(57)【要約】【課題】  冷媒が超臨界状態に亘り状態変化しても高圧側圧力の変動が抑制され、安定に動作する超臨界冷凍サイクルを提供することにある。【解決手段】  超臨界冷凍サイクルは超臨界状態にまで亘る状態変化を伴いながら冷媒が循環する循環流路２と、循環流路２に冷媒の流れ方向でみて順次介挿された圧縮機、放熱器、膨張器１０及び蒸発器１２と、放熱器と膨張器１０との間を繋ぐ循環流路２の高圧流域２ａでの冷媒の圧力上昇を抑制可能な圧力上昇抑制装置１６とを備える。圧力上昇抑制装置１６は、高圧流域２ａから冷媒を受入れ可能なリザーブタンク２２と高圧流域２ａでの冷媒の圧力がその締切圧を超えたとき、高圧流域２ａからリザーブタンク２２への冷媒の流れを許容する開閉弁２３とを具備する。【選択図】      図２
2007017126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が超臨界状態にまで亘る状態変化を伴いながら循環する循環流路と、
前記循環流路に前記冷媒の流れ方向でみて順次介挿された圧縮機、放熱器、膨張器及び蒸発器と、
前記放熱器と前記膨張器との間を繋ぐ前記循環流路の高圧流域での前記冷媒の圧力上昇を抑制可能な圧力上昇抑制装置と
を備えた超臨界冷凍サイクルであって、
前記圧力上昇抑制装置は、
前記高圧流域から前記冷媒を受入れ可能なリザーブタンクと
前記高圧流域での前記冷媒の圧力がその締切圧を超えたとき、前記高圧流域から前記リザーブタンクへの前記冷媒の流れを許容する開閉弁と
を具備したことを特徴とする超臨界冷凍サイクル。
【請求項２】
前記開閉弁は、
前記高圧流域と前記リザーブタンクとの間を連通する弁孔と、
前記高圧流域に臨む受圧面及び前記弁孔を開閉するシール面を有した弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段と
を有し、
前記圧力上昇抑制装置は、前記高圧流域と前記リザーブタンクとの間を連通し、前記弁孔よりも小さな流路断面積を有した連通路を更に具備することを特徴とする請求項１記載の超臨界冷凍サイクル。
【請求項３】
前記開閉弁は、前記高圧流域の前記冷媒が超臨界状態にあるとき、前記弁体を開弁方向に付勢する第２付勢手段を更に有することを特徴とする請求項２記載の超臨界冷凍サイクル。
【請求項４】
前記第２付勢手段は、超臨界状態の前記冷媒の圧力を受けて収縮するベローズであることを特徴とする請求項３記載の超臨界冷凍サイクル。
【請求項５】
前記第２付勢手段は、超臨界状態の前記冷媒の圧力を受けて弾性変形するダイヤフラムであることを特徴とする請求項４記載の超臨界冷凍サイクル。
【請求項６】
前記圧力上昇抑制装置は、
前記膨張弁よりも下流の前記循環流路の低圧流域と前記リザーブタンクとの間を連通する放出路と、
前記放出路に介挿され、前記リザーブタンクの圧力が上限値を超えたとき、前記リザーブタンクから前記低圧流域に向かう方向でのみ前記冷媒の流れを許容する逆止弁と
を更に具備することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の超臨界冷凍サイクル。
【請求項７】
前記膨張器は一定の開度を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の超臨界冷凍サイクル。
【請求項８】
