(57)【要約】【課題】ロータリーバルブの発熱量を可及的に少量化した冷凍機用ロータリーバルブおよび冷凍機を提供する。【解決手段】ハウジング１０内で回転する回転部材１１によって、高圧側連通口１２と作動部連通口１４との連通状態と低圧側連通口１３と作動部連通口１４との連通状態とを切換える冷凍機用ロータリーバルブであって、回転部材１１に閉断面形状とされて作動部連通口１４と連通する流通路２８が形成され、高圧側連通口１２と流通路２８とを連通させる高圧側流路１５および低圧側連通口１３と流通路２８とを連通させる低圧側流路１６がそれぞれ回転部材１１に設けられ、上記両連通状態を交互に成立させるように各流路１５，１６の開口位置が設定されている。このため、回転部材１１の回転速度を低下させて摩擦熱の発生を可及的に低下させ、小型化された冷凍機の冷凍能力を向上させている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに作動ガスの高圧側連通口と低圧側連通口と作動部連通口が設けられ、ハウジング内で回転する回転部材によって、上記高圧側連通口と作動部連通口との連通状態および上記低圧側連通口と作動部連通口との連通状態を切換える冷凍機用ロータリーバルブであって、上記回転部材に閉断面形状とされて作動部連通口と連通する流通路が形成され、高圧側連通口と上記流通路とを連通させる高圧側流路および低圧側連通口と上記流通路とを連通させる低圧側流路がそれぞれ回転部材に設けられ、上記高圧側流路と低圧側流路は、流通路と高圧側連通口との連通状態および流通路と低圧側連通口との連通状態をそれぞれ成立させるようになっていることを特徴とする冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項２】
上記低圧側流路と上記高圧側流路からなる組が複数組配置されている請求項１記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項３】
上記ハウジングと上記回転部材は、上記回転部材の回転軸に直交する断面の形状が円形とされている請求項１または２記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項４】
上記高圧側連通口と上記低圧側連通口は、円筒状のハウジングの周壁に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項５】
上記流通路は、上記回転部材の回転軸方向に延びる空間の状態で形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項６】
上記作動部連通口は、円筒状のハウジングに軸方向に開口させてある請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項７】
上記冷凍機は、上記作動ガスを圧縮する圧縮機と、上記圧縮機からの作動ガスが導入されて冷熱を発生させるパルス管を備えた作動部とを含んで構成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項８】
上記冷凍機は、その作動部が、圧縮機からの作動ガスが供給されて上記パルス管と連通する蓄冷管を備えたものである請求項７記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項９】
上記冷凍機は、上記パルス管に連通したバッファタンクを備えた請求項７または８記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項１０】
上記冷凍機に一体化されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項１１】
管形状の上記作動部に直列的に接続されている請求項７または８記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項１２】
上記作動部に直結されている請求項１１記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項１３】
上記圧縮機と上記蓄冷管とのあいだまたは上記バッファタンクと上記パルス管のあいだのいずれかに配置されている請求項７〜１２のいずれか一項に記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項１４】
上記高圧側連通口と上記流通路との連通状態または上記低圧側連通口と上記流通路との連通状態に気密保持を行わせるシール部材が設けられている請求項１〜１３のいずれか一項に記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項１５】
上記高圧側連通口と低圧側連通口に加えて１つまたは２つ以上の中間圧連通口がハウジングに設けられ、上記中間圧連通口と上記流通路とを連通させる１つまたは２つ以上の中間圧流路が上記高圧側流路と低圧側流路に加えて上記回転部材に設けられ、上記中間圧流路は、流通路と中間圧連通口との連通状態を成立させるようになっている請求項１〜１４のいずれか一項に記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項１６】
上記低圧側流路，高圧側流路および中間圧流路からなる複合組が複数配置されている請求項１５記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項１７】
上記中間圧流路は低圧側流路と高圧側流路とのあいだに配置されている請求項１〜１６のいずれか一項に記載の冷凍機用ロータリーバルブ。
【請求項１８】
ハウジングに作動ガスの高圧側連通口と低圧側連通口と作動部連通口が設けられ、ハウジング内で回転する回転部材によって、上記高圧側連通口と作動部連通口との連通状態および上記低圧側連通口と作動部連通口との連通状態を切換える冷凍機用ロータリーバルブであって、上記回転部材に閉断面形状とされて作動部連通口と連通する流通路が形成され、高圧側連通口と上記流通路とを連通させる高圧側流路および低圧側連通口と上記流通路とを連通させる低圧側流路がそれぞれ回転部材に設けられ、上記高圧側流路と低圧側流路は、流通路と高圧側連通口との連通状態および流通路と低圧側連通口との連通状態をそれぞれ成立させるようになっている冷凍機用ロータリーバルブが装備されたことを特徴とする冷凍機。
【請求項１９】
上記高圧側連通口と低圧側連通口に加えて１つまたは２つ以上の中間圧連通口がハウジングに設けられ、上記中間圧連通口と上記流通路とを連通させる１つまたは２つ以上の中間圧流路が上記高圧側流路と低圧側流路に加えて上記回転部材に設けられ、上記中間圧流路は、流通路と中間圧連通口との連通状態を成立させるようになった冷凍機用ロータリーバルブを備えた請求項１８記載の冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機用ロータリーバルブおよび同バルブを使用した冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られているパルス管冷凍機は、作動ガスの圧縮機と、上記圧縮機からの作動ガスが供給される蓄冷管と、この蓄冷管に連通している低温熱交換器（コールドエンド）と、この低温熱交換器に連なっているパルス管と、さらに上記パルス管に連通されるバッファタンク等から構成されている。このような形式の冷凍機においては、高圧および低圧の作動ガスをロータリーバルブまたは電磁弁等で切換えて、交互に冷凍機に作用させることが行われている。
【０００３】
図９は、上記ロータリーバルブの従来例を示す断面図である。両端が閉塞された円筒状のハウジング１に高圧側連通口２，低圧側連通口３および作動部連通口４があけられている。この作動部連通口４は上記冷凍機の蓄冷管あるいはパルス管に接続されている。一方、上記ハウジング１の内面に摺動しながら回転するローター（回転部材）５がハウジング１内に挿入されている。このローター５の外周面に溝状の高圧側流路６と低圧側流路７が設けられている。上記高圧側流路６は、高圧側連通口２と作動部連通口４との連通を図り、上記低圧側流路７は、低圧側連通口３と作動部連通口４との連通を図り、これらの連通を交互に行わせるために、高圧側流路６と低圧側流路７とはローター５の回転軸方向にずらしてあり、同時に円周方向にもずらしてある。
【０００４】
