DE102007032254A1

DE102007032254A1 - Drucksteuerventil

Info

Publication number: DE102007032254A1
Application number: DE200710032254
Authority: DE
Inventors: Hiromi Kariya Ohta; Nobuharu Kariya Kakehashi; Ryo Matsuda; Shu Yanagisawa
Original assignee: Fujikoki Corp; Denso Corp
Current assignee: Fujikoki Corp; Denso Corp
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2008-02-14
Also published as: CN101105355A; JP2008020141A; US20080011363A1

Abstract

In einem Drucksteuerventil 3 zur Bewirkung von Deformation eines elastischen Elementes 32 durch eine Druckdifferenz zwischen einem CO<SUB>2</SUB>-Gasdruck in einem abgedichteten Raum (wärmesensitiver Abschnitt) entsprechend einer Kältemitteltemperatur und einem Hochdruck des CO<SUB>2</SUB>-Kältemittels in dem Kälteerzeugungskreis zum Öffnen und Schließen des Ventils ist ein Volumenverhältnis Vs/(Vs-Vo) eines Gesamtvolumens (Vs) des abgedichteten Raumes, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist, und ein Gesamtvolumen (Vo) des abgedichteten Raumes, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, größer als 1,9 oder 2,4. Um dieses Volumenverhältnis zu verbessern, wird ein Hohlraum 31d, der mit dem abgedichteten Raum kommunizierend verbunden ist, in einem Verschiebungsübertragungselement 31 ausgebildet, das mit dem elastischen Element gekoppelt ist, oder ein Ausnehmungsabschnitt 35 in einem Abdeckungselement 35a ausgebildet, oder ein Element, das mit dem abgedichteten Raum kommunizierend verbunden ist, ist angeschlossen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Drucksteuerventil (Expansionsventil) zum Steuern von auslassseitigem Druck eines Wärmeradiators (Gaskühlers), eines Dampfkompressionssystem-Kälteerzeugungskreises. Genauer ist die Erfindung geeignet für einen superkritischen Kälteerzeugungskreis, der Kältemittel, wie Kohlendioxid (CO₂) in einen superkritischen Bereich verwendet.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In einem Kälteerzeugungskreis, der HFC134a als ein Kältemittel verwendet, gemäß der früheren Technik, wurde ein Drucksteuerventil, wie das in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2002-13844 offenbarte und in 14 gezeigte verwendet, um einen Grad des Überheizens eines Verdampferauslass-Kältemittels zu steuern. Dieses Drucksteuerventil 3 enthält einen temperatursensitiven Abschnitt 3a, dessen Innendruck sich in Übereinstimmung mit einer Kältemitteltemperatur auf der Ausgangsseite eines Verdampfers 4 ändert, ein folienartiges Diaphragma 3c, welches den temperatursensitiven Abschnitt 3a von einem Raum 3b abtrennt, in welchen das Kältemittel, das von dem Verdampfer 4 ausströmt, eingeleitet wird und einer Verschiebung in Übereinstimmung mit einer Druckänderung in dem temperatursensitiven Abschnitt 3a unterzogen wird, einen Drosselabschnitt 3d zum Reduzieren des Drucks des Kältemittels, einen Ventilkörper 3e zum Einstellen einer Öffnung des Drosselabschnitts 3d und Verschiebungsübertragungsmittel 3f zum Übertragen der Verschiebung des Diaphragmas 3c zu dem Ventilkörper 3e. Ein Kältemitteldurchtritt 3g zum Führen des Kältemittels, welches aus dem Verdampfer 4 zu der Seite des Diaphragmas 3c strömt, ist in dem Verschiebungsübertragungsmittel 3f vorgesehen. Demzufolge kühlt Niedrigtemperatur Kältemittel, welches aus dem Verdampfer 4 ausströmt, das Diaphragma 3c und selbst wenn das Gas in dem temperatursensitiven Abschnitt 3a einer Kondensation unterzogen wird und kondensierte Tropfen Wärme von Außenlust absorbieren und verdampfen, kann das Innere des wärmesensitiven Abschnitts 3a hinreichend gekühlt werden, wodurch es ermöglicht wird, zuvor zu verhindern, dass der Druck in dem wärmesensitiven Abschnitt 3a in Folge der Einflüsse der umgebenden Atmosphäre um den wärmesensitiven Abschnitt herum ansteigt.
In einem Kälteerzeugungskreis, der HFC134a als das Kältemittel verwendet, wird das Drucksteuerventil bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur des Kältemittels verwendet, um die Temperatur des Niedrigdruckkältemittels zu erfassen, und das in einem wärmesensitiven Abschnitt oder einem abgedichteten Raum an dem oberen Teil des Diaphragmas eingeschlossene Kältemittel wird in einem Gas-/Flüssigkeits-Zweiphasenzustand verwendet. Da der Kältemitteldruck in diesem Gas-/Flüssigkeits-Zweiphasenzustand nur durch die Temperatur bestimmt wird, wird das Drucksteuerventil stets auf einem Steuerdruck entsprechend einer Erfassungstemperatur gehalten, selbst wenn das Diaphragma eine Verschiebung durch die Änderung des Kältemitteldrucks in dem Kälteerzeugungskreis unterzogen wird, und demzufolge ändert sich das Volumen des abgedichteten Raums (temperatursensitiven Abschnitts) an dem oberen Teil des Diaphragmas.
In einem Kälteerzeugungskreis, der Kohlendioxid (CO₂) als das Kältemittel verwendet, wird ein superkritischer Zustand bei einer Temperatur oberhalb einer kritischen Temperatur erreicht. Daher ändert sich dann, wenn das Diaphragma einer Verschiebung unterzogen wird und das Volumen des abgedichteten Raums (temperatursensitiven Abschnitts) an dem oberen Teil des Diaphragmas sich ändert, der Druck des eingeschlossenen Kältemittels in dem abgedichteten Raum an dem oberen Teil des Diaphragmas sich ändert, der Druck des eingeschlossenen Kältemittels in dem abgedichteten Raums in Übereinstimmung mit der Volumenänderung selbst bei der gleichen Kältemitteltemperatur, und der Steuerdruck des Drucksteuerventils ändert sich ebenfalls.
Daher ist in einem Kälteerzeugungskreis, der CO₂-Kältemittel verwendet, ein Verfahren zur Steuerung von Hochdruck, bei welchem ein Leistungskoeffizient (COP = Δi/ΔL:Δi ist eine Enthalpieänderungsquantität in dem Verdampfungsprozess, und ΔL ist eine Enthalpieänderungsquantität in dem Kompressionsprozess) des CO₂-Kreises ein Maximum bezüglich der Kältemitteltemperatur an dem Ausgang des Gaskühlers (Wärmeradiators) erreicht, aus der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 9-264622 bekannt. In dem Drucksteuerventil gemäß der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 9-264622 ist das CO₂-Kältemittel in dem abgedichteten Raum an dem oberen Teil des Diaphragmas bei einer Dichte im Bereich von einer Sättigungslösungsdichte bei einer Temperatur von 0 °C bis zu einer Sättigungslösungsdichte bei dem kritischen Punkt des CO₂-Kältemittels bezüglich des Volumens des abgedichteten Raums in einem Zustand, in welchem der Ventilkörper den Drosselabschnitt schließt eingeschlossen. Demzufolge wird der Druck auf der Ausgangsseite des Gaskühlers und die ausgangsseitige Temperatur des Gaskühlers im wesentlichen entlang einer optimalen Steuerlinie des Mollierdiagramms gesteuert und der CO₂-Kreis kann auch effizient in dem kritischen Bereich betrieben werden.