前記膨張器は前記圧力上昇抑制装置と一体であることを特徴とする請求項７記載の超臨界冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界状態に亘る状態変化を伴いながら冷媒が循環する超臨界冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境への配慮から、地球温暖化係数の小さな値を有する冷媒を用いた冷凍サイクルの開発が進められている。この種の冷媒の一例としては自然系のＣＯ２（炭酸）ガスがある。ＣＯ２ガスを用いた冷凍サイクルは、ＣＯ２ガスが超臨界状態に亘る状態変化を伴いながらその循環流路を循環することから、超臨界冷凍サイクルとも称される。
例えば、特許文献１が開示する超臨界冷凍サイクルでは、ＣＯ２ガスの循環流路に、圧縮機、放熱器、内部熱交換器、膨張弁、蒸発器及びアキュムレータが順次介挿されている。その上、この超臨界冷凍サイクルでは、その成績係数の低下を防止すべく、膨張弁の入口側における冷媒の温度及び圧力を検出し、検出した温度から目標圧力を算出し、そして、検出した圧力と目標圧力とが一致するように膨張弁の弁開度が調整されている。
【特許文献１】特開2001-66003号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した特許文献１の超臨界冷凍サイクルにおいて、放熱器と膨張弁との間を繋ぐ循環流路の高圧流域を液状態の冷媒が流れている場合、例えば放熱器の放熱能力が一時的に減少して高圧流域での冷媒圧力が増大方向に突如変動すると、液状態の冷媒自身の流れにより高圧流域にて圧縮され、高圧流域で冷媒圧力（高圧側圧力）が急上昇する。かかる高圧側圧力の急上昇は、膨張弁の弁開度の調整が間に合わないため十分に抑制することができず、冷凍サイクル全体の動作を不安定にする。また、可変容量式の圧縮機を用いている超臨界冷凍サイクルにあっても、高圧側圧力の急上昇に伴って吐出容量が突発的に減少するようになり、やはり冷凍サイクル全体が不安定になる。
【０００４】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、冷媒が超臨界状態に亘り状態変化しても高圧側圧力の変動が抑制され、安定に動作する超臨界冷凍サイクルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく、本発明によれば、冷媒が超臨界状態にまで亘る状態変化を伴いながら循環する循環流路と、前記循環流路に前記冷媒の流れ方向でみて順次介挿された圧縮機、放熱器、膨張器及び蒸発器と、前記放熱器と前記膨張器との間を繋ぐ前記循環流路の高圧流域での前記冷媒の圧力上昇を抑制可能な圧力上昇抑制装置とを備えた超臨界冷凍サイクルであって、前記圧力上昇抑制装置は、前記高圧流域から前記冷媒を受入れ可能なリザーブタンクと前記高圧流域での前記冷媒の圧力がその締切圧を超えたとき、前記高圧流域から前記リザーブタンクへの前記冷媒の流れを許容する開閉弁とを具備したことを特徴とする超臨界冷凍サイクルが提供される（請求項１）。
【０００６】
好適な態様として、前記開閉弁は、前記高圧流域と前記リザーブタンクとの間を連通する弁孔と、前記高圧流域に臨む受圧面及び前記弁孔を開閉するシール面を有した弁体と、前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段とを有し、前記圧力上昇抑制装置は、前記高圧流域と前記リザーブタンクとの間を連通し、前記弁孔よりも小さな流路断面積を有した連通路を更に具備する（請求項２）。
【０００７】
好適な態様として、前記開閉弁は、前記高圧流域の前記冷媒が超臨界状態にあるとき、前記弁体を開弁方向に付勢する第２付勢手段を更に有する（請求項３）。
好適な態様として、前記第２付勢手段は、超臨界状態の前記冷媒の圧力を受けて収縮するベローズである（請求項４）。
好適な態様として、前記第２付勢手段は、超臨界状態の前記冷媒の圧力を受けて弾性変形するダイヤフラムである（請求項５）。
