| 【発明の名称】 |
蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧力制御弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】水上 春信
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| 【要約】 |
【課題】伸縮容器の過度の変形や破損を防止する上に、超臨界域で作動する蒸気圧縮式サイクルが効率よく運転できる圧力制御弁を提供する。
【解決手段】この圧力制御弁３は、放熱器からの冷媒通路７の上流側空間１２ａ側との境界である第１の隔壁１３および下流側空間１２ｂ側との境界である第２の隔壁１４に、第１の弁口１５および第２の弁口１６がそれぞれ形成された弁ケーシング１１と、弁ケーシング１１の内空間１７に設けられて密閉空間１９を形成し、密閉空間１９内外の圧力差に応じて変位する伸縮容器１８と、伸縮容器１８に固定されて、伸縮容器１８が変位したときに第２の弁口１６を開く弁２０と、弁ケーシング１１内に設けられて、上流側空間１２ａ内圧力が弁ケーシング１１内圧より所定量大きくなったときに開く逆止弁２１と、を備え、予め伸縮容器１８内および弁ケーシング１１内には前記冷媒が封入されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 蒸気圧縮式冷凍サイクルの放熱器から蒸発器までに至る冷媒通路に配置され、前記放熱器出口側の冷媒温度に応じた前記放熱器出口側の圧力を制御する圧力制御弁であって、前記冷媒通路の上流側空間と下流側空間との間に設けられ、前記上流側空間との境界である第１の隔壁および前記下流側空間側との境界である第２の隔壁に、第１の弁口および第２の弁口がそれぞれ形成された弁ケーシングと、前記弁ケーシング内空間に設けられて密閉空間を形成し、前記密閉空間内外の圧力差に応じて変位する伸縮容器と、前記伸縮容器に固定されて、前記伸縮容器が変位したときに前記第２の弁口を開く弁と、前記弁ケーシング内に設けられて、前記上流側空間内圧力が前記密閉空間内圧力より所定量大きくなったときに前記第１の弁口を開く逆止弁と、を備え、前記伸縮容器内および前記弁ケーシング内には前記冷媒が、前記弁および前記逆止弁がそれぞれ閉じた状態において、前記冷媒の温度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る所定範囲の密度でそれぞれ封入されていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧力制御弁。
【請求項２】 蒸気圧縮式冷凍サイクルの放熱器から蒸発器までに至る冷媒通路に配置され、前記放熱器出口側の冷媒温度に応じた前記放熱器出口側の圧力を制御する圧力制御弁であって、前記冷媒通路の上流側空間と下流側空間との間に設けられ、前記上流側空間との境界である第１の隔壁および前記下流側空間側との境界である第２の隔壁に、第１の弁口および第２の弁口がそれぞれ形成された弁ケーシングと、前記弁ケーシング外空間に設けられて、密閉空間を形成し、前記密閉空間内外の圧力差に応じて変位する伸縮容器と、前記冷媒通路の所望の部位に設けられかつ管部材を介して前記伸縮容器に連通された、前記冷媒温度を前記伸縮容器内に伝導するための感温筒と、前記伸縮容器に固定されて、前記伸縮容器が変位したときに前記第２の弁口を開く弁と、前記弁ケーシング内に設けられて、前記上流側空間内圧力が前記密閉空間内圧力より所定量大きくなったときに前記第１の弁口を開く逆止弁と、を備え、前記伸縮容器内、前記弁ケーシング内および前記感温筒内には前記冷媒が、前記弁および前記逆止弁がそれぞれ閉じた状態において、前記冷媒の温度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る所定範囲の密度でそれぞれ封入されていることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧力制御弁。
