(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱器（２）内の圧力が冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、前記放熱器（２）出口側の冷媒温度に応じて前記放熱器（２）出口側圧力を制御する圧力制御弁であって、
前記冷媒流路（６ａ）内に形成され、前記冷媒流路（６ａ）を上流側空間（３０１ｅ）と下流側空間（３０１ｆ）とに仕切る隔壁部（３０２）と、
前記隔壁部（３０２）に形成され、前記上流側空間（３０１ｅ）と前記下流側空間（３０１ｆ）と連通させる弁口（３０３）と、
密閉空間（３０５）内外の圧力差に応じて変位する、薄膜状の変位部材（３０６）と、
前記変位部材（３０６）の厚み方向一端側に配設され、前記変位部材（３０６）と共に前記密閉空間（３０５）を形成する形成部材（３０７）と、
前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側に配設され、前記形成部材（３０７）と共に前記変位部材（３０６）を保持固定する保持部材（３０８）と、
前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側にて前記変位部材（３０６）に接触し、前記変位部材（３０６）に連動して変位し、前記弁口（３０３）を開閉する弁体（３０４）と、
前記保持部材（３０８）のうち前記変位部材（３０６）に面する部位に形成され、前記弁口（３０３）が閉じられた状態において、前記弁体（３０４）のうち前記変位部材（３０６）に接触する面（３０４ａ）に対して略同一面となる保持部材平面部（３０８ｂ）とを備えることを特徴とする圧力制御弁。
【請求項２】
前記圧力制御弁は、前記放熱器（２）から蒸発器（４）まで至る冷媒流路（６ａ）に配置され、前記上流側空間（３０１ｅ）内に前記密閉空間（３０５）を形成してい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】
前記密閉空間（３０５）内には冷媒が、前記弁口（３０３）が閉じられた状態における前記密閉空間（３０５）内体積に対して、前記冷媒の温度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で封入されている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】
放熱器（２）内の圧力が冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、前記放熱器（２）から蒸発器（４）まで至る冷媒流路（６ａ）に配置され、前記放熱器（２）出口側の冷媒温度に応じて前記放熱器（２）出口側圧力を制御する圧力制御弁であって、
前記冷媒流路（６ａ）内に形成され、前記冷媒流路（６ａ）を上流側空間（３０１ｅ）と下流側空間（３０１ｆ）とに仕切る隔壁部（３０２）と、
前記隔壁部（３０２）に形成され、前記上流側空間（３０１ｅ）と前記下流側空間（３０１ｆ）と連通させる弁口（３０３）と、
前記上流側空間（３０１ｅ）内に密閉空間（３０５）を形成し、前記密閉空間（３０５）内外の圧力差に応じて変位する、薄膜状の変位部材（３０６）と、
前記変位部材（３０６）の厚み方向一端側に配設され、前記変位部材（３０６）と共に前記密閉空間（３０５）を形成する形成部材（３０７）と、
前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側に配設され、前記形成部材（３０７）と共に前記変位部材（３０６）を保持固定する保持部材（３０８）と、
前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側にて前記変位部材（３０６）に接触し、前記変位部材（３０６）に連動して変位し、前記弁口（３０３）を開閉する弁体（３０４）と、
前記保持部材（３０８）のうち前記変位部材（３０６）に面する部位に形成され、前記弁口（３０３）が閉じられた状態において、前記弁体（３０４）のうち前記変位部材（３０６）に接触する面（３０４ａ）に対して略同一面となる保持部材平面部（３０８ｂ）とを備え、
前記密閉空間（３０５）内には冷媒が、前記弁口（３０３）が閉じられた状態における前記密閉空間（３０５）内体積に対して、前記冷媒の温度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で封入されていることを特徴とする圧力制御弁。
【請求項５】
前記変位部材（３０６）の外方側には、前記変位部材（３０６）の一部を波状に変形させた変位部材変形部（３０６ａ）が形成されており、前記保持部材（３０８）のうち前記変位部材変形部（３０６ａ）に対応する部位には、前記変位部材変形部（３０６ａ）に沿う形状に形成された保持部材変形部（３０８ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧力制御弁。