【０００８】
好適な態様として、前記圧力上昇抑制装置は、前記膨張弁よりも下流の前記循環流路の低圧流域と前記リザーブタンクとの間を連通する連通路と、前記連通路に介挿され、前記リザーブタンクの圧力が上限値を超えたとき、前記リザーブタンクから前記低圧流域に向かう方向でのみ前記冷媒の流れを許容する逆止弁とを更に具備する（請求項６）。
好適な態様として、前記膨張器は一定の開度を有する（請求項７）。
【０００９】
好適な態様として、前記膨張器は前記圧力上昇抑制装置と一体である（請求項８）。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る本発明の超臨界冷凍サイクルは圧力上昇抑制装置を具備し、この圧力上昇抑制装置によれば、高圧流域の圧力が開閉弁の締切圧を超えたとき開閉弁が開作動し、高圧流域からリザーブタンクへ冷媒が流出する。従って、この超臨界冷凍サイクルでは、液状態の冷媒が高圧流域を流れているときに高圧流域の冷媒圧力が増大方向に突如変化し、高圧流域にて液状態の冷媒が自身の流れにより圧縮されたとしても、高圧流域の圧力が開閉弁の締切圧に打ち勝つと高圧流域から液状態の冷媒がリザーブタンクに流出するため、高圧流域での急激な圧力上昇が抑制される。この結果、この超臨界冷凍サイクルでは、高圧流域での圧力変動が抑制され、サイクル全体の動作が安定する。
【００１１】
請求項２の超臨界冷凍サイクルの圧力上昇抑制装置によれば、連通路を介して、リザーブタンクの圧力が高圧流域の圧力に徐々に追従する。このため、この超臨界冷凍サイクルでは、高圧流域の圧力が緩やかに変動しているときには、弁体の受圧面に加わる圧力は、リザーブタンクの圧力により相殺され、開閉弁が誤って開作動することはなく、サイクル全体の動作がより安定になる。また、この連通路を介して、リザーブタンクに流入した冷媒が高圧流域に還流されるので、リザーブタンクは繰り返し冷媒を受入れることができ、サイクル全体の動作が確実に安定する。
【００１２】
請求項３の超臨界冷凍サイクルの圧力上昇抑制装置によれば、高圧流域の冷媒が超臨界状態にあるときにも開閉弁は第２付勢手段を介して開作動し、リザーブタンクに流入した冷媒が弁孔を介して高圧流域に還流される。このため、この超臨界冷凍サイクルでは、リザーブタンクが繰り返し冷媒を受入れることができ、サイクル全体の動作が確実に安定する。
【００１３】
請求項４の超臨界冷凍サイクルの圧力上昇抑制装置では、開閉弁の第２付勢手段が、超臨界状態の冷媒の圧力を受けて収縮するベローズであることで、簡単な構成にてサイクル全体の動作を安定させることができる。
請求項５の超臨界冷凍サイクルの圧力上昇抑制装置では、開閉弁の第２付勢手段が、超臨界状態の冷媒の圧力を受けて弾性変形するダイヤフラムであることで、簡単な構成にてサイクル全体の動作を安定させることができる。
【００１４】
請求項６の超臨界冷凍サイクルの圧力上昇抑制装置によれば、リザーブタンクの圧力が上限値を超えたとき、放出路及び逆止弁を介してリザーブタンク内の冷媒が循環流路の低圧流域に放出される。つまり、この圧力上昇抑制装置は、高圧流域での急速な圧力上昇を抑制するのみならず、高圧流域の圧力を上限値以下に制限する圧力リミッタとしての機能をも有する。このため、この超臨界冷凍サイクルでは、サイクル全体の動作が安定になるとともに、その安全性も確保される。
【００１５】
請求項７の超臨界冷凍サイクルにおいては、膨張器が一定の開度を有し、高圧流域で液状態の冷媒が圧縮され易いが、圧力上昇抑制装置により高圧流域での急速な圧力上昇が抑制される。このため、この超臨界冷凍サイクルは、簡単な構成の膨張器を用いているにも拘わらず、サイクル全体の動作が安定する。