Jedoch weist das Drucksteuerventil gemäß der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 9-264622 das Problem auf, dass dann, wenn die Änderung des Steuerdrucks größer als die Diaphragma-Verschiebung ist, der Steuerdruck erheblich von dem Hochdruck (optimalen Druck) abweicht, bei welchem COP(Coefficient of Performance = Leistungskoeffizient) ein Maximum erreicht, und dass der COP absinkt.
Wenn die Erhöhung des Steuerdrucks größer als die Diaphragma-Verschiebung ist, übersteigt der Druck das Maximum des Hochdrucks, bevor das Drucksteuerventil vollständig geöffnet ist.
Das Drucksteuerventil zur Verwendung in einem Kälteerzeugungskreis, der CO₂-Kältemittel verwendet, zeigt vorzugsweise ein kleines Absinken von COP relativ zu dem Steuerdruck, aber der abgedichtete Raum (temperatursensitive Abschnitt), in welchem das Gas eingeschlossen ist, muss erhöht werden, um die Volumenänderung des Drucksteuerventils relativ zu der Ventilöffnung zu reduzieren. Demgemäß wird das Drucksteuerventil hinsichtlich der Größe größer und Herstellungskosten werden höher.
In dem Kälteerzeugungskreis, der CO₂-Kältemittel verwendet, steigt auch der optimale Hochdruck (der Druck, bei welchem COP maximal wird) an, wenn die Kühlmitteltemperatur an der Rückseite des Gaskühlers ansteigt. Wenn der Hoch druck höher wird, bestehen Probleme dahingehend, dass die Haltbarkeit der Vorrichtung absinkt und die Abgabetemperatur des Kältemittels höher wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit Blick auf die vorstehend beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drucksteuerventil zur Verwendung in einem superkritischen Kreis, insbesondere in einem Kälteerzeugungskreis, der CO₂ als Kältemittel verwendet, bereitzustellen, welcher einen Steuerdruck hemmen kann, sich infolge von Verschiebung eines elastischen Elements zu ändern und welcher einen anormalen Hochdruck und drastisches Absinken von COP (Leistungskoeffizient) verhindern kann.
Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, ein Drucksteuerventil bereitzustellen, welches in der Lage ist, einen abgedichteten Raum (temperatursensitiven Abschnitt) klein zu machen, in welchem ein Gas eingeschlossen ist, und das Ansteigen der Größe und die Produktionskosten des Ventils niedrig zu halten.
Es ist eine dritte Aufgabe der Erfindung, ein Drucksteuerventil bereitzustellen, welches in der Lage ist, einen Hochdruck zu reduzieren und das Absinken der Haltbarkeit einer Vorrichtung und das Ansteigen einer Abgabetemperatur zu verhindern.
In einem Drucksteuerventil, in welchem ein elastisches Element 32 durch eine Druckdifferenz zwischen einem Druck eines CO₂-Gases in einem abgedichteten Raum A entsprechend einer Kältemitteltemperatur und stark unter Druck gesetztem CO₂-Kältemittel in einem Kälteerzeugungskreis deformiert wird und welches Öffnen und Schließen eines Ventils bewirkt, stellt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Drucksteuerventil bereit, in welchem ein Volumenverhältnis Vs/(Vs-Vo) eines Gesamtvolumens Vs des abgedichteten Raums, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist, und ein Gesamtvolumen Vo des abgedichteten Raums, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, zumindest 1,9 ist. Auf diese Weise kann der abgedichtete Raum (temperatursensitive Abschnitt), in welchem das CO₂-Gas eingeschlossen ist, kompakt gemacht werden, wobei die Änderung des Steuerdrucks klein vorgesehen wer den kann, und das Ansteigen der Größe und der Herstellungskosten des Drucksteuerventils reduziert werden können.
Das Drucksteuerventil gemäß der Erfindung weist eine Konstruktion auf, in welcher das Volumenverhältnis Vs/(Vs-Vo) größer als der Wert des Volumenverhältnisses ist, welches aus 11 bestimmt wird, dies in Bezug auf eine CO₂-Gasdichte in dem abgedichteten Raum, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist. In diesem Fall kann das Drucksteuerventil den abgedichteten Raum klein machen und kann zu der Senkung der Änderung des Steuerdrucks beitragen.
Ein Drucksteuerventil gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist eine Konstruktion auf, in welchem ein Volumenverhältnis Vs/(Vs-Vo) eines Gesamtvolumens Vs eines abgedichteten Raums, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist und eines Gesamtvolumens von Vo des abgedichteten Raums, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, zumindest 2,4 ist. Demzufolge ist es möglich, einen kompakten abgedichteten Raum herzustellen, in welchem das CO₂-Gas eingeschlossen ist, wodurch verhindert wird, dass der optimale Hochdruck einen oberen Grenzwert von 15 MPa übersteigt und wodurch die Haltbarkeit der Vorrichtung verbessert wird.
Ein Drucksteuerventil gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist eine Konstruktion auf, in welcher ein Volumenverhältnis Vs/(Vs-Vo) eines gesamten Volumens Vs eines abgedichteten Raums, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist, und eines Gesamtvolumens Vo des abgedichteten Raums, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, größer als ein Wert ist, der aus 12 bestimmt wird. Demzufolge ist es möglich, in diesem Fall einen kompakten abgedichteten Raum herzustellen, und zu verhindern, dass der optimale Hochdruck den oberen Grenzwert übersteigt.
Ein Drucksteuerventil gemäß der Erfindung weist eine Konstruktion auf, in welcher Steuerdruck nicht größer als 14 MPa bei einer Kältemitteltemperatur von 60 °C ist. Wenn die Kühlmitteltemperatur 60 °C ist, kann der Druck den oberen Grenzwert übersteigen, falls die Änderung des Steuerdrucks groß ist. Daher wird der Steuerdruck auf 14 MPa oder weniger gewählt.
Ein Drucksteuerventil gemäß der Erfindung weist eine Konstruktion auf, in welcher Steuerdruck zumindest 9,5 MPa bei einer Kältemitteltemperatur von 40 °C ist. Wenn die Kältemitteltemperatur 40 °C ist, ist der optimale Hochdruck etwa 9,5 MPa und weist eine Toleranz bezüglich des oberen Grenzwertes auf. Da die COP-Änderung bezüglich des Steuerdrucks bei einem Druck unterhalb des optimalen Hochdrucks drastisch stinkt, wird der Steuerdruck auf 9,5 MPa oder mehr gewählt.
