CN110402356B - 超低温制冷机及超低温制冷机用的回转阀单元 - Google Patents

Abstract

本发明的超低温制冷机用的回转阀单元具备回转阀(54)及可逆转式马达(56)。回转阀(54)具备将第1阀零件和第2阀零件彼此连结的连结机构，以在可逆转式马达(56)正向旋转时使第1阀零件与第2阀零件围绕阀旋转轴保持第1相对角度，在可逆转式马达(56)反向旋转时使第1阀零件与第2阀零件围绕阀旋转轴保持第2相对角度。第1相对角度设计成对超低温制冷机进行冷却，第2相对角度设计成对超低温制冷机进行加热。连结机构构成为伴随可逆转式马达(56)的旋转方向的反转切换第1相对角度和第2相对角度。

Description

超低温制冷机及超低温制冷机用的回转阀单元

技术领域

本发明涉及一种超低温制冷机及超低温制冷机用的回转阀单元。

背景技术

作为代表性的超低温制冷机的GM制冷机(吉福德-麦克马洪、Gifford-Mc Mahon)根据置换器的驱动源大致分为气体驱动型和马达驱动型这两种。在典型的气体驱动型GM制冷机中，为了控制工作气体膨胀室的压力，设置有回转阀及为了使该回转阀旋转而与其机械性地连结的阀驱动马达。置换器与该马达机械性地断开，置换器通过气体压力进行驱动。不仅是膨胀室压力由回转阀控制，该驱动气体压力也由回转阀控制。马达使回转阀旋转，由此，使工作气体膨胀室的周期性的容积变化与膨胀室的周期性的压力变动准确地同步，从而形成制冷循环。如此，气体驱动型GM制冷机被冷却至超低温。

另一方面，在马达驱动型GM制冷机中，置换器与置换器驱动马达机械性地连结。通过该马达，置换器沿轴向往复移动，由此工作气体膨胀室的容积周期性地发生变化。置换器驱动马达还与用于控制工作气体膨胀室的压力的回转阀机械性地连结。马达使回转阀旋转并且驱动置换器，由此，工作气体膨胀室的周期性的容积变化与膨胀室的周期性的压力变动准确地同步，从而形成制冷循环。如此，马达驱动型GM制冷机被冷却至超低温。

在马达驱动型的GM制冷机中，一直以来已知有所谓的反向旋转升温技术。在置换器驱动马达正向旋转时形成基于工作气体的膨胀的制冷循环，而在马达反向旋转时形成基于工作气体的压缩的升温循环。通过转换马达旋转方向，GM制冷机能够切换制冷和升温。在升温循环中，在膨胀室产生工作气体的绝热压缩，其结果，能够通过所产生的压缩热对GM制冷机进行加热。利用反向旋转升温能够使被冷却的GM制冷机升温，例如使其恢复到室温。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2617681号公報

发明内容

发明要解决的技术课题

本发明人等对气体驱动型GM制冷机反复进行了深入研究，其结果发现了以下课题。在以往的气体驱动型GM制冷机中，即使与马达驱动型GM制冷机同样地使阀驱动马达的旋转方向反转，也无法实现反向旋转升温。这是因为，阀驱动马达的旋转不仅决定膨胀室的工作气体压力，还决定置换器的驱动气压。在以往的气体驱动型GM制冷机中，即使使马达反向旋转，也无法形成有效的升温循环。其原因在于两者的基本差异，即，在马达驱动型中，置换器与马达机械性地连结从而通过马达的驱动更加强制性地运转，而在气体驱动型中，仅通过气体压力的作用使置换器运转。因此，到目前为止并没有将马达驱动型中能够实现的反向旋转升温使用于气体驱动型的例子。这种课题并不只存在于气体驱动型GM制冷机，在通过气体压力驱动置换器的其他超低温制冷机中也有可能产生。

本发明的一种实施方式的示例性目的之一在于提供一种用于超低温制冷机的新的升温技术。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的一种实施方式，超低温制冷机具备：置换器，能够沿轴向往复移动；缸体，容纳所述置换器；驱动活塞，沿轴向驱动所述置换器；驱动室，容纳所述驱动活塞；回转阀，具备能够绕回转阀旋转轴旋转的阀转子或阀定子中的一个即第1阀要件及所述阀转子或所述阀定子中的另一个即第2阀要件，所述第1阀要件具备第1零件及第2零件，所述第1零件构成为通过相对于所述第2阀要件的相对旋转而将所述缸体交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口，所述第2零件构成为通过相对于所述第2阀要件的相对旋转而将所述驱动室交替连接于所述压缩机排出口及所述压缩机吸入口；及可逆转式马达，与所述回转阀连结，以使所述回转阀绕所述回转阀旋转轴旋转。所述回转阀具备连结机构，所述连结机构将所述第1零件和所述第2零件彼此连结，以在所述可逆转式马达正向旋转时使所述第1零件与所述第2零件围绕所述回转阀旋转轴保持第1相对角度，在所述可逆转式马达反向旋转时使所述第1零件与所述第2零件围绕所述回转阀旋转轴保持第2相对角度。所述第1相对角度设计成对所述超低温制冷机进行冷却。所述第2相对角度设计成对所述超低温制冷机进行加热。所述连结机构构成为伴随所述可逆转式马达的旋转方向的反转切换所述第1相对角度和所述第2相对角度。

根据本发明的一种实施方式，超低温制冷机用的回转阀单元具备：回转阀，具备能够绕回转阀旋转轴旋转的阀转子或阀定子中的一个即第1阀要件及所述阀转子或所述阀定子中的另一个即第2阀要件，所述第1阀要件具备第1零件及第2零件，所述第1零件构成为通过相对于所述第2阀要件的相对旋转而将所述超低温制冷机的第1气体室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口，所述第2零件构成为通过相对于所述第2阀要件的相对旋转而将所述超低温制冷机的第2气体室交替连接于所述压缩机排出口及所述压缩机吸入口；及可逆转式马达，与所述回转阀连结，以使所述回转阀绕所述回转阀旋转轴旋转。所述回转阀具备连结机构，所述连结机构将所述第1零件和所述第2零件彼此连结，以在所述可逆转式马达正向旋转时使所述第1零件与所述第2零件围绕所述回转阀旋转轴保持第1相对角度，在所述可逆转式马达反向旋转时使所述第1零件与所述第2零件围绕所述回转阀旋转轴保持第2相对角度。所述第1相对角度设计成对所述超低温制冷机进行冷却。所述第2相对角度设计成对所述超低温制冷机进行加热。所述连结机构构成为伴随所述可逆转式马达的旋转方向的反转切换所述第1相对角度和所述第2相对角度。

另外，将以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件或表述方式在方法、装置、系统等之间相互置换的方式也作为本发明的实施方式而有效。

发明效果

根据本发明，能够提供一种用于超低温制冷机的新的升温技术。

附图说明

图1是概略地表示实施方式所涉及的气体驱动型GM制冷机的图。

图2是表示实施方式所涉及的回转阀单元的概略立体图。

图3(a)至图3(e)是表示实施方式所涉及的回转阀单元的旋转滑动面的概略俯视图。

图4(a)及图4(b)是用于说明回转阀内部的流路结构的概略剖视图。

图5(a)及图5(b)是用于说明回转阀内部的流路结构的概略剖视图。

图6是表示实施方式所涉及的第1阀转子及第2阀转子的概略立体分解图。

图7是表示实施方式所涉及的第2阀转子的概略立体图。

图8(a)至图8(c)是用于说明实施方式所涉及的GM制冷机的动作的图。

图9(a)至图9(c)是用于说明实施方式所涉及的GM制冷机的动作的图。

图10是表示另一实施方式所涉及的阀定子的概略剖视图。

图11(a)及图11(b)是表示又一实施方式所涉及的回转阀的概略剖视图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。在以下说明及附图中，对相同或等同的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当省略重复说明。为了便于说明，在附图中适当设定各部的缩尺和形状，除非另有特别说明，其并不作限定性解释。实施方式只是例示，其并不对本发明的范围作任何限定。实施方式中记载的所有特征和其组合并不一定是发明的本质。

图1是概略地表示实施方式所涉及的气体驱动型GM制冷机的图。

GM制冷机10具备：压缩机12，对工作气体(例如，氦气)进行压缩；及冷头14，通过使工作气体绝热膨胀而使工作气体冷却。压缩机12具有压缩机排出口12a及压缩机吸入口12b。冷头14还被称为膨胀机。

详细内容如后述，压缩机12从压缩机排出口12a向冷头14供给高压(P H)的工作气体。冷头14具备对工作气体进行预冷的蓄冷器15。被预冷的工作气体在冷头14内膨胀而被进一步冷却。工作气体通过蓄冷器15回收至压缩机吸入口12b。工作气体在通过蓄冷器15时对蓄冷器15进行冷却。压缩机12对回收过来的低压(PL)的工作气体进行压缩后重新供给至冷头14。

