(57)【要約】      （修正有）【課題】遷臨界的にも亜臨界的にも動作できる冷凍回路またはヒートポンプ回路の高圧を最適範囲内に調整でき、また、オーバーフロー機能または安全機能を持たせる。【解決手段】制御チャージ４１が入っているチャンバ３８を含む第１の作動要素３６に付けられている弁要素３３を持つサーモスタット膨張弁であって、高圧とは無関係に熱活性化される作動要素４６が備えられ、この作動要素４６の温度依存性作動運動が、第１の作動要素３６の第１の作用面３７の作動運動に逆らうときに、上記作動要素４６の作動運動が、運動に関して第１の作動要素３６の第１の作用面３７に結合され、作動運動用の上記熱活性可能な要素４６の温度しきい値が、第１の作動要素３６の制御チャージ４１のＭＯＴ（最大動作温度）と同一の値に設定されており、かつ、その制御チャージ４１が、その臨界密度よりも低い状態にある流体密度を持っているサーモスタット膨張弁に関わる。【選択図】図３
2008139013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遷臨界的に、さらに亜臨界的にも動作できる冷凍回路またはヒートポンプ回路（１１）の高圧を調整するサーモスタット膨張弁であって、入力側では供給開口（２７）に高圧が広がっており、また出力側では吐出し開口（３１）に低圧が広がっている弁ハウジング（２６）を持ち、また、冷媒の貫流のために、前記供給開口（２７）と前記吐出し開口（３１）との間に設けられた通路開口（２９）の弁座（３２）を閉じ、かつ開き方向に動くとともに、第１の作用面（３７）が境界とされ、制御チャージ（４１）が入っているチャンバ（３８）を含む第１の作動要素（３６）に付けられている弁要素（３３）を持つサーモスタット膨張弁であって、前記高圧とは無関係に熱活性化される作動要素（４６）が備えられ、前記熱活性可能な作動要素（４６）の温度依存性作動運動が、前記第１の作動要素（３６）の前記第１の作用面（３７）の作動運動に逆らうときに、前記作動要素（４６）の作動運動が、運動に対して前記第１の作動要素（３６）の前記第１の作用面（３７）に結合され、その際、作動運動用の前記熱活性可能な要素（４６）の温度しきい値が、前記第１の作動要素（３６）の前記制御チャージ（４１）のＭＯＴ（最大動作温度）と同一の値に設定されており、かつ、前記制御チャージ（４１）が、その臨界密度よりも低い状態にある流体密度を持っていることを特徴とするサーモスタット膨張弁。
【請求項２】
前記第１の作動要素（３６）と、前記熱活性可能な作動要素（４６）との間に、着脱自在の機械的結合が設けられ、また、前記熱活性可能な作動要素（４６）が、前記第１の作動要素（３６）の第１の作用面（３７）に係合するか、あるいは、前記第１の作動要素（３６）に連結されている弁要素（３３）に係合することを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項３】
前記チャンバ（３８）がダイアフラム風またはベローズ風に具現されており、また、前記チャンバ（３８）が、高圧側の冷媒の温度を吸収するために熱伝導性のものであることを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項４】
前記第１の作動要素（３６）の前記制御チャージ（４１）の臨界温度が、前記冷媒の臨界温度よりも高い状態にあることを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項５】
前記熱活性可能な作動要素（４６）の温度独立性の力が、この過熱状態において、前記第１の作動要素（３６）の制御チャージ（４１）の増加に対応することを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項６】
前記熱活性可能な作動要素（４６）が、バイメタル要素、特に、上へ上へと積み重ねられるバイメタル板の形式で具現されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項７】
前記熱活性可能な作動要素（４６）が、形状記憶合金から成るバネ要素の形式で具現されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項８】