In dem Drucksteuerventil gemäß der Erfindung ist ein Raum A₁, der mit dem abgedichteten Raum kommunizierend verbunden ist, in einem Verschiebungsübertragungselement 31 ausgebildet, welches hermetisch mit dem elastischen Element 32 gekoppelt ist. Demzufolge kann das Volumen des abgedichteten Raums erhöht werden und die Volumenänderung bezüglich der Ventilöffnung des Drucksteuerventils kann gesenkt werden. Mit anderen Worten kann die Änderung des Steuerdrucks gesenkt werden.
In dem Drucksteuerventil gemäß der Erfindung wird Öffnen und Schließen des Ventils durch das Verschiebungsübertragungselement 31 bewirkt, welches an das elastische Element 32 gekoppelt ist. Mit anderen Worten wird Öffnen und Schließen des Drucksteuerventils durch mechanische Mittel ausgeführt.
In dem Drucksteuerventil gemäß der Erfindung ist ein Ausnehmungsabschnitt 35a in einem Abdeckungselement 35 auf der Seite gegenüber dem elastischen Element 32 relativ zu dem abgedichteten Raum A ausgebildet, oder ein Element 7, 8 mit einem Raum, der mit dem abgedichteten Raum kommunizierend verbunden ist, angeschlossen an das Abdeckelement 35. Demgemäß kann das Volumen des abgedichteten Raums erhöht werden und die Volumenänderung bezüglich der Ventilöffnung des Drucksteuerventils kann gesenkt werden.
In dem Drucksteuerventil gemäß der Erfindung ist das elastische Element 32 ein Diaphragma oder ein Balg.
Die vorliegende Erfindung wird aus der Beschreibung der nachfolgenden bevorzugten Ausführungsformen ersichtlicher, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
In den Zeichnungen:
1 ist eine schematische Ansicht eines Kälteerzeugungskreises, der einen internen Wärmetauscher aufweist und ein Drucksteuerventil verwendet, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht, des Drucksteuerventils der ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine schematische Ansicht eines Kälteerzeugungskreises, der ein Drucksteuerventil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet, aber keinen internen Wärmetauscher aufweist.
4 ist eine Querschnittsansicht des Drucksteuerventils der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
5A und 5B sind eine schematische Ansicht eines Kälteerzeugungskreises, der ein Drucksteuerventil gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, aber keinen internen Wärmetauscher aufweist, und eine schematische Ansicht eines Kälteerzeugungskreises, der ein Drucksteuerventil gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet und einen internen Wärmetauscher aufweist.
6 ist eine Querschnittsansicht, des Drucksteuerventils der dritten Ausführungsform der Erfindung.
7 ist ein Graph, welcher ein Verhältnis zwischen einem Volumenverhältnis eines abgedichteten Raumes eines Drucksteuerventils bei einer Kältemitteltemperatur von 40 °C und einer Änderung von Quantität eines Steuerdrucks zeigt, wenn das Drucksteuerventil von einem vollständig geschlossenen Zustand zu einem vollständig geöffneten Zustand wechselt, unter Verwendung einer Dichte des in dem abgedichteten Raum eingeschlossenen Gases als ein Parameter.
8 ist ein Graph, welcher das Verhältnis zwischen einem Volumenverhältnis eines abgedichteten Raumes eines Drucksteuerventils bei einer Kältetemperatur von 60 °C und einer Änderung einer Quantität eines Steuerdrucks zeigt, wenn das Drucksteuerventil von einem vollständig geschlossenen Zustand in einem vollständig geöffneten Zustand wechselt unter Verwendung einer Dichte des in dem abgedichteten Raum eingeschlossenen Gases als ein Parameter.
9 ist ein Graph, welcher das Verhältnis zwischen einem Hochdruck eines Drucksteuerventils und COP in einem Kälteerzeugungskreis zeigt, welcher einen internen Wärmetauscher aufweist unter Verwendung einer Kältemitteltemperatur als ein Parameter.
10 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen einem Hochdruck eines Drucksteuerventils und COP in einem Kälteerzeugungskreis zeigt, welcher keinen internen Wärmetauscher aufweist, unter Verwendung einer Kältemitteltemperatur als ein Parameter.
11 ist ein Graph, welcher eine Linie einer Steuerdruckänderungsbreite 2 MPa bei einer Kältemitteltemperatur von 40 °C durch graphische Darstellung einer Dichte des eingeschlossenen Gases zu der Abszisse zeigt.
12 ist ein Graph, welcher eine Linie einer Steuerdruckänderungsbreite 2 MPa bei einer Kältemitteltemperatur von 60 °C zeigt, durch graphische Darstellung einer Dichte des eingeschlossenen Gases zu der Abszisse.
13A und 13B sind beispielhafte Ansichten, die zur Erläuterung eines Ventil-Schließzustands und eines Ventils-Öffnungszustands eines Drucksteuerventils nützlich sind.
14 ist eine Querschnittsansicht eines Drucksteuerventils gemäß der früheren Technik.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Drucksteuerventile gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Kälteerzeugungskreis (superkritischen Kälteerzeugungskreis) erläutert, in welchem ein interner Wärmetauscher eingebaut ist, und welcher CO₂ als ein Kältemittel zirkuliert. 2 zeigt ein Drucksteuerventil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche auf den in 1 gezeigten Kälteerzeugungskreis angewandt ist. In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Kompressor, welcher CO₂-Kältemittel einsaugt und komprimiert, und Bezugsziffer 2 bezeichnet einen Gaskühler (Wärmeradiator), welcher das durch den Kompressor 1 komprimierte Kältemittel kühlt.
Bezugsziffer 3 bezeichnet ein Drucksteuerventil (Expansionsventil) gemäß dieser Ausführungsform. Dieses Drucksteuerventil 3 weist einen temperatursensitiven Abschnitt (abgedichteten Raum) A auf, in welchem CO₂-Gas eingeschlossen ist, und steuert Kältemitteldruck auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2 auf der Grundlage der Kältemitteltemperatur auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2. Daher arbeitet das Drucksteuerventil auch als eine druckreduzierende Einrichtung, welche den Druck von Hochdruck-Kältemittel reduziert. Das Drucksteuerventil 3 weist eine Ventilfunktion zum Öffnen und Schließen eines Kältemitteldurchtritts auf, der sich von dem Gaskühler 2 zu dem internen Wärmetauscher 6 erstreckt, und eines Kältemitteldurchtritts, der sich von dem internen Wärmetauscher 6 zu einem Verdampfer 4 erstreckt. Das Drucksteuerventil 3 wird nachfolgend weiter ins Detail gehend erläutert.