图示的冷头14为单级式。但是，冷头14也可以是多级式。

冷头14为气体驱动型。因此，冷头14具备利用气体压力驱动的自由活塞(即，轴向可动体16)及气密地构成且容纳轴向可动体16的冷头壳体18。冷头壳体18将轴向可动体16支承为能够沿轴向往复移动。与马达驱动型的GM制冷机不同，冷头14不具有驱动轴向可动体16的马达及连结机构(例如，止转棒轭机构)。

轴向可动体16具备：置换器20，能够沿轴向(图1中的上下方向，以箭头C表示)往复移动；及驱动活塞22，以沿轴向驱动置换器20的方式与置换器20连结。驱动活塞22与置换器20同轴配设且在轴向上分开配设。

冷头壳体18具备：置换器缸体(有时还简称为缸体)26，容纳置换器20；及活塞缸体28，容纳驱动活塞22。活塞缸体28与置换器缸体26同轴配设且在轴向上相邻配设。

详细内容将在后面进行叙述，气体驱动型的冷头14的驱动部构成为包括驱动活塞22及活塞缸体28。并且，冷头14具备气体弹簧机构，其以缓和或防止置换器20与置换器缸体26碰撞或接触的方式作用于驱动活塞22。

并且，轴向可动体16具备连杆24，该连杆24刚性连结置换器20和驱动活塞22，以使置换器20与驱动活塞22一体地沿轴向往复移动。连杆24也与置换器20及驱动活塞22同轴配设且从置换器20朝向驱动活塞22延伸。

驱动活塞22的尺寸小于置换器20的尺寸。驱动活塞22的轴向长度比置换器20的轴向长度短，驱动活塞22的直径也小于置换器20的直径。连杆24的直径小于驱动活塞22的直径。

活塞缸体28的容积小于置换器缸体26的容积。活塞缸体28的轴向长度比置换器缸体26的轴向长度短，并且活塞缸体28的直径也小于置换器缸体26的直径。

另外，驱动活塞22与置换器20之间的尺寸关系并不限于上述尺寸关系，其尺寸关系也可以与上述尺寸关系不同。同样地，活塞缸体28与置换器缸体26之间的尺寸关系也并不限于上述尺寸关系，其尺寸关系也可以与上述尺寸关系不同。例如，驱动活塞22也可以是连杆24的前端部，驱动活塞22的直径也可以与连杆24的直径相等。

置换器20的轴向往复移动被置换器缸体26引导。通常，置换器20及置换器缸体26均为沿轴向延伸的圆筒状的部件，并且置换器缸体26的内径等于或稍大于置换器20的外径。同样地，驱动活塞22的轴向往复移动被活塞缸体28引导。通常，驱动活塞22为沿轴向延伸的圆柱状的部件。活塞缸体28为沿轴向延伸的圆筒状的部件，并且活塞缸体28的内径等于或稍大于驱动活塞22的外径。

置换器20与驱动活塞22通过连杆24沿轴向刚性连结，因此驱动活塞22的轴向冲程与置换器20的轴向冲程相等，两者在整个冲程中一体地移动。驱动活塞22相对于置换器20的位置在轴向可动体16沿轴向往复移动的期间不变。

并且，冷头壳体18具备将置换器缸体26连接于活塞缸体28的连杆引导件30。连杆引导件30与置换器缸体26及活塞缸体28同轴配设且从置换器缸体26向活塞缸体28延伸。连杆24贯穿于连杆引导件30。连杆引导件30构成引导连杆24沿轴向往复移动的轴承。

置换器缸体26经由连杆引导件30与活塞缸体28气密地连结。如此，冷头壳体18构成工作气体的压力容器。另外，连杆引导件30也可以视作置换器缸体26或活塞缸体28的一部分。

第1密封部32设置于连杆24与连杆引导件30之间。第1密封部32安装于连杆24或连杆引导件30中的任一个上，并且与连杆24或连杆引导件30中的另一个进行滑动。第1密封部32例如由滑动密封件或O型环等密封部件构成。并且，也可以将连杆24与连杆引导件30之间的空隙设为极小以使空隙发挥间隙密封件的功能，从而代替密封部件。通过第1密封部32，活塞缸体28构成为相对于置换器缸体26气密。由此，活塞缸体28从置换器缸体26被流体隔离，活塞缸体28与置换器缸体26之间不会产生直接的气体流通。

置换器缸体26被置换器20分隔为膨胀室34和室温室36。置换器20的轴向上的一端与置换器缸体26之间形成膨胀室34，轴向上的另一端与置换器缸体26之间形成室温室36。膨胀室34配置于下止点LP1侧，室温室36配置于上止点UP1侧。并且，在冷头14设置有以从外侧包围膨胀室34的方式固定在置换器缸体26的冷却台38。

蓄冷器15内置于置换器20。在置换器20的上盖部具有使蓄冷器15与室温室36连通的入口流路40。并且，在置换器20的筒部具有使蓄冷器15与膨胀室34连通的出口流路42。或者，出口流路42也可以设置于置换器20的下盖部。而且，蓄冷器15具备内接于上盖部的入口保持架41、内接于下盖部的出口保持架43及被两个保持架夹持的蓄冷材料。在图1中，蓄冷材料显示为夹在入口保持架41和出口保持架43之间的标注有点的区域。蓄冷材料例如可以是铜制的金属丝网。保持架可以是比蓄冷材料更粗的金属丝网。

第2密封部44设置于置换器20与置换器缸体26之间。第2密封部44例如为滑动密封件，其安装于置换器20的筒部或上盖部。置换器20与置换器缸体26之间的间隙被第2密封部44封闭，因此在室温室36与膨胀室34之间不会存在直接的气体流通(即，绕过蓄冷器15的气流)。

在置换器20沿轴向移动时，膨胀室34及室温室36的容积以互补方式增减。即，置换器20向下移动时，膨胀室34变窄而室温室36变宽。反之亦然。

工作气体从室温室36通过入口流路40流入蓄冷器15。更准确地说，工作气体从入口流路40通过入口保持架41流入蓄冷器15。工作气体从蓄冷器15经由出口保持架43及出口流路42流入膨胀室34。在工作气体从膨胀室34返回室温室36时，通过相反的路径。即，工作气体从膨胀室34通过出口流路42、蓄冷器15及入口流路40返回至室温室36。欲绕过蓄冷器15而流过间隙的工作气体被第2密封部44阻断。

活塞缸体28具备：驱动室46，其压力被控制成驱动驱动活塞22；及气体弹簧室48，通过驱动活塞22而与驱动室46分隔。驱动活塞22的轴向上一端与活塞缸体28之间形成驱动室46，轴向上的另一端与活塞缸体28之间形成气体弹簧室48。在驱动活塞22沿轴向移动时，驱动室46及气体弹簧室48的容积以互补方式增减。

驱动室46相对于驱动活塞22配置于轴向上与置换器缸体26相反的一侧。气体弹簧室48相对于驱动活塞22配置于轴向上与置换器缸体26相同的一侧。换言之，驱动室46配置于上止点UP2侧，气体弹簧室48配置于下止点LP2侧。驱动活塞22的上表面受到驱动室46的气体压力，驱动活塞22的下表面受到气体弹簧室48的气体压力。

连杆24从驱动活塞22的下表面通过气体弹簧室48朝向连杆引导件30延伸。而且，连杆24通过室温室36后延伸至置换器20的上盖部。气体弹簧室48相对于驱动活塞22配置于与连杆24相同的一侧，驱动室46相对于驱动活塞22配置于与连杆24相反的一侧。

第3密封部50配置于驱动活塞22与活塞缸体28之间。第3密封部50例如为滑动密封件，其安装于驱动活塞22的侧面。驱动活塞22与活塞缸体28之间的间隙被第3密封部50封闭，因此在驱动室46与气体弹簧室48之间不存在直接的气体流通。并且，由于设置有第1密封部32，因此在气体弹簧室48与室温室36之间也不存在气体流通。因此，气体弹簧室48形成为相对于置换器缸体26气密。气体弹簧室48被第1密封部32及第3密封部50密封。

在驱动活塞22向下移动时，气体弹簧室48变窄。此时，气体弹簧室48的气体被压缩，压力变高。气体弹簧室48的压力向上作用于驱动活塞22的下表面。因此，气体弹簧室48产生抵抗驱动活塞22向下移动的气体弹簧力。相反地，驱动活塞22向上移动时，气体弹簧室48变宽。气体弹簧室48的压力下降，作用于驱动活塞22的气体弹簧力也变小。

