(57)【要約】【課題】密閉室の漏れ検査を迅速且つ確実に行うことができ、併せて最適制御により最大ＣＯＰで蒸気圧縮冷凍サイクル装置を稼働させる圧力制御弁を提供すること。【解決手段】弁体２０を開閉駆動するべローズ装置２１の密閉室２５に、ハロゲン系冷媒と窒素ガスとを封入する。【選択図】　　　図１
2004132561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉室と、前記密閉室内外の圧力差に応じて変位する変位部材とを有し、前記変位部材によって弁開度を制御する圧力制御弁において、
前記密閉室に、ハロゲン系冷媒と窒素ガスとが封入されている圧力制御弁。
【請求項２】
前記密閉室に封入されるハロゲン系冷媒が、複数種類のハロゲン系冷媒の混合冷媒である請求項１記載の圧力制御弁。
【請求項３】
装置使用冷媒が二酸化炭素である蒸気圧縮冷凍サイクル装置で使用する圧力制御弁である請求項１または２記載の圧力制御弁。
【請求項４】
前記変位部材は、内側に前記密閉室を画定するベローズ、ダイヤフラム等の圧力感応装置を含んでいる請求項１〜３の何れか１項記載の圧力制御弁。
【請求項５】
圧縮機と放熱器と蒸発器とを冷媒が順に循環し、超臨界域で運転される蒸気圧縮冷凍サイクル装置において、前記放熱器より前記蒸発器へ至る冷媒通路の途中に請求項１〜４の何れか１項記載の圧力制御弁が設けられ、当該圧力制御弁の密閉室の外側に放熱器出口側の冷媒圧力を及ぼされる蒸気圧縮冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蒸気圧縮冷凍サイクル装置において使用される圧力制御弁および蒸気圧縮冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二酸化炭素（ＣＯ２　）等の冷媒を超臨界域で使用する超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置では、放熱器出口側の冷媒温度（圧力）に応じて放熱器（ガスクーラ）−蒸発器間の冷媒通路の連通度を制御し、放熱器の出口側の冷媒の圧力制御を行う圧力制御弁が設けられる。
【０００３】
この種の圧力制御弁（蒸気圧縮冷凍サイクル装置用圧力制御弁）としては、所定密度で装置使用冷媒と同じ冷媒を封入されたダイヤフラム室あるいはベローズ内の密閉室の内圧と放熱器出口側の冷媒圧力を及ぼされる密閉室外の圧力との圧力差に応じて変位する変位部材によって弁開度を制御するもの（例えば、特許文献１参照）、更に、放熱器出口側の冷媒温度に感応するバイメタルや形状記憶合金製の感温部材によって密閉室の冷媒密度を補正するもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
圧力制御弁による放熱器−蒸発器間の冷媒通路の連通度制御により、放熱器出口側の冷媒の圧力・温度が温度−圧力線図で示される等密度線に従った最適制御線に沿うように制御され、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が大きくなる。
【０００５】
関連従来技術としては、バイパス膨張弁としての冷凍サイクル用インジェクションバルブの感温筒に、Ｒ１４２ｂ冷媒とＲ２２冷媒との混合物等による非共沸混合冷媒を封入し、混合する冷媒の種類、混合比によって非共沸混合冷媒の飽和蒸気圧特性を任意に設定できるようにしたもの（例えば、特許文献３参照）、温度式自動膨張弁の感温筒に、凝縮性ガスとしてＲ２２冷媒とＲ１２冷媒による混合冷媒を充填し、次いで窒素ガス等による非凝縮ガスを加圧封入したもの（例えば、特許文献４参照）がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２６４６２２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８０７２１公報
【特許文献３】
特許第２９２５８２７号公報