請求項８の超臨界冷凍サイクルにおいては、膨張器が圧力上昇抑制装置と一体であることから、サイクルの構成がより簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、一実施例の超臨界冷凍サイクルを示しており、この冷凍サイクルは、例えば車両用空調装置、冷蔵庫及び冷凍庫等に適用される。
冷凍サイクルは、自然系冷媒であるＣＯ２冷媒（以下、単に冷媒と称す）を循環させる循環流路２を有し、冷媒が循環流路２を循環する間に、冷媒の状態は超臨界状態にまで亘り変化する。
【００１７】
より詳しくは、循環流路２には、冷媒の流れ方向でみて、圧縮機４、放熱器６、熱交換器８の高温側流路８ａ、膨張器１０、蒸発器１２、アキュムレータ１４及び熱交換器８の低温側流路８ｂが順次介挿されている。
また、この冷凍サイクルでは、放熱器６の出口側と膨張器１０の入口側とを繋ぐ循環流路２の流域（以下、高圧流域といい、符号２ａを付す。）に、高圧流域２ａにおける冷媒の急速な圧力上昇を抑制する圧力上昇抑制装置１６を有する。
【００１８】
より詳しくは、図２（ａ）,（ｂ）は、膨張器１０としてのオリフィスチューブとともに圧力上昇抑制装置１６を示しており、圧力上昇抑制装置１６は、高圧流域２ａの一部を形成する水平な管部１８を有する。管部１８の上方には本体ブロック２０が設けられており、本体ブロック２０には、冷媒を受入れるためのリザーブタンクとして、中空部２２が形成されている。
【００１９】
また、圧力上昇抑制装置１６は、本体ブロック２０に内蔵された開閉弁２３を有する。開閉弁２３の弁孔２４は、中空部２２と管部１８の内側との間を垂直に連通し、弁孔２４の下端は、管部１８の内周面の上部に開口している。弁孔２４の上端は、中空部２２の底壁にて開口し、開口の周縁部は弁座として形成されている。
この弁座に対して上方から座る弁体２６は、弁座と協働して弁孔２４を閉塞する環状のシール面２８と、シール面２８の内側に位置した円形の受圧面３０とを有する。受圧面３０の外径は弁孔２４の内径に略等しく、弁体２６が弁座に座っているとき、受圧面３０は管部１８の内周面と略面一に位置付けられる。
【００２０】
弁体２６の背面と中空部２２の天井壁との間には圧縮コイルばね３２が介装され、圧縮コイルばね３２は、所定の付勢力により弁体２６を弁座に向けて付勢する。なお、弁体２６の背面には円筒状のガイド部３４が一体に形成され、圧縮コイルばね３２はガイド部３４の外周面に嵌合している。
また、本体ブロック２０には、中空部２２と管部１８の内側との間を連通する連通路３６が設けられ、連通路３６の流路断面積は、管部１８の流路断面積や弁孔２４の流路断面積よりも十分に小さい。
【００２１】
より詳しくは、連通路３６は、縦孔と横孔とからなり、縦孔の下端は、管部１８の内周面の上部に開口している。縦孔の上端には横孔の一端が連なり、そして、横孔の他端が、中空部２２の内周壁に開口している。
以下、図３のモリエル線図を参照して、上述した超臨界冷凍サイクルの動作について説明する。
【００２２】
この冷凍サイクルでは、圧縮機４が例えばエンジンやモータ等の駆動源から動力供給を受けて作動すると、圧縮機４は、図３中、点Ａにて示される低温低圧のガス冷媒を循環流路２の復路から吸入して圧縮し、点Ｂにて示される高温高圧の超臨界状態の冷媒を循環流路２の往路に吐出する。吐出された超臨界状態の冷媒（点Ｂ）は、放熱器６及び熱交換器８の高温側流路８ａを順次通過する際に冷却され温度が低下する。温度が低下した冷媒の状態は点Ｃにて示されるが、図３中、点Ｃは臨界温度の等温線Ｔｃよりも上にあることから、温度が低下した冷媒（点Ｃ）もまだ超臨界状態にある。そして、超臨界状態の冷媒（点Ｃ）は、膨張器１０を通過する際に膨張し、その温度及び圧力が低下し、点Ｄにて示される気液混合状態になる。気液混合状態の冷媒（点Ｄ）が蒸発器１２に流入すると、気液混合状態の冷媒（点Ｄ）のうち液冷媒が蒸発器１２内で気化し、蒸発器１２からは主にガス冷媒が流出する。蒸発器１２から流出した冷媒は、アキュムレータ１４を経た後、熱交換器８の低温側流路８ｂを通過する際に高温側流路８ａの冷媒を冷却して過熱され、点Ａにて示した状態になり、そして、圧縮機４に吸入される。
