| 【発明の名称】 |
冷凍サイクル |
| 【発明者】 |
【氏名】務川 大
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| 【要約】 |
【課題】高圧ラインの圧力が冷媒の臨界圧力を超える状態となり得る冷凍サイクルにおいて、リリーフ弁を独立して設ける必要がない冷凍サイクルを提供する。
【解決手段】放熱器で冷却された冷媒を減圧膨張する圧力制御装置を、放熱器側に連通する冷媒流入口および蒸発器側に連通する冷媒流出口を有するハウジングと、冷媒流入口側と冷媒流出口側との間の連通状態を変化させる弁体２４と、ハウジング内において弁体２４と連結し、放熱器側の冷媒状態を感知して作動することで弁体２４のリフト量を制御する第１の応動部材２５と、第１の応動部材２５と作動方向を一致させて設けられ、放熱器側の冷媒圧力を感知して作動し、放熱器側の圧力が所定圧以上となった場合に弁体を強制的にリフトさせる第２の応動部材２６とを有して構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷媒を圧縮して運転条件により圧縮された冷媒の圧力を臨界圧力よりも高くする圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒を減圧膨張する圧力制御装置と、前記圧力制御装置から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器とを少なくとも有して構成される冷凍サイクルにおいて、前記圧力制御装置は、放熱器側に連通する冷媒流入口および蒸発器側に連通する冷媒流出口を有するハウジングと、前記冷媒流入口側と前記冷媒流出口側との間の連通状態を変化させる弁体と、前記ハウジング内において前記弁体と連結し、前記放熱器側の冷媒状態を感知して作動することで前記弁体のリフト量を制御する第１の応動部材と、前記第１の応動部材と作動方向を一致させて設けられ、前記放熱器側の冷媒圧力を感知して作動し、前記放熱器側の冷媒圧力が所定圧以上となった場合に前記弁体を強制的にリフトさせる第２の応動部材とを有して構成されていることを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】 前記第２の応動部材は、冷媒温度の変化に対して作動圧力がほぼ一定となる特性を有する作動媒体を封入したベローズを前記第１の応動部材に直列に連結することによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
【請求項３】 前記第２の応動部材は、前記放熱器側の冷媒圧力に連動して変化する冷媒温度が前記所定圧に対応する温度以上となった場合に伸張する機構を前記ハウジングに持たせ、このハウジングの伸縮に伴って前記第１の応動部材を変位させることによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
【請求項４】 前記第２の応動部材は、前記弁体の可動方向に前記第１の応動部材と共に変位する可動体を設け、この可動体に前記放熱器側の冷媒圧力を開弁方向に作用させ、前記放熱器側の圧力が所定圧以上となった場合に前記可動体を開弁方向へ変位させることによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
【請求項５】 冷媒を圧縮して運転条件により圧縮された冷媒の圧力を臨界圧力よりも高くする圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒を減圧膨張する圧力制御装置と、前記圧力制御装置から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器とを少なくとも有して構成される冷凍サイクルにおいて、前記圧力制御装置は、放熱器側に連通する冷媒流入口および蒸発器側に連通する冷媒流出口を有するハウジングと、前記冷媒流入口側と前記冷媒流出口側との間の連通状態を変化させる弁体と、前記ハウジング内において前記弁体と連結し、第１の作動媒体が封入された第１の密閉空間を備えると共にこの第１の密閉空間の容積を前記放熱器側の冷媒状態に応じて変化させることで前記弁体のリフト量を制御する第１の応動部材と、前記第１の密閉空間内に配され、第２の作動媒体が封入された第２の密閉空間を備えると共にこの第２の密閉空間の容積を前記第１の密閉空間の圧力が所定圧以上となった場合に小さくする第２の応動部材とを有し、前記第２の作動媒体の密度を前記第１の作動媒体の密度よりも小さくすることによって構成されていることを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項６】 前記第２の応動部材は、冷媒温度の変化に対して作動圧力がほぼ一定となる特性を有する前記第２の作動媒体を封入したベローズ又はダイヤフラムによって構成されていることを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル。
【請求項７】 前記第１の応動部材は、前記冷媒又はこれと同等の特性を有する作動媒体を封入したベローズ又はダイヤフラムによって構成されていることを特徴とする請求項１又は５記載の冷凍サイクル。