【請求項３】 前記冷媒は二酸化炭素であり、前記所定範囲の密度は５００ｋｇ／ｍ3〜８００ｋｇ／ｍ3であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧力制御弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの放熱器出口側圧力を制御する圧力制御弁に関し、特に、二酸化炭素（ＣＯ2）等の超臨界域で冷媒を使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いて好適な圧力制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用される冷媒のフロン対策の１つとして、例えば特公平７−１８６０２号公報に記載のように二酸化炭素（ＣＯ2）を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ2サイクルと略す）が提案されている。このＣＯ2サイクルの作動は、フロンを使用した従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動と原理的には同じである。すなわち、図５（ＣＯ2モリエル線図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機で気相状態のＣＯ2を圧縮し（Ａ−Ｂ）、この高温圧縮の気相状態のＣＯ2を放熱器（ガスクーラ）にて冷却する（Ｂ−Ｃ）。そして、減圧器により減圧して（Ｃ−Ｄ）、気液２相状態となったＣＯ2を蒸発させて（Ｄ−Ａ）、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外部流体を冷却する。
【０００３】ところで、ＣＯ2の臨界温度は約３１℃と従来のフロンの臨界点温度と比べて低いので、夏場等では、放熱器側でのＣＯ2温度がＣＯ2の臨界点温度よりも高くなってしまう。つまり、放熱器出口側においてＣＯ2は凝縮しない（線分ＢＣが飽和液線ＳＬと交差しない）。また、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力と放熱器出口側でのＣＯ2温度によって決定され、放熱器出口側でのＣＯ2温度は、放熱器の放熱能力と外気温度（これは制御不可能）とによって決定するので、放熱器出口での温度は、実質的には制御することができない。したがって、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力（放熱器出口側圧力）を制御することによって制御可能となる。つまり、夏場等の外気温度が高い場合には、十分な冷却能力（エンタルピ差）を確保するためには、図６のＥ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｅで示されるように、放熱器出口側圧力を高くする必要がある。
【０００４】しかし、放熱器出口側圧力を高くするには、前述のように圧縮機の吐出圧力を高くしなければならないので、圧縮機の圧縮仕事（圧縮過程のエンタルピ変化量ΔＬ）が増加する。したがって、蒸発過程（Ｄ−Ａ）のエンタンピ変化量ΔＩの増加量より圧縮過程（Ａ−Ｂ）のエンタルピ変化量ΔＬの増加量が大きい場合には、ＣＯ2サイクルの成績係数（ＣＯＰ＝ΔＩ／ΔＬ）が悪化する。そこで、例えば放熱器出口側でのＣＯ2 温度を４０℃として、放熱器出口側でのＣＯ2 圧力と成績係数の関係を図５を用いて試算すれば、図７の実線に示すように、圧力Ｐ1（約１０ＭＰａ）において成績係数が最大となる。同様に、放熱器出口側でのＣＯ2 温度を３０℃とした場合には、図７の破線で示すように、圧力Ｐ2（約８．０ＭＰａ）において成績係数が最大となる。
