(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と放熱器と蒸発器とアーキュムレータとを炭酸ガス等による冷媒が順に循環し、超臨界域で運転される超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置の前記放熱器より前記蒸発器へ至る冷媒通路の途中に設けられ、前記放熱器の出口側の冷媒温度・圧力に感応して前記放熱器と前記蒸発器との間の冷媒通路の連通度を制御して放熱器出口側の圧力制御を行う高圧制御弁であって、
ベローズ外側に冷媒封入の密閉室を画定し、ベローズ内側に前記放熱器の出口側の冷媒温度・圧力を及ぼされ、前記放熱器の出口側の冷媒温度・圧力に応じて伸縮するベローズ装置と、
前記ベローズ装置に接続され、前記ベローズ装置の伸長により開弁方向に駆動されて弁ハウジングに形成された弁ポートと共働して前記放熱器と前記蒸発器との間の冷媒通路の連通度を制御する弁体とを有し、
前記弁体は、最大閉弁位置において、前記弁ポートより微少量離れた箇所に位置して完全締切を行わず、微少流量の冷媒流量を確保し、
前記弁体はねじ係合によって前記弁ハウジングに固定される筒状のカセット部材に組み込まれて当該カセット部材に設けられたストッパにより閉弁方向の移動を制限され、前記カセット部材の前記弁ハウジングに対するねじ係合位置の調整により、最大閉弁位置での前記弁体の前記弁ポートよりの離間量が調整可能であり、
前記ベローズ装置は、前記カセット部材の筒内に配置され、弁ポート側の一端部を前記カセット部材に固着されて前記カセット部材との間に前記密閉室を画定し、前記弁体は前記ベローズ装置の他端部に固定連結されていることを特徴とする超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁。
【請求項２】
前記密閉室に前記放熱器の出口側の冷媒の温度を感知する感温筒が接続されていることを特徴とする請求項１記載の超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭酸ガス等による冷媒を用いて超臨界域で運転される超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置において使用される高圧制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭酸ガス（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、放熱器の出口側の冷媒の圧力と温度とが最適制御線に沿うように制御されるよう、特開平９−２６４６２２号公報に示されているように、放熱器出口側の冷媒温度による冷媒封入のダイヤフラム室あるいはベローズ内の密閉室の内圧（封入冷媒の体積変化）変化により動作する高圧制御弁（圧力制御弁）を放熱器より蒸発器へ至る冷媒通路の途中に設け、この高圧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って放熱器の出口側の冷媒の圧力制御を行うものが知られている。
【０００３】
また、特開平１１−６３７４０号公報に示されているように、高圧制御弁のベローズの耐座屈性（耐久性）を向上させるために、ベローズの外側に冷媒封入の密閉室を画定し、ベローズの外側に放熱器出口側の冷媒温度が及ぶようにした高圧制御弁が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置で使用される従来の高圧制御弁は、何れも、低負荷時には、弁体が最大閉弁位置に位置して弁ポートを完全に締切り、高圧側と低圧側とを完全遮断する構造になっているため、完全閉弁状態では冷媒流れが完全遮断されてしまい、放熱器出口の温度を感度良く感知できない。
【０００５】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、冷媒流れを完全遮断することを回避して超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置の制御性を確保する超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁を提供することを目的としている。
【０００６】
【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、請求項１に記載の発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁は、圧縮機と放熱器と蒸発器とアーキュムレータとを炭酸ガス等による冷媒が順に循環し、超臨界域で運転される超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置の前記放熱器より前記蒸発器へ至る冷媒通路の途中に設けられ、前記放熱器の出口側の冷媒温度・圧力に感応して前記放熱器と前記蒸発器との間の冷媒通路の連通度を制御して放熱器出口側の圧力制御を行う高圧制御弁であって、ベローズ外側に冷媒封入の密閉室を画定し、ベローズ内側に前記放熱器の出口側の冷媒温度・圧力を及ぼされ、前記放熱器の出口側の冷媒温度・圧力に応じて伸縮するベローズ装置と、前記ベローズ装置に接続され、前記ベローズ装置の伸長により開弁方向に駆動されて弁ハウジングに形成された弁ポートと共働して前記放熱器と前記蒸発器との間の冷媒通路の連通度を制御する弁体とを有し、前記弁体は、最大閉弁位置において、前記弁ポートより微少量離れた箇所に位置して完全締切を行わず、微少流量の冷媒流量を確保し、前記弁体はねじ係合によって前記弁ハウジングに固定される筒状のカセット部材に組み込まれて当該カセット部材に設けられたストッパにより閉弁方向の移動を制限され、前記カセット部材の前記弁ハウジングに対するねじ係合位置の調整により、最大閉弁位置での前記弁体の前記弁ポートよりの離間量が調整可能であり、前記ベローズ装置は、前記カセット部材の筒内に配置され、弁ポート側の一端部を前記カセット部材に固着されて前記カセット部材との間に前記密閉室を画定し、前記弁体は前記ベローズ装置の他端部に固定連結されていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁は、請求項１記載の発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁であって、前記密閉室に前記放熱器の出口側の冷媒の温度を感知する感温筒が接続されているものである。