另外，也可以不设置第3密封部50。可以在驱动活塞22与活塞缸体28之间保持间隙。该间隙可以对驱动室46和气体弹簧室48之间的气体流通起到流路阻力的作用。

冷头14在所使用现场以图1所示朝向设置。即，纵置设置冷头14，以使置换器缸体26配置于铅垂方向下方且使活塞缸体28配置于铅垂方向上方。如此，在以使冷却台38朝向铅垂方向下方的姿势设置冷头14的情况下，GM制冷机10的制冷能力变得最高。但是，GM制冷机10的配置并不只限于此。相反地，也可以以冷却台38朝向铅垂方向上方的姿势设置冷头14。或者，冷头14也可以横向设置或其他朝向设置。

在冷头14以冷却台38朝向铅垂方向下方的姿势设置的情况下，重力如箭头D所示朝下作用。因此，轴向可动体16的自重起到辅助使驱动活塞22向下移动的驱动力的作用。驱动活塞22在向下移动时施加有比向上移动时更大的驱动力。因此，在典型的气体驱动式的GM制冷机中，置换器与置换器缸体在置换器的下止点容易产生碰撞或接触。

但是，在冷头14设置有气体弹簧室48。积存在气体弹簧室48的气体在驱动活塞22向下移动时被压缩，其压力变高。由于该压力朝向与重力相反的方向作用，因此作用于驱动活塞22的驱动力变小。能够减慢驱动活塞22即将到达下止点LP2之前的速度。

由此，能够避免驱动活塞22与活塞缸体28接触或碰撞和/或置换器20与置换器缸体26接触或碰撞。或者，即使发生了碰撞，也因驱动活塞22的速度降低会导致碰撞能量减少，因此碰撞声得到抑制。

而且，GM制冷机10具备将压缩机12连接于冷头14的工作气体流路52。工作气体流路52构成为，在活塞缸体28(即，驱动室46)与置换器缸体26(即，膨胀室34和/或室温室36)之间产生压力差。通过该压力差，轴向可动体16沿轴向移动。若置换器缸体26的压力低于活塞缸体28的压力，则驱动活塞22向下移动，随之，置换器20也向下移动。相反，若置换器缸体26的压力高于活塞缸体28的压力，则驱动活塞22向上移动，随之，置换器20也向上移动。

工作气体流路52具备回转阀54。回转阀54也可以配设于冷头壳体18内，并且通过配管与压缩机12连接。回转阀54还可以配设于冷头壳体18外，并且通过配管分别与压缩机12及冷头14连接。

回转阀54具备主压力转换阀60及副压力转换阀62。主压力转换阀60具有主进气开闭阀V1及主排气开闭阀V2。副压力转换阀62具有副进气开闭阀V3及副排气开闭阀V4。

主压力转换阀60配设于将压缩机12连接于冷头14的室温室36的主进排气流路64上。主进排气流路64通过主压力转换阀60分支为主进气路64a和主排气路64b。主进气开闭阀V1配设于主进气路64a，将压缩机排出口12a连接于室温室36。主排气开闭阀V2配设于主排气路64b，将压缩机吸入口12b连接于室温室36。

主压力转换阀60构成为，使压缩机排出口12a或压缩机吸入口12b选择性地连通于置换器缸体26的室温室36。在主压力转换阀60中，主进气开闭阀V1及主排气开闭阀V2分别被排他性地开放。即，禁止主进气开闭阀V1及主排气开闭阀V2同时打开。在主进气开闭阀V1打开的期间主排气开闭阀V2被关闭。工作气体从压缩机排出口12a通过主进排气流路64供给至置换器缸体26。另一方面，在主排气开闭阀V2打开的期间主进气开闭阀V1被关闭。工作气体从置换器缸体26通过主进排气流路64回收至压缩机吸入口12b。另外，主进气开闭阀V1及主排气开闭阀V2也可以同时关闭一段时间。如此，置换器缸体26与压缩机排出口12a及压缩机吸入口12b交替连接。

副压力转换阀62配设于将压缩机12连接于活塞缸体28的驱动室46的副进排气流路66上。副进排气流路66通过副压力转换阀62分支为副进气路66a和副排气路66b。副进气开闭阀V3配设于副进气路66a，将压缩机排出口12a连接于驱动室46。副排气开闭阀V4配设于副排气路66b，将压缩机吸入口12b连接于驱动室46。

副压力转换阀62构成为，使压缩机排出口12a或压缩机吸入口12b选择性地连通于活塞缸体28的驱动室46。副压力转换阀62构成为副进气开闭阀V3及副排气开闭阀V4分别被排他性地开放。即，禁止副进气开闭阀V3及副排气开闭阀V4同时打开。在副进气开闭阀V3打开的期间副排气开闭阀V4被关闭。工作气体从压缩机排出口12a通过副进排气流路66供给至驱动室46。另一方面，在副排气开闭阀V4打开的期间副进气开闭阀V3被关闭。工作气体从驱动室46通过副进排气流路66回收至压缩机吸入口12b。另外，副进气开闭阀V3及副排气开闭阀V4也可以同时关闭一段时间。如此，驱动室46与压缩机排出口12a及压缩机吸入口12b交替连接。

该一组阀(V1～V4)的详细内容将在后面进行叙述，其能够按照用于冷却GM制冷机10的冷却用阀定时或用于加热GM制冷机10的加热用阀定时进行动作。

一组阀(V1～V4)组装于回转阀54，并同步驱动。回转阀54构成为，通过阀盘(或阀转子)相对于阀主体(或阀定子)的旋转滑动，准确地切换阀(V1～V4)。一组阀(V1～V4)在GM制冷机10的运行中以相同周期进行转换，由此四个开闭阀(V1～V4)周期性地改变开闭状态。四个开闭阀(V1～V4)分别以不同的相位打开或关闭。

GM制冷机10具备与回转阀54连结的可逆转式马达56，其使回转阀54绕回转阀旋转轴旋转。可逆转式马达56与回转阀54机械性地连结。回转阀54构成为，在可逆转式马达56正向旋转时按照冷却用阀定时动作，在可逆转式马达56反向旋转时按照加热用阀定时动作。

GM制冷机10也可以具备控制可逆转式马达56的旋转方向的马达控制部58。马达控制部58也可以构成为按照使用者的输入来转换可逆转式马达56的旋转方向。例如，马达控制部58也可以具备由使用者操作的转换开关。通过该转换开关的操作，可逆转式马达56的旋转方向反转(从正向旋转转换为反向旋转或从反向旋转转换为正向旋转)。

GM制冷机10用的回转阀单元包括回转阀54和可逆转式马达56。回转阀单元也可以包括马达控制部58。回转阀单元可以一体地搭载于GM制冷机10的冷头14。或者，回转阀单元也可以和冷头14分开设置并通过配管与冷头14连接。

图2是表示实施方式所涉及的回转阀单元的概略立体图。为了便于理解，用虚线表示内部结构的一部分。

回转阀54具备阀定子150和阀转子152。在回转阀54容纳在冷头壳体18的情况下，阀定子150固定于冷头壳体18。在回转阀54与冷头14分开设置的情况下，阀定子150固定于容纳回转阀54的阀壳体或其他静止部。

阀定子150包括第1阀定子150a及第2阀定子150b。第1阀定子150a和第2阀定子150b一同固定于冷头壳体18或其他静止部。第1阀定子150a和第2阀定子150b形成为圆筒状，并与回转阀旋转轴(以下，还称为阀旋转轴)156同轴配置。第2阀定子150b以包围第1阀定子150a的方式配置于第1阀定子150a的外侧。第2阀定子150b的内侧圆筒面与第1阀定子150a的外侧圆筒面接触。

如此，阀定子150被分割为两个定子零件。但是，这种分割并非必须，阀定子150也可以是单一的零件。

阀定子150具有缸体端口158及驱动室端口160。回转阀54通过缸体端口158连接于图1所示的室温室36，从而与置换器缸体26流体连通。缸体端口158相当于图1所示的主进排气流路64。并且，回转阀54通过驱动室端口160连接于图1所示的驱动室46，从而与活塞缸体28流体连通。驱动室端口160相当于图1所示的副进排气流路66。

缸体端口158及驱动室端口160在第2阀定子150b的圆筒侧面开口。缸体端口158和驱动室端口160隔着阀旋转轴156而彼此配置于相反侧。缸体端口158从第2阀定子150b朝向第1阀定子150a贯穿两者的接触面。为了在第2阀定子150b与第1阀定子150a的接触面上通过O型环等密封部件将缸体端口158和驱动室端口160彼此密封，缸体端口158和驱动室端口160在阀旋转轴156的方向上位于不同位置。

并且，阀定子150具有高压端口162。回转阀54通过高压端口162连接于图1所示的压缩机排出口12a，从而与压缩机12流体连通。高压端口162相当于图1所示的主进气路64a及副进气路66a。高压端口162在第1阀定子150a的底面(即，在阀旋转轴156的方向上与阀转子152相反一侧的面)开口。

