(57)【要約】【課題】冷凍サイクルの高温環境下における放熱器出口側の圧力の過度の上昇を防止する圧力制御弁を提供する。【解決手段】圧力制御弁が、第１のダイアフラム１５と、第１のダイアフラム１５によって閉じられ、所定の密度の封入流体が充填され、放熱器２出口側の冷媒温度に応じて内圧が変化する密閉空間１６と、弁口１３を開閉する弁体２２と、冷媒からの圧力を受ける一方の面が弁体２２に連結され他方の面が第１のダイアフラム１５に接続された第２のダイアフラムとを具備し、封入流体から第１のダイアフラム１５が受ける圧力が弁口１３を閉じる方向の力として第２のダイアフラム１７を介して弁体２２に作用し、冷媒から第２のダイアフラム１７が受ける圧力が弁口１３を開放する方向の力として弁体２２に作用し、封入流体が、二酸化炭素と、二酸化炭素よりも臨界圧力が低く且つ臨界温度が高い物質とを主成分とする混合物である。【選択図】図１
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【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（２）から蒸発器（４）に至る冷媒通路に配置され、前記放熱器（２）の出口側の冷媒の温度に基づいて弁口（１３）の開度を調節することにより、前記放熱器（２）出口側の冷媒圧力を制御する蒸気圧縮式冷凍サイクル用の圧力制御弁において、この圧力制御弁が、
第１のダイアフラム（１５）と、
前記第１のダイアフラム（１５）によって閉じられた密閉空間（１６）であって、所定の密度の封入流体が充填されて、前記放熱器（２）出口側の冷媒温度に応じて内圧が変化する密閉空間（１６）と、
前記弁口（１３）を開閉する弁体（２２）と、
前記冷媒からの圧力を受ける一方の面が前記弁体（２２）に連結され他方の面が前記第１のダイアフラム（１５）に接続された第２のダイアフラム（１７）と、を具備し、
前記封入流体から前記第１のダイアフラム（１５）が受ける圧力が前記弁口（１３）を閉じる方向の力として前記第２のダイアフラム（１７）を介して前記弁体（２２）に作用し、前記冷媒から前記第２のダイアフラム（１７）が受ける圧力が前記弁口（１３）を開放する方向の力として前記弁体（２２）に作用し、
前記封入流体が、二酸化炭素と、二酸化炭素よりも臨界圧力が低く且つ臨界温度が高い物質とを主成分とする混合物であることを特徴とする圧力制御弁。
【請求項２】
前記弁体（２２）を閉弁方向へ付勢するスプリング（２９）を更に具備することを特徴とする、請求項１に記載の圧力制御弁。
【請求項３】
前記第１のダイアフラム（１５）の受圧面積（Ｓ１）が前記第２のダイアフラム（１７）の受圧面積（Ｓ２）より大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載の圧力制御弁。
【請求項４】
前記冷凍サイクルは、前記冷媒が冷凍サイクルの運転中に臨界点を超える超臨界圧サイクルであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力制御弁。
【請求項５】
前記冷凍サイクルの前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする、請求項４に記載の圧力制御弁。
【請求項６】
前記封入流体の臨界温度が該圧力制御弁の最大周囲温度以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧力制御弁。
【請求項７】
前記封入流体が、ハイドロカーボン類の一つまたは複数の物質と、二酸化炭素と、アンモニアとを主成分とする混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の圧力制御弁。
【請求項８】
前記封入流体が、二酸化炭素とハイドロカーボン類とを主成分とする混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の圧力制御弁。
【請求項９】