【００１０】
請求項１に記載の発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁によれば、弁体はねじ係合によって弁ハウジングに固定される筒状のカセット部材に組み込まれて当該カセット部材に設けられたストッパにより閉弁方向の移動を制限されるので、弁体は、最大閉弁位置においても、弁ポートより微少量離れた箇所に位置して完全締切を行わず、微少流量の冷媒流量を確保する。
【００１１】
また、カセット部材の弁ハウジングに対するねじ係合位置の調整により、最大閉弁位置での弁体の弁ポートよりの離間量が調整可能であるので、この離間量調整により、弁体が最大閉弁位置に位置している状態、すなわち、弁体がストッパにより閉弁方向の移動を制限された状態での冷媒流量（必要最小流量）が調整される。
【００１２】
さらに、ベローズ装置はカセット部材の筒内に配置され、弁ポート側の一端部をカセット部材に固着されてカセット部材との間に密閉室を画定し、弁体はベローズ装置の他端部に固定連結されている。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁によれば、密閉室に接続された感温筒が放熱器の出口側の冷媒の温度を感知する。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１はこの発明による高圧制御弁が組み込まれる超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置を示している。この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、アキュムレータ４が冷媒通路（配管）５、６、７により閉ループ状に連通接続され、この閉ループを炭酸ガス（ＣＯ2 ）等による冷媒が循環する。
【００１６】
放熱器２より蒸発器３へ至る冷媒通路６の途中には、放熱器２の出口側の冷媒温度・圧力に感応して放熱器２と蒸発器３との連通・遮断および連通度を定量的に制御して放熱器出口側の圧力制御を行う高圧制御弁８と、放熱器２の出口側の冷媒の圧力が所定値以上の場合に開弁する逃し弁９とが互いに並列に設けられている。
【００１７】
つぎに、本発明による高圧制御弁８の詳細構造を図２を参照して説明する。高圧制御弁８は弁ハウジング１０を有している。弁ハウジング１０は、放熱器出口側に接続される入口ポート（高圧側ポート）１１と、蒸発器３の入口側の冷媒通路９を接続される出口ポート（低圧側ポート）１２と、連通孔１３によって入口ポート１１に連通するボア１４と、ボア１４の底部に開口してボア１４を出口ポート１２に連通接続する弁ポート１５とを形成されている。
【００１８】
ボア１４にはカセット部材２０が挿入され、カセット部材２０は、ねじ部１６によって、図２の上下方向に、ねじ止め位置調整可能に弁ハウジング１０にねじ止めされている。
【００１９】
カセット部材２０は、上下開口の筒状のカセット本体２１と、カセット本体２１の上端部のねじ部２２にねじ係合してカセット本体２１の上端開口を閉じる調整ねじ部材２３とにより構成されている。なお、カセット部材２０と弁ハウジング１０との嵌合部と、カセット本体２１と調整ねじ部材２３との間には各々、気密シール用のＯリング２４、２５が設けられている。
【００２０】
カセット部材２０の筒内にはベローズ本体２６が配置されている。ベローズ本体２６は弁ポート１５側の一端部（下端部）にフランジ付き接続リング２７を電子ビーム溶接等により気密に固着され、フランジ付き接続リング２７がカセット本体２１の下端フランジ部２８に接合した状態で、電子ビーム溶接等によりカセット本体２１に気密に固着されている。
【００２１】
ベローズ本体２６の他端部（上端部）はカセット部材２０の筒内にあり、この端部にニードル弁体２９の基部フランジ３０が電子ビーム溶接等により気密に固定連結され、基部フランジ３０によってベローズ本体２６の上端が気密に閉じられている。
【００２２】
上述の接続構造により、ベローズ本体２６は、フランジ付き接続リング２７およびニードル弁体２９の基部フランジ３０と共働してベローズ外側に、カセット本体２１と調整ねじ部材２３との間に密閉室３１を画定しており、ベローズ内側３２は、フランジ付き接続リング２７による下端開口３３によってボア１４の底部および入口ポート１１に連通しており、このベローズ内側３２に放熱器出口側に冷媒温度・圧力を及ぼされる。
【００２３】
調整ねじ部材２３には、密閉室３１にガスを封入するためのガス導入孔３４が形成されている共に、ガス導入孔３４に連通している封入ガス管３５がろう付け等により気密に取り付けられている。
【００２４】
図３は二酸化炭素の飽和蒸気線と、例としての最適制御線とを示している。このような特性を得るために、密閉室３１には、ＣＯ2 ガスあるいはＣＯ2 ガスとＮ2 ガスとの混合冷媒が所定量封入されている。なお、封入冷媒の密度は調整ねじ部材２３により調整することができる。
【００２５】
カセット本体２１の内筒部にはストッパ段差部３６が形成されており、ストッパ段差部３６にニードル弁体２９の基部フランジ３０が当接することにより、ニードル弁体２９の最降下位置、換言すれば、ニードル弁体２９の最大閉弁位置を規定している。また、ニードル弁体２９の基部フランジ３０が調整ねじ部材２３の先端面に当接することにより、ニードル弁体２９の最大開弁位置（ベローズの最大伸長量）が規定されている。
【００２６】