Der Verdampfer 4 verdampft ein Gas-/Flüssigkeits-Zweiphasenkältemittel, dessen Druck durch das Drucksteuerventil 3 reduziert wurde, und kühlt Luft, welche außerhalb des Verdampfers 4 strömt. Bezugsziffer 5 zeichnet einen Sammler, welcher das gasförmige Kältemittel von dem Flüssigphasen-Kältemittel trennt und vorübergehend überschüssiges Kältemittel in dem Kälteerzeugungskreis speichert. Bezugsziffer 6 bezeichnet den internen Wärmetauscher, der in dem Kältemittelkreis angeordnet ist, so dass Kältemittel, welches aus dem Gaskühler 2 zu dem Drucksteuerventil 3 und das Kältemittel, welches von dem Sammler 5 zu dem Kompressor 1 strömt, Wärmetausch miteinander ausführen. Der Kompressor 1, der Gaskühler 2, das Drucksteuerventil 3, der Verdampfer 4, der Sammler 5 und der interne Wärmetauscher 6 sind aneinander über einen Leitungsstruktur angeschlossen und bilden einen geschlossenen Kreislauf. Daher wird CO₂-Kältemitel, das von dem Kompressor 1 abgegeben wird, in den originalen Kompressor 1 durch den Gaskühler 2 → internen Wärmetauscher 6 →, Drucksteuerventil 3 →, Verdampfer 4 →, Sammler 5 →, internen Wärmetauscher 6 genommen bzw. gebracht.
Das Drucksteuerventil 3A der ersten Ausführungsform, welches für den in 1 gezeigten Kälteerzeugungskreis verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Ein erster Strömungsdurchtritt F1 als ein Teil des Kältemittelströmungsdurchtritts, der sich von dem Gaskühler 2 zu dem internen Wärmetauscher 6 erstreckt, und ein zweiter Strömungsdurchtritt F2 als ein Teil des Kältemittelströmungsdurchtritts, der sich von dem internen Wärmetauscher 6 zu dem Verdampfer 4 durch die Ventilöffnung 33g erstreckt, sind unabhängig in einem Körper 33 des Drucksteuerventils 3A ausgebildet. Um den drucksensitiven Abschnitt (abgedichteten Raum), der später beschrieben wird, einzurichten, ist eine erste Öffnung 33e auf dem wärmesensitiven Abschnitt angeordnet, und eine zweite Öffnung 33f zum Einstellen einer Einstellfeder 36 ist an einem unteren Teil neben einer Einströmöffnung 33a angeordnet, die an der Seite des Gaskühlers (2) und einer Ausströmöffnung 33b, die an der Seite des internen Wärmetauschers angeschlossen ist, die zusammen den ersten Strömungsdurchtritt F1 bilden, und an einer Einströmöffnung 33c angeschlossen ist, die an der Seite des internen Wärmetauschers (6) und einer Ausströmöffnung 33d angeschlossen ist, die an der Seite des Verdampfers (4) angeschlossen ist, welche zusammen den zweiten Strömungsdurchtritt F2 bilden.
Ein Verschiebungsübertragungselement 31 mit einem Ventilabschnitt 31A, der an dessen distalen Ende ausgebildet ist, ist in dem Körper 33 untergebracht, und der Ventilabschnitt 31A des Verschiebungsübertragungselements 31 öffnet und schließt eine Ventilöffnung 33g. Demzufolge wird der zweite Strömungsdurchtritt F2 geöffnet und geschlossen und der interne Wärmetauscher 6 und der Verdampfer 4 werden miteinander verbunden und voneinander getrennt.
Ein temperatursensitiver Abschnitt ist an einer ersten Öffnung 33e des Körpers 33 angebaut. Der temperatursensitive Abschnitt enthält ein elastisches Element 32, wie ein Diaphragma oder einen Balg, ein Abdeckelement 35, ein unteres Tragelement 34 und ein abgedichteter Raum A ist innerhalb des temperatursensitiven Abschnitts ausgebildet. Mit anderen Worten wird eine Ausnehmung 35a zur Ausbildung des abgedichteten Raums A an dem Zentrum des Abdeckelements 35 ausgebildet und die umfängliche Kante des elastischen Elements 32 wird durch das Abdeckmaterial 35 und das untere Tragelement 34 geklemmt und fixiert, um den temperatursensitiven Abschnitt zu bilden. Das elastische Element 32 weist einen dünnen Film auf, der aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, und einer Deformation und Verschiebung in Übereinstimmung mit der Druckdifferenz zwischen der inneren und dem äußeren des abgedichteten Raumes A unterzogen wird. Das untere Tragelement 34 weist einen zylindrischen Abschnitt 34a und einen Flanschabschnitt 34b auf, und ein Schraubabschnitt, der um den Außenumfang des zylindrischen Abschnitts 34a ausgebildet ist, ist an die erste Öffnung 33e des Körpers 33 angepasst, wodurch der temperatursensitive Abschnitt an dem Körper 33 fixiert wird. Eine Füllleitung 35b ist an dem Abdeckelement 35 angebracht und ein Gas, wie CO₂, wird aus der Füllleitung 35b in dem abgedichteten Raum A eingeschlossen. Die Füllleitung 35b wird geschlossen, nachdem das Gas eingeschlossen ist.
Einer der Endabschnitte 31b des Verschiebungsübertragungselements 31, welches sich nach oben von dem Ventilabschnitt 31a durch den zylindrischen Abschnitt 34a des unteren Tragelements 34 erstreckt, ist an dem elastischen Element 32 fixiert und ein Freiraum B mit ringförmiger Querschnittsform wird zwischen der inneren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 34a und dem äußeren Umfangsabschnitt des Verschiebungsübertragungselements 31 begrenzt. Dieser Freiraum B ist mit dem ersten Strömungsdurchtritt F1 kommunizierend verbunden, der an der Ausgangsseite des Gaskühlers 2 angeschlossen ist. Im Ergebnis strömt das Kältemittel auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2 in den Freiraum B und die Kältemitteltemperatur wird auf das Gas in dem abgedichteten Raum A übertragen. Gleichzeitig betätigt der Druck des Kältemittels auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2 das elastische Element 32.
Ein Hohlraum (Raum A₁) 31d, der mit dem abgedichteten Raum A des temperatursensitiven Abschnitts kommunizierend verbunden ist, ist an einem Endabschnitt 31b des Verschiebungsübertragungselements 31 ausgebildet. Um diesen Hohlraum 31d mit dem abgedichteten Raum A in diesem Fall kommunizierend zu verbinden, ist natürlich eine Durchgangsöffnung 32a in dem elastischen Element 32 ausgebildet, und der abgedichtete Raum A und der Hohlraum (Raum A₁) 31d sind miteinander über diese Durchgangsöffnung 32a kommunizierend verbunden. Gemäß dieser Konstruktion kann der abgedichtete Raum des temperatursensitiven Abschnitts als die Summe des abgedichteten Raums A + Raum A₁ angesetzt werden und der abgedichtete Raum kann erweitert werden, so dass die Genauigkeit des temperatursensitiven Abschnitts verbessert werden kann.
