JP2000097523A - 超臨界冷凍サイクルの膨張装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易な構造で、膨張装置の入口側の温度に素
早く反応し、最大成績係数を得ることのできる超臨界冷
凍サイクルの膨張装置を提供する。 【解決手段】 膨張装置の入口側通路の温度（入口側温
度）によって変化する機構として気体よりも温度に敏感
に反応するバイメタルを設ける。また前記入口側温度を
Ｔ［℃］、前記入口側圧力をＰ［ＭＰａ］とした場合、
ＰとＴの関係がＰ＝０．２１５Ｔ＋３．０８±１．３０
で示される範囲内にある一次関数となるように弁体の弁
座に対する位置が調節される。
早く反応し、最大成績係数を得ることのできる超臨界冷
凍サイクルの膨張装置を提供する。 【解決手段】 膨張装置の入口側通路の温度（入口側温
度）によって変化する機構として気体よりも温度に敏感
に反応するバイメタルを設ける。また前記入口側温度を
Ｔ［℃］、前記入口側圧力をＰ［ＭＰａ］とした場合、
ＰとＴの関係がＰ＝０．２１５Ｔ＋３．０８±１．３０
で示される範囲内にある一次関数となるように弁体の弁
座に対する位置が調節される。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、冷媒として超臨
界冷媒、例えば二酸化炭素（ＣＯ2 ）を用いた冷凍サイ
クルに使用される膨張装置に関する。
界冷媒、例えば二酸化炭素（ＣＯ2 ）を用いた冷凍サイ
クルに使用される膨張装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、冷媒として二酸化炭素等の超臨界
域で冷媒を使用する冷凍サイクルは、コンプレッサと、
このコンプレッサによって圧縮されて冷媒の熱を放出す
る放熱器と、冷媒の圧力を下げる膨張装置と、冷媒を蒸
発させる蒸発器によって少なくとも構成される。この冷
凍サイクルにおいて、放熱器の出口側では冷媒が液相冷
媒にならないため、放熱器の出口側の状態は、圧縮機の
吐出圧力と放熱器の出口側温度で決定され、さらに放熱
器の温度は、放熱器の放熱能力と外気温度とによって決
定されることが知られている。しかしながら、外気温度
及び放熱器の出口側の冷媒温度は実質的に制御すること
ができないので、放熱器の出口側の状態は、圧縮機の吐
出圧力を制御することによって実行可能となる。
域で冷媒を使用する冷凍サイクルは、コンプレッサと、
このコンプレッサによって圧縮されて冷媒の熱を放出す
る放熱器と、冷媒の圧力を下げる膨張装置と、冷媒を蒸
発させる蒸発器によって少なくとも構成される。この冷
凍サイクルにおいて、放熱器の出口側では冷媒が液相冷
媒にならないため、放熱器の出口側の状態は、圧縮機の
吐出圧力と放熱器の出口側温度で決定され、さらに放熱
器の温度は、放熱器の放熱能力と外気温度とによって決
定されることが知られている。しかしながら、外気温度
及び放熱器の出口側の冷媒温度は実質的に制御すること
ができないので、放熱器の出口側の状態は、圧縮機の吐
出圧力を制御することによって実行可能となる。
【０００３】この圧縮機の吐出圧力を制御するものとし
て、特開平９−２６４６２２号公報に開示される圧力制
御弁は、放熱器の出口側圧力を制御するもので、冷媒流
路内に形成され、前記冷媒流路を上流側空間と下流側空
間とに仕切る隔壁部と、この隔壁部に形成され、前記上
流側空間と前記下流側空間とを連通させる弁口と、前記
上流側空間内に密閉空間を形成し、前記密閉空間内外の
圧力差に応じて変位する変位部材と、前記弁口を開閉す
る弁体部とを備え、前記変位部材は、前記上流側空間内
圧力が前記密閉空間内圧力より所定量大きくなったとき
に変位し、前記弁体部は前記変位部材が変位した時に前
記弁口を開くように構成されているものである。
て、特開平９−２６４６２２号公報に開示される圧力制
御弁は、放熱器の出口側圧力を制御するもので、冷媒流
路内に形成され、前記冷媒流路を上流側空間と下流側空
間とに仕切る隔壁部と、この隔壁部に形成され、前記上
流側空間と前記下流側空間とを連通させる弁口と、前記
上流側空間内に密閉空間を形成し、前記密閉空間内外の
圧力差に応じて変位する変位部材と、前記弁口を開閉す
る弁体部とを備え、前記変位部材は、前記上流側空間内
圧力が前記密閉空間内圧力より所定量大きくなったとき
に変位し、前記弁体部は前記変位部材が変位した時に前
記弁口を開くように構成されているものである。