前記封入流体が、二酸化炭素とプロピレンとを主成分とする混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の圧力制御弁。
【請求項１０】
前記封入流体が、二酸化炭素とフロロカーボン類とを主成分とする混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の圧力制御弁。
【請求項１１】
前記封入流体が、二酸化炭素とＲ３２とを主成分とする混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の圧力制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒圧力を制御する圧力制御弁に関するもので、放熱器内の圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、冷凍サイクルと略す）に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルとして、高圧冷媒が超臨界状態となるものが知られている。例えば、ＣＯ２冷媒を用いる冷凍サイクルの高圧圧力を制御する圧力制御弁としては特許文献１及び２に記載されたものが知られている。これらの圧力制御弁は、放熱器出口側の冷媒温度に応じて内圧が変化する感温部を設け、その感温部の内圧変化にダイアフラムを介して機械的に連動する弁体が弁口の開度を調節して放熱器出口側の冷媒圧力を制御している。
【０００３】
ところで、車両用の空調装置における冷凍サイクルでは、例えば夏季において乗員が車両に乗っていない場合などで長時間直射日光下に駐車されたとき、エンジンルーム内の温度は例えば６０℃以上の高温になり、エンジンルーム内に配置される放熱器及び圧力制御弁も同様の温度に達することとなる。また、高速走行後に直ちにエンジンを停止したいわゆるデッドソーク状態のときにも放熱器及び圧力制御弁はエンジンの余熱を受けてやはり高温になる。
【０００４】
特許文献１または２に記載の圧力制御弁では、周囲温度が過度に上昇すると、感温部に封入されているＣＯ２等の流体も同様に高温となり内圧が上昇して弁体が弁口を閉じるように作動するので、冷凍サイクルを起動しても圧力制御弁は閉弁状態を維持し、放熱器出口側の冷媒圧力が過度に上昇してしまう。その結果、圧力制御弁、放熱器、及び圧縮機等の冷凍サイクルの高圧側に位置する機器の故障を引き起こす場合もあり、またそれら機器を高圧力にも耐えるように設計する必要があった。
【０００５】
このような問題を回避するために、圧力制御弁(膨張弁)にブリードポートと呼ばれる小径穴を設け、ここを通過する冷媒によってダイアフラム部の冷媒を冷却することで冷凍サイクルの高圧圧力の上昇を抑制するものがあるが、このブリードポートは小径であるため、冷媒が高温となり冷媒密度及び冷媒流量が増加する冷凍サイクル起動時の昇圧を抑制することは困難であった。
【０００６】
また、特許文献３に記載されているように形状記憶合金製のコイルばねを用いるもの、あるいは特許文献４のように制御弁に開度規制手段を設けるものもあるが、形状記憶合金製のコイルばねで十分な作動力を得ることが難しかったり、弁が追加されて機構が複雑になるといった問題があった。
【０００７】
また、特許文献５に記載された圧力制御弁のように、内部熱交換器を通過後の冷媒温度を検知してこれに応じて高圧圧力を調整するものにおいては放熱器出口側の冷媒温度で制御するものに対して制御温度が低くなるため、更に初期温度の影響を受けてしまい、いっそう高圧圧力が上昇することとなった。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２６４６２２号公報
【特許文献２】特開平１１−１３２６０２号公報
【特許文献３】特開２０００−２３０６５０号公報
【特許文献４】特開平１１−２４８２７２号公報
【特許文献５】特開２０００−１０８３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、放熱器出口側の圧力が過度に上昇することを防止する圧力制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【００１１】