Eine Einstellmutter 37 greift in den äußeren Endabschnitt 31c des Verschiebungsübertragungselements 31 ein, welches sich nach unten unterhalb des Ventilabschnitts 31a durch die Ventilöffnung 33g erstreckt. Eine Einstellfeder 36 zum Drängen des Ventilabschnitts 31a des Verschiebungsübertragungselements 31 in die Schließrichtung des Ventils ist zwischen der unteren Oberfläche der Ventilöffnung 33g und der Einstellmutter 37 zwischengelagert. Eine Anfangs-Einstelllast der Einstellfeder 36 (elastische Kraft in dem Schließzustand der Ventilöffnung 33g) kann durch drehen der Einstellmutter 37 beliebig eingestellt werden. Die Einstellfeder 36, die Einstellmutter 37, usw. sind in einem stromabwärtigen Raum 37 als ein Teil des zweiten Strömungsdurchtritts F2 angeordnet, der an der Eingangsseite des Verdampfers 4 angeschlossen ist. Wenn die Kappe 38 in die zweite Öffnung 33f des Körpers 33 eingepasst ist, ist der untere Teil des stromabwärtigen Raums C geschlossen.
In dem Drucksteuerventil 3A der ersten Ausführungsform, welche den vorstehendbeschriebenen Aufbau aufweist, wird die Ventilschließkraft des Verschiebungsübertragungselements 31 durch den inneren Druck innerhalb des abgedichteten Raumes (A + A₁) und die Einstellfeder 36 erhalten, und die Ventilöffnungskraft des Verschiebungsübertragungselements 31 wird durch den Kältemitteldruck auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2 erhalten. Das Drucksteuerventil 3A wird in Übereinstimmung mit dem Gleichgewicht von sowohl der Ventilöffnungs- als auch Schließkräfte geöffnet und geschlossen. Der Innendruck des abgedichteten Raumes (A + A₁) ändert sich in Abhängigkeit von der Kältemitteltemperatur auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2, dass in den Freiraum B einströmt, und, sowie sich die Öffnung der Ventilöffnung 33g somit ändert, wird der Kältemitteldruck auf der Ausgangsseite des internen Wärmetauschers 6 gesteuert.
Es ist bekannt, dass in einem Kälteerzeugungskreis, der CO₂ als das Kältemittel verwendet, hoher Druck vorliegt, bei welchem COP (Leistungskoeffizient) ein Maximum erreicht. Die Verwendung eines internen Wärmetauschers 6 zum Bewirken von Wärmetausch zwischen dem Kältemittel an dem Ausgang des Gaskühlers 2 und dem Einlasskältemittel des Kompressors 1 wurde als ein Mittel zur Verbesserung des COP vorgeschlagen.
9 ist ein Graph, welcher das Verhältnis zwischen dem Hochdruck und COP durch graphische Darstellung der Fälle der Auslasskältemitteltemperatur von 40 °C, 50 °C und 60 °C zeigt, wenn der interne Wärmetauscher 6 verwendet wird, wobei jeweils die Temperatur des Verdampfers 4 20 °C und die Überheizquantität (der Überheizgrad) des Einlasskältemittels des Kompressors 1 20 °C ist.
Das Drucksteuerventil 3 (3A), dass für den Kreislauf des CO₂-Kältemittels verwendet wird, reguliert den Hochdruck des Kreises auf den Druck, bei welchem COP maximal bezüglich der Ausgangkältemitteltemperatur des Gaskühlers 2 wird. Daher sind die Drucksteuerkennlinien durch die Dichte des eingeschlossenen Gases, etc., des wärmesensitiven Abschnitts (abgedichteten Raum) des Drucksteuerventils 3 (3A) reguliert, um so die Temperatur-/Druck-Kennlinien zu erzielen, die durch eine strichlierte Linie in 9 gezeigt sind.
Das CO₂-Gas oder eine Mischung des CO₂-Gases und einer kleinen Menge eines trägen Gases, wie Stickstoffgas, wird in einen temperatursensitiven Abschnitt (abgedichteter Raum) des Drucksteuerventils 3 (3A) eingeschlossen. Da das CO₂-Gas einen superkritischen Zustand bei einer Temperatur von etwa 31 °C oder oberhalb erreicht, ändert sich das Volumen des abgedichteten Raumes A oder (A + A₁), in welchem das Gas eingeschlossen ist, mit der Verschiebung des elastischen Elements 32, wie dem Diaphragma oder dem Balg, so dass sich der Druck innerhalb des abgedichteten Raumes ändert, obwohl sich die Ausgangskältemitteltemperatur des Gaskühlers 2 nicht ändert.
Das Drucksteuerventil 3 öffnet und schließt das Ventil in Übereinstimmung mit der Verschiebung des elastischen Elements 32. Daher deformiert dann, wenn das Ventil geöffnet ist, wie in 13A, das elastische Element 32 sich in einen konvexen Zustand in der Abwärtsrichtung, aber wenn die Strömungsrate des Kältemittels ansteigt und die Ventilhubquantität groß wird, wird das elastische Element 32 einer Verschiebung nach oben unterzogen und das Volumen des abgedichteten Raums des temperatursensitiven Abschnitts wird klein. Die Dichte des abgedichteten Gases vergrößert sich und auch der Druck steigt an. Demzufolge steigt der Steuerdruck an, wenn die Öffnung des Drucksteuerventils 3 ansteigt, wie in 13B gezeigt ist.
Die Senkung von COP relativ zu dem Steuerdruck ist vorzugsweise so klein wie möglich. Um die Volumenänderung bezüglich der Ventilöffnung des Drucksteuerventils 3 zu reduzieren, muss der abgedichtete Raum, in welchem das Gas einge schlossen ist, vergrößert werden. In dieser Ausführungsform sind daher die abgedichteten Räume A, A + A₁ durch Ausbildung des Ausnehmungsabschnitts 35a des Abdeckelements 35 und/oder Ausbildung des Hohlraumabschnitts 31d in dem Verschiebungsübertragungselement 31 vergrößert.
7 und 8 stellen den Änderungsgrad des Steuerdrucks dar, wenn das Ventil von dem vollständig geschlossenen Zustand zu dem vollständig geöffneten Zustand überwechselt, bezüglich des Volumenverhältnisses des abgedichteten Raums bei den Kältemitteltemperaturen von 40 °C bzw. 60 °C, unter Verwendung der Dichte des eingeschlossenen Gases als ein Parameter.
Das Volumenverhältnis wird durch Vs/(Vs-Vo) definiert, wobei Vs das Gesamtvolumen des abgedichteten Raums zur Ventilschließzeit ist und Vo das Gesamtvolumen des abgedichteten Raums zur Ventilöffnungszeit ist.
