【００４５】
加熱用バルブタイミングは、パルス管１８内に作動ガス圧力振動を生成するとともに、作動ガス圧力振動に対しパルス管１８内での作動ガス変位振動に第２位相遅れを与えるよう設計されている。そのために、例えば、副圧力切換バルブ２０は、副排気開閉バルブＶ４が主吸気開閉バルブＶ１の開放前に開放されかつ副吸気開閉バルブＶ３の開放前に閉鎖されるよう構成されている。副排気開閉バルブＶ４は、主吸気開閉バルブＶ１の閉鎖前または主吸気開閉バルブＶ１と同時に閉鎖されてもよい。また、副圧力切換バルブ２０は、副吸気開閉バルブＶ３が主排気開閉バルブＶ２の開放前に開放されかつ副排気開閉バルブＶ４の開放前に閉鎖されるよう構成されている。副吸気開閉バルブＶ３は、主排気開閉バルブＶ２の閉鎖前または主排気開閉バルブＶ２と同時に閉鎖されてもよい。
【００４６】
加熱用バルブタイミングの第２位相遅れは、各バルブ（Ｖ１〜Ｖ４）の開閉動作タイミングに基づいて決まる。第２位相遅れは、主として、主吸気開始タイミングと副排気開始タイミングとの位相差、及び／または、主排気開始タイミングと副吸気開始タイミングとの位相差に基づいて決まる。
【００４７】
加熱用バルブタイミングにおいては、副排気開始タイミングが主吸気開始タイミングに対し例えば０°から４０°の範囲から選択された位相（例えば約２０°）だけ早くてもよい。同様に、副吸気開始タイミングが主排気開始タイミングに対し例えば０°から４０°の範囲から選択された位相（例えば約２０°）だけ早くてもよい。
【００４８】
第２位相遅れは、第１位相遅れと異なる。ここで重要なのは、第１位相遅れ及び第２位相遅れそれぞれの値それ自体というよりも、これら２つの位相遅れの位相差である。第１位相遅れは一般に、パルス管冷凍機１０に最適な冷凍性能をもたらすよう設定されている。このような最適な第１位相遅れに対し、第２位相遅れは、１２０°から２４０°の範囲から選択された位相差だけずれていてもよい。第２位相遅れは、１５０°から２１０°の範囲から選択された位相差だけ第１位相遅れからずれていてもよい。第２位相遅れは、第１位相遅れから約１８０°ずれていてもよい。
【００４９】
このようにすれば、パルス管冷凍機１０が加熱用バルブタイミングで動作するとき、加熱サイクルが形成され、作動ガスの圧縮熱に基づきパルス管冷凍機１０を昇温することができる。こうしたパルス管冷凍機１０の動作の例を以下にさらに説明する。
【００５０】
図３（ａ）から図５（ｂ）を参照して、上記の構成をもつパルス管冷凍機１０の動作を説明する。
【００５１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施の形態に係るパルス管冷凍機のタイミングチャートを例示する図である。図３（ａ）には冷却用バルブタイミングの一例を示し、図３（ｂ）には加熱用バルブタイミングの一例を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）には、パルス管冷凍機１０のバルブ開閉状態が１サイクルにわたり時系列的に示されている。１サイクルが３６０°に対応付けられている。図示されるタイミングチャートは、図１及び図２に示されるパルス管冷凍機１０に適用可能である。
【００５２】
また、図４（ａ）は、図３（ａ）に示される冷却用バルブタイミングのＰＶ図を示し、図４（ｂ）は、パルス管冷凍機の動作を示す。図５（ａ）は、図３（ｂ）に示される加熱用バルブタイミングのＰＶ図を示し、図５（ｂ）は、パルス管冷凍機の動作を示す。ある圧力を保持しながらパルス管内を上下に周期的に移動する作動ガスの動きは、しばしば「ガスピストン」と称され、パルス管冷凍機の動作を説明するためによく用いられる。図４（ｂ）及び図５（ｂ）においてはガスピストン４６をパルス管１８内に破線で示す。
【００５３】
冷却用バルブタイミングにおいては、まず、パルス管１８の高温端に圧縮機１２から高圧作動ガスが供給され始める。図３（ａ）、図４（ａ）、及び図４（ｂ）に示されるＡ点が上述の副吸気開始タイミングにあたる。パルス管１８内は低圧（ＰＬ）の状態にある。Ａ点にて副吸気開閉バルブＶ３が開かれ、圧縮機吐出口１２ａから副吸気開閉バルブＶ３を通じてパルス管出口端１８ｂに高圧作動ガスが流入する。これに伴い、ガスピストン４６は、パルス管１８の低温端へと移動する。ガスピストン４６に対しパルス管入口端１８ａ側の容積が縮小される。また、ガスピストン４６に対しパルス管入口端１８ａ側の圧力は低圧（ＰＬ）である。
【００５４】
続いて、蓄冷器１６を通じてパルス管１８に高圧作動ガスが供給される。主吸気開始タイミングにあたるＢ点にて主吸気開閉バルブＶ１が開かれ、それにより、圧縮機吐出口１２ａから主吸気開閉バルブＶ１を通じて蓄冷器入口端１６ａに高圧作動ガスが流入する。ガスは蓄冷器１６によって予冷され、蓄冷器出口端１６ｂから連通路２８を通じてパルス管入口端１８ａに流入する。パルス管１８内が高圧（ＰＨ）に昇圧され、そのためガスピストン４６がパルス管１８の低温端にて若干収縮する。その後、図３（ａ）に示されるように、副吸気開閉バルブＶ３が閉鎖され、続いて主吸気開閉バルブＶ１が閉鎖される。
【００５５】
次に、パルス管１８からガスが圧縮機１２に回収され始める。副排気開始タイミングにあたるＣ点にて副排気開閉バルブＶ４が開かれ、パルス管出口端１８ｂから副排気開閉バルブＶ４を通じて圧縮機吸入口１２ｂへとガスが流出する。これに伴い、ガスピストン４６は、パルス管１８の高温端へと移動する。ガスピストン４６に対しパルス管入口端１８ａ側の容積が拡大される。パルス管１８内は高圧（ＰＨ）の状態にある。
【００５６】
続いて、パルス管１８から蓄冷器１６を通じて圧縮機１２にガスが回収される。主排気開始タイミングにあたるＤ点にて主排気開閉バルブＶ２が開かれ、パルス管１８でガスが膨張し寒冷が発生する。冷却されたガスはパルス管１８から蓄冷器１６に戻り、蓄冷器１６を冷却する。パルス管１８内は低圧（ＰＬ）に減圧され、そのためガスピストン４６がパルス管１８の高温端にて若干膨張する。その後、図３（ａ）に示されるように、副排気開閉バルブＶ４が閉鎖され、続いて主排気開閉バルブＶ２が閉鎖される。
【００５７】
このようにして、パルス管冷凍機１０が冷却用バルブタイミングに従って動作するとき、パルス管１８内に高圧（ＰＨ）と低圧（ＰＬ）の作動ガス圧力振動が生成される。圧力振動と同期して第１位相遅れをもって、パルス管１８内で作動ガスの変位振動すなわちガスピストン４６の往復動が生じる。ガスピストン４６がパルス管１８の高温端にあるときパルス管１８の低温端で作動ガスが膨張し、寒冷が発生する。