【特許文献４】
特公昭４７−１０１４８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧力制御弁では、密閉室に封入する冷媒が装置使用冷媒と同じ冷媒であることにより、温度−圧力線図で示される等密度線に従った最適制御特性に近似した制御特性が得られる。二酸化炭素冷媒による蒸気圧縮冷凍サイクル装置で使用される圧力制御弁では、密閉室に封入する冷媒は、装置使用冷媒と同じ冷媒として、ＣＯ２　あるいはＣＯ２　＋Ｎ２　が使用される。
【０００８】
しかし、ＣＯ２　やＮ２　は、ともに漏れ検知が困難で、密閉室の漏れ検査を簡便に行うことができない。この漏れ検査は、品質保証上、全数検査しなくしてならず、このため、製品出荷前に、製品を数日放置して性能変化がないことを確認する面倒な検査工程が必要になる。
【０００９】
この発明は、上述の如き課題を解決するためになされたものであり、密閉室の漏れ検査を迅速且つ確実に行うことができ、併せて最適制御により最大ＣＯＰで蒸気圧縮冷凍サイクル装置を稼働させる圧力制御弁および蒸気圧縮冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による圧力制御弁は、密閉室と、前記密閉室内外の圧力差に応じて変位する変位部材とを有し、前記変位部材によって弁開度を制御する圧力制御弁において、前記密閉室に、ハロゲン系冷媒と窒素ガスとが封入されている。
【００１１】
この発明による圧力制御弁によれば、密閉室の封入成分にハロゲン系冷媒が含まれるから、密閉室の漏れ検査を、市販のハロゲン漏れ検査装置によって、迅速且つ確実に行うことができる。また、密閉室に封入するハロゲン系冷媒の密度設定と窒素ガスの圧力設定の組合せにより、封入物質の温度−圧力特性を、装置使用冷媒が二酸化炭素である蒸気圧縮冷凍サイクル装置の最適制御のための特性により一層近似させることができる。
【００１２】
密閉室に封入するハロゲン系冷媒は、複数種類のハロゲン系冷媒の混合冷媒であってよく、この場合には、密閉室に封入するハロゲン系冷媒の密度設定、窒素ガスの圧力設定に加えてハロゲン系冷媒による混合冷媒の含有比率の設定により、封入物質の温度−圧力特性を蒸気圧縮冷凍サイクル装置の最適制御のための特性により一層近似させることができ、特性設定の自由度が増す。
【００１３】
この発明による圧力制御弁は、詳細構成として、前記変位部材が、内側に前記密閉室を画定するベローズ、ダイヤフラム等の圧力感応装置を含んでいる構造にすることができる。
【００１４】
また、上述の目的を達成するために、この発明による蒸気圧縮冷凍サイクル装置は、圧縮機と放熱器と蒸発器とを冷媒が順に循環し、超臨界域で運転される蒸気圧縮冷凍サイクル装置において、前記放熱器より前記蒸発器へ至る冷媒通路の途中に、上述の発明による圧力制御弁が設けられ、当該圧力制御弁の密閉室の外側に放熱器出口側の冷媒圧力を及ぼされる。
【００１５】
この発明による蒸気圧縮冷凍サイクル装置によれば、圧力制御弁は、密閉室の内圧と放熱器出口側の冷媒圧力との圧力差に応じて圧力制御弁が動作し、最適制御が行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
この発明による圧力制御弁の一つの実施形態を図１を参照して説明する。
【００１７】
圧力制御弁１０は弁ハウジング１１を有している。弁ハウジング１１には、蒸気圧縮冷凍サイクル装置での使用において放熱器出口側の冷媒配管を接続される入口ポート（高圧側ポート）１２と、蒸発器入口側の冷媒配管を接続される出口ポート１３と、入口ポート１２に直接連通するベローズ室１４と、内部通路１５によってベローズ室１４連通した弁室１６とが形成されている。
【００１８】
弁ハウジング１１には、弁ポート１７、弁座部１８を画定する弁座部材１９が取り付けられている。弁ポート１７は弁室１６と出口ポート１３とを連通させている。弁室１６には弁座部１８に着座・離間して弁ポート１７を開閉する弁体２０が設けられている。
