CN112119270B - 超低温制冷机的回转阀及超低温制冷机 - Google Patents

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Abstract

本发明的超低温制冷机的回转阀(54)具备:阀定子(68);阀转子(70);旋转部件(74),使阀转子(70)相对于阀定子(68)以轴为中心进行旋转;转子保持架(72),以与阀转子(70)一同以轴为中心进行旋转的方式连结于阀转子(70),并且在转子报纸架(70)与阀转子(70)之间形成有压力低于周围压力的低压部(94),从而减小使阀转子(70)按压于阀定子(68)的轴向的力量。旋转部件(74)与转子保持架(72)连结,从而经由转子保持架(72)使阀转子(70)以轴为中心进行旋转。转子保持架(72)在轴向上配置于旋转部件(74)与阀转子(70)之间,并且相对于旋转部件(74)能够沿轴向移动。

Description

超低温制冷机的回转阀及超低温制冷机
技术领域
本发明涉及一种超低温制冷机的回转阀及超低温制冷机。
背景技术
在GM(吉福德-麦克马洪、Gifford-McMahon)制冷机或脉管制冷机等超低温制冷机中,为了交替切换冷头的工作气体的进气和排气,通常使用回转阀。
一种回转阀的结构具备静止的阀板及通过马达的驱动而以轴为中心进行旋转的阀头。供工作气体流过的若干个接口设置于阀板与阀头之间的界面部。在界面部,工作气体的压力使阀头按压于阀板,由此,接口彼此被密封,各接口能够获得不同的所需压力。通过阀头相对于阀板的旋转,接口之间的连接被切换,使得冷头的吸排气变得可能。
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平2-78864号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在上述阀结构中,在阀头的旋转轴方向上与界面部相反一侧的表面上形成有低压的孔。该孔具有减弱使阀头沿轴向按压于阀板的力量的作用。阀头旋转时的界面部上的摩擦力得到减小,能够减小马达的驱动转矩。然而,从马达轴延伸的延伸部件的前端为了对孔进行密封而进入孔内,因此周围的高压与孔的低压之间的压力差产生从马达沿轴向拉拽延伸部件及马达轴的力量。该拉力有可能会对马达内部的部件(例如,支承马达轴的轴承)施加过大的负载。有可能会带来马达的寿命缩短的缺点。或者,若使用可承受拉力的坚固的马达,则有可能会导致制造成本增加。
本发明的一种实施方式的例示性目的之一在于提供一种以更低的成本减小超低温制冷机的回转阀的驱动转矩的技术。
用于解决技术课题的手段
根据本发明的一种实施方式,提供一种超低温制冷机的回转阀,其具备:阀定子;阀转子;旋转部件,使所述阀转子相对于所述阀定子以轴为中心进行旋转;及转子保持架,以与所述阀转子一同以轴为中心进行旋转的方式连结于所述阀转子,并且在所述转子保持架与所述阀转子之间形成有压力低于周围压力的低压部,从而减小使所述阀转子按压于所述阀定子的轴向的力量。所述旋转部件与所述转子保持架连结,从而经由所述转子保持架使所述阀转子以轴为中心进行旋转。所述转子保持架在轴向上配置于所述旋转部件与所述阀转子之间,并且相对于所述旋转部件能够沿轴向移动。
另外,以上构成要件的任意组合及将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,能够提供一种以更低的成本减小超低温制冷机的回转阀的驱动转矩的技术。
附图说明
图1是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机的图。
图2是表示超低温制冷机的动作的一例的图。
图3是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机的回转阀的图。
图4是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机的回转阀的图。
图5是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机的回转阀的另一例的图。
图6是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机的回转阀的又一例的图。
图7是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机的回转阀的又一例的图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行详细说明。另外,以下说明的结构为示例,其并不对本发明的范围作任何限定。并且,在附图中,对相同的要件标注相同的符号,并适当省略重复说明。并且,在以下说明中所参考的附图中,为了便于说明,适当设定各构成部件的大小和厚度,其并不一定表示实际尺寸和比例。
图1是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机10的图。作为一例,超低温制冷机10为气体驱动型GM制冷机。
超低温制冷机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。压缩机排出口12a及压缩机吸入口12b分别作为超低温制冷机10的高压源及低压源而发挥作用。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PH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不具有用于驱动轴向可动体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C1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同轴配设并且在轴向上分开配设。