【請求項６】
前記変位部材（３０６）の厚み方向一端側に配設され、前記変位部材（３０６）に接触した状態で前記変位部材（３０６）と一体的に変位する、前記変位部材（３０６）より剛性の高い剛体（３１１）と、
前記形成部材（３０７）に形成され、前記剛体（３１１）と接触することにより、前記変位部材（３０６）が、前記変位部材（３０６）の厚み方向一端側に向けて所定以上に変位することを規制するストッパ部（３０７ａ）と、
前記形成部材（３０７）に形成され、前記剛体（３１１）と前記ストッパ部（３０７ａ）とが接触したときに、前記剛体（３１１）のうち前記変位部材（３０６）に接触する面（３１１ａ）に対して略同一面となる形成部材平面部（３０７ｂ）とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の圧力制御弁。
【請求項７】
前記冷媒は二酸化炭素であり、
前記密閉空間内の密度は、４５０ｋｇ／ｍ3〜９５０ｋｇ／ｍ3であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の圧力制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの放熱器出口側圧力を制御する圧力制御弁に関するもので、二酸化炭素（ＣＯ2 ）等の超臨界域で冷媒を使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用される冷媒の脱フロン対策の１つとして、例えば特公平７−１８６０２号公報に記載のように二酸化炭素（ＣＯ2 ）を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ2 サイクルと略す。）が提案されている。
【０００３】
このＣＯ2 サイクルの作動は、原理的には、フロンを使用した従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動と同じである。すなわち、図１（ＣＯ2 モリエル線図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機で気相状態のＣＯ2 を圧縮し（Ａ−Ｂ）、この高温高圧の超臨界状態のＣＯ2 を放熱器（ガスクーラ）にて冷却する（Ｂ−Ｃ）。そして、減圧器により減圧して（Ｃ−Ｄ）、気液２相状態となったＣＯ2 を蒸発させて（Ｄ−Ａ）、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外部流体を冷却する。なお、ＣＯ2 は、圧力が飽和液圧力（線分ＣＤと飽和液線ＳＬとの交点の圧力）を下まわるときから、気液２相状態に相変化するので、Ｃの状態からＤの状態へとゆっくり変化する場合には、ＣＯ2 は超臨界状態から液相状態を経て気液２相状態に変化する。
【０００４】
因みに、超臨界状態とは、密度が液密度と略同等でありながら、ＣＯ2 分子が気相状態のように運動する状態をいう。
しかし、ＣＯ2 の臨界温度は約３１℃と従来のフロンの臨界温度（例えば、Ｒ１２では１１２℃）と比べて低いので、夏場等では放熱器側でのＣＯ2 温度がＣＯ2 の臨界点温度より高くなってしまう。つまり、放熱器出口側においてもＣＯ2 は凝縮しない（線分ＢＣが飽和液線と交差しない）。
【０００５】
また、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力と放熱器出口側でのＣＯ2 温度とによって決定され、放熱器出口側でのＣＯ2 温度は、放熱器の放熱能力と外気温度とによって決定する。そして、外気温度は制御することができないので、放熱器出口側でのＣＯ2 温度は、実質的に制御することができない。
したがって、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力（放熱器出口側圧力）を制御することによって制御可能となる。つまり、夏場等の外気温度が高い場合に、十分な冷却能力（エンタルピ差）を確保するためには、図１のＥ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｅで示されるように、放熱器出口側圧力を高くする必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、放熱器出口側圧力を高くするには、前述のように圧縮機の吐出圧力を高くしなければならないので、圧縮機の圧縮仕事（圧縮過程のエンタルピ変化量ΔＬ）が増加する。したがって、蒸発過程（Ｄ−Ａ）のエンタルピ変化量Δｉの増加量より圧縮過程（Ａ−Ｂ）のエンタルピ変化量ΔＬの増加量が大きい場合には、ＣＯ2 サイクルの成績係数（ＣＯＰ＝Δｉ／ΔＬ）が悪化する。
【０００７】