前記熱活性可能な作動要素（４６）が、充填物入りのベローズ状バネ要素の形式で、特に、油圧で充填物が入れられるベローズ状のバネ要素の形式で具現されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項９】
圧力独立性の装置により、前記熱活性可能な作動要素（４６）に予荷重が加えられることを特徴とする請求項７または８に記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項１０】
前記熱活性可能な作動要素（４６）の予荷重が、前記圧力独立性の装置を用いて、熱安全機能が働くようになる温度しきい値に設定されることを特徴とする請求項９に記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項１１】
前記圧力独立性の装置が調整でき、特に外部から調整できることを特徴とする請求項９または１０に記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項１２】
前記チャンバ（３８）、特に前記チャンバ（３８）の内側輪郭が、スリーブまたはウェブによって導かれることを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項１３】
前記弁要素（３３）の休止位置では、前記弁要素（３３）と前記弁座（３２）との間のあらかじめ定められた最小通路開口（２９）が開かれ、また、前記最小通路開口（２９）が、組立て中に外部から調整されることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載のサーモスタット膨張弁。
【請求項１４】
内部熱交換器（１４）を持つ遷臨界または亜臨界の冷凍回路またはヒートポンプ回路（１１）であって、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載のサーモスタット膨張弁（１５）が提供されることを特徴とする遷臨界または亜臨界の冷凍回路またはヒートポンプ回路（１１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルの通りの冷凍回路またはヒートポンプ回路用のサーモスタット膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
遷臨界（transcritical）の冷凍回路またはヒートポンプ回路では、通常、使用される冷媒の臨界圧力を超えたときに、高圧力側の熱放散が行われる。その結果、気体冷却器（gas cooler）に温度勾配がもたらされるために、この気体冷却器出口での圧力は、この回路プロセスでは１自由度である。具体的に言えば、冷媒としてＣＯ2を使用する回路プロセスでは、周囲温度または気体冷却器出口温度に応じて、この高圧を最適効率の範囲に調整することがとても重要である。ＣＯ2の空調システムでは、通常、固定スロットルまたは外部制御式の膨張要素だけが、この冷媒回路（refrigerant circuit）の調整に使用される。この固定スロットルまたは外部制御式の膨張要素では、動作中に、この高圧を、そのプロセス境界条件（process boundary condition）にまったく合わせることができない。このような目的で、外部制御式の膨張要素は、電子制御要素により調整されなければならない。ただし、この電子制御要素の応答性は、特に自動車用途では不充分である。よって、上記外部制御式の膨張要素は、充分なレベルの動作信頼性を与えることができない。故障、および高い開発費や購入費の影響を非常に受けやすいことから、さらなる欠点がもたらされる。
【０００３】
特許文献１は、弁座と、その弁座と相互に作用する弁要素と、その弁要素に作用するバネ装置であって、この弁要素に作用する少なくとも１つの第１のバネと少なくとも１つの第２のバネを持つバネ機構（装置）用の調整装置とを有する高圧冷凍システム用の膨張弁を開示している。第１のバネは作用範囲を定め、また、第２のバネは、その調整装置で変えられるバネ力を持っている。
【０００４】
特許文献２は、冷媒を封入しているチャンバを持つ膨張弁を開示している。このチャンバは、間接的に弁要素に作用するダイアフラム（仕切板）により形成される。しかしながら、このダイアフラムはまた、高圧側の冷媒に曝される。特に、このチャンバに封入されている冷媒が作用する作用面と、気体冷却器（gas cooler）から移る高圧側冷媒が作用するさらに別の作用面は同一である。記述される膨張弁では、最大許容値（例えば、１２０バール）を超える高圧に対する予防はまったく不可能である。さらに、この冷媒の臨界温度を超える膨張弁での入口温度では、信頼できる始動動作（start-up behaviour）は不可能である。それゆえ、上記膨張弁を用いて、動作的に信頼できる用途を実現することはできない。
