JP2005207633A - ロータリーバルブおよびそれを用いた冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍機等の作動ガス利用機器に対して高い周波数で作動圧の切り換えを行なうことができ、しかも摩擦による発熱を少なくしたロータリーバルブを提供する。
【解決手段】作動ガスの高圧側連通口３と低圧側連通口２および作動部連通口４が設けられたハウジング１と、上記ハウジング１内で回転するロータ５とを備え、上記ロータ５には、上記高圧側連通口３と作動部連通口４を連通させる高圧側流路７と、上記低圧側連通口２と作動部連通口４を連通させる低圧側流路６とが形成され、上記ロータ５の回転により、高圧側流路７による作動部連通口４と高圧側連通口３の連通と、低圧側流路６による作動部連通口４と低圧側連通口２の連通とを切換えるロータリーバルブであって、上記ハウジング１には、高圧側連通口３，低圧側連通口２および作動部連通口４を含んでなる連通口の組がロータ５の回転方向において異なる位置に複数組設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリーバルブおよびそれを用いた冷凍機に関するものである。

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なわれている。

図１３は、上記ロータリーバルブの従来例を示す断面図である。両端が閉塞された筒状のハウジング１に高圧側連通口３，低圧側連通口２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（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５の外周面に溝状の高圧側流路７と低圧側流路６が設けられている。上記高圧側流路７は、高圧側連通口３と作動部連通口４との連通を図り、上記低圧側流路６は、低圧側連通口２と作動部連通口４との連通を図る。これらの連通を交互に行なわせるために、高圧側流路７と低圧側流路６とはロータ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。

上記高圧側流路７と低圧側流路６は、図１３（ｂ）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５が回転するようになっている。

上記のようにロータ５が回転されると、高圧側流路７と低圧側流路６とが、高圧側連通口３と作動部連通口４との連通および低圧側連通口２と作動部連通口４との連通を交互に行ない、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。図において、１９は作動ガスを圧縮する圧縮機である。また、２１は作動ガスが導入されて冷熱を発生させるパルス管，２０は蓄冷管、２４はコールドエンドであり、上記パルス管２１、蓄冷管２０、コールドエンド２４により冷熱を発生させる作動部１３が形成されている。そして、上記圧縮機１９および作動部１３によって冷凍機が構成されている。
特開２００１−９１０７８号公報

しかしながら、上記従来のロータリーバルブでは、ハウジング１側面の１方にだけ高圧側連通口３，低圧側連通口２および作動部連通口４が設けられていることから、ロータ５が１回転することにより、作動部連通口４と高圧側連通口３の連通状態と、作動部連通口４と低圧側連通口２の連通状態との切り換えが１回行なわれるだけである。

一方、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、高速回転させる必要が生じる。

ところが、上記ロータリーバルブにこのような高速回転を行なわせると、ハウジング１とロータ５との摺動部の摩擦による発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。また、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配置を採用することができず、設計の自由度が少なかった。

また、ロータ５の回転周波数を高くすると、駆動モータ８もそれに耐えるものにしなければならなくなり、コストを引き上げる要因となるうえ、摺動部分の精度が気密性や摺動抵抗に与える影響が大きくなるうえ、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も低下するため、それだけ精度管理がシビアになり、製作コストやメンテナンスコストを引き上げる要因となる。

また、ロータリーバルブで発生する熱が冷凍機に与える影響が大きくなるため、ロータリーバルブを冷凍機に近接したところに配置できなくなり、配置の自由度が少なくなって設計の容易性が損なわれることとなる。しかも、ロータリーバルブを冷凍機から遠ざけた配置にする必要があることから、ロータリーバルブと冷凍機を連結する配管がそれだけ長くなり、配管設備の設置等にコストがかかるうえ、圧力損失も大きくなって圧縮機の設備や動力を増大させる要因となるうえ、装置の小型化の点からも好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、冷凍機等の作動ガス利用機器に対して高い周波数で作動圧の切り換えを行なうことができ、しかも摩擦による発熱を少なくしたロータリーバルブおよびそれを用いた冷凍機の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のロータリーバルブは、作動ガスの高圧側連通口と低圧側連通口および作動部連通口が設けられたハウジングと、上記ハウジング内で回転する回転部材とを備え、上記回転部材には、上記高圧側連通口と作動部連通口を連通させる高圧側流路と、上記低圧側連通口と作動部連通口を連通させる低圧側流路とが形成され、上記回転部材の回転により、高圧側流路による作動部連通口と高圧側連通口の連通と、低圧側流路による作動部連通口と低圧側連通口の連通とを切換えるロータリーバルブであって、
上記ハウジングには、高圧側連通口，低圧側連通口および作動部連通口とを含んでなる連通口の組が回転部材の回転方向において異なる位置に複数組設けられていることを要旨とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の冷凍機は、作動ガスの高圧側連通口と低圧側連通口および作動部連通口が設けられたハウジングと、上記ハウジング内で回転する回転部材とを備え、上記回転部材には、上記高圧側連通口と作動部連通口を連通させる高圧側流路と、上記低圧側連通口と作動部連通口を連通させる低圧側流路とが形成され、上記回転部材の回転により、高圧側流路による作動部連通口と高圧側連通口の連通と、低圧側流路による作動部連通口と低圧側連通口の連通とを切換えるロータリーバルブを備えた冷凍機であって、
上記ハウジングには、高圧側連通口と低圧側連通口および作動部連通口とを含んでなる連通口の組が回転部材の回転方向において異なる位置に複数組設けられていることを要旨とする。