上記高圧側流路６と低圧側流路７は、図９（Ｂ）（Ｃ）に示すように、ちょうど１８０度の位相差が付与してある。また、ハウジング１の端部には駆動モータ８が取り付けられ、その回転出力でローター５が回転するようになっている。
【０００５】
上記のようにローター５が回転されると、高圧側流路６と低圧側流路７とが、高圧側連通口２と作動部連通口４との連通および低圧側連通口３と作動部連通口４との連通を交互に行い、作動ガスを高圧と低圧で交互に冷凍機に作用させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記冷凍機は設置スペース等の事情から小型化することが望まれるのであるが、小型化された冷凍機に所要の冷凍能力を発揮させるためには、作動ガスの高圧と低圧の切換え周波数を著しく高める必要がある。このような要請にこたえるためには、上記のようなロータリーバルブすなわちローター５の１回転で高低圧の切換えが１回しかできないロータリーバルブを、高速で回転させなければならない。
【０００７】
しかし、上記ロータリーバルブにこのような高速回転を行わせると、ハウジング１とローター５との摺動部における摩擦熱量が著しく増大し、ロータリーバルブを流通する作動ガスが高温になってしまう。このような高温ガスが上記冷凍機に供給されると、冷凍機の冷凍機能が低下する。あるいは、ロータリーバルブの表面温度が著しく高くなるので、ロータリーバルブと冷凍機を接近させたり一体化したりすることができなかった。また、上記摩擦熱により、ロータリーバルブ内に組み込まれているシール部材の耐久性が低下する。
【０００８】
また、上記のような冷凍機に対する熱的影響を少なくするために、ロータリーバルブと冷凍機の間隔を大きくしているのであるが、このようなことは装置全体をコンパクトにまとめるという点からすると、好ましいことではない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、上記のようなロータリーバルブの発熱量を可及的に少量化した冷凍機用ロータリーバルブおよび冷凍機の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の冷凍機用ロータリーバルブは、ハウジングに作動ガスの高圧側連通口と低圧側連通口と作動部連通口が設けられ、ハウジング内で回転する回転部材によって、上記高圧側連通口と作動部連通口との連通状態および上記低圧側連通口と作動部連通口との連通状態を切換える冷凍機用ロータリーバルブであって、上記回転部材に閉断面形状とされて作動部連通口と連通する流通路が形成され、高圧側連通口と上記流通路とを連通させる高圧側流路および低圧側連通口と上記流通路とを連通させる低圧側流路がそれぞれ回転部材に設けられ、上記高圧側流路と低圧側流路は、流通路と高圧側連通口との連通状態および流通路と低圧側連通口との連通状態をそれぞれ成立させるようになっていることを要旨とする。
【００１１】
すなわち、上記回転部材に閉断面形状とされて作動部連通口と連通する流通路が形成され、高圧側連通口と上記流通路とを連通させる高圧側流路および低圧側連通口と上記流通路とを連通させる低圧側流路がそれぞれ回転部材に設けられ、上記高圧側流路と低圧側流路は、流通路と高圧側連通口との連通状態および流通路と低圧側連通口との連通状態をそれぞれ成立させるようになっている。
【００１２】
このため、上記流通路が回転部材に閉断面形状の形態で設けられているとともに、流通路の流路面積は作動ガスの所要の流量を確保できる範囲まで小さくすることができるので、ガス流量を確保したうえで回転部材の小径化を行うことができる。したがって、回転動作時の回転部材の周速が上記小径化により低くなり、これに伴って摺動部からの摩擦熱も少なくなり、発熱量を可及的に低くして回転部材の回転速度を高めることができる。この結果、作動ガスの温度を下げて冷凍機の冷凍能力を高めたり、ロータリーバルブの表面温度を低くして、ロータリーバルブと冷凍機の一体化や接近させた配置等が実現する。この場合において、上記高圧側流路と低圧側流路の開口位置をそれぞれの連通状態が非同期となるよう設定することにより、適切な切換えが実現し、それらの開口位置を適切な配置とすることにより、上記切換えのサイクルやタイミングを最適化することができる。
【００１３】
上記回転部材には、閉断面形状の流通路と、この流通路を高圧側連通口や低圧側連通口に連通させる高圧側流路や低圧側流路とが形成されている。このような部品は、中空の部材の内部空間を流通路とし、外側から孔をあけて高圧側流路や低圧側流路を形成することができるので、製作が簡単で原価的にも有利である。また、回転部材は上記のような構造物であるので、高圧側流路と低圧側流路との開口位置を所定の箇所に正確に形成することができて、作動ガスの切換え精度を高めることができる。
【００１４】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記低圧側流路と上記高圧側流路からなる組が複数組配置されている場合には、複数の組からなる上記高圧側流路と低圧側流路が、流通路と高圧側連通口との連通状態および流通路と低圧側連通口との連通状態を成立させるので、これに同期して高圧側連通口と作動部連通口との連通状態と低圧側連通口と作動部連通口との連通状態との切換えがなされる。この場合において、上記「組」が一対の低圧側流路と高圧側流路である場合には、上記切換えは、上記「組」が複数組配置されていることにより、上記回転部材の１回転当たりの高圧側と低圧側との切換えが交互に行われかつ複数化（最低４回）される。したがって、上記組数を、冷凍機の冷凍能力や回転部材の回転速度による発熱の程度等を勘案して設定することにより、回転部材の回転速度を可及的に低下させて作動ガスの高低圧切換えを頻繁に行うことができ、前述の摩擦熱が異常高温になることが回避できる。
【００１５】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記ハウジングと上記回転部材が、上記回転部材の回転軸に直交する断面の形状が円形とされている場合には、上記回転部材がハウジング内で円滑に回転し、１回転につき複数回の作動ガスの高低圧切換えが安定した状態でなされる。
【００１６】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記高圧側連通口と上記低圧側連通口が、円筒状のハウジングの周壁に形成されている場合には、上記各連通口が円筒面上に配列されているので、回転部材側の高圧側流路や低圧側流路により上記流通路と連通させたり不連通とさせたりすることが、確実に実施できる。とくに、ハウジングの内周面と回転部材の外周面との各真円度を高めることは容易であるので、高圧側連通口と低圧側連通口を交互に流通路（作動部連通口）に連通させるための構造として、作動精度の面で好適である。
【００１７】
また、ハウジング側の高圧側連通口，低圧側連通口に対する回転部材側の高圧側流路と低圧側流路の通過速度が上記２つの連通口のどれにおいても均一であるので、１回の連通時における作動ガスの流量が均一に設定することができ、冷凍機の動作性能を向上させるのに有効である。上記のように通過速度が均一なので、特定の箇所が異常磨耗を呈するような心配がない。上述のような種々な利点を、例えば、回転部材の端面側の部位に上記の各連通口や各流路を配置して求める場合には、周速差を避けることができないので、状況如何によっては何等か対策を講じる必要がでてくる。
【００１８】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記流通路が、上記回転部材の回転軸方向に延びる空間の状態で形成されている場合には、回転部材の形状的特質すなわち長尺性のある構造物の内部に上記空間を形成しているので、作動ガスを流通させる通路構造が簡単な構成で確保できる。
【００１９】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記作動部連通口は、円筒状のハウジングに軸方向に開口させてある場合には、作動部連通口が、回転部材の回転軸方向に延びている上記流通路と同じ方向に配置されることから、作動ガスの流通抵抗を可及的に少なくした状態で作動部連通口の配置が可能となる。さらに、作動部連通口の開口方向が円筒状のハウジングの軸方向であるから、ハウジングに冷凍機の蓄冷管やパルス管等を直結させる場合に、好都合である。