そこで、例えば放熱器出口側でのＣＯ2 温度を４０℃として、放熱器出口側でのＣＯ2 圧力と成績係数と関係を図１を用いて試算すれば、図２の実線に示すように、圧力Ｐ1 （約１０ＭＰａ）において成績係数が最大となる。同様に、放熱器出口側でのＣＯ2 温度を３５℃とした場合には、図２の破線で示すように、圧力Ｐ2 （約９．０ＭＰａ）において成績係数が最大となる。
【０００８】
以上のようにして、放熱器出口側のＣＯ2 温度と成績係数が最大となる圧力とを算出し、この結果を図１上に描けば、図１の太い実線ηmax （以下、最適制御線と呼ぶ。）に示すようになる。
したがって、上記ＣＯ2 サイクルを効率良く運転するには、放熱器出口側圧力と放熱器出口側のＣＯ2 温度とを、最適制御線ηmax で示されるように制御する圧力制御手段が必要である。
【０００９】
なお、図１のモリエル線図は、ＡＭＥＲＩＣＡＮ  ＳＯＣＩＥＴＹ  ＯＦ  ＨＥＡＴＩＮＧ，  ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＮＧ  ＡＮＤ  ＡＩＲ−ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＳより出版されたＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋからの抜粋である。本発明は、上記点に鑑み、超臨界域で作動する蒸気圧縮式冷凍サイクルが効率良く運転するように、放熱器出口側温度と放熱器出口側圧力とを制御する圧力制御手段を提供することを目的とする。
本発明の目的は、組立て工程中に変位部材（３０６）が破損することを防止できる圧力制御弁を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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用いる。
請求項１に記載の発明では、放熱器（２）内の圧力が冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、前記放熱器（２）出口側の冷媒温度に応じて前記放熱器（２）出口側圧力を制御する圧力制御弁であって、前記冷媒流路（６ａ）内に形成され、前記冷媒流路（６ａ）を上流側空間（３０１ｅ）と下流側空間（３０１ｆ）とに仕切る隔壁部（３０２）と、前記隔壁部（３０２）に形成され、前記上流側空間（３０１ｅ）と前記下流側空間（３０１ｆ）と連通させる弁口（３０３）と、密閉空間（３０５）内外の圧力差に応じて変位する、薄膜状の変位部材（３０６）と、前記変位部材（３０６）の厚み方向一端側に配設され、前記変位部材（３０６）と共に前記密閉空間（３０５）を形成する形成部材（３０７）と、前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側に配設され、前記形成部材（３０７）と共に前記変位部材（３０６）を保持固定する保持部材（３０８）と、前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側にて前記変位部材（３０６）に接触し、前記変位部材（３０６）に連動して変位し、前記弁口（３０３）を開閉する弁体（３０４）と、前記保持部材（３０８）のうち前記変位部材（３０６）に面する部位に形成され、前記弁口（３０３）が閉じられた状態において、前記弁体（３０４）のうち前記変位部材（３０６）に接触する面（３０４ａ）に対して略同一面となる保持部材平面部（３０８ｂ）とを備えることを特徴とする圧力制御弁を採用する。
請求項２に記載の発明では、前記圧力制御弁は、前記放熱器（２）から蒸発器（４）まで至る冷媒流路（６ａ）に配置され、前記上流側空間（３０１ｅ）内に前記密閉空間（３０５）を形成していることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御弁を採用する。
請求項３に記載の発明では、前記密閉空間（３０５）内には冷媒が、前記弁口（３０３）が閉じられた状態における前記密閉空間（３０５）内体積に対して、前記冷媒の温度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で封入されている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を採用する。
本発明によれば、蒸気圧縮式サイクルを効率良く運転させつつ、組立て工程中に変位部材（３０６）が破損することを防止できる。
請求項３、４に記載の発明では、保持部材（３０８）のうち変位部材（３０６）に面する部位には、弁口（３０３）が閉じられた状態において、弁体（３０４）のうち変位部材（３０６）に接触する面（３０４ａ）に対して略同一面となる保持部材平面部（３０８ｂ）が形成されているとともに、密閉空間（３０５）内には冷媒が、弁口（３０３）が閉じられた状態における密閉空間（３０５）内体積に対して、冷媒の温度が０℃での飽和液密度から冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で封入されていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、密閉空間（３０５）内の冷媒圧力と冷媒温度との特性が、後述するように最適制御線ηmax にほぼ一致する。したがって、圧力制御弁（３）は、放熱器（２）の出口側圧力を、ほぼ最適制御線ηmax 上に沿った圧力まで上昇させた後、弁口（３０３）を開く。