【請求項８】 前記冷媒は、二酸化炭素である請求項１又は５記載の冷凍サイクル。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2 ）等が用いられ、高圧ラインの圧力が冷媒の臨界圧力を超える状態となり得る冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルにおいては、サイクルが停止すると、高圧ラインの圧力と低圧ラインの圧力とが徐々に近接し、平衡圧が８〜１０ＭＰａにも及ぶことがあり、この状態からサイクルを起動させると、コンプレッサの吐出開始時期と膨張装置の作動時期とのタイムラグにより高圧ラインの圧力が突発的に異常上昇し、１５ＭＰａ以上にも達する不都合がある。このため、このような圧力の異常上昇時に対応するために、特開平１１−２４８２７２号公報に示されるようなリリーフ弁を設けることが考えられている。これは、圧縮機、放熱器、圧力制御弁、蒸発器を有する冷凍サイクルにおいて、圧力制御弁を迂回して放熱器出口側（高圧ライン）の冷媒を蒸発器側（低圧ライン）へ導くバイパス通路を設け、このバイパス通路に高圧ラインの冷媒圧力が所定圧以上となった場合に開となるリリーフ弁を設けるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の構成においては、圧力制御弁に対してリリーフ弁を並設する必要があるので、それぞれの機能を有する弁体や弁体の動きを制御する応動部材を別々に設けなければならず、また、それぞれの弁体が配される経路を別々に設ける必要がある（圧力制御弁を配する主経路のほかにリリーフ弁を配するバイパス経路を確保する必要がある）など、リリーフ弁を圧力制御弁とは別に設けることから、ともすれば部品点数の増加、外形寸法の大型化を招く不都合が懸念される。
【０００４】そこで、この発明においては、高圧ラインの圧力が冷媒の臨界圧力を超える状態となり得る二酸化炭素（ＣＯ2 ）等を冷媒とする冷凍サイクルにおいて、リリーフ弁を独立して設ける必要がない冷凍サイクルを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するために、この発明に係る冷凍サイクルは、冷媒を圧縮して運転条件により圧縮された冷媒の圧力を臨界圧力よりも高くする圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒を減圧膨張する圧力制御装置と、前記圧力制御装置から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器とを少なくとも有し、前記圧力制御装置を、放熱器側に連通する冷媒流入口および蒸発器側に連通する冷媒流出口を有するハウジングと、前記冷媒流入口側と前記冷媒流出口側との間の連通状態を変化させる弁体と、前記ハウジング内において前記弁体と連結し、前記放熱器側の冷媒状態を感知して作動することで前記弁体のリフト量を制御する第１の応動部材と、前記第１の応動部材と作動方向を一致させて設けられ、前記放熱器側の冷媒圧力を感知して作動し、前記放熱器側の圧力が所定圧以上となった場合に前記弁体を強制的にリフトさせる第２の応動部材とを有して構成するようにしたことを特徴としている（請求項１）。
【０００６】したがって、圧力制御装置に弁体の動きを制御する第１の応動部材とは別に、放熱器側の圧力が所定の圧力以上となった場合に弁体を強制的にリフトさせる第２の応動部材を設けるようにしたので、冷媒圧力が所定の圧力よりも小さい場合には、第２の応動部材は作動せず、放熱器側の冷媒状態に応じて第１の応動部材のみが作動して弁体のリフト量が制御され、高圧ラインの冷媒が減圧膨張させることとなる。これに対し、圧力が所定の圧力以上に達した場合には、第２の応動部材が作動して弁体が強制的に開かれ、これにより高圧ラインの冷媒を蒸発器側へリリーフさせることができることとなる。このため、圧力制御装置に冷媒を減圧膨張する機能と高圧冷媒をリリーフさせる機能とを併せ持たせることができるようになり、サイクル起動時における圧力の異常上昇をリリーフ弁を個別に設けなくても回避することができるようになる。
【０００７】ここで、第２の応動部材としては、冷媒温度の変化に対して作動圧力がほぼ一定となる特性を有する作動媒体を封入したベローズを第１の応動部材に直列に連結することによって構成するようにしても（請求項２）、放熱器側の冷媒圧力に連動して変化する冷媒温度が前記所定圧に対応する温度以上となった場合に伸張する機構をハウジングに持たせ、このハウジングの伸縮に伴って第１の応動部材を変位させることによって構成するようにしても（請求項３）、弁体の可動方向に第１の応動部材と共に変位する可動体を設け、この可動体に放熱器側の冷媒圧力を開弁方向に作用させ、この放熱器側の圧力が所定圧以上となった場合に可動体を開弁方向へ変位させることによって構成するようにしてもよい（請求項４）。また、第１の応動部材は、冷媒又はこれと同等の特性を有する作動媒体を封入したベローズやダイヤフラム等の感圧素子によって構成するようにしてもよい（請求項７）。