請求項１に記載された発明では、蒸気圧縮式冷凍サイクルの放熱器（２）から蒸発器（４）に至る冷媒通路に配置され、前記放熱器（２）の出口側の冷媒の温度に基づいて弁口（１３）の開度を調節することにより、前記放熱器（２）出口側の冷媒圧力を制御する蒸気圧縮式冷凍サイクル用の圧力制御弁において、この圧力制御弁が、第１のダイアフラム（１５）と、前記第１のダイアフラム（１５）によって閉じられた密閉空間（１６）であって、所定の密度の封入流体が充填されて、前記放熱器（２）出口側の冷媒温度に応じて内圧が変化する密閉空間（１６）と、前記弁口（１３）を開閉する弁体（２２）と、前記冷媒からの圧力を受ける一方の面が前記弁体（２２）に連結され他方の面が前記第１のダイアフラム（１５）に接続された第２のダイアフラム（１７）と、を具備し、前記封入流体から前記第１のダイアフラム（１５）が受ける圧力が前記弁口（１３）を閉じる方向の力として前記第２のダイアフラム（１７）を介して前記弁体（２２）に作用し、前記冷媒から前記第２のダイアフラム（１７）が受ける圧力が前記弁口（１３）を開放する方向の力として前記弁体（２２）に作用し、前記封入流体が、二酸化炭素と、二酸化炭素よりも臨界圧力が低く且つ臨界温度が高い物質とを主成分とする混合物であることを特徴としている。
【００１２】
第１のダイアフラムと第２のダイアフラムの面積比を適当に選定することにより、第１のダイアフラムが閉じる密閉空間内の封入流体の圧力に基づく閉弁方向の力を倍力することが可能になることから、封入流体に、二酸化炭素と、二酸化炭素よりも臨界圧力が低く且つ臨界温度が高い物質とを主成分とする混合物を利用することが可能になり、その結果例えば４５℃といった比較的高温の所定の温度以上で放熱器の出口側圧力の上昇を抑制する制御圧力特性を得ることが可能になる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、前記弁体（２２）を閉弁方向へ付勢するスプリング（２９）を更に具備することを特徴としている。これにより、所望の制御圧力をより容易に得ることが可能になる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、第１のダイアフラム（１５）の受圧面積（Ｓ１）が第２のダイアフラム（１７）の受圧面積（Ｓ２）より大きいことを特徴としている。これにより、圧力の比較的低い封入流体から所望の制御圧力を得ることが可能になる。
【００１５】
本発明による圧力制御弁は、冷媒が冷凍サイクルの運転中に臨界点を超える超臨界圧サイクル、特に冷媒が二酸化炭素である超臨界圧サイクルに好適に適用できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、前記封入流体の臨界温度が圧力制御弁の最大周囲温度以上であることを特徴としている。これにより、前記最大周囲温度に至る前に、つまり前記最大周囲温度未満の温度に、圧力の上昇を抑制し始める温度を設定することが可能になる。
【００１７】
本発明の圧力制御弁に適用できる、好適な封入流体は、ハイドロカーボン類の一つまたは複数の物質と、二酸化炭素と、アンモニアとを主成分とする混合物、又は二酸化炭素とハイドロカーボン類とを主成分とする混合物、又は二酸化炭素とプロピレンとを主成分とする混合物、又は二酸化炭素とフロロカーボン類とを主成分とする混合物、又は二酸化炭素とＲ３２とを主成分とする混合物である。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に従って本発明の実施例の圧力制御弁について説明する。図１は、本発明の第１の実施例の圧力制御弁を示すと共に、その圧力制御弁が用いられる、ＣＯ２を冷媒として循環させる冷凍サイクル（超臨界冷凍サイクル）を説明する図である。図１において、符号１はＣＯ２冷媒を吸入圧縮するコンプレッサであり、符号２は、コンプレッサ１により圧縮された冷媒を冷却する放熱器である。