阀转子152与可逆转式马达56连结，从而相对于阀定子150绕阀旋转轴156旋转。例如，阀转子152的阀旋转轴156的方向上的一端侧经由曲柄机构等旋转传递机构166与可逆转式马达56的输出轴连结。阀转子152也可以与可逆转式马达56的输出轴直接连结。如箭头R示出，阀转子152能够绕阀旋转轴156正反转。

并且，阀转子152的阀旋转轴156的方向上的另一端侧以相对于阀定子150旋转滑动的方式与阀定子150面接触。阀转子152与阀定子150的面接触保持阀定子150和阀转子152中流通的工作气体的气密性。换言之，通过阀转子152与阀定子150的接触面压，贯穿阀转子152及阀定子150的旋转滑动面的高压气体流路和低压气体流路彼此被密封。

阀转子152包括第1阀转子152a及第2阀转子152b。第1阀转子152a及第2阀转子152b与可逆转式马达56连结，从而相对于阀定子150绕阀旋转轴156旋转。第1阀转子152a构成为通过旋转将置换器缸体26交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口。第2阀转子152b构成为通过旋转将活塞缸体28交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口。对于回转阀54内部的流路结构，将在后面进行叙述。

第1阀转子152a和第2阀转子152b形成为圆筒状，并且与阀旋转轴156同轴配置。第2阀转子152b以包围第1阀转子152a的方式配置于第1阀转子152a的外侧。第2阀转子152b的内侧圆筒面与第1阀转子152a的外侧圆筒面接触。第2阀转子152b构成为阀旋转轴156的方向上的一端侧封闭且另一端侧开放，从而具有供第1阀转子152a嵌入的凹部。第1阀转子152a的上表面(在阀旋转轴156的方向上与阀定子150相反一侧的面)与第2阀转子152b的封闭的端部接触。

如此，阀转子152被分割为两个转子零件。

阀转子152具有主低压端口164及副低压端口165。回转阀54通过主低压端口164及副低压端口165连接于图1所示的压缩机吸入口12b，从而与压缩机12流体连通。主低压端口164相当于图1所示的主排气路64b。副低压端口165相当于图1所示的副排气路66b。主低压端口164及副低压端口165在第2阀转子152b的上表面开口。图中，主低压端口164包括两个气体出口，但是气体出口也可以仅有一个。

第1阀转子152a以相对于第1阀定子150a旋转滑动的方式与第1阀定子150a面接触。第1阀转子152a的外径与第1阀定子150a的外径一致。第2阀转子152b以相对于第2阀定子150b旋转滑动的方式与第2阀定子150b面接触。第2阀转子152b的内径及外径与第2阀定子150b的内径及外径一致。另外，第2阀转子152b的外径和第2阀定子150b的外径也可以不同。

第1阀定子150a与第1阀转子152a组合构成图1所示的主压力转换阀60(即，主进气开闭阀V1及主排气开闭阀V2)。第2阀定子150b与第2阀转子152b组合构成图1所示的副压力转换阀62(即，副进气开闭阀V3及副排气开闭阀V4)。

第1阀转子152a和第2阀转子152b通过阀转子连结机构168彼此连结。阀转子连结机构168将第1阀转子152a和第2阀转子152b彼此连结，以便在可逆转式马达56正向旋转时使第1阀转子152a与第2阀转子152b保持第1相对角度并且使两个阀转子绕阀旋转轴156旋转，且在可逆转式马达56反向旋转时使第1阀转子152a与第2阀转子152b保持第2相对角度并且使两个阀转子绕阀旋转轴156旋转。可逆转式马达56的旋转经由旋转传递机构166(或直接)传递至第2阀转子152b，第2阀转子152b的旋转经由阀转子连结机构168传递至第1阀转子152a。如此，第1阀转子152a和第2阀转子152b一体地旋转。

阀转子连结机构168构成为伴随可逆转式马达56的旋转方向的反转改变第1阀转子152a和第2阀转子152b的相对位置。更具体而言，阀转子连结机构168构成为伴随可逆转式马达56的旋转方向的反转切换第1相对角度和第2相对角度。阀转子连结机构168的详细内容将在后面进行叙述。

第2相对角度与第1相对角度不同。详细内容将在后面进行叙述，第1相对角度设计成对GM制冷机10进行冷却。第2相对角度设计成对GM制冷机10进行加热。第2相对角度可以从第1相对角度偏移选自30°至60°的范围的角度。第2相对角度也可以从第1相对角度偏移约45°。由此，能够在可逆转式马达56正向旋转时使回转阀54按照冷却用阀定时动作，在可逆转式马达56反向旋转时使回转阀54按照加热用阀定时动作。

下面，参考图3(a)至图5(b)，对回转阀54的流路结构进行说明。

图3(a)至图3(e)是表示实施方式所涉及的回转阀单元的旋转滑动面的概略俯视图。图3(a)中示出了与阀转子152面接触的阀定子150的面，图3(b)至图3(e)中示出了与阀定子150面接触的阀转子152的面。图3(b)至图3(e)中示出了阀转子152中的第1阀转子152a与第2阀转子152b的相对位置的若干个例子。

并且，图4(a)、图4(b)、图5(a)及图5(b)是用于说明回转阀54内部的流路结构的概略剖视图。为了便于理解，图4(a)中示出了以图3(d)所示的阀转子152为例的主进气开闭阀V1及副进气开闭阀V3打开的状态(即，主排气开闭阀V2及副排气开闭阀V4被关闭的状态)。并且，图4(b)中示出了以图3(d)所示的阀转子152为例的主排气开闭阀V2及副排气开闭阀V4打开的状态(即，主进气开闭阀V1及副进气开闭阀V3被关闭的状态)。

并且，图5(a)中示出了以图3(e)所示的阀转子152为例的主进气开闭阀V1及副排气开闭阀V4打开的状态(即，主排气开闭阀V2及副进气开闭阀V3被关闭的状态)。并且，图5(b)中示出了以图3(e)所示的阀转子152为例的主排气开闭阀V2及副进气开闭阀V3打开的状态(即，主进气开闭阀V1及副排气开闭阀V4被关闭的状态)。图4(a)至图5(b)表示包含阀旋转轴156的截面。

如图3(a)所示，第1阀定子150a具有第1定子平面170a，第2阀定子150b具有第2定子平面170b。第1定子平面170a为第1阀定子150a的端面，第2定子平面170b为第2阀定子150b的端面。如上述，阀定子150具有将第1阀定子150a及第2阀定子150b分别作为内筒及外筒的双重圆筒结构，因此第1定子平面170a具有圆形区域，第2定子平面170b具有包围第1定子平面170a的圆环区域。第1定子平面170a和第2定子平面170b在阀旋转轴156的方向上位于大致相同的高度，因此第1定子平面170a和第2定子平面170b位于大致相同的平面上。

在第1定子平面170a，开口有高压端口162及缸体端口158。高压端口162位于第1定子平面170a的中心。即，高压端口162沿阀旋转轴156的方向贯穿第1阀定子150a。缸体端口158从第1定子平面170a的外周部朝向第2阀定子150b的圆筒侧面贯穿。即，缸体端口158沿阀旋转轴156的方向进入第1阀定子150a内，之后朝向径向外侧弯曲，开口于第1阀定子150a圆筒侧面。并且，缸体端口158与沿径向贯穿第2阀定子150b的孔相连。

在第2定子平面170b，开口有驱动室端口160。驱动室端口160相对于高压端口162(即，阀旋转轴156)位于与缸体端口158相反的一侧。驱动室端口160从第2定子平面170b沿阀旋转轴156的方向进入第2阀定子150b内，之后朝向径向外侧弯曲而贯穿至第2阀定子150b的圆筒侧面。

如图3(b)所示，第1阀转子152a具有与第1定子平面170a面接触的第1转子平面172a，第2阀转子152b具有与第2定子平面170b面接触的第2转子平面172b。第1转子平面172a为第1阀转子152a的端面，第2转子平面172b为第2阀转子152b的端面。如上述，阀转子152具有将第1阀转子152a及第2阀转子152b分别作为内筒及外筒的双重圆筒结构，因此第1转子平面172a具有圆形区域，第2转子平面172b具有包围第1转子平面172a的圆环区域。第1阀定子150a和第2阀定子150b在阀旋转轴156的方向上位于大致相同的高度，因此第1阀定子150a和第2阀定子150b位于大致相同的平面上。

在第1转子平面172a，开口有第1转子高压流路174。第1转子高压流路174在第1转子平面172a上划定从第1转子平面172a的中心部朝向径向外侧延伸的矩形状或椭圆状的气体入口。该气体入口沿第1转子平面172a的径向延伸。但是，第1转子高压流路174并未到达第1阀转子152a的圆筒侧面。第1转子高压流路174的径向长度与第1定子平面170a上的高压端口162至缸体端口158为止的径向长度大致相等。第1转子高压流路174的外周部和缸体端口158位于以阀旋转轴156为中心的大致相同的圆周上。

