JP2001033115A - 冷凍サイクル - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭酸ガスなどの超臨界流体を冷媒とする冷凍
サイクルにおいて、所望の傾きの冷媒温度−高圧圧力特
性を得て、従来よりも目標とする特性線に近似させるこ
とを可能とし、サイクルを効率よく運転する。 【解決手段】 膨張装置５を放熱器側と連通する入口側
通路１１と、蒸発器側と連通する出口側通路１２と、入
口側通路及び出口側通路の間に設けられる弁座１６と、
この弁座１６に対して移動して入口側通路１１と出口側
通路１２との間の連通状態を変化させる弁体１５と、内
部に物質が封入されて放熱器側の温度又は圧力を感知
し、この放熱器側の温度又は圧力に応じて弁体１５の動
きを制御するベローズ１８とを有する。ベローズ１８内
には２種類の物質（物質Ｉ、物質II）が封入され、放熱
器側の冷媒圧力又は冷媒温度に応じて連通状態を制御す
る。
サイクルにおいて、所望の傾きの冷媒温度−高圧圧力特
性を得て、従来よりも目標とする特性線に近似させるこ
とを可能とし、サイクルを効率よく運転する。 【解決手段】 膨張装置５を放熱器側と連通する入口側
通路１１と、蒸発器側と連通する出口側通路１２と、入
口側通路及び出口側通路の間に設けられる弁座１６と、
この弁座１６に対して移動して入口側通路１１と出口側
通路１２との間の連通状態を変化させる弁体１５と、内
部に物質が封入されて放熱器側の温度又は圧力を感知
し、この放熱器側の温度又は圧力に応じて弁体１５の動
きを制御するベローズ１８とを有する。ベローズ１８内
には２種類の物質（物質Ｉ、物質II）が封入され、放熱
器側の冷媒圧力又は冷媒温度に応じて連通状態を制御す
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
イクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の冷凍サイクルとして、特開平９
−２６４６２２号公報に開示される構成が知られてい
る。これは、圧力制御弁によって放熱器の出口側圧力を
制御するもので、圧力制御弁は、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
ように構成したものである。
−２６４６２２号公報に開示される構成が知られてい
る。これは、圧力制御弁によって放熱器の出口側圧力を
制御するもので、圧力制御弁は、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
ように構成したものである。
【０００３】また、この公報には、圧力制御弁の密閉空
間に４５０Ｋｇ／ｍ3 〜９５０Ｋｇ／ｍ3 （実施例では
６００Ｋｇ／ｍ3 ）の密度の二酸化炭素を封入すること
により高圧側の圧力を検出し、この圧力が目標圧力とな
るように制御して同公報に図示されている最適制御線に
沿って放熱器の出口側の圧力を制御するようにした点が
示されている。
間に４５０Ｋｇ／ｍ3 〜９５０Ｋｇ／ｍ3 （実施例では
６００Ｋｇ／ｍ3 ）の密度の二酸化炭素を封入すること
により高圧側の圧力を検出し、この圧力が目標圧力とな
るように制御して同公報に図示されている最適制御線に
沿って放熱器の出口側の圧力を制御するようにした点が
示されている。
【０００４】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
ることにより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
することができるようになっている。
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
ることにより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
することができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
冷凍サイクルにおいては、感圧素子内に封入するガス量
により圧力制御弁入口の冷媒温度と高圧圧力との関係を
選択することは可能であるが、封入ガスには固有の温度
と圧力特性があるため、全く自由に温度と圧力との関係
を変更することはできない。即ち、二酸化炭素冷媒のサ
イクルでは、ＣＯＰを最大にする高圧圧力（Ｐ）と放熱
器出口又は膨張装置入口の冷媒温度（Ｔ）との関係が存
在することから、上述のような構成では、１種類の封入
ガスの封入量を変えるだけであるから、温度と圧力との
関係を示す特性線の位置は変えることができるが、特性
線の傾きは封入量を変えても概ね一定であり、この傾き
が目標とする特性線の傾きと異なる場合には、広範囲に
亘って満足した特性を得ることができない不都合が生じ
る。
冷凍サイクルにおいては、感圧素子内に封入するガス量
により圧力制御弁入口の冷媒温度と高圧圧力との関係を
選択することは可能であるが、封入ガスには固有の温度
と圧力特性があるため、全く自由に温度と圧力との関係
を変更することはできない。即ち、二酸化炭素冷媒のサ