【０００４】また、上記引例に示される圧力制御弁は、
放熱側の冷媒温度と成績係数が最大となる圧力とを算出
し、この結果を図示した最適制御線に沿って放熱器の出
口側の圧力を制御しようとするものである。このため、
前記密閉空間に４５０Ｋｇ／ｍ3 から９５０Ｋｇ／ｍ3
（実施例では６００Ｋｇ／ｍ3 ）の密度の二酸化炭素を
封入したり、また高圧側圧力検出手段によって高圧側の
圧力を検出し、この圧力が目標圧力となるように制御
し、前述した最適制御線に沿って放熱器の出口側の圧力
を制御するようにしたものである。
放熱側の冷媒温度と成績係数が最大となる圧力とを算出
し、この結果を図示した最適制御線に沿って放熱器の出
口側の圧力を制御しようとするものである。このため、
前記密閉空間に４５０Ｋｇ／ｍ3 から９５０Ｋｇ／ｍ3
（実施例では６００Ｋｇ／ｍ3 ）の密度の二酸化炭素を
封入したり、また高圧側圧力検出手段によって高圧側の
圧力を検出し、この圧力が目標圧力となるように制御
し、前述した最適制御線に沿って放熱器の出口側の圧力
を制御するようにしたものである。
【０００５】これによって、上記引例の圧力制御弁は、
放熱器の出口側圧力が増大した場合には、密閉空間の内
部に封入された冷媒の圧力との差圧によって変位部材が
変位して弁体部を弁口を開口する方向に移動させるの
で、出口側圧力を低下させ、また、放熱器の出口側の冷
媒温度が高い場合には、前記密閉空間内の冷媒が膨張す
るので、前記変位部材が変位して弁体部を弁口を閉める
方向に移動させるので、放熱器の出口側圧力が上昇し、
コンプレッサの圧縮仕事を増加させることなく、放熱器
の出口側圧力を増加させることができるので、冷凍サイ
クルの成績係数の悪化を抑制しつつ冷却能力を確保する
ようにしたものである。
放熱器の出口側圧力が増大した場合には、密閉空間の内
部に封入された冷媒の圧力との差圧によって変位部材が
変位して弁体部を弁口を開口する方向に移動させるの
で、出口側圧力を低下させ、また、放熱器の出口側の冷
媒温度が高い場合には、前記密閉空間内の冷媒が膨張す
るので、前記変位部材が変位して弁体部を弁口を閉める
方向に移動させるので、放熱器の出口側圧力が上昇し、
コンプレッサの圧縮仕事を増加させることなく、放熱器
の出口側圧力を増加させることができるので、冷凍サイ
クルの成績係数の悪化を抑制しつつ冷却能力を確保する
ようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た圧力制御弁は、放熱器の出口側温度（膨張弁の入口側
温度に対応）に対して敏感に反応することが望ましいた
め、密閉空間内に封入される気体への熱伝導を向上させ
るために、圧力制御弁の弁カバーや弁ハウジング等は、
熱伝導率が高く、厚さの薄い部品とする必要があり、部
品のコストが高くなるという不具合が生じる。また、熱
に対する反応も、気体は固体に比べて遅く、密閉空間を
画成する弁カバーや弁ハウジングの膨張によって気体の
変化が正しく変位部材に伝達されないという不具合もあ
り、弁体部の変位量の調節も難しくなる。
た圧力制御弁は、放熱器の出口側温度（膨張弁の入口側
温度に対応）に対して敏感に反応することが望ましいた
め、密閉空間内に封入される気体への熱伝導を向上させ
るために、圧力制御弁の弁カバーや弁ハウジング等は、
熱伝導率が高く、厚さの薄い部品とする必要があり、部
品のコストが高くなるという不具合が生じる。また、熱
に対する反応も、気体は固体に比べて遅く、密閉空間を
画成する弁カバーや弁ハウジングの膨張によって気体の
変化が正しく変位部材に伝達されないという不具合もあ
り、弁体部の変位量の調節も難しくなる。
【０００７】このため、この発明は、簡易な構造で、膨
張装置の入口側の温度に素早く反応し、最適な成績係数
を得ることのできる超臨界冷凍サイクルの膨張装置を提
供することにある。
張装置の入口側の温度に素早く反応し、最適な成績係数
を得ることのできる超臨界冷凍サイクルの膨張装置を提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】したがって、この発明
は、冷媒を超臨界領域まで圧縮するコンプレッサと、該
コンプレッサによって超臨界領域まで達した気相冷媒を
冷却する放熱器と、該放熱器で冷却された気相冷媒の圧
力を気液混合領域まで低下させる膨張装置と、該膨張装
置による圧力の低下で生じた液相冷媒を蒸発させる蒸発