【００５８】
このような冷凍サイクルを繰り返すことにより、パルス管冷凍機１０は、パルス管１８の低温端を冷却する。したがって、パルス管冷凍機１０は、パルス管１８の低温端に熱的に結合された物体を冷却することができる。
【００５９】
一方、例示される加熱用バルブタイミングにおいては、副吸気開閉バルブＶ３及び副排気開閉バルブＶ４による吸排気タイミングが、冷却用バルブタイミングにおける副吸気開閉バルブＶ３及び副排気開閉バルブＶ４による吸排気タイミングから反転している（すなわち、１８０°ずれている）。
【００６０】
まず、パルス管１８の高温端からガスが圧縮機１２に回収される。副排気開始タイミングにあたるＥ点（図３（ｂ）、図５（ａ）及び図５（ｂ））にて副排気開閉バルブＶ４が開かれ、パルス管出口端１８ｂから副排気開閉バルブＶ４を通じて圧縮機吸入口１２ｂへとガスが流出する。これに伴い、ガスピストン４６は、パルス管１８の高温端へと移動する。ガスピストン４６に対しパルス管入口端１８ａ側の容積が拡大される。パルス管１８内は低圧（ＰＬ）の状態にある。
【００６１】
続いて、蓄冷器１６を通じてパルス管１８に高圧作動ガスが供給される。主吸気開始タイミングにあたるＦ点にて主吸気開閉バルブＶ１が開かれ、それにより、圧縮機吐出口１２ａから主吸気開閉バルブＶ１を通じて蓄冷器入口端１６ａに高圧作動ガスが流入する。ガスは蓄冷器１６を暖めながら、蓄冷器出口端１６ｂから連通路２８を通じてパルス管入口端１８ａに流入する。パルス管１８内は高圧（ＰＨ）に昇圧され、このときパルス管１８内で作動ガスの断熱圧縮が生じ、圧縮熱が発生する。パルス管１８内の昇圧のため、ガスピストン４６がパルス管１８の高温端にて若干収縮する。その後、図３（ｂ）に示されるように、副排気開閉バルブＶ４が閉鎖され、続いて主吸気開閉バルブＶ１が閉鎖される。
【００６２】
次に、パルス管１８の高温端に圧縮機１２から高圧作動ガスが供給される。副吸気開始タイミングにあたるＧ点にて副吸気開閉バルブＶ３が開かれ、圧縮機吐出口１２ａから副吸気開閉バルブＶ３を通じてパルス管出口端１８ｂに高圧作動ガスが流入する。これに伴い、ガスピストン４６は、パルス管１８の低温端へと移動する。ガスピストン４６に対しパルス管入口端１８ａ側の容積が縮小される。パルス管１８内は高圧（ＰＨ）の状態にある。
【００６３】
続いて、パルス管１８から蓄冷器１６を通じて圧縮機１２にガスが回収される。主排気開始タイミングにあたるＨ点にて主排気開閉バルブＶ２が開かれ、加熱されたガスはパルス管入口端１８ａから連通路２８を通じて蓄冷器１６に戻り、蓄冷器１６を昇温する。パルス管１８内が低圧（ＰＬ）に減圧され、そのためガスピストン４６がパルス管１８の低温端にて若干膨張する。その後、図３（ｂ）に示されるように、副吸気開閉バルブＶ３が閉鎖され、続いて主排気開閉バルブＶ２が閉鎖される。
【００６４】
このようにして、パルス管冷凍機１０が加熱用バルブタイミングに従って動作するとき、パルス管１８内に高圧（ＰＨ）と低圧（ＰＬ）の作動ガス圧力振動が生成される。圧力振動と同期して第２位相遅れをもって、パルス管１８内で作動ガスの変位振動すなわちガスピストン４６の往復動が生じる。第２位相遅れは第１位相遅れに対し約１８０°ずれている。ガスピストン４６がパルス管１８の高温端にあるときパルス管１８の低温端で作動ガスが圧縮され、熱が発生する。
【００６５】
このような昇温サイクルを繰り返すことにより、パルス管冷凍機１０は、パルス管１８の低温端を昇温することができる。したがって、パルス管冷凍機１０は、パルス管１８の低温端に熱的に結合された物体を加熱することができる。
【００６６】
このようにして、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０によると、一群のバルブ（好ましくは、１つのロータリーバルブとして具現化される）が冷却用バルブタイミングで動作するとき、パルス管１８内での作動ガスの圧力振動に対し変位振動が第１位相遅れをもつ。それによってパルス管冷凍機１０には冷凍サイクルが形成され、パルス管冷凍機１０は冷却される。そして、加熱用バルブタイミングに伴う第２位相遅れは、第１位相遅れから１２０°から２４０°の範囲から選択された位相差（例えば約１８０°）だけずれている。このような位相ずれを適用して一群のバルブを加熱用バルブタイミングで動作させると、パルス管冷凍機１０には昇温サイクルが形成され、作動ガスの圧縮熱に基づきパルス管冷凍機１０を昇温することができる。
【００６７】
作動ガスの圧縮熱を利用するので、作動ガスをパルス管から蓄冷器へと一方向に一定に流通させるといった公知の方法に比べて、効率的に短時間でパルス管冷凍機１０を昇温することができる。また、電気ヒータなど加熱素子を追加することなく、パルス管冷凍機１０を室温よりも高温まで昇温することもできる。
【００６８】
次に、図１に示されるパルス管冷凍機１０のロータリーバルブ３６について、例示的な構成を説明する。ロータリーバルブ３６は、逆転可能モータ３８が正転するとき冷却用バルブタイミングに従って動作し、逆転可能モータ３８が逆転するとき加熱用バルブタイミングに従って動作するよう構成されている。
【００６９】
図６は、実施の形態に係るパルス管冷凍機用のロータリーバルブユニットを示す概略斜視図である。理解を容易にするために、破線により内部構造の一部を示す。
【００７０】
ロータリーバルブ３６は、バルブステータ５０とバルブロータ５２を備える。バルブステータ５０は、ロータリーバルブ３６を収容するバルブハウジング５４、またはその他の静止部に固定されている。バルブハウジング５４は図１に示される蓄冷器１６及びパルス管１８と一体的に固定されていてもよいし（すなわち、パルス管冷凍機１０のコールドヘッドに搭載されていてもよいし）、蓄冷器１６及びパルス管１８と別体に設けられていてもよい。
【００７１】
バルブステータ５０は、第１バルブステータ５０ａと第２バルブステータ５０ｂとを含む。第１バルブステータ５０ａと第２バルブステータ５０ｂはともにバルブハウジング５４に固定されている。第１バルブステータ５０ａと第２バルブステータ５０ｂは円筒状に形成され、ロータリーバルブ回転軸（以下、バルブ回転軸ともいう）５６と同軸に配置されている。第２バルブステータ５０ｂが第１バルブステータ５０ａを囲むように第１バルブステータ５０ａの外側に配置されている。第２バルブステータ５０ｂの内側の円筒面が第１バルブステータ５０ａの外側の円筒面と接触している。
【００７２】