冷头壳体18具备:置换器缸体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,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只限于上述尺寸关系,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只限于上述尺寸关系,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及活塞缸体28均为沿轴向延伸的圆筒状的部件,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。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的内压和置换器缸体26的内压可以具有不同大小。由于设置有第1密封部32,因此,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。室温室36还可以称为压缩室。膨胀室34配置于置换器20的下止点LP1侧,室温室36配置于置换器20的上止点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具备与上盖部内接的入口保持架41及与下盖部内接的出口保持架43。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,在置换器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。驱动室46相当于活塞缸体28的内部空间。驱动室46被驱动活塞22分隔为上部区段46a和下部区段46b。驱动活塞22的轴向上的一端与活塞缸体28之间形成上部区段46a,轴向上的另一端与活塞缸体28之间形成下部区段46b。在驱动活塞22沿轴向移动时,上部区段46a及下部区段46b的容积以互补方式增减。连杆24从驱动活塞22的下表面通过下部区段46b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。
驱动活塞22与活塞缸体28之间的间隙(即,第3密封部50)设置于驱动活塞22与活塞缸体28之间。第3密封部50对上部区段46a与下部区段46b之间的气体流通起到流路阻力的作用。另外,第3密封部50也可以具有安装于驱动活塞22的侧面的滑动密封件等密封部件从而密封该间隙。此时,驱动室46的下部区段46b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,下部区段46b变窄。此时,下部区段46b的气体被压缩,压力变高。下部区段46b的压力向上作用于驱动活塞22的下表面。因此,下部区段46b产生抵抗驱动活塞22向下移动的气体弹簧力。下部区段46b还可以称为气体弹簧室。相反,在驱动活塞22向上移动时,下部区段46b变宽。下部区段46b的压力下降,作用于驱动活塞22的气体弹簧力也变小。
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,超低温制冷机10的制冷能力变得最高。但是,超低温制冷机10的配置并不只限于此。相反,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。
基于工作气体压力而作用于驱动活塞22的驱动力在驱动活塞22向下移动时朝下作用于驱动活塞22。基于轴向可动体16的自身重量的重力也朝下作用,因此,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,向下移动时的驱动力的方向成为与重力方向相同的方向。相反,向上移动时的驱动力的方向则成为与重力方向相反的方向。从气体弹簧室(即,驱动室46的下部区段46b)作用于驱动活塞22的气体弹簧力有助于缓和或防止轴向可动体16的向上移动和向下移动的运动产生差异。
而且,超低温制冷机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具备膨胀室压力转换阀(以下,有时还称为主压力转换阀)60及驱动室压力转换阀(以下,有时还称为副压力转换阀)62。主压力转换阀60具有主进气阀V1及主排气阀V2。副压力转换阀62具有副进气阀V3及副排气阀V4。
工作气体流路52具备将压缩机12连接于回转阀54的高压管路13a及低压管路13b。高压管路13a从压缩机排出口12a延伸并在中途分支后分别与主进气阀V1和副进气阀V3连接。低压管路13b从压缩机吸入口12b延伸并在中途分支后分别与主排气阀V2和副排气阀V4连接。
并且,工作气体流路52具备将冷头14连接于回转阀54的主连通路64及副连通路66。主连通路64将置换器缸体26连接于主压力转换阀60。主连通路64从室温室36延伸并在中途分支后分别与主进气阀V1和主排气阀V2连接。副连通路66将驱动室46连接于副压力转换阀62。副连通路66从驱动室46的上部区段46a延伸并在中途分支后分别与副进气阀V3和副排气阀V4连接。
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,主进气阀V1及主排气阀V2分别被排他性地开放。即,禁止主进气阀V1及主排气阀V2同时打开。另外,主进气阀V1及主排气阀V2也可以同时关闭一段时间。
在主进气阀V1打开的期间主排气阀V2被关闭。工作气体从压缩机排出口12a通过高压管路13a及主连通路64流置换器缸体26。如上所述,工作气体从室温室36通过蓄冷器15流向膨胀室34。如此,高压PH的工作气体从压缩机12供给至膨胀室34,膨胀室34的压力上升。相反,在主进气阀V1关闭的期间,停止从压缩机12向膨胀室34供给工作气体。
另一方面,在主排气阀V2打开的期间主进气阀V1被关闭。首先,高压PH的工作气体在膨胀室34中膨胀并被减压。工作气体从膨胀室34通过蓄冷器15流向室温室36。工作气体从置换器缸体26通过主连通路64及低压管路13b流向压缩机吸入口12b。如此,低压PL的工作气体从冷头14回收至压缩机12。在主排气阀V2关闭的期间,停止从膨胀室34向压缩机12回收工作气体。
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构成为副进气阀V3及副排气阀V4分别被排他性地开放。即,禁止副进气阀V3及副排气阀V4同时打开。另外,副进气阀V3及副排气阀V4也可以同时关闭一段时间。