【００２０】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、請求項７の場合、請求項８の場合、請求項９の場合には、上記作動部に対する作動ガスの高低圧切換えが、発熱の少ないロータリーバルブで行われるので、冷凍機へ供給される作動ガスの温度を可及的に低下させるとともに、高低圧の切換え周波数を大きく設定することができる。したがって、冷凍機を高周波数で運転しても、ロータリーバルブからの熱的な悪影響はなく、小型化された冷凍機に高い冷凍能力を発揮させることができる。さらに、ロータリーバルブの表面温度を低くして、ロータリーバルブと冷凍機の一体化や接近させた配置等が実現する。
【００２１】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記冷凍機は、上記作動ガスを圧縮する圧縮機と、上記圧縮機からの作動ガスが供給される蓄冷管とこの蓄冷管に連通しているパルス管を備えた作動部と、上記パルス管に連通されるバッファタンク等とを含んで構成されている場合には、上記作動部に対する作動ガスの高低圧切換えが、発熱の少ないロータリーバルブで行われるので、冷凍機へ供給される作動ガスの温度を可及的に低下させるとともに、高低圧の切換え周波数を大きく設定することができる。したがって、冷凍機を高周波数で運転しても、ロータリーバルブからの熱的な悪影響はなく、小型化された冷凍機に高い冷凍能力を発揮させることができる。さらに、ロータリーバルブの表面温度を低くして、ロータリーバルブと冷凍機の一体化や接近させた配置等が実現する。
【００２２】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記ロータリーバルブが上記冷凍機に一体化されている場合には、冷凍機とロータリーバルブがユニット化されたような状態になり、装置全体としてコンパクトにまとまる。したがって、狭い箇所に冷凍機とロータリーバルブを配置することができて、他の周辺機器等の配置が行いやすくなる。このような一体化は、ロータリーバルブの発熱が問題にならない程度に抑制されていることにより、実現している。
【００２３】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記ロータリーバルブが管形状の上記作動部に直列的に接続されている場合には、作動部と断面円形のロータリーバルブとが１軸線上に真直ぐに配列されたような接続構造体となるので、接続ユニットとして細長い形態となる。したがって、このような接続ユニットの配置に当たっては細長い空間部を準備するだけでよく、近隣の関連部材への干渉等が少なくて済む。また、上記の直列的な接続により、接続箇所における内部通路は真直ぐな状態になるので、接続部における作動ガスの流路抵抗を実質的に問題にならないレベルにすることができ、さらには作動ガスの乱流を少なくすることにおいても有利である。
【００２４】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記ロータリーバルブが上記作動部に直結されている場合には、ロータリーバルブと作動部との結合一体性がより強固に形成され、上記接続ユニットとしての一体的剛性を向上させるのに有効である。
【００２５】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記ロータリーバルブが、上記圧縮機と上記蓄冷管とのあいだまたは上記バッファタンクと上記パルス管のあいだのいずれかに配置されている場合には、上記圧縮機と蓄冷管とのあいだまたは上記バッファタンクとパルス管のあいだを行き来する作動ガスの高低圧の切換え周波数を大きく設定することができる。したがって、冷凍機を高周波数で運転しても、ロータリーバルブからの熱的な悪影響はなく、特に、小型化された冷凍機において高い冷凍能力を発揮させることができて有利である。
【００２６】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記高圧側連通口と上記流通路との連通状態または上記低圧側連通口と上記流通路との連通状態に気密保持を行わせるシール部材が設けられている場合には、高圧ガスの連通状態と低圧ガスの連通状態がそれぞれ確実に気密状態とされる。したがって、冷凍機の上記作動部に高圧ガスを供給したり、作動部から低圧ガスを還流等させたりするときに、ガス漏れ等の異常を確実に回避することができる。さらに、回転部材とハウジングとの摺動部における発熱量が著しく減少するので、シール部材への熱的影響が大幅に緩和され、シール部材の耐久性を向上させることができる。また、シール部材の熱的環境が改善されるので、シール部材の材質を変更して、原価低減をはかることが可能である。
【００２７】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記高圧側連通口と低圧側連通口に加えて１つまたは２つ以上の中間圧連通口がハウジングに設けられ、上記中間圧連通口と上記流通路とを連通させる１つまたは２つ以上の中間圧流路が上記高圧側流路と低圧側流路に加えて上記回転部材に設けられ、上記中間圧流路は、流通路と中間圧連通口との連通状態を成立させるようになっている場合には、１つの作動部連通口に対する高圧側と低圧側の連通の切換えに、上記中間圧を流通路に導入することが機能的に付加されるので、１つの作動部連通口に対して低圧側連通口，中間圧連通口，高圧側連通口の順で各連通口を流通路に連通させることができる。
【００２８】
このため、作動部連通口に高圧の作動ガスを供給する前に、中間圧連通口から中間圧力の作動ガスを、例えば中圧バッファタンクから作動部連通口に供給して、冷凍機側の作動ガス圧を予備的に昇圧させ、その後、高圧の作動ガスを冷凍機へ供給することができる。したがって、高圧の作動ガスを圧縮機から供給するような場合には、圧縮機にかかる負荷を軽減することができて、効率の高い圧縮機の動作がえられる。同時に、圧縮機の小型化のためにも有効である。
【００２９】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記低圧側流路，高圧側流路および中間圧流路からなる複合組が複数配置されている場合には、複合組を構成する上記高圧側流路，低圧側流路および中間圧流路が、流通路と高圧側連通口との連通状態、流通路と低圧側連通口との連通状態および流通路と中間圧流路との連通状態を成立させるので、これに同期して高圧側連通口と作動部連通口との連通状態、低圧側連通口と作動部連通口との連通状態および中間圧連通口と作動部連通口との連通状態との切換えがなされる。そして、このような機能を果たす複合組が複数配置されていることにより、上記回転部材の１回転当たりの低圧側，中圧側および高圧側の切換えが周期的に行われる。したがって、上記複合組の数を、冷凍機の冷凍能力や回転部材の回転速度による発熱の程度等を勘案して設定することにより、回転部材の回転速度を可及的に低下させて作動ガスの低圧，中圧，高圧の切換えを頻繁に行うことができ、前述の摩擦熱が異常高温になることが回避できる。
【００３０】
本発明の冷凍機用ロータリーバルブにおいて、上記中間圧流路は低圧側流路と高圧側流路とのあいだに配置されている場合には、低圧状態，中圧状態，高圧状態のように順を追って作動ガスの切換えを行うことができ、また、この逆についても順を追った切換えが可能である。
【００３１】
上記目的を達成するため、本発明の冷凍機は、ハウジングに作動ガスの高圧側連通口と低圧側連通口と作動部連通口が設けられ、ハウジング内で回転する回転部材によって、上記高圧側連通口と作動部連通口との連通状態および上記低圧側連通口と作動部連通口との連通状態を切換える冷凍機用ロータリーバルブであって、上記回転部材に閉断面形状とされて作動部連通口と連通する流通路が形成され、高圧側連通口と上記流通路とを連通させる高圧側流路および低圧側連通口と上記流通路とを連通させる低圧側流路がそれぞれ回転部材に設けられ、上記高圧側流路と低圧側流路は、流通路と高圧側連通口との連通状態および流通路と低圧側連通口との連通状態をそれぞれ成立させるようになっている冷凍機用ロータリーバルブが装備されたことを要旨とする。
【００３２】
すなわち、上記回転部材に閉断面形状とされて作動部連通口と連通する流通路が形成され、高圧側連通口と上記流通路とを連通させる高圧側流路および低圧側連通口と上記流通路とを連通させる低圧側流路がそれぞれ回転部材に設けられ、上記高圧側流路と低圧側流路は、流通路と高圧側連通口との連通状態および流通路と低圧側連通口との連通状態をそれぞれ成立させるようになっている冷凍機用ロータリーバルブが装備されている。