第1转子高压流路174的中心部从第1转子平面172a沿阀旋转轴156的方向贯穿至第1阀转子152a的上表面(与第1转子平面172a相反一侧的端面)(参考图4(a))。第1转子高压流路174始终与高压端口162相连。

并且，在第1转子平面172a，开口有第1转子低压流路176。第1转子平面172a上的阀旋转轴156至第1转子低压流路176为止的径向长度与第1定子平面170a上的阀旋转轴156至缸体端口158为止的径向长度大致相等。第1转子低压流路176和缸体端口158位于以阀旋转轴156为中心的大致相同的圆周上。第1转子低压流路176相对于阀旋转轴156位于与第1转子高压流路174相反的一侧。第1转子低压流路176从第1转子平面172a沿阀旋转轴156的方向贯穿至第1阀转子152a的上表面(参考图4(a))。

在第2转子平面172b，开口有副低压端口165及第2转子高压流路178。副低压端口165、第2转子高压流路178及第2定子平面170b上的驱动室端口160位于以阀旋转轴156为中心的大致相同的圆周上。副低压端口165沿阀旋转轴156的方向贯穿至第2阀转子152b的上表面。第2转子高压流路178在第2阀转子152b的内部折弯后到达第1转子高压流路174(参考图4(a))。第2转子高压流路178在第1阀转子152a的上表面始终与第1转子高压流路174相连。

如图4(a)所示，主低压端口164从第2阀转子152b的上表面贯穿第2阀转子152b。并且，主低压端口164包含圆弧状的低压槽180。圆弧状的低压槽180形成于第2阀转子152b的与第1阀转子152a接触的面上(即，与第1阀转子152a的上表面对置的第2阀转子152b的面)(用虚线表示)。如图7所示，圆弧状的低压槽180和第1转子低压流路176位于以阀旋转轴156为中心的大致相同的圆周上。第1转子低压流路176通过圆弧状的低压槽180始终与主低压端口164相连。如此，主低压端口164以避开第2转子高压流路178的方式形成于第2阀转子152b。

图3(b)中示出了可逆转式马达56正向旋转时的第1阀转子152a与第2阀转子152b的相对位置。第1阀转子152a相对于第2阀转子152b具有第1相对角度68。通过使第1阀转子152a相对于第2阀转子152b围绕阀旋转轴156保持第1相对角度68并且使阀转子152向正转方向72旋转，回转阀54按照冷却用阀定时动作。图3(b)中，一并示出了通过第1转子高压流路174及第1转子低压流路176的第1转子平面172a的中心线74和通过副低压端口165及第2转子高压流路178的第2转子平面172b的中心线76。第1相对角度68可以表示为第1转子平面172a的中心线74与第2转子平面172b的中心线76所呈角度，在此，第1相对角度68为45°。

图3(c)中示出了可逆转式马达56反向旋转时的第1阀转子152a与第2阀转子152b的相对位置。第1阀转子152a相对于第2阀转子152b具有第2相对角度70。通过使第1阀转子152a相对于第2阀转子152b绕阀旋转轴156保持第2相对角度70并且使阀转子152向反转方向80旋转，回转阀54按照加热用阀定时动作。第2相对角度70可以表示为第1转子平面172a的中心线74与第2转子平面172b的中心线76所呈角度，在此，第2相对角度70为90°。因此，第2相对角度70从第1相对角度68偏移45°。

如此，第1阀转子152a与第2阀转子152b之间的角度方面上的相对位置关系在冷却用阀定时和加热用阀定时中不同。对比图3(b)与图3(c)可知，第1阀转子152a相对于第2阀转子152b旋转了45°。

图3(d)中，作为另一例示出了第1阀转子152a与第2阀转子152b的相对角度为0°的情况。图3(e)中示出了第1阀转子152a与第2阀转子152b的相对角度为180°的情况。

如图3(b)所示，第1阀转子152a具有第1圆筒面173a，第2阀转子152b具有第2圆筒面173b。第1圆筒面173a为第1阀转子152a的侧面，第2圆筒面173b为第2阀转子152b的内侧的侧面。第1圆筒面173a与第2圆筒面173b彼此接触。

回转阀54构成为在第1圆筒面173a和第2圆筒面173b上均不存在工作气体流路的出入口。第1阀转子152a的工作气体流路全部从旋转滑动面(即，第1转子平面172a)贯穿至相反侧的面(即，上表面)。第2阀转子152b的工作气体流路从旋转滑动面(即，第2转子平面172b)贯穿至上表面或与第1阀转子152a接触的面。

如此一来，由于不存在工作气体流路，因此无需在第1圆筒面173a与第2圆筒面173b之间设置O型环等密封部件。假设设置有密封部件，则第2阀转子152b相对于第1阀转子152a的相对旋转有可能会给密封部件带来不期望的变形。其结果，有可能会对密封部件的耐久性带来影响。

在一种实施方式中，回转阀54也可以构成为第1圆筒面173a和第2圆筒面173b上存在工作气体流路的出入口。该情况下，也可以在第1圆筒面173a与第2圆筒面173b之间设置O型环等密封部件。

为了提高相对旋转中的滑动性，优选由不同材料形成第1阀转子152a和第2阀转子152b。同样地，为了良好的滑动，优选由不同材料形成阀定子150和阀转子152。例如，若由金属材料(例如，铝材料或铁材料)形成两个滑动零件中的一个滑动零件且由树脂材料(例如，工程塑料材料、氟树脂材料)形成另一个滑动零件，则能够获得良好的滑动性。

因此，可以由树脂材料形成第1定子平面170a，由金属材料形成第2定子平面170b，由金属材料形成第1转子平面172a，由树脂材料形成第2转子平面172b。或者，也可以由金属材料形成第1定子平面170a，由树脂材料形成第2定子平面170b，由树脂材料形成第1转子平面172a，由金属材料形成第2转子平面172b。其中，也可以是只有包含转子平面的阀转子的一部分或只有包含定子平面的阀定子的一部分由所希望的材料形成。或者，也可以由所希望的材料形成整个阀定子或整个阀转子。

在回转阀54中，主进气开闭阀V1由高压端口162、第1转子高压流路174及缸体端口158构成。在阀转子152的旋转中，在第1转子高压流路174与缸体端口158重叠时，高压端口162与缸体端口158连接。高压工作气体能够从高压端口162通过第1转子高压流路174流向缸体端口158。这就是主进气开闭阀V1的打开状态(图4(a)及图5(a))。另一方面，在第1转子高压流路174未与缸体端口158重叠时，高压端口162从缸体端口158切断，工作气体无法从高压端口162流入缸体端口158。这就是主进气开闭阀V1的关闭状态(图4(b)及图5(b))。

主排气开闭阀V2由缸体端口158、第1转子低压流路176及主低压端口164构成。在阀转子152的旋转中，在第1转子低压流路176与缸体端口158重叠时，缸体端口158与主低压端口164连接。低压工作气体能够从缸体端口158通过第1转子低压流路176流向主低压端口164。这就是主排气开闭阀V2的打开状态(图4(b)及图5(b))。另一方面，在第1转子低压流路176未与缸体端口158重叠时，缸体端口158从主低压端口164切断，工作气体无法从缸体端口158流向主低压端口164。这就是主排气开闭阀V2的关闭状态(图4(a)及图5(a))。

副进气开闭阀V3由高压端口162、第1转子高压流路174、第2转子高压流路178及驱动室端口160构成。在阀转子152的旋转中，在第2转子高压流路178与驱动室端口160重叠时，高压端口162与驱动室端口160连接。高压工作气体能够从高压端口162通过第1转子高压流路174及第2转子高压流路178流入驱动室端口160。这就是副进气开闭阀V3的打开状态(图4(a)及图5(a))。另一方面，在第2转子高压流路178未与驱动室端口160重叠时，高压端口162从驱动室端口160切断，工作气体无法从高压端口162流入驱动室端口160。这就是副进气开闭阀V3的关闭状态(图4(b)及图5(b))。

副排气开闭阀V4由驱动室端口160及副低压端口165构成。在阀转子152的旋转中，在副低压端口165与驱动室端口160重叠时，驱动室端口160与副低压端口165连接，工作气体能够从驱动室端口160流向副低压端口165。这就是副排气开闭阀V4的打开状态(图4(b)及图5(b))。另一方面，在副低压端口165未与驱动室端口160重叠时，驱动室端口160从副低压端口165切断，工作气体无法从驱动室端口160流向副低压端口165。这就是副排气开闭阀V4的关闭状态(图4(a)及图5(a))。

下面，参考图6及图7，对阀转子连结机构168的示例性结构进行说明。图6是表示实施方式所涉及的阀转子152的概略立体分解图，图7是表示实施方式所涉及的第2阀转子152b的概略立体图。在图7中，与第2转子平面172b一同示出了为了接收第1阀转子152a而形成于第2阀转子152b的凹部。