器とによって少なくとも構成される超臨界冷凍サイクル
において、前記膨張装置は、前記放熱器側と連通する入
口側通路と、前記蒸発器側と連通する出口側通路と、前
記入口側通路及び出口側通路の間に設けられる弁座と、
該弁座に対して移動して前記入口通路と前記出口通路の
間の連通状態を変化させる弁体と、前記入口側通路の温
度を感知し、この入口側温度の上昇に伴って前記弁体を
閉弁方向に移動させるバイメタルと、前記入口側通路の
圧力を感知し、この入口側圧力の上昇に伴って前記弁体
を開弁方向に移動させるダイヤフラムとから構成される
ことにある。
は、冷媒を超臨界領域まで圧縮するコンプレッサと、該
コンプレッサによって超臨界領域まで達した気相冷媒を
冷却する放熱器と、該放熱器で冷却された気相冷媒の圧
力を気液混合領域まで低下させる膨張装置と、該膨張装
置による圧力の低下で生じた液相冷媒を蒸発させる蒸発
器とによって少なくとも構成される超臨界冷凍サイクル
において、前記膨張装置は、前記放熱器側と連通する入
口側通路と、前記蒸発器側と連通する出口側通路と、前
記入口側通路及び出口側通路の間に設けられる弁座と、
該弁座に対して移動して前記入口通路と前記出口通路の
間の連通状態を変化させる弁体と、前記入口側通路の温
度を感知し、この入口側温度の上昇に伴って前記弁体を
閉弁方向に移動させるバイメタルと、前記入口側通路の
圧力を感知し、この入口側圧力の上昇に伴って前記弁体
を開弁方向に移動させるダイヤフラムとから構成される
ことにある。
【０００９】よって、この発明によれば、膨張装置の入
口側通路の温度（入口側温度）によって変化する機構と
して気体よりも温度に敏感に反応するバイメタルを設け
たので、膨張弁の入口側温度の上昇に敏感に反応して膨
張弁の弁体の位置を調整することができるため、上記課
題を達成できるものである。また前記バイメタルは、入
口側温度変化に略比例して弁体の移動方向に正確に伸縮
させる構造が望ましいため、スプリング形状とした。
口側通路の温度（入口側温度）によって変化する機構と
して気体よりも温度に敏感に反応するバイメタルを設け
たので、膨張弁の入口側温度の上昇に敏感に反応して膨
張弁の弁体の位置を調整することができるため、上記課
題を達成できるものである。また前記バイメタルは、入
口側温度変化に略比例して弁体の移動方向に正確に伸縮
させる構造が望ましいため、スプリング形状とした。
【００１０】さらに、この発明において、前記弁体は、
前記入口側温度をＴ［℃］、前記入口側圧力をＰ［ＭＰ
ａ］とした場合、ＰとＴの関係がＰ＝０．２１５Ｔ＋
３．０８±１．３０で示される範囲内にある一次関数と
なるように弁座に対する位置が調節されることが望まし
い。具体的には、弁体の移動量若しくは位置を規定する
温度によるバイメタルの伸縮係数及び弁体を弁座側に保
持するために用いられるスプリングのバネ係数を調整す
ることによって、弁体の移動量が調整され、前記入口側
温度Ｔと入口側圧力Ｐとを前記一次関数の関係に適合さ
せることができるものである。
前記入口側温度をＴ［℃］、前記入口側圧力をＰ［ＭＰ
ａ］とした場合、ＰとＴの関係がＰ＝０．２１５Ｔ＋
３．０８±１．３０で示される範囲内にある一次関数と
なるように弁座に対する位置が調節されることが望まし
い。具体的には、弁体の移動量若しくは位置を規定する
温度によるバイメタルの伸縮係数及び弁体を弁座側に保
持するために用いられるスプリングのバネ係数を調整す
ることによって、弁体の移動量が調整され、前記入口側
温度Ｔと入口側圧力Ｐとを前記一次関数の関係に適合さ
せることができるものである。
【００１１】これによって、実験により求めた入口側温
度Ｔ及び入口側圧力Ｐによる実験によって求められた冷
凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の最高値の変化に近似
する一次関数を設定することができるために、弁体の移
動を比例的に制御できるので、入口側温度Ｔ及び入口側
圧力Ｐの変化に対応した最高のＣＯＰに近似した値を簡
易な構造及び簡易な調整で得ることができるものであ
る。具体的には、弁体の移動量若しくは位置を規定する
温度によるバイメタルの伸縮係数及び弁体を弁座側に保
持するために用いられるスプリングのバネ係数を調整す
ることによって、弁体の移動量が調整され、前記入口側
温度Ｔと入口側圧力Ｐとを前記一次関数の関係に適合さ
せることができるものである。
度Ｔ及び入口側圧力Ｐによる実験によって求められた冷
凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）の最高値の変化に近似
する一次関数を設定することができるために、弁体の移
動を比例的に制御できるので、入口側温度Ｔ及び入口側
圧力Ｐの変化に対応した最高のＣＯＰに近似した値を簡
易な構造及び簡易な調整で得ることができるものであ
る。具体的には、弁体の移動量若しくは位置を規定する
温度によるバイメタルの伸縮係数及び弁体を弁座側に保
持するために用いられるスプリングのバネ係数を調整す
ることによって、弁体の移動量が調整され、前記入口側
温度Ｔと入口側圧力Ｐとを前記一次関数の関係に適合さ
せることができるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面により説明する。
いて図面により説明する。
【００１３】図１は、ＣＯ2 冷凍サイクルの基本構成を
示した概略図である。この冷凍サイクル１は、冷媒とし
て二酸化炭素（ＣＯ2 ）を使用するもので、コンプレッ
サ２によって冷媒は超臨界領域まで圧縮される。この超
臨界領域まで圧縮された気相冷媒は、放熱器３にて放熱
して低温の気相冷媒となり、膨張装置４にて気液混合領
域まで圧力が低下される。この気液混合状態の冷媒は、
エバポレータ５にて吸熱して蒸発し、アキュムレータ６
にて気液分離されて純粋な気相冷媒のみがコンプレッサ
２に戻るようになっているものである。
示した概略図である。この冷凍サイクル１は、冷媒とし
て二酸化炭素（ＣＯ2 ）を使用するもので、コンプレッ
サ２によって冷媒は超臨界領域まで圧縮される。この超
臨界領域まで圧縮された気相冷媒は、放熱器３にて放熱
して低温の気相冷媒となり、膨張装置４にて気液混合領
域まで圧力が低下される。この気液混合状態の冷媒は、
エバポレータ５にて吸熱して蒸発し、アキュムレータ６
にて気液分離されて純粋な気相冷媒のみがコンプレッサ
２に戻るようになっているものである。
【００１４】以上のような冷凍サイクル１において使用
される膨張装置４は、図２に示すように、ハウジング１
０を有すると共に、このハウジング１０内には、前記放
熱器３からの配管１１と連通する吸入側通路１２と、エ
バポレータ５への配管１３と連通する吐出側通路１４が
形成されているものである。また、前記ハウジング１０
内には、前記吸入側通路１２及び前記吐出側通路１４と
を連通する弁体収納空間１５が形成され、この弁体収納
空間１５と前記吐出側通路１４との間には弁座１６が形
成されるものである。
される膨張装置４は、図２に示すように、ハウジング１
０を有すると共に、このハウジング１０内には、前記放
熱器３からの配管１１と連通する吸入側通路１２と、エ
バポレータ５への配管１３と連通する吐出側通路１４が
形成されているものである。また、前記ハウジング１０
内には、前記吸入側通路１２及び前記吐出側通路１４と
を連通する弁体収納空間１５が形成され、この弁体収納
空間１５と前記吐出側通路１４との間には弁座１６が形
成されるものである。
【００１５】前記弁体収納空間１５に配される弁体１７
は、前記弁座１６に対して移動して前記吐出側通路１４
と前記弁体収納空間１５との連通状態を変化させるもの
で、弁体収納空間１５内に収納されたスプリング１８に
よって弁座側に付勢されているものである。また、弁体
１７には吸入側通路１２内の温度を伝達するロッド１９
が設けられ、その一端は、前記吸入側通路１２を貫通し
てダイヤフラム２０に装着されている。
は、前記弁座１６に対して移動して前記吐出側通路１４
と前記弁体収納空間１５との連通状態を変化させるもの
で、弁体収納空間１５内に収納されたスプリング１８に
よって弁座側に付勢されているものである。また、弁体
１７には吸入側通路１２内の温度を伝達するロッド１９
が設けられ、その一端は、前記吸入側通路１２を貫通し
てダイヤフラム２０に装着されている。
【００１６】前ダイヤフラム２０の下方には、前記吸入
側通路１２と連通する圧力空間２１が画成され、ダイヤ
フラム２０の上方には、閉空間２２が形成され、その内
部には前記ダイヤフラム２０を介して前記ロッド１９に
当接するバイメタル２３が配される。このバイメタル２
３は、少なくとも二種類の熱膨張率の異なる金属を張り
合わせて、スプリング状に形成されたもので、温度変化
に比例して軸方向に伸縮するようになっているものであ
る。
側通路１２と連通する圧力空間２１が画成され、ダイヤ