【０００５】
特許文献３は、運動に関して弁要素に結合される第１の作用面と第２の作用面を持つ熱膨張弁を開示している。この第１の作用面は、このサーマルヘッドに制御チャージ（control charge）が入っているチャンバを含む膨張可能な隔離装置の一部である。このようにして、高圧側冷媒の温度を検出することができる。このサーマルヘッドの上記膨張可能な隔離装置を用いて、このチャンバ内の制御チャージの温度依存性圧力が、第２の作用面（これも高圧にさらされる）に連結されている温度独立性バネ要素に伝達される。上記実施形態を用いて、この超臨界調整範囲内で高圧制限機能を得るつもりである。
【特許文献１】独国特許第１０２  ４９  ９５０  Ｂ４号明細書
【特許文献２】米国特許６，０１２，３００号
【特許文献３】独国特許第１０  ２００５  ０３４  ７０９．６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえ、本発明の目的は、遷臨界的にも、さらに亜臨界的にも動作できる冷凍回路またはヒートポンプ回路の高圧を最適範囲内に調整でき、また、自立的に最大許容値を超えないようにすることができる膨張弁を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、請求項１に記載の特徴の通りの膨張弁を用いて達成される。第２のもの、すなわち、熱制御可能な作動要素の温度依存性作動運動が、第１の作動要素の第１の作用面の作動運動に逆らうときだけ、運動に関して第１の作動要素の第１の作用面に作動運動が結合されるような熱制御可能な作動要素を使用することにより、外部活性化をまったく必要としない過度に高い動作圧力を防止する圧力制限機能または安全機能を提供することが可能となる。
【０００８】
ここで、作動運動用の熱活性可能な作動要素の温度しきい値が、制御チャージのＭＯＴ（最大動作温度）の温度値に対応するものが選択される。この温度しきい値は、熱制御可能な作動要素が作動運動または行程（ストローク）運動を発生させる温度である。この熱制御される作動要素の作用特性曲線は、過熱蒸気状態であるが、ただし反対方向にある上記制御チャージの作用特性曲線と同じ勾配を持っている。このようにして、安全機能が得られる。さらに、絶対圧制限、すなわち、ＭＯＰ機能（最大動作圧力）の実現は、あらゆる温度レベルにおいて可能となる。内部熱交換器から移る高圧側冷媒により、圧力が第１の作動要素に作用して、上記冷媒の温度を第１の作動要素が吸収するが、熱活性可能な作動要素の作用挙動（作用振舞い、working behaviour）は、この冷媒圧力の影響を受けない。
【０００９】
本発明のさらに他の有利な実施態様によれば、第１の作動要素と、熱活性可能な作動要素との間に、着脱自在の機械的結合が設けられ、また、この熱活性可能な作動要素は、この第１の作動要素の第１の作用面に係合するか、あるいは、この第１の作動要素に連結されている弁要素に係合することが提供される。上記機械的結合は、あらかじめ定められた温度値よりも高い温度で行われ、それにより、正規動作において、従来の温度しきい値範囲にて第１の作動要素が、熱活性可能な作動要素とは無関係に作用できるようになり、また、さらなる温度上昇が発生して、この安全機能の使用を要求するときだけ、この第１の作動要素が、運動に関して、この弁要素に結合される。
【００１０】
第１の作動要素の制御チャージは、好ましくは、ダイアフラム風またはベローズ風に具現されているチャンバの中に設けられて、高圧側の冷媒の温度を吸収する。第１の作動要素の作用面には、この第１の作動要素のチャンバ内の制御チャージの温度依存性圧力に加えて、高圧も作用する。その結果生じる圧力差は、調整力を発生させて、弁要素を始動させ、また、関連する弁座のスロットル特性に応じて、或る流れ断面（flow cross section）を開く。
【００１１】