【００２０】
符号３は、本実施例の圧力制御弁である。この圧力制御弁３は、流体を封入した密閉空間１６を有しており、放熱器２の出口側の冷媒温度に基づいて放熱器２の出口側の冷媒圧力を制御するようになっており、また高圧の冷媒を減圧する減圧器としても機能している。また圧力制御弁３は、内部熱交換器６から蒸発器４へ至る冷媒通路の開閉を行う弁機能を有している。この圧力制御弁３については後に詳しく説明する。
【００２１】
蒸発器４では、圧力制御弁３で減圧された気液２相冷媒を蒸発させることで、蒸発器４の外部を通る空気を冷却する。符号５は、気相冷媒と液相冷媒とを分離すると共に、冷凍サイクル中の余剰冷媒を一時的に蓄えるアキュムレータである。符号６は、内部熱交換器であり、放熱器２から圧力制御弁３へ向かう冷媒と、アキュムレータ５からコンプレッサ１へ戻る冷媒とが熱交換するように冷凍サイクル内に配置されている。これらのコンプレッサ１、放熱器２、圧力制御弁３、蒸発器４、アキュムレータ５、及び内部熱交換器６は、それぞれはいかんによって接続されて閉回路を形成している。したがって、コンプレッサ１から吐出されたＣＯ２冷媒は、放熱器２→内部熱交換器６→圧力制御弁３→蒸発器４→アキュムレータ５→内部熱交換器６を通って元のコンプレッサ１へ吸入される、冷凍サイクル系を形成している。
【００２２】
次に、第１の実施例の圧力制御弁３の構造を詳細に説明する。圧力制御弁３のボディ１０の下側部分には、放熱器２側の内部熱交換器６に接続される冷媒の流入口１１と、蒸発器に接続される流出口１２とが形成され、前記流入口１１と流出口１２の間の流路の途中に弁口１３が設けられた隔壁１４が形成されている。ボディ１０の内部は、第１のダイアフラム１５によって一面が閉じられた密閉空間１６と、第２のダイアフラム１７によって上端が閉じられ、流通する冷媒で満たされる隔壁１４の上側の空間１８と、通気穴１９によって大気に連通している第１のダイアフラム１５と第２のダイアフラム１７との間の空間２０と、隔壁１４の下側の冷媒が流通する空間２１との四つの空間に区画されている。また、隔壁１４の上側の空間１８から弁口１３を通して下側の空間２１へ軸状の弁体２２が延在し、弁口１３は、上下に移動する弁体２２の円錐状の弁部２３によって開閉される。
【００２３】
密閉空間１６は、有底円筒状の円筒部材２４と第１のダイアフラム１５により区画形成され、第１のダイアフラム１５は円筒部材２４の端面に溶接により固定されている。密閉空間１６内には、詳細には後述するが、ＣＯ２と他の物質との混合流体が所定の密度で封入されている。また円筒部材２４の上面には前記混合流体（以下、封入流体と呼ぶ）を充填したときに利用した封入穴２５が設けられているが、この封入穴２５はボタン２６が溶接されて密封されている。
【００２４】
第２のダイアフラム１７はその周縁部がスリーブ２７の上端面に溶接で固定され、このスリーブ２７が、隔壁１４の上側の空間１８を形成するボディ１０の内面に挿入されてやはり溶接により固定さている。第２のダイアフラム１７の中央部の下面には弁体２２の上端部が溶接により固定されており、上面には変位伝達部材２８が接続されている。変位伝達部材２８は、第１のダイアフラム１６と第２のダイアフラム１７との間で各ダイアフラムに発生した変位及び力を相互に伝達するための部材であり、第１のダイアフラム１５にも第２のダイアフラム１７と同様に接続されている。ただし、変位伝達部材２８と第１及び第２のダイアフラムとは、必ずしも溶接等により固定する必要はなく、変位伝達部材２８は水平方向にずれないようにダイアフラムに保持されていればよい。このため第１及び第２のダイアフラムの中央には変位伝達部材２８側に突出した図示しない突出部がそれぞれ成形され、変位伝達部材２８の中央部には前記突出部に対応する図示しない凹部が形成されている。また、変位伝達部材２８は、銅等の高熱伝導率金属から形成されており、隔壁の上側の空間１８に流入する冷媒と密閉空間１６内の封入流体のとの間の伝熱を担う部材でもある。
【００２５】