【００３３】
このため、上記流通路が回転部材に閉断面形状の形態で設けられているとともに、流通路の流路面積は作動ガスの所要の流量を確保できる範囲まで小さくすることができるので、ガス流量を確保したうえで回転部材の小径化を行うことができる。したがって、回転動作時の回転部材の周速が上記小径化により低くなり、これに伴って摺動部からの摩擦熱も少なくなり、発熱量を可及的に低くして回転部材の回転速度を高めることができる。この結果、作動ガスの温度を下げて冷凍機の冷凍能力を高めたり、ロータリーバルブの表面温度を低くして、ロータリーバルブと冷凍機の一体化や接近させた配置等が実現する。さらに、上記高圧側流路と低圧側流路の開口位置を選定することにより、上記切換えのサイクルを最適化することができる。上記のようにして、特に、小型化された冷凍機において高い冷凍能力を発揮させることができて有利である。
【００３４】
また、ロータリーバルブの熱的問題が実質的に解消されているので、上記冷凍機にロータリーバルブを一体化させたり、ロータリーバルブを冷凍機に接近させて配置したりすることができ、装置全体としてのスペースを小さくすることができる。
【００３５】
本発明の冷凍機において、上記高圧側連通口と低圧側連通口に加えて１つまたは２つ以上の中間圧連通口がハウジングに設けられ、上記中間圧連通口と上記流通路とを連通させる１つまたは２つ以上の中間圧流路が上記高圧側流路と低圧側流路に加えて上記回転部材に設けられ、上記中間圧流路は、流通路と中間圧連通口との連通状態を成立させるようになった冷凍機用ロータリーバルブを備えている場合には、１つの作動部連通口に対する高圧側と低圧側の連通の切換えに、上記中間圧を流通路に導入することが機能的に付加されるので、１つの作動部連通口に対して低圧側連通口，中間圧連通口，高圧側連通口の順で各連通口を連通させることができる。
【００３６】
このため、作動部連通口に高圧の作動ガスを供給する前に、中間圧連通口から中間圧力の作動ガスを、例えば中圧バッファタンクから作動部連通口に供給して、冷凍機側の作動ガス圧を予備的に昇圧させ、その後、高圧の作動ガスを冷凍機へ供給することができる。したがって、高圧の作動ガスを圧縮機から供給するような場合には、圧縮機にかかる負荷を軽減することができて、効率の高い圧縮機の動作がえられる。同時に、圧縮機の小型化のためにも有効である。このようにして、作動ガスの圧力制御が効果的になされる冷凍機がえられる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００３８】
図１は、本発明の冷凍機用ロータリーバルブの一実施の形態を示す。このロータリーバルブ９は、両端が閉塞された円筒状のハウジング１０内に中空の回転部材（以下、ローターともいう）１１が上記ハウジング１０の内面に摺動しながら回転できるように同軸状に挿入されている。上記ハウジング１０の周壁にハウジング１０のほぼ直径方向に高圧側連通口１２と低圧側連通口１３があけられている。また、作動部連通口１４はハウジング１０の中心軸（回転部材１１の回転軸）方向に開口させてある。
【００３９】
回転部材１１には、閉断面形状とされて上記作動部連通口１４と連通する流通路２８が形成されている。流通路２８は、回転部材１１を中実の円柱部材で構成し、その回転軸方向に通路孔をあけても良いが、ここでは上記のように中空のパイプ材を用いてその内部空間を流通路２８としている。回転部材１１の両端には円盤状のスラストベアリング２９，３０が配置され、片方のスラストベアリング２９に密着した状態で端蓋３１がハウジング１０の端部内側に圧入されている。上記作動部連通口１４は、これらのスラストベアリング２９や端蓋３１にあけた通口により構成されている。
【００４０】
一方、このローター１１には、上記流通路２８とローター１１の外側を連通する状態ですなわちローター１１の肉厚を貫通する状態で、高圧側流路１５と低圧側流路１６があけられている。これらの高圧側流路１５，低圧側流路１６はローター１１の直径方向にあけた通常のポートの状態で構成するのが適当である。高圧側流路１５は、ローター１１の回転により流通路２８と高圧側連通口１２とを連通状態とし、低圧側流路１６は、ローター１１の回転により流通路２８と低圧側連通口１３とを連通状態とし、これらの両連通状態を非同期状態で交互に成立させるように高圧側流路１５と低圧側流路１６との開口位置が設定してある。
【００４１】
上記作動部連通口１４は、円筒状のハウジング１０に軸方向に開口させてあるので、作動部連通口１４が、回転部材１１の回転軸方向に延びている上記流通路２８と同じ方向に配置されることから、作動ガスの流通抵抗を可及的に少なくした状態で作動部連通口１４の配置が可能となる。さらに、作動部連通口１４の開口方向が円筒状のハウジング１０の軸方向であるから、ハウジング１０に冷凍機の蓄冷管２０やパルス管２１等を直結させる場合に、好都合である。
【００４２】
上記高圧側流路１５と低圧側流路１６との開口位置は、図１（Ｂ）（Ｃ）に示すように、回転部材１１の回転方向にずらして両流路１５，１６間に位相差が付与してある。こうすることにより、高圧側流路１５による高圧側連通口１２と流通路２８との連通状態と、低圧側流路１６による低圧側連通口１３と流通路２８との連通状態とが交互に成立するのである。したがって、それに同期して、高圧側連通口１２と作動部連通口１４との連通状態と低圧側連通口１３と作動部連通口１４との連通状態が成立するのである。
【００４３】
上記回転部材１１の１回転当たりの高圧側と低圧側との切換えを交互に行いかつ複数化するために、一対の高圧側流路１５と低圧側流路１６で「組」を構成し、この組が複数組配置されている。図１の場合は、同図（Ｂ）や（Ｃ）に示したように、上記組が４組配置されている。同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面である（Ｂ）に示すように、４つの高圧側流路１５が９０度間隔で形成され、また、（Ａ）のＣ−Ｃ断面である（Ｃ）に示すように、４つの低圧側流路１６が９０度間隔で形成されている。そして、隣合う高圧側流路１５と低圧側流路１６は４５度間隔とされている。なお、同図（Ａ）は側面図であるために４組すべては図示されていない。
【００４４】
上記ハウジング１０の端部には駆動モータ１７が取り付けられ、その回転出力でローター１１が回転するようになっている。
【００４５】
上記ローター１１が１回転すると、作動部連通口１４に対する高圧側と低圧側の連通が８回切換えられることとなる。このようにローター１１の１回転で作動部連通口１４に対する高圧流と低圧流とが８回切換えられ、後述のパルス数で８パルスが確保される。
【００４６】
上記高圧側連通口１２と流通路２８との連通状態並びに低圧側連通口１３と流通路２８との連通状態に気密保持を行わせるシール部材２６が設けられている。このシール部材２６は、例えば、シート状の合成樹脂材料で環状の形状とされたものがハウジング１０の内周面に配置してある。このシール部材２６は回転部材１１の外周面に配置してもよい。
【００４７】
上記シール部材２６により、高圧ガスの連通状態と低圧ガスの連通状態がそれぞれ確実に気密状態とされる。したがって、冷凍機１８の上記作動部２２に高圧ガスを供給したり、作動部２２から低圧ガスを還流等させたりするときに、ガス漏れ等の異常を確実に回避することができる。さらに、回転部材１１とハウジング１０との摺動部における発熱量が著しく減少するので、シール部材２６への熱的影響が大幅に緩和され、シール部材２６の耐久性を向上させることができる。また、シール部材２６の熱的環境が改善されるので、シール部材２６の材質を変更して、原価低減をはかることが可能である。
【００４８】
上記流通路２８が、回転部材１１の回転軸方向に延びる空間の状態で形成されているので、回転部材１１の形状的特質すなわち長尺性のある構造物の内部に上記空間を形成しているので、作動ガスを流通させる通路構造が簡単な構成で確保できる。
【００４９】
図１（Ｄ）は、作動部連通口１４をハウジング１０の周壁側に開口させた場合である。ハウジング１０の内周面に円周方向の環状溝３２が形成され、この環状溝３２から分岐したような状態で作動部連通口１４がハウジング１０の周壁側に開口させてある。回転部材１１には円周方向に並んだ状態で複数の通孔３３があけられ、流通路２８は通孔３３を経て上記環状溝３２に連通している。
【００５０】
