專利名稱：冷凍機及其所使用的旋轉閥的制作方法
技術領域：
本發明是有關于冷凍機及其所使用的旋轉閥。
為了驅動以GM(Gifford-McMahon)冷凍機、脈波管冷凍機等為代表的小型冷凍機，需要壓力振動源，視情況需要相位控制裝置。又，在這些壓力振動源、相位控制裝置，為了控制動作氣體的流動而設置切換閥。例如，如圖23所示，在主動緩沖型脈波管冷凍機，有在壓力振動源上使用壓縮機91+兩個切換閥93、94，在相位控制裝置上使用兩個緩沖槽92a、92b+兩個切換閥95、96的。在圖23，97是儲冷器，98是脈波管。
上述各切換閥93～96，為了令高效率驅動冷凍機，按照嚴密決定的某一定的循環開閉，但是該循環一般是數～數十Hz的壓力振動，開閉循環比較快。因而，在該切換閥93～96上，一般使用電磁閥或圖24所示小型的平面密封型旋轉閥。該平面密封型旋轉閥在構造上設置了兩個通口102、103(兩通口102、103以連通流路104連通)的轉子101和設置了3個通口106～108的定子105面接觸，利用馬達109的轉動驅動轉子101轉動，切換各通口102、103、106～108(切換成如圖24所示的將定子105的兩通口107、108連通的狀態和如圖25所示的將定子105的兩通口106、107連通的狀態)。于是，因圖24所示平面密封型旋轉閥可將動作氣體切換為兩方向，在壓力振動源與相位控制裝置各自各裝置1個即可。在圖24，110是將轉子101內藏成自由轉動的外殼。
為了冷凍機的大型化、高效率，需要將動作氣體大容量化、將運轉頻率高速化以及設置復雜的相位控制裝置，但是若考慮市場性，希望滿足那些要求而且所需的切換閥是小型、壽命長。可是，在切換閥的代表例的電磁閥或圖24所示的平面密封型旋轉閥，無法令滿足上述的要求，尚無法實現冷凍機的大型化、高效率化是實況。
即，在切換閥上使用電磁閥時，在想將動作氣體大容量化的情況，閥變得復雜且大，無法高速動作。又，在令頻繁的高速動作的情況，壽命顯著降低。又，在設置相位控制裝置的情況，為了將該相位控制裝置復雜化，需要增加閥數，冷凍機整體變大。
而，作為切換閥而使用平面密封型旋轉閥時，在為了將動作氣體大容量化而增大通口直徑的情況，或為了采用復雜的相位控制裝置而增加通口數的情況，需要增大轉子101和定子105的接觸面積。又，因作用于轉子101的壓力因轉子101和定子105的接觸面積增大而變大，需要扭力大的馬達109，閥整體變大。因此，只能開發冷凍性能數瓦等級的比較小型的冷凍機是實況。
本發明是鑒于上述的情況而想出來的，其目的在于提供一種冷凍機及其所使用的旋轉閥，藉著使用小型、壽命長的切換閥可實現大型化、大容量化以及高效率化。
為了達成上述的目的，本發明的第一要旨是提供一種使用旋轉閥的冷凍機，該旋轉閥由以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的轉子和將該轉子內藏成自由轉動的外殼所構成，在該轉子的外周面設置多個通口，而且在外殼的內周面設置和該通口對應的多個通口，藉著該轉子轉動，使得切換為令轉子的既定的通口和與其對應的該外殼的通口對正而令兩通口連通的狀態，及脫離該對正的情況而將兩通口設為非連通的狀態。又，本發明的第二要旨是提供一種使用旋轉閥的冷凍機，該旋轉閥由以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的轉子和將該轉子內藏成自由轉動的外殼所構成，在該轉子的外周面設置凹部，而且在外殼的內周面設置和該凹部對應的多個通口，藉著該轉子轉動，使得切換為令轉子的凹部和與其對應的該外殼的通口對正而令該凹部和與其對應的通口連通的狀態，及脫離該對正的情況而將該凹部與其對應的通口設為非連通的狀態。