阀转子连结机构168具备连结销引导槽182、连结销184及连结销固定孔186。连结销引导槽182形成于第1阀转子152a的上表面188。连结销引导槽182形成为以阀旋转轴156为中心的圆弧状。连结销引导槽182具有第1槽端部182a及第2槽端部182b。第1槽端部182a及第2槽端部182b相当于周向上的连结销引导槽182的两端。连结销引导槽182的中心角的大小相当于第1相对角度与第2相对角度之间的相位差。因此，连结销引导槽182的中心角的大小例如为选自30°至60°的范围的角度。在本实施方式中，连结销引导槽182的中心角的大小为大致45°。

连结销184固定并支承于第2阀转子152b。连结销184与阀旋转轴156平行地延伸。连结销184的一端插入到连结销引导槽182，另一端安装于连结销固定孔186。连结销184可以嵌入并固定于连结销固定孔186，也可以带着些许游隙而插入到连结销固定孔186。连结销固定孔186形成于第2阀转子152b。连结销固定孔186形成在第2阀转子152b的与第1阀转子152a的上表面188接触的接触面190上。连结销引导槽182和连结销固定孔186位于以阀旋转轴156为中心的相同的圆周上。连结销固定孔186与圆弧状的低压槽180也位于相同的圆周上。

连结销184在图1及图2所示的可逆转式马达56正向旋转时与连结销引导槽182的第1槽端部182a卡合，以使第1阀转子152a与第2阀转子152b保持第1相对角度。并且，连结销184在可逆转式马达56反向旋转时与连结销引导槽182的第2槽端部182b卡合，以使第1阀转子152a与第2阀转子152b保持第2相对角度。连结销引导槽182形成为，在可逆转式马达56从正向旋转转换为反向旋转时，将连结销184从第1槽端部182a朝向第2槽端部182b引导，在可逆转式马达56从反向旋转转换为正向旋转时，将连结销184从第2槽端部182b朝向第1槽端部182a引导。

因此，在可逆转式马达56从正向旋转转换为反向旋转时，第2阀转子152b相对于第1阀转子152a以角度方式位移，两个阀转子的相对角度从第1相对角度转换为第2相对角度。并且，在可逆转式马达56从反向旋转转换为正向旋转时，第2阀转子152b相对于第1阀转子152a以角度方式位移，两个阀转子的相对角度从第2相对角度转换为第1相对角度。

如此一来，通过连结销引导槽182与连结销184的组合的比较简单的结构即可切换第1阀转子152a与第2阀转子152b的相对角度。

另外，也可以将连结销引导槽182形成于第2阀转子152b，将连结销184固定并支承于第1阀转子152a。连结销固定孔186也可以形成于第1阀转子152a。

图7中示出了形成于第2阀转子152b的接触面190的圆弧状的低压槽180。圆弧状的低压槽180的中心角可以大于或等于第1相对角度与第2相对角度之间的相位差。在本实施方式中，圆弧状的低压槽180的中心角为大致270°，比第1相对角度与第2相对角度之间的相位差的大致45°更大。如此一来，即使两个阀转子的相对角度被转换，也能够通过圆弧状的低压槽180使主低压端口164始终与第1转子低压流路176连通。

以下，参考图8(a)至图9(c)，对实施方式所涉及的GM制冷机10的动作进行说明。图8(a)至图8(c)是用于说明GM制冷机10的冷却用阀定时的图，图9(a)至图9(c)是用于说明GM制冷机10的加热用阀定时的图。

图8(a)中例示了GM制冷机10的时序图，其表示冷却用阀定时的一例。在图8(a)中，按照时间顺序示出了GM制冷机10在一个循环中的阀开闭状态。一个循环对应于360°。在图3(b)所示的阀转子152相对于阀定子150朝向正转方向72旋转时，回转阀54能够实现图8(a)所示的冷却用阀定时。如图示，回转阀54按照副进气开闭阀V3、主进气开闭阀V1、副排气开闭阀V4及主排气开闭阀V2的顺序打开或关闭。副进气开闭阀V3打开的相位与主进气开闭阀V1打开的相位之间的相位差(例如，45°)由第1阀转子152a与第2阀转子152b的第1相对角度确定。

图8(b)中示出了在GM制冷机10按照图8(a)所示的冷却用阀定时运转时获得的GM制冷机10的一个周期的动作波形。实线表示置换器缸体26的压力波形，单点划线表示驱动室46的压力波形，虚线表示置换器20的位置波形。

置换器缸体26的压力波形从驱动室46的压力波形延迟45°。由此，在置换器缸体26的工作气体室(即，膨胀室34及室温室36)与驱动室46之间产生压差，从而能够使置换器20移动。如图示，置换器20位于下止点LP1时，在置换器缸体26中进行进气工序，置换器20位于上止点UP1时，在置换器缸体26中进行排气工序。即，膨胀室34成为最大容积时，高压(PH)的工作气体膨胀并被减压。因此，与通常的制冷循环同样地，GM制冷机10能够产生寒冷。

图8(c)是GM制冷机10按照图8(a)所示的冷却用阀定时运转时获得的PV图。PV图描绘出沿顺时针方向封闭的图形，因此工作气体从外部吸收热量。由此也可知GM制冷机10按照冷却用阀定时运转时产生寒冷。

图9(a)中例示了GM制冷机10的时序图，其表示加热用阀定时的一例。图3(c)所示的阀转子152相对于阀定子150朝向反转方向80旋转时，回转阀54能够实现图9(a)所示的加热用阀定时。由于回转阀54通过可逆转式马达56反向旋转，因此如图示，回转阀54按照主排气开闭阀V2、副排气开闭阀V4、主进气开闭阀V1及副进气开闭阀V3的顺序打开或关闭。图9(a)的加热用阀定时为与图8(b)的冷却用阀定时相反的阀开闭顺序。副进气开闭阀V3打开的相位与主进气开闭阀V1打开的相位之间的相位差由第1阀转子152a与第2阀转子152b的第2相对角度确定。

图9(b)中示出了在GM制冷机10按照图9(a)所示的加热用阀定时运转时获得的GM制冷机10的一个周期的动作波形。与图8(b)同样地，实线表示置换器缸体26的压力波形，单点划线表示驱动室46的压力波形，虚线表示置换器20的位置波形。

置换器缸体26的压力波形从驱动室46的压力波形提前90°。由此，在置换器缸体26的工作气体室(即，膨胀室34及室温室36)与驱动室46之间产生压差，从而能够使置换器20移动。如图示，置换器20位于下止点LP1或其附近时，在置换器缸体26中进行排气工序，置换器20位于上止点UP1或其附近时，在置换器缸体26中进行进气工序。即，膨胀室34成为最大容积时，高压(PH)的工作气体导入并被压缩。因此，GM制冷机10能够发热。

图9(c)是GM制冷机10按照图9(a)所示的加热用阀定时运转时获得的PV图。PV图描绘出沿逆时针方向关闭的图形，因此工作气体向外部散发热量。由此也可知GM制冷机10按照加热用阀定时运转时产生热。

如此，根据实施方式所涉及的GM制冷机10，在可逆转式马达56使回转阀54正向旋转时，在GM制冷机10中形成制冷循环，GM制冷机10被冷却。并且，在可逆转式马达56的旋转方向从正向旋转转换为反向旋转时，第1阀转子152a与第2阀转子152b的相对角度从第1相对角度转换为第2相对角度。在可逆转式马达56使回转阀54反向旋转时，在GM制冷机10中形成升温循环，从而能够根据工作气体的压缩热使GM制冷机10升温。

根据实施方式所涉及的GM制冷机10，在气体驱动型的GM制冷机中最初能够实现与马达驱动型的GM制冷机的反向旋转升温同样地基于工作气体的压缩热的升温。由于利用工作气体的压缩热，因此与自然升温相比，能够在短时间内有效地使GM制冷机10升温。并且，无需追加电加热器等加热元件就能够使GM制冷机10升温至比室温更高的温度。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明并不只限于上述实施方式，本领域技术人员可以理解能够进行各种设计改变，能够进行各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。

在上述实施方式中，回转阀54的内筒部(第1阀定子150a及第1阀转子152a)构成主压力转换阀60，回转阀54的外筒部(第2阀定子150b及第2阀转子152b)构成副压力转换阀62。但是，也可以由回转阀54的内筒部构成副压力转换阀62，由回转阀54的外筒部构成主压力转换阀60。并且，回转阀54的内部的流路结构并不只限于上述流路结构，也可以采用各种具体结构。