フラム２０の上方には、閉空間２２が形成され、その内
部には前記ダイヤフラム２０を介して前記ロッド１９に
当接するバイメタル２３が配される。このバイメタル２
３は、少なくとも二種類の熱膨張率の異なる金属を張り
合わせて、スプリング状に形成されたもので、温度変化
に比例して軸方向に伸縮するようになっているものであ
る。
【００１７】図３で示す膨張装置４Ａは、ハウジング１
０内に、吸入側通路１２と吐出側通路１４とを連通する
バイパス通路２４を形成し、このバイパス通路２４上
に、所定の圧力で前記吸入側通路１２及び吐出側通路１
４とを連通するチェック弁２５を設けたものである。ま
た、前記チェック弁２５は、弁ハウジング２６、この弁
ハウジング２６に形成された開口部を開閉するボール弁
２７及びボール弁２７を開口部側に付勢するスプリング
２８とによって構成されるものである。尚、この実施の
形態において、前述した実施の形態と同一の箇所及び同
様の作用を奏する箇所には同一の符号を付してその説明
を省略する。
０内に、吸入側通路１２と吐出側通路１４とを連通する
バイパス通路２４を形成し、このバイパス通路２４上
に、所定の圧力で前記吸入側通路１２及び吐出側通路１
４とを連通するチェック弁２５を設けたものである。ま
た、前記チェック弁２５は、弁ハウジング２６、この弁
ハウジング２６に形成された開口部を開閉するボール弁
２７及びボール弁２７を開口部側に付勢するスプリング
２８とによって構成されるものである。尚、この実施の
形態において、前述した実施の形態と同一の箇所及び同
様の作用を奏する箇所には同一の符号を付してその説明
を省略する。
【００１８】図４で示す膨張装置４Ｂは、３つのブロッ
ク１０Ａ, １０Ｂ, １０Ｃからなるハウジング１０内
に、入口側通路１２、弁体収納空間１５、吐出側通路１
４、前記入口側通路１２及び前記弁体収納空間１５とを
連通する迂回連通路３１とが形成され、前記入口側通路
１２内には、ケース３２で画成された閉空間２２内に収
納されたバイメタル２３が配されるようになっているも
のである。また、前記ダイヤフラム２０の下方の圧力空
間２１には、ダイヤフラム２０の下方への移動を制限す
るダイヤフラム保持部３０が形成されているものであ
る。
ク１０Ａ, １０Ｂ, １０Ｃからなるハウジング１０内
に、入口側通路１２、弁体収納空間１５、吐出側通路１
４、前記入口側通路１２及び前記弁体収納空間１５とを
連通する迂回連通路３１とが形成され、前記入口側通路
１２内には、ケース３２で画成された閉空間２２内に収
納されたバイメタル２３が配されるようになっているも
のである。また、前記ダイヤフラム２０の下方の圧力空
間２１には、ダイヤフラム２０の下方への移動を制限す
るダイヤフラム保持部３０が形成されているものであ
る。
【００１９】以上の構成の膨張装置４，４Ａ, ４Ｂにお
いて、入口側通路１２の圧力（入口側圧力Ｐ）が上昇し
た場合には、ダイヤフラム２０がダイヤフラム側に移動
するので、弁体１７が弁座１６から離れる方向に移動
し、これによって前記弁体収納空間１５と吐出側通路１
４との連通量が増大するので入口側圧力Ｐは下降する。
また入口側通路１２を流れる冷媒の温度（入口側温度
Ｔ）が上昇した場合（外気温度が高い場合等）には、前
記バイメタル２３が膨張してダイヤフラム２０を弁体収
納空間側へ移動するので、弁体１７が弁座１６に近づく
方向に移動し、これによって前記弁体収納空間１５と吐
出側通路１４との連通量が減少するので、入口側圧力Ｐ
が上昇し、エンタルピ差を確保するようにするものであ
る。
いて、入口側通路１２の圧力（入口側圧力Ｐ）が上昇し
た場合には、ダイヤフラム２０がダイヤフラム側に移動
するので、弁体１７が弁座１６から離れる方向に移動
し、これによって前記弁体収納空間１５と吐出側通路１
４との連通量が増大するので入口側圧力Ｐは下降する。
また入口側通路１２を流れる冷媒の温度（入口側温度
Ｔ）が上昇した場合（外気温度が高い場合等）には、前
記バイメタル２３が膨張してダイヤフラム２０を弁体収
納空間側へ移動するので、弁体１７が弁座１６に近づく
方向に移動し、これによって前記弁体収納空間１５と吐
出側通路１４との連通量が減少するので、入口側圧力Ｐ
が上昇し、エンタルピ差を確保するようにするものであ
る。
【００２０】図５で示すものは、前記入口側温度Ｔ
［℃］（３５℃、４０℃、４５℃、５０℃）の時の入口
側圧力Ｐ［ＭＰａ］の変化に対する成績係数（ＣＯＰ：