本發明的第三要旨是提供一種旋轉閥，在該冷凍機使用的旋轉閥，是由以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的轉子和將該轉子內藏成自由轉動的外殼所構成，在該轉子的外周面設置多個通口，而且在外殼的內周面設置和該通口對應的多個通口，藉著該轉子轉動，使得切換為令轉子的既定的通口和與其對應的該外殼的通口對正而令兩通口連通的狀態及脫離該對正的情況而將兩通口設為非連通的狀態；其第四要旨是一種旋轉閥，是在該冷凍機使用的旋轉閥，由以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的轉子和將該轉子內藏成自由轉動的外殼所構成，在該轉子的外周面設置凹部，而且在外殼的內周面設置和該凹部對應的多個通口，藉著該轉子轉動，使得切換為令轉子的凹部和與其對應的該外殼的通口對正而令該凹部和與其對應的通口連通的狀態，及脫離該對正的情況而將該凹部與其對應的通口設為非連通的狀態。
即，本發明的第一種冷凍機，使用在(以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的)轉子的外周面及外殼的內周面各自設置了多個通口的旋轉閥。于是，本發明的第一種冷凍機，因使用多個通口在軸心方向獨立的旋轉閥，通口直徑的擴大或通口數的增加所引起的轉子直徑的擴大變成極小，旋轉閥可小型化、長壽命化。其結果，本發明的第一種冷凍機和習知的電磁閥或平面密封型旋轉閥相比，可容易進行大口徑化、多通口化，可實現大型化、大容量化以及高效率化。例如，若依據本發明的第一種冷凍機，可提供數百瓦以上的大型冷凍機。當然，也可應用于習知的數瓦等級的小型冷凍機。又，本發明的第二種冷凍機也具有和本發明的第一種冷凍機一樣的作用·效果。在這種本發明的第一與第二種冷凍機上可列舉脈波管冷凍機、GM冷凍機、Solvay冷凍機，但是未限定為這些冷凍機，只要是需要藉切換閥切換動作氣體的冷凍機，不管其種類。而，藉著使用本發明的第3種(或第4種)旋轉閥，可容易的制作本發明的第一種(或第二種)冷凍機。此外，在本發明，「水平截面圓形的轉子」意指在垂直豎立轉子的情況將轉子的水平截面形狀成為圓形，又意指在令轉子水平橫躺的情況轉子的垂直截面形狀成為圓形。
圖1是在本發明的冷凍機使用的旋轉閥的構造說明圖。
圖2是該旋轉閥的作用的說明圖。
圖3是該旋轉閥的作用的說明圖。
圖4是使用了旋轉閥的脈波管冷凍機的說明圖。
圖5是表示本發明的冷凍機的一實施例的說明圖。
圖6是在旋轉閥使用的轉子的立體圖。
圖7是表示該旋轉閥的作用的說明圖。
圖8是表示該旋轉閥的作用的說明圖。
圖9是表示該轉子的變形例的立體圖。
圖10是使用了該轉子的旋轉閥的構造說明圖。
圖11是表示本發明的冷凍機之別的實施例的說明圖。
圖12是在旋轉閥使用的轉子的立體圖。
圖13是表示該旋轉閥的作用的說明圖。
圖14是表示該旋轉閥的作用的說明圖。
圖15是表示該轉子的變形例的立體圖。
圖16是使用了該轉子的旋轉閥的構造說明圖。
圖17是使用了該轉子的旋轉閥的構造說明圖。
圖18是表示本發明的冷凍機的另外的實施例的說明圖。
圖19是旋轉閥的剖面圖。
圖20是表示該旋轉閥的作用的說明圖。
圖21是表示該旋轉閥的作用的說明圖。
圖22是表示該旋轉閥的作用的說明圖。
圖23是表示習知例的脈波管冷凍機的說明圖。
圖24是表示平面密封型旋轉閥的說明圖。
圖25是表示該平面密封型旋轉閥的作用的說明圖。
符號說明1轉子
2外殼5～12通口17～22通口使用圖1所示旋轉閥A詳細說明在本發明的冷凍機使用的旋轉閥的構造、作用、效果。本旋轉閥A具備以軸心為中心的圓柱形的轉子1、將該轉子1內藏成自由轉動的圓筒形的外殼2、將該轉子1軸支成自由轉動的軸承3、3以及令該轉子1朝一方向轉動的馬達4。又，在該轉子1的外周面形成8個通口5～12(這8個通口5～12之中，兩通口5、6、兩通口7、8、兩通口9、10以及兩通口11、12用連通流路13～16連通)，而且在和該通口5～12對應的該外殼2的部分鉆設6個通口17～22(這6個通口17～22之中，通口17和通口5、通口18和兩通口6、9、通口19和通口10、通口20和通口7、通口21和通口11、通口22和兩通口8、12各自對應)。而，在圖1所示的狀態，兩通口5、17、兩通口6、18、兩通口7、20以及兩通口8、22各自連通，其他的通口9～12、19、21處于非連通狀態。又，轉子1轉動，變成圖2所示的狀態時，兩通口9、18、兩通口10、19、兩通口11、21以及兩通口12、22各自連通，其他的通口5～8、17、20處于非連通狀態。又，轉子1轉動，變成圖3所示的狀態時，各通口17～22都變成非連通狀態。