好ましくは、上記高圧に逆らう動作を強めるさらなるバネ要素、特に予荷重が加えられるバネ要素を設けることも可能である。これは、この冷媒システムの高圧により上記作用面に発生する温度独立性の過剰力が、上記特に予荷重が加えられるバネ要素の予荷重と、このチャンバの力作用とに打ち勝つのに充分であるときに、弁要素の開き運動が行われることになり、その結果、弁座と弁要素との間の通路開口が開かれるか、あるいは、この通路開口の断面が広げられる。
【００１２】
第１の作動要素のチャンバの制御チャージは、好ましくは、臨界密度よりも低い状態にあるチャージ密度を持っている。好ましくは、調整される冷媒の臨界温度よりも高い状態にある臨界温度を持つ制御チャージ用に物質混合物が選択されることもさらに提供される。このようにして、この制御チャージは、ほとんどの温度しきい値範囲において、大きい蒸気比率を持つ二相状態を持っている。この制御チャージにより吸収されるエネルギーが、このゆきわたる充填物密度に応じて存在する液相を完全に蒸発させるのに充分であるときだけ、この制御チャージは、過熱蒸気状態に移る。上記状況のもとに、さらなる温度上昇の場合に、この制御チャージの先の二相状態の場合よりも小さい勾配（この勾配は、ゼロに等しくはない）でのみ制御圧を発生させる。超えると上記物理的効果が発生する温度値は、ＭＯＴ（最大動作温度）と呼ばれている。この制御チャージに関連する圧力値は、ＭＯＰ（最大動作圧力）と呼ばれている。好ましくは、この熱活性可能な作動要素の温度独立性の力が、この過熱状態において、第１の作動要素の制御チャージの増加に対応することも、さらに提供される。この過熱蒸気状態でのさらなる温度上昇の場合に、この圧力は、先の二相状態の場合よりもかなり小さい勾配でのみ上昇する。この熱活性可能な作動要素を上記勾配に合わせるために、その安全機能は、この熱活性化可能で、かつ高圧独立性の作動要素が同一勾配で反対方向に作用するという点で、実現される。したがって、所望のやり方で、ＭＯＰ（最大動作圧力）レベルでの水平圧力特性（horizontal pressure profile）に対応するような最大動作圧力を設定できる。
【００１３】
上記温度値または温度しきい値は、好ましくは、この熱活性可能な作動要素の構造設計により決定される。熱活性可能な作動要素の第１の有利な実施態様により、バイメタル要素、特に、上へ上へと積み重ねられるバイメタル板が備えられることが提供される。上記バイメタル板は、例えば、ベローズの形状に配置される。上記バイメタル要素は、それらのプリセッティングに応じて、或る温度を超えたときだけ、作動運動を実行する。
【００１４】
熱活性可能な作動要素の設計の第２の代替実施形態は、ダイアフラム、ベローズ、またはバネ要素、特に渦巻バネまたはスプリング・ベローズが、形状記憶合金から作られることが提供される。さらに、このようにして温度依存性の活性化が可能になることもある。
【００１５】
この作動要素のさらに他の代替実施形態は、好ましくは、蒸発圧力よりも高いか、あるいは飽和温度よりも低い液体凝集状態（liquid state of aggregation）で存在する媒体で満たされている充填物入りのベローズ状バネ要素により提供される。
【００１６】
適切なチャージ媒体は、例えば油、または一般には高沸点を持つ炭化水素である。上記温度変位変換要素（temperature displacement transducer element）は、好ましくは、密封接合されたダイアフラム、波形管、ベローズ要素、または、液体充填物の熱膨張を用いて大きい作動力を及ぼすシリダ・ピストン・ユニットである。上記温度変位変換要素は、それらの行程・温度特性曲線が、或る温度を超えるときだけ始まるように設計されることもある。
【００１７】
好ましくは、上記熱活性可能な作動要素が、それら自体の作動要素に予荷重を加えるために、圧力独立性の装置を持つことが提供される。このようにして、この弁の熱安全機能が働くようになる温度値を調整できるようにすることが可能となる。上記タイプの装置は、好ましくは、外部から調整できるものである。別法として、電子式またはモータ駆動式の活性化も提供されることもある。
【００１８】
好ましくは、この第１の作動要素のチャンバ、特にこのチャンバの内側輪郭が、スリーブまたはウェブによって導かれることも、さらに提供される。これにより、この制御チャージの作用の結果としての変形を防止することが可能となる。
【００１９】