Mit anderen Worten stellt das Volumenverhältnis dar, wievielmal das Volumen (Vs) gegenüber der Volumenänderungsquantität (Vs-Vo) infolge des Öffnen/Schließens des Ventils relativ zu der Änderung des Steuerdrucks nötig ist.
7 zeigt das notwendige Volumenverhältnis bei einer Kältemitteltemperatur von 40 °C. Das Volumenverhältnis steigt von einer Druckänderung von nicht mehr als 1 MPa bei einer relativ niedrigen Dichte des eingeschlossenen Gases (300 kg/m³) rapide an, die für das Drucksteuerventil 3 verwendet wird, obwohl sich der Wert in Abhängigkeit von der Dichte des eingeschlossenen Gases ändert. In dem Fall einer relativ hohen Dichte des eingeschlossenen Gases (600 kg/m³) erhöht sich andererseits das Volumenverhältnis rapide von der Druckänderung von unterhalb von 2 MPa und das notwendige Volumen des abgedichteten Raumes wird groß. Im Übrigen stellt die Dichte des eingeschlossenen Gases die Dichte bezüglich dem Volumen des abgedichteten Raumes bei dem Schließen des Ventils dar.
Ähnlich steigt, bei einer Kältemitteltemperatur von 60 °C, wie in 8 gezeigt ist, das Volumenverhältnis von unterhalb 2 MPa in dem Fall einer Dichte des eingeschlossenen Gases von 300 kg/m³ rapide an, und steigt rapide von unterhalb 4 MPa in dem Fall der Dichte des eingeschlossenen Gases von 600 kg/m³ rapide an, und das notwendige Volumen des abgedichteten Raumes wird groß.
Es kann aus dem Vorstehenden verstanden werden, dass, um den temperatursensitiven Abschnitt des Drucksteuerventils 3 kompakt zu machen, die Änderung des Steuerdrucks vorzugsweise 1 bis 2 MPa ist, wenn die Kältemitteltemperatur 40 °C ist, und 2 bis 4 MPa ist bei der Kältemitteltemperatur von 60 °C.
Als nächstes wird die COP-Änderung des Kreises bezüglich des Steuerdrucks erläutert, wie in 9 gezeigt ist. Die Druckänderungsbreite bei dem COP-Senkungsverhältnis von 10 % ist 3 MPa bei der Kältemitteltemperatur von 40 °C, 4,2 MPa bei der Kältemitteltemperatur von 50 °C und 6,7 MPa bei der Kältemitteltemperatur von 60 °C. Das gleiche COP-Senkungsverhältnis wird mit einer Druckänderungsbreite von zumindest dem Zweifachen erreicht, bei den Kältemitteltemperaturen von 50 °C und 60 °C bezüglich der Druckänderungsbreite bei der Kältemitteltemperatur von 40 °C.
Wenn das Volumenverhältnis konstant ist, ist die Änderungsbreite des Steuerdrucks bei der Kältemitteltemperatur von 60 °C etwa zweimal die Änderungsbreite bei einer Kältemitteltemperatur von 40 °C, aber ein gleiches Niveau des COP-Senkungsverhältnis des Kreises kann erhalten werden.
10 zeigt die COP-Änderung des Kreises bezüglich des Steuerdrucks, wenn der interne Wärmetauscher 6 nicht verwendet wird. Da die Druckänderungsbreite bei dem gleichen COP-Senkungsverhältnis größer ist als dann, wenn der in 9 gezeigte interne Wärmetauscher 6 verwendet wird, fällt der COP nicht stark ab, selbst wenn das Drucksteuerventil 3 dieser Ausführungsform in dem Fall verwendet wird, in welchem der interne Wärmetauscher 6 nicht verwendet wird.
11 ist ein Graph, welcher das Verhältnis zwischen dem Volumenverhältnis des abgedichteten Raums bei der Kältemitteltemperatur von 40 °C in 7 zeigt und die Änderungsquantität des Steuerdrucks, wenn das Ventil von dem vollständig geschlossenen zu dem vollständig geöffneten Zustand wechselt, mit der Dichte des eingeschlossenen Gases als ein Parameter. Die Abszisse stellt die Dichte des einge schlossenen Gases dar und die Ordinate das Volumenverhältnis. Der Graph zeigt die Linie der Steuerdruckänderungsbreite 2 MPa bei der Kältemitteltemperatur von 40 °C.
Es kann aus dem Vorstehenden verstanden werden, dass, um den temperatursensitiven Abschnitt (abgedichteten Raum) des Drucksteuerventils 3 klein zu machen und die Änderung des Steuerdrucks zu minimieren, es nötig ist, die folgenden Maßnahmen anzuwenden:

(1) zumindest das Volumenverhältnis wird auf 1,9 oder mehr gewählt (bei der Dichte des eingeschlossenen Gases von 300 kg/m³); und
(2) das Volumenverhältnis wird größer als die durchgezogene Linie in 11 bezüglich der Dichte des eingeschlossenen Gases vorgesehen.

In dem Kälteerzeugungskreis des CO₂-Kältemittels steigt der optimale Hochdruck (der Druck bei welchem COP maximal wird) auch an, wenn die Kältemitteltemperatur an dem Ausgang des Gaskühlers 2 ansteigt. Wenn der Hochdruck höher wird, treten jedoch die Probleme auf, dass die Haltbarkeit der Vorrichtung sinkt und die Abgabetemperatur des Kompressors 1 ansteigt. Aus diesem Grund wird ein Druck von etwa 15 MPa in vielen Fällen als der obere Grenzwert von Hochdruck gewählt.
Wenn der interne Wärmetauscher 6 verwendet wird, wie in 9 gezeigt ist, ist der optimale Hochdruck etwa 14 MPa, wenn die Kältemitteltemperatur 60 °C ist und übersteigt häufig den oberen Grenzwert von 15 MPa, wenn die Änderung des Steuerdrucks groß ist.
Die COP-Änderung bezüglich dem Steuerdruck ist klein, wenn die Kältemitteltemperatur 60 °C ist, wie in 9 gezeigt ist. Wenn der obere Grenzwert des Steuerdrucks auf 12 MPa gewählt wird, kann daher eine Band- bzw, Toleranzbreite von etwa 3 MPa bezüglich des oberen Grenzwertes erlangt werden.
12 ist ein Graph, welcher das Verhältnis zwischen dem Volumenverhältnis des abgedichteten Raumes bei der Kältemitteltemperatur von 60 °C in 8 und die Änderungsquantität des Steuerdrucks zeigt, wenn das Ventil von dem vollständig geschlossenen zu dem vollständig geöffneten wechselt mit der Dichte des eingeschlossenen Gases als ein Parameter. Die Abszisse stellt die Dichte des eingeschlossenen Gases und die Ordinate das Volumenverhältnis dar. Der Graph zeigt die Linie der Steuerdruckänderungsbreite 3 MPa bei der Kältemitteltemperatur von 60 °C
Es kann verstanden werden, dass um den abgedichteten Raum als den Gasabdichtungsabschnitt des Drucksteuerventils 3 klein zu machen und um den Steuerdruck daran zu hindern, den oberen Grenzwert (15 MPa) zu übersteigen, das Nachfolgende gut angewandt werden kann:

(1) zumindest das Volumenverhältnis wird auf 2,4 oder mehr gewählt (bei der Dichte des eingeschlossenen Gases von 300 kg/m³); oder
(2) das Volumenverhältnis wird größer als die durchgezogene Linie in 12 bezüglich der Dichte des eingeschlossenen Gases gewählt; und
(3) der Druck, bei welchem das Drucksteuerventil öffnet, wird auf einen Druck unterhalb des optimalen Hochdrucks (14 MPa) gewählt.