【０００８】さらに、冷媒を圧縮して運転条件により圧縮された冷媒の圧力を臨界圧力よりも高くする圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒を減圧膨張する圧力制御装置と、前記圧力制御装置から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器とを少なくとも有して構成される冷凍サイクルにおいて、前記圧力制御装置を、放熱器側に連通する冷媒流入口および蒸発器側に連通する冷媒流出口を有するハウジングと、前記冷媒流入口側と前記冷媒流出口側との間の連通状態を変化させる弁体と、前記ハウジング内において前記弁体と連結し、第１の作動媒体が封入された第１の密閉空間を備えると共にこの第１の密閉空間の容積を前記放熱器側の冷媒状態に応じて変化させることで前記弁体のリフト量を制御する第１の応動部材と、前記第１の密閉空間内に配され、第２の作動媒体が封入された第２の密閉空間を備えると共にこの第２の密閉空間の容積を前記第１の密閉空間の圧力が所定圧以上となった場合に小さくする第２の応動部材とを有して構成し、前記第２の作動媒体の密度を前記第１の作動媒体の密度よりも小さくするようにしてもよい（請求項５）。
【０００９】このような構成によれば、第１の応動部材の密閉空間内に、この密閉空間の圧力が所定圧以上となった場合に収縮する第２の応動部材が配され、しかも第２の密閉空間に封入される第２の作動媒体の密度を第１の密閉空間に封入される第１の作動媒体の密度よりも小さくするようにしたので、冷媒圧力が所定圧力よりも小さい場合には、第１の密閉空間に封入された第１の作動媒体を介して伝播される圧力も所定圧力より小さいことから第２の応動部材の容積に変化はなく、放熱器側の冷媒状態に応じて第１の応動部材のみが作動して弁体のリフト量が制御され、高圧ラインの冷媒が減圧膨張させることとなる。これに対し、冷媒圧力が所定の圧力以上に達した場合には、第１の作動媒体を介して伝播される圧力も所定圧以上となるので、第２の応動部材が収縮し、しかも、第２の作動媒体の密度が第１の作動媒体の密度よりも小さく設定されていることから、第１の応動部材の収縮する容積よりも第２の応動部材の収縮する容積の方が大きくなり、この収縮する容積差の分だけ第１の応動部材をさらに収縮させて弁体を強制的にリフトさせ、これにより高圧ラインの冷媒を蒸発器側へリリーフさせることができることとなる。このため、圧力制御装置に冷媒を減圧膨張する機能と高圧冷媒をリリーフさせる機能とを併せ持たせることができるようになり、サイクル起動時における圧力の異常上昇をリリーフ弁を個別に設けなくても回避することができるようになる。
【００１０】ここで、第２の応動部材を、冷媒温度の変化に対して作動圧力がほぼ一定となる特性を有する第２の作動媒体を封入したベローズ又はダイヤフラムによって構成し（請求項６）、また、第１の応動部材を、冷媒又はこれと同等の特性を有する作動媒体を封入しベローズ又はダイヤフラムによって構成するようにしてもよい（請求項７）。
【００１１】尚、上述した圧力制御装置は、高圧ラインの圧力が冷媒の臨界圧力を超える状態となり得る蒸気圧縮式冷凍サイクル、例えば、冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍サイクルに適したものとなる（請求項８）。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。図１において、冷凍サイクル１は、臨界点の低い冷媒、例えば、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を冷媒としているもので、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器３、高圧ラインと低圧ラインとの冷媒を熱交換する内部熱交換器４、冷媒を減圧膨張する圧力制御装置５、冷媒を蒸発気化する蒸発器６、蒸発器６から流出された冷媒を気液分離するアキュムレータ７を有して構成されている。この冷凍サイクルにおいては、圧縮機２の吐出側（Ｄ）が放熱器３を介して内部熱交換器４の高圧通路４ａに接続され、高圧通路４ａの流出側が圧力制御装置５に接続されており、圧縮機２の吐出側から膨張装置５に至るまでの経路によって高圧ライン８が形成されている。また、圧力制御装置５の流出側が蒸発器６及びアキュムレータ７を介して内部熱交換器４の低圧通路４ｂに接続され、低圧通路４ｂの流出側が圧縮機２の吸入側（Ｓ）に接続されており、膨張装置５の流出側から圧縮機２に至るまでの経路によって低圧ライン９が形成されている。
【００１３】図２及び図３において、圧力制御装置５の第１の構成例が示され、この圧力制御装置５は、ハウジング部材１０ａ，１０ｂを組み付けて構成されたハウジング１０内に第１及び第２の高圧空間１１，１２と低圧空間１３とを有して構成されている。この例において第１及び第２の高圧空間１１，１２は、一方のハウジング部材１０ａと他方のハウジング部材１０ｂとに囲まれた空間を仕切り壁１４により区画することによって構成され、第１の高圧空間１１と第２の高圧空間１２とは、仕切り壁１４に形成された連通孔１５を介して連通している。また、低圧空間１３は、一方のハウジング部材１０ｂに形成され、第１の高圧空間１１とはハウジング部材１０ｂに設けられた隔壁１６の連通孔１７を介して連通されている。
【００１４】そして、ハウジング部材１０ａの第１の高圧空間１１と臨む部位には、内部熱交換器４の高圧通路４ａに通じる（放熱器側に通じる）配管１８が接続された冷媒流入口１９が形成され、また、ハウジング部材１０ｂの低圧空間１３と臨む部位には、蒸発器６に通じる配管２０が接続された冷媒流出口２１が形成されている。