このような作動部連通口１４の開口位置を選定することにより、近隣の関連部材との関係において配管に自由度をもたせることができる。あるいは、上記高圧側連通口１２，低圧側連通口１３，作動部連通口１４を、回転部材１１の回転軸に沿って略１直線上に列設することができるので、各配管を整然と並べてハウジング１０に接続することができて、配管の取りまわしが良好になり、併せてロータリーバルブ９の構造簡素化にとっても有効である。さらに、各連通口１２，１３，１４が上記のように列設されているので、回転部材１１側の高圧側流路１５や低圧側流路１６が上記各連通口を通過するタイミングをそろえることが行いやすくなり、切換えタイミングの制御が容易になる。また、１直線上に各連通口１２，１３，１４をあけるものなので、ハウジング１０や回転部材１１の機械加工等が簡素化され、製造原価の面でも有利である。
【００５１】
以上に述べてきたロータリーバルブの切換え動作は、高圧流と低圧流とが交互に切換えられる場合を例示しているが、例えば、図１（Ｅ）に示すように、高圧側流路１５が４個あけられ、低圧側流路１６が２個あけられた構造とすることにより、高圧流→高圧流→低圧流のような切換えを行うこともでき、必ずしも高圧流と低圧流との交互切換えに限られるものではない。したがって、高圧流と低圧流とが別々に確保されることが重要であり、高・低圧の切換え順序は冷凍機の動作のさせ方によって適宜選定されるものである。なお、上記のような高圧流→高圧流→低圧流のサイクルは、図１に示す場合であれば、高圧側流路１５が２回連続して高圧流の流れを成立させているあいだは、低圧側流路１６による低圧流の流れを休止させ、高圧流が２連続した後に高圧流の流れを休止させて低圧流の流れを成立させる。このような動作順序は、ローター１１にあけられる高圧側流路１５と低圧側流路１６の開口位置を適宜選択することにより、適宜実施することができる。
【００５２】
また、図１（Ｅ）に示すように、２つの高圧側流路１５と１つの低圧側流路１６から「組」を形成し、この組を複数組配置して回転部材１１が１回転する間の切換えサイクル数を複数化することもできる。同図では、高圧側流路１５が４個、低圧側流路１６が２個あけられ、上記「組」が２組設けられている。
【００５３】
つぎに、上記ロータリーバルブ９と冷凍機との関係について説明する。
【００５４】
図２以降に示されている冷凍機１８はパルス管冷凍機であり、これは、上記作動ガスを圧縮する圧縮機１９と、上記圧縮機１９からの作動ガスが供給される蓄冷管２０とこの蓄冷管２０に連通しているパルス管２１を備えた作動部２２と、上記パルス管２１に連通される高圧バッファタンク２３Ａ，低圧バッファタンク２３Ｂ等で構成されている。そして、低温熱交換器であるコールドエンド２４は、上記作動部２２の一部を形成するものとして、上記蓄冷管２０とパルス管２１とのあいだに配置されている。なお、図示していないが、コールドエンド２４と目的箇所とを冷却用導管等で熱的に連結させて、目的箇所の冷却がなされる。
【００５５】
図２においては、圧縮機１９と蓄冷管２０とのあいだにロータリーバルブ９が配置されている。また、同様にパルス管２１と両バッファタンク２３Ａ，２３Ｂとのあいだにロータリーバルブ９が配置されている。ここでは、両ロータリーバルブ９，９は、同じ構造のものとされているが、後述の作動説明のように、高圧側と低圧側の作動部連通口１４に対する切換えタイミング（両バルブ９，９の切換え位相）は異なっている。この切換えタイミングを所定どおりにするために、図示していないが、両ロータリーバルブ９，９の駆動モータ１７，１７の回転制御手段が設けられている。
【００５６】
図２に示した実施の形態は、管形状の作動部２２にロータリーバルブ９，９が直列的に接続されている場合であり、ロータリーバルブ９，９の端部がそれぞれ蓄冷管２０とパルス管２１に直結されている。すなわち、管形状のロータリーバルブ９，９と同様な管形状の蓄冷管２０やパルス管２１が、管を接続するような状態で一体化されている。
【００５７】
このような接続構造により、冷凍機１８とロータリーバルブ９，９がユニット化されたような状態になり、装置全体としてコンパクトにまとまる。したがって、狭い箇所に冷凍機１８とロータリーバルブ９，９を配置することができて、他の周辺機器等の配置が行いやすくなる。このような一体化は、ロータリーバルブの発熱が問題にならない程度に抑制されていることにより、実現している。
【００５８】
さらに、作動部２２と断面円形のロータリーバルブ９，９とが１軸線上に真直ぐに配列されたような接続構造体となるので、接続ユニットとして細長い形態となる。したがって、このような接続ユニットの配置に当たっては細長い空間部を準備するだけでよく、近隣の関連部材への干渉等が少なくて済む。また、上記の直列的な接続により、接続箇所における内部通路は真直ぐな状態になるので、接続部における作動ガスの流路抵抗を実質的に問題にならないレベルにすることができ、さらには作動ガスの乱流を少なくすることにおいても有利である。
【００５９】
図２の装置全体において、初期状態では、ロータリーバルブ９，９の各ローター１１，１１は初期の回転位置に停止していて、パルス管２１は圧縮機１９の低圧側と同圧になっている。この状態から、圧縮機１９の運転と、駆動モータ１７，１７による両ロータリーバルブ９，９の切換え動作とが開始され、冷凍機は作動状態となる。
【００６０】
まず最初に、高圧バッファタンク２３Ａがロータリーバルブ９を経てパルス管２１に連通すると、図２（Ａ）に示したように、高圧バッファタンク２３Ａ内の高圧ガスがパルス管２１内に流入し、パルス管２１のガス圧は高圧バッファタンク２３Ａの圧力近くまで上昇する。
【００６１】
つぎに、両ロータリーバルブ９，９が回転して、図２（Ｂ）に示すように、圧縮機１９の高圧側が高圧管１２Ａ，ロータリーバルブ９，蓄冷管２０，コールドエンド２４，パルス管２１，ロータリーバルブ９を経て高圧バッファタンク２３Ａに連通する。このときの圧縮機１９からの高圧ガスは高圧バッファタンク２３Ａのガス圧よりも高くなっているので、パルス管２１に流入した高圧ガスは高圧バッファタンク２３Ａに流入する。
【００６２】
ついで、ロータリーバルブ９，９が切換えられると、図２（Ｃ）に示すように、パルス管２１の作動ガスが低圧バッファタンク２３Ｂに流入するため、パルス管２１内のガス圧が低圧バッファタンク２３Ｂの圧力まで低下する。すなわち、パルス管２１内の高圧であった作動ガスが低圧バッファタンク２３Ｂの圧力まで低下するので、この過渡期に作動ガスが膨張し温度降下をなしてパルス管２１のコールドエンド２４側を冷却し、寒冷発生がなされる。
【００６３】
さらに、ロータリーバルブ９，９が切換えられると、図２（Ｄ）に示すように、低圧バッファタンク２３Ｂがロータリーバルブ９，冷凍機１８，ロータリーバルブ９，低圧管１３Ａを経て圧縮機１９の低圧側に連通される。これにより、パルス管２１で膨張した作動ガスが圧縮機１９の低圧側に排出されるとともに、低圧バッファタンク２３Ｂの低圧ガスがパルス管２１に流入する。
【００６４】
以上に述べたような作動によって１サイクルが終了し、ロータリーバルブ９，９の継続的な切換え動作により、作動ガスは連続的に冷凍作用を続行する。
【００６５】
上述のような作動を行うために、両ロータリーバルブ９，９の切換えタイミングすなわち切換え位相が設定されている。そして、両ロータリーバルブ９，９における作動部連通口１４に対する切換えは、複数の組をなしている高圧側流路１５と低圧側流路１６が順次高圧側連通口１２や低圧側連通口１３に合致して、高圧側連通口１２と作動部連通口１４との連通状態と、低圧側連通口１３と作動部連通口１４との連通状態とを交互に成立させるので、回転部材１１が１回転するあいだに上記作動ガスの膨張・温度降下が組の数だけ実行される。したがって、ロータリーバルブ９，９に異常発熱が起こらない程度に回転部材１１の回転速度を高めることにより、上記膨張・温度降下が頻繁に行われて、冷凍能力がロータリーバルブ９，９の熱的弊害を伴わずに向上する。
【００６６】
すなわち、流通路２８が回転部材１１に閉断面形状の形態で設けられているとともに、流通路２８の流路面積は作動ガスの所要の流量を確保できる範囲まで小さくすることができるので、ガス流量を確保したうえで回転部材１１の小径化を行うことができる。したがって、回転動作時の回転部材１１の周速が上記小径化により低くなり、これに伴って摺動部からの摩擦熱も少なくなり、発熱量を可及的に低くして回転部材１１の回転速度を高めることができる。この結果、作動ガスの温度を下げて冷凍機の冷凍能力を高めたり、ロータリーバルブ９の表面温度を低くして、ロータリーバルブ９と冷凍機１８の一体化や接近させた配置等が実現する。さらに、上記高圧側流路１５と低圧側流路１６の開口位置を選定することにより、上記切換えのサイクルを最適化することができる。