すなわち、本発明のロータリーバルブおよび冷凍機は、上記ハウジングには、高圧側連通口と低圧側連通口および作動部連通口とを含んでなる連通口の組が回転部材の回転方向において異なる位置に複数組設けられている。このため、回転部材が１回転することにより、上記回転部材に設けられた高圧側流路と低圧側流路は、回転部材の回転が進むに従って、ハウジングの回転方向に複数組設けられた連通口の組の各連通口と順次連通し、それぞれの連通口の組において高低圧の切り換えが行なわれる。このように、回転部材が１回転するごとに複数回の作動圧の切り換えを行なうことができるため、おなじ回転数で数倍の切り換え周波数で運転できることとなる。したがって、例えば、作動ガス利用機器として冷凍機を用いた場合は、冷凍能力を大幅に向上させることができるし、小型の冷凍機であっても十分な冷凍能力を確保できるようになる。

また、回転周波数を従来と同等かそれより小さくすることができ、ロータリーバルブからの発熱が冷凍機に与える影響も無視できる範囲に抑えられることから、特に、作動ガス利用機器として冷凍機を使用した場合に有利である。すなわち、ロータリーバルブを冷凍機に近接したところに配置できるようになって、設備の小型化に有利であるだけでなく、配置の自由度が高くなり、設計の容易性が確保できる。また、ロータリーバルブを冷凍機と近接した配置にできることから、ロータリーバルブと冷凍機を連結する配管がそれだけ短くてすみ、配管設備の設置コスト等が節減できるうえ、圧力損失も小さくなって圧縮機の設備や動力を節減でき、小型化にも有利となる。また、回転周波数を従来と同等以下とすることができるため、駆動系の機器も小さなものですむためコスト的に有利である。しかも、気密性の確保や摺動抵抗の抑制を考慮しても、摺動部分の精度管理を従来通りに行なえばよいことから、製作コストやメンテナンスコストの面でも有利である。

しかも、上記各連通口の組は回転部材の回転方向において異なる位置に配置されていることから、回転部材やハウジングの寸法は、回転部材１回転で１回の切り換えを行なうものと実質的に変わらず、ロータリーバルブ自体を大型化することがなく設備の小型化や製作コスト節減に有利である。

本発明において、上記複数の連通口の組は、共通の作動ガス利用機器における連通状態の切り換えに対応している場合には、回転部材が１回転することにより、ハウジングの回転方向に複数組設けられたそれぞれの連通口の組において高低圧の切り換えが行なわれ、これらの連通口の組に接続された共通の作動ガス利用機器に対する作動圧力の切り換え周波数を効率的に向上させることができる。

本発明において、上記回転部材の高圧側流路と低圧側流路とを含んでなる流路の組１つに対し、上記連通口の組が複数組設けられている場合には、回転部材が１回転することにより、ハウジングの回転方向に複数組設けられたそれぞれの連通口の組に対して、上記１つの流路の組が連通状態を切り換えるように作用し、作動圧力の切り換え周波数を効率的に向上させることができる。

本発明において、上記回転部材の高圧側流路と低圧側流路とを含んでなる流路の組が、上記連通口の組と同数の複数組設けられ、上記流路の組および連通口の組は、いずれも回転部材の回転方向において等間隔に配置されている場合には、回転部材の回転によって行なわれる上記複数の流路の組による作動圧の切り換えタイミングが一致することになることから、１回の作動圧の切り換えの際に、回転部材の高圧側流路や低圧側流路内を流れる作動ガスの流量を、上記流路の組の数だけ増加させることができる。例えば、上記流路の組を２組とすれば、上記２組の流路の組において同じタイミングで高圧側連通口と作動部連通口の連通が行なわれ、同じタイミングで低圧側連通口と作動部連通口の連通が行なわれる。したがって、１回の切り換えの際に２つの流路でガスを流通させることができ、作動ガスの流量を略２倍にすることができるのである。上記流路の組を３組とすれば作動ガスの流量は略３倍とし、上記流路の組を４組とすれば作動ガスの流量は略４倍とすることができ、それ以上も同様である。このように、切り換え周波数を向上させると同時に、作動ガスの流量を増大させて圧力損失を軽減し、作動ガス利用機器の性能を効率的に引き出すことができる。

本発明において、１組の連通口の組は、その高圧側連通口，低圧側連通口および作動部連通口が、ハウジングの周壁に回転軸に沿って列設されている場合には、上記各連通口が略１直線上に列設されているので、各配管を整然と並べてハウジング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の構造簡素化にとっても有効である。さらに、各連通口が上記のように列設されているので、回転部材側の高圧側流路や低圧側流路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ないやすくなり、切換えタイミングの制御が容易になる。また、１直線上に各連通口をあけるものなので、ハウジングや回転部材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。

本発明において、上記作動部連通口は高圧側連通口と低圧側連通口との間に配置されている場合には、回転部材側の高圧側流路や低圧側流路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ないやすくなり、切換えタイミングの制御が容易になるうえ、回転部材側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。

本発明において、上記ハウジングに形成された各連通口の組は、１つまたは２つ以上の中間圧連通口を含んでなり、上記回転部材には、上記中間圧連通口に対応して中間圧連通口と作動部連通口とを連通させる１つまたは２つ以上の中間圧流路が設けられている場合には、１つの作動部連通口に対し、例えば、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。したがって、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。そして、高圧と低圧の切り換えの間に中間圧の切り換えを行ない、複数の作動ガス利用機器に対し、同時に作動圧力のきめ細かな制御を行なうことができる。

本発明において、上記中間圧流路は、回転部材の回転方向において低圧側流路と高圧側流路との間に配置されている場合には、例えば、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なうことができ、また、この逆についても順を追った切換えが可能である。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を詳しく説明する。