イクルでは、ＣＯＰを最大にする高圧圧力（Ｐ）と放熱
器出口又は膨張装置入口の冷媒温度（Ｔ）との関係が存
在することから、上述のような構成では、１種類の封入
ガスの封入量を変えるだけであるから、温度と圧力との
関係を示す特性線の位置は変えることができるが、特性
線の傾きは封入量を変えても概ね一定であり、この傾き
が目標とする特性線の傾きと異なる場合には、広範囲に
亘って満足した特性を得ることができない不都合が生じ
る。
【０００６】そこで、この発明においては、炭酸ガスな
どの超臨界流体を冷媒とする冷凍サイクルにおいて、所
望の傾きの冷媒温度−高圧圧力特性を得て、従来よりも
目標とする特性線に近似させることを可能とし、サイク
ルを効率よく運転することができる冷凍サイクルを提供
することを課題としている。
どの超臨界流体を冷媒とする冷凍サイクルにおいて、所
望の傾きの冷媒温度−高圧圧力特性を得て、従来よりも
目標とする特性線に近似させることを可能とし、サイク
ルを効率よく運転することができる冷凍サイクルを提供
することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明に係る冷凍サイクルは、冷媒を圧縮して運
転条件により高圧ラインを超臨界状態又は亜臨界状態と
するコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧縮さ
れた冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された
冷媒を減圧する膨張装置と、前記膨張装置によって減圧
された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、前記膨張装置は、放熱器側と連通する入口側通
路と、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、前記弁座に
対して移動して前記入口側通路と前記出口側通路との間
の連通状態を変化させる弁体と、内部に物質が封入され
て前記放熱器側の冷媒温度又は冷媒圧力を感知し、この
放熱器側の冷媒温度又は冷媒圧力に応じて弁体の動きを
制御する感受素子とを有し、前記感受素子内には２種類
以上の物質を封入し、前記放熱器側の冷媒温度又は冷媒
圧力に応じて前記連通状態を制御するようにしたことを
特徴としている（請求項１）。
に、この発明に係る冷凍サイクルは、冷媒を圧縮して運
転条件により高圧ラインを超臨界状態又は亜臨界状態と
するコンプレッサと、前記コンプレッサによって圧縮さ
れた冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された
冷媒を減圧する膨張装置と、前記膨張装置によって減圧
された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、前記膨張装置は、放熱器側と連通する入口側通
路と、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、前記弁座に
対して移動して前記入口側通路と前記出口側通路との間
の連通状態を変化させる弁体と、内部に物質が封入され
て前記放熱器側の冷媒温度又は冷媒圧力を感知し、この
放熱器側の冷媒温度又は冷媒圧力に応じて弁体の動きを
制御する感受素子とを有し、前記感受素子内には２種類
以上の物質を封入し、前記放熱器側の冷媒温度又は冷媒
圧力に応じて前記連通状態を制御するようにしたことを
特徴としている（請求項１）。
【０００８】したがって、膨張装置の感受素子内に２種
類以上の物質を封入したので、それぞれの物質の封入割
合を調節することによって温度の変化に対する圧力の変
化特性の傾きを可変させることができ、単独の物質では
目標とする特性線から大きくずれてしまう場合でも、こ
れに近づけることができる。
類以上の物質を封入したので、それぞれの物質の封入割
合を調節することによって温度の変化に対する圧力の変
化特性の傾きを可変させることができ、単独の物質では
目標とする特性線から大きくずれてしまう場合でも、こ
れに近づけることができる。
【０００９】ここで、２種類以上の物質は、冷凍サイク
ルにおいて膨張弁の入口でサブクールを得て冷房効率を
向上させるために、冷媒の臨界温度以下において、冷媒
の飽和圧力よりも封入された物質の平衡圧が常に０．１
ＭＰａ以上高くなるように選定することが好ましい（請
求項２）。また、感温感圧素子内に封入された物質が２
種類である場合には、その１つは、炭酸ガスであり、他
の１つは使用温度範囲で常に気相状態で存在するガス
か、気液２相状態で存在するガスとしてもよい（請求項
３）。さらに、封入される物質の１つが、封入される他
の物質を低温時に吸収又は吸着し、高温時に前記他の物
質を放出することのできる吸収剤又は吸着剤としてもよ
い（請求項４）。
ルにおいて膨張弁の入口でサブクールを得て冷房効率を
向上させるために、冷媒の臨界温度以下において、冷媒
の飽和圧力よりも封入された物質の平衡圧が常に０．１
ＭＰａ以上高くなるように選定することが好ましい（請
求項２）。また、感温感圧素子内に封入された物質が２