【００１５】第１の高圧空間１１には減圧調節弁２２が収納され、この減圧調節弁２２は、連通孔１７の高圧空間１１と臨む開口周縁に形成された弁座２３に着座する弁体２４と、この弁体２４に接合された第１のベローズ２５とを有して構成されている。この第１のベローズ２５は、下記する連結部材３０に保持されて弁体２４の可動方向に伸縮可能に設けられているもので、内部には、温度と圧力の関係が図４（ａ）に示される特性を有する作動媒体、即ち、作動媒体の圧力が温度の上昇に伴って増加する特性を有する例えば冷媒ガス、即ち、炭酸ガス（ＣＯ2 ）が所定の密度で封入されている。
【００１６】したがって、第１のベローズ２５は、第１の高圧空間１１内の冷媒状態、即ち、放熱器３側の冷媒状態（冷媒圧力、冷媒温度）を感知して伸縮することで弁体２４のリフト量を制御するようになっており、これにより、放熱器３から流出された冷媒を減圧膨張した上で蒸発器へ導くことができるようにしている。つまり、この第１のベローズ２５によって圧力制御装置５を膨張弁として機能させることができるようになっている。
【００１７】第２の高圧空間１２には、第１のベローズ２５と作動方向（伸縮方向）を一致させて設けられた第２のベローズ２６が収納されている。この第２のベローズ２６内には、温度と圧力の関係が図４（ｂ）に示される特性を有する作動媒体、即ち、作動媒体の圧力が温度の変化に拘わらずほぼ一定となる特性を有する例えば不活性ガス（窒素など）が所定の密度で封入されている。
【００１８】したがって、第２のベローズ２６は、第２の高圧空間１２の圧力、即ち、放熱器３側の圧力を感知して作動し、放熱器側の圧力が所定圧（Ｐｒ）以上（例えば、１５ＭＰａ以上）となった場合に収縮する機能を有している。そして、この第２のベローズ２６は、一端がハウジング部材１０ａの頂部に固定され、他端が連結部材３０に連結されている。
【００１９】連結部材３０は、仕切り壁１４を挿通する連結ロッド３０ａと、この連結ロッド３０ａの一端に形成されて前記第２のベローズ２６の他端が接合された第１のストッパ部３０ｂと、連結ロッド３０ａの他端に形成されて前記第１のベローズ２５の弁体２４が設けられた側と反対側の端部が固定された第２のストッパ部３０ｃと、この第２のストッパ部３０ｃからベローズ２５を覆うように延設され、弁体２４の基端部に対し弁体２４の側から係止可能に設けられた第３のストッパ部３０ｄとを有して構成されている。
【００２０】連結ロッド３０ａは仕切り壁１４の厚みよりも長く形成されており、連結部材３０を第１のストッパ部３０ｂが仕切り壁１４に当接する状態から第２のストッパ部３０ｃが仕切り壁１４に当接する状態に至るまで弁体２４の作動方向と同方向に変位できるようになっている。換言すれば、連結部材３０によって第１のベローズ２５と第２のベローズ２６との拡大方向への作動制限が行われ、それぞれのベローズの機能を他方のベローズによって阻害することがないようにすると共に、第１のベローズ２５及び弁体２４を連結部材３０と共に変位させることができるようになっている。
【００２１】連結ロッド３０ａの長さは、第１のストッパ部３０ｂが仕切り壁１４に当接した状態において弁体２４が第３のストッパ部３０ｄに妨げられることなく弁座２３に着座できるようにすると共に、第２のストッパ部３０ｃが仕切り壁１４に当接した状態において、弁体２４が連通孔１７を完全に開くことができる長さ形成されており、連結部材３０は、放熱器側の圧力が所定圧（Ｐｒ）以上となるまでは、第２のベローズ２６からの付勢力により第１のストッパ部３０ｂが仕切り壁１４に当接した状態となっている。
【００２２】上述の構成において、圧縮機２で圧縮された冷媒（ＣＯ2 ）は、高温高圧の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷却し、さらに、内部熱交換器４において蒸発器６から流出する低温冷媒と熱交換して冷やされ、液化されることなく圧力制御装置５へ送られる。この際、圧力制御装置５に至った冷媒の圧力が所定の圧力（Ｐｒ）よりも低い場合であれば、図２に示される第１のストッパ部３０ｂと仕切り壁１４との当接状態が維持されることとなるので、第１のベローズ２５により放熱器側の冷媒状態（冷媒圧力、冷媒温度）に応じて弁体２４のリフト量が調節され、これにより、放熱器３から流出した冷媒が減圧膨張されて蒸発器６へ供給されることとなる。そして、蒸発器６へ供給された冷媒は、この蒸発器６においてここを通過する空気と熱交換してガス状となり、しかる後に内部熱交換器４において高圧ライン８の高温冷媒と熱交換した後に圧縮機２へ戻されることとなる。
【００２３】これに対して、圧力制御装置５に至った冷媒圧力が所定の圧力（Ｐｒ）以上であれば、図３に示されるように、第２のベローズ２６が収縮することで連結部材３０が持ち上げられ、これにより第３のストッパ部３０ｃによって弁体２４が強制的にリフトされ、弁体２４と連通孔１７との間に間隙が形成される。このため、放熱器３から流出した冷媒を、第１の高圧空間１１から連通孔１７を介して低圧空間１３へリリーフさせ、蒸発器６側へ導くことができるようになる。即ち、サイクル起動時などにおいて高圧ライン８の圧力が異常に上昇しようとする場合には、その初期の段階で高圧冷媒を低圧ライン９へリリーフさせることができるので、異常な圧力上昇を回避することができるようになる。