つまり、放熱器（２）の出口側圧力と放熱器（２）の出口側温度とは、ほぼ最適制御線ηmax 上に沿って制御されるので、超臨界域においても蒸気圧縮式サイクルを効率良く運転させることができる。
【００１２】
また、保持部材平面部（３０８ｂ）が形成されているので、保持部材（３０８）と弁体（３０４）との間に段差が発生し難くく、保持部材平面部（３０８ｂ）と弁体（３０４）の面（３０４ａ）とが略同一平面上に位置することとなる。
したがって、後述するように、組立て工程中に、密閉空間（３０５）内外の圧力差が大きくなったときでも、保持部材平面部（３０８ｂ）と面（３０４ａ）との間で変位部材（３０６）が大きく変形することを抑制することができるので、組立て工程に変位部材（３０６）が破損することを防止できる。
【００１３】
以上に述べたように、本発明によれば、蒸気圧縮式サイクルを効率良く運転させつつ、組立て工程中に変位部材（３０６）が破損することを防止できる。
請求項５に記載の発明では、保持部材（３０８）のうち変位部材変形部（３０６ａ）に対応する部位には、変位部材変形部（３０６ａ）に沿う形状に形成された保持部材変形部（３０８ａ）が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、組立て工程中に、密閉空間（３０５）内外の圧力差により変位部材変形部（３０６ａ）にて変位部材（３０６）が大きく変形することを防止することができるので、変位部材（３０６）が変位部材変形部（３０６ａ）にて破損することを防止できる。
請求項６に記載の発明では、形成部材（３０７）には、剛体（３１１）とストッパ部（３０７ａ）とが接触したときに、剛体（３１１）のうち変位部材（３０６）に接触する面（３１１ａ）に対して略同一面となる形成部材平面部（３０７ｂ）が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、上流側空間（３０１ｅ）の圧力が上昇して密閉空間（３０５）内外の圧力差が大きくなったときでも、請求項１に記載の発明と同様に、形成部材平面部（３０７ｂ）と剛体（３１１）の面３１１ａとの間で変位部材（３０６）が大きく変形することを抑制することができる。
請求項７に記載の発明は、前記冷媒は二酸化炭素であり、前記密閉空間内の密度は、４５０ｋｇ／ｍ3〜９５０ｋｇ／ｍ3であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の圧力制御弁を採用する。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図３は本実施形態に係る圧力制御弁を用いたＣＯ2 サイクルを車両用空調装置に適用したものであり、１は気相状態のＣＯ2 を圧縮する圧縮機である。２は圧縮機１で圧縮されたＣＯ2 を外気等との間で熱交換して冷却する放熱器（ガスクーラ）であり、３は放熱器２出口側でのＣＯ2 温度に応じて放熱器２出口側圧力を制御する圧力制御弁である。なお、圧力制御弁３は、放熱器２出口側圧力を制御するとともに減圧器を兼ねており、ＣＯ2 は、この圧力制御弁３にて減圧されて低温低圧の気液２相状態のＣＯ2 となる。
【００１７】
４は、車室内の空気冷却手段をなす蒸発器（吸熱器）で、気液２相状態のＣＯ2 は蒸発器４内で気化（蒸発）する際に、車室内空気から蒸発潜熱を奪って車室内空気を冷却する。５は、気相状態のＣＯ2 と液相状態のＣＯ2 とを分離するとともに、液相状態のＣＯ2 を一時的に蓄えるアキュームレータ（タンク手段）である。
【００１８】
そして、圧縮機１、放熱器２、圧力制御弁３、蒸発器４およびアキュームレータ５は、それぞれ配管６によって接続されて閉回路を形成している。なお、圧縮機１は、図示されていない駆動源（エンジン、モータ等）から駆動力を得て駆動し、放熱器２は、放熱器２内ＣＯ2 と外気との温度差をできるだけ大きくするために車両前方に配置されている。
【００１９】
次に、圧力制御弁３の詳細構造について図４を用いて述べる。
３０１は放熱器２から蒸発器４に至るＣＯ2 流路６ａの一部を形成するとともに、後述するエレメントケース３１５を収納するケーシングであり、３０１ａは放熱器２側に接続される流入口３０１ｂを有する上蓋であり、３０１ｃは蒸発器４側に接続される流出口３０１ｄを有するケーシング本体である。
【００２０】
また、ケーシング３０１には、ＣＯ2 流路６ａを上流側空間３０１ｅと下流側空間３０１ｆとに仕切る隔壁部３０２が配設されており、この隔壁部３０２には、上流側空間３０１ｅと下流側空間３０１ｆとを連通させる弁口３０３が形成されている。