【００２３】
なお、放熱器６及び蒸発器１２のそれぞれ近傍には、これら放熱器６及び蒸発器１２の外側を通過する風を形成する放熱ファン及び冷房ファン（図示せず）がそれぞれ配置され、放熱器６が送風を受けることで、放熱器６を通過する冷媒が冷却される。また、蒸発器１２を通過する送風は、蒸発器１２内の液冷媒により気化熱を奪われて冷風になり、この冷風が車室や冷蔵庫内に吹出すことで、車室や冷蔵庫等が冷房される。
【００２４】
そして、冷媒が循環流路２を循環している間、圧力上昇抑制装置１６は以下のように動作する。
まず、冷媒が、図３の四角形ＡＢＣＤにて表される状態変化を定常的に繰り返しているとき、圧力上昇抑制装置１６は図２（ａ）に示した休止状態にあり、その開閉弁２３は閉作動している。
【００２５】
より詳しくは、この休止状態のとき、超臨界状態の冷媒（点Ｃ）が管部１８を流れており、弁体２６の受圧面３０には、超臨界状態の冷媒（点Ｃ）から開弁方向の圧力が加わる。また、このとき、弁体２６には中空部２２内の冷媒によって閉弁方向に圧力が加えられるとともに、圧縮コイルばね３２によっても閉弁方向に付勢力が加えられる。ここで、中空部２２の圧力は連通路３６を介して徐々に管部１８の圧力に等しくなるので、中空部２２の圧力と管部１８の圧力とが相殺し、開閉弁２３の締切圧は、圧縮コイルばね３２の付勢力に略等しくなる。
【００２６】
そして、循環する冷媒の状態変化が、四角形ＡＢＣＤにて表される態様から、当該態様とは若干異なる態様に緩やかに移行したとしても、中空部２２の圧力が連通路３６を介して管部１８の圧力に追従している限り、圧縮コイルばね３２の付勢力をその締切圧として、開閉弁２３が開作動することはない。
一方、図２（ｂ）は作動状態の圧力上昇抑制装置１６、つまり、開作動した開閉弁２３を示している。開閉弁２３は、上述したように中空部２２の圧力が連通路３６を介して管部１８の圧力に追従している限り開作動することはないが、管部１８が液冷媒で徐々に満たされた後、高圧流域２ａの冷媒が自身の流れにより圧縮されると開作動する。
【００２７】
すなわち、高圧流域２ａの冷媒が自身の流れにより圧縮されると、受圧面３０に対して液冷媒から加わる圧力が急速に上昇する。このとき、連通路３６の流路断面積は、管部１８及び弁孔２４の流路断面積よりも十分に小さいことから、中空部２２の圧力は管部１８の圧力上昇に追従することができず、管部１８の圧力上昇分が圧縮コイルばね３２の付勢力に打ち勝つと、開閉弁２３が開作動する。
【００２８】
開閉弁２３が開作動すると、弁孔２４を通じて液冷媒が中空部２２に流入するので、管部１８すなわち高圧流域２ａでの急激な圧力上昇が抑制される。この結果、この超臨界冷凍サイクルによれば高圧流域２ａでの圧力変動が抑制され、サイクル全体の動作が安定に保たれる。
この後、中空部２２内の冷媒は、高圧流域２ａの圧力が安定している間に、連通路３６を介して高圧流域２ａに還流されるので、中空部２２は繰り返し冷媒を受け入れることができる。つまり、圧力上昇抑制装置１６は繰り返し圧力変動を抑制することができる。
【００２９】