【０００５】以上のようにして、放熱器出口側のＣＯ2温度と成績係数が最大となる圧力を算出し、この結果を図６に描けば、図６の太い実線ηmax（以下、最適制御線）に示すようになる。したがって、上記ＣＯ2サイクルを効率よく運転するには、放熱器出口側圧力と放熱器出口側のＣＯ2温度とを、最適制御線ηmaxで示されるように制御する圧力制御弁が開発されている（例えば特開平９−２６４６２２号公報参照）。すなわち、この圧力制御弁は、ρ＝６００ｋｇ／ｍ3の等密度線が最適制御線ηmaxとほぼ近似する特性を利用するものであり、図８に示すように、ガスクーラ出口通路１００に、ベローズ１０１（またはダイヤフラム）等によって伸縮しかつρ＝４５０〜９５０ｋｇ／ｍ3のＣＯ2を封入した伸縮容器１０２を配置し、この伸縮容器１０２に弁本体１０３を固定して、前記出口通路１００のガス温度に対する前記伸縮容器内のバランス圧力と、通路圧力との圧力差により前記弁本体１０３が開閉する構造となっている。これにより、放熱器の出口側圧力を、ほぼ最適制御線ηmax上に沿った圧力まで上昇させた後、弁口を開き、放熱器の出口側圧力と放熱器の出口側温度とを、ほぼ最適制御線ηmax上に沿って制御する。なお、図８において、符号１０４は弁口を示し、符号１０５はベローズ１０１内部に設けられて弁本体１０３を閉じるように付勢するコイルばねを示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば特に蒸気圧縮式冷凍サイクルの停止時や低能力運転時においては、伸縮容器の外側の圧力すなわち冷媒通路圧力は小さいので、内圧力が常時高圧（３０℃では７ＭＰａ程度、温度４５℃では１１ＭＰａ程度）となっている伸縮容器の内外圧差が大きくなるので、ベローズまたはダイヤフラムが過度に変形して、本来持つ弾性復元力が低下して寿命が低下するばかりか、破損の恐れもあるという問題点がある。なお、このような問題点を解消する目的で、ベローズまたはダイヤフラムの強度を高めると、伸縮容器が小さな内外圧差で伸縮しなくなり、圧力制御弁の上述した所期の動作を達成できなくなる。
【０００７】本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、伸縮容器に大きな内外圧差が及ぼされず、伸縮容器の過度の変形や破損を防止する上に、放熱器の出口側圧力と放熱器の出口側温度とをほぼ最適制御線上に沿って制御して、超臨界域で作動する蒸気圧縮式サイクルを効率よく運転できる、蒸気圧縮式冷凍サイクルの圧力制御弁を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの放熱器から蒸発器までに至る冷媒通路に配置され、前記放熱器出口側の冷媒温度に応じた前記放熱器出口側の圧力を制御する圧力制御弁であって、前記冷媒通路の上流側空間と下流側空間との間に設けられ、前記上流側空間との境界である第１の隔壁および前記下流側空間側との境界である第２の隔壁に、第１の弁口および第２の弁口がそれぞれ形成された弁ケーシングと、前記弁ケーシング内空間に設けられて密閉空間を形成し、前記密閉空間内外の圧力差に応じて変位する伸縮容器と、前記伸縮容器に固定されて、前記伸縮容器が変位したときに前記第２の弁口を開く弁と、前記弁ケーシング内に設けられて、前記上流側空間内圧力が前記密閉空間内圧力より所定量大きくなったときに前記第１の弁口を開く逆止弁と、を備え、前記伸縮容器内および前記弁ケーシング内には前記冷媒が、前記弁および前記逆止弁がそれぞれ閉じた状態において、前記冷媒の温度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る所定範囲の密度でそれぞれ封入されていることを特徴とするものである。
【０００９】上記本発明では、サイクルの運転停止時には、伸縮容器の弁によって第２の弁口を閉状態として、一方、弁ケーシングの内空間の内外圧力差によって、逆止弁は第１の弁口を閉状態とする。これにより、弁ケーシングの内空間は密閉状態となり、伸縮容器の内外圧力差は極めて小さくなり、伸縮容器はその内外圧力差による変形が小さく、破損の恐れがない。一方、圧縮機を起動して冷凍サイクルを運転すると、上流側空間の圧力（放熱器出口側圧力）が弁ケーシングの内空間の内圧力より所定量大きくなると、第１の弁口は開き、これにより、伸縮容器の内圧と弁ケーシングの内空間の内圧力との差により、伸縮容器は収縮してその弁によって第２の弁口が開き、冷媒が配管を循環する。そして、伸縮容器の内圧は、流れる冷媒の温度のバランス圧力となり、このバランス圧力より前記放熱器出口側圧力が大きいと第２の弁口は開状態となり、バランス圧力より前記放熱器出口側圧力が小さいと第２の弁口は閉状態となり、結果的に、本発明の圧力制御弁は、放熱器出口温度に対応した出口側圧力を所定の圧力まで昇圧させた後、開弁するものである。