そして、弁口３０３は、針状のニードル弁体（以下、弁体と略す。）３０４により開閉され、この弁体３０４および後述するダイヤフラム３０６は、ダイヤフラム３０６の変位に連動して、ダイヤフラム３０６が中立状態から弁体３０４側（ダイヤフラム３０６の厚み方向他端側）に向けて変位したときに弁口３０３を閉じ、一方、厚み方向一端側に向けて変位したときに弁口３０３の開度（弁口３０３を閉じた状態を基準とする弁体３０４の変位量）が最大となるように構成されている。
【００２１】
なお、ここで、ダイヤフラム３０６が中立状態であるとは、ダイヤフラム３０６が変形変位しておらず、変形変位に伴う応力が略０の状態をいう。
また、上流側空間３０１ｅには、密閉空間（ガス封入室）３０５が形成されており、この密閉空間３０５は、密閉空間３０５内外の圧力差に応じて変形変位する、ステンレス材からなる薄膜状のダイヤフラム（変位部材）３０６、およびダイヤフラム３０６の厚み方向一端側に配設されたダイヤフラム上側支持部材（形成部材）３０７から形成されている。
【００２２】
一方、ダイヤフラム３０６の厚み方向他端側には、ダイヤフラム上側支持部材（以下、上側支持部材と略す。）３０７と共にダイヤフラム３０６を保持固定するダイヤフラム下側支持部材（保持部材）３０８が配設されており、このダイヤフラム下側支持部材（以下、下側支持部材と略す。）３０８のうち、ダイヤフラム３０６に形成された変形促進部（変位部材変形部）３０６ａに対応する部位には、図５、６に示すように、変形促進部３０６ａに沿う形状に形成された凹部（保持部材変形部）３０８ａが形成されている。
【００２３】
なお、変形促進部３０６ａとは、ダイヤフラム３０６の径外方側の一部を波状に変形させたもので、ダイヤフラム３０６が密閉空間３０５内外の圧力差に略比例して変形変位するようにするためのものである。
また、下側支持部材３０８のうちダイヤフラム３０６に面する部位には、弁口３０３が弁体３０４により閉じられた状態において、弁体３０４のうちダイヤフラム３０６に接触する面３０４ａに対して略同一面となる下側平面部（保持部材平面部）３０８ｂが形成されている。
【００２４】
また、ダイヤフラム３０６の厚み方向一端側（密閉空間３０５内）には、図４に示すように、ダイヤフラム３０６を介して弁体３０４に対して弁口３０３を閉じる向きの弾性力を作用させる第１コイルばね（第１弾性部材）３０９が配設されており、一方、ダイヤフラム３０６の厚み方向他端側には、弁体３０４に対して弁口３０３を開く向きの弾性力を作用させる第２コイルバネ（第２弾性部材）３１０が配設されている。
【００２５】
また、３１１は第１コイルばね３０９のばね座を兼ねるプレート（剛体）であり、このプレート３１１は、ダイヤフラム３０６より剛性が高くなるように所定の厚みを有して金属にて構成されている。また、プレート３１１は、図５、６に示すように、上側支持部材３０７に形成された段付き部（ストッパ部）３０７ａに接触することにより、ダイヤフラム３０６が、その厚み方向一端側（密閉空間３０５側）に向けて所定値以上に変位することを規制している。
【００２６】
そして、上側支持部材３０７には、プレート３１１と段付き部３０７ａとが接触したときに、プレート３１１のうちダイヤフラム３０６に接触する面３１１ａに対して略同一面となる上側平面部（形成部材平面部）３０７ｂが形成されている。因みに、上側支持部材３０７の円筒部３０７ｃの内壁は、第１コイルばね３０９の案内部をも兼ねている。
【００２７】
なお、プレート３１１および弁体３０４は、両コイルばね３０９、３１０により互いにダイヤフラム３０６に向けて押し付けられているので、プレート３１１、弁体３０４およびダイヤフラム３０６は互いに接触した状態で一体的に変位（稼働）する。
ところで、図４中、３１２は第２コイルばね３１０が弁体３０４に対して作用させる弾性力を調節するとともに、第２コイルばね３１０のプレートを兼ねる調節ネジ（弾性力調節機構）であり、この調節ネジ３１２は、隔壁部３０２に形成された雌ねじ３０２ａにネジ結合している。因みに、両コイルバネ３０９、３１０による初期荷重（弁口３０３を閉じた状態での弾性力）は、ダイヤフラム３０６での圧力換算で約１ＭＰａである。
【００２８】
また、３１３は密閉空間３０５内外に渡って上側支持部材３０７を貫通し、密閉空間３０５内にＣＯ2 を封入するための封入管（貫通部材）であり、この封入管３１３は、ステンレス製の上側支持部材３０７より熱伝導率の大きい銅等の材料から構成されている。なお、下側支持部材３０８もステンレス製である。
そして、封入管３１３は、弁口３０３が閉じられた状態における密閉空間３０５内体積に対して約６００ｋｇ／ｍ3 の密度で封入した後、その端部を溶接等の接合手段により閉塞される。
【００２９】