在副进气阀V3打开的期间副排气阀V4被关闭。工作气体从压缩机排出口12a通过高压管路13a及副连通路66流向活塞缸体28。如此,高压PH的工作气体从压缩机12供给至驱动室46,驱动室46的压力上升。在副进气阀V3关闭的期间,停止从压缩机12向驱动室46供给工作气体。
另一方面,在副排气阀V4打开的期间副进气阀V3被关闭。工作气体从驱动室46通过副连通路66及低压管路13b回收至压缩机吸入口12b,驱动室46被减压为低压PL。在副排气阀V4关闭的期间,停止从驱动室46向压缩机12回收工作气体。
如此,主压力转换阀60在膨胀室34内产生高压PH与低压PL的周期性地压力变动。并且,副压力转换阀62在驱动室46内产生高压PH与低压PL的周期性地压力变动。
副压力转换阀62构成为控制驱动室46的压力以使驱动活塞22驱动置换器20沿轴向往复移动。典型地,驱动室46中的压力变动以与膨胀室34中的压力变动相同的周期且以大致相反的相位产生。膨胀室34成为高压PH时,驱动室46成为低压PL,驱动活塞22能够使置换器20向上移动。膨胀室34成为低压PL时,驱动室46成为高压PH,驱动活塞22能够使置换器20向下移动。
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)在超低温制冷机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。
超低温制冷机10可以具备旋转驱动源56,该旋转驱动源56与回转阀54连结从而使回转阀54旋转。旋转驱动源56与回转阀54机械连结。旋转驱动源56例如为马达。但是,旋转驱动源56并未与轴向可动体16机械连接。
图2是表示超低温制冷机10的动作的一例的图。图2中,轴向可动体16的轴向往复移动的1个周期对应于360度,因此,0度相当于周期的开始时刻,360度相当于周期的结束时刻。90度、180度、270度分别相当于1/4个周期、半个周期、3/4个周期。在0度时,置换器20位于下止点LP1或其附近,在180度时,置换器20位于上止点UP1或其附近。
图2中例示了冷头14的主进气期间A1及主排气期间A2和驱动室46的副进气期间A3及副排气期间A4。主进气期间A1表示主进气阀V1打开的期间,主排气期间A2表示主排气阀V2打开的期间。同样地,副进气期间A3表示副进气阀V3打开的期间,副排气期间A4表示副排气阀V4打开的期间。
在图2所示的例子中,主进气期间A1及副排气期间A4为0度至135度的范围,主排气期间A2及副进气期间A3为180度至315度的范围。主进气期间A1与主排气期间A2交替且不重叠,副进气期间A3与副排气期间A4交替且不重叠。主进气期间A1与副排气期间A4重叠,主排气期间A2与副进气期间A3重叠。
接着,对具有上述结构的超低温制冷机10的动作进行说明。在置换器20位于下止点LP1或其附近位置时,开始主进气期间A1(图2的0度)。主进气阀V1被打开,高压气体从压缩机12的排出口供给至冷头14的室温室36。气体通过蓄冷器15的同时被冷却,并进入膨胀室34。
副排气期间A4也与主进气期间A1同时开始(图2的0度)。副排气阀V4被打开,活塞缸体28的驱动室46连接于压缩机12的吸入口。因此,驱动室46相对于室温室36及膨胀室34成为低压。驱动活塞22从下止点朝向上止点移动。
置换器20也与驱动活塞22一同从下止点LP1朝向上止点UP1移动。主进气阀V1被关闭,结束主进气期间A1(图2的135度)。副排气阀V4被关闭,结束副排气期间A4(图2的135度)。驱动活塞22及置换器20持续朝向上止点UP1移动。如此,膨胀室34的容积增加并且被高压气体填满。
在置换器20位于上止点UP1或其附近的位置时,开始主排气期间A2(图2的180度)。主排气阀V2被打开,冷头14连接于压缩机12的吸入口。高压气体在膨胀室34中膨胀并被冷却。已膨胀的气体对蓄冷器15进行冷却的同时经过室温室36回收至压缩机12。
副进气期间A3也与主排气期间A2同时开始(图2的180度)。副进气阀V3被打开,高压气体从压缩机12的排出口供给至活塞缸体28的驱动室46。因此,驱动室46相对于室温室36及膨胀室34成为高压。驱动活塞22从上止点朝向下止点移动。
置换器20也与驱动活塞22一同从上止点UP1朝向下止点LP1移动。主排气阀V2被关闭,结束主排气期间A2(图2的315度)。副进气阀V3被关闭,结束副进气期间A3(图2的315度)。驱动活塞22及置换器20持续朝向下止点LP1移动。如此,膨胀室34的容积减少,并且低压气体被排出。
冷头14重复进行这种冷却循环(即,GM循环),从而对冷却台38进行冷却。由此,超低温制冷机10能够对与冷却台38热连接的超导装置或其他被冷却物(未图示)进行冷却。
图3及图4是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机10的回转阀54的图。图3中示出了超低温制冷机10运行期间的回转阀54的状态,图4中示出了超低温制冷机10停止运行期间的回转阀54的状态。
如图3所示,在超低温制冷机10运行的期间,高压PH的工作气体从高压管路13a导入至回转阀54,并且低压PL的工作气体从低压管路13b导入至回转阀54。回转阀54构成为,保持高压PH与低压PL之间的压力差。另一方面,如图4所示,在超低温制冷机10停止运行的期间,工作气体被均压化,因此从高压管路13a和低压管路13b均导入中间压力PM(例如,高压PH与低压PL的平均压力)。因此,在超低温制冷机10停止运行的期间,与运行期间不同,压力差不会作用于回转阀54。
回转阀54具备阀壳体58、阀定子68、阀转子70、转子保持架72及旋转部件74。并且,回转阀54还具备多个第1连结销76、多个第2连结销78、阀轴承80、转子密封部件82、定子密封部件84及第1弹簧86。
旋转驱动源56具备马达主体56a及马达轴56b。马达主体56a设置于阀壳体58的外表面,马达轴56b从马达主体56a贯穿阀壳体58朝向阀壳体58的内部延伸。马达轴56b沿回转阀54的轴向(图3及图4中的上下方向,以箭头C2表示)延伸。通过马达主体56a的驱动,马达轴56b以轴为中心进行旋转(图3及图4中以箭头R表示)。旋转驱动源56在马达主体56a的内部可以具有至少一个马达轴承57,该马达轴承57将马达轴56b支承为能够以轴为中心进行旋转。