在上述实施方式中，阀转子152被分割为两个零件，并且能够切换这两个零件的相对位置。但是，本发明并不只限于此。图10是表示另一实施方式所涉及的阀定子的概略剖视图。在一种实施方式中，也可以使阀定子150分割为两个零件，并且能够切换这两个零件的相对位置。此时，阀转子152可以是第1阀转子152a和第2阀转子152b一体化的单个零件。回转阀54也可以具备将第1阀定子150a和第2阀定子150b彼此连结的阀定子连结机构92，以便在可逆转式马达56正向旋转时使第1阀定子150a与第2阀定子150b保持第1相对角度，在可逆转式马达56反向旋转时使第1阀定子150a与第2阀定子150b保持第2相对角度(参考图10)。

阀定子连结机构92也可以构成为通过螺栓等紧固件连结第1阀定子150a与第2阀定子150b并且能够切换第1相对角度和第2相对角度。阀定子连结机构92例如可以设为通过手动操作能够从阀定子150卸下并在切换相对角度之后重新安装于阀定子150。

在上述实施方式中，阀转子152被分割为两个零件，作为这两个零件的相对位置，能够切换围绕阀旋转轴156的相对角度。但是，本发明并不只限于此。只要能够适用，回转阀54也可以构成为通过第1阀转子152a与第2阀转子152b的旋转轴方向上的相对移动来切换冷却用阀定时与加热用阀定时。并且，回转阀54也可以构成为通过第1阀定子150a与第2阀定子150b的旋转轴方向上的相对移动来切换冷却用阀定时与加热用阀定时。

图11(a)及图11(b)是表示又一实施方式所涉及的回转阀54的概略剖视图。另外，为了便于说明，图11(a)及图11(b)中省略了回转阀54的内部流路。

在图示的回转阀54中，在第1树脂阀部件被第1金属阀部件包围的情况下，第1树脂阀部件相对于第1金属阀部件沿轴向突出，由此第1树脂阀部件的旋转滑动面位于与第1金属阀部件的旋转滑动面不同的轴向高度。并且，在第2金属阀部件被第2树脂阀部件包围的情况下，第2树脂阀部件相对于第2金属阀部件沿轴向突出，由此第2树脂阀部件的旋转滑动面位于与第2金属阀部件的旋转滑动面不同的轴向高度。

第2金属阀部件配置成与第1树脂阀部件旋转滑动，第1树脂阀部件的直径(例如，外径)小于第2金属阀部件的直径(例如，外径)。并且，第1金属阀部件配置成与第2树脂阀部件旋转滑动，第2树脂阀部件的直径(例如，外径)小于第2金属阀部件的直径(例如，外径)。

其结果，第1树脂阀部件中包含旋转滑动面的部分进入被第2树脂阀部件包围的凹部。在第1树脂阀部件与第2树脂阀部件之间具有沿径向的间隙。第1金属阀部件从第2金属阀部件沿轴向隔着距离而配置。

第1树脂阀部件和/或第2树脂阀部件在回转阀54长期使用时可能会被磨损。但是，由于第1金属阀部件从第2金属阀部件沿轴向隔着距离而配置，因此，即使树脂阀部件产生了些许磨损，也可以避免第1金属阀部件与第2金属阀部件接触。

例如，在图11(a)所示的回转阀54中，第1阀定子150a由金属材料形成，第2阀定子150b由树脂材料形成。第1阀转子152a由树脂材料形成，第2阀转子152b由金属材料形成。第2阀定子150b相对于第1阀定子150a沿轴向突出。因此，第2定子平面170b的轴向高度比第1定子平面170a的轴向高度高(图中，与第1定子平面170a相比，第2定子平面170b位于上方)。第1阀转子152a相对于第2阀转子152b沿轴向突出。因此，第1转子平面172a的轴向高度比第2转子平面172b的轴向高度高(图中，与第2转子平面172b相比，第1转子平面172a位于下方)。

第1阀转子152a的直径小于第1阀定子150a的直径。因此，第2阀转子152b的内径小于第2阀定子150b的内径。并且，第2阀定子150b的外径小于第2阀转子152b的外径。

因此，第1阀转子152a中包含第1转子平面172a的末端部分进入被第2阀定子150b包围的凹部。在第1阀定子152a与第2阀转子150b之间具有沿径向的间隙94。第2阀转子152b从第1阀定子150a沿轴向隔着距离而配置。间隙94的轴向高度相当于从第1阀定子150a至第2阀转子152b的轴向距离。

在图11(b)所示的回转阀54中，第2阀定子150b由金属材料形成，第1阀定子150a由树脂材料形成。第2阀转子152b由树脂材料形成，第1阀转子152a由金属材料形成。第1阀定子150a相对于第2阀定子150b沿轴向突出。因此，第1定子平面170a的轴向高度比第2定子平面170b的轴向高度高。第2阀转子152b相对于第1阀转子152a沿轴向突出。因此，第2转子平面172b的轴向高度比第1转子平面172a的轴向高度高。

第1阀定子150a的直径小于第1阀转子152a的直径。因此，第2阀定子150b的内径小于第2阀转子152b的内径。并且，第2阀转子152b的外径小于第2阀定子150b的外径。

因此，第1阀定子150a中包含第1定子平面170a的末端部分进入被第2阀转子152b包围的凹部。在第1阀定子150a与第2阀转子152b之间具有沿径向的间隙94。第1阀转子152a从第2阀定子150b沿轴向隔着距离而配置。间隙94的轴向高度相当于从第2阀定子150b至第1阀转子152a的轴向距离。

在一种实施方式中，回转阀也可以具备：第1阀要件，其为能够绕回转阀旋转轴旋转的阀转子或阀定子中的一个；及第2阀要件，其为阀转子或阀定子中的另一个。第1阀要件也可以具备：第1零件，其构成为通过相对于第2阀要件相对旋转，将置换器缸体交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口；及第2零件，其构成为通过相对于第2阀要件的相对旋转，将驱动室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口。回转阀也可以具备将第1零件和第2零件彼此连结的连结机构，以便在可逆转式马达正向旋转时使第1零件与第2零件围绕回转阀旋转轴保持第1相对角度，在可逆转式马达反向旋转时使第1零件与第2零件围绕回转阀旋转轴保持第2相对角度。第1相对角度可以设计成对超低温制冷机进行冷却，第2相对角度可以设计成对超低温制冷机进行加热。连结机构也可以构成为随着可逆转式马达的旋转方向的反转切换第1相对角度和第2相对角度。

第1阀要件可以为阀转子，第2阀要件可以为阀定子，第1零件及第2零件可以分别为第1阀转子及第2阀转子。或者，第1阀要件可以为阀定子，第2阀要件可以为阀转子，第1零件及第2零件可以分别为第1阀定子及第2阀定子。

在上述实施方式中，举例说明了气体驱动型GM制冷机。但是，本发明并不只限于此。实施方式所涉及的回转阀单元也可以在利用气体压力驱动置换器的其他超低温制冷机中采用。并且，实施方式所涉及的回转阀单元的适用并不只限于单级式的制冷机，也可以适用于二级或其以上的多级式制冷机。符号说明

10-GM制冷机，12-压缩机，12a-压缩机排出口，12b-压缩机吸入口，20-置换器，22-驱动活塞，46-驱动室，54-回转阀，56-可逆转式马达，68-第1相对角度，70-第2相对角度，150-阀定子，150a-第1阀定子，150b-第2阀定子，152-阀转子，152a-第1阀转子、152b-第2阀转子，156-阀旋转轴，170a-第1定子平面，170b-第2定子平面，172a-第1转子平面，172b-第2转子平面，173a-第1圆筒面，173b-第2圆筒面，182-连结销引导槽，182a-第1槽端部，182b-第2槽端部，184-连结销。

产业上的可利用性

本发明可利用于超低温制冷机及超低温制冷机用的回转阀单元的领域中。

Claims (7)

1.一种超低温制冷机，其特征在于，具备：

置换器，能够沿轴向往复移动；

缸体，容纳所述置换器；

驱动活塞，沿轴向驱动所述置换器；

驱动室，容纳所述驱动活塞；

回转阀，具备能够绕回转阀旋转轴旋转的阀转子及阀定子，所述阀转子包括第1阀转子及第2阀转子，所述第1阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述缸体交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口，所述第2阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述驱动室交替连接于所述压缩机排出口及所述压缩机吸入口；及

可逆转式马达，与所述回转阀连结，以使所述第1阀转子及所述第2阀转子相对于所述阀定子绕所述回转阀旋转轴旋转；

所述回转阀具备连结机构，所述连结机构将所述第1阀转子和所述第2阀转子彼此连结，以在所述可逆转式马达正向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第1相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，且在所述可逆转式马达反向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第2相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，所述第1相对角度设计成对所述超低温制冷机进行冷却，所述第2相对角度设计成对所述超低温制冷机进行加热，