このようにして、バルブステータ５０は、２つのステータ部品に分割されている。ただし、こうした分割は必須ではなく、バルブステータ５０は、単一の部品であってもよい。
【００７３】
バルブステータ５０は、蓄冷器ポート５８及びパルス管ポート６０を有する。ロータリーバルブ３６は、蓄冷器ポート５８を通じて、図１に示される蓄冷器入口端１６ａに接続され、蓄冷器１６と流体的に連絡している。蓄冷器ポート５８は、図１に示される主双方向流路３２ｃにあたる。またロータリーバルブ３６は、パルス管ポート６０を通じて、図１に示されるパルス管出口端１８ｂに接続され、パルス管１８と流体的に連絡している。パルス管ポート６０は、図１に示される副双方向流路３４ｃにあたる。
【００７４】
蓄冷器ポート５８及びパルス管ポート６０は、第２バルブステータ５０ｂの円筒側面に開口している。蓄冷器ポート５８とパルス管ポート６０は、バルブ回転軸５６を挟んで互いに反対側に配置されている。蓄冷器ポート５８は、第２バルブステータ５０ｂから第１バルブステータ５０ａへと両者の接触面を貫通している。第２バルブステータ５０ｂと第１バルブステータ５０ａとの接触面においてＯリングなどのシール部材によって蓄冷器ポート５８とパルス管ポート６０を互いにシールするために、蓄冷器ポート５８とパルス管ポート６０はバルブ回転軸５６の方向に異なる位置にある。
【００７５】
またバルブステータ５０は、高圧ポート６２を有する。ロータリーバルブ３６は、高圧ポート６２を通じて、図１に示される圧縮機吐出口１２ａに接続され、圧縮機１２と流体的に連絡している。高圧ポート６２は、図１に示される主供給路３２ａにあたる。高圧ポート６２は、第１バルブステータ５０ａの底面（すなわちバルブ回転軸５６の方向にバルブロータ５２とは反対側の面）に開口している。
【００７６】
バルブロータ５２は、バルブ回転軸５６まわりにバルブステータ５０に対し回転するよう逆転可能モータ３８に連結されている。例えば、バルブロータ５２は、バルブ回転軸５６の方向に一端側で、クランク機構などの回転伝達機構６６を介して逆転可能モータ３８の出力軸に連結されている。バルブロータ５２は、逆転可能モータ３８の出力軸に直接連結されていてもよい。バルブロータ５２は、矢印Ｒで示されるように、バルブ回転軸５６まわりに正逆両方向に回転可能である。
【００７７】
またバルブロータ５２は、バルブ回転軸５６の方向に他端側で、バルブステータ５０に対し回転摺動するようバルブステータ５０と面接触している。バルブロータ５２とバルブステータ５０の面接触は、バルブステータ５０とバルブロータ５２を流通する作動ガスの気密性を保持するようになっている。換言すれば、バルブロータ５２とバルブステータ５０との接触面圧によって、バルブロータ５２及びバルブステータ５０の回転摺動面を貫通する高圧ガス流路と低圧ガス流路は、互いにシールされている。
【００７８】
バルブロータ５２は、第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂとを含む。第１バルブロータ５２ａ及び第２バルブロータ５２ｂは、バルブ回転軸５６まわりにバルブステータ５０に対し回転するよう逆転可能モータ３８に連結されている。第１バルブロータ５２ａは、回転により蓄冷器高温端を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するよう構成されている。第２バルブロータ５２ｂは、回転によりパルス管高温端を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するよう構成されている。ロータリーバルブ３６の内部の流路構成については後述する。
【００７９】
第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂは円筒状に形成され、バルブ回転軸５６と同軸に配置されている。第２バルブロータ５２ｂが第１バルブロータ５２ａを囲むように第１バルブロータ５２ａの外側に配置されている。第２バルブロータ５２ｂの内側の円筒面が第１バルブロータ５２ａの外側の円筒面と接触している。第２バルブロータ５２ｂは、バルブ回転軸５６の方向に一端側が閉じられ他端側が開放されており、第１バルブロータ５２ａを嵌め入れる凹部を有する。第２バルブロータ５２ｂの閉じた端部に第１バルブロータ５２ａの上面（バルブ回転軸５６の方向にバルブステータ５０とは反対側の面）が接触している。
【００８０】
このようにして、バルブロータ５２は、２つのロータ部品に分割されている。
【００８１】
バルブロータ５２は、主低圧ポート６４及び副低圧ポート６５を有する。ロータリーバルブ３６は、主低圧ポート６４及び副低圧ポート６５を通じて、図１に示される圧縮機吸入口１２ｂに接続され、圧縮機１２と流体的に連絡している。主低圧ポート６４は、図１に示される主排気路３２ｂにあたる。副低圧ポート６５は、図１に示される副排気路３４ｂにあたる。主低圧ポート６４及び副低圧ポート６５は、第２バルブロータ５２ｂの上面に開口している。図においては主低圧ポート６４が２つのガス出口を含むが、ガス出口は１つだけでもよい。
【００８２】
第１バルブロータ５２ａは、第１バルブステータ５０ａに対し回転摺動するよう第１バルブステータ５０ａと面接触している。第１バルブロータ５２ａの外径は第１バルブステータ５０ａの外径と一致している。第２バルブロータ５２ｂは、第２バルブステータ５０ｂに対し回転摺動するよう第２バルブステータ５０ｂと面接触している。第２バルブロータ５２ｂの内径及び外径は、第２バルブステータ５０ｂの内径及び外径と一致している。なお外径については第２バルブロータ５２ｂと第２バルブステータ５０ｂとで異なっていてもよい。
【００８３】
第１バルブステータ５０ａと第１バルブロータ５２ａの組み合わせが、図１に示される主圧力切換バルブ１４、すなわち主吸気開閉バルブＶ１及び主排気開閉バルブＶ２を構成する。第２バルブステータ５０ｂと第２バルブロータ５２ｂの組み合わせが、図１に示される副圧力切換バルブ２０、すなわち副吸気開閉バルブＶ３及び副排気開閉バルブＶ４を構成する。
【００８４】