ストッパ段差部３６により定められるニードル弁体２９の最大閉弁位置（弁リフト量＝０）は、図示されているように、ニードル弁体２９が弁ポート１５より微少量離れた箇所であって、弁ポート１５を完全には締切らない箇所であり、ニードル弁体２９は、図４に示されているように、最大閉弁位置において、弁ポート１５に微少な流路開口面積ΔＡを持ち、微少流量の冷媒流量を確保する。
【００２７】
上述のような構成による高圧制御弁８では、｛（高圧側圧力−低圧側圧力）×ベローズ有効面積｝＋ベローズ圧縮荷重が、（ベローズ外圧（封入冷媒圧力）×ベローズ有効面積）を上回ると、ベローズ本体２６が伸長してニードル弁体２９が開弁方向に駆動され、高圧側圧力を最適圧力に制御する。
【００２８】
ニードル弁体２９は、最大閉弁位置においても、弁ポート１５より微少量離れた箇所に位置して完全締切を行わず、微少流量の冷媒流量を確保するから、放熱器出口側の冷媒温度を感度良く感知することができ、超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置を効率良く運転することができる。
【００２９】
カセット部材２０の弁ハウジング１０に対するねじ係合位置の調整によってカセット部材２０全体が弁ハウジング１０に対して上下変位し、最大閉弁位置でのニードル弁体２９の弁ポート１５よりの離間量を容易に調整することができる。この離間量調整により、ニードル弁体２９が最大閉弁位置にある状態での冷媒流量（必要最小流量）を微調整でき、必要最小流量を最適値に設定できる。また、調整ねじ部材２３のねじ係合位置の調整により、ニードル弁体２９の最大開弁位置を調整することもできる。なお、調整後は、ねじのゆるみ止めとして接着剤処理又は止ねじによる処理等が施される。
【００３０】
また、図５、図６に示されているように、封入ガス管３５に感温筒３７を連通接続し、感温筒３７を放熱器出口近傍に配置することにより、放熱器出口側の冷媒温度をベローズ内側３２と感温筒３７の両方で敏感に感知することができる。
【００３１】
なお、ボア１４（弁ハウジング１０）を放熱器２のブロックの一部に形成、組み込む構成することもできる。
【００３２】
また、冷凍サイクル装置で使用する冷媒は、二酸化炭素に限られることはなく、メタン、エタン、プロパン等の流体を冷媒として使用することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、請求項１に記載の発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁によれば、ベローズ本体の外側に密閉室が設けられているので、循環冷媒圧力が作用しない状態においてベローズが縮む方向に圧力が作用するから、ベローズ内側から圧力が作用する場合に比してベローズ本体が座屈しにくくなる。また、弁体は、ストッパにより閉弁方向の移動を制限された状態で、弁ポートより微少量離れた箇所に位置して完全締切を行わず、微少流量の冷媒流量を確保するから、冷媒流れが完全遮断されてしまうことが回避され、超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置の制御性を確保することができる。
【００３４】
また、カセット部材の弁ハウジングに対するねじ係合位置の調整によって最大閉弁位置での弁体の弁ポートよりの離間量が調整されるから、この離間量調整により、弁体のベローズ本体の一端からの突出量が規制された状態での冷媒流量（必要最小流量）が容易に調整され、必要最小流量を最適値に設定できる。
【００３５】
また、ベローズ本体はカセット部材の筒内に配置され、弁ポート側の一端部をカセット部材に固着されてカセット部材との間に密閉室を画定し、弁体はベローズ装置の他端部に固定連結されているから、コンパクトな設計が可能になる。
【００３６】
請求項２に記載の発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁は、密閉室に接続された感温筒が放熱器の出口側の冷媒の温度を感知するから、放熱器出口側の冷媒温度をベローズ内側と感温筒の両方で敏感に感知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による高圧制御弁が組み込まれる超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置の一つの実施の形態を示す回路図である。
【図２】この発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁の一つの実施の形態を示す断面図である。
【図３】二酸化炭素の飽和蒸気線と、理想とされる高圧制御弁特性を示すグラフである。
【図４】この発明による高圧制御弁の弁開特性を示す弁リフト−流路開口面積特性図である。
【図５】この発明による高圧制御弁が組み込まれる超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置の他の実施の形態を示す回路図である。
【図６】この発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁の他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  圧縮機
２  放熱器
３  蒸発器
４  アキュムレータ
８  高圧制御弁
９  逃し弁
１０  弁ハウジング
１１  入口ポート
１２  出口ポート
１４  ボア
１５  弁ポート
１６  ねじ部
２０  カセット部材
２６  ベローズ本体
２９  ニードル弁体
３１  密閉室
３２  ベローズ内側
３６  ストッパ段差部
３７  感温筒
【図１】
0004044714.tif 000002
【図２】
0004044714.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004044714.tif 000005
【図５】
0004044714.tif 000006
【図６】
0004044714.tif 000007