なお、３１４は、隔壁部３０２〜封入管３１３からなるエレメントケース３１５をケーシング本体３０１ｃ内に固定する円錐ばねであり、３１６はエレメントケース３１５（隔壁部３０２）とケーシング本体３０１ｃとの隙間を密閉するＯリングである。
因みに、図７の（ａ）はエレメントケース３１５のＡ矢視図であり、図７の（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図であり、図７から明らかなように、弁口３０３は隔壁部３０２の側面側にて上流側空間３０１ｅに連通している。
【００３０】
次に、本実施形態に係る圧力制御弁３の作動を述べる。
密閉空間３０５内には、約６００ｋｇ／ｍ3 でＣＯ2 が封入されているので、密閉空間３０５内圧と温度とは、図１、８に示される６００ｋｇ／ｍ3 の等密度線に沿って変化する。したがって、例えば密閉空間３０５内温度が２０℃の場合には、その内圧は約５．８ＭＰａである。また、弁体３０４には、密閉空間３０５内圧と両コイルばね３０９、３１０による初期荷重とが同時に作用しているので、その作用圧力は約６．８ＭＰａである。
【００３１】
したがって、放熱器２側である上流側空間３０１ｅの圧力が６．８ＭＰａ以下の場合には、弁口３０３は弁体３０４によって閉止され、また、上流側空間３０１ｅの圧力が６．８ＭＰａを越えると、弁口３０３は開弁する。
同様に、例えば密閉空間１２内温度が４０℃の場合には、密閉空間３０５内圧は図７より約９．７ＭＰａであり、弁体３０４に作用する作用力は約１０．７ＭＰａである。したがって、上流側空間３０１ｅの圧力が１０．７ＭＰａ以下の場合には、弁口３０３は弁来３０４によって閉止され、また、上流側空間３０１ｅの圧力が１０．７ＭＰａを越えると、弁口３０３は開弁する。
【００３２】
次に、ＣＯ2 サイクルの作動を図８を用いて説明する。
ここで、例えば放熱器２の出口側温度が４０℃、かつ、放熱器２出口圧力が１０．７ＭＰａ以下のときは、前述のように、圧力制御弁３は閉じているので、圧縮機１は、アキュームレータ５内に蓄えられたＣＯ2 を吸引して放熱器２へ向けて吐出する。これにより、放熱器２の出口側圧力が上昇していく（ｂ’−ｃ’→ｂ”−ｃ”）。
【００３３】
そして遂に、放熱器２の出口側圧力が１０．７ＭＰａを越える（Ｂ−Ｃ）と圧力制御弁３が開弁するので、ＣＯ2 は減圧しながら気相状態から気液２相状態に相変化して（Ｃ−Ｄ）蒸発器４内に流れ込む。そして、蒸発器４内で蒸発して（Ｄ−Ａ）空気を冷却した後、再びアキュームレータ５に還流する。このとき、放熱器２の出口側圧力が再び低下するので、圧力制御弁３は再び閉じる。
【００３４】
すなわち、このＣＯ2 サイクルは、圧力制御弁３を閉じるにより、放熱器２の出口側圧力を所定の圧力まで昇圧させた後、ＣＯ2 を減圧、蒸発させて空気を冷却するものである。
なお、放熱器２の出口側温度が２０℃の場合も、前述の作動と同様に、圧力制御弁３は、放熱器２の出口側圧力を約６．８ＭＰａまで昇圧させた後、開弁する。
【００３５】
次に本実施形態の特徴を述べる。
上述のように、本実施形態に係る圧力制御弁３は、放熱器２の出口側圧力を所定の圧力まで昇圧させた後、開弁するものであり、その制御特性は、圧力制御弁３の密閉空間３０５の圧力特性に大きく依存する。
ところで、図１、８から明らかなように、超臨界域での６００ｋｇ／ｍ3 の等密度線は、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べた最適制御線ηmax にほぼ一致する。したがって、本実施形態に係る圧力制御弁３は、放熱器２の出口側圧力を、ほぼ最適制御線ηmax に沿った圧力まで上昇させるので、超臨界域においてもＣＯ2 サイクルを効率良く運転させることができる。
【００３６】
また、臨界圧力以下では、６００ｋｇ／ｍ3 の等密度線は、最適制御線ηmax からのズレが大きくなるが、凝縮域なので密閉空間３０５の内圧は、飽和液線ＳＬに沿って変化する。そして、両コイルばね３０９、３１０によって弁体３０４に初期荷重が与えられているので、約１０℃の過冷却度（サブクール）を有する状態に制御される。したがって、臨界圧力以下であっても、ＣＯ2 サイクルを効率良く運転させることができる。
【００３７】
なお、実用的には、ＣＯ2 温度が０℃での飽和液密度からＣＯ2 の臨界点での飽和液密度までの範囲で、密閉空間３０５内に封入することが望ましい。具体的にＣＯ2 では、４５０ｋｇ／ｍ3 〜９５０ｋｇ／ｍ3 であり（図８の一点鎖線Ｄ1 とＤ2 の間の範囲）、密閉空間３０５内体積と封入質量との関係は、図９の斜線に示す範囲である。
【００３８】
ところで、エレメントケース３１５単体を大気中に放置したとき、すなわち組立て工程における密閉空間３０５内外の圧力差（大気圧と密閉空間３０５との圧力差）は、ＣＯ2 サイクル（ＣＯ2 流路６ａ）中に圧力制御弁３を配設した場合における密閉空間３０５内外の圧力差（上流側空間３０１ｅと密閉空間３０５との圧力差）に比べて非常に大きいので、組立て工程にダイヤフラム３０６が破損する可能性が高い。