第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂは、バルブロータ連結機構６８によって互いに連結されている。バルブロータ連結機構６８は、逆転可能モータ３８が正転するとき第１バルブロータ５２ａが第２バルブロータ５２ｂと第１相対角度を保持して両バルブロータがバルブ回転軸５６まわりに回転するように、かつ逆転可能モータ３８が逆転するとき第１バルブロータ５２ａが第２バルブロータ５２ｂと第２相対角度を保持して両バルブロータがバルブ回転軸５６まわりに回転するように、第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂを互いに連結する。逆転可能モータ３８の回転は回転伝達機構６６を介して（または直接）第２バルブロータ５２ｂに伝えられ、第２バルブロータ５２ｂの回転はバルブロータ連結機構６８を介して第１バルブロータ５２ａに伝えられる。こうして、第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂは、一体に回転する。
【００８５】
バルブロータ連結機構６８は、逆転可能モータ３８の回転方向の反転に伴って第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂの相対位置を変更するよう構成されている。より具体的には、バルブロータ連結機構６８は、逆転可能モータ３８の回転方向の反転に伴って第１相対角度と第２相対角度とを切り替えるよう構成されている。バルブロータ連結機構６８の詳細は後述する。
【００８６】
第２相対角度は、第１相対角度と異なる。第１相対角度は、ロータリーバルブ３６が冷却用バルブタイミングの第１位相遅れを与えるよう設定されている。第２相対角度は、ロータリーバルブ３６が加熱用バルブタイミングの第２位相遅れを与えるよう設定されている。第２相対角度は、１２０°から２４０°の範囲から選択された角度だけ第１相対角度からずれていてもよい。第２相対角度は、１５０°から２１０°の範囲から選択された角度だけ第１相対角度からずれていてもよい。第２相対角度は、第１相対角度から約１８０°ずれていてもよい。
【００８７】
このようにすれば、逆転可能モータ３８が正転するとき冷却用バルブタイミングに従ってロータリーバルブ３６を動作させ、逆転可能モータ３８が逆転するとき加熱用バルブタイミングに従ってロータリーバルブ３６を動作させることができる。
【００８８】
図７（ａ）から図９（ｂ）を参照して、ロータリーバルブ３６の流路構成を説明する。
【００８９】
図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図７（ｃ）は、実施の形態に係るロータリーバルブユニットの回転摺動面を示す概略平面図である。図７（ａ）にはバルブロータ５２と面接触するバルブステータ５０の面を示し、図７（ｂ）及び図７（ｃ）にはバルブステータ５０と面接触するバルブロータ５２の面を示す。図７（ｂ）は冷却用バルブタイミングにおける第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂの相対位置を示し、図７（ｃ）は加熱用バルブタイミングにおける第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂの相対位置を示す。
【００９０】
また、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、冷却用バルブタイミングにおける流路接続を示すロータリーバルブ３６の概略断面図である。図８（ａ）には、主吸気開閉バルブＶ１及び副吸気開閉バルブＶ３が開いた状態（つまり主排気開閉バルブＶ２及び副排気開閉バルブＶ４は閉じた状態）を示す。図８（ｂ）には、主排気開閉バルブＶ２及び副排気開閉バルブＶ４が開いた状態（つまり主吸気開閉バルブＶ１及び副吸気開閉バルブＶ３は閉じた状態）を示す。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、加熱用バルブタイミングにおける流路接続を示すロータリーバルブ３６の概略断面図である。図９（ａ）には、主吸気開閉バルブＶ１及び副排気開閉バルブＶ４が開いた状態（つまり主排気開閉バルブＶ２及び副吸気開閉バルブＶ３は閉じた状態）を示す。図８（ｂ）には、主排気開閉バルブＶ２及び副吸気開閉バルブＶ３が開いた状態（つまり主吸気開閉バルブＶ１及び副排気開閉バルブＶ４は閉じた状態）を示す。図８（ａ）から図９（ｂ）は、バルブ回転軸５６を含む断面を示す。
【００９１】
図７（ａ）に示されるように、第１バルブステータ５０ａは第１ステータ平面７０ａを有し、第２バルブステータ５０ｂは第２ステータ平面７０ｂを有する。第１ステータ平面７０ａは第１バルブステータ５０ａの端面であり、第２ステータ平面７０ｂは第２バルブステータ５０ｂの端面である。上述のようにバルブステータ５０は第１バルブステータ５０ａ及び第２バルブステータ５０ｂを内筒及び外筒とする二重円筒構造をもつから、第１ステータ平面７０ａは円形領域を有し、第２ステータ平面７０ｂは第１ステータ平面７０ａを囲む円環領域を有する。第１ステータ平面７０ａと第２ステータ平面７０ｂは、バルブ回転軸５６の方向に概ね同じ高さに位置しており、よって第１ステータ平面７０ａと第２ステータ平面７０ｂは概ね同じ平面上にある。
【００９２】
第１ステータ平面７０ａには高圧ポート６２及び蓄冷器ポート５８が開口している。高圧ポート６２は第１ステータ平面７０ａの中心に位置する。すなわち高圧ポート６２は、バルブ回転軸５６の方向に第１バルブステータ５０ａを貫通している。蓄冷器ポート５８は、第１ステータ平面７０ａの外周部から第２バルブステータ５０ｂの円筒側面へと貫通している。すなわち蓄冷器ポート５８は、バルブ回転軸５６の方向に第１バルブステータ５０ａ内に進入し、径方向外向きに屈曲され、第１バルブステータ５０ａの円筒側面に開口している。そして、蓄冷器ポート５８は、第２バルブステータ５０ｂを径方向に貫通する穴へとつながっている。
【００９３】
第２ステータ平面７０ｂにはパルス管ポート６０が開口している。パルス管ポート６０は、高圧ポート６２（すなわちバルブ回転軸５６）を挟んで蓄冷器ポート５８と反対側に位置する。パルス管ポート６０は、第２ステータ平面７０ｂからバルブ回転軸５６の方向に第２バルブステータ５０ｂ内に進入し、径方向外向きに屈曲され、第２バルブステータ５０ｂの円筒側面へと貫通している。
【００９４】
図７（ｂ）に示されるように、第１バルブロータ５２ａは、第１ステータ平面７０ａと面接触する第１ロータ平面７２ａを有し、第２バルブロータ５２ｂは、第２ステータ平面７０ｂと面接触する第２ロータ平面７２ｂを有する。第１ロータ平面７２ａは第１バルブロータ５２ａの端面であり、第２ロータ平面７２ｂは第２バルブロータ５２ｂの端面である。上述のようにバルブロータ５２は第１バルブロータ５２ａ及び第２バルブロータ５２ｂを内筒及び外筒とする二重円筒構造をもつから、第１ロータ平面７２ａは円形領域を有し、第２ロータ平面７２ｂは第１ロータ平面７２ａを囲む円環領域を有する。第１バルブステータ５０ａと第２バルブステータ５０ｂは、バルブ回転軸５６の方向に概ね同じ高さに位置しており、よって第１バルブステータ５０ａと第２バルブステータ５０ｂは概ね同じ平面上にある。