沿着回转阀54的轴向C2,依次且同轴配置有马达轴56b、旋转部件74、转子保持架72、阀转子70及阀定子68。旋转部件74、转子保持架72及阀转子70分别为独立的部件,但其彼此连结在一起以便随着马达轴56b的以轴为中心的旋转能够与其一体地以轴为中心进行旋转。
阀壳体58为容纳阀定子68、阀转子70、转子保持架72、旋转部件74及其他回转阀54的构成要件的气密容器。在阀壳体58连接有高压管路13a、低压管路13b、主连通路64及副连通路66,通过这些管路,工作气体能够流入回转阀54或从回转阀54流出。
阀定子68具有蓄冷器流路68a、驱动室流路68b及定子低压流路68c。蓄冷器流路68a、驱动室流路68b及定子低压流路68c均为贯穿阀定子68的孔,它们的一端在阀定子68的上表面位于互不相同的位置。蓄冷器流路68a、驱动室流路68b及定子低压流路68c的另一端则贯穿阀壳体58后分别与主连通路64、副连通路66及低压管路13b连通。
典型地,阀定子68具有圆柱形形状,阀壳体58具有与其相对应的形状的凹部。阀定子68嵌入于阀壳体58的凹部并固定于阀壳体58。多个定子密封部件84配置于阀定子68的周面与和该周面接触的阀壳体58的凹部的表面之间并且在轴向C2上配置于互不相同的位置。通过定子密封部件84,蓄冷器流路68a、驱动室流路68b及定子低压流路68c彼此被密封,防止工作气体在彼此间泄漏。定子密封部件84例如为O形环或滑动密封件或其他圆环状密封部件,其沿着阀定子68的周面遍及其整周而延伸。
阀转子70具有转子低压流路88及转子高压流路90。转子低压流路88为贯穿阀转子70的孔,转子高压流路90为形成于阀转子70的凹部或贯穿阀转子70的孔。转子低压流路88和转子高压流路90在阀转子70的底面分别位于互不相同的位置。
转子高压流路90与高压室92连通,高压室92通过高压接口93与高压管路13a连通。高压室92为阀壳体58的内部空间,高压接口93为形成于阀壳体58的贯穿孔。在高压室92配置有阀定子68、阀转子70、转子保持架72、旋转部件74及其他回转阀54的构成要件。
阀定子68的上表面和阀转子70的底面均为平面并且彼此面接触。在阀转子70以轴为中心进行旋转时,阀转子70的底面相对于阀定子68的上表面旋转滑动。阀转子70与阀定子68的面接触保持阀定子68和阀转子70中流通的工作气体的气密性。换言之,阀转子70及阀定子68的旋转滑动面具有高压气体区域及低压气体区域,它们通过阀转子70与阀定子68的接触面压而彼此被密封。如后述,低压气体区域位于旋转滑动面的中心部,高压气体区域位于包围低压气体区域的旋转滑动面的外周部。
转子低压流路88与定子低压流路68c连通,转子高压流路90与高压室92连通。通过使阀转子70相对于阀定子68旋转滑动,蓄冷器流路68a与转子低压流路88及转子高压流路90交替连接,从而构成主进气阀V1及主排气阀V2。驱动室流路68b与转子低压流路88及转子高压流路90交替连接,从而构成副进气阀V3及副排气阀V4。蓄冷器流路68a与转子高压流路90及转子低压流路88的交替连接及驱动室流路68b与转子高压流路90及转子低压流路88的交互连接以不同相位(例如,如上所述,180度相位差)进行。
这种由阀定子68及阀转子70构成的回转阀54的具体的流路结构可以适当采用各种公知的结构,因此省略详细说明。
旋转部件74构成为,使阀转子70相对于阀定子68以轴为中心进行旋转。旋转部件74与转子保持架72连结,从而经由转子保持架72使阀转子(70)以轴为中心进行旋转。
旋转部件74的上表面固定于马达轴56b的前端(下端)。旋转部件74可以与马达轴56b形成为一体,或者也可以通过适当的固定部件而固定于马达轴56b。因此,若马达轴56b进行旋转,则旋转部件74与马达轴56b一同以轴为中心进行旋转。作为一例,旋转部件74具有圆盘状或圆柱状形状,其直径大于马达轴56b的直径。
旋转部件74经由多个第1连结销76连结于转子保持架72。第1连结销76为沿轴向C2延伸的细长的棒状(例如,圆柱状)部件。各第1连结销76的一端(上端)插入到形成于旋转部件74的底面上的对应的销孔中。并且,各第1连结销76的另一端(下端)插入到形成于转子保持架72的上表面上的对应的销孔中。第1连结销76配置于从旋转部件74的中心轴(即,旋转轴)沿径向偏离的位置上。第1连结销76与旋转部件74一同构成曲柄。第1连结销76可以在旋转部件74的底面的外周部沿周向等角度间隔配置。另外,旋转部件74可以经由至少1根第1连结销76而连结于转子保持架72。
如此,第1连结销76将转子保持架72连结于旋转部件74,以使转子保持架72能够与旋转部件74一同以轴为中心进行旋转。若旋转部件74进行旋转,则旋转部件74的转矩(周向驱动力)经由第1连结销76传递至转子保持架72。
并且,第1连结销76以使转子保持架72相对于旋转部件74能够沿轴向C2移动的方式将转子保持架72连结于旋转部件74。转子保持架72与第1连结销76能够沿轴向C2相对滑动或旋转部件74与第1连结销76能够沿轴向C2相对滑动,由此,转子保持架72相对于旋转部件74能够沿轴向C2移动。
在旋转部件74的底面与转子保持架72的上表面之间形成有第1空隙96,转子保持架72的上表面不与旋转部件74的底面接触。因此,轴向C2的力量完全或几乎不会在转子保持架72与旋转部件74之间传递。第1空隙96(即,转子保持架72与旋转部件74之间的轴向间隔)例如可以是1mm以上或2mm以上。第1空隙96例如可以是5mm以下或10mm以下。
转子保持架72以与阀转子70一同以轴为中心进行旋转的方式连结于阀转子70。转子保持架72经由多个第2连结销78连结于阀转子70。第2连结销78为沿轴向C2延伸的细长的棒状(例如,圆柱状)部件。各第2连结销78的一端(上端)插入到形成于转子保持架72的底面上的对应的销孔中。并且,各第2连结销78的另一端(下端)插入到形成于阀转子70的上表面上的对应的销孔中。第2连结销78配置于从转子保持架72的中心轴(即,旋转轴)沿径向偏离的位置上。第2连结销78可以沿周向等角度间隔配置。另外,转子保持架72可以经由至少1根第2连结销78连结于阀转子70。