図１は、本発明のロータリーバルブ９およびそれを用いた冷凍機の一実施例を示す。このロータリーバルブ９は、両端が閉塞された筒状のハウジング１と、上記ハウジング１内に納められるロータ５（回転部材）とを備えている。上記ハウジング１は、その内部空間が円柱状のロータ５がその内面に摺動しながら回転しうる空間形状に形成され、上記ハウジング１にはロータ５が同軸状に挿入されている。

上記ハウジング１には、その外周壁に、冷凍機等の作動ガス利用機器の作動ガスが連通する高圧側連通口３Ａ，３Ｂ、低圧側連通口２Ａ，２Ｂおよび作動部連通口４Ａ，４Ｂが形成されている。上記高圧側連通口３Ａ，低圧側連通口２Ａ，作動部連通口４Ａ、および高圧側連通口３Ｂ，低圧側連通口２Ｂ，作動部連通口４Ｂは、それぞれ１組の連通口の組としてロータ５の回転軸に沿って列設された状態で形成されている。そして、作動部連通口４Ａ，４Ｂは、高圧側連通口３Ａ，３Ｂと低圧側連通口２Ａ，２Ｂとの間すなわち略中央部に配置されている。

上記ロータ５の外周面には、溝状の高圧側流路７と低圧側流路６がロータ５の回転軸方向に延びた状態で形成されている。上記高圧側流路７は、高圧側連通口３Ａ，３Ｂと作動部連通口４Ａ，４Ｂとの連通を図るよう高圧側連通口３Ａ，３Ｂと作動部連通口４Ａ，４Ｂの双方に連通する長さに延びている。一方、上記低圧側流路６は、低圧側連通口２Ａ，２Ｂと作動部連通口４Ａ，４Ｂとの連通を図るよう、低圧側連通口２Ａ，２Ｂと作動部連通口４Ａ，４Ｂの双方に連通する長さに延びている。すなわち、高圧側流路７と低圧側流路６とは、高圧側流路７の一端部（図示の下端部）と、低圧側流路６の一端部（図示の上端部）が、軸方向において略同じ位置で重なるように、ロータ５の回転軸方向にずれて配置されている。

また、高圧側流路７と低圧側流路６とは、ロータ５の円周方向にも一定間隔ずれて配置されている。この例では、ロータ５の回転方向における高圧側流路７と低圧側流路６とのずれ角は、９０°である。なお、ロータ５は、溝状の高圧側流路７や低圧側流路６を形成できる程度に肉厚の円筒状部材で構成してもよい。

そして、上記ロータリーバルブ９では、上記ハウジング１内をロータ５が回転することにより、高圧側流路７による作動部連通口４Ａ，４Ｂと高圧側連通口３Ａ，３Ｂの連通と、低圧側流路６による作動部連通口４Ａ，４Ｂと低圧側連通口２Ａ，２Ｂの連通とが交互に切換えられるようになっている。図において、８はロータ５を回転駆動する駆動モータである。

上記のように、１組の連通口の組が、その高圧側連通口３Ａ，３Ｂ，低圧側連通口２Ａ，２Ｂおよび作動部連通口４Ａ，４Ｂが、それぞれハウジング１の周壁に回転軸に沿って列設されている。上記一方の連通口２Ａ，３Ａ，４Ａおよび他方の連通口２Ｂ，３Ｂ，４Ｂがそれぞれ略１直線上に列設されているので、各配管を整然と並べてハウジング１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、各連通口が上記のように列設されているので、ロータ５側の高圧側流路７や低圧側流路６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ないやすくなり、切換えタイミングの制御が容易になる。また、１直線上に各連通口を開けるものなので、ハウジング１やロータ５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。

また、上記作動部連通口４Ａ，４Ｂは高圧側連通口３Ａ，３Ｂと低圧側連通口２Ａ，２Ｂとの間に配置されていることから、ロータ５側の高圧側流路７や低圧側流路６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ないやすくなり、切換えタイミングの制御が容易になるうえ、ロータ５側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。

そして、上記ロータリーバルブ９では、上記ハウジング１に、高圧側連通口３Ａ，低圧側連通口２Ａおよび作動部連通口４Ａ（高圧側連通口３Ｂ，低圧側連通口２Ｂおよび作動部連通口４Ｂ）とを含んでなる連通口の組が複数組（この例では２組）設けられている。上記各連通口の組は、ロータ５の回転方向において異なる位置に配置されている。そして、上記複数の連通口の組は、共通の冷凍機に対応して設けられ、共通の冷凍機における連通状態の切り換えに対応している。

具体的には、一方の連通口の組２Ａ，３Ａ，４Ａは、ハウジング１の一側において列設され、他方の連通口の組２Ｂ，３Ｂ，４Ｂは、ハウジング１の他側において列設されている。すなわち、この例では、２組の連通口の組は、ハウジング１の周壁にロータ５の回転方向において１８０°のずれ角をもって配置されている。上記複数組の連通口の組は、高圧側連通口３Ａ，３Ｂ，低圧側連通口２Ａ，２Ｂおよび作動部連通口４Ａ，４Ｂは、軸方向においてそれぞれ同じ高さ位置に配置されている。このようにすることにより、上記複数組の連通口の組は、いずれも１つのロータ５の同じ高圧側流路７および低圧側流路６によって作動部連通口４Ａ，４Ｂに対する高圧側連通口３Ａ，３Ｂの連通と低圧側連通口２Ａ，２Ｂの連通を切り換えることができる。

上記冷凍機は、上記作動ガスを圧縮する圧縮機１９と、上記圧縮機１９からの作動ガスが導入される作動部１３とを含んで構成されている。上記作動部１３は、作動ガスが導入される蓄冷管２０と、上記蓄冷管２０を介して作動ガスが導入されるパルス管２１と、上記蓄冷管２０とパルス管２１との間に配置されて冷熱を取り出すコールドエンド２４とを含んで構成されている。なお、図示していないが、パルス管２１の蓄冷管２０と反対側の端部には、作動ガスを一時的に貯留して作動ガスの圧力サイクルをつくりだすためのバッファタンク等が接続される。