此外，轉子1是圓筒形(即中空形狀)或是圓柱形(即中實形狀)都可，轉子1的轉動可利用馬達4以外的各種裝置。又，也可形成凹部(參照圖6)，替代通口5～12，所連接的通口5～12不必相鄰。又，在外殼2鉆設的通口17～22未位于外殼2的同一側面也可。又，將軸承3設置于轉子1的兩端，但是只設置于轉子1的一端也可，在軸承3上不限滾動軸承，可使用滑動軸承等一般的軸承。又，在馬達4上也可使用自由反轉型。又，馬達4的轉動是均勻或是不連續的變化也可。
圖4所示脈波管冷凍機是在圖23所示的脈波管冷凍機，使用一個旋轉閥B(構造和圖1所示旋轉閥A一樣)替代4個切換閥93～96的。但，旋轉閥B因需要具有和上述各切換閥93～96一樣的作用，各通口5～12、17～22的形狀、個數等和旋轉閥A不同。
在上述旋轉閥A、B，將轉子1的直徑小型化時，因截面積變小，可使用于轉子1的壓力負載的影響變成極小。又，因轉子1的外徑的周速減少，在轉子1和外殼2之間設置密封(在圖1～圖3未示)的情況，可令該密封的摩擦所引起的產生扭矩減少。而且，因壓力負載減少與密封的摩擦所引起的產生扭矩減少，可令馬達4所需的動力減少。結果，可使用小型且高速的馬達4。又，因轉子1的周速減少，可實現(設置于轉子1和外殼2之間的)密封長壽命化與轉子1的高轉速化。
又，因利用軸承3支撐作用于轉子1的軸向與徑向的負載，還可使用于馬達4的負載減少，使得馬達4所需的動力變成極小。又，轉子1承受的壓力負載利用支撐轉子1的軸承3而更減少。這些有助于轉子1與馬達4小型化，可使旋轉閥A、B整體變小。
由于這些構造上的優點，本發明的旋轉閥可容易的進行通口直徑的大徑化，隨著可容易進行動作氣體的大容量化·運轉頻率的高速化。又，本發明的旋轉閥，因可容易的令通口數增加，可容易的變成復雜的相位控制裝置，可實現使用旋轉閥的本發明的冷凍機的高效率化。
其次依照圖面詳細說明本發明的實施例。
圖5表示本發明的脈波管冷凍機之一實施例。在本實施例，在圖23所示脈波管冷凍機，在各切換閥上使用旋轉閥C。除此以外的部分和圖23所示脈波管冷凍機一樣，對于相同的部分賦與相同的符號。
該旋轉閥C是在該旋轉閥A的圓柱形的轉子1的外周面形成一個凹部25(參照圖6)，而且在圓筒形的外殼2的一側面(在圖面為左側面)鉆設和該凹部25連通的兩個通口26、27(參照圖7)。而，轉子1旋轉，變成圖7所示的狀態時，凹部25和兩通口26、27連通，動作氣體就流動。又，轉子1自此狀態轉動，變成圖8所示的狀態時，凹部25和兩通口26、27變成非連通狀態，動作氣體就不流動。此外，在本實施例，在全部的切換閥使用旋轉閥C，但是未限定如此，使得只在一個旋轉閥使用旋轉閥C也可。
在本實施例，旋轉閥C的凹部25在軸心方向的長度擴大或個數的增加所引起的轉子1的直徑的擴大變成極小，旋轉閥可小型化、長壽命化。因而，冷凍機可大型化、大容量化以及高效率化。
圖9是表示在該旋轉閥C使用的轉子1的變形例。在本例，轉子1的外周面之中，在和該外殼2的兩通口26、27對應的部分形成兩個通口28、29，兩通口28、29以連通流路30連通(參照圖10)、在本例，也具有和上述實施例一樣的作用·效果。
圖11是表示本發明的脈波管冷凍機之別的實施例的說明圖。在本實施例，是在圖23所示的脈波管冷凍機，使用旋轉閥D替代切換閥93、94及切換閥95、96。除此以外的部分和圖23所示脈波管冷凍機一樣，對于相同的部分賦與相同的符號。