【００２４】したがって、上述した圧力制御装置５によれば、高圧ライン８の冷媒圧力が所定値（Ｐｒ）よりも低ければ、第１のベローズ２５の作動によって減圧調節弁２２が膨張弁として機能し、また、高圧ライン８の冷媒圧力が所定圧（Ｐｒ）以上に達すれば、第２のベローズ２６の作動によって減圧調節弁２２がリリーフ弁として機能するので、図４（ａ）の特性と図４（ｂ）の特性を合成した図４（ｃ）の実線で示すような特性を持たせることができるようになり、このため、従来において別部材として必要であったリリーフ弁を個別に設ける必要がなくなる。
【００２５】また、上述の構成によれば、高圧ライン８の圧力が低い場合には、第２のベローズ２６の伸張が第１のストッパ部３０ｂを仕切り壁１４に当接させることによって制限されるので、放熱器側の圧力が低下して膨張弁として機能する場合に第１のベローズ２５が必要以上に閉弁方向へ付勢されることがなくなり、第２のベローズ２６の過剰な膨張によって第１のベローズ２５の作動が妨害されることを防ぐことができるようになる。
【００２６】図５に圧力制御装置５の第２の構成例が示され、この構成において圧力制御装置５は、ハウジング部材３１ａ，３１ｂを組み付けて構成されたハウジング３１内に高圧空間３２と低圧空間３３とを有して構成されている。この例において高圧空間３２は、一方のハウジング部材３１ａと他方のハウジング部材３１ｂとに囲まれた空間によって構成され、低圧空間３３は、一方のハウジング部材３１ｂに形成され、これら高圧空間３２と低圧空間３３とは、ハウジング部材３１ｂに設けられた隔壁３４の連通孔３５を介して連通されている。
【００２７】そして、ハウジング部材３１ａの高圧空間３２と臨む部位には、内部熱交換器４の高圧通路４ａに通じる（放熱器側に通じる）配管３６が接続された冷媒流入口３７が形成され、また、ハウジング部材３１ｂの低圧空間３３と臨む部位には、蒸発器６に通じる配管３８が接続された冷媒流出口３９が形成されている。
【００２８】高圧空間３２には減圧調節弁４０が収納され、この減圧調節弁４０は、連通孔３５の高圧空間３２と臨む開口周縁に形成された弁座４１に着座する弁体４２と、この弁体４２に接合されたベローズ４３とを有して構成されている。このベローズ４３は、ハウジング部材３１ａの頂部に固定されているもので、内部には、温度と圧力の関係が図４（ａ）に示される特性を有する作動媒体、即ち、作動媒体の圧力が温度の上昇に伴って増加する特性を有する例えば冷媒ガス、即ち、炭酸ガス（ＣＯ2 ）が所定の密度で封入されている。
【００２９】したがって、ベローズ４３は、高圧空間３２内の冷媒状態、即ち、放熱器３側の冷媒状態（冷媒圧力、冷媒温度）を感知して伸縮することで弁体４２のリフト量を制御するようになっており、このベローズ４３によって減圧調節弁４０を膨張弁として機能させることができるようになっている。
【００３０】また、ハウジング部材３１ａには、放熱器側の冷媒圧力に連動して変化する冷媒温度が所定の温度以上となった場合に伸張する伸縮機構４４が形成されている。この伸縮機構４４は、ハウジング部材３１ａの側壁の一部を弁体４２の可動方向に伸縮可能な蛇腹状に形成し、この蛇腹状に形成した部分を、例えば、所定の温度以上となった場合に伸張する形状記憶合金によって構成するようにしたもので、ベローズ４３をハウジング部材３１ａの伸縮に伴って弁体４２の可動方向に変位できるようになっている。ここで、伸縮機構４４を伸張させる温度は、放熱器側の冷媒圧力とこれに連動して変化する冷媒温度との関係を示す前記図４（ａ）の特性線において、リリーフが要請される圧力Ｐｒに対応した温度Ｔｒに設定されている。
【００３１】よって、このような構成によれば、圧力制御装置５に至った冷媒圧力がリリーフを要請する圧力Ｐｒよりも低い場合であれば、図５（ａ）に示されるように、ハウジング３１に設けられた伸縮機構４４は収縮した状態を維持することとなるので、ベローズ４３によって放熱器３側の冷媒状態（冷媒圧力、冷媒温度）に応じて弁体４２のリフト量が調節され、これにより、放熱器３から流出した冷媒が減圧膨張されて蒸発器６へ供給されることとなる。
【００３２】これに対して、圧力制御装置５に至った冷媒圧力がリリーフを要請する圧力Ｐｒ以上となった場合には、図５（ｂ）に示されるように、ハウジング３１に設けられた伸縮機構４４が伸張してベローズ４３が弁体４２と共にリフトし、弁体４２が連通孔３５から強制的に離され、弁体４２と連通孔３５との間に間隙が形成される。このため、放熱器３から流出した高圧冷媒を、高圧空間３２から連通孔３５を介して低圧空間３３へリリーフさせ、蒸発器６側へ導くことができるようになる。即ち、サイクル起動時などにおいて高圧ライン８の圧力が異常に上昇しようとする場合には、その初期の段階で高圧冷媒を低圧ライン９へリリーフさせることができるので、異常な圧力上昇を回避することができるようになる。
【００３３】したがって、上述した圧力制御装置５によれば、高圧ライン８の圧力が所定値Ｐｒよりも低ければ、ベローズ４３の通常の働きによって減圧調節弁４０を膨張弁として機能させ、また、高圧ライン８の圧力が所定圧Ｐｒ以上であれば、ハウジング３１に設けられた伸縮機構４４の働きによって減圧調節弁４０をリリーフ弁として機能させることができるので、前記構成例と同様、図４（ｃ）に示される特性を持たせることができるようになり、このため、従来において別部材として必要であったリリーフ弁を個別に設ける必要がなくなる。
