JPH04125166U - ガスサイクル冷凍機のロータリー弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスサイクル冷凍機に使用しているロータリ
弁の摺接面での偏摩耗を防止する。 【構成】 ロータリー弁(26)を構成する回転弁子(23)の
バルブシート部(28)に複数の摺接面(29)を形成し、この
摺接面(29)をバルブシート部(28)の回転方向で均等に振
り分けて配置する。 【効果】 摺接面が弁座を構成するバルブプレートに全
面均等摺動して偏摩耗を防止できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、作業物質に気体を用いたガスサイクル冷凍機でのロータリ弁の改良 に関する。

【０００２】

【従来技術】

作業ガスを圧縮する圧縮機とガス膨張で寒冷温度を発生させるコールドヘッド とをガス給排路で閉サイクルに接続し、コールドヘッドへの作業ガス給排を切換 弁で切り換え制御することによりコールドヘッド部分に寒冷温度を発生させるガ スサイクル冷凍機が提案されている(特公昭５０−１８６２６号公報）。 従来のガスサイクル冷凍機ではコールドヘッドへの作業ガス給排を切り換え制 御する切換弁を端面摺接により流路を開閉制御するロータリー弁(50)で構成して いた。このロータリー弁(50)は図６に示すように、ガス連通路(51)を透設したバ ルブプレート(52)と、モータで回転駆動される回転弁子(53)とで構成してあり、 バルブプレート(52)の表面を摺動するバルブシート部(54)を回転弁子(53)の下面 から突出した状態で半円状に形成していた。そして、この半円状バルブシート部 (54)に低圧ガス通路(55)が凹設してあった。

【０００３】 そして、このロータリー弁(50)の弁室を高圧ガス室に形成して、バルブプレー ト(52)に形成されているガス連通路(51)の開口端部を回転弁子(53)の回転に伴っ てバルブシート部(54)が覆っている状態では、コールドヘッドのシリンダ室から 低圧ガスを排出し、ガス連通路(51)の開口端部をバルブシート部(54)が覆ってい ない状態では、コールドヘッドのシリンダ室に高圧ガスを供給するようになって いた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

従来のロータリー弁では、回転弁子(53)を高圧ガス室に収容し、回転弁子(53) のバルブシート部(54)を半円状に形成し、バルブシート部(54)のない半円部分を 高圧ガス連通ポートに構成していたことから、回転弁子(53)にはバルブシート部 (54)をバルブプレート(52)に押し付ける力が作用する。このため、バルブシート 部(54)が片荷重となって偏摩耗するという問題があった。そして、バルブシート 部(54)が偏摩耗すると、シール性が低下してコールドヘッドでの圧力変化率が低 下し冷凍機能力が低下するという問題が生じる。 本考案は、このような点に着目して、偏摩耗のないロータリー弁を提供するこ とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上述の目的を達成するために、本考案は、ロータリー弁を構成する回転弁子の 端面に形成したバルブシート部に複数の摺接面を形成し、この摺接面をバルブシ ート部の回転方向に均等に振り分け配置したことを特徴としている。

【０００６】

【作用】

本考案では、回転弁子に複数のバルブシート部をロータリ弁の回転方向で均等 に振り分け配置してあるから、回転弁子に高圧ガスのガス圧が作用しても、バル ブシート部全体がバルブプレートに均等に押し付けられることになり、バルブシ ートは全面均等摺動するからバルブシート部が偏摩耗することがなくなる。

【０００７】

【実施例】

図面は本考案の実施例を示し、図１は要部の取り出し斜視図、図２はガスサイ クル冷凍機の一部切除縦断面図、図３は要部の拡大図である。

【０００８】 このガスサイクル冷凍機は、ヘリウムを冷媒とした極低温冷凍機であり、圧縮 機(１)とコールドヘッド(２)とで構成してある。コールドヘッド(２)はバルブモ ータ部(３)とバルブユニット(４)及びシリンダ部(５)を有しており、バルブユニ ット(４)はバルブモータ部(３)の作動に基づきシリンダ部(５)へのガス給排を制 御するように構成してある。