【００６７】
上記回転部材１１には、閉断面形状の流通路２８と、この流通路２８を高圧側連通口１２や低圧側連通口１３に連通させる高圧側流路１５や低圧側流路１６とが形成されている。このような部品は、中空の部材の内部空間を流通路２８とし、外側から孔をあけて高圧側流路１５や低圧側流路１６を形成することができるので、製作が簡単で原価的にも有利である。また、回転部材１１は上記のような構造物であるので、高圧側流路１５と低圧側流路１６との開口位置を所定の箇所に正確に形成することができて、作動ガスの切換え精度を高めることができる。
【００６８】
上記の実施の形態では、上記ロータリーバルブ９，９が、圧縮機１９と蓄冷管２０とのあいだおよびバッファタンク２３Ａ，２３Ｂとパルス管２１のあいだの両方に配置されているが、これを片側だけにすることもできる。こうすることにより、熱的問題が厳密に問われる側の箇所にだけ上記ロータリーバルブ９を配置し、他の側においては構造の簡素化を図ることができる。
【００６９】
図３は、本発明の冷凍機用ロータリーバルブの第２の実施の形態である。図２に示す実施の形態は、作動部２２に両ロータリーバルブ９，９が直結されている場合であるが、この第２の実施の形態は、上記のような直結構造ではなく、ロータリーバルブ９と蓄冷管２０とが連通管１４Ａで接続され、パルス管２１とロータリーバルブ９とが連通管２１Ａで接続されている。このように連通管１４Ａ，２１Ａを採用することにより、ロータリーバルブ９，９や作動部２２の配置箇所の選定に自由度をより高く持たせることができる。それ以外は、上記実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。また、作用効果の面においても、上記実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００７０】
図４は、本発明の冷凍機用ロータリーバルブの第３の実施の形態である。図２および図３に示した実施の形態のバッファタンクは、高圧バッファタンク２３Ａと低圧バッファタンク２３Ｂに分離されているが、この実施の形態では単一のバッファタンク２３とされている。このような単一のバッファタンク２３にパルス管２１に対応させた蓄圧機能と減圧機能を果たすために、連通管２１Ａに絞り弁（オリフィス）２５が配置されている。このような絞り弁２５により、上記高圧バッファタンク２３Ａと低圧バッファタンク２３Ｂと略同等の作用が、バッファタンク２３においてえられる。それ以外は、上記実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。また、作用効果の面においても、上記実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００７１】
図５は、本発明の冷凍機用ロータリーバルブの第４の実施の形態である。この実施の形態は、図２および図３に示した２つのロータリーバルブ９，９を一体化したものである。
【００７２】
図５において、右側のロータリーバルブ９が圧縮機１９と蓄冷管２０のあいだに配置され、左側のロータリーバルブ９が高低圧バッファタンク２３Ａ，２３Ｂとパルス管２１とのあいだに配置されている。ハウジング１０の中央部にギヤボックス３４がハウジング１０と一体的に設けられ、そこに収容した被動ギヤ３５に一方の回転部材１１と他方の回転部材１１が結合されている。駆動モータ１７のピニオン３６で被動ギヤ３５が回転させられると、回転部材１１が回転し、ロータリーバルブ９，９としての切換え動作が実行される。それ以外は、上記各実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００７３】
上記の構成により、回転部材１１の内部に流通路２８を有する両ロータリーバルブ９，９が一体化されるので、作動部２２の片側にロータリーバルブ９，９を集約することができ、装置全体としてのまとまりがコンパクトになる。また、１つの駆動モータ１７で動作させるので、構造簡素化にとって有効である。同時に、圧縮機１９と蓄冷管２０とのあいだおよびバッファタンク２３Ａ，２３Ｂとパルス管２１のあいだにおける作動ガス流の切換えが、一体化されたロータリーバルブにより、定められた順序にしたがって規則正しく行われて、信頼性の高い冷凍機の作動がえられる。すなわち、両ロータリーバルブ９，９の位相関係が正確に設定できる。それ以外は、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００７４】
また、上記のような完全な一体化ではなく、周辺の関連部材との関係等でロータリーバルブ９と冷凍機１８とを接近させることも可能である。例えば、ロータリーバルブ９と冷凍機１８とが接近した関係にある別々の部材に取付けられている場合が挙げられる。
【００７５】
さらに、以上に述べたロータリーバルブ９が装備された冷凍機を使用することにより、上記流通路２８が回転部材１１に閉断面形状の形態で設けられているとともに、流通路２８の流路面積は作動ガスの所要の流量を確保できる範囲まで小さくすることができるので、ガス流量を確保したうえで回転部材１１の小径化を行うことができる。したがって、回転動作時の回転部材１１の周速が上記小径化により低くなり、これに伴って摺動部からの摩擦熱も少なくなり、発熱量を可及的に低くして回転部材１１の回転速度を高めることができる。この結果、作動ガスの温度を下げて冷凍機１８の冷凍能力を高めたり、ロータリーバルブ９の表面温度を低くして、ロータリーバルブ９と冷凍機１８の一体化や接近させた配置等が実現する。さらに、上記高圧側流路１５と低圧側流路１６の開口位置を選定することにより、上記切換えのサイクルを最適化することができる。上記のようにして、特に、小型化された冷凍機において高い冷凍能力を発揮させることができて有利である。
【００７６】
また、ロータリーバルブ９の熱的問題が実質的に解消されているので、上記冷凍機１８にロータリーバルブ９を一体化させたり、ロータリーバルブ９を冷凍機１８に接近させて配置したりすることができ、装置全体としてのスペースを小さくすることができる。
【００７７】
上記各実施の形態における冷凍機１８は、上記作動ガスを圧縮する圧縮機１９と、上記圧縮機１９からの作動ガスが供給される蓄冷管２０とこの蓄冷管２０に連通しているパルス管２１を備えた作動部２２と、上記パルス管２１に連通されるバッファタンク２３等とを含んで構成されているが、他の冷凍機の形態としては、パルスチューブのみを有し、冷却された冷媒ガスを直接に被冷却空間または被冷却物に供給するパルスチューブ冷凍機、すなわち、パルスチューブエキスパンダのように、蓄冷管２０を装備させずに冷却動作が行えるようにした形式のもの、またはバッファタンク２３を装備させずに冷却動作を行うものや、バッファタンクのかわりに圧縮機を設けた形式のもの等も本発明の対象とすることができる。
【００７８】
上記の各実施の形態では、高圧側連通口１２，低圧側連通口１３，作動部連通口１４がハウジング１０の円筒面に形成され、高圧側流路１５，低圧側流路１６が回転部材１１の外周面に形成されているが、これらの構造をハウジング１０や回転部材１１の平たい端面に形成して、同様の作用効果をえることもできる。
【００７９】
図６は、本発明の冷凍機用ロータリーバルブの第５の実施の形態であり、図７は、本実施の形態のロータリーバルブの作動順序を示す冷凍機全体の作動図である。
【００８０】
先に説明した実施の形態では、切換えられる作動ガスが低圧ガスと高圧ガスであったが、この実施の形態では、高低両ガス圧のあいだに中間圧の作動ガスが存在している。
【００８１】
すなわち、高圧側連通口１２，低圧側連通口１３と同列となるように、ハウジング１０に中間圧連通口３７があけられ、そこに中圧管３７Ａが接続されている。上記流通路２８とローター１１の外側を連通する状態ですなわちローター１１の肉厚を貫通する状態で、中間圧流路３８があけられている。この中間圧流路３８はローター１１の直径方向にあけた通常のポートの状態で構成するのが適当である。
【００８２】