そして、上記複数の連通口の組２Ａ，３Ａ，４Ａおよび２Ｂ，３Ｂ，４Ｂにおいて、その作動部連通口４Ａ，４Ｂは、いずれも上記作動部１３の蓄冷管２０と作動ガス路を介して接続され、高圧側連通口３Ａ，３Ｂは、いずれも圧縮機１９の高圧側に高圧ガス路を介して接続され、低圧側連通口２Ａ，２Ｂは、いずれも圧縮機１９の低圧側に低圧ガス路を介して接続されている。

ここで、ロータ５の外周面に形成された高圧側流路７と低圧側流路６の組は、ロータ５の円周方向において所定角度内に配置されている。この例では、ロータ５の回転方向における高圧側流路７と低圧側流路６とのずれ角は９０°であり、高圧側流路７と低圧側流路６は、９０°の位相内に存在している。一方、この例において、ハウジング１の周壁に形成された複数の連通口の組は、この例ではロータ５の回転方向において１８０°の位相角をもって配置されている。すなわち、高圧側流路７と低圧側流路６の組が存在領域の角度は、隣接する複数の連通口の組が形成する角度よりも小さくなるよう設定されている。これにより、ロータ５の一回転で複数回の高低圧の切り換えが確実に行なわれるのである。

上記構成のロータリーバルブ９では、例えば、つぎのようにして作動圧の切り換えが行なわれる。

図１の状態を初期状態として説明すると、まず、一方（図示の右側）の連通口の組における高圧側連通口３Ａと作動部連通口４Ａとが高圧側流路７によって連通され、作動部１３が圧縮機１９の高圧側と連通する。つぎに、ロータ５が９０°図示の横断面における反時計回り方向に回転すると、図２に示すように、高圧側連通口３Ａと作動部連通口４Ａとの連通は解除され、一方の連通口の組における低圧側連通口２Ａと作動部連通口４Ａが低圧側流路６によって連通され、作動部１３が圧縮機１９の低圧側と連通する。

つぎに、ロータ５が９０°図示の横断面における反時計回り方向に回転すると、図３に示すように、一方の連通行の組における低圧側連通口２Ａと作動部連通口４Ａの連通は解除され、他方（図示の左側）の連通口の組における高圧側連通口３Ｂと作動部連通口４Ｂが高圧側流路７によって連通され、作動部１３が圧縮機１９の高圧側と連通する。そして、ロータ５がさらに９０°図示の横断面における反時計回り方向に回転すると、図４に示すように、高圧側連通口３Ｂと作動部連通口４Ｂとの連通は解除され、他方の連通口の組における低圧側連通口２Ｂと作動部連通口４Ｂが低圧側流路６によって連通され、作動部１３が圧縮機１９の低圧側と連通する。

以上のように、一方の連通口の組２Ａ，３Ａ，４Ａにおける、高圧側流路７による作動部連通口４Ａと高圧側連通口３Ａとの連通と、低圧側流路６による作動部連通口４Ａと低圧側連通口２Ａとの連通との切り換えが、ロータ５の１回転毎に１回行なわれ、他方の連通口の組２Ｂ，３Ｂ，４Ｂにおける、高圧側流路７による作動部連通口４Ｂと高圧側連通口３Ｂとの連通と、低圧側流路６による作動部連通口４Ｂと低圧側連通口２Ｂとの連通との切り換えが、ロータ５の１回転毎に１回行なわれる。そして、一方の連通口の組２Ａ，３Ａ，４Ａにおける連通の切り換えと、他方の連通口の組２Ｂ，３Ｂ，４Ｂにおける連通の切り換えとは、この例では１８０°の位相差で行なわれる。

そして、上記ロータリーバルブ９では、上記ロータ５の高圧側流路７と低圧側流路６とを含んでなる流路の組１つに対し、上記連通口の組が複数組設けられていることから、ロータ５が一回転するごとに、ハウジング１の回転方向に複数組設けられたそれぞれの連通口の組に対して、上記１つの流路の組が連通状態を切り換えるように作用し、作動圧力の切り換え周波数を効率的に向上させることができ、高低圧の切り換えが連通口の組の数だけ（この例では２回）行なわれるのである。

また、作動部連通口４Ａと高圧側連通口３Ａとが連通することにより、圧縮機１９の高圧側が作動部１３に連通して高圧の作動ガスがパルス管２１に導入され、作動部連通口４Ａと低圧側連通口２Ａとが連通することにより、圧縮機１９の低圧側が作動部１３に連通してパルス管２１内の作動ガスが圧縮機１９に移動する。このようなパルス管２１内の圧力サイクルを形成することにより冷熱を発生させてコールドエンド２４で熱交換され利用され、冷凍機を稼動することができるのである。

このように、ロータ５が１回転することにより、上記ロータ５に設けられた高圧側流路７と低圧側流路６は、ロータ５の回転が進むに従って、ハウジング１の回転方向に複数組設けられた連通口の組の各連通口と順次連通し、それぞれの連通口の組において高低圧の切り換えが行なわれる。このように、ロータ５が１回転するごとに複数回の作動圧の切り換えを行なうことができるため、おなじ回転数で数倍（この例では２倍）の切り換え周波数で運転できることとなる。したがって、冷凍機の冷凍能力を大幅に向上させることができるし、小型の冷凍機であっても十分な冷凍能力を確保できるようになる。このように、回転部材が１回転することにより、ハウジング１の回転方向に複数組設けられたそれぞれの連通口の組において高低圧の切り換えが行なわれ、これらの連通口の組に接続された共通の冷凍機に対する作動圧力の切り換え周波数を効率的に向上させることができる。