【００１０】本発明の他の形態の圧力制御弁は、前記冷媒通路の上流側空間と下流側空間との間に設けられ、前記上流側空間との境界である第１の隔壁および前記下流側空間側との境界である第２の隔壁に、第１の弁口および第２の弁口がそれぞれ形成された弁ケーシングと、前記弁ケーシング外空間に設けられて、密閉空間を形成し、前記密閉空間内外の圧力差に応じて変位する伸縮容器と、前記冷媒通路の所望の部位に密着して設けられかつ管部材を介して前記伸縮容器に連通された、前記冷媒温度を前記伸縮容器内に伝導するための感温筒と、前記伸縮容器に固定されて、前記伸縮容器が変位したときに前記第２の弁口を開く弁と、前記弁ケーシング内に設けられて、前記上流側空間内圧力が前記密閉空間内圧力より所定量大きくなったときに前記第１の弁口を開く逆止弁と、を備え、前記伸縮容器内、前記弁ケーシング内および前記感温筒内には前記冷媒が、前記弁および前記逆止弁がそれぞれ閉じた状態において、前記冷媒の温度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る所定範囲の密度でそれぞれ封入されていることを特徴とするものである。
【００１１】この発明では、伸縮容器内の温度は、封入した冷媒の熱伝導により、感温筒内の温度すなわち感温筒を設けた冷媒配管の任意の部位の温度と連動して、変化するため、伸縮容器内圧力は、この冷媒配管の温度に対するバランス圧力となり、結果的に、配管の任意の温度に対応した高圧力制御を行える。なお、前記冷媒は二酸化炭素であり、前記所定範囲の密度は５００ｋｇ／ｍ3〜８００ｋｇ／ｍ3とすることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係わる圧力制御弁の第１実施形態の断面図、図２は図１に示した圧力制御弁備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成図である。
【００１３】先ず、図２に示すように、本実施形態の圧力制御弁を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルは、例えば車両用空調装置に適用したＣＯ2サイクルであり、１は気相状態のＣＯ2を圧縮する圧縮機である。圧縮機１は図示しない駆動源（例えばエンジン等）から駆動力を得て駆動する。放熱器２は、放熱器２は圧縮機１で圧縮されたＣＯ2を外気等との間で熱交換して冷却する放熱器（ガスクーラ）であり、３は放熱器２出口側でのＣＯ2温度に応じて放熱器２出口側圧力を制御する圧力制御弁である。なお、圧力制御弁３は、放熱器２出口側圧力を制御するとともに減圧器を兼ねており、その構造および動作については後で詳述する。ＣＯ2は、この圧力制御弁３および絞り４ａにより減圧されて低温低圧の気液２相状態のＣＯ2となる。４は、車室内の空気冷却手段をなす蒸発器（吸熱器）で、気液２相状態のＣＯ2は蒸発器４内で気化（蒸発）する際に、車室内空気から蒸発潜熱を奪って車室内空気を冷却する。５は、気相状態のＣＯ2を一時的に蓄えるアキュムレータである。そして、圧縮機１、放熱器２、圧力制御弁３、蒸発器４、絞り４ａおよびアキュムレータ５は、それぞれ配管６によって接続されて閉回路（ＣＯ2サイクル）を形成している。
【００１４】前記圧力制御弁３は、配管６によって形成される冷媒通路７（本例ではＣＯ2流路）内のうち放熱器２と絞り４ａとの間に配置されており、この圧力制御弁３の詳細構造について、図１を参照して説明する。弁ケーシング１１は例えばＬ形管部材からなる弁ハウジングであり、この弁ケーシング１１は、前記冷媒通路７を上流側空間１２ａと下流側空間１２ｂとに仕切るように配置されている。弁ケーシング１１の両端部内には、前記冷媒通路７の上流側空間１２ａとの境界である第１の隔壁１３、および下流側空間１２ｂとの境界である第２の隔壁１４が形成されており、これら第１の隔壁１３および第２の隔壁１４には第１の弁口１５および第２の弁口１６がそれぞれ形成されている。