【００９５】
第１ロータ平面７２ａには、第１ロータ高圧流路７４が開口している。第１ロータ高圧流路７４は、第１ロータ平面７２ａの中心部から径方向外側に延びる矩形状または長円状のガス入口を第１ロータ平面７２ａ上に定める。このガス入口は第１ロータ平面７２ａの径方向に延びている。ただし、第１ロータ高圧流路７４は第１バルブロータ５２ａの円筒側面までは達していない。第１ロータ高圧流路７４の径方向長さは、第１ステータ平面７０ａ上の高圧ポート６２から蓄冷器ポート５８までの径方向長さとほぼ等しい。第１ロータ高圧流路７４の外周部と蓄冷器ポート５８とはバルブ回転軸５６を中心とする概ね同一円周上に位置する。
【００９６】
第１ロータ高圧流路７４の中心部は、第１ロータ平面７２ａから、バルブ回転軸５６の方向に第１バルブロータ５２ａの上面（第１ロータ平面７２ａとは反対側の端面）まで貫通している（図８（ａ）参照）。第１ロータ高圧流路７４は、高圧ポート６２と常時つながっている。
【００９７】
また第１ロータ平面７２ａには、第１ロータ低圧流路７６が開口している。第１ロータ平面７２ａ上でのバルブ回転軸５６から第１ロータ低圧流路７６までの径方向長さは、第１ステータ平面７０ａ上でのバルブ回転軸５６から蓄冷器ポート５８までの径方向長さとほぼ等しい。第１ロータ低圧流路７６と蓄冷器ポート５８とはバルブ回転軸５６を中心とする概ね同一円周上に位置する。第１ロータ低圧流路７６は、バルブ回転軸５６に対し第１ロータ高圧流路７４とは反対側に位置する。第１ロータ低圧流路７６は、第１ロータ平面７２ａから、バルブ回転軸５６の方向に第１バルブロータ５２ａの上面まで貫通している（図８（ａ）参照）。
【００９８】
第２ロータ平面７２ｂには、副低圧ポート６５及び第２ロータ高圧流路７８が開口している。副低圧ポート６５、第２ロータ高圧流路７８、及び第２ステータ平面７０ｂ上のパルス管ポート６０は、バルブ回転軸５６を中心とする概ね同一円周上に位置する。副低圧ポート６５は、バルブ回転軸５６の方向に第２バルブロータ５２ｂの上面まで貫通している。第２ロータ高圧流路７８は、第２バルブロータ５２ｂの内部で折れ曲がり、第１ロータ高圧流路７４に至る（図８（ａ）参照）。第２ロータ高圧流路７８は、第１バルブロータ５２ａの上面にて第１ロータ高圧流路７４と常時つながっている。
【００９９】
図８（ａ）に示されるように、主低圧ポート６４は、第２バルブロータ５２ｂの上面から第２バルブロータ５２ｂを貫通している。そして、主低圧ポート６４は、円弧状の低圧溝８０を含む。円弧状の低圧溝８０は、第１バルブロータ５２ａが第２バルブロータ５２ｂと接触する面（すなわち第１バルブロータ５２ａの上面と対向する第２バルブロータ５２ｂの面）に形成されている（破線で示す）。図１１にも示されるように、円弧状の低圧溝８０と第１ロータ低圧流路７６は、バルブ回転軸５６を中心とする概ね同一円周上に位置する。第１ロータ低圧流路７６は円弧状の低圧溝８０を通じて主低圧ポート６４と常時つながっている。このようにして、主低圧ポート６４は、第２ロータ高圧流路７８を避けるように第２バルブロータ５２ｂに形成されている。
【０１００】
副低圧ポート６５、第１ロータ低圧流路７６、第１ロータ高圧流路７４、及び第２ロータ高圧流路７８は、バルブ回転軸５６を通る第１バルブロータ５２ａの中心線に沿って一列に並んでいる。図７（ｂ）に示されるように、冷却用バルブタイミングの場合、副低圧ポート６５が第１ロータ高圧流路７４と隣接し、第２ロータ高圧流路７８が第１ロータ低圧流路７６と隣接している。
【０１０１】
上述のように、第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂの角度的な相対位置関係が、冷却用バルブタイミングと加熱用バルブタイミングとで異なる。図７（ｂ）と図７（ｃ）（または、図８（ａ）と図９（ａ））を対比するとわかるように、第２バルブロータ５２ｂが第１バルブロータ５２ａに対し１８０°回転している。図７（ｃ）に示されるように、加熱用バルブタイミングの場合、副低圧ポート６５が第１ロータ低圧流路７６と隣接し、第２ロータ高圧流路７８が第１ロータ高圧流路７４と隣接している。
【０１０２】
図７（ｂ）に示されるように、第１バルブロータ５２ａは、第１円筒面７３ａを有し、第２バルブロータ５２ｂは、第２円筒面７３ｂを有する。第１円筒面７３ａは、第１バルブロータ５２ａの側面であり、第２円筒面７３ｂは、第２バルブロータ５２ｂの内側の側面である。第１円筒面７３ａと第２円筒面７３ｂは、互いに接触している。
【０１０３】
ロータリーバルブ３６は、作動ガス流路の出入口が第１円筒面７３ａと第２円筒面７３ｂのいずれにも存在しないよう構成されている。第１バルブロータ５２ａの作動ガス流路はすべて、回転摺動面である第１ロータ平面７２ａから、反対側の面である上面へと貫通している。第２バルブロータ５２ｂの作動ガス流路は、回転摺動面である第２ロータ平面７２ｂから、上面または第１バルブロータ５２ａとの接触面へと貫通している。
【０１０４】
このようにすれば、作動ガス流路が存在しないから、第１円筒面７３ａと第２円筒面７３ｂの間には、Ｏリングなどのシール部材を設ける必要がない。仮にシール部材が設けられたとすると、第１バルブロータ５２ａに対する第２バルブロータ５２ｂの相対回転は、シール部材に不所望の変形を生じさせうる。その結果、シール部材の耐久性に影響が生じうる。
【０１０５】
ある実施の形態においては、ロータリーバルブ３６は、作動ガス流路の出入口が第１円筒面７３ａと第２円筒面７３ｂに存在するように構成されていてもよい。その場合、第１円筒面７３ａと第２円筒面７３ｂの間にＯリングなどのシール部材が設けられてもよい。
【０１０６】
相対回転における摺動性を向上するために、第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂは、異なる材料で形成されることが望ましい。同様に、良好な摺動のために、バルブステータ５０とバルブロータ５２は異なる材料で形成されることが望ましい。例えば、２つの摺動部品の一方が金属材料（例えばアルミ材または鉄材）、他方が樹脂材料（例えば、エンジニアリングプラスチック材料、フッ素樹脂材料）で形成される場合、良好な摺動性を得ることができる。
【０１０７】