また、回転周波数を従来と同等かそれより小さくすることができる。すなわち、この例では、切り換え周波数を同じに保ちながらロータの回転数を２分の１にすることができる。これにより、ロータリーバルブ９からの発熱が冷凍機に与える影響も無視できる範囲に抑えられる。すなわち、ロータリーバルブ９を冷凍機に近接したところに配置できるようになって、設備の小型化に有利であるだけでなく、配置の自由度が高くなり、設計の容易性が確保できる。また、ロータリーバルブ９を冷凍機と近接した配置にできることから、ロータリーバルブ９と冷凍機を連結する配管がそれだけ短くてすみ、配管設備の設置コスト等が節減できるうえ、圧力損失も小さくなって圧縮機１９の設備や動力を節減でき、小型化にも有利となる。また、回転周波数を従来と同等以下とすることができるため、駆動系の機器も小さなものですむためコスト的に有利である。しかも、気密性の確保や摺動抵抗の抑制を考慮しても、摺動部分の精度管理を従来通りに行なえばよいことから、製作コストやメンテナンスコストの面でも有利である。

しかも、上記各連通口の組はロータ５の回転方向において異なる位置に配置されていることから、ロータ５やハウジング１の寸法は、ロータ５の１回転で１回の切り換えを行なうものと実質的に変わらず、ロータリーバルブ９自体を大型化することがなく設備の小型化や製作コスト節減に有利である。

図５は、本発明のロータリーバルブ９およびそれを用いた冷凍機の第２実施例を示す。

この例では、ロータリーバルブ９は、上記ロータ５の高圧側流路７と低圧側流路６とを含んでなる流路の組が、上記連通口の組と同数の複数組設けられ、上記流路の組および連通口の組は、いずれもロータ５の回転方向において等間隔に配置されている。

すなわち、ハウジング１は、上記第１実施例と同様に、２つの連通口の組がロータ５の回転方向に１８０°の角度差で異なる位置に設けられている。これに対し、ロータ５は、一方の高圧側流路７Ａと低圧側流路６Ａが９０°の角度差で設けられ、他方の高圧側流路７Ｂと低圧側流路６Ｂが同じく９０°の角度差で設けられ、一方の流路の組７Ａ，６Ａと他方の流路の組７Ｂ，６Ｂとは、１８０°の角度差で設けられている。

したがって、一方の高圧側流路７Ａと、一方の低圧側流路６Ａと、他方の高圧側流路７Ｂと他方の低圧側流路６Ｂとは、ロータ５の回転方向でそれぞれ９０°の角度差で配置されている。

上記構成のロータリーバルブ９では、例えば、つぎのようにして作動圧の切り換えが行なわれる。

図５の状態を初期状態として説明すると、まず、一方の連通口の組における高圧側連通口３Ａと作動部連通口４Ａとが一方の高圧側流路７Ａによって連通され、これと同時に、他方の連通口の組における高圧側連通口３Ｂと作動部連通口４Ｂとが他方の高圧側流路７Ｂによって連通される。このとき、同時に複数（この例では２つ）の高圧側流路７Ａ，７Ｂを介して作動部１３が圧縮機１９の高圧側と連通する。

ついで、ロータ５が９０°図示の横断面における反時計回り方向に回転すると、図６に示すように、一方の高圧側連通口３Ａと作動部連通口４Ａとの連通および他方の高圧側連通口３Ｂと作動部連通口４Ｂとの連通は解除される。そして、一方の連通口の組における低圧側連通口２Ａと作動部連通口４Ａが一方の低圧側流路６Ａによって連通され、これと同時に、他方の連通口の組における低圧側連通口２Ｂと作動部連通口４Ｂが一方の低圧側流路６Ａによって連通される。このとき、同時に複数（この例では２つ）の低圧側流路６Ａ，６Ｂを介して作動部１３が圧縮機１９の低圧側と連通する。

つぎに、ロータ５が９０°図示の横断面における反時計回り方向に回転すると、図７に示すように、一方の低圧側連通口２Ａと作動部連通口４Ａとの連通および他方の低圧側連通口２Ｂと作動部連通口４Ｂとの連通は解除される。そして、一方の連通口の組における高圧側連通口３Ａと作動部連通口４Ａが他方の高圧側流路７Ｂによって連通され、これと同時に、他方の連通口の組における高圧側連通口３Ｂと作動部連通口４Ｂが一方の高圧側流路７Ａによって連通される。このときも、同時に複数（この例では２つ）の高圧側流路７Ａ，７Ｂを介して作動部１３が圧縮機１９の高圧側と連通する。

ついで、ロータ５が９０°図示の横断面における反時計回り方向に回転すると、図８に示すように、一方の高圧側連通口３Ａと作動部連通口４Ａとの連通および他方の高圧側連通口３Ｂと作動部連通口４Ｂとの連通は解除される。そして、一方の連通口の組における低圧側連通口２Ａと作動部連通口４Ａが一方の低圧側流路６Ａによって連通され、これと同時に、他方の連通口の組における低圧側連通口２Ｂと作動部連通口４Ｂが他方の低圧側流路６Ｂによって連通される。このときも、同時に複数（この例では２つ）の低圧側流路６Ａ，６Ｂを介して作動部１３が圧縮機１９の低圧側と連通する。

以上のように、ロータ５の回転によって行なわれる上記複数の流路の組による作動圧の切り換えタイミングが一致することになることから、１回の作動圧の切り換えの際に、ロータ５の高圧側流路７や低圧側流路内６を流れる作動ガスの流量を、上記流路の組の数だけ増加させることができる。例えば、上記流路の組を２組とすれば、上記２組の流路の組において同じタイミングで高圧側連通口３Ａ，３Ｂと作動部連通口４Ａ，４Ｂの連通が行なわれ、同じタイミングで低圧側連通口２Ａ，２Ｂと作動部連通口４Ａ，４Ｂの連通が行なわれる。したがって、１回の切り換えの際に２つの流路でガスを流通させることができ、作動ガスの流量を略２倍にすることができるのである。