如此,第2连结销78将转子保持架72连结于阀转子70,以使阀转子70能够与转子保持架72一同以轴为中心进行旋转。若转子保持架72进行旋转,则转子保持架72的转矩(周向驱动力)经由第2连结销78传递至阀转子70。
并且,第2连结销78以使转子保持架72相对于阀转子70能够沿轴向C2移动的方式将转子保持架72连结于阀转子70。转子保持架72与第2连结销78能够沿轴向C2相对滑动或阀转子70与第2连结销78能够沿轴向C2相对滑动,由此,转子保持架72相对于阀转子70能够沿轴向C2移动。
在转子保持架72的底面与阀转子70的上表面之间形成有第2空隙98,阀转子70的上表面不与转子保持架72的底面接触(但是,在转子密封部件82及其附近,阀转子70与转子保持架72接触)。因此,轴向C2的力量完全或几乎不会在转子保持架72与阀转子70之间传递。由于转子保持架72经由第2空隙98而与阀转子70分开配置,因此,沿轴向C按压的力量不会从转子保持架72过度作用于阀转子70。第2空隙98(即,转子保持架72与阀转子70之间的轴向间隔)例如可以是1mm以上或2mm以上。第2空隙98例如可以是5mm以下或10mm以下。
另外,第1连结销76可以与旋转部件74或转子保持架72中的任一个形成为一体。第1连结销76可以一体地形成于旋转部件74的底面并从旋转部件74沿轴向朝下突出,并插入到形成于转子保持架72的上表面上的销孔中。或者,第1连结销76也可以一体地形成于转子保持架72的上表面并从转子保持架72沿轴向朝上突出,并插入到形成于旋转部件74的下表面上的销孔中。同样地,第2连结销78也可以与转子保持架72或阀转子70中的任一个形成为一体。第2连结销78可以一体地形成于转子保持架72的底面并从转子保持架72沿轴向朝下突出,并插入到形成于阀转子70的上表面上的销孔中。或者,第2连结销78也可以一体地形成于阀转子70的上表面并从阀转子70沿轴向朝上突出,并插入到形成于转子保持架72的下表面上的销孔中。
转子保持架72被阀轴承80支承为能够以轴为中心进行旋转。阀轴承80的外周侧固定于阀壳体58,阀轴承80的内周侧支承转子保持架72。转子保持架72被支承为相对于阀轴承80能够沿轴向C2移动。转子保持架72的外周面相对于阀轴承80能够沿轴向C2滑动。
并且,在转子保持架72与阀转子70之间设置有第1弹簧86。第1弹簧86配置于转子保持架72的下表面与阀转子70的上表面之间,其使转子保持架72相对于阀转子70沿轴向C2施力,以使转子保持架72远离阀转子70。
作为一例,转子保持架72具有圆盘状或圆柱状形状。但是,转子保持架72具有保持架中心部72a及保持架外周部72b,且其轴向厚度互不相同。保持架中心部72a的轴向厚度小于保持架外周部72b的轴向厚度,因此,转子保持架72的底面并不平坦,保持架中心部72a形成相对于保持架外周部72b凹陷的凹部。第2连结销78和第1弹簧86配置于该凹部。转子保持架72的上表面除了销孔以外是平坦的。
作为一例,阀转子70具有圆盘状或圆柱状形状。但是,阀转子70具有转子中心部70a及转子外周部70b,且其轴向厚度互不相同。转子中心部70a的轴向厚度大于转子外周部70b的轴向厚度,因此,阀转子70的上表面并不平坦,转子中心部70a形成相对于转子外周部70b向转子保持架72侧突出的凸部。
转子保持架72底面的凹部具有与阀转子70上表面的凸部相对应的形状。保持架外周部72b的内径稍大于转子中心部70a的外径或与转子中心部70a的外径大致相等。保持架外周部72b能够受转子中心部70a的引导而沿轴向C2移动(能够滑动)。
在转子中心部70a的外周面与保持架外周部72b的内周面之间设置有转子密封部件82。转子密封部件82例如为O形环或滑动密封件或其他圆环状的密封部件,其沿着转子中心部70a的外周面遍及其整周而延伸。通过转子密封部件82,防止工作气体从阀转子70及转子保持架72的外周部(即,转子外周部70b和保持架外周部72b)向阀转子70及转子保持架72的中心部(即,转子中心部70a和保持架中心部72a)泄漏。
转子低压流路88形成于转子中心部70a,转子高压流路90形成于转子外周部70b。转子低压流路88沿轴向C2贯穿转子中心部70a。另一方面,转子高压流路90为形成于转子外周部70b的凹部,其不贯穿转子外周部70b。因此,在阀转子70的上表面,转子外周部70b与转子中心部70a之间形成有轴向C2的台阶。
为了减小朝向阀定子68按压阀转子70的轴向C2的力量,在转子保持架72与阀转子70之间形成压力低于周围压力的低压部94。周围压力为高压室92的压力,其在超低温制冷机10运行的期间成为高压PH。低压部94为形成于转子中心部70a与转子外周部70b之间的空间。低压部94经由转子低压流路88与定子低压流路68c连通。因此,低压部94在超低温制冷机10运行的期间具有低压PL。通过转子密封部件82,从高压室92密封低压部94。因此,在超低温制冷机10运行的期间,低压部94与高压室92之间的压力差得到保持。
若未设置有转子密封部件82,则低压部94的压力也会成为与周围同样的高压PH。并且,在转子低压流路88并未贯穿阀转子70的情况下,低压部94的压力也会成为高压PH。如此,若不存在低压部94,则高压PH会作用于阀转子70上表面的整个区域。另一方面,基于流路切换,低压PL会作用于阀转子70的底面的一部分(中心部)。因此,基于上表面与底面之间的压力差,沿轴向C2朝下的比较大的力量作用于阀转子70,该力量使阀定子68按压阀转子70。过大的按压力会加大阀转子70的旋转滑动的摩擦阻力,由此,有可能会导致旋转驱动源56的所需转矩增加或可能会加快阀转子70或阀定子68的磨损,因此并不优选。
通过设置低压部94,能够减小朝向阀定子68按压阀转子70的轴向C2上的力量。因此,能够减小阀转子70的旋转滑动时的摩擦阻力,能够抑制旋转驱动源56的所需转矩的增加及阀转子70或阀定子68的磨损。