【０００９】 シリンダ部(５)は、ステンレス鋼で形成したシリンダ(６)の内部に段付きピス トン(７)を往復摺動可能に挿嵌して構成してあり、ピストン(７)の大径部(８)と 小径部(９)とにそれぞれシールリング(10)(11)が嵌着してある。そして、小径部 (９)に嵌着したシールリング(10)とシリンダ(６)の小径側端面との間を高圧室(1 2)に形成するとともに、大径部(８)と小径部(９)とにそれぞれ嵌着した両シール リング(10)(11)同士間を低圧室(13)に形成してある。またピストン(７)の大径部 (８)は中空状に形成してあり、この中空部に蓄熱器(14)が装着してある。ピスト ン(７)の大径部(８)に嵌着したシールリング(10)とシリンダ(６)の大径側端面と の間は、前記蓄熱器(14)を介してバルブユニット(４)に連通接続することにより 可変容積室(15)となっている。

【００１０】 バルブユニット(４)は高圧ガス路(16)と低圧ガス路(17)を介して圧縮機(１)に 連通接続しており、高圧ガス路(16)が圧縮機(１)の吐出口に、低圧ガス路(17)が 圧縮機(１)の吸込口にそれぞれ接続している。また、前記高圧室(12)はシリンダ (６)の小径側端壁(18)に形成したオリフイス(19)及びバルブユニット(４)を介し て高圧ガス路(16)に連通させてあり、低圧室(13)は高圧室形成壁に形成したオリ フイス(20)を介して低圧ガス路(17)に連通させてある。

【００１１】 本考案はこのような基本構造の冷凍機におけるバルブユニット(４)を以下に述 べるような構造にしたことを特徴としている。 即ち、バルブユニット(４)は、ケーシング(21)の内部に形成した弁室(22)に収 容した回転弁子(23)とこの回転弁子(23)の端面部分が摺接するバルブプレート(2 4)とで構成したロータリー弁(26)で構成してあり、回転弁子(23)を駆動する 電動モータ(25)からなるロータリー弁(26)で構成してあり、バルブプレート(24) に開孔したガス連通孔(27)に対する回転弁子(23)のバルブシート部(28)の相対位 置関係でガス連通孔(27)の連通ー遮断を行うようにしてある。

【００１２】 回転弁子(23)のバルブシート部(28)は、図１及び図４に示すように、その下面 にバルブプレート(24)への摺接面(29)が１２０度ピッチで３カ所突設形成してあ り、各摺接面(29)はそれぞれ約９０度の開角の扇形に形成してある。したがって 、バルブシート部(28)の各摺接面(29)同士間に溝状空間(30)が形成されることに なる。そして、この各摺接面(29)に低圧ガス連通孔(31)を開口させるとともに、 各低圧ガス連通孔(31)を回転弁子(23)の回転中心部分に透設したガス通路(32)に それぞれ連通させてある。

【００１３】 一方、バルブプレート(24)は、その肉壁内に中心部から周縁部にわたって低圧 ガス通路(33)をクランク状に形成し、その中心側開口(34)を上面中央部に開口す るとともに、周縁側開口(35)を周側面から下面にわたって形成し、この周縁側開 口(35)を低圧室(13)とともに低圧ガス路(17)に連通させてある。また、摺接面(2 9)に形成した低圧ガス連通孔(31)の回転領域内で中心側開口(34)を取り囲む状態 に３つのガス連通孔(27)が１２０度ピッチで開孔してあり、このガス連通孔(27) で弁室(22)と可変容積室(15)とを連通するように構成してある。さらに、回転弁 子(23)の回転領域外に弁室(22)と高圧室(12)とを連通させる高圧ガス通路(36)が 形成してある。 なお、高圧ガス路(16)は弁室(22)に連通させて、弁室(22)を高圧ガス室に形成 してある。

【００１４】 このような構成の冷凍機では、ピストン(７)が下降位置にある状態でロータリ ー弁(26)の回転弁子(23)が回転してバルブシート部(28)の摺接面(29)に形成した 溝状空間(30)がバルブプレート(24)のガス連通孔(27)に連通すると、バルブユニ ット(４)は高圧弁が開かれ、低圧弁が閉じられた状態となり、圧縮機(１)の吐出 口に連通している弁室(22)内の高圧ガスはガス連通孔(27)から可変容積室(15)に 流入してピストン(７)を押し上げる。このとき、高圧室(12)にも高圧ガスが高圧 ガス通路(36)から流入して高圧ガス圧が作用しているが、可変容積室(15)と高圧 室(12)でのビストン(７)の受圧面積差によって、ピストン(７)は押し上げられる ことになり、その移動速度は高圧室(12)及び低圧室(13)への連通路に介装されて いるオリフイス(19)(20)の開度によって制御される。