Der optimale Hochdruck ist etwa 9,5 MPa bei der Kältemitteltemperatur von 40 °C und weist eine Bandbreite bzw. eine Toleranz zu dem oberen Grenzdruck auf. Da die COP-Änderung bezüglich des Steuerdrucks drastisch unterhalb des optimalen Hochdrucks absinkt, kann eine große COP-Änderung selbst dann verhindert werden, wenn der Steuerdruck einige Varianz zeigt, wenn der Druck bei dem Öffnen des Drucksteuerventils 3 der optimale Hochdruck ist.
3 ist eine beispielhafte Ansicht, die zur Erläuterung des Kälteerzeugungskreises des CO₂-Kältemittels ohne Einbau des internen Wärmetauschers nützlich ist. 4 zeigt ein Drucksteuerventil 3B gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die auf dem in 3 gezeigten Kälteerzeugungskreis angewandt ist. Die gleichen Bezugsziffern werden verwendet, um die gleichen Bestandselemente wie in 1 zu identifizieren. Mit anderen Worten bezeichnet die Bezugsziffer 1 den Kompressor zum Ansaugen und Komprimieren des CO₂-Kältemittels. Die Bezugsziffer 2 bezeichnet den Gaskühler zum Kühlen des durch den Kompressor 1 komprimierten Kältemittels. Das Drucksteuerventil 3 (3B) zum Steuern des Kältemitteldrucks auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2 auf der Basis der Kältemitteltemperatur auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2 ist auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2 angeordnet und arbeitet als eine Druckreduzierungseinrichtung zum Reduzieren des Drucks des Hochdruckkältemittels.
Bezugsziffer 4 bezeichnet den Verdampfer zum Verdampfen des Gas/Flüssigkeits-Zweiphasenkältemittels, dessen Druck durch das Drucksteuerventil 3 reduziert wird. Bezugsziffer 5 bezeichnet den Sammler zum Abscheiden des Gasphasenkältemittels von dem Flüssigphasenkältemittel und zum zeitweiligen Speichern des überschüssigen Kältemittels in dem Kälteerzeugungskreis. Der Kompressor 1, der Gaskühler 2, das Drucksteuerventil 3, der Verdampfer 4 und der Sammler 5 sind miteinander über Leitungen verbunden und bilden einen geschlossenen Kreislauf.
Das Drucksteuerventil 3B gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, das in 3 gezeigt ist, wird in dem Kreis verwendet, welcher nicht den internen Wärmetauscher verwendet. Daher wird nur ein Strömungsdurchtritt F als ein Teil des Kältemittelströmungsdurchtritts, der sich von dem Gaskühler 2 zu dem Verdampfer 4 durch die Ventilöffnung 33g erstreckt, in dem Körper 33 des Drucksteuerventils 3B ausgebildet. Die zweite Öffnung 33f des Körpers 33 des Drucksteuerventils 3B ist geschlossen, und der Erweiterungsabschnitt unterhalb des Ventilabschnitts 31a des Verschiebungsübertragungselements 31, die Einstellfeder 36 und die Einstellmutter 37 sind weggelassen. Ferner ist der Hohlraum 31d, der an einem der Enden 31b des Verschiebungsübertragungselements 31 ausgebildet ist, weggelassen. Demgemäß ist der abgedichtete Raum A durch den Ausnehmungsabschnitt 35a ausgebildet, der in dem Abdichtungselement 35 angeordnet ist. Der Rest der Konstruktionen sind gleich denen der ersten Ausführungsform und die Erläuterung wird weggelassen.
Nur der innere Druck des in dem abgedichteten Raum A eingeschlossenen Gases, in welchen die Kältemitteltemperatur auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2, welches in dem Freiraum B strömt, wird übertragen, arbeitet als die Ventilschließkraft des Verschiebungsübertragungselements 31 in der zweiten Ausführungsform, und der Kältemitteldruck auf der Ausgangsseite des Gaskühlers 2 arbeitet als die Ventilöffnungskraft. In diesem Fall führt das in dem abgedichteten Raum A eingeschlossene Gas auch die Funktion der Einstellfeder 36 aus. Hier werden auch das CO₂-Gas, welches den Innendruck in Übereinstimmung mit der Temperatur ändert, und eine kleine Menge eines trägen Gases, wie ein Stickstoffgas, welches einen Innendruck von einem im wesentlichen konstanten Niveau erzeugt, ohne den Innendruck in Übereinstimmung mit der Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs des Erfassungsobjekts zu ändern, gemischt und eingeschlossen.
In der zweiten Ausführungsform wird der Ausnehmungsabschnitt 35a des Abdeckelements 35 des elastischen Elements 32 so groß wie möglich vorgesehen, um das Volumenverhältnis durch Steigerung des Volumens des abgedichteten Raumes A als den temperatursensitiven Abschnitt zu erhöhen.
5A und 5B sind schematische Ansichten der Kälteerzeugungskreisläufe des CO₂-Kältemittels in dem Fall, in welchem das Drucksteuerventil 3C gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird, aber der interne Wärmetauscher 6 nicht verwendet wird, bzw. in dem Fall, in welchem der interne Wärmetauscher 6 verwendet wird. 6 zeigt das Drucksteuerventil 3C gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung der Bestandselemente in der schematischen Ansicht des Kälteerzeugungskreises, der in 5A gezeigt ist, ist im Grunde gleich dem des in 3 gezeigten Kälteerzeugungskreises mit der Ausnahme der Konstruktion des Drucksteuerventils 3. Die schematische Ansicht des Kälteerzeugungskreises in 5B ist im Grunde gleich dem in 1 gezeigten Kälteerzeugungskreis und daher wird die Erläuterung weggelassen. Mit anderen Worten weist das Drucksteuerventil 3, das in 5A und 5B gezeigt ist, ein Kapillarrohr 7 auf, welches an dem abgedichteten Raum A als der wärmesensitive Abschnitt angeschlossen ist und ein temperatursensitiver Zylinder 8, der an dem distalen Ende des Kapillarrohrs 7 angeordnet ist. Dieser temperatursensitive Zylinder 8 ist angeordnet, um mit der Ausgangsleitung des Gaskühlers 2 Kontakt zu halten.