図６に示すように、ローター１１にあけられた高圧側流路１５と低圧側流路１６とは、前述のように「組」を構成しており、この組に中間圧流路３８が複合されて「複合組」が構成されている。中間圧流路３８は４５度間隔で８個あけられており、各流路の回転方向の位相角は、図６（Ｃ）に図示した低圧側流路１６に対して（Ｄ）の中間圧流路３８は２２．５度、また、低圧側流路１６に対する（Ｂ）の高圧側流路１５は前述のように４５度である。
【００８３】
上記のような位相角をもって、高圧側流路１５と低圧側流路１６および中間圧流路３８が「複合組」を構成し、この複合組が複数配置されている。それ以外は、上記各実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００８４】
図６、とくに同図の（Ｂ）（Ｄ）（Ｃ）にしたがって、ロータリーバルブ９の切換え動作を説明する。図示の状態は、低圧側連通口１３に低圧側流路１６が連通し、中間圧流路３８は低圧側流路１６から２２．５度ずれた位置で中間圧連通口３７と不連続となり、高圧側流路１５も低圧側流路１６から４５度ずれて高圧側連通口１２と不連続になっている。
【００８５】
ここで、駆動モータ１７の動作でローター１１が回転（回転方向はどちらでもよい）を開始すると、２２．５度の回転角のところで中間圧連通口３７と中間圧流路３８が連通して、中間圧力の作動ガスが流通路２８から作動部連通口１４へ供給される。これにより、冷凍機１８は予備的に昇圧される。このときには、高圧側連通口１２と高圧側流路１５はまだ連通していない。
【００８６】
ついで、ローター１１の回転がさらに２２．５度進んで中間圧連通口３７が閉じられてから高圧側連通口１２が高圧側流路１５に連通すると、高圧の作動ガスが流通路２８から作動部連通口１４へ供給される。これにより、冷凍機１８の予備的な昇圧はさらに促進される。このときには、低圧側連通口１３はまだ閉じられたままである。
【００８７】
ローター１１の回転がさらに２２．５度進んで、高圧側連通口１２と高圧側流路１５との連通が遮断されると、今度は再び中間圧連通口３７と中間圧流路３８との連通が成立し、さらにローター１１が２２．５度回転して図示の初期の状態にもどる。上記のような切換え動作は、ローター１１が４５度回るあいだに１サイクルが実行され、１回転で４サイクルの切換え動作がえられる。すなわち，上記複合組が４組配置されていることになる。
【００８８】
上記のような昇圧とそれに連続する降圧は、図８に示したガス圧とローター１１の回転角の関係を参考にすると、理解しやすくなる。
【００８９】
上記の構成および作動により、１つの作動部連通口１４に対する高圧側と低圧側の連通の切換えに、上記中間圧を流通路に導入することが機能的に付加されるので、１つの作動部連通口１４に対して低圧側連通口１３，中間圧連通口３７，高圧側連通口１２の順で各連通口を流通路２８に連通させることができる。
【００９０】
このため、作動部連通口１４に高圧の作動ガスを供給する前に、中間圧連通口３７から中間圧力の作動ガスを、例えば中圧バッファタンク２３Ｃから作動部連通口１４に供給して、冷凍機１８側の作動ガス圧を予備的に昇圧させ、その後、高圧の作動ガスを冷凍機１８へ供給することができる。したがって、高圧の作動ガスを圧縮機１９から供給するような場合には、圧縮機１９にかかる負荷を軽減することができて、効率の高い圧縮機１９の動作がえられる。同時に、圧縮機１９の小型化のためにも有効である。
【００９１】
図７は、図６に示したロータリーバルブ９の動作順序を示す作動図である。ここでは、図６（Ａ）に示すように、中間圧連通口３７に連通させた中圧バッファタンク２３Ｃが配置されている。そして、圧縮機１９と蓄冷管２０とのあいだに配置されているロータリーバルブ９と各バッファタンク２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃとパルス管２１とのあいだに配置されているロータリーバルブ９は、図７に示すように、別々のバルブユニットとされ駆動モータ１７，１７で個々に動作するようになっており、両ロータリーバルブ９，９の切換えタイミング（作動回転位相）は、図２の場合と同様に、回転制御手段が別に設けられている。
【００９２】
図７（Ａ）は、低圧バッファタンク２３Ｂがパルス管２１に連通しているとともに、圧縮機１９の低圧管１３Ａが蓄冷管２０に連通し、冷凍機１８の内部は最も低圧となっている。つぎに、圧縮機１９と蓄冷管２０との連通が遮断され、中圧バッファタンク２３Ｃがパルス管２１に連通されて、（Ｂ）の状態になる。この状態では、中圧バッファタンク２３Ｃからの作動ガス圧で冷凍機１８が予備的に昇圧されている。さらに、この状態から高圧バッファタンク２３Ａに切換えられて（Ｃ）の状態になると、高圧バッファタンク２３Ａからの作動ガス圧で上記の予備的な昇圧がさらに促進される。
【００９３】
その後、圧縮機１９の高圧管１２Ａが蓄冷管２０に連通されると、（Ｄ）の状態になり、冷凍機１８内のガス圧は最も高圧になり、高圧バッファタンク２３Ａに高圧ガスが蓄圧される。ついで、圧縮機１９と蓄冷管２０との連通を遮断し、高圧バッファタンク２３Ａから中圧バッファタンク２３Ｃに切換えると、（Ｅ）の状態になり、冷凍機１８の高圧ガスは中圧バッファタンク２３Ｃへ引っ張られ、作動ガスは蓄冷管２０からパルス管２１へ流入する。それから、中圧バッファタンク２３Ｃから低圧バッファタンク２３Ｂに切換えると、（Ｆ）の状態になり、冷凍機１８内部の高圧作動ガスが低圧バッファタンク２３Ｂの圧力まで低下するので、この過渡期に作動ガスが断熱膨張をして、パルス管２１のコールドエンド２４側を冷却し、寒冷発生がなされる。
【００９４】
そして、再び（Ａ）の状態にもどって、つぎのロータリーバルブの動作サイクルに移行し、この動作サイクルが継続的に反復される。
【００９５】
したがって、作動部連通口１４に高圧の作動ガスを供給する前に、中間圧連通口３７から中間圧力の作動ガスを、中圧バッファタンク２３Ｃから作動部連通口１４に供給して、冷凍機１８側の作動ガス圧を予備的に昇圧させ、その後、高圧の作動ガスを圧縮機１９から冷凍機１８へ供給し、圧縮機１９にかかる負荷を軽減することができて、効率の高い圧縮機１９の動作がえられる。同時に、圧縮機１９の小型化のためにも有効である。
【００９６】
上記図７の動作において、（Ｅ）で中圧バッファタンク２３Ｃを開き、その後から（Ｆ）で低圧バッファタンク２３Ｂを開くため、熱交換部（コールドエンド２４）で冷やされた作動ガスをより多くパルス管２１に流入させることが可能となり、断熱膨張をさせるガス量が増えて、発生冷熱量が増大する。
【００９７】
図８は、本発明の冷凍機用ロータリーバルブの第６の実施の形態である。この実施の形態は、中間ガス圧が２段階になっている形式のものである。したがって、図８（Ａ）に示すように、２つの中間圧連通口３９，４０がハウジング１０にあけられ、それぞれに中圧管３９Ａ，４０Ａが接続されている。
【００９８】
各中間圧連通口３９，４０にそれぞれ連通する中間圧流路４１，４２は、低圧側流路１６や高圧側流路１５と同様にローター１１を貫通させた状態で形成されている。（Ａ）の円形で示した図形は、各連通口１３，３９，４０，１２の部分の断面図であり、各流路１６，４１，４２，１５の回転位相角で見た配置関係を図解している。そして、各流路１６，４１，４２，１５は３０度間隔で設定された所定の位置に配置されている。
【００９９】
また、円形図の右側にはガス圧と回転角との関係が、各流路１６，４１，４２，１５に対応させて図示され、棒グラフの高さがガス圧を示している。したがって、ローター１１の回転角がゼロで低圧側流路１６が開いているときには、低圧状態であり、ローター１１が３０度回ると中間圧流路４１が中間圧連通口３９に連通して第１中間ガス圧が流通路２８から作動部連通口１４へ導入される。同様にして、中圧バッファタンク２３Ｄからの第２中間ガス圧が、ローター１１の６０度回転位置で作動部連通口１４へ導入される。つぎに、ローター１１が９０度回ったところで高圧バッファタンク２３Ａからの高圧ガスが作動部連通口１４に導入される。
【０１００】
その後、ローター１１の回転により、上記の順序とは逆に、ローター１１の１２０度位置で第２中間ガス圧が、１５０度位置で第１中間ガス圧が導入され、１８０度位置で２３Ｂからの低圧ガスの導入が図られて、１つのサイクルが完了する。
【０１０１】
なお、両中圧バッファタンク２３Ｃ，２３Ｄは、先に開く方が後から開くものより低い圧力とされている。また、図８（Ｂ）に示した符号４３は、中間圧連通口３９から円周方向に延びる延長溝であり、こうすることにより中間圧連通口３９と中間圧流路４１との連通時間が長くなり、中圧バッファタンク２３Ｃからの作動ガス供給量を増加することができる。棒グラフの鎖線図示の箇所がこの増加量を示している。上記の延長溝４３は、他の連通口１３，１２等に配置してもよい。それ以外は、上記各実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【０１０２】