したがって、第１ステータ平面７０ａが樹脂材料で形成され、第２ステータ平面７０ｂが金属材料で形成され、第１ロータ平面７２ａが金属材料で形成され、第２ロータ平面７２ｂが樹脂材料で形成されていてもよい。あるいは、第１ステータ平面７０ａが金属材料で形成され、第２ステータ平面７０ｂが樹脂材料で形成され、第１ロータ平面７２ａが樹脂材料で形成され、第２ロータ平面７２ｂが金属材料で形成されていてもよい。ここで、ロータ平面を含むバルブロータの一部分のみ、またはステータ平面を含むバルブステータの一部分のみが所望の材料で形成されていてもよい。あるいは、バルブステータの全体、またはバルブロータの全体が所望の材料で形成されていてもよい。
【０１０８】
ロータリーバルブ３６において主吸気開閉バルブＶ１は、高圧ポート６２、第１ロータ高圧流路７４、及び蓄冷器ポート５８によって構成される。バルブロータ５２の回転中において、第１ロータ高圧流路７４が蓄冷器ポート５８と重なるとき高圧ポート６２が蓄冷器ポート５８と接続する。高圧ポート６２から第１ロータ高圧流路７４を通じて蓄冷器ポート５８への高圧作動ガスの流入が可能となる。これが主吸気開閉バルブＶ１の開状態である（図８（ａ）及び図９（ａ））。一方、第１ロータ高圧流路７４が蓄冷器ポート５８と重ならないとき高圧ポート６２が蓄冷器ポート５８から切断され、高圧ポート６２から蓄冷器ポート５８への作動ガスの流入は不能となる。これが主吸気開閉バルブＶ１の閉状態である（図８（ｂ）及び図９（ｂ））。
【０１０９】
主排気開閉バルブＶ２は、蓄冷器ポート５８、第１ロータ低圧流路７６、及び主低圧ポート６４によって構成される。バルブロータ５２の回転中において、第１ロータ低圧流路７６が蓄冷器ポート５８と重なるとき蓄冷器ポート５８が主低圧ポート６４と接続する。蓄冷器ポート５８から第１ロータ低圧流路７６を通じて主低圧ポート６４へと低圧作動ガスの流出が可能となる。これが主排気開閉バルブＶ２の開状態である（図８（ｂ）及び図９（ｂ））。一方、第１ロータ低圧流路７６が蓄冷器ポート５８と重ならないとき主低圧ポート６４から蓄冷器ポート５８が切断され、蓄冷器ポート５８から主低圧ポート６４への作動ガスの流出は不能となる。これが主排気開閉バルブＶ２の閉状態である（図８（ａ）及び図９（ａ））。
【０１１０】
副吸気開閉バルブＶ３は、高圧ポート６２、第１ロータ高圧流路７４、第２ロータ高圧流路７８、及びパルス管ポート６０によって構成される。バルブロータ５２の回転中において、第２ロータ高圧流路７８がパルス管ポート６０と重なるとき高圧ポート６２がパルス管ポート６０と接続する。高圧ポート６２から第１ロータ高圧流路７４及び第２ロータ高圧流路７８を通じてパルス管ポート６０への高圧作動ガスの流入が可能となる。これが副吸気開閉バルブＶ３の開状態である（図８（ａ）及び図９（ａ））。一方、第２ロータ高圧流路７８がパルス管ポート６０と重ならないとき高圧ポート６２がパルス管ポート６０から切断され、高圧ポート６２からパルス管ポート６０への作動ガスの流入は不能となる。これが副吸気開閉バルブＶ３の閉状態である（図８（ｂ）及び図９（ｂ））。
【０１１１】
副排気開閉バルブＶ４は、パルス管ポート６０及び副低圧ポート６５によって構成される。バルブロータ５２の回転中において、副低圧ポート６５がパルス管ポート６０と重なるときパルス管ポート６０が副低圧ポート６５と接続し、パルス管ポート６０から副低圧ポート６５へと低圧作動ガスの流出が可能となる。これが副排気開閉バルブＶ４の開状態である（図８（ｂ）及び図９（ｂ））。一方、副低圧ポート６５がパルス管ポート６０と重ならないとき副低圧ポート６５からパルス管ポート６０が切断され、パルス管ポート６０から副低圧ポート６５への作動ガスの流出は不能となる。これが副排気開閉バルブＶ４の閉状態である（図８（ａ）及び図９（ａ））。
【０１１２】
最後に、図１０及び図１１を参照して、バルブロータ連結機構６８について、例示的な構成を説明する。図１０は、実施の形態に係るバルブロータ５２を示す概略斜視分解図であり、図１１は、実施の形態に係る第２バルブロータ５２ｂを示す概略斜視図である。図１１には、第１バルブロータ５２ａを受け入れるために第２バルブロータ５２ｂに形成された凹部が、第２ロータ平面７２ｂとともに示されている。
【０１１３】
バルブロータ連結機構６８は、連結ピン案内溝８２、連結ピン８４、及び連結ピン固定穴８６を備える。連結ピン案内溝８２は、第１バルブロータ５２ａの上面８８に形成されている。連結ピン案内溝８２は、バルブ回転軸５６を中心として円弧状に形成されている。連結ピン案内溝８２は、第１溝端部８２ａ及び第２溝端部８２ｂを有する。第１溝端部８２ａ及び第２溝端部８２ｂは、周方向に連結ピン案内溝８２の両端にあたる。連結ピン案内溝８２の中心角の大きさは、第１相対角度と第２相対角度の位相差に相当する。したがって、連結ピン案内溝８２の中心角の大きさは、例えば、１２０°から２４０°の範囲から選択され、または１５０°から２１０°の範囲から選択された角度である。本実施の形態においては、連結ピン案内溝８２の中心角の大きさは、約１８０°である。
【０１１４】
連結ピン８４は、第２バルブロータ５２ｂに固定的に支持されている。連結ピン８４は、バルブ回転軸５６と平行に延びている。連結ピン８４の一端が連結ピン案内溝８２に挿入され、他端が連結ピン固定穴８６に取り付けられる。連結ピン８４は、連結ピン固定穴８６に嵌め込まれて固定されていてもよいし、多少の遊びをもって連結ピン固定穴８６に挿入されていてもよい。連結ピン固定穴８６は、第２バルブロータ５２ｂに形成されている。第２バルブロータ５２ｂが第１バルブロータ５２ａの上面８８と接触する接触面９０に連結ピン固定穴８６が形成されている。連結ピン案内溝８２と連結ピン固定穴８６は、バルブ回転軸５６を中心として同一円周上にある。連結ピン固定穴８６は、円弧状の低圧溝８０とも同一円周上にある。
【０１１５】
連結ピン８４は、図１及び図６に示される逆転可能モータ３８が正転するとき第１バルブロータ５２ａが第２バルブロータ５２ｂと第１相対角度を保持するよう連結ピン案内溝８２の第１溝端部８２ａと係合する。また、連結ピン８４は、逆転可能モータ３８が逆転するとき第１バルブロータ５２ａが第２バルブロータ５２ｂと第２相対角度を保持するよう連結ピン案内溝８２の第２溝端部８２ｂと係合する。連結ピン案内溝８２は、逆転可能モータ３８が正転から逆転に切り替わるとき連結ピン８４を第１溝端部８２ａから第２溝端部８２ｂへと案内し、逆転可能モータ３８が逆転から正転に切り替わるとき連結ピン８４を第２溝端部８２ｂから第１溝端部８２ａへと案内するよう形成されている。