サーモスタット膨張弁の弁要素の休止位置では、好ましくは、最小通路開口が開かれることが提供される。これは、この熱活性可能な作動要素の底面に及ぼす温度依存性と圧力依存性の過剰力が、この熱活性可能な作動要素の予荷重に打ち勝つのに充分でないときに、便宜上、あらかじめ定められたスロットル断面だけが開かれ、また、このサーモスタット膨張弁が固定スロットルとして機能し、その結果、この回路自体の高圧が設定されることを意味している。
【００２０】
それゆえ、本発明の範囲は、例えば蒸発入口での管路のさらなる配置換えなしに、自立的に設定可能なオーバーフロー機能または安全機能を持つサーモスタット膨張弁を可能とする内部熱交換器を備えた遷臨界または亜臨界の冷凍回路またはヒートポンプ回路を包含する。同時に、このＣＯＰ最適高圧の温度調整機能を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明と、さらに他の有利な実施形態、およびそれらの改良が、図面に示される例に基づいて、以下でさらに詳細に記述され、説明される。この説明から、またこれらの図面から集められた特徴は、個別に、または所望の任意の組合せで一緒にして、本発明に従って適用されることもある。
【００２２】
図１は、空調システムの冷凍回路および／またはヒートポンプ回路１１を示している。冷媒圧縮器１２において、気体冷媒、特にＣＯ2が圧縮される。圧縮された冷媒は、気体冷却器１３に供給されて、そこで、この圧縮された冷媒と、この雰囲気との間で熱交換が行われて、この冷媒を冷却する。気体冷却器１３を出た冷媒は、膨張弁１５に連結されている内部熱交換器１４に移る。膨張弁１５は、第１に、この冷媒の圧力を制限するという効果、また、第２に、内部熱交換器１４の出口で、この冷媒の圧力を調整するという効果を持っている。膨張弁１５から、この冷媒は蒸発器１６に移る。蒸発器１６において、この冷媒は、この雰囲気から熱を吸収する。気相の冷媒と液相の冷媒とを分離するために、かつ同時に液体のＣＯ2を回収するために、蒸発器１６の下流側に配置されているものは、アキュムレータ１７である。さらに、アキュムレータ１７が、内部熱交換器１４に連結されている。
【００２３】
次に、図２の状態図に基づいて、空調システムの動作方式を説明する。この状態図では、特定のエンタルピーＨに対して、圧力Ｐがプロットされている。気相における冷媒、例えばＣＯ2が、冷媒圧縮器１２内で圧縮される（Ａ−Ｂ）。次に、高圧がかけられた高温の遷臨界冷媒が、気体冷却器１３と内部熱交換器１４の中で冷却される（Ｂ−ＣとＣ−Ｄ）。この圧力は、膨張弁１５において減圧されて（Ｄ−Ｅ）、現在二相（気相と液相）の冷媒を、蒸発器１６内で蒸発させ（Ｅ−Ｆ）、それにより、この雰囲気から熱を取り出す。このＣＯＰは、段階Ｅ−Ｆにおけるエンタルピー変化Δｉと、段階Ａ−Ｂにおけるエンタルピー変化ΔＬとの比率を用いて求められる。すなわち、ＣＯＰ＝Δｉ／ΔＬである。
【００２４】
ＣＯ2の臨界温度は、約３１°Ｃにある。この温度は、これまで空調システムに用いられてきたフルオロカーボン（過フッ化炭化水素）の臨界温度（１００°Ｃを超えることが多い）よりも低い。これは、内部熱交換器１４の出口でのＣＯ2の温度が、ＣＯ2の臨界温度よりも高くなりかねないという結果を持つ。上記の状態では、ＣＯ2自体が、内部熱交換器１４の出口には凝縮しない。それゆえ、内部熱交換器１４の出口での圧力を調整しなければならない。それゆえ、外部温度が高い場合には、例えば夏には、充分な冷却力を得るために、内部熱交換器１４の出口に、高圧を設定する必要がある。内部熱交換器１４での出口温度は、とりわけ気体冷却器出口での冷媒側温度によって決まり、さらに、この気体冷却器出口での冷媒側温度が周囲温度によって決まる。これは、ＣＯＰ最適化高圧の調整に内部熱交換器１４の出口でのＣＯ2の温度も使用できることを意味している。この調整は、他の点では、冷媒側の気体冷却器出口温度によって決まる。
【００２５】
図２の通りの線図では、特性曲線２１'と特性曲線２１"は、ＣＯＰ最適化調整領域を示している。両特性曲線間にある両頭矢印は、弁行程の０〜約７５％の弁行程範囲を示している。特性曲線２１"と特性曲線２１'''との間に示されるものは、超過圧力調整領域である。この弁行程を、約７５％を超えてさらに開けば、過剰圧力を放散することができる。特性曲線２１""は、調整されることになっている冷媒回路１１用の設定可能な高圧限度を表している。この高圧限度は、調整できるように設計されてもよい。
【００２６】