なお、連通口の組を３組にするとともに、上記流路の組を３組とすれば、切り換え周波数を３倍としたり回転数を３分の１にしながら、作動ガスの流量を略３倍とすることができる。連通口の組を３組にするとともに、上記流路の組を４組とすれば、切り換え周波数を４倍としたり回転数を４分の１にしながら、作動ガスの流量は略４倍とすることができ、それ以上も同様である。このように、切り換え周波数を向上させると同時に、作動ガスの流量を増大させて圧力損失を軽減し、作動ガス利用機器の性能を効率的に引き出すことができる。

それ以外は、上記第１実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施例でも、上記実施例と同様の作用効果を奏する。

図９は、本発明のロータリーバルブ９およびそれを用いた冷凍機の第３実施例を示す。

この例では、上記冷凍機は、作動部１３に連通するバッファタンク（高圧バッファタンク１０Ａおよび低圧バッファタンク１０Ｂ）を含んで構成されている。そして、第１実施例のように、作動部１３と圧縮機１９との間で作動圧の切り換えを行なう第１のロータリーバルブ９Ａと、作動部１３とバッファタンク（高圧バッファタンク１０Ａおよび低圧バッファタンク１０Ｂ）との間で作動圧の切り換えを行なう第２のロータリーバルブ９Ｂとを備えて構成されている。そして、第２のロータリーバルブ９Ｂにおいて、複数の連通口の組は、それぞれバッファタンク（高圧バッファタンク１０Ａおよび低圧バッファタンク１０Ｂ）と作動部１３間の連通状態の切り換えに対応している。

すなわち、上記第２のロータリーバルブ９Ｂでは、一方の連通口の組２Ａ，３Ａ，４Ａの作動部連通口４Ａは作動部１３のパルス管２１と接続され、高圧側連通口３Ａは高圧バッファタンク１０Ａに接続され、低圧側連通口２Ａは低圧バッファタンク１０Ｂに接続されている。

そして、第１のロータリーバルブ９Ａによって、作動部１３と圧縮機１９の間で作動圧の切り換えを行なうとともに、第２のロータリーバルブ９Ｂによって、作動部とバッファタンク（高圧バッファタンク１０Ａおよび低圧バッファタンク１０Ｂ）の間で作動圧の切り換えを行なうようになっている。

なお、図において、一方の作動部連通口４Ａと他方の作動部連通口４Ｂとは、図示しない作動ガス路を介して連通している。そして、上記説明では、一方の連通口の組２Ａ，３Ａ，４Ａについてだけ説明したが、一方の連通口の組２Ａ，３Ａ，４Ａと一定の時間間隔で（上記第１実施例参照）または同時に（上記第２実施例参照）、他方の連通口の組２Ｂ，３Ｂ，４Ｂにおける作動圧の切り換えも行なわれているのは、上記各実施例で説明したとおりであり、以下の説明でも同様である。

つぎに、上記構成の冷凍機の作用について説明する。

まず、図１０（ａ）に示すように、高圧バッファタンク１０Ａが第２のロータリーバルブ９Ｂの作動部連通口４Ａ、高圧側流路７Ａ、高圧側連通口３Ａを経てパルス管２１に連通すると、高圧バッファタンク１０Ａ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１０Ａの圧力近くまで上昇する。

つぎに、両ロータリーバルブ９Ａ，９Ｂのロータ５が回転して、図１０（ｂ）に示すように、圧縮機１９の高圧側が、第１のロータリーバルブ９Ａの作動部連通口４Ａ、高圧側流路７Ａ、高圧側連通口３Ａを介して作動部１３と連通し、高圧バッファタンク１０Ａに連通する。このとき、圧縮機１９からの高圧ガスは高圧バッファタンク１０Ａのガス圧よりも高くなっているので、作動部１３に流入した高圧ガスは高圧バッファタンク１０Ａに流入する。

ついで、両ロータリーバルブ９Ａ，９Ｂのロータ５が回転すると、図１０（ｃ）に示すように、第２のロータリーバルブ９Ｂの作動部連通口４Ａ、低圧側流路６Ａ、低圧側連通口２Ａを介して作動部１３と低圧バッファタンク１０Ｂが連通する。すると、作動部１３の作動ガスが低圧バッファタンク１０Ｂ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１０Ｂ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１０Ｂ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。

さらに、両ロータリーバルブ９Ａ，９Ｂのロータ５が回転すると、図１０（ｄ）に示すように、圧縮機１９の低圧側が、第１のロータリーバルブ９Ａの作動部連通口４Ａ、低圧側流路６Ａ、低圧側連通口２Ａを介して作動部１３と連通し、低圧バッファタンク１０Ｂに連通する。このとき、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１０Ｂの低圧ガスがパルス管２１に流入する。

以上に述べたような動作によって１サイクルが終了し、両ロータリーバルブ９Ａ，９Ｂによる継続的な圧力の切り換え動作により、作動ガスは連続的に冷凍作用を続行する。上記説明は、第１のロータリーバルブ９Ａおよび第２のロータリーバルブ９Ｂのそれぞれ一方側の連通口の組２Ａ，３Ａ，４Ａについての圧力切り換え動作だけを説明したが、実際は、他方の連通口の組２Ｂ，３Ｂ，４Ｂも、上記一方側のそれとロータ５半回転分の時間差で同様の圧力切り換えが行なわれている（上記第１実施例および第２実施例参照）。