本実施例においては、第１のダイアフラム１５の受圧面積Ｓ１は第２のダイアフラム１７の受圧面積Ｓ２より大きく、面積比Ｓ１／Ｓ２＝１．７となるように設定されている。
【００２６】
本実施例の圧力制御弁は、密閉空間１６内の封入流体の発生する力を補う等のために、弁体２２を閉弁方向に付勢するスプリング２９を更に具備している。スプリング２９は、弁体２２の先端に取り付けられたリング部材３０と隔壁１４の下面との間に配設されて弁体２２を図の下方につまり弁口１３を閉じる方向に力を加える。また、このときスプリング２９が発生する力は、第２のダイアフラム１７での圧力換算で２．９ＭＰａである。なお、スプリング２９を弁体２２に取り付けるためにボディ１０の下端部には穴とそれを塞ぐための栓部材３１が設けられている。栓部材３１はスプリング２９が取り付けられた後ボディ１０に固定される。栓部材３１は、ガスケットを介装して螺着されるか、あるいは溶接される。
【００２７】
圧力制御弁はこのように構成されているので、第１のダイアフラム１５が密閉空間１６内の封入流体から受ける圧力が弁口１３を閉じる方向の力として第２のダイアフラム１７を介して弁体２２に作用する一方で、冷媒から第２のダイアフラム１７が受ける圧力が弁口１３を開放する方向の力として弁体２２に作用する。一方、第２のダイアフラム１７の下面に接する冷媒から変位伝達部材２８を通して密閉空間１６内の封入流体へ熱が伝導されるので、封入流体の温度は放熱器出口側の冷媒の温度にほぼ等しくなり、したがって封入流体の圧力は放熱器出口側の温度に応じて変化することとなる。
【００２８】
次に、本実施例で用いる封入流体の圧力特性について以下に説明する。本実施例で、密閉空間１６内に封入される封入流体は、ＣＯ２とプロピレンとが５０：５０の割合で混合された流体である。この流体は、弁口１３が閉じた状態の密閉空間体積に対して９６ｋｇ／ｍ3の密度で密閉空間１６に封入されている。本実施例では、流体温度が４５℃以上の場合に流体の圧力上昇が抑制されるように、流体の封入密度が選択されており、このため前記密度の９６ｋｇ／ｍ3は、この流体のモリエル線図（図２）における４５℃の等温線と乾き飽和蒸気線との交点における値として選択されている。この密度の前記流体の温度と圧力は、気相領域においては９６ｋｇ／ｍ3の等密度線に沿って変化し、気液２相領域においては、１．９９ｋＪ／ｋｇ・Ｋの等エントロピ線に沿って変化する。例えば、温度２０℃のときは２．１ＭＰａであり、４５℃のとき３．８ＭＰａであり、７０℃のとき４．５ＭＰａである。温度が２０℃〜７０℃のときの圧力の変化をグラフで示すと図３のラインＡのようになり、温度４５℃を境にラインＡの傾きが小さくなり圧力上昇が抑制されることがわかる。
【００２９】
一方、ＣＯ２を冷媒とした冷凍サイクルを効率的に運転するための、放熱器出口側の制御圧力は従来より知られているが、そのような制御圧力の一例を図３のラインＣで示す。例えば２０℃のとき６．５ＭＰａであり、４５℃のとき９．４ＭＰａであり、７０℃のとき１２．４ＭＰａである。これに対して、密閉空間１６に封入された封入流体の圧力はラインＡで示されるので、ラインＡの圧力のままでは制御圧力としては低すぎる。このため前述したとおり本実施例では、第１のダイアフラム１５の受圧面積Ｓ１を第２のダイアフラム１７の受圧面積Ｓ２の１．７倍にすることにより封入流体の圧力による力を倍力すると共にスプリング２９の力（第２のダイアフラムでの圧力換算で２．９ＭＰａ）を付加することにより閉弁方向の力を高めた。この結果得られた本実施例の圧力制御弁の制御圧力特性は、図３のラインＢで示される。ラインＢは、温度が４５℃以下の場合には従来の制御圧特性のラインＣとほぼ重なるが、温度が４５℃以上の場合には封入流体の特性（ラインＡ）と同様に傾きが小さくなって圧力の増加は抑制される。例えば温度７０℃においては、本実施例の制御圧力は従来の制御圧力より１．８ＭＰａだけ低い制御圧力となり、高温環境における冷凍サイクル内圧力の上昇を確実に緩和できる。なお、グラフには示さなかったが８０℃、９０℃においてもラインＢは同様の傾向を維持するので、温度が高くなるほどラインＣとの差が拡大するので効果が顕著になる。