【００１５】前記弁ケーシング１１の内空間１７には、密閉空間１９を形成するためのベローズからなる伸縮容器１８が設けられおり、この伸縮容器１８は前記密閉空間１９内外の圧力差に応じて軸方向（図１では矢印Ａ方向）に伸縮変位する。この伸縮容器１８は、その先端が第２の隔壁１４の第２の弁口１６と対向するように、弁ケーシング１１の内面に固定されており、伸縮容器１８の先端には、第２の弁口１６を開閉するための弁２０を一体的に備えた弁棒２０ａが固定されている。この弁棒２０ａは、伸縮容器１８の伸縮に機械的に連動して可動するものであり、伸縮容器１８の密閉空間１９の内外圧差がなく、伸縮容器１８が無負荷状態のときには、第２の弁口１６を閉じている。
【００１６】符号２１は、弁ケーシング１１内に設けられて第１の弁口１５を開閉するための逆止弁を示しており、この逆止弁２１は上流側空間１２ａ内圧力が弁ケーシング１１の内空間１７内圧力より所定量大きくなったときに第１の弁口１５を開く。逆止弁２１は、付勢手段２２（例えばコイルばね）によって第１の弁口１５に押し付けられており、逆止弁２１には常に所定の初期荷重が作用している。この所期荷重が前記所定量となっている。符号２１ａは逆止弁２１の弁棒を示している。なお、本実施形態では、コイルばね２２の初期荷重は例えば約１ＭＰａである。
【００１７】伸縮容器１８内および弁ケーシング１１内には冷媒としてのＣＯ2が、弁２０および逆止弁２１がそれぞれ閉じた状態において、前記ＣＯ2の温度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る所定範囲の密度でそれぞれ封入されている。なお、本例では封入したＣＯ2の密度ρは、６００ｋｇ／ｍ3程度であるが、これに限定されず、例えば５００〜８００ｋｇ／ｍ3の範囲が好ましい。
【００１８】次に、圧力制御弁３の動作について説明する。先ず、ＣＯ2サイクルの運転停止時には、伸縮容器１８の内圧はＰSとなり、伸縮容器１８の弁２０によって第２の弁口１６を閉状態（図１の状態）とし、一方、弁ケーシング１１の内空間１７の内圧力ＰXとコイルばね２２の初期荷重Ｆとによって、逆止弁２１は第１の弁口１５を閉状態（図１の状態）とする。これにより、弁ケーシング１１の内空間１７は密閉状態となり、伸縮容器１８の内外圧力差ΔＰ（＝ＰS−ＰX）はほぼ零となり、伸縮容器１８はその内外圧力差ΔＰによる変形が小さく、破損の恐れがない。
【００１９】具体的には、弁ケーシング１１の内空間１７には、約６００ｋｇ／ｍ3でＣＯ2が封入されているが、内空間１７の内圧ＰXと温度とは、図５、６に示される６００ｋｇ／ｍ3の等密度線に沿って変化する。したがって、例えば内空間１７内温度が約２０℃の場合にはその内圧は約５．８ＭＰａである。また、逆止弁２１の弁本体２１ａには、内空間１７内圧（ＰX）とコイルばね２２の初期荷重（約１ＭＰａ）とが同時に作用しているので、その作用圧力は約６．８ＭＰａである。したがって、放熱器側の空間の圧力（ＰH）が約６．８ＭＰａ以下の場合には、第１の弁口１５は逆止弁２１によって閉止され、また、放熱器の空間の圧力（ＰH）が約６．８ＭＰａを越えると、第１の弁口１５は開弁する。同様に例えば、内空間１７内温度が約４０℃の場合にはその内圧は約９．７ＭＰａであり、弁本体２１ａに作用する作用力は約１０．７ＭＰａである。したがって、放熱器側の空間の圧力（ＰH）が約１０．７ＭＰａ以下の場合には、第１の弁口１５は逆止弁２１によって閉止され、また、放熱器の空間の圧力（ＰH）が約１０．７ＭＰａを越えると、第１の弁口１５は開弁する。
【００２０】次に、ＣＯ2サイクルの作動を説明する。圧縮機を起動してＣＯ2サイクルを運転すると、上流側空間１２ａの圧力ＰHがＰX＋Ｆを超えると、第１の弁口１５は開き、ＰX＝ＰHとなる。次いで、ＰS＜ＰXとなるために第２の弁口１６は開き、ＣＯ2が配管６を循環する。このとき、密閉空間１９内温度は、放熱器出口側温度ｔg（循環するＣＯ2の温度）に対して時間差無しに連動して変化し、伸縮容器１８内圧力ＰSは、流れるＣＯ2の温度ｔgのバランス圧力Ｐsaとなる。ＰHがＰsaより大きい場合には、伸縮容器１８は縮んで第２の弁口１６は開状態となり、ＰHがＰsaより小さい場合には第２の弁口１６は閉状態となり、放熱器出口側温度ｔgに対応したバランス圧力ＰsaがＰHとほぼ等しくなるように自動調整される。すなわち、放熱器２出口側でのＣＯ2温度に応じて放熱器２出口側圧力を制御する。