【００３９】
これに対して、本実施形態では、下側支持部材３０８には、弁口３０３が弁体３０４により閉じられた状態において、弁体３０４の面３０４ａに対して略同一面となる下側平面部３０８ｂが形成されているので、下側支持部材３０８と弁体３０４との間に段差が発生し難くく、下側平面部３０８ｂと面３０４ａとが略同一平面上に位置することとなる。
【００４０】
したがって、組立て工程中に、密閉空間３０５内外の圧力差が大きくなったときでも、下側平面部３０８ｂと面３０４ａとの間でダイヤフラム３０６が大きく変形することを抑制することができるので、組立て工程にダイヤフラム３０６が破損することを防止できる。
また、同様に、下側支持部材３０８に、変形促進部３０６ａに沿う形状に形成された凹部３０８ａが形成されているので、組立て工程中に、密閉空間３０５内外の圧力差により変形促進部３０６ａにてダイヤフラム３０６が大きく変形することを防止することができる。延いては、ダイヤフラム３０６が変形促進部３０６ａにて破損することを防止できる。
【００４１】
また、プレート３１１と段付き部３０７ａとが接触したときに、上側平面部３０７ｂがプレート３１１の面３１１ａと略同一面になるので、上流側空間３０１ｅの圧力が上昇して密閉空間３０５内外の圧力差が大きくなったときでも、下側平面部３０８ｂと同様に、上側平面部３０７ｂと面３１１ａとの間でダイヤフラム３０６が大きく変形することを抑制することができ、ダイヤフラム３０６の破損を防止できる。
【００４２】
また、弁体３０４およびダイヤフラム３０６は、ダイヤフラム３０６が中立状態から弁体３０４側（ダイヤフラム３０６の厚み方向他端側）に向けて変位したときに弁口３０３を閉じ、厚み方向一端側に向けて変位したときに弁口３０３の開度（弁口３０３を閉じた状態を基準とする弁体３０４の変位量）が最大となるように構成されているので、ダイヤフラム３０６は中立状態からダイヤフラム３０６の厚み方向他端側および一方側に変形変位することとなる。
【００４３】
したがって、弁体３０４の最大変位量に比べて、ダイヤフラム３０６の最大変形変位量を小さくすることができるので、ダイヤフラム３０６を中立状態から厚み方向一方側および他方側のいずれか一方側のみで変形変位させる場合に比べて、ダイヤフラム３０６に発生する最大応力を小さくすることができる。延いては、ダイヤフラム３０６の耐久性を向上させることができる。
【００４４】
また、弁体３０４には、ダイヤフラム３０６の厚み方向両端側から弾性力が作用しているので、弁体３０４とダイヤフラム３０６とを接合することなく、弁体３０４とダイヤフラム３０６とを一体的に可動（変位）させることができる。
ところで、溶接等のように熱を加えることにより、弁体３０４とダイヤフラム３０６とを接合した場合、ダイヤフラム３０６の結晶構造が変化し、ダイヤフラム３０６の変形変位特性が変化するおそれがある。
【００４５】
これに対して、本実施形態では、弁体３０４とダイヤフラム３０６とが接合されていないので、ダイヤフラム３０６の変形変位特性が変化することを防止できる。
ところで、上述の作動および特徴の説明からも明らかなように、圧力制御弁３の密閉空間３０５内温度は、理想的には、放熱器２出口側温度（上流側空間３０１ｅの温度）に対して時間差無しに連動して変化することが望ましい。
【００４６】
これに対して、本実施形態では、上側支持部材３０７より熱伝導率の大きい封入管３１３が、密閉空間３０５内外に渡って上側支持部材３０７を貫通しているので、密閉空間３０５内の温度と上流側空間３０１ｅの温度との差を小さくすることができる。したがって、放熱器２の出口側圧力を、より一層最適制御線ηmax に沿った圧力まで上昇させるので、より効率良く、ＣＯ2 サイクルを運転させることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
本実施形態は、図１０、１１に示すように、上側支持部材３０７の肉厚方向に突出する突出部３１７を上側支持部材３０７に形成したものである。
これにより、上側支持部材３０７と上流側空間３０１ｅとの間の熱伝達率、および上側支持部材３０７の耐圧強度を向上させることができる。延いては、上側支持部材３０７の薄肉化を図ることができるので、上流側空間３０１ｅと密閉空間３０５との熱伝導量を向上させることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、突出部３１７を上側支持部材３０７の外壁側（上流側空間３０１ｅ）側にのみ設けたが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、上側支持部材３０７の内壁側（密閉空間３０５側）に突出部３１７を設けてもよい。
（第３実施形態）
本実施形態は、図１２、１３に示すように、第２コイルばね３１０を下流側空間３０１ｆに配設したものである。なお、図１２は、隔壁部３０２に雌ねじ３０２ａを設けた例であり、図１３はケーシング本体３０１ｃに雌ねじ３０２ａを設けた例である。