【００３０】
前述の実施例では、温度に対する封入流体の圧力を示すグラフの傾きが４５℃を境に高温側で小さくなるように封入流体の成分及び密度を設定した。ただし、前記４５℃のような圧力の上昇を抑制し始める温度は、圧力制御弁の設置環境の最大温度等に応じて最適な値を選択してよく、例えば５０℃あるいは６０℃の場合もあり得る。そしてそのような温度とするためには封入流体の臨界温度は圧力制御弁の設置環境の最大温度よりも高いことが必要であるが、臨界温度が３１℃のＣＯ２を封入流体として単独で用いた場合には、圧力の上昇を抑制し始める温度を４５℃にすることは勿論、例えば３５℃に設けることも不可能である。また、封入流体の発生する圧力は、同温度でのＣＯ２の飽和圧力以下であること、及びＣＯ２の臨界温度以上においてはＣＯ２の例えば６００ｋｇ／ｍ３の等密度線以下の圧力であることも必要である。つまり、ＣＯ２を単独で本発明の封入流体に利用することはできず、本発明においては、封入流体には、ＣＯ２と、ＣＯ２よりも臨界温度が高く且つ臨界圧力が低い物質との混合流体を用いる。
【００３１】
封入流体として、第１の実施例では、ＣＯ２とプロピレンの５０：５０の混合流体を用いたが、適用可能な他の混合流体としては、例えば、プロピレン、プロパン、ｎ−ブタン、イソブタン、シクロペンタン、ｎ−ペンタン、イソペンタン、ベンゼン、またはトルエン等のハイドロカーボン類の一つまたは複数の物質と二酸化炭素とアンモニアとを主成分とする混合流体、及びＣＯ２とハイドロカーボン類とを主成分とする混合流体、及びＣＯ２とフロロカーボン類とを主成分とする混合流体、及びＣＯ２とＲ３２との混合流体を挙げることができる。
【００３２】
また、本実施例では、閉弁方向の付勢力を弁体２２に与えるスプリング２９を併用したが、このようなスプリング２９を使わずに、第１のダイアフラム１５と第２のダイアフラム１７の面積比のみを調整することにより、例えば４５℃以上の領域の圧力の増加を抑制した制御圧力特性を得ることができる。図４のラインＢは、封入流体として第１の実施例の場合と同じＣＯ２とプロピレンの５０：５０の混合流体を同一の密度で用いて、スプリング２９を使わずに、ダイアフラムの面積比Ｓ１／Ｓ２を２．４５にしたタイプの制御圧力を示している。
【００３３】
次に、第２の実施例の圧力制御弁について説明する。この圧力制御弁は、封入流体の成分、及び第１のダイアフラム１５と第２のダイアフラム１７の面積比、及びスプリング２９の付勢力が第１の実施例の圧力制御弁と異なっている。封入流体は、ＣＯ２とＲ３２とを５０：５０の割合で混合したものである。この流体は、弁口１３が閉じた状態の密閉空間体積に対して１６５ｋｇ／ｍ3の密度で密閉空間１６に封入されている。この密度は、第１の実施例の場合と同様に、流体温度が４５℃以上の場合には圧力上昇を抑制することを狙って選択されている。そのため、封入流体の密度は、この流体のモリエル線図（図５）における４５℃の等温線と乾き飽和蒸気線との交点における値として選択されている。この密度の封入流体の温度と圧力は、気相領域においては１６５ｋｇ／ｍ3の等密度線に沿って変化し、気液２相領域においては、１．８４ｋＪ／ｋｇ・Ｋの等エントロピ線に沿って変化する。前記密度の流体の温度が２０℃〜７０℃のときの圧力の変化をグラフで示すと図６のラインＡのようになり、温度４５℃を境に傾きが小さくなることがわかる。なお、図６のラインＣは図３のラインＣと同じ従来の制御圧力の一例を示すものである。
【００３４】
図６のラインＢは第２の実施例の圧力制御弁の制御圧力を示すものであり、第２の実施例では、第１のダイアフラム１５の受圧面積Ｓ１を第２のダイアフラム１７の受圧面積Ｓ２の１．３倍にすると共にスプリング２９の発生する力を第２のダイアフラム１７での圧力換算で２．７ＭＰａにすることにより４５℃以下の領域において、制御圧力を従来の制御圧力（ラインＣ）に近づけた。温度が４５℃以上の場合には傾きが小さくなって圧力の増加は抑制され、例えば温度７０℃においては従来の制御圧力より１．５ＭＰａだけ低い値となる。