【００１９】
ベローズ室１４にはベローズ装置２１が設けられている。ベローズ装置２１は、固定端となる上部エンド部材２２と、ベローズ本体２３と、自由端となる下部エンド部材２４との密閉連結体を含み、内側に密閉室２５を画定している。ベローズ装置２１は、密閉室２５の内圧と、密閉室２５の外側の圧力、すなわち、ベローズ室１４の圧力との圧力差によって軸線方向（図１にて上下方向）に伸縮する。
【００２０】
上部エンド部材２２は弁ハウジング１１に固定された蓋部材２６に当接してベローズ伸長方向の変位を拘束されている。下部エンド部材２４にはねじ部２７によって弁体２０が固定連結されている。下部エンド部材２４はベローズ装置２１の伸縮によって弁リフト方向（軸線方向）に変位し、下部エンド部材２４に連結された弁体２０は、ベローズ装置２１の伸縮によって開閉移動し、弁開度を定量的に制御する。
【００２１】
上部エンド部材１９にはベローズ内部の密閉室２５にガスを封入するための封入管２８が設けられている。
【００２２】
この実施形態では、弁ハウジング１１の下部に、弁ハウジング１１に形成された内部通路２９、逃がし弁ポート３０及び弁座部３１を画定する弁座部材３２、反転ばねによる逃がし弁体３３、ストッパ部材３４、エレメント押さえ部材３５による逃がし弁構造が上述の圧力制御弁構造に並列に組み込まれている。
【００２３】
密閉室２５には、少なくとも１種類のハロゲン系冷媒と窒素ガスとが封入されている。この封入物質の組合せには、Ｒ２３＋Ｎ２　、Ｒ２３＋Ｒ１３４ａ＋Ｎ２　、Ｒ２３＋Ｒ１４＋Ｎ２　、Ｒ２３＋Ｒ３２＋Ｎ２　、Ｒ２３＋Ｒ１２５＋Ｎ２　、Ｒ２３＋Ｒ２１８＋Ｎ２　等がある。
【００２４】
上述したような封入物質の組合せにおいて、Ｒ２３、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ３２、Ｒ１２５は、ハロゲン系冷媒であり、Ｒ２３冷媒の封入密度設定、Ｒ２３冷媒とＲ１３４ａ冷媒のような２種類のハロゲン系冷媒の種類、含有比率の設定、Ｎ２　ガスの封入圧力の設定の組合せによって、封入物質の温度−圧力特性を最適制御のための指定特性に近似させることができる。
【００２５】
例えば、Ｒ２３冷媒の封入密度は、図２に示されているように、温度−圧力線図において、変曲点Ｐより高温側の等密度線の傾きを決める。この封入密度によって傾きが変わるから、目標とする傾きを得るＲ２３冷媒の封入密度が設定されればよい。
【００２６】
図２において、線ＡはＣＯ２　・７５０ｋｇ／ｍ３　、線ＢはＲ２３・８００ｋｇ／ｍ３　、線ＣはＲ２３・８５０ｋｇ／ｍ３　、線ＤはＲ２３・９００ｋｇ／ｍ３　、線ＥはＲ２３・９５０ｋｇ／ｍ３　の各々の等密度線を示している。目標値をＣＯ２　・７５０ｋｇ／ｍ３　に近似させる場合、Ｒ２３冷媒の封入密度は９５０ｋｇ／ｍ３　となる。
【００２７】
例えば、Ｒ２３冷媒とＲ１３４ａ冷媒との含有比率は、図３に示されているように、温度−圧力線図において、等密度線の変曲点温度を決める。この含有比率によって変曲点温度が変わるから、目標とする変曲点温度を得る含有比率が設定されればよい。
【００２８】
図３において、線ＡはＣＯ２　・７５０ｋｇ／ｍ３　、線ＦはＲ２３（１００％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（０％）・９５０ｋｇ／ｍ３　、線ＧはＲ２３（９５％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（５％）・９５０ｋｇ／ｍ３　、線ＨはＲ２３（９０％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（１０％）・９５０ｋｇ／ｍ３　、線ＩはＲ２３（８５％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（１５％）・９５０ｋｇ／ｍ３　、線ＪはＲ２３（８０％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（２０％）・９５０ｋｇ／ｍ３　、線ＫはＲ２３（７５％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（２５％）・９５０ｋｇ／ｍ３　の各々の等密度線を示している。