上記構成により、予備的な昇圧が２段階にわたってなされるので、段階的に徐々に昇圧させて、一気に所定圧力に到達させることなく、圧縮機１９の負荷を軽減させて確実な昇圧がなされる。それ以外は、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【０１０３】
上記図８に示した実施の形態では、２段階の昇圧であるが、これを３段階あるいは４段階に増やすことも可能である。
【０１０４】
本発明の冷凍機としては、上記高圧側連通口１２と低圧側連通口１３に加えて１つまたは２つ以上の中間圧連通口３７および３９，４０がハウジング１０に設けられ、上記中間圧連通口３７および３９，４０と上記流通路２８とを連通させる１つまたは２つ以上の中間圧流路３８および４１，４２が上記高圧側流路１５と低圧側流路１６に加えて上記回転部材１１に設けられ、上記中間圧流路３８および４１，４２は、流通路２８と中間圧連通口３７および３９，４０との連通状態を成立させるようになった冷凍機用ロータリーバルブ９を備えているので、１つの作動部連通口１４に対する高圧側と低圧側の連通の切換えに、上記中間圧を流通路に導入することが機能的に付加され、１つの作動部連通口１４に対して低圧側連通口１３，中間圧連通口３７および３９，４０，高圧側連通口１２の順で各連通口を連通させることができる。
【０１０５】
このため、作動部連通口１４に高圧の作動ガスを供給する前に、中間圧連通口３７および３９，４０から中間圧力の作動ガスを、例えば中圧バッファタンク２３Ｃ，２３Ｄから作動部連通口１４に供給して、冷凍機１８側の作動ガス圧を予備的に昇圧させ、その後、高圧の作動ガスを冷凍機１８へ供給することができる。したがって、高圧の作動ガスを圧縮機１９から供給するような場合には、圧縮機１９にかかる負荷を軽減することができて、効率の高い圧縮機１９の動作がえられる。同時に、圧縮機１９の小型化のためにも有効である。このようにして、作動ガスの圧力制御が効果的になされる冷凍機がえられる。
【０１０６】
また、本発明は、小型化された冷凍機だけではなく、大型の冷凍機を対象にして実施することも可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の冷凍機用ロータリーバルブによれば、上記流通路が回転部材に閉断面形状の形態で設けられているとともに、流通路の流路面積は作動ガスの所要の流量を確保できる範囲まで小さくすることができるので、ガス流量を確保したうえで回転部材の小径化を行うことができる。したがって、回転動作時の回転部材の周速が上記小径化により低くなり、これに伴って摺動部からの摩擦熱も少なくなり、発熱量を可及的に低くして回転部材の回転速度を高めることができる。この結果、作動ガスの温度を下げて冷凍機の冷凍能力を高めたり、ロータリーバルブの表面温度を低くして、ロータリーバルブと冷凍機の一体化や接近させた配置等が実現する。さらに、上記高圧側流路と低圧側流路の開口位置を選定することにより、上記切換えのサイクルを最適化することができる。
【０１０８】
上記回転部材には、閉断面形状の流通路と、この流通路を高圧側連通口や低圧側連通口に連通させる高圧側流路や低圧側流路とが形成されている。このような部品は、中空の部材の内部空間を流通路とし、外側から孔をあけて高圧側流路や低圧側流路を形成することができるので、製作が簡単で原価的にも有利である。また、回転部材は上記のような構造物であるので、高圧側流路と低圧側流路との開口位置を所定の箇所に正確に形成することができて、作動ガスの切換え精度を高めることができる。
【０１０９】
上記低圧側流路と上記高圧側流路からなる組が複数組配置されていることにより、複数の組からなる上記高圧側流路と低圧側流路が、流通路と高圧側連通口との連通状態および流通路と低圧側連通口との連通状態を交互に成立させるので、これに同期して高圧側連通口と作動部連通口との連通状態と低圧側連通口と作動部連通口との連通状態との切換えがなされる。この切換えは、上記「組」が複数組配置されていることにより、上記回転部材の１回転当たりの高圧側と低圧側との切換えが複数化（最低４回）される。したがって、上記組数を、冷凍機の冷凍能力や回転部材の回転速度による発熱の程度等を勘案して設定することにより、回転部材の回転速度を可及的に低下させて作動ガスの高低圧切換えを頻繁に行うことができ、前述の摩擦熱が異常高温になることが回避できる。
【０１１０】
さらに、本発明の冷凍機によれば、上記流通路が回転部材に閉断面形状の形態で設けられているとともに、流通路の流路面積は作動ガスの所要の流量を確保できる範囲まで小さくすることができるので、ガス流量を確保したうえで回転部材の小径化を行うことができる。したがって、回転動作時の回転部材の周速が上記小径化により低くなり、これに伴って摺動部からの摩擦熱も少なくなり、発熱量を可及的に低くして回転部材の回転速度を高めることができる。この結果、作動ガスの温度を下げて冷凍機の冷凍能力を高めたり、ロータリーバルブの表面温度を低くして、ロータリーバルブと冷凍機の一体化や接近させた配置等が実現する。さらに、上記高圧側流路と低圧側流路の開口位置を選定することにより、上記切換えのサイクルを最適化することができる。上記のようにして、特に、小型化された冷凍機において高い冷凍能力を発揮させることができて有利である。
【０１１１】
また、ロータリーバルブの熱的問題が実質的に解消されているので、上記冷凍機にロータリーバルブを一体化させたり、ロータリーバルブを冷凍機に接近させて配置したりすることができ、装置全体としてのスペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の冷凍機用ロータリーバルブを示す断面図である。
【図２】上記実施の形態の全体図と動作順序を示す作動図である。
【図３】第２の実施の形態を示す全体図である。
【図４】第３の実施の形態を示す全体図である。
【図５】第４の実施の形態を示す全体図である。
【図６】第５の実施の形態を示す断面図である。
【図７】上記第５の実施の形態の作動順序を示す全体図である。
【図８】第６の実施の形態を示す断面図と動作説明図である。
【図９】従来技術を示す断面図である。
【符号の説明】
１      ハウジング
２      高圧側連通口
３      低圧側連通口
４      作動部連通口
５      ローター（回転部材）
６      高圧側流路
７      低圧側流路
８      駆動モータ
９      ロータリーバルブ
１０    ハウジング
１１    回転部材，ローター
１２    高圧側連通口
１２Ａ  高圧管
１３    低圧側連通口
１３Ａ  低圧管
１４    作動部連通口
１４Ａ  連通管
１５    高圧側流路
１６    低圧側流路
１７    駆動モータ
１８    冷凍機
１９    圧縮機
２０    蓄冷管
２１    パルス管
２１Ａ  連通管
２２    作動部
２３    バッファタンク
２３Ａ  高圧バッファタンク
２３Ｂ  低圧バッファタンク
２３Ｃ  中圧バッファタンク
２３Ｄ  中圧バッファタンク
２４    コールドエンド，低温熱交換器
２５    絞り弁
２６    シール部材
２８    流通路
２９    スラストベアリング
３０    スラストベアリング
３１    端蓋
３２    環状溝
３３    通孔
３４    ギヤボックス
３５    被動ギヤ
３６    ピニオン
３７    中間圧連通口
３７Ａ  中圧管
３８    中間圧流路
３９    中間圧連通口
３９Ａ  中圧管
４０    中間圧連通口
４０Ａ  中圧管
４１    中間圧流路
４２    中間圧流路
４３    延長溝
【図１】
2004163082.tif 000003
【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】
2004163082.tif 000009
【図８】
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【図９】
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