【００４９】
これにより、エレメントケース３１５をケーシング３０１内に収納した後であっても、流入口３０１ｂから六角レンチ等により調節ネジ３１２を回すことができる。
（第４実施形態）
本実施形態は、図１４〜１６に示すように、第１コイルばね３０９を廃止して、弁体３０４およびプレート（剛体）３１１とダイヤフラム３０６とを接合するとともに、弁口３０３を閉じる向きに第２コイルばね３１０の弾性力を弁体３０４に対して作用させたものである。なお、本実施形態では、弁体３０４に雄ねじを形成し、調節ネジ３１２に雌ねじを形成している。
【００５０】
これにより、エレメントケース３１５（圧力制御弁３）の部品点数を削減することができるので、圧力制御弁３の製造原価低減を図るこのできる。
ところで、本発明に係る圧力制御弁は、ＣＯ2 を使用し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も適用することができる。
【００５１】
また、アキュームレータ５を廃止しても、前述の蒸気圧縮式冷凍サイクルを実施することができる。この場合、蒸発器４内に残存する冷媒が吸引されて、アキュームレータ５を有するＣＯ2 サイクルと同様な作動を得ることができる。
因みに、本明細書において、例えば「弁体３０４とダイヤフラム３０６とが接触している」とは、弁体３０４とダイヤフラム３０６との間に、スペーサ（ワッシャ）等の別体部品は介在している場合も含む意味である。つまり、弁体３０４と別体部品であっても、弁体３０４と一体的に可動する場合には、その別体部品は弁体３０４の一部とみなすことができる。なお、プレート３１１ととダイヤフラム３０６との間に別体部品が介在する場合も同じである。
【００５２】
また、下側平面部３０８ｂと面３０４ａとの間に段差が発生しないように、下側平面部３０８ｂと面３０４ａとを略同一の曲面上に位置するように構成しても、ダイヤフラム３０６の破損を防止できる。同様に、上側平面部３０７ｂと面３１１ａとを略同一の曲面上に位置するように構成してもよい。
また、第１〜３実施形態では、ダイヤフラム３０６と弁体３０４とを接合していなかったが、両者３０６、３０４を溶接や接着剤等により接合してもよい。これにより、弁体３０４を確実にダイヤフラム３０６に追従させて変位させることができる。
【００５３】
また、上述の実施形態では、プレート３１１を樹脂製としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＯ2 のモリエル線図である。
【図２】成績係数（ＣＯＰ）と放熱器出口側圧力との関係を示すグラフである。
【図３】ＣＯ2 サイクルの模式図である。
【図４】第１実施形態に係る圧力制御弁の断面図である。
【図５】開弁状態を示すダイヤフラム部分の拡大図である。
【図６】閉弁状態を示すダイヤフラム部分の拡大図である。
【図７】（ａ）は図４のＡ矢視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図である。
【図８】蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動を説明するための説明図である。
【図９】密閉空間内の体積と、この密閉空間内に封入されるＣＯ2 の質量との関係を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態に係る圧力制御弁の上側支持部材を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る圧力制御弁の変形例を示す上側支持部材の正面図である。
【図１２】第３実施形態に係る圧力制御弁の断面図である。
【図１３】第３実施形態の変形例に係る圧力制御弁の断面図である。
【図１４】第４実施形態に係る圧力制御弁の断面図である。
【図１５】第４実施形態の変形例に係る圧力制御弁の断面図である。
【図１６】第４実施形態の変形例に係る圧力制御弁の断面図である。
【符号の説明】
３０１…ケーシング、３０２…隔壁部、３０３…弁口、３０４…弁体、
３０５…密閉空間、３０６…ダイヤフラム（変位部材）、
３０７…ダイヤフラム上側支持部材（形成部材）、
３０７ａ…段付き部（ストッパ部）、
３０７ｂ…上側平面部（形成部材平面部）、
３０８…ダイヤフラム下側支持部材（保持部材）、
３０８ｂ…下側平面部（保持部材平面部）、
３０９…第１コイルばね（第１弾性部材）、
３１０…第２コイルバネ（第２弾性部材）、
３１１…プレート（剛体）、３１２…調節ネジ（弾性力調節機構）、
３１３…封入管（貫通部材）。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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