このようにすることにより、冷凍機のバッファタンク１０Ａ，１０Ｂと作動部１３間の連通状態の切り換えを行なえるようにできる。そして、この状態で、ロータリーバルブ９Ａ，９Ｂを冷凍機に近接したところに配置できるようになって、設備の小型化に有利であるだけでなく、配置の自由度が高くなり、設計の容易性が確保できる。また、ロータリーバルブ９Ａ，９Ｂと各冷凍機を連結する配管がそれだけ短くてすみ、配管設備の設置コスト等が節減できるうえ、圧力損失も小さくなって圧縮機の設備や動力を節減できる。

それ以外は、上記第１および第２実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施例でも、上記各実施例と同様の作用効果を奏する。

図１１は、本発明のロータリーバルブ９およびそれを用いた冷凍機の第４実施例を示す。

図１１（ａ）はロータリーバルブの縦断面図であり、図１１（ｂ）はロータ５の外周面を周方向に展開して示した図である。

この例では、ロータリーバルブ９は、上記ハウジング１に形成された各連通口の組は、中間圧連通口１１Ａ，１１Ｂを含んでなり、上記ロータ５には、上記中間圧連通口１１Ａ，１１Ｂに対応して中間圧連通口１１Ａ，１１Ｂと作動部連通口４Ａ，４Ｂとを連通させる中間圧流路１２Ａ，１２Ｂが設けられている。

この例では、上記高圧側流路７Ａ，７Ｂ、低圧側流路６Ａ，６Ｂおよび中間圧流路１２Ａ，１２Ｂは、溝状ではなく、ロータ５の表面に連通口と合致する位置に設けられた２つの穴部とロータ５の内部で両穴部を連通させる連通路とによって構成されている。上記ロータ５では、一方の高圧側流路７Ａ，低圧側流路６Ａ，中間圧流路１２Ａ，１２Ａで構成される流路の組と、他方の高圧側流路７Ｂ，低圧側流路６Ｂ，中間圧流路１２Ｂ，１２Ｂで構成される流路の組とが、１８０°のずれ角をもって形成されている。

そして、ロータ５が回転することにより、一方の作動部連通口４Ａに対して高圧側連通口３Ａ→中間圧連通口１１Ａ→低圧側連通口２Ａ→→中間圧連通口１１Ａ→高圧側連通口３Ａの順で各連通口を連通させることができる。また、他方の作動部連通口４Ｂに対して高圧側連通口３Ｂ→中間圧連通口１１Ｂ→低圧側連通口２Ｂ→→中間圧連通口１１Ｂ→高圧側連通口３Ｂの順で各連通口を連通させることができる。

そして、図１２に示すように、上記ロータリーバルブ９は、作動部１３とバッファタンク（高圧バッファタンク１０Ａ、低圧バッファタンク１０Ｂおよび中圧バッファタンク１０Ｃ）の間で作動圧の切り換えを行なうようになっている。

つぎに、上記構成の冷凍機の作用について説明する。

ロータ５の回転により、まず、図１２（ａ）に示すように、高圧バッファタンク１０Ａが、ロータリーバルブ９の作動部連通口４Ａ，高圧側流路７Ａ，高圧側連通口３Ａを介して作動部１３と連通する。ついで、ロータ５が４５°回転すると、図１２（ｂ）に示すように、中圧バッファタンク１０Ｃが、ロータリーバルブ９の作動部連通口４Ａ，中間圧流路１２Ａ，中間圧連通口１１Ａを介して作動部１３と連通する。

つぎに、ロータ５がさらに４５°回転すると、図１２（ｃ）に示すように、低圧バッファタンク１０Ｂが、ロータリーバルブ９の作動部連通口４Ａ，低圧側流路６Ａ，低圧側連通口２Ａを介して作動部１３と連通する。ついで、ロータ５が４５°回転すると、図１２（ｄ）に示すように、中圧バッファタンク１０Ｃが、ロータリーバルブ９の作動部連通口４Ａ，中間圧流路１２Ａ，中間圧連通口１１Ａを介して作動部１３と連通する。

そして、さらにロータ５が４５°回転すると、図１２（ａ）の状態に戻り、高圧バッファタンク１０Ａが、ロータリーバルブ９の作動部連通口４Ａ，高圧側流路７Ａ，高圧側連通口３Ａを介して作動部１３と連通する。

以上に述べたような動作によって１サイクルが終了し、ロータリーバルブ９による継続的な圧力の切り換え動作により、作動ガスは連続的に冷凍作用を続行する。上記説明は、一方側の連通口の組２Ａ，３Ａ，４Ａについての圧力切り換え動作だけを説明したが、実際は、他方の連通口の組２Ｂ，３Ｂ，４Ｂも、上記一方側のそれとロータ５半回転分の時間差で同様の圧力切り換えが行なわれている（上記第１実施例および第２実施例参照）。

このようにすることにより、１つの作動部連通口４Ａに対して上記の順で各連通口を連通させることができる。したがって、作動部連通口４Ａ，４Ｂに高圧の作動ガスを供給する前に、中間圧連通口１１Ａ、１１Ｂから中間圧力の作動ガスを、例えば中圧バッファタンク１０Ｃから作動部連通口４Ａ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。これにより、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得られる。そして、高圧と低圧の切り換えの間に中間圧の切り換えを行ない、複数の作動ガス利用機器に対し、同時に作動圧力のきめ細かな制御を行なうことができる。

また、上記中間圧流路１２Ａ、１２Ｂは、ロータの回転方向において低圧側流路６と高圧側流路７との間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なうことができ、また、この逆についても順を追った切換えが可能である。

なお、上記第３実施例において、中間圧連通口は、１つの連通口の組において２つ以上設けることもできる。

それ以外は、上記第１〜第３実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施例でも、上記各実施例と同様の作用効果を奏する。