【０１１６】
したがって、逆転可能モータ３８が正転から逆転に切り替わるとき第２バルブロータ５２ｂが第１バルブロータ５２ａに対し角度的に変位し、両バルブロータの相対角度が第１相対角度から第２相対角度に切り替わる。また、逆転可能モータ３８が逆転から正転に切り替わるとき第２バルブロータ５２ｂが第１バルブロータ５２ａに対し角度的に変位し、両バルブロータの相対角度が第２相対角度から第１相対角度に切り替わる。
【０１１７】
このようにすれば、連結ピン案内溝８２と連結ピン８４の組み合わせという比較的簡単な構造で、第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂの相対角度を切り替えることができる。
【０１１８】
なお、連結ピン案内溝８２が、第２バルブロータ５２ｂに形成され、連結ピン８４が、第１バルブロータ５２ａに固定的に支持されてもよい。連結ピン固定穴８６は、第１バルブロータ５２ａに形成されていてもよい。
【０１１９】
図１１には、第２バルブロータ５２ｂの接触面９０に形成された円弧状の低圧溝８０が示されている。円弧状の低圧溝８０の中心角は、第１相対角度と第２相対角度の位相差より大きく、または等しくてもよい。本実施の形態においては、円弧状の低圧溝８０の中心角は約２７０°であり、第１相対角度と第２相対角度の位相差の約１８０°より大きい。このようにすれば、両バルブロータの相対角度が切り替わっても、円弧状の低圧溝８０を通じて主低圧ポート６４を第１ロータ低圧流路７６と常時接続することができる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
上記の実施の形態においては、ロータリーバルブ３６の内筒部（第１バルブステータ５０ａ及び第１バルブロータ５２ａ）が主圧力切換バルブ１４を構成し、ロータリーバルブ３６の外筒部（第２バルブステータ５０ｂ及び第２バルブロータ５２ｂ）が副圧力切換バルブ２０を構成している。しかし、ロータリーバルブ３６の内筒部が副圧力切換バルブ２０を構成し、ロータリーバルブ３６の外筒部が主圧力切換バルブ１４を構成することも可能である。また、ロータリーバルブ３６の内部の流路構成は、説明したものには限定されず、種々の具体的構成が可能である。
【０１２２】
上記の実施の形態においては、バルブロータ５２が二部品に分割され、それら二部品の相対位置が切替可能である。しかし、本発明はこれに限られない。図１２は、ある他の実施の形態に係るバルブステータを示す概略断面図である。ある実施の形態においては、バルブステータ５０が二部品に分割され、それら二部品の相対位置が切替可能であってもよい。この場合、バルブロータ５２は第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂが一体化された単一の部品であってもよい。ロータリーバルブ３６は、逆転可能モータ３８が正転するとき第１バルブステータ５０ａが第２バルブステータ５０ｂと第１相対角度を保持し、逆転可能モータ３８が逆転するとき第１バルブステータ５０ａが第２バルブステータ５０ｂと第２相対角度を保持するように、第１バルブステータ５０ａと第２バルブステータ５０ｂを互いに連結するバルブステータ連結機構９２を備えてもよい（図１２参照）。
【０１２３】
バルブステータ連結機構９２は、ボルトなどの締結具によって第１バルブステータ５０ａを第２バルブステータ５０ｂと連結するよう構成され、第１相対角度と第２相対角度を切替可能に構成されていてもよい。バルブステータ連結機構９２は、例えば手動によりバルブステータ５０から取り外し可能とされ、相対角度の切替後に再びバルブステータ５０に取付可能とされていてもよい。
【０１２４】
上記の実施の形態においては、バルブロータ５２が二部品に分割され、それら二部品の相対位置としてバルブ回転軸５６まわりの相対角度が切替可能である。しかし、本発明はこれに限られない。適用可能であれば、ロータリーバルブ３６は、第１バルブロータ５２ａと第２バルブロータ５２ｂとの回転軸方向の相対移動によって、冷却用バルブタイミングと加熱用バルブタイミングを切り替えるよう構成されていてもよい。また、ロータリーバルブ３６は、第１バルブステータ５０ａと第２バルブステータ５０ｂとの回転軸方向の相対移動によって、冷却用バルブタイミングと加熱用バルブタイミングを切り替えるよう構成されていてもよい。
【０１２５】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、更なる他の実施の形態に係るロータリーバルブ３６を示す概略断面図である。なお説明の便宜上、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）においてはロータリーバルブ３６の内部流路の図示は省略されている。
【０１２６】
図示されるロータリーバルブ３６においては、第１樹脂バルブ部材が第１金属バルブ部材によって囲まれている場合に、第１樹脂バルブ部材が第１金属バルブ部材に対して軸方向に突出し、それにより第１樹脂バルブ部材の回転摺動面が第１金属バルブ部材の回転摺動面と異なる軸方向高さにある。また、第２金属バルブ部材が第２樹脂バルブ部材によって囲まれている場合に、第２樹脂バルブ部材が第２金属バルブ部材に対して軸方向に突出し、それにより第２樹脂バルブ部材の回転摺動面が第２金属バルブ部材の回転摺動面と異なる軸方向高さにある。
【０１２７】
第２金属バルブ部材は第１樹脂バルブ部材と回転摺動するよう配置され、第１樹脂バルブ部材の径（例えば外径）が、第２金属バルブ部材の径（例えば外径）よりも小さい。また、第１金属バルブ部材は第２樹脂バルブ部材と回転摺動するよう配置され、第２樹脂バルブ部材の径（例えば外径）が、第２金属バルブ部材の径（例えば外径）よりも小さい。
【０１２８】
その結果、第１樹脂バルブ部材のうち回転摺動面を含む部分は、第２樹脂バルブ部材によって囲まれた凹部に入り込んでいる。第１樹脂バルブ部材は、第２樹脂バルブ部材との間に径方向に隙間を有する。第１金属バルブ部材は、第２金属バルブ部材から軸方向に距離をあけて配置されている。
【０１２９】
第１樹脂バルブ部材及び／または第２樹脂バルブ部材は、ロータリーバルブ３６の長期の使用によって摩耗しうる。しかし、第１金属バルブ部材が第２金属バルブ部材から軸方向に距離をあけて配置されているので、樹脂バルブ部材に多少の摩耗が生じたとしても、第１金属バルブ部材と第２金属バルブ部材との接触を避けられる。
【０１３０】