なお、開閉弁２３が開作動する条件は一概には言えないが、例えば、図３の四角形ＥＦＧＨで表される状態変化を冷媒が繰り返しているとき、管部１８は液冷媒（点Ｇ）で満たされ、この状態下で、例えば放熱ファンの風量が減少して放熱器６での放熱量が減少すると、高圧流域２ａで液冷媒が圧縮され、開閉弁２３が開作動する。つまり、高圧流域２ａでの冷媒の温度及び圧力が臨界温度（３１.１℃）及び臨界圧力（７.３ＭＰａ）をそれぞれ下回っているときに、高圧流域２ａの圧力が上昇し易くなり、この結果、開閉弁２３が開作動し易くなる。
【００３０】
また、超臨界冷凍サイクルが、ＣＯ２冷媒を用いた場合に特有な条件、つまり、膨張器１０の入口での冷媒の状態が、超臨界状態（点Ｃ）と液状態（点Ｇ）との間を等温線Ｔｃを跨いで行き来するような条件で作動しているときにも（図３参照）、冷凍サイクルの動作が不安定になり、圧力上昇抑制装置１６の開閉弁２３は開作動し易くなる。
本発明は上述した一実施例に限定されることはなく、種々変形が可能である。
【００３１】
例えば、一実施例の超臨界冷凍サイクルでは、冷媒としてＣＯ２ガスを用いたけれども、他の冷媒を用いてもよい。ただし、ＣＯ２ガスは、地球環境に優しく且つ安全であることから、ＣＯ２ガスを用いるのが好ましい。
また、一実施例の超臨界冷凍サイクルからは、図４に示したように、熱交換器８やアキュムレータ１４を省略してもよい。また、膨張器１０としては、開度一定のオリフィスチューブではなく、開度が可変の膨張器を用いてもよい。ただし、開度一定のオリフィスチューブを用いれば、冷凍サイクルの構成を簡単にすることができる。
【００３２】
更に、圧力上昇抑制装置１６のリザーブタンク２２の容積は特に限定されることはなく、図５に示したようにリザーブタンク２２の容積を大きくすれば、圧力上昇を一層抑制することができる。なお、一実施例の超臨界冷凍サイクルを車両用空調装置の冷凍回路に適用した場合、開閉弁２３の体積を除いたリザーブタンク２２の容積は、放熱器６の容積の半分以下であるのが好ましい。
【００３３】
図６は、変形例の圧力上昇抑制装置３８を示しており、この圧力上昇抑制装置３８では、管部１８側の連通路４０の端部が、管部１８の内周面の底部に開口している。この圧力上昇抑制装置３８を用いた場合、液冷媒が管部１８を少量でも流れると、管部１８側の連通路４０の端部が液冷媒によって早期に閉塞される。従って、この場合、管部１８の圧力が更に低下しても中空部２２の圧力が追従せず、圧力上昇抑制装置１６を用いた場合に比べて、圧縮コイルばね３２の付勢力が両装置１６,３８で同じであると仮定すると、開閉弁２３の締切圧が相対的に増大する。すなわち、この圧力上昇抑制装置３８を用いた場合、開閉弁２３が開作動し難い。
【００３４】
図７は、圧力上昇抑制装置３８を上下逆にして高圧域２ａに取付けた場合を示している。この場合、弁孔２４が管部１８の内周面の底部に開口していることから、弁孔２４が管部１８の内周面の上部に開口している場合に比べ、開閉弁２３が開作動したときに、管部１８からリザーブタンク２２に向けてより多くの液冷媒が流出し、管部１８の圧力を十分に低下させることができる。
【００３５】
図８は、変形例の圧力上昇抑制装置４２を示しており、この圧力上昇抑制装置４２では、弁孔２４の開口よりも下流に位置して管部１８に膨張器としてのオリフィス部４６が一体に形成されている。従って、この圧力上昇抑制装置４２を用いた場合、別体の膨張器１０が不要になって冷凍サイクルの構成がより簡単になるのみならず、その組立てが容易になって製造コストも削減される。
【００３６】