【００２１】具体的には、例えば放熱器２の出口側温度が４０℃、かつ、放熱器２の出口圧力が約１０．７ＭＰａ以下のときには、前述のように、圧力制御弁３は閉じているので、圧縮機１は、アキュムレータ５内に蓄えられたＣＯ2を吸引して放熱器２へ向けて吐出する。これにより、放熱器２の出口側圧力が上昇していく（図５中のｂ’−ｃ’→ｂ”−ｃ”参照）。そして、放熱器２の出口側圧力が約１０．７ＭＰａを越えると（Ｂ−Ｃ）、圧力制御弁３が開弁するので、ＣＯ2は減圧しながら気相状態から気液２相状態に相変化して（Ｃ−Ｄ）、蒸発器４内に流れ込む。そして、蒸発器４内で蒸発して（Ｄ−Ａ）、空気を冷却した後、再びアキュムレータ５に還流する。このとき、放熱器２の出口側圧力が再び低下するので、圧力制御弁３は再び閉じる。
【００２２】すなわち、ＣＯ2サイクルは、圧力制御弁３を閉じることにより、放熱器２の出口側圧力を所定の圧力まで昇圧させた後、ＣＯ2を減圧、蒸発させて空気を冷却するものである。放熱器２の出口側温度が２０℃の場合も、前述の作動と同様に、圧力制御弁３は、放熱器２の出口側圧力を約６．８ＭＰａまで昇圧させた後、開弁する。
【００２３】上述のように、本実施形態に係わる圧力制御弁３は、放熱器２の出口側圧力を所定の圧力まで昇圧させた後、開弁するものであり、その制御特性は、圧力制御弁３の密閉空間の圧力特性に大きく依存する。ところで、図１および図５から明らかなように、超臨界域での６００ｋｇ／ｍ3の等密度線は、上述した最適制御線ηmaxにほぼ一致する。したがって、本実施形態に係わる圧力制御弁３は 放熱器２の出口側圧力を、ほぼ最適制御線ηmaxに沿った圧力まで上昇させるので、超臨界域においてもＣＯ2サイクルを効率よく運転させることができる。そして、超臨界圧力以下では、６００ｋｇ／ｍ3の等密度線は、最適制御線ηmaxからのずれが大きくなるが、凝縮域なので密閉空間の内圧は、飽和液線ＳＬに沿って変化する。なお、実用的には、ＣＯ2温度が０℃での飽和液密度からＣＯ2の臨界点での飽和液密度までの範囲で、密閉空間内に封入することが望ましい。
【００２４】ところで、上述の作動および特徴の説明から明らかなように、伸縮容器１８の密閉空間１９内温度は、放熱器出口側温度ｔgに対して時間差無しに連動して変化することが望ましい。したがって、伸縮容器１８は、できるだけ熱伝導量を大きくするために、熱伝導の大きくかつ厚みの薄い材料（例えばステンレス）が好ましい。伸縮容器１８にベローズを用いる代わりに、ダイヤフラムを使用してもよい。
【００２５】本実施形態では、ベローズ、ダイヤフラム等を用いた伸縮容器１８の内外の低い圧力差での動作を可能にし、伸縮容器１８の耐圧が低くてもその内外の差圧が小さいため、ベローズ等に従来の材質を使用しても破損変形の恐れがなく、高い圧力（本例では５００ｋｇ／ｍ3〜８００ｋｇ／ｍ3）のＣＯ2を封入可能とした。 また、冷凍サイクルでの使用中にガス漏れ等により圧力ＰHが大きく低下した場合、逆止弁２１が閉じるので、伸縮容器１８外側の圧力ＰXは大きくは低下しないため、伸縮容器１８は変形しにくく破損しない。
【００２６】次に、第２の実施形態について説明する。図３は本発明に係わる圧力制御弁の第２実施形態の断面図、図４は図３に示した圧力制御弁を備えた蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成図である。