該旋轉閥D是在該旋轉閥A的轉子1的外周面的一側面(在圖面為左側面)形成一個凹部32，在另一側面(在圖面為右側面)形成一個凹部33(參照圖12)。又，在外殼2的一側面(在圖面為左側面)鉆設和該凹部32連通的兩個通口34、35，而且鉆設和該凹部32連通的兩個通口35、36(參照圖13)。而，轉子1旋轉，變成圖13所示的狀態時，凹部32和兩通口34、35連通，動作氣體就流動。此時，凹部33和兩通口35、36變成非連通狀態，動作氣體就不流動。又，轉子1自此狀態轉動，變成圖14所示的狀態時，凹部33和兩通口35、36連動，動作氣體就流動。此時，凹部32和兩通口34、35變成非連通狀態，動作氣體就不流動。此外，在本實施例使用2個旋轉閥D，但是未限定如此，使得使用一個旋轉閥D替代切換閥93、94及切換閥95、96也可。在本實施例，也有和該旋轉閥A一樣的作用·效果。
圖15是表示在旋轉閥E使用的轉子1。本轉子1在其外周面的一側面(在圖面為左側面)形成一個凹部38，在另一側面(在圖面為右側面)形成一個凹部39。又，在構成該旋轉閥E的外殼2的一側面(在圖面為左側面)鉆設和該凹部38連通的兩個通口40、41(參照圖16)，而且鉆設和該凹部39連通的兩個通口42、43(參照圖17)。在使用本旋轉閥E的情況，也有和使用該旋轉閥D一樣的作用·效果。
圖18是表示本發明的脈波管冷凍機的另外的實施例的說明圖。在本實施例，是在圖23所示的脈波管冷凍機，使用一個旋轉閥F替代4個切換閥93～96(即，具有和圖4所示脈波管冷凍機一樣的構造)、在圖18，51是壓縮機，52是儲冷器，53是脈波管，54是高壓側緩沖槽，55是低壓側緩沖槽。又，56是將壓縮機51的低壓側和旋轉閥F的通口75連通的管，57是將壓縮機51的高壓側和旋轉閥F的通口77連通的管，58是將高壓側緩沖槽54和旋轉閥F的通口78連通的管，59是將低壓側緩沖槽55和旋轉閥F的通口80連通的管。
該旋轉閥F如圖19所示，具備轉子(閥體)61，利用馬達(圖上未示)向一方向旋轉；及外殼62，將該轉子61內藏成自由轉動。在圖19中，61a是在轉子61形成的連結軸部，從外殼62的一端面(圖中是右端面)突出而連結在馬達上。63是將轉子61支撐成自由轉動的軸承，64是O形環，65、66是蓋部。
在該轉子61在其外周面形成4個凹部71～74。又，在該外殼62在其外周面沿著該外殼62的縱向鉆設排成一列的6個通口75～80，這些各通口75～80和轉子61的各凹部71～74對應。即，轉子61的凹部71和外殼62的兩通口76、77、凹部72和兩通口75、76、凹部73和兩通口78、79、凹部74和兩通口79、80分別對應。又，該外殼62的通口76和儲冷器52連通，通口79和脈波管53連通。
說明這種脈波管冷凍機的動作的概略。首先，利用馬達的轉動，將該外殼62的各通口75～77設為非連通狀態，將兩通口79、80設為非連通狀態。此時，脈波管53內的壓力變成和壓縮機51的低壓側相同。接著，經由轉子61的凹部73令兩通口78、79連通時(參照圖20)，高壓側緩沖槽54內的高壓冷媒氣體流入脈波管53的熱端后，脈波管53內的氣體壓力上升至接近高壓側緩沖槽54的壓力附近為止。
其次，經由轉子61的凹部71令兩通口76、77連通時(參照圖19)，自壓縮機51的高壓側供給高壓冷媒氣體，流入脈波管53的冷端。此時，高壓冷媒氣體的流入壓力(壓縮機51的高壓側的壓力)設為比高壓側緩沖槽54的壓力稍高，流入了脈波管53的熱端的高壓冷媒氣體馬上回到高壓側緩沖槽54內。
其次，將兩通口76、77及兩通口78、79設為非連通狀態后，經由轉子61的凹部74令兩通口79、80連通時(參照圖21)，因脈波管53的熱端的冷媒氣體流入(回到)低壓側緩沖槽55，脈波管53的壓務降低至低壓側緩沖槽55的壓力為止。即，脈波管53內的高壓冷媒氣體膨脹至低壓側緩沖槽55的壓力為止，溫度降低，冷卻脈波管53的冷端側。
其次，經由轉子61的凹部72令兩通口75、76連通時(參照圖22)，在脈波管53內膨脹的冷媒氣體向壓縮機51的低壓側排出，而且低壓側緩沖槽55的低壓冷媒氣體流入脈波管53內。