例えば、図１３（ａ）に示されるロータリーバルブ３６においては、第１バルブステータ５０ａが金属材料で形成され、第２バルブステータ５０ｂが樹脂材料で形成されている。第１バルブロータ５２ａが樹脂材料で形成され、第２バルブロータ５２ｂが金属材料で形成されている。第２バルブステータ５０ｂが第１バルブステータ５０ａに対して軸方向に突出している。そのため、第２ステータ平面７０ｂの軸方向高さが第１ステータ平面７０ａに比べて高くなっている（図において第２ステータ平面７０ｂが第１ステータ平面７０ａに比べて上方に位置する）。第１バルブロータ５２ａが第２バルブロータ５２ｂに対して軸方向に突出している。そのため、第１ロータ平面７２ａの軸方向高さが第２ロータ平面７２ｂに比べて高くなっている（図において第１ロータ平面７２ａが第２ロータ平面７２ｂに比べて下方に位置する）。
【０１３１】
第１バルブロータ５２ａの径は、第１バルブステータ５０ａの径より小さい。そのため、第２バルブロータ５２ｂの内径は、第２バルブステータ５０ｂの内径より小さい。また、第２バルブステータ５０ｂの外径は、第２バルブロータ５２ｂの外径より小さい。
【０１３２】
したがって、第１バルブロータ５２ａのうち第１ロータ平面７２ａを含む末端部分は、第２バルブステータ５０ｂによって囲まれた凹部に入り込んでいる。第１バルブロータ５２ａは、第２バルブステータ５０ｂとの間に径方向に隙間９４を有する。第２バルブロータ５２ｂは、第１バルブステータ５０ａから軸方向に距離をあけて配置されている。隙間９４の軸方向高さが、第１バルブステータ５０ａから第２バルブロータ５２ｂへの軸方向距離に相当する。
【０１３３】
図１３（ｂ）に示されるロータリーバルブ３６においては、第２バルブステータ５０ｂが金属材料で形成され、第１バルブステータ５０ａが樹脂材料で形成されている。第２バルブロータ５２ｂが樹脂材料で形成され、第１バルブロータ５２ａが金属材料で形成されている。第１バルブステータ５０ａが第２バルブステータ５０ｂに対して軸方向に突出している。そのため、第１ステータ平面７０ａの軸方向高さが第２ステータ平面７０ｂに比べて高くなっている。第２バルブロータ５２ｂが第１バルブロータ５２ａに対して軸方向に突出している。そのため、第２ロータ平面７２ｂの軸方向高さが第１ロータ平面７２ａに比べて高くなっている。
【０１３４】
第１バルブステータ５０ａの径は、第１バルブロータ５２ａの径より小さい。そのため、第２バルブステータ５０ｂの内径は、第２バルブロータ５２ｂの内径より小さい。また、第２バルブロータ５２ｂの外径は、第２バルブステータ５０ｂの外径より小さい。
【０１３５】
したがって、第１バルブステータ５０ａのうち第１ステータ平面７０ａを含む末端部分は、第２バルブロータ５２ｂによって囲まれた凹部に入り込んでいる。第１バルブステータ５０ａは、第２バルブロータ５２ｂとの間に径方向に隙間９４を有する。第１バルブロータ５２ａは、第２バルブステータ５０ｂから軸方向に距離をあけて配置されている。隙間９４の軸方向高さが、第２バルブステータ５０ｂから第１バルブロータ５２ａへの軸方向距離に相当する。
【０１３６】
ある実施の形態においては、ロータリーバルブは、ロータリーバルブ回転軸まわりに回転可能なバルブロータまたはバルブステータのうちいずれか一方である第１バルブ要素と、バルブロータまたはバルブステータの他方である第２バルブ要素と、を備えてもよい。第１バルブ要素が、第２バルブ要素に対する相対回転により蓄冷器を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するよう構成された第１部品と、第２バルブ要素に対する相対回転によりパルス管を圧縮機吐出口及び圧縮機吸入口に交互に接続するよう構成された第２部品と、を備えてもよい。ロータリーバルブは、逆転可能モータが正転するとき第１部品が第２部品とロータリーバルブ回転軸まわりに第１相対角度を保持し、逆転可能モータが逆転するとき第１部品が第２部品とロータリーバルブ回転軸まわりに第２相対角度を保持するように、第１部品と第２部品を互いに連結する連結機構を備えてもよい。第１相対角度は、パルス管冷凍機を冷却するよう設計され、第２相対角度は、パルス管冷凍機を加熱するよう設計されていてもよい。連結機構は、逆転可能モータの回転方向の反転に伴って第１相対角度と第２相対角度とを切り替えるよう構成されていてもよい。
【０１３７】
第１バルブ要素は、バルブロータであり、第２バルブ要素は、バルブステータであり、第１部品及び第２部品はそれぞれ、第１バルブロータ及び第２バルブロータであってもよい。あるいは、第１バルブ要素は、バルブステータであり、第２バルブ要素は、バルブロータであり、第１部品及び第２部品はそれぞれ、第１バルブステータ及び第２バルブステータであってもよい。
【０１３８】
上記の実施の形態は、例として４バルブ型パルス管冷凍機に言及して説明された。しかし、本発明はこれに限られない。実施の形態に係るロータリーバルブユニットは、アクティブバッファ型または５バルブ型などその他のＧＭ式パルス管冷凍機、または、適用可能であれば、その他のパルス管冷凍機に採用されてもよい。また、実施の形態に係るロータリーバルブユニットの適用は、単段式のパルス管冷凍機には限られず、二段またはそれ以上の多段パルス管冷凍機にも可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
Ｖ１  主吸気開閉バルブ、  Ｖ２  主排気開閉バルブ、  Ｖ３  副吸気開閉バルブ、  Ｖ４  副排気開閉バルブ、  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、  １６  蓄冷器、  １８  パルス管、  ３６  ロータリーバルブ、  ３８  逆転可能モータ、  ４４  切替装置、  ５０  バルブステータ、  ５０ａ  第１バルブステータ、  ５０ｂ  第２バルブステータ、  ５２  バルブロータ、  ５２ａ  第１バルブロータ、  ５２ｂ  第２バルブロータ、  ５６  バルブ回転軸、  ６８  バルブロータ連結機構、  ７０ａ  第１ステータ平面、  ７０ｂ  第２ステータ平面、  ７２ａ  第１ロータ平面、  ７２ｂ  第２ロータ平面、  ７３ａ  第１円筒面、  ７３ｂ  第２円筒面、  ８２  連結ピン案内溝、  ８２ａ  第１溝端部、  ８２ｂ  第２溝端部、  ８４  連結ピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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