図３は、図２の状態図の通りの冷媒システムを動作させるサーモスタット膨張弁１５の本発明による第１の実施形態を示している。サーモスタット膨張弁１５は、高圧空間２８に通じる高圧側供給開口２７を持っている弁ハウジング２６を含む。高圧空間２８は、通路開口２９により、低圧側の吐出し開口３１に連絡されている。通路開口２９は、弁座３２を備えており、その弁座３２には、弁要素３３が閉じた位置で設けられて、吐出し開口３１に対して供給開口２７を隔離している。
【００２７】
高圧空間２８内に設けられているものは、第１の作動要素３６である。第１の作動要素３６は、弁要素３３が付けられている第１の作用面３７を含む。ダイアフラム風またはベローズ風に具現されているチャンバ３８は、弁要素３３の閉じ方向に上記第１の作用面３７に係合している。
【００２８】
さらに設けられているものは、バネ要素３９である。バネ要素３９は、例えば、チャンバ３８を取り巻き、かつ好ましくは、予荷重が加えられるやり方で、またチャンバ３８と同一の力方向に作用面３７に係合する。弁要素３３のサイズ、すなわち、そのシャンクの長さ、あるいは、高圧空間２８内に設けられている止め要素と連携して、バネ要素３９および／またはチャンバ３８の予荷重が可能となる。
【００２９】
チャンバ３８は、好ましくは、熱伝導率の高い材料で作られる。チャンバ３８内に設けられているものは、制御チャージ４１であり、チャンバ３８内での制御チャージ４１の圧力は、温度に依存している。この高圧側に高圧が作用するときには、その作用する高圧が、予荷重が加えられるバネ要素３９とチャンバ３８内の制御チャージ４１の圧力とに対して、過剰力を持つ場合に、上記高圧が作用面３７に逆らって作用して、通路開口２９を開く。この開閉運動は、ＣＯＰ最適化調整範囲において、熱活性可能な作動要素４６（これも同様に、高圧空間２８内に設けられている）の影響を受けない。
【００３０】
図３の通りの模範的な実施形態では、熱活性可能な作動要素４６は、チャンバ３８とバネ要素３９（設けられる場合）に対向して、第１の作用面３７に係合する。別法では、熱活性可能な作動要素４６は、弁要素３３にも係合するか、あるいは、付加的に弁要素３３にも係合することもある。熱活性可能な作動要素４６は、ベローズの形状で上へ上へと積み重ねられたバイメタル板で作られている。これらのバイメタル板には、圧力独立性の装置（これ以上詳しくは図示されてない）を用いて予荷重が加えられることもあり、したがって、上記バイメタル板は、この安全機能を必要とするときだけ、作動運動または行程運動を実行する。これは、この冷媒の温度が、ＭＯＴ（最大動作温度）を超えて上昇する場合に当てはまる。よって、これらのバイメタル板の予荷重、またはこれらのバイメタル板の材料形態は、上記タイプの温度しきい値に合わせられる。
【００３１】
あらかじめ定められた行程特性曲線を用いて、チャンバ３８とバネ要素３９（設けられる場合）の圧力に対して、この高圧の過剰力が充分である場合には、その最適断面が開かれ、それゆえ、その最適高圧（ＣＯＰ最適化範囲）が、内部熱交換器での冷媒の高圧側出口温度に応じて設定される。
【００３２】
本発明による膨張弁１５は、自立的に設定可能な超過圧力と安全機能を可能にし、したがって、この冷媒回路が、ＣＯＰ最適化高圧で動作できる。図４ａは、第１の作動要素３６のチャンバ３８内の制御チャージの特性曲線１９の略図である。この特性曲線１９では、その圧力は、温度に対して、その臨界点までプロットされている。この臨界点まで二相形式で存在している上記制御チャージは、冷凍回路１１に対して、ＭＯＴ（最大動作温度）値２０よりも高い単一相の過熱気体状態に移るから、この制御チャージの圧力は、それよりもかなり浅い勾配でのみ上昇し続ける。しかしながら、この安全機能は、ＭＯＴ値（最大動作温度）２０からの水平圧力特性を用いてのみ、得ることができる。上記さらなる不利な上昇は、本発明の適宜の一実施形態において、特性曲線が図４ａ中の４６'で示されるような熱活性可能な作動要素４６の使用により補償される。このようにして、図４ｂに示される弁開き特性曲線２２が得られる。ＭＯＰ（最大動作圧力）レベルにて水平圧力特性を持つ上記弁開き特性曲線２２は、冷凍回路１１の高圧が、このＭＯＰ（最大動作圧力）レベルよりも高い状態にあるときに、最大の質量流量の発生をもたらして、高圧の発生を自己抑制する。なぜなら、弁要素３３の閉じ方向に作用するチャンバ３８の温度に起因する圧力が補償されるからである。熱活性可能な作動要素４６はまた、早めに、通路開口２９の開き断面に作用することもあり、したがって、このＭＯＰ（最大動作圧力）値を超える高圧の上昇が妨げられる。