【００１５】 そして、ピストン(７)が上端に達するのと同期して、連続回転している回転弁 子(23)の作動で摺接面(29)に形成した低圧ガス連通孔(31)がバルブプレート(24) のガス連通孔(27)とが連通してロータリー弁(26)は高圧弁が閉じられ、低圧弁が 開かれた状態となる。すると、可変容積室(15)が回転弁子(25)内の連通路及びバ ルブプレート(24)内の低圧ガス通路(32)を介して低圧ガス路(17)を介して圧縮機 (１)の吸込口に連通することになるから、高圧室(12)内の圧力と可変容積室(15) の圧力差によってピストン(７)が下降し、可変容積室(15)内の高圧ガスが断熱膨 張して寒冷を生じる。なお、本例の場合シリンダ(６)の肉壁が冷凍出力取出用熱 交換器として作用している。

【００１６】 このとき、回転弁子(23)は高圧のガス圧が作用している弁室(22)に収容してあ ることから、その作動中回転弁子(23)はバルブプレート(24)に押し付けられてい るが、回転弁子(23)のバルブシート部(28)には３つの摺接面(29)が回転方向で均 等に振り分けた状態で配置してあることから、摺接面(29)は全面で均等に接触す ることができる。

【００１７】

【考案の効果】

本考案では、圧縮機で加圧された高圧が作用している弁室(高圧ガス室)に収容 した回転弁子のバルブシート部での摺接面を回転方向で均等に振り分けた状態で 形成してあるから、回転弁子に高圧ガスのガス圧が作用しても、バルブシート部 全体がバルブプレートに均等に押し付けられることになり、バルブシートは全面 均等摺動するからバルブシート部が偏摩耗することがなくなる。これにより、コ ールドヘッドへのガス給排制御を長期にわたって良好に行うことができる。

【提出日】平成３年５月１７日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】 本考案はこのような基本構造の冷凍機におけるバルブユニット（４）を以下に 述べるような構造にしたことを特徴としている。 即ち、バルブユニット（４）は、ケーシング（２１）の内部に形成した弁室（ ２２）に収容した回転弁子（２３）とこの回転弁子（２３）の端面部分が習接す るバルブプレート（２４）とで構成したロータリー弁（２６）で構成してあり、回転弁子（２３）を電動モータ（２５）で駆動することにより、 バルブプレート （２４）に開孔したガス連通孔（２７）に対する回転弁子（２３）のバルブシー ト部（２８）の相対位置関係でガス連通孔（２７）の連通−遮断を行うようにし てある。

【図面の簡単な説明】

【図１】要部の取り出し斜視図である。

【図２】ガスサイクル冷凍機の一部切除縦断面図であ
る。

【図３】要部の拡大断面図である。

【図４】回転弁子の底面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】従来のロータリー弁の要部取り出し斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…圧縮機、 ２…コールド
ヘッド、23…回転弁子、 26…
ロータリー弁、28…バルブシート部、
29…摺接面。

【手続補正書】

【提出日】平成３年５月１７日

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

フロントページの続き (72)考案者 川口 悦治 滋賀県守山市勝部町1095番地 イワタニプ ランテツク株式会社滋賀工場内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉サイクルに接続した圧縮機(１)とコー
   ルドヘッド(２)との間で作業用ガスを循環させ、コール
   ドヘッド(２)へのガス給排制御を端面摺接により流路の
   開閉切換をするロータリー弁(26)で行うように構成した
   ガスサイクル冷凍機において、ロータリー弁(26)を構成
   する回転弁子(23)の端面に形成したバルブシート部(28)
   に複数の摺接面(29)を形成し、この摺接面(29)をバルブ
   シート部(28)の回転方向に均等に振り分け配置したこと
   を特徴とするガスサイクル冷凍機のロータリー弁。
2. 【請求項２】 摺接面(29)を１２０度ピッチで３つ形成
   した請求項１に記載したガスサイクル冷凍機のロータリ
   ー弁。