【００３４】尚、図５においては、ハウジング３１に設けられた伸縮機構４４の作動幅（伸縮幅）が誇張して書かれているが、実施には、弁体４２を数ミリ程度だけ強制的にリフトさせればよく、また、伸縮機構４４の作動も瞬間的なものであってもよい。さらに、伸縮機構４４は、高圧冷媒のリリーフを要請する圧力Ｐｒよりも少し低い圧力から作動させるようにしてもよい。
【００３５】図６に圧力制御装置５の第３の構成例が示され、この構成において圧力制御装置５は、ハウジング部材４５ａ，４５ｂを組み付けて構成されたハウジング４５内に高圧空間４６と、この高圧空間４６とは隔てられた封入空間４７と、低圧空間４８とを有して構成されている。高圧空間４６と封入空間４７とは、一方のハウジング部材４５ａと他方のハウジング部材４５ｂとによって囲まれた空間を可動体５０によって区画することによって構成され、また、低圧空間４８は、一方のハウジング部材４５ｂに形成され、高圧空間４６と低圧空間４８とはハウジング部材４５ｂに設けられた隔壁５１の連通孔５２を介して連通するようになっている。
【００３６】そして、ハウジング部材４５ａの高圧空間４６と臨む部位には、内部熱交換器４の高圧通路４ａに通じる（放熱器側に通じる）配管５３が接続された冷媒流入口５４が形成され、また、ハウジング部材４５ｂの低圧空間４８と臨む部位には、蒸発器６に通じる配管５５が接続された冷媒流出口５６が形成されている。
【００３７】前記可動体５０は、ハウジング部材４５ａの内周面を気密に摺接しながら下記する弁体５７の可動方向に変位できるようになっており、ハウジング部材４５ａに形成されたストッパ５８によって高圧空間４６を小さくする方向への変位が制限されるようになっている。
【００３８】高圧空間４６には減圧調節弁６０が収納され、この減圧調節弁６０は、連通孔５２の高圧空間４６と臨む開口周縁に形成された弁座６１に着座する弁体５７と、この弁体５７に接合されたベローズ６３とを有して構成されている。このベローズ６３は、可動体５０に固定されて可動体５０と共に変位するようになっており、内部には、温度と圧力の関係が図４（ａ）に示される特性を有する作動媒体、即ち、作動媒体の圧力が温度の上昇に伴って増加する特性を有する例えば冷媒ガス、即ち、炭酸ガス（ＣＯ2 ）が所定の密度で封入されている。また、封入空間４７には、温度と圧力との関係が図４（ｂ）に示される特性を有する作動媒体、即ち、作動媒体の圧力が温度の変化に拘わらずほぼ一定となる特性を有する例えば不活性ガス（窒素など）が所定の密度で封入されている。
【００３９】したがって、ベローズ６３は、高圧空間４６内の冷媒状態、即ち、放熱器３側の冷媒状態（冷媒圧力、冷媒温度）を感知して伸縮することで弁体５７のリフト量を制御するようになっており、このベローズ６３によって減圧調節弁６０を膨張弁として機能させることができるようになっている。また、封入空間４７に封入された作動媒体に図４（ｂ）で示すような特性を持たせることで、高圧空間４６の冷媒圧力がリリーフを要請する所定圧（Ｐｒ）以上となった場合に可動体５０を封入空間に封入された作動媒体に抗して開弁方向へ変位させることができるようにしている。
【００４０】よって、このような構成によれば、圧力制御装置５に至った冷媒圧力が所定圧力Ｐｒよりも低い場合であれば、図６（ａ）に示されるように、可動部材５０は動かされることがないので、ベローズ６３によって放熱器側の冷媒状態（冷媒圧力、冷媒温度）に応じて弁体５７のリフト量が調節され、これにより、放熱器３から流出した冷媒が減圧膨張されて蒸発器６へ供給されることとなる。
【００４１】これに対して、圧力制御装置５に至った冷媒圧力が所定圧Ｐｒ以上となった場合には、図６（ｂ）に示されるように、高圧空間４６と封入空間４７の圧力差によって可動体５０が持ち上げられ、これに伴ってベローズ６３が持ち上げられて弁体５７が連通孔から強制的に離され、弁体５７と連通孔５２との間に間隙が形成される。このため、放熱器３を流出した高圧冷媒を、高圧空間４６から連通孔５２を介して低圧空間４８へリリーフさせ、蒸発器側へ導くことができるようになる。即ち、サイクル起動時などにおいて高圧ライン８の圧力が異常に上昇しようとする場合には、その初期の段階で高圧冷媒を低圧ライン９へリリーフさせることができるので、異常な圧力上昇を回避することができるようになる。
【００４２】したがって、上述した圧力制御装置５によれば、高圧ライン８の圧力が所定値Ｐｒよりも低ければ、ベローズの作動によって減圧調節弁６０を膨張弁として機能させ、また、高圧ラインの圧力が所定値Ｐｒ以上であれば、可動部材５０の作動によって減圧調節弁６０をリリーフ弁として機能させることができるので、前記構成例と同様、図４（ｃ）に示される特性を持たせることができるようになり、このため、従来において別部材として必要であったリリーフ弁を個別に設ける必要がなくなる。
【００４３】また、この構成においては、高圧空間４６の圧力が低くなると、ストッパ５８によって高圧空間４６を小さくする方向への可動部材５０の変位が制限されることとなるので、可動部材５０が必要以上に変位して第１のベローズ６３の作動特性を変更してしまう不都合を避けることができるようになる。