In dem Drucksteuerventil 3C gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nur ein Strömungsdurchtritt F in dem Körper 33 ausgebildet. Dieser Strömungsdurchtritt F ist als ein Teil des Kältemittelströmungsdurchtritts verwendet, der sich von dem Gaskühler 2 zu dem Verdampfer 4 durch die Ventilöffnung 33g erstreckt, wenn das Drucksteuerventil 3C für den Kreislauf verwendet wird, der nicht den in 5A gezeigten internen Wärmetauscher 6 aufweist, und wenn dieser für den Kreislauf verwendet wird, der den internen Wärmetauscher 6, der in 5B gezeigt ist, mit dem Strömungsdurchtritt F als ein Teil des Kältemittelströmungsdurchtritts verwendet, der sich von dem internen Wärmetauscher 6 zu dem Verdampfer 4 durch die Ventilöffnung 33g erstreckt. Der Hohlraum 31d ist nicht an einem der Enden des Verschiebungsübertragungselements 31 ausgebildet. Anstelle dessen ist das Kapillarrohr 7 mit dem temperatursensitiven Zylinder 8 an seinem distalen Ende als eine Elementeverbindung mit dem abgedichteten Raum A zu dem Abdeckelement 35 befestigt und das Innere des Kapillarrohrs 7 ist mit dem abgedichteten Raum A verbunden. Daher kann das Volumen des abgedichteten Raumes, in welchem das Gas eingeschlossen ist, vergrößert werden. Der Rest der Konstruktionen sind gleich denen des Drucksteuerventils 3A der ersten Ausführungsform.
In dem Drucksteuerventil 3C gemäß dieser dritten Ausführungsform arbeitet die Ventilschließkraft und die Ventilöffnungskraft des Verschiebungsübertragungselements 31 in der gleichen Weise wie die des Drucksteuerventils 3A der ersten Ausführungsform, aber das eingeschlossene Gas in dem abgedichteten Raum empfängt hauptsächlich die thermischen Einflüsse von dem wärmesensitiven Zylinder 8, der an der Ausgangsleitung des Gaskühlers 2 angeordnet ist.
Im übrigen wurde die vorliegende Erfindung im Detail auf der Grundlage der spezifischen Ausführungsformen derselben beschrieben, aber diese kann auf verschiedene Weisen durch Fachleute geändert oder modifiziert werden, ohne von dem Bereich und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

Drucksteuerventil zur Verwendung in einem Kälteerzeugungskreis der ein CO₂-Kältemittel verwendet, zum Erzeugen eines Druckes entsprechend einer Kältemitteltemperatur durch Übertragung von Wärme des Kältemittels auf ein CO₂-Gas, das in einem abgedichteten Raum (A) eingeschlossen ist und welches Deformation eines elastischen Elements durch eine Druckdifferenz zwischen einem Gasdruck in dem abgedichteten Raum und einem Hochdruck des Kältemittels in dem Kälteerzeugungskreis erzeugt, um das Ventil zu öffnen und zu schließen, wobei ein Volumenverhältnis Vs/(Vs-Vo) eines Gesamtvolumens (Vs) des abgedichteten Raumes, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist, und ein Gesamtvolumen (Vo) des abgedichteten Raumes, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, die nachfolgende Relation erfüllt: Vs/(Vs-Vo) ≥ 1,9.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei das Volumenverhältnis Vs/(Vs-Vo) größer als ein Wert des Volumenverhältnisses ist, dass aus 11 bezüglich einer CO₂-Gasdichte in dem abgedichteten Raum bestimmt wird, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei ein Steuerdruck des Drucksteuerventils nicht größer als 14 MPa bei einer Kältemitteltemperatur von 60 °C ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei ein Steuerdruck des Drucksteuerventils zumindest 9,5 MPa bei einer Kältemitteltemperatur von 40 °C ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei ein Raum (A₁), der mit dem abgedichteten Raum kommunizierend verbunden ist, in einem Verschiebungsübertragungselement ausgebildet ist, das hermetisch mit dem elastischen Element gekoppelt ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 5, wobei Öffnen/Schließen des Ventils durch das Verschiebungsübertragungselement bewirkt wird, welches mit dem elastischen Element gekoppelt ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei ein Ausnehmungsabschnitt in einem Abdeckungselement auf der dem elastischen Element gegenüberliegenden Seite relativ zu dem abgedichteten Raum ausgebildet ist oder ein Element mit einem Raum, der mit dem abgedichteten Raum kommunizierend verbunden ist, mit dem Abdeckelement verbunden ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 1, wobei das elastische Element ein Diaphragma oder ein Balg ist.
Drucksteuerventil zur Verwendung in einem Kälteerzeugungskreis, der CO₂-Kältemittel verwendet, zum Erzeugen eines Druckes entsprechend einer Kältemitteltemperatur durch Übertragung von Wärme des Kältemittels auf ein CO₂-Gas, das in einem abgedichteten Raum (A) eingeschlossen ist, und welches Deformation eines elastischen Elements durch eine Druckdifferenz zwischen einem Gasdruck in dem abgedichteten Raum und einem Hochdruck des Kältemittels in dem Kälteerzeugungskreis bewirkt, um das Ventil zu öffnen und zu schließen, wobei ein Volumenverhältnis Vs/(Vs-Vo) eines Gesamtvolumens (Vs) des abgedichteten Raums, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist, und ein Gesamtvolumen (Vo) des abgedichteten Raumes, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, die nachfolgende Relation erfüllt: Vs/(Vs–Vo)≥ 2,4.
Drucksteuerventil nach Anspruch 9, wobei das Volumenverhältnis Vs/(Vs-Vo) größer als ein Wert des Volumenverhältnisses ist, das aus 12 bezüglich einer CO₂-Gasdichte in dem abgedichteten Raum bestimmt ist, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 9, wobei ein Steuerdruck des Drucksteuerventils nicht größer als 14 MPa bei einer Kältemitteltemperatur von 60 °C ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 9, wobei ein Steuerdruck des Drucksteuerventils zumindest 9,5 MPa bei einer Kältemitteltemperatur von 40 °C ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 9, wobei ein Raum (A₁), der mit dem abgedichteten Raum kommunizierend verbunden ist, in einem Verschiebungsübertragungselement ausgebildet ist, das hermetisch mit dem elastischen Element gekoppelt ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 9, wobei Öffnen/Schließen des Ventils durch das Verschiebungsübertragungselement bewirkt wird, welches mit dem elastischen Element gekoppelt ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 9, wobei ein Ausnehmungsabschnitt in einem Abdeckelement auf der Seite gegenüber dem elastischen Element relativ zu dem abgedichteten Raum ausgebildet ist, oder ein Element mit einem Raum, der mit dem abgedichteten Raum kommunizierend verbunden ist, mit dem Abdeckelement verbunden ist.
Drucksteuerventil nach Anspruch 9, wobei das elastische Element ein Diaphragma oder ein Balg ist.