ＣＯＰ＝蒸発過程のエンタルピの増加量／圧縮過程のエ
ンタルビの増加量）の変化を計測したもので、それぞれ
の入口側温度Ｔにおいて入口側圧力Ｐが所定の値の時に
最大ＣＯＰが得られることがわかる。
［℃］（３５℃、４０℃、４５℃、５０℃）の時の入口
側圧力Ｐ［ＭＰａ］の変化に対する成績係数（ＣＯＰ：
ＣＯＰ＝蒸発過程のエンタルピの増加量／圧縮過程のエ
ンタルビの増加量）の変化を計測したもので、それぞれ
の入口側温度Ｔにおいて入口側圧力Ｐが所定の値の時に
最大ＣＯＰが得られることがわかる。
【００２１】また、前記入口側圧力Ｐは、冷媒がダイヤ
フラム２０の下方の圧力空間２１に供給され、前記ダイ
ヤフラム２０を弁体１７が弁座１６から離れる方向に付
勢するので、前記弁体１７は、この入口側圧力Ｐと前記
バイメタル２３の温度による伸縮力Ｐｂｉ及び前記スプ
リング１８の付勢力Ｐｓｐとが釣り合う位置で保持され
ることとなる（数式１）。
フラム２０の下方の圧力空間２１に供給され、前記ダイ
ヤフラム２０を弁体１７が弁座１６から離れる方向に付
勢するので、前記弁体１７は、この入口側圧力Ｐと前記
バイメタル２３の温度による伸縮力Ｐｂｉ及び前記スプ
リング１８の付勢力Ｐｓｐとが釣り合う位置で保持され
ることとなる（数式１）。
【００２２】
【数１】Ｐ＝Ｐｂｉ＋Ｐｓｐ
【００２３】さらに、前記バイメタル２３の伸縮力Ｐｂ
ｉは、入口側温度Ｔ［℃］と比例して変化し、スプリン
グの付勢力Ｐｓｐは弁体１７の弁座１６からの位置に比
例することから下記する数式２が得られる。
ｉは、入口側温度Ｔ［℃］と比例して変化し、スプリン
グの付勢力Ｐｓｐは弁体１７の弁座１６からの位置に比
例することから下記する数式２が得られる。
【００２４】
【数２】Ｐ＝Ｋ１・Ｔ＋Ｋ２・Ｄ
【００２５】尚、Ｋ１，Ｋ２は比例定数であり、Ｄは弁
体１７と弁座１６との間の距離である。
体１７と弁座１６との間の距離である。
【００２６】これによって、入口側通路１２の冷媒温度
Ｔによって変化するバイメタル２３の軸方向の変位量を
規定する比例定数Ｋ１及びスプリング１８の変位量に対
する付勢力を規定する比例定数（バネ定数）Ｋ２を適宜
設定することによって、入口側温度Ｔと入口側圧力Ｐと
の関係を一次関数で設定できるものである。
Ｔによって変化するバイメタル２３の軸方向の変位量を
規定する比例定数Ｋ１及びスプリング１８の変位量に対
する付勢力を規定する比例定数（バネ定数）Ｋ２を適宜
設定することによって、入口側温度Ｔと入口側圧力Ｐと
の関係を一次関数で設定できるものである。
【００２７】また、図５で示される特性線において、最
大ＣＯＰ値が得られる入口側温度Ｔと入口側圧力Ｐとの
関係は、二次関数的な変化を示すものであるが、通常使
用される温度帯域においては、入口側温度Ｔと入口側圧
力Ｐとの関係に略近似する一次関数Ｆ（Ｔ）として表す
ことができるものである。この一次関数Ｆ（Ｔ）を数３
として下記に示す。
大ＣＯＰ値が得られる入口側温度Ｔと入口側圧力Ｐとの
関係は、二次関数的な変化を示すものであるが、通常使
用される温度帯域においては、入口側温度Ｔと入口側圧
力Ｐとの関係に略近似する一次関数Ｆ（Ｔ）として表す
ことができるものである。この一次関数Ｆ（Ｔ）を数３
として下記に示す。
【００２８】
【数３】Ｐ＝０．２１５Ｔ＋３．０８
【００２９】この数式３に完全に合致するように、入口
側温度Ｔ及び入口側圧力Ｐを制御することは最も望まし
いことであるが、同一の入口側温度ＴにおけるＣＯＰの
値は入口側圧力Ｐの所定の範囲（±１．３［ＭＰａ］）
においてあまり大きく変化しないことがあきらかである
ため、上記数式３に所定の範囲（第６図中、破線で示さ
れる直線内）を設定することとした（数式４）。これに
よって、この範囲内において入口側温度Ｔと入口側圧力
Ｐとが変化するように、前記バイメタル２３及びスプリ
ング１８等を設定すればよくなるので、設定がさらに容
易に行えるものである。
側温度Ｔ及び入口側圧力Ｐを制御することは最も望まし
いことであるが、同一の入口側温度ＴにおけるＣＯＰの
値は入口側圧力Ｐの所定の範囲（±１．３［ＭＰａ］）
においてあまり大きく変化しないことがあきらかである
ため、上記数式３に所定の範囲（第６図中、破線で示さ
れる直線内）を設定することとした（数式４）。これに
よって、この範囲内において入口側温度Ｔと入口側圧力
Ｐとが変化するように、前記バイメタル２３及びスプリ
ング１８等を設定すればよくなるので、設定がさらに容