【００４４】図７及び図８において、圧力制御装置５の第４の構成例が示され、この構成において圧力制御装置５は、ハウジング部材６５ａ，６５ｂを組み付けて構成されたハウジング６５内に高圧空間６６と低圧空間６７とを設けて構成されている。この例において高圧空間６６は、一方のハウジング部材６５ａと他方のハウジング部材６５ｂとに囲まれた空間によって形成され、また、低圧空間６７は、一方のハウジング部材６５ｂに形成され、これら高圧空間６６と低圧空間６７とは、ハウジング部材６５ｂに設けられた隔壁６８の連通孔６９を介して連通されている。
【００４５】そして、ハウジング部材６５ａの高圧空間６６と臨む部位には、内部熱交換器４の高圧通路４ａに通じる（放熱器側に通じる）配管７０が接続された冷媒流入口７１が形成され、また、ハウジング部材６５ｂの低圧空間６７と臨む部位には、蒸発器６に通じる配管７２が接続された冷媒流出口７３が形成されている。
【００４６】高圧空間６６には減圧調節弁７４が収納され、この減圧調節弁７４は、連通孔６９の高圧空間６６と臨む開口周縁に形成された弁座７５に着座する弁体７６と、この弁体７６に接合された第１のベローズ７７とを有して構成されている。この第１のベローズ７７は、ハウジング部材６５ａの頂部に固定されているもので、内部の密閉空間には、温度と圧力の関係が図４（ａ）に示される特性を有する作動媒体、即ち、作動媒体の圧力が温度の上昇に伴って増加する特性を有する例えば冷媒ガス、即ち、炭酸ガス（ＣＯ2 ）が所定の密度で封入されている。
【００４７】したがって、ベローズ７７は、高圧空間６６内の冷媒状態、即ち、放熱器３側の冷媒状態（冷媒圧力、冷媒温度）を感知して伸縮することで弁体７６のリフト量を制御するようになっており、このベローズ７７によって減圧調節弁７４を膨張弁として機能させることができるようになっている。
【００４８】また、第１のベローズ７７内には、このベローズ内の圧力が所定の圧力（Ｐｒ）以上となった場合に収縮する第２のベローズ７８が収納されている。この第２のベローズ７８は、ハウジング部材６５ａの頂部に固定された保持部材７９によって保持されているもので、内部の密閉空間には、温度と圧力の関係が図４（ａ）に示される特性を有する作動媒体、即ち、所定の圧力（Ｐｒ）以上になると体積の減少する作動媒体が封入されている。
【００４９】そして、第２のベローズ７８に封入された封入ガスの密度を第１のベローズ７７に封入された封入ガスの密度よりも小さくし、第２のベローズ７８の縮み率を第１のベローズ７７の縮み率よりも大きくするようにしている。
【００５０】したがって、このような構成においては、圧力制御装置５に至った冷媒圧力が所定圧力Ｐｒよりも低い場合であれば、第１のベローズ７７に封入された作動媒体を介して伝播される圧力もＰｒより小さいことから第２のベローズ７８に変化はなく、図７に示されるように、第２のベローズ７８は縮まないので、第１のベローズ７７によって放熱器側の冷媒状態（冷媒圧力、冷媒温度）に応じて弁体のリフト量が調節され、これにより、放熱器３から流出した冷媒が減圧膨張されて蒸発器６へ供給されることとなる。
【００５１】これに対して、圧力制御装置５に至った冷媒圧力が所定圧Ｐｒ以上となった場合には、第１のベローズ７７に封入された作動媒体を介して伝播される圧力もＰｒ以上となるので、図８に示されるように、第２のベローズ７８が縮み、しかも、第２のベローズ７８に封入された封入ガスの密度は第１のベローズ７７に封入された封入ガスの密度よりも小さく設定されていることから、第１のベローズ７７の収縮する容積よりも第２のベローズ７８の収縮する容積の方が大きくなり、この収縮する容積差の分だけ第１のベローズ７７がベローズ内外の圧力差を保とうとしてさらに収縮することとなる。
【００５２】このため、第１のベローズ７７の収縮により弁体７６が連通孔６９から強制的に離されて、弁体７６と連通孔６９との間に間隙が形成されることとなり、放熱器３を流出した高圧冷媒を、高圧空間６６から連通孔６９を介して低圧空間６７へリリーフさせ、蒸発器側へ導くことができるようになる。即ち、サイクル起動時などにおいて高圧ライン８の圧力が異常に上昇しようとする場合には、その初期の段階で高圧冷媒を低圧ライン９へリリーフさせることができるので、異常な圧力上昇を回避することができるようになる。
【００５３】したがって、上述した圧力制御装置５によれば、高圧ライン８の圧力が所定値Ｐｒよりも低ければ、第１のベローズ７７の働きによって減圧調節弁７４を膨張弁として機能させ、また、高圧ライン８の圧力が所定圧Ｐｒ以上であれば、第２のベローズ７８の働きによって第１のベローズ７７を大きく収縮させ、減圧調節弁７４をリリーフ弁として機能させることができるので、前記構成例と同様、図４（ｃ）に示される特性を持たせることができるようになり、このため、従来において別部材として必要であったリリーフ弁を個別に設ける必要がなくなる。
【００５４】尚、上述の各構成においては、応動部材としてベローズ２５、２６、４３、６３、７７、７８を利用した例を示したが、ダイヤフラムに置き換えるように同様の作用効果を得ることができる。
【００５５】