【００３３】
さらに、冷媒側の気体冷却器出口温度は、ＣＯＰ最適化に関して回路中の好ましい調整温度であるとはいえ、この高圧をＣＯＰ最適範囲内で調整する目的で、同様に内部熱交換器１４での高圧側出口温度も使用できると述べられよう。この目的で、それぞれのＣＯＰ最適気体冷却器出口状態に対応する内部熱交換器１４での出口状態は、本発明で表されるサーモスタット膨張弁１５が用いられている回路のシミュレーションあるいはテストによって決定される。それゆえ、ＣＯＰ最適化圧力特性が、内部熱交換器１４での高圧側出口温度を用いて得られる。また、上記ＣＯＰ最適化圧力特性は、質量流量が温度に対してプロットされている図５に示される状態図の通りの最適弁行程特性曲線２２の目標である。このＣＯＰ最適弁行程特性曲線２２は、例えば０〜７５％という全弁行程範囲の一部（該当用途に関連して定められることになっている）に限定される。これは、図２において、特性曲線２１'と特性曲線２１"により示されている。両頭矢印２２は、ＣＯＰ最適化調整範囲を示している。このＣＯＰ最適化調整範囲の上限を越えると、そのオーバーフロー機能が働くようになる。そのスロットル点（throttle point）の質量流量特性曲線２３が、上記上限を超えて、すなわち、全弁行程範囲の１００％に達するまで、このような質量流量がその高圧側からその低圧側に流れ出られるくらい急勾配であるように設計されており、それゆえ、このシステムの高圧のさらなる上昇を防止できる場合には、本発明により請求される通りに安全機能が得られて、過度に高い系統圧力が防止される。
【００３４】
上記タイプのサーモスタット膨張弁１５を蒸発器入口に設けることにより、例えば、米国特許第６，０１２，３００号の通りのサーモスタット膨張弁の使用において必要であるように、複雑な管路セット配置換えが避けられる。これは、本明細書に記述される弁が、気体冷却器出口での局部配置によるか、あるいは、この弁と気体冷却器出口との間の微細管路の配置換えによって、この気体冷却器での冷媒側出口温度を吸収しなければならないからである。
【００３５】
図６は、図３に代わる代替実施形態を示している。図３と対照的に、熱活性可能な作動要素４６は、形状記憶合金から、バネ要素として作られる。この熱活性可能な作動要素４６は、所定の温度しきい値を超えるときだけ行程運動が行われるように設定される。ここでは、さらに、その作用力も、このバネ要素の断面によって決定される。さらに、形状記憶合金から成っている上記熱活性可能な作動要素４６の電気的な活性化も可能である。図３に関して述べられるさらなる機能や変形も同様に、この実施形態に適用される。
【００３６】
図７は、図３に代わる熱活性可能な作動要素４６のさらなる代替実施形態を示している。この実施形態では、油圧で充填物が入れられるベローズ状のバネ要素が備えられ、それにより、オーバーフロー機能または安全機能が可能になる。熱活性可能な作動要素４６のチャージは、例えば、異なる油と炭化水素を含む。
【００３７】
上記特徴はすべて、それぞれの場合において、本発明に不可欠であり、所望のどんなやり方でも、互いに組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】冷媒回路の略図である。
【図２】序文に明示される通り、このサーモスタット膨張弁を有する冷媒回路の機能を説明する状態図を示す。
【図３】サーモスタット膨張弁の第１の実施形態を示す。
【図４】制御チャージの特性曲線と、弁開き特性曲線への熱活性可能な作動要素の作用の略図である。
【図５】異なる動作圧力での弁行程特性曲線の状態図を示す。
【図６】サーモスタット膨張弁の第２の実施形態を示す。
【図７】サーモスタット膨張弁の第３の実施形態を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１１  冷凍回路またはヒートポンプ回路、１４  内部熱交換器、１５  膨張弁、２７  供給開口、２９  通路開口、３１  吐出し開口、３２  弁座、３３  弁要素、３６  第１の作動要素、３７  第１の作用面、３８  チャンバ、４１  制御チャージ、４６  熱活性可能な作動要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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