なお、上記各実施例では、ハウジングに連通口の組をそれぞれ２組設けた例を図示して説明したが、これに限定するものではなく、３組以上設けるようにすることもできる。

本発明のロータリーバルブは、冷凍機だけでなく、ＰＳＡの切り換えバルブとしても適用することができる。

本発明の一実施例のロータリーバルブおよび冷凍機を示す図であり、（ａ）はロータリーバルブの縦断面、（ｂ）はロータリーバルブの横断面を含む図である。 上記第１実施例のロータリーバルブおよび冷凍機の作用を説明する図である。 上記第１実施例のロータリーバルブおよび冷凍機の作用を説明する図である。 上記第１実施例のロータリーバルブおよび冷凍機の作用を説明する図である。 本発明の第２実施例のロータリーバルブおよび冷凍機を示す図であり、（ａ）はロータリーバルブの縦断面、（ｂ）はロータリーバルブの横断面を含む図である。 上記第２実施例のロータリーバルブおよび冷凍機の作用を説明する図である。 上記第２実施例のロータリーバルブおよび冷凍機の作用を説明する図である。 上記第２実施例のロータリーバルブおよび冷凍機の作用を説明する図である。 本発明の第３実施例のロータリーバルブおよび冷凍機を示す図である。 上記第３実施例のロータリーバルブおよび冷凍機の作用を説明する図である。 本発明の第４実施例のロータリーバルブを示す図であり、（ａ）はロータリーバルブの縦断面図、（ｂ）はロータの外表面を展開した図である。 上記第４実施例のロータリーバルブおよび冷凍機の作用を説明する図である。 従来技術を示す図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 低圧側連通口
２Ａ 低圧側連通口（一方）
２Ｂ 低圧側連通口（他方）
３ 高圧側連通口
３Ａ 高圧側連通口（一方）
３Ｂ 高圧側連通口（他方）
４ 作動部連通口
４Ａ 作動部連通口（一方）
４Ｂ 作動部連通口（他方）
５ ロータ
６ 低圧側流路
６Ａ 低圧側流路（一方）
６Ｂ 低圧側流路（他方）
７ 高圧側流路
７Ａ 高圧側流路（一方）
７Ｂ 高圧側流路（他方）
８ 駆動モータ
９ ロータリーバルブ
９Ａ 第１のロータリーバルブ
９Ｂ 第２のロータリーバルブ
１０Ａ 高圧バッファタンク
１０Ｂ 低圧バッファタンク
１０Ｃ 中圧バッファタンク
１１Ａ 中間圧連通口（一方）
１１Ｂ 中間圧連通口（他方）
１２Ａ 中間圧流路（一方）
１２Ｂ 中間圧流路（他方）
１３ 作動部
１９ 圧縮機
２０ 蓄冷管
２１ パルス管
２４ コールドエンド

Claims (9)

1. 作動ガスの高圧側連通口と低圧側連通口および作動部連通口が設けられたハウジングと、上記ハウジング内で回転する回転部材とを備え、上記回転部材には、上記高圧側連通口と作動部連通口を連通させる高圧側流路と、上記低圧側連通口と作動部連通口を連通させる低圧側流路とが形成され、上記回転部材の回転により、高圧側流路による作動部連通口と高圧側連通口の連通と、低圧側流路による作動部連通口と低圧側連通口の連通とを切換えるロータリーバルブであって、
   上記ハウジングには、高圧側連通口，低圧側連通口および作動部連通口とを含んでなる連通口の組が回転部材の回転方向において異なる位置に複数組設けられていることを特徴とするロータリーバルブ。
2. 上記複数の連通口の組は、共通の作動ガス利用機器における連通状態の切り換えに対応している請求項１記載のロータリーバルブ。
3. 上記回転部材の高圧側流路と低圧側流路とを含んでなる流路の組１つに対し、上記連通口の組が複数組設けられている請求項１または２記載のロータリーバルブ。
4. 上記回転部材の高圧側流路と低圧側流路とを含んでなる流路の組が、上記連通口の組と同数の複数組設けられ、上記流路の組および連通口の組は、いずれも回転部材の回転方向において等間隔に配置されている請求項１または２記載のロータリーバルブ。
5. １組の連通口の組は、その高圧側連通口，低圧側連通口および作動部連通口が、ハウジングの周壁に回転軸に沿って列設されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータリーバルブ。
6. 上記作動部連通口は高圧側連通口と低圧側連通口との間に配置されている請求項５記載のロータリーバルブ。
7. 上記ハウジングに形成された各連通口の組は、１つまたは２つ以上の中間圧連通口を含んでなり、上記回転部材には、上記中間圧連通口に対応して中間圧連通口と作動部連通口とを連通させる１つまたは２つ以上の中間圧流路が設けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータリーバルブ。
8. 上記中間圧流路は、回転部材の回転方向において低圧側流路と高圧側流路との間に配置されている請求項７記載のロータリーバルブ。
9. 作動ガスの高圧側連通口と低圧側連通口および作動部連通口が設けられたハウジングと、上記ハウジング内で回転する回転部材とを備え、上記回転部材には、上記高圧側連通口と作動部連通口を連通させる高圧側流路と、上記低圧側連通口と作動部連通口を連通させる低圧側流路とが形成され、上記回転部材の回転により、高圧側流路による作動部連通口と高圧側連通口の連通と、低圧側流路による作動部連通口と低圧側連通口の連通とを切換えるロータリーバルブを備えた冷凍機であって、
   上記ハウジングには、高圧側連通口と低圧側連通口および作動部連通口とを含んでなる連通口の組が回転部材の回転方向において異なる位置に複数組設けられていることを特徴とする冷凍機。

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