所述连结机构构成为伴随所述可逆转式马达的旋转方向的反转切换所述第1相对角度和所述第2相对角度；

圆弧状的连结销引导槽，其以所述回转阀旋转轴为中心形成于所述第1阀转子和所述第2阀转子中的一个上；及

连结销，其固定并支承于所述第1阀转子和所述第2阀转子中的另一个上，并且在所述可逆转式马达正向旋转时与所述连结销引导槽的第1槽端部卡合，以使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持所述第1相对角度，且在所述可逆转式马达反向旋转时与所述连结销引导槽的第2槽端部卡合，以使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第2相对角度，

所述连结销引导槽形成为，在所述可逆转式马达从正向旋转转换为反向旋转时，从所述第1槽端部朝向所述第2槽端部引导所述连结销，在所述可逆转式马达从反向旋转转换为正向旋转时，从所述第2槽端部朝向所述第1槽端部引导所述连结销。

2.一种超低温制冷机，其特征在于，具备：

置换器，能够沿轴向往复移动；

缸体，容纳所述置换器；

驱动活塞，沿轴向驱动所述置换器；

驱动室，容纳所述驱动活塞；

回转阀，具备能够绕回转阀旋转轴旋转的阀转子及阀定子，所述阀转子包括第1阀转子及第2阀转子，所述第1阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述缸体交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口，所述第2阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述驱动室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口；及

可逆转式马达，与所述回转阀连结，以使所述第1阀转子及所述第2阀转子相对于所述阀定子绕所述回转阀旋转轴旋转，

所述回转阀具备连结机构，所述连结机构将所述第1阀转子和所述第2阀转子彼此连结，以在所述可逆转式马达正向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第1相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，且在所述可逆转式马达反向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第2相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，所述第1相对角度设计成对所述超低温制冷机进行冷却，所述第2相对角度设计成对所述超低温制冷机进行加热，

所述连结机构构成为伴随所述可逆转式马达的旋转方向的反转切换所述第1相对角度和所述第2相对角度，

所述第1阀转子具有第1圆筒面，所述第2阀转子具有第2圆筒面，所述第1圆筒面与所述第2圆筒面彼此接触，

所述回转阀构成为，在所述第1圆筒面和所述第2圆筒面上均不存在工作气体流路的出入口。

3.一种超低温制冷机，其特征在于，具备：

置换器，能够沿轴向往复移动；

缸体，容纳所述置换器；

驱动活塞，沿轴向驱动所述置换器；

驱动室，容纳所述驱动活塞；

回转阀，具备能够绕回转阀旋转轴旋转的阀转子及阀定子，所述阀转子包括第1阀转子及第2阀转子，所述第1阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述缸体交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口，所述第2阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述驱动室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口；及

可逆转式马达，与所述回转阀连结，以使所述第1阀转子及所述第2阀转子相对于所述阀定子绕所述回转阀旋转轴旋转，

所述回转阀具备连结机构，所述连结机构将所述第1阀转子和所述第2阀转子彼此连结，以在所述可逆转式马达正向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第1相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，且在所述可逆转式马达反向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第2相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，所述第1相对角度设计成对所述超低温制冷机进行冷却，所述第2相对角度设计成对所述超低温制冷机进行加热，

所述连结机构构成为伴随所述可逆转式马达的旋转方向的反转切换所述第1相对角度和所述第2相对角度，

所述阀定子具备：第1阀定子，具有由树脂材料形成的第1定子平面；及第2阀定子，具有由金属材料形成的第2定子平面，并且，所述第1阀转子具有由金属材料形成且与所述第1定子平面面接触的第1转子平面，所述第2阀转子具有由树脂材料形成且与所述第2定子平面面接触的第2转子平面，或者

所述阀定子具备：第1阀定子，具有由金属材料形成的第1定子平面；及第2阀定子，具有由树脂材料形成的第2定子平面，所述第1阀转子具有由树脂材料形成且与所述第1定子平面面接触的第1转子平面，所述第2阀转子具有由金属材料形成且与所述第2定子平面面接触的第2转子平面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述第2相对角度从所述第1相对角度偏移选自30°至60°的范围的角度。

5.一种超低温制冷机用回转阀单元，其特征在于，具备：

回转阀，具备能够绕回转阀旋转轴旋转的阀转子及阀定子，所述阀转子包括第1阀转子及第2阀转子，所述第1阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述超低温制冷机的第1气体室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口，所述第2阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述超低温制冷机的第2气体室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口；及

可逆转式马达，与所述回转阀连结，以使所述第1阀转子及所述第2阀转子相对于所述阀定子绕所述回转阀旋转轴旋转，

所述回转阀具备连结机构，所述连结机构将所述第1阀转子和所述第2阀转子彼此连结，以在所述可逆转式马达正向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第1相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，且在所述可逆转式马达反向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第2相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，所述第1相对角度设计成对所述超低温制冷机进行冷却，所述第2相对角度设计成对所述超低温制冷机进行加热，

所述连结机构构成为伴随所述可逆转式马达的旋转方向的反转切换所述第1相对角度和所述第2相对角度，

所述连结机构具备：

圆弧状的连结销引导槽，其以所述回转阀旋转轴为中心形成于所述第1阀转子和所述第2阀转子中的一个上；及

连结销，其固定并支承于所述第1阀转子和所述第2阀转子中的另一个上，并且在所述可逆转式马达正向旋转时与所述连结销引导槽的第1槽端部卡合，以使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持所述第1相对角度，且在所述可逆转式马达反向旋转时与所述连结销引导槽的第2槽端部卡合，以使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第2相对角度，

所述连结销引导槽形成为，在所述可逆转式马达从正向旋转转换为反向旋转时，从所述第1槽端部朝向所述第2槽端部引导所述连结销，在所述可逆转式马达从反向旋转转换为正向旋转时，从所述第2槽端部朝向所述第1槽端部引导所述连结销。

6.一种超低温制冷机用回转阀单元，其特征在于，具备：

回转阀，具备能够绕回转阀旋转轴旋转的阀转子及阀定子，所述阀转子包括第1阀转子及第2阀转子，所述第1阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述超低温制冷机的第1气体室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口，所述第2阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述超低温制冷机的第2气体室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口；及

可逆转式马达，与所述回转阀连结，以使所述第1阀转子及所述第2阀转子相对于所述阀定子绕所述回转阀旋转轴旋转，

所述回转阀具备连结机构，所述连结机构将所述第1阀转子和所述第2阀转子彼此连结，以在所述可逆转式马达正向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第1相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，且在所述可逆转式马达反向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第2相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，所述第1相对角度设计成对所述超低温制冷机进行冷却，所述第2相对角度设计成对所述超低温制冷机进行加热，

所述连结机构构成为伴随所述可逆转式马达的旋转方向的反转切换所述第1相对角度和所述第2相对角度，

所述第1阀转子具有第1圆筒面，所述第2阀转子具有第2圆筒面，所述第1圆筒面与所述第2圆筒面彼此接触，

所述回转阀构成为，在所述第1圆筒面和所述第2圆筒面上均不存在工作气体流路的出入口。

7.一种超低温制冷机用回转阀单元，其特征在于，具备：

回转阀，具备能够绕回转阀旋转轴旋转的阀转子及阀定子，所述阀转子包括第1阀转子及第2阀转子，所述第1阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述超低温制冷机的第1气体室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口，所述第2阀转子构成为通过相对于所述阀定子的相对旋转而将所述超低温制冷机的第2气体室交替连接于压缩机排出口及压缩机吸入口；及

可逆转式马达，与所述回转阀连结，以使所述第1阀转子及所述第2阀转子相对于所述阀定子绕所述回转阀旋转轴旋转，

所述回转阀具备连结机构，所述连结机构将所述第1阀转子和所述第2阀转子彼此连结，以在所述可逆转式马达正向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第1相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，且在所述可逆转式马达反向旋转时使所述第1阀转子与所述第2阀转子保持第2相对角度并且使两个阀转子绕所述回转阀旋转轴旋转，所述第1相对角度设计成对所述超低温制冷机进行冷却，所述第2相对角度设计成对所述超低温制冷机进行加热，

所述连结机构构成为伴随所述可逆转式马达的旋转方向的反转切换所述第1相对角度和所述第2相对角度，

所述阀定子具备：第1阀定子，具有由树脂材料形成的第1定子平面；及第2阀定子，具有由金属材料形成的第2定子平面，并且，所述第1阀转子具有由金属材料形成且与所述第1定子平面面接触的第1转子平面，所述第2阀转子具有由树脂材料形成且与所述第2定子平面面接触的第2转子平面，或者

所述阀定子具备：第1阀定子，具有由金属材料形成的第1定子平面；及第2阀定子，具有由树脂材料形成的第2定子平面，所述第1阀转子具有由树脂材料形成且与所述第1定子平面面接触的第1转子平面，所述第2阀转子具有由金属材料形成且与所述第2定子平面面接触的第2转子平面。

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