但是,若转子保持架72和旋转部件74为一体的部件,则低压部94与高压室92之间的压力差会产生沿轴向C2朝下拉拽该一体的旋转部件的力量。此时,由于旋转部件74固定于马达轴56b上,因此马达轴56b上也作用有从马达主体56a拉拽的轴向力。这种轴向力有可能对马达主体56a内部的部件(例如,马达轴承57)施加过大的轴向负载。若过大的负载连续作用,则旋转驱动源56的寿命有可能会变短。并且,若采用可承受这种轴向力的结构,则有可能会导致旋转驱动源56的制造成本增加。
根据实施方式,旋转部件74与转子保持架72连结,从而经由转子保持架72使阀转子70以轴为中心进行旋转。转子保持架72在轴向C2上配置于旋转部件74与阀转子70之间,并且相对于旋转部件74能够沿轴向C2移动。
因此,在基于周围压力与低压部94之间的压力差而沿轴向C2朝下的力量作用于转子保持架72的情况下,转子保持架72能够以远离旋转部件74的方式沿轴向C2朝下移动。作用于转子保持架72的轴向C2的力量不会传递至旋转部件74,旋转部件74不会被转子保持架72拉拽,而是保持在原来的位置。旋转部件74通常固定于马达轴56b或构成为马达轴56b的一部分。由于作用于旋转部件74的轴向C2的拉力减小,因而施加于马达构成要件(例如,马达轴承57)的负载也会减轻,能够旋转驱动源56的寿命变长。由于低压部94减小阀转子70对阀定子68的按压力,因此,回转阀54的驱动转矩也减小。能够实现旋转驱动源56的小型化、轻量化、低成本化。因此,能够以更低的成本减小超低温制冷机10的回转阀54的驱动转矩。
转子保持架72构成为如下:在超低温制冷机10运行的期间,基于周围压力与低压部94之间的压力差而沿轴向C2朝向阀转子70侧移动,在超低温制冷机10停止运行的期间则沿轴向C2朝向旋转部件74侧移动。
在超低温制冷机10运行的期间,如图3所示,转子保持架72以远离旋转部件74而靠近阀转子70的方式沿轴向朝下移动。基于周围压力(高压PH)与低压部94之间的压力差,第1弹簧86被压缩。第1空隙96变大而第2空隙98则变小。
如此,基于周围压力与低压部94之间的压力差的轴向C2的力量会使转子保持架72沿轴向移动,其并不会传递至旋转部件74。在超低温制冷机10运行的期间,能够使转子保持架72相对于阀转子70移动至适当地位置。
相反,在超低温制冷机10停止运行的期间,如图4所示,转子保持架72以靠近旋转部件74而远离阀转子70的方式沿轴向朝上移动。由于周围压力与低压部94之间的压力差消失,因此第1弹簧86会伸长,导致第1空隙96变小而第2空隙98变大。如此,转子保持架72能够向旋转部件74侧移动而回到初始位置。
并且,第1连结销76以使转子保持架72能够与旋转部件74一同以轴为中心进行旋转而且使转子保持架72相对于旋转部件74能够沿轴向C2移动的方式将转子保持架72连结于旋转部件74。第1连结销76沿轴向C2延伸。
在另一结构中,还可以使用沿径向延伸而不是沿轴向延伸的销来将转子保持架72连结于旋转部件74。为了从旋转部件74向转子保持架72传递更大的转矩,需要加粗径向销。但是,若采用使用较粗的径向销来连结两个部件的结构,则随着销的直径的增加,两个部件的连结部分的轴向尺寸也会变大,这会导致回转阀54的大型化。因此并不优选。
相对于此,若采用第1连结销76沿轴向C2延伸的结构,则无需使旋转部件74及转子保持架72大型化也可以比较容易加大第1连结销76的直径。
第2连结销78以使转子保持架72能够与阀转子70一同以轴为中心进行旋转且使转子保持架72相对于阀转子70能够沿轴向C2移动的方式将转子保持架72连结于阀转子70。第2连结销78配置于低压部94。如此一来,即使随着回转阀54的使用而从第2连结销78或其附近产生磨损粉,磨损粉也能够从低压部94排出至低压管路13b。因此,磨损粉不易到达蓄冷器流路68a及驱动室流路68b,能够抑制冷头14被磨损粉污染。
相关地,高压接口93及转子高压流路90相对于第1连结销76设置于轴向下侧(即,阀定子68侧)。从高压接口93流入高压室92的工作气体流在第1连结销76的附近具有沿轴向朝上的成分。由此,即使从第1连结销76或其附近产生磨损粉,磨损粉也不易到达转子高压流路90,能够抑制冷头14被磨损粉污染。
图5是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机10的回转阀54的另一例的图。回转阀54具备第1限制部件,该第1限制部件限制转子保持架72沿轴向朝向旋转部件74侧移动,在此,第1限制部件为第2弹簧100。
第2弹簧100配置于转子保持架72与旋转部件74之间(即,第1空隙96)。第2弹簧100配置于旋转部件74的下表面与转子保持架72的上表面之间,其使转子保持架72相对于旋转部件74沿轴向C2施力,以使转子保持架72远离旋转部件74。
在转子保持架72沿轴向C2朝上移动导致第1空隙96变窄时,第2弹簧100被压缩,基于其弹性产生抵抗转子保持架72朝上移动的力量。因此,第2弹簧100能够限制转子保持架72沿轴向朝向旋转部件74侧移动。
如上所述,通常在转子保持架72的底面与阀转子70的上表面之间夹设有转子密封部件82,由此,从高压室92密封低压部94。假设转子保持架72朝向旋转部件74侧大幅移动,则转子保持架72会从阀转子70脱落,可能会出现低压部94的密封变得不完全或无法密封的情况。
相对于此,第1限制部件(例如,第2弹簧100)能够限制转子保持架72沿轴向朝向旋转部件74侧移动,因此能够降低低压部94不被密封的风险。
图6是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机10的回转阀54的又一例的图。回转阀54具备第1限制部件,该第1限制部件限制转子保持架72沿轴向朝向旋转部件74侧移动,在此,第1限制部件为约束部件102。
约束部件102以与阀轴承80的轴向下侧相邻的方式安装于保持架外周部72b。约束部件102遍及转子保持架72的整周而设置或设置在转子保持架72的周向上的至少一部分。在超低温制冷机10运行的期间,约束部件102位于从阀轴承80稍微向下分开的位置上。若超低温制冷机10停止运行,则如上所述,压力差会消失,转子保持架72沿轴向C2朝上移动,第1空隙96变窄。此时,约束部件102与阀轴承80卡合从而限制转子保持架72朝上移动。如此,约束部件102能够限制转子保持架72沿轴向朝向旋转部件74侧移动,因此能够降低低压部94不被密封的风险。