照這樣完成一個循環，接著一個循環重新開始。因照這樣循環工作，高壓冷媒氣體不斷的膨脹而變成低壓。
此外，在上述各實施例使用的脈波管冷凍機上，是密閉系也可，是開放系也可。又，是具有儲冷件的也可，是未具儲冷件的也可。又，是間接冷卻方式也可，是直接冷卻方式也可。
如上所述示，若依據本發明的第一種冷凍機，因使用多個通口在軸心方向獨立的旋轉閥，通口直徑的擴大或通口數的增加所引起的轉子直徑的擴大變成極小，旋轉閥可小型化、長壽命化。其結果，本發明的第一種冷凍機和習知的電磁閥或平面密封型旋轉閥相比，可容易進行大口徑化、多通口化，可實現大型、大容量化以及高效率化。例如，若依據本發明的第一種冷凍機，可提供數百瓦以上的大型冷凍機。當然，也可應用于習知的數瓦等級的小型冷凍機。又，本發明的第二種冷凍機也具有和本發明的第一種冷凍機一樣的作用·效果。而，藉著使用本發明的第3種(或第4種)旋轉閥，可容易的制作本發明的第一種(或第二種)冷凍機。
權利要求
1.一種冷凍機，其特征在于使用一旋轉閥，該旋轉閥由以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的轉子和將該轉子內藏成自由轉動的外殼所構成，在該轉子的外周面設置多個通口，而且在外殼的內周面設置和該通口對應的多個通口，藉由該轉子轉動，而可在以下兩狀態進行切換令轉子的既定的通口和與其對應的該外殼的通口對正而令兩通口連通的狀態；及脫離該對正的情況而將兩通口設為非連通的狀態。
2.一種冷凍機，其特征在于使用一旋轉閥，該旋轉閥由以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的轉子和將該轉子內藏成自由轉動的外殼所構成，在該轉子的外周面設置凹部，而且在外殼的內周面設置和該凹部對應的多個通口，藉由該轉子轉動，而可在以下兩狀態進行切換令轉子的凹部和與其對應的該外殼的通口對正而令該凹部和與其對應的通口連通的狀態；及脫離該對正的情況而將該凹部與其對應的通口設為非連通的狀態。
3.如權利要求1的冷凍機，其特征在于，該冷凍機是脈波管冷凍機。
4.如權利要求1的冷凍機，其特征在于，該冷凍機是GM冷凍機。
5.如權利要求1的冷凍機，其特征在于，該冷凍機是Solvay冷凍機。
6.一種旋轉閥，使用于如權利要求1的冷凍機中，此旋轉閥是由以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的轉子和將該轉子內設成可令其自由轉動的外殼所構成，在該轉子的外周面設置多個通口，而且在外殼的內周面設置和該通口對應的多個通口，藉由該轉子轉動，而可在以下兩狀態進行切換令轉子的既定的通口和與其對應的該外殼的通口對正而令兩通口連通的狀態；及脫離該對正的情況而將兩通口設為非連通的狀態。
7.一種旋轉閥，使用于如權利要求2的冷凍機中，此旋轉閥是由以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的轉子和將該轉子內藏成自由轉動的外殼所構成，在該轉子的外周面設置凹部，而且在外殼的內周面設置和該凹部對應的多個通口，藉由該轉子轉動，而可在以下兩狀態進行切換令轉子的凹部和與其對應的該外殼的通口對正而令該凹部和與其對應的通口連通的狀態；及脫離該對正的情況而將該凹部和與其對應的通口設為非連通的狀態。
全文摘要
一種冷凍機,使用旋轉閥,該旋轉閥由以軸心為中心而旋轉的水平截面圓形的轉子和將該轉子內藏成自由轉動的外殼所構成,在該轉子的外周面設置多個通口,在外殼的內周面設置和該通口對應的多個通口,藉著該轉子轉動,切換為令轉子的既定的通口和與其對應的該外殼的通口對正而令兩通口連通的狀態,及脫離該對正的情況而將兩通口設為非連通的狀態。可提供藉著使用小型、壽命長的切換閥可實現大型化、大容量化以及高效率化的冷凍機。
文檔編號F25B9/14GK1289031SQ0013043
公開日2001年3月28日 申請日期2000年9月21日 優先權日1999年9月21日
發明者國谷晉吾 申請人:空氣及水株式會社