【００２７】本実施形態の圧力制御弁３０は、弁ケーシング３１の外側に伸縮容器収納部３２を一体に形成し、この伸縮容器収納部３２内に伸縮容器１８を設けることにより、伸縮容器１８を弁ケーシング３１のケーシング内空間１７から隔離したものである。伸縮容器１８の先端に長尺の弁棒２０ａが固定され、この弁棒２０ａは弁ケーシング３１を移動自在（矢印Ａ方向）に貫通している。弁ケーシング３１の弁棒２０ａの貫通部３２ａには、これをシールするためのＯリング３３が設けられている。このような構成により、伸縮容器１８はケーシング内空間１７の冷媒とは接触せず、ケーシング内空間１７から断熱的にほぼ隔離されている。符号４０は感温筒を示し、この感温筒４０は配管６の所望の部位（本例では放熱器２の出口近傍）に密着して設けられている。この感温筒４０と前記伸縮容器１８とは細管４１（その内径は０．５〜１．５ｍｍ程度）を介して連通されている。伸縮容器１８、感温筒４０および細管４１内には、第１実施形態と同様に、冷媒が封入されている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００２８】第２実施形態の圧力制御弁３０をＣＯ2サイクルに使用することにより、前記封入した冷媒の熱伝導により、伸縮容器１８内の温度は感温筒４０内の温度と連動して、放熱器出口側温度ｔgとほぼ等しくなる。したがって、第１実施形態と同様に、伸縮容器内圧力ＰSは、流れるＣＯ2の温度ｔgのバランス圧力Ｐsaとなる。ＰHがＰsaより大きい場合には第２の弁口１６は開状態となり、ＰHがＰsaより小さい場合には第２の弁口１６は閉状態となり、放熱器出口側温度ｔgに対応したバランス圧力ＰsaはほぼＰHとなるように自動調整される。このように、感温筒４０を配管６の任意の部位に密着させることで、この任意の温度に対応した高圧力制御を行える。その他の動作は第１実施形態と同様である。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、以上したとおりに構成されているので、以下に記載するような効果を相する。請求項１記載の発明は、サイクルの運転停止時には、伸縮容器の弁によって第２の弁口を閉状態として、一方、弁ケーシングの内空間の内外圧力差によって、逆止弁は第１の弁口を閉状態とする。これにより、弁ケーシングの内空間は密閉状態となり、伸縮容器の内外圧力差は極めて小さくなり、伸縮容器はその内外圧力差による変形が小さく、破損の恐れがなく、長寿命となる。一方、圧縮機を起動して冷凍サイクルを運転すると、上流側空間の圧力（放熱器出口側圧力）が弁ケーシングの内空間の内圧力より所定量大きくなると、第１の弁口は開き、これにより、伸縮容器の内圧と弁ケーシングの内空間の内圧力との差により、第２の弁口が開き、冷媒が配管を循環する。そして、伸縮容器の内圧は、流れる冷媒の温度のバランス圧力となり、このバランス圧力より前記放熱器出口側圧力が大きいと第２の弁口は開状態となり、バランス圧力より前記放熱器出口側圧力が小さいと第２の弁口は閉状態となり、結果的に、本発明の圧力制御弁は、放熱器出口温度に対応した出口側圧力を所定の圧力まで昇圧させた後、開弁することにより、超臨界域においても冷凍サイクルを効率よく運転させることができる。以上のように、ベローズ、ダイヤフラム等を用いた伸縮容器の内外の低い圧力差での動作を可能にし、伸縮容器の耐圧が低くてもその内外の差圧が小さいため、ベローズ等に従来の材質を使用しても破損変形の恐れがなく、高い圧力（例えば請求項３のような５００ｋｇ／ｍ3〜８００ｋｇ／ｍ3）の冷媒（本例ではＣＯ2）を封入可能とした。
【００３０】請求項２記載の発明は、上記効果の他、配管の任意の部位に密着させた感温筒により、伸縮容器内の温度を前記配管の任意の温度に等しく設定できるので、伸縮容器を放熱器より離れた場所に設置できる上に、前記配管の任意の位置の温度に基づいて高圧を制御できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月７日（１９９９．６．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１２７３７
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６４９８（Ｐ２０００−３４６４９８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１６０２２６ |
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