図９は、変形例の圧力上昇抑制装置４８を示しており、この圧力上昇抑制装置４８は、本体ブロック２０に放出孔４９を有し、放出孔４９の内端は中空部２２の内周壁に開口している。放出孔４９の他端は放出路５０を介して、蒸発器１０よりも下流の循環流路２の低圧流域と接続され、放出路５０には逆止弁５２が介挿されている。逆止弁５２は中空部２２の圧力が上限値、例えば１３ＭＰａを超えたときに開弁し、中空部２２から低圧流域に向かう方向でのみ冷媒の流れを許容する。
【００３７】
つまり、この圧力上昇抑制装置４８は、高圧流域２ａでの急速な圧力上昇を抑制するのみならず、高圧流域２ａの圧力を上限値以下に制限する圧力リミッタとしての機能をも有する。従って、この圧力上昇抑制装置４８を用いた場合、冷凍サイクル全体の動作が安定になるとともに、その安全性も確保される。
なお、放出路５０は、その流路断面積が管部１８の流路断面積に比べて十分に小さく、絞りとしての機能も有する。
【００３８】
図１０は、変形例の圧力上昇抑制装置５４を示しており、この圧力上昇抑制装置５４は、連通路３６を有さない代わりに、放出路５０に逆止弁５２が介挿されていない。従って、この圧力上昇抑制装置５４を用いた場合、中空部２２の圧力が冷媒流路２の低圧流域の圧力に追従し、圧力上昇抑制装置１６を用いた場合に比べて、圧縮コイルばね３２の付勢力が両装置１６,５４で同じであると仮定すると、開閉弁２３の締切圧が相対的に減少する。すなわち、この圧力上昇抑制装置５４を用いた場合、開閉弁２３が開作動し易い。
【００３９】
図１１（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、変形例の圧力上昇抑制装置５６を示しており、圧力上昇抑制装置５６の開閉弁５８は、中空部２２の天井壁と圧縮コイルばね３２との間に介挿されたベローズ６０を更に有する。ベローズは６０は、密閉されたその内部に圧縮コイルばね６２を内蔵するとともに所定圧力にてガスが充填され、中空部２２の圧力変化に応じて弁体２６の開閉方向に伸縮可能である。
【００４０】
より詳しくは、中空部２２の圧力が臨界圧力を超えているとき、ベローズ６０は図１１（ａ）に示したように収縮し、弁体２６を開弁方向に付勢する。このため、開閉弁５８は開作動し、中空部２２と管部１８の内側との間が連通する。つまり、管部１８を超臨界状態の冷媒が流れているとき、開閉弁５８が開作動し、管部１８と中空部２２との間が弁孔２４を介して連通する。
【００４１】
中空部２２の圧力が臨界圧力を下回っているとき、つまり、管部１８を液冷媒が流れているときには、ベローズ６０は図１１（ｂ）に示したように伸長し、弁体２６を閉弁方向に付勢する。このため、開閉弁５８は閉作動し、弁孔２４が閉じられる。
そして、管部１８を液冷媒が流れているときに液冷媒の圧力が急速に上昇し、受圧面３０に加わる圧力が圧縮コイルばね３２の付勢力により規定された締切圧に打ち勝つと、図１１（ｃ）に示したように圧縮コイルばね３２が収縮して開閉弁５８が開作動する。この結果、管部１８の液冷媒は中空部２２に流入し、管部１８つまり高圧流域２ａでの急速な圧力上昇が抑制される。
【００４２】
この圧力上昇抑制装置５６によれば、高圧流域の冷媒が超臨界状態にあるときに、開閉弁５８が開作動することから、弁孔２４を介して中空部２２に流入した冷媒をより速く高圧流域２ａに還流させることができる。また、超臨界状態にある冷媒の圧力が上限値を超えようとしたときに、開閉弁５８が開作動していることから、逆止弁５２が早期に作動可能であり、冷凍サイクルの安全性がより高くなる。
【００４３】
図１２は、変形例の圧力上昇抑制装置６４を示しており、この装置６４の開閉弁６６は、ロッド６８を介して接続された弁体２６を開閉方向に付勢可能なダイヤフラム７０を有する。ダイヤフラム７０は、中空部２２を上側の第１圧力室７２と下側の第２圧力室７４とに区画し、弁体２６及びロッド６８は下側の第２圧力室７４に収容されている。第１圧力室７２の圧力は、例えば、ガスを充填することで冷媒の臨界圧力に保たれており、一方、第２圧力室７４の圧力は、第２圧力室７４にて開口した連通孔３６を介して管部１８の圧力に追従する。