目標値をＣＯ２　・７５０ｋｇ／ｍ３　に近似させる場合、Ｒ２３冷媒とＲ１３４ａ冷媒との含有比率はＲ２３冷媒の封入密度は、Ｒ２３（８５％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（１５％）となる。ここでは、ＣＯ２　・７５０ｋｇ／ｍ３　に近似させているが、この方法によりシステム上の最適特性を得ることが可能となる。
【００２９】
変曲点の温度、圧力は、２種類のハロゲン系冷媒により決まる。Ｎ２　ガスの封入圧力は、目標温度−圧力線図の全般に近似するように決められる。
【００３０】
図４において、線ＡはＣＯ２　・７５０ｋｇ／ｍ３　、線Ａ’はＣＯ２　・７５０ｋｇ／ｍ３　＋Ｎ２　・１ＭＰａ、線ＬはＲ２３（８５％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（１５％）・９５０ｋｇ＋Ｎ２　・３ＭＰａ、線ＭはＲ２３（８５％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（１５％）・９５０ｋｇ＋Ｎ２　・２ＭＰａ、線ＮはＲ２３（８５％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（１５％）・９５０ｋｇ＋Ｎ２　・１ＭＰａ、線ＯはＲ２３（８５％）＋Ｒ１３４ａ冷媒（１５％）・９５０ｋｇ＋Ｎ２　・０ＭＰａの各々の等密度線を示している。目標値をＣＯ２　・７５０ｋｇ／ｍ３　に近似させる場合、Ｎ２　ガスの封入圧力は、２ＭＰａとなる。
【００３１】
また、ＣＯ２　冷媒システムにおける最適制御線を図５の線Ｑで示されているように、２０℃，６．５ＭＰａと４０℃，１１．５ＭＰａを結ぶ線分である場合には、密閉室２５の封入物質がＣＯ２　では、図５の等密度線Ａ１（ＣＯ２　・７００ｋｇ／ｍ３　）、等密度線Ａ２（ＣＯ２　・８００ｋｇ／ｍ３　）で示されているように、変曲点Ｐより高温側の等密度線の傾きを最適制御線Ｑの傾きに合致させることができない。
【００３２】
この場合、図５の等密度線Ｒで示されているように、Ｒ２３冷媒の封入密度を８２０ｋｇ／ｍ３　とすることにより、封入物質の変曲点Ｐより高温側の等密度線の傾きを最適制御線Ｑの傾きに合致させることができる。
【００３３】
密閉室２５の封入物質の変曲点温度を最適制御線Ｑの変曲点温度に合致させるために、異種ハロゲン系冷媒の種類、含有比率を選定する。図６において、線ＳはＲ２３（１００％）＋Ｒ１４冷媒（０％）・８２０ｋｇ／ｍ３　、線ＴはＲ２３（９０％）＋Ｒ１４冷媒（１０％）・８２０ｋｇ／ｍ３　、線ＵはＲ２３（８５％）＋Ｒ１４冷媒（１５％）・８２０ｋｇ／ｍ３　の各々の等密度線を示している。封入物質の等密度線を最適制御線Ｑに近似させる場合、異種ハロゲン系冷媒の種類、含有比率は、Ｒ２３（８５％）＋Ｒ１４冷媒（１５％）を選定される。
【００３４】
密閉室２５の封入物質の圧力全般を最適制御線Ｑの圧力全般に合致させるために、Ｎ２　ガスの封入圧力を選定する。図７において、線ＵはＲ２３（８５％）＋Ｒ１４冷媒（１５％）・８２０ｋｇ／ｍ３　、線ＶはＲ２３（８５％）＋Ｒ１４冷媒（１５％）・８２０ｋｇ／ｍ３　＋Ｎ２　・０．２ＭＰａの各々の等密度線を示している。封入物質の等密度線を最適制御線Ｑに近似させる場合、Ｎ２　ガスの封入圧力は、０．２ＭＰａとなる。
【００３５】
上述したように、Ｒ２３冷媒のようなハロゲン系冷媒の封入密度設定、Ｒ２３冷媒とＲ１３４ａ冷媒のような２種類のハロゲン系冷媒の種類、含有比率の設定、Ｎ２　ガスの封入圧力の設定の組合せによって、封入物質の温度−圧力特性を高い自由度をもって最適制御のための各種の指定特性に近似させることができる。