【発明の効果】以上述べたように、高圧ラインの圧力が冷媒の臨界圧力を超える状態となり得る蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、このサイクルに用いられる圧力制御装置を、放熱器側に連通する冷媒流入口および蒸発器側に連通する冷媒流出口を有するハウジングと、冷媒流入口側と冷媒流出口側との間の連通状態を変化させる弁体と、ハウジング内において弁体と連結し、放熱器側の冷媒状態を感知して作動することで弁体のリフト量を制御する第１の応動部材と、第１の応動部材と作動方向を一致させて設けられ、放熱器側の冷媒圧力を感知して作動し、放熱器側の圧力が所定圧以上となった場合に弁体を強制的にリフトさせる第２の応動部材とを有して構成するようにすれば、高圧ラインの圧力が所定の圧力に達するまでは、第２の応動部材は作動せず、放熱器側の冷媒状態に応じて第１の応動部材のみが作動して弁体のリフト量が制御され、高圧ラインの冷媒が減圧膨張させることとなり、高圧ラインの圧力が所定の圧力以上に達した場合には、第２の応動部材が作動して弁体が強制的に開かれ、高圧ラインの冷媒を蒸発器側へリリーフさせることができるので、圧力制御装置に冷媒を減圧膨張する機能と高圧冷媒を蒸発器側へリリーフさせる機能とを併せ持たせることができ、リリーフ弁を独立に設ける必要のない冷凍サイクルを提供することができるようになる。
【００５６】ここで、第２の応動部材を、冷媒温度の変化に対して作動圧力がほぼ一定となる特性を有する作動媒体を封入したベローズを第１の応動部材に直列に連結することによって構成すれば、高圧ラインが所定圧以上に達した場合にベローズが収縮して弁体を強制的にリフトさせることができ、また、第２の応動部材を、放熱器側の冷媒圧力に連動して変化する冷媒温度が前記所定圧に対応する温度以上となった場合に伸張する伸縮機構をハウジングに持たせることによって構成し、第１の応動部材をハウジングの伸縮に伴って変位させるようにすれば、高圧ラインの圧力が所定値以上に達した場合にケースを伸張させて弁体を強制的にリフトさせることができ、高圧ラインの冷媒を強制的にリリーフさせる機能を圧力制御装置に持たせることができるようになる。
【００５７】さらに、第２応動部材を、弁体の可動方向に第１の応動部材と共に変位する可動体を設け、この可動体に放熱器側の冷媒圧力を開弁方向に作用させ、この放熱器側の圧力が所定圧以上となった場合に可動体を開弁方向へ変位させることによって構成すれば、高圧ラインの圧力が所定値以上に達した場合に可動体が作動して弁体を強制的にリフトさせることができ、高圧ラインの冷媒を強制的にリリーフさせる機能を圧力制御装置に持たせることができるようになる。
【００５８】また、高圧ラインの圧力が冷媒の臨界圧力を超える状態となり得る蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、このサイクルに用いられる圧力制御装置を、放熱器側に連通する冷媒流入口および蒸発器側に連通する冷媒流出口を有するハウジングと、冷媒流入口側と冷媒流出口側との間の連通状態を変化させる弁体と、ハウジング内において弁体と連結し、第１の作動媒体が封入された第１の密閉空間を備えると共にこの第１の密閉空間の容積を放熱器側の冷媒状態に応じて変化させることで前記弁体のリフト量を制御する第１の応動部材と、前記第１の密閉空間内に配され、第２の作動媒体が封入された第２の密閉空間を備えると共にこの第２の密閉空間の容積を前記第１の密閉空間の圧力が所定圧以上となった場合に小さくする第２の応動部材とを有して構成し、第２の作動媒体の密度を第１の作動媒体の密度よりも小さく設定するようにすれば、高圧ラインの圧力が所定の圧力に達するまでは、第２の応動部材は作動せず、放熱器側の冷媒状態に応じて第１の応動部材のみが作動して弁体のリフト量が制御され、高圧ラインの冷媒が減圧膨張させることとなり、高圧ラインの圧力が所定値以上に達した場合には、第２の応動部材が収縮し、しかも、第２の応動部材の収縮容積は第１の応動部材の収縮容積よりも大きくなることから、この収縮容積の差によって第１の応動部材をさらに収縮させて弁体を強制的にリフトさせ、高圧ラインの冷媒をリリーフさせることができるようになる。即ち、圧力制御装置に冷媒を減圧膨張する機能と高圧冷媒を蒸発器側へリリーフさせる機能とを併せ持たせることができ、リリーフ弁を独立に設ける必要のない冷凍サイクルを提供することができるようになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５００３０９１２６
【氏名又は名称】株式会社ゼクセルヴァレオクライメートコントロール
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月２１日（２０００．１１．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６９０７３
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 和保 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６２１３３（Ｐ２００２−１６２１３３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月７日（２００２．６．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３５３６６９（Ｐ２０００−３５３６６９） |
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