图7是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机10的回转阀54的又一例的图。回转阀54具备第1限制部件,该第1限制部件限制转子保持架72沿轴向朝向旋转部件74侧移动,在此,第1限制部件为旋转部件74。
在超低温制冷机10运行的期间,与上述各实施方式相同,转子保持架72位于从旋转部件74稍微向下分开的位置,在旋转部件74与转子保持架72之间形成有第1空隙96。若超低温制冷机10停止运行,则如上所述,压力差会消失,转子保持架72沿轴向C2朝上移动。转子保持架72与旋转部件74接触,由此,旋转部件74限制转子保持架72朝上移动。此时,不存在第1空隙96。如此,旋转部件74能够限制转子保持架72沿轴向朝向旋转部件74侧移动,因此能够降低低压部94不被密封的风险。
再次参考图3及图4,回转阀54还具备第2限制部件,该第2限制部件限制转子保持架72沿轴向朝向阀转子70侧移动,在此,第2限制部件为阀轴承80。转子保持架72的保持架外周部72b具有与阀轴承80的轴向上侧相邻的卡合部104。卡合部104遍及转子保持架72的整周而设置或设置在转子保持架72的周向上的至少一部分。
在超低温制冷机10停止运行的期间,卡合部104位于从阀轴承80稍微向上分开的位置。在超低温制冷机10运行的期间,如上所述,基于周围压力与低压部94之间的压力差,转子保持架72沿轴向C2朝下移动,卡合部104与阀轴承80卡合,限制转子保持架72朝下移动。由此,可靠地形成转子保持架72与阀转子70之间的第2空隙98。由此,不会有过大的按压力从转子保持架72沿轴向C2作用于阀转子70。因此,能够适当地确保从阀转子70朝向阀定子68的按压力。
本发明并不只限于上述实施方式及变形例,可以组合实施方式及变形例或可以根据本领域技术人员的知识加以各种设计变更等进一步变形,并且这种组合或者加以进一步变形的实施方式和变形例也包含在本发明的范围内。通过组合上述实施方式和变形例而产生的新的实施方式、以及通过组合上述实施方式、变形例和以下变形而产生的新的实施方式兼具所组合的实施方式、变形例及进一步变形的效果。
在上述实施方式中,转子保持架72的底面在中心具有凹部,阀转子70的上表面的中心凸部进入该凹部,在转子保持架72的凹部的内周面与阀转子70的中心凸部的外周面之间设置有转子密封部件82。但是,与此相反,也可以在阀转子70的上表面的中心设置凹部,使转子保持架72的底面的中心凸部进入该凹部,在阀转子70的凹部的内周面与转子保持架72的中心凸部的外周面之间设置转子密封部件82。如此,也能够在阀转子70与转子保持架72之间形成低压部94。
实施方式所涉及的回转阀54的应用并不只限于GM制冷机。回转阀54也可以应用于脉管制冷机或其他超低温制冷机。例如,在将回转阀54应用于脉管制冷机时,蓄冷器流路68a与冷头14的蓄冷器的高温端连接。驱动室流路68b与脉管的高温端连接从而代替与驱动室连接。
在一种实施方式中进行说明的各种特征也可以适用于其他实施方式。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的实施方式各自的效果。
产业上的可利用性
本发明能够利用于超低温制冷机的回转阀及超低温制冷机领域中。
符号说明
10-超低温制冷机,54-回转阀,68-阀定子,70-阀转子,72-转子保持架,74-旋转部件,76-第1连结销,78-第2连结销,94-低压部。

Claims (12)

1.一种回转阀,其为超低温制冷机的回转阀,其特征在于,具备:
阀定子;
阀转子;
旋转部件,使所述阀转子相对于所述阀定子以轴为中心进行旋转;及
转子保持架,以与所述阀转子一同以轴为中心进行旋转的方式连结于所述阀转子,并且在所述转子保持架与所述阀转子之间形成有压力低于周围压力的低压部,从而减小使所述阀转子按压于所述阀定子的轴向的力量,
所述旋转部件与所述转子保持架连结,从而经由所述转子保持架使所述阀转子以轴为中心进行旋转,
所述转子保持架在轴向上配置于所述旋转部件与所述阀转子之间,并且相对于所述旋转部件能够沿轴向移动;
所述回转阀还具备第2限制部件,所述第2限制部件限制所述转子保持架沿轴向朝向阀转子侧移动,并且所述第2限制部件为将所述转子保持架支撑为能够以所述轴为中心进行旋转的阀轴承。
2.根据权利要求1所述的回转阀,其特征在于,
所述转子保持架构成为,在超低温制冷机运行的期间,基于所述周围压力与所述低压部之间的压力差而沿轴向朝向阀转子侧移动,而在所述超低温制冷机停止运行的期间则沿轴向朝向旋转部件侧移动。
3.根据权利要求1或2所述的回转阀,其特征在于,
还具备第1限制部件,所述第1限制部件限制所述转子保持架沿轴向朝向旋转部件侧移动,并且所述第1限制部件为以与所述阀轴承的轴向下侧相邻的方式安装于所述转子保持架的保持架外周部的约束部件。
4.根据权利要求1或2所述的回转阀,其特征在于,
所述转子保持架的保持架外周部具有与所述阀轴承的轴向上侧相邻的卡合部。
5.根据权利要求1或2所述的回转阀,其特征在于,
还具备第1连结销,所述第1连结销以使所述转子保持架能够与所述旋转部件一同以轴为中心进行旋转且使所述转子保持架相对于所述旋转部件能够沿轴向移动的方式将所述转子保持架连结于所述旋转部件,
所述第1连结销沿轴向延伸。
6.根据权利要求1或2所述的回转阀,其特征在于,
还具备第2连结销,所述第2连结销以使所述转子保持架能够与所述阀转子一同以轴为中心进行旋转且使所述转子保持架相对于所述阀转子能够沿轴向移动的方式将所述转子保持架连结于所述阀转子,
所述第2连结销配置于所述低压部。
7.根据权利要求1所述的回转阀,其特征在于,
所述转子保持架与所述阀转子隔着第2空隙而配置。
8.根据权利要求1或2所述的回转阀,其特征在于,
所述阀转子具有转子中心部及转子外周部,所述转子中心部的轴向厚度与所述转子外周部的轴向厚度互不相同。
9.根据权利要求8所述的回转阀,其特征在于,
所述低压部为形成在所述转子中心部与所述转子外周部之间的空间。
10.根据权利要求8所述的回转阀,其特征在于,