【００３６】
密閉室２５の封入物質は、何れの場合も、Ｒ２３冷媒やＲ１３４ａ冷媒のように、ハロゲン系冷媒を含んでいるから、密閉室２５の漏れ検査を、市販のハロゲン漏れ検査装置によって、迅速且つ確実に行うことができる。
【００３７】
尚、密閉室内外の圧力差に応じて変位する変位部材を構成し内側に密閉室を画定する構成は、本実施形態のようにベローズ装置２１であってもよいが、ベローズ室１４を入口ポート１２に直接連通する領域と封入管２８に直接連通する領域とに区画するダイヤフラムに代えてもよい。
【００３８】
図８はこの発明による蒸気圧縮冷凍サイクル装置の一つの実施形態を示している。蒸気圧縮冷凍サイクル装置は、圧縮機１と、放熱器（ガスクーラ）２と、蒸発器３とを有し、これらが冷媒配管４、５、６より閉ループ状に連通接続され、この閉ループを二酸化炭素による冷媒が循環する。
【００３９】
放熱器２より蒸発器３へ至る冷媒通路５の途中に、図１に示されているこの発明による圧力制御弁１０が設けられている。圧力制御弁１０は、密閉室２５の内圧と放熱器出口側の冷媒圧力との圧力差に応じて放熱器２−蒸発器３間の冷媒通路５の連通度を制御し、放熱器２の出口側の冷媒の圧力制御を行う。
【００４０】
圧力制御弁１０の密閉室２５に封入するハロゲン系冷媒の封入密度、２種類のハロゲン系冷媒の種類、含有比率、Ｎ２　ガスの封入圧力によって、密閉室２５の封入物質の温度−圧力特性（等密度線）が最適制御のための指定特性に近似していることにより、最適制御が行われ、超臨界域を含む蒸気圧縮冷凍サイクル装置が最大ＣＯＰで稼働することになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による圧力制御弁によれば、密閉室の封入成分にハロゲン系冷媒が含まれるから、密閉室の漏れ検査を、市販のハロゲン漏れ検査装置によって、迅速且つ確実に行うことができ、また、密閉室に封入するハロゲン系冷媒の密度設定と窒素ガスの圧力設定の組合せにより、封入物質の温度−圧力特性を、装置使用冷媒が二酸化炭素である蒸気圧縮冷凍サイクル装置の最適制御のための特性に近似させることができ、超臨界域を含む蒸気圧縮冷凍サイクル装置を最大ＣＯＰで稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による圧力制御弁の一つの実施形態を示す断面図である。
【図２】ＣＯ２　冷媒と密閉室封入物質の密度変化による等密度特性の変化を示す温度−圧力線図である。
【図３】ＣＯ２　冷媒と密閉室封入物質の含有比率変化による等密度特性の変化を示す温度−圧力線図である。
【図４】ＣＯ２　冷媒と密閉室封入物質の封入圧力変化による等密度特性の変化を示す温度−圧力線図である。
【図５】最適制御線と密閉室封入物質の密度変化による等密度特性の変化を示す温度−圧力線図である。
【図６】最適制御線と密閉室封入物質の含有比率変化による等密度特性の変化を示す温度−圧力線図である。
【図７】最適制御線と密閉室封入物質の封入圧力変化による等密度特性の変化を示す温度−圧力線図である。
【図８】この発明による圧力制御弁が適用される蒸気圧縮冷凍サイクル装置用の一つの実施の形態を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１　圧縮機
２　放熱器
３　蒸発器
１０　圧力制御弁
１１　弁ハウジング
１４　ベローズ室
１９　弁座部材
２０　弁体
２１　ベローズ装置（圧力感応装置）
２５　密閉室
【図１】
2004132561.tif 000003
【図２】
2004132561.tif 000004
【図３】
2004132561.tif 000005
【図４】
2004132561.tif 000006
【図５】
2004132561.tif 000007
【図６】
2004132561.tif 000008
【図７】
2004132561.tif 000009
【図８】
2004132561.tif 000010