【００４４】
この装置６４の場合、管部１８を超臨界状態の冷媒が流れているとき、第２圧力室７４の圧力が第１圧力室７２の圧力を上回り、ダイヤフラム７０が上方に向けて撓む。これにより、弁体２６は開弁方向に付勢され、開閉弁６６は開作動する。
第２圧力室７４の圧力が第１圧力室７２の圧力を下回っているとき、つまり、管部１８を液冷媒が流れているときには、ダイヤフラム７０が下方に向けて撓み、弁体２６を閉弁方向に付勢する。このため、開閉弁５８は閉作動し、弁孔２４が閉じられる。
【００４５】
そして、管部１８を液冷媒が流れているときに液冷媒の圧力が急速に上昇し、受圧面３０に加わる圧力がダイヤフラム７０の閉弁方向の付勢力により規定された締切圧に打ち勝つと、ダイヤフラム７０が上方に向けて撓んで開閉弁５８が開作動する。この結果、管部１８の液冷媒は第２圧力室７４に流入し、管部１８つまり高圧流域２ａでの急速な圧力上昇が抑制される。
【００４６】
なお、ベローズ６０の内部やダイヤフラム７０の上側の第１圧力室７２に充填されるガス種としては、特に限定されないけれども、超臨界冷凍サイクルの運転時に液化しない窒素等のガスを用いることができる。
最後に、本発明の超臨界冷凍サイクルは、空調装置、冷凍・冷蔵装置、給湯器等の種々の用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例の超臨界冷凍サイクルの概略構成図である。
【図２】図１の圧力上昇抑制装置の縦断面を膨張器と共に概略的に示した図であり、（ａ）は、圧力上昇抑制装置が休止状態にあるとき、（ｂ）は、圧力上昇抑制装置が作動状態にあるときを示す。
【図３】図１の冷凍サイクルにおけるＣＯ２冷媒の状態変化を示す概略的なモリエル線図である。
【図４】変形例の超臨界冷凍サイクルの概略構成図である。
【図５】変形例の圧力上昇抑制装置の縦断面を概略的に示した図である。
【図６】変形例の圧力上昇抑制装置の縦断面を概略的に示した図である。
【図７】図６の圧力上昇抑制装置を上下逆にして取付けた状態を示した図である。
【図８】変形例の圧力上昇抑制装置の縦断面を概略的に示した図である。
【図９】変形例の圧力上昇抑制装置の縦断面を膨張器と共に概略的に示した図である。
【図１０】変形例の圧力上昇抑制装置の縦断面を膨張器と共に概略的に示した図である。
【図１１】変形例の圧力上昇抑制装置の縦断面を膨張器と共に概略的に示した図であり、（ａ）は、管部の冷媒が超臨界状態であるとき、（ｂ）は、管部の冷媒が液状態であるとき、（ｃ）は、圧力上昇抑制装置が作動状態にあるときを示している。
【図１２】変形例の圧力上昇抑制装置の縦断面を概略的に示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
２      循環流路
２ａ    高圧流域
８      熱交換器
１０    膨張器
１２    蒸発器
１６    圧力上昇抑制装置
１８    管部
２０    本体ブロック
２２    中空部（リザーブタンク）
２３    開閉弁
２４    弁孔
２６    弁体
３０    受圧面
３２    圧縮コイルばね（付勢手段）
６０    ベローズ（第２付勢手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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