所述转子中心部形成为相对于所述转子外周部朝向所述转子保持架侧突出的凸部。
11.根据权利要求9所述的回转阀,其特征在于,
在所述转子中心部的外周面与所述转子保持架的内周面之间设置有转子密封部件。
12.一种超低温制冷机,其特征在于,
具备权利要求1或2所述的回转阀。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3100319B1 (fr) * 2019-09-04 2021-08-20 Absolut System Machine cryogénique régénérative

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4318406A1 (de) * 1993-06-03 1994-12-08 Leybold Ag Verfahren zum Betrieb eines Refrigerators und für die Durchführung dieses Verfahrens geeigneter Refrigerator
CN1179819A (zh) * 1995-02-06 1998-04-22 杰勒德S·亨伍德 角形入口式回转阀
CN1224129A (zh) * 1997-11-05 1999-07-28 株式会社鹭宫制作所 旋转式流路切换阀
CN101012980A (zh) * 2006-01-30 2007-08-08 住友重机械工业株式会社 蓄冷器式冷冻机
CN101099066A (zh) * 2004-01-20 2008-01-02 住友重机械工业株式会社 用于低温致冷器的低转矩阀
JP2008544199A (ja) * 2005-06-10 2008-12-04 住友重機械工業株式会社 パルスチューブ冷凍機用マルチプルロータリバルブ
CN202215818U (zh) * 2011-06-13 2012-05-09 费希尔控制国际公司 用于阀组件的致动器
CN102829574A (zh) * 2011-06-14 2012-12-19 住友重机械工业株式会社 蓄冷器式制冷机
JP2014145573A (ja) * 2013-01-30 2014-08-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd 極低温冷凍機
CN104121717A (zh) * 2013-04-24 2014-10-29 住友重机械工业株式会社 超低温制冷机

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8816193D0 (en) * 1988-07-07 1988-08-10 Boc Group Plc Improved cryogenic refrigerator
JP2002228289A (ja) * 2000-11-30 2002-08-14 Aisin Seiki Co Ltd ロータリ弁ユニット及びパルス管冷凍機
WO2005088210A1 (en) * 2004-03-08 2005-09-22 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Wearless valve for cryorefrigerator
WO2006075981A1 (en) * 2005-01-13 2006-07-20 Sumitomo Heavy Industries, Ltd Hybrid spool valve for multi-port pulse tube
JP5999252B2 (ja) * 2013-03-11 2016-09-28 株式会社島津製作所 流路切換バルブ
JP5910548B2 (ja) * 2013-03-15 2016-04-27 株式会社島津製作所 流路切換バルブ
JP2017120162A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 住友重機械工業株式会社 極低温冷凍機およびロータリバルブ機構

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4318406A1 (de) * 1993-06-03 1994-12-08 Leybold Ag Verfahren zum Betrieb eines Refrigerators und für die Durchführung dieses Verfahrens geeigneter Refrigerator
CN1179819A (zh) * 1995-02-06 1998-04-22 杰勒德S·亨伍德 角形入口式回转阀
CN1224129A (zh) * 1997-11-05 1999-07-28 株式会社鹭宫制作所 旋转式流路切换阀
CN101099066A (zh) * 2004-01-20 2008-01-02 住友重机械工业株式会社 用于低温致冷器的低转矩阀
JP2008544199A (ja) * 2005-06-10 2008-12-04 住友重機械工業株式会社 パルスチューブ冷凍機用マルチプルロータリバルブ
CN101012980A (zh) * 2006-01-30 2007-08-08 住友重机械工业株式会社 蓄冷器式冷冻机
CN202215818U (zh) * 2011-06-13 2012-05-09 费希尔控制国际公司 用于阀组件的致动器
CN102829574A (zh) * 2011-06-14 2012-12-19 住友重机械工业株式会社 蓄冷器式制冷机
JP2014145573A (ja) * 2013-01-30 2014-08-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd 極低温冷凍機
CN104121717A (zh) * 2013-04-24 2014-10-29 住友重机械工业株式会社 超低温制冷机

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