易に行えるものである。
【００３０】
【数４】Ｐ＝０．２１５Ｔ＋３．０８±１．３０
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、入口側温度の変化を検出して弁体を移動させるもの
として、バイメタルを利用したことから、入口側温度の
変化に敏感に対応することができるようになるので、冷
凍サイクルの効率を向上させることができるものであ
る。
ば、入口側温度の変化を検出して弁体を移動させるもの
として、バイメタルを利用したことから、入口側温度の
変化に敏感に対応することができるようになるので、冷
凍サイクルの効率を向上させることができるものであ
る。
【００３２】また、最大の成績係数を簡単に得られるよ
うにするために、最大成績係数を得る特性に略等しい一
次関数を算出し、この一次関数に合致するようにバイメ
タル及びスプリング等を調整するようにしたので、簡易
な構造で最大成績係数を得ることができ、冷凍サイクル
の効率を向上させることができるものである。
うにするために、最大成績係数を得る特性に略等しい一
次関数を算出し、この一次関数に合致するようにバイメ
タル及びスプリング等を調整するようにしたので、簡易
な構造で最大成績係数を得ることができ、冷凍サイクル
の効率を向上させることができるものである。
【図１】超臨界冷媒を使用する冷凍サイクルの概略構成
図である。
図である。
【図２】上記冷凍サイクルに使用させる膨張装置の第１
の実施の形態を示した断面図である。
の実施の形態を示した断面図である。
【図３】前記膨張装置の第２の実施の形態を示した断面
図である。
図である。
【図４】前記膨張装置の第３の実施の形態を示した断面
図である。
図である。
【図５】実験による所定の入口側温度Ｔの時の入口側圧
力Ｐの変化に伴う成績係数（ＣＯＰ）の変化を示した特
性線図である。
力Ｐの変化に伴う成績係数（ＣＯＰ）の変化を示した特
性線図である。
【図６】最大ＣＯＰの変化に近似する一次関数及び範囲
を示した特性線図である。
を示した特性線図である。
１ 冷凍サイクル ２ コンプレッサ ３ 放熱器 ４ 膨張装置 ５ エバポレータ ６ アキュムレータ １０ 弁ハウジング １２ 入口側通路 １４ 吐出側通路 １５ 弁収納空間 １６ 弁座 １７ 弁体 １８ スプリング １９ ロッド ２０ ダイヤフラム ２１ 圧力空間 ２２ 閉空間 ２３ バイメタル
Claims (2)
- 【請求項１】 冷媒を超臨界領域まで圧縮するコンプレ
ッサと、該コンプレッサによって超臨界領域まで達した
気相冷媒を冷却する放熱器と、該放熱器で冷却された気
相冷媒の圧力を気液混合領域まで低下させる膨張装置
と、該膨張装置による圧力の低下で生じた液相冷媒を蒸
発させる蒸発器とによって少なくとも構成される超臨界
冷凍サイクルにおいて、 前記膨張装置は、 前記放熱器側と連通する入口側通路と、 前記蒸発器側と連通する出口側通路と、 前記入口側通路及び出口側通路の間に設けられる弁座
と、 該弁座に対して移動して前記入口通路と前記出口通路の
間の連通状態を変化させる弁体と、 前記入口側通路の温度を感知し、この入口側温度の上昇
に伴って前記弁体を閉弁方向に移動させるバイメタル
と、 前記入口側通路の圧力を感知し、この入口側圧力の上昇
に伴って前記弁体を開弁方向に移動させるダイヤフラム
とによって構成されることを特徴とする超臨界冷凍サイ
クルの膨張装置。 - 【請求項２】 前記入口側温度をＴ［℃］、前記入口側
圧力をＰ［ＭＰａ］とした場合、ＰとＴの関係が Ｐ＝０．２１５Ｔ＋３．０８±１．３０ で示される範囲内にある一次関数となるように、前記弁
体の弁座に対する位置が調節され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の膨張装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10270129A JP2000097523A (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | 超臨界冷凍サイクルの膨張装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10270129A JP2000097523A (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | 超臨界冷凍サイクルの膨張装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000097523A true JP2000097523A (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=17481966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10270129A Pending JP2000097523A (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | 超臨界冷凍サイクルの膨張装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000097523A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006183A1 (fr) * | 1999-07-16 | 2001-01-25 | Zexel Valeo Climate Control Corporation | Cycle frigorifique |
| WO2001027543A1 (fr) * | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Zexel Valeo Climate Control Corporation | Cycle frigorifique |
| JP2006275428A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Tgk Co Ltd | 温度差圧感知弁 |
| JP2007033021A (ja) * | 2005-05-11 | 2007-02-08 | Tgk Co Ltd | 温度差圧感知弁 |
| JP2007155229A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Sanden Corp | 蒸気圧縮式冷凍サイクル |
| JP2007198712A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Sanden Corp | 冷凍システム |
| CN113719646A (zh) * | 2020-05-12 | 2021-11-30 | 盾安环境技术有限公司 | 流量控制装置及具有其的空调系统 |
-
1998
- 1998-09-24 JP JP10270129A patent/JP2000097523A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006183A1 (fr) * | 1999-07-16 | 2001-01-25 | Zexel Valeo Climate Control Corporation | Cycle frigorifique |
| WO2001027543A1 (fr) * | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Zexel Valeo Climate Control Corporation | Cycle frigorifique |
| JP2006275428A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Tgk Co Ltd | 温度差圧感知弁 |
| JP2007033021A (ja) * | 2005-05-11 | 2007-02-08 | Tgk Co Ltd | 温度差圧感知弁 |
| JP2007155229A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Sanden Corp | 蒸気圧縮式冷凍サイクル |
| JP2007198712A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Sanden Corp | 冷凍システム |
| CN113719646A (zh) * | 2020-05-12 | 2021-11-30 | 盾安环境技术有限公司 | 流量控制装置及具有其的空调系统 |
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