【００３５】
以上に述べた実施形態の圧力制御弁によると、圧力制御弁により制御される圧力特性に上限値が設けられる。上限値は、固定の圧力でもよい。上限値は、境界値までの圧力上昇率に対して、境界値以上では明確に上昇率が抑えられた傾斜特性によって与えられてもよい。かかる上限値をもつ圧力特性は、例えばＭＯＰ特性と呼ばれる。上述した圧力制御弁は、２枚のダイアフラムを用いた圧力変換機構あるいは増力機構を備えている。変位部材であるダイアフラムによって区画される感温室（密閉空間）には、温度に応じて圧力が変化する媒体が封入されている。媒体は、制御対象である冷凍サイクルの高圧冷媒の温度変化域において気液二相状態から気状態へ変化する。この状態遷移時に、温度−圧力特性に折れ線特性が得られる。媒体は、主媒体として例えば冷媒としてのＣＯ２を含むことができる。媒体には、主媒体によって与えられる制御特性を調整するための一種または複数種の副媒体を混合することができる。２枚のダイアフラムは、媒体によって得られる温度−圧力特性が、冷凍サイクルの高圧圧力と対抗し、その釣り合いによってダイアフラムが変位するように設定される。ダイアフラムの変位は、弁体を駆動し、冷凍サイクルの高圧圧力が調節される。圧力制御弁は、圧力変換機構の一方に、冷凍サイクルの高圧圧力を受けている。その一方で、圧力変換機構の他方に、媒体を封入した感温室が設けられる。感温室には、冷凍サイクルの高圧冷媒の温度が伝達されるように構成されている。ひとつの態様では、２つのダイアフラムをつなぐ短く太い棒状の部材によって、高圧冷媒の温度が感温室に伝達される。代替的に、感温室と隣接して冷凍サイクルの高圧冷媒を流す構成を採用することができる。圧力制御弁は、圧力変換機構としての２枚のダイアフラムを備えているから、感温室に封入された媒体の圧力が比較的低い圧力領域において変化するにもかかわらず、超臨界冷凍サイクルにおける高圧冷媒圧力と平衡して、この高圧冷媒圧力を制御することができる。
【００３６】
ところで、圧力制御弁は、ＣＯ２を冷媒として用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用が限定されるものではなく、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素等の超臨界域で使用する冷媒を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用することができる。また、アキュムレータ５及び／又は内部熱交換器６を廃止しても、前述の蒸気圧縮式冷凍サイクルを実現することができる。なお、アキュムレータ５を廃止した場合には、蒸発器４内に残存する冷媒が吸引されて、アキュムレータを有するＣＯ２サイクルと同様な作動を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による実施例の圧力制御弁の縦断面と冷凍サイクルの構成を示す図である。
【図２】第１の実施例の圧力制御弁に用いられる封入流体のモリエル線図である。
【図３】第１の実施例の圧力制御弁の温度に対する制御圧力を示す図である。
【図４】スプリングを使用しない本発明の圧力制御弁の温度に対する制御圧力を示す図である。
【図５】第２の実施例の圧力制御弁に用いられる封入流体のモリエル線図である。
【図６】第２の実施例の圧力制御弁の温度に対する制御圧力を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    コンプレッサ
２    放熱器
３    圧力制御弁
４    蒸発器
１３    弁口
１５    第１のダイアフラム
１６    密閉空間
１７    第２のダイアフラム
２２    弁体
２８    変位伝達部材
２９    スプリング
【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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