種類である場合には、その１つは、炭酸ガスであり、他
の１つは使用温度範囲で常に気相状態で存在するガス
か、気液２相状態で存在するガスとしてもよい（請求項
３）。さらに、封入される物質の１つが、封入される他
の物質を低温時に吸収又は吸着し、高温時に前記他の物
質を放出することのできる吸収剤又は吸着剤としてもよ
い（請求項４）。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の態様を図
面に基づいて説明する。図１において、冷凍サイクル１
は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器
３、高圧ラインと低圧ラインとの冷媒を熱交換する内部
熱交換器４、冷媒を減圧する膨張装置５、冷媒を蒸発気
化する蒸発器６、蒸発器から流出された冷媒を気液分離
するアキュムレータ７を有して構成されている。このサ
イクルでは、圧縮機２の吐出側（Ｄ）を放熱器３を介し
て内部熱交換器４の高圧通路４ａに接続し、この高圧通
路４ａの流出側を膨張装置５に接続し、圧縮機２の吐出
側から膨張装置５に至る経路を高圧ライン８としてい
る。また、膨張装置５の流出側は、蒸発器６に接続さ
れ、この蒸発器６の流出側は、アキュムレータ７を介し
て内部熱交換器４の低圧通路４ｂに接続されている。そ
して、低圧通路４ｂの流出側を圧縮機２の吸入側（Ｓ）
に接続し、膨張装置５の流出側から圧縮機２に至る経路
を低圧ライン９としている。
面に基づいて説明する。図１において、冷凍サイクル１
は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器
３、高圧ラインと低圧ラインとの冷媒を熱交換する内部
熱交換器４、冷媒を減圧する膨張装置５、冷媒を蒸発気
化する蒸発器６、蒸発器から流出された冷媒を気液分離
するアキュムレータ７を有して構成されている。このサ
イクルでは、圧縮機２の吐出側（Ｄ）を放熱器３を介し
て内部熱交換器４の高圧通路４ａに接続し、この高圧通
路４ａの流出側を膨張装置５に接続し、圧縮機２の吐出
側から膨張装置５に至る経路を高圧ライン８としてい
る。また、膨張装置５の流出側は、蒸発器６に接続さ
れ、この蒸発器６の流出側は、アキュムレータ７を介し
て内部熱交換器４の低圧通路４ｂに接続されている。そ
して、低圧通路４ｂの流出側を圧縮機２の吸入側（Ｓ）
に接続し、膨張装置５の流出側から圧縮機２に至る経路
を低圧ライン９としている。
【００１１】この冷凍サイクル１においては、冷媒とし
てＣＯ2 が用いられており、圧縮機２で圧縮された冷媒
は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入
り、ここで放熱して冷却する。その後、内部熱交換器４
において蒸発器６から流出する低温冷媒と熱交換して更
に冷やされ、液化されることなく膨張装置５へ送られ
る。そして、この膨張装置５において減圧されて低温低
圧の湿り蒸気となり、蒸発器６においてここを通過する
空気と熱交換してガス状となり、しかる後に内部熱交換
器４において高圧ライン８の高温冷媒と熱交換して加熱
され、圧縮機２へ戻される。
てＣＯ2 が用いられており、圧縮機２で圧縮された冷媒
は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入
り、ここで放熱して冷却する。その後、内部熱交換器４
において蒸発器６から流出する低温冷媒と熱交換して更
に冷やされ、液化されることなく膨張装置５へ送られ
る。そして、この膨張装置５において減圧されて低温低
圧の湿り蒸気となり、蒸発器６においてここを通過する
空気と熱交換してガス状となり、しかる後に内部熱交換
器４において高圧ライン８の高温冷媒と熱交換して加熱
され、圧縮機２へ戻される。
【００１２】前記膨張装置５は、ハウジング１０に内部
熱交換器４の高圧通路４ａに通じる流入通路１１と蒸発
器６に通じる流出通路１２と、これら通路が開口する高
圧空間１３とが設けられ、高圧空間１３に減圧調節弁１
４が収納されている。また、流出通路１２の開口部分は
減圧調節弁１４の弁体１５を着座する弁座１６となって
いる。
熱交換器４の高圧通路４ａに通じる流入通路１１と蒸発
器６に通じる流出通路１２と、これら通路が開口する高
圧空間１３とが設けられ、高圧空間１３に減圧調節弁１
４が収納されている。また、流出通路１２の開口部分は
減圧調節弁１４の弁体１５を着座する弁座１６となって
いる。
【００１３】減圧調節弁１４は、弁体１５と、この弁体
１５のロッド１７に接合されたベローズ１８とから成
り、このベローズ内に異なる２種類の物質（物質Ｉ、物
質II）が封入されている。この減圧調節弁１４の開弁圧
や弁体１５の動きは、ベローズ内部に封入する気体量や
気体の種類を変更することによって調整され、減圧調節
弁１４は、高圧空間１３の圧力やベローズ周囲の冷媒温
度に応動するようになっている。
１５のロッド１７に接合されたベローズ１８とから成
り、このベローズ内に異なる２種類の物質（物質Ｉ、物
質II）が封入されている。この減圧調節弁１４の開弁圧
や弁体１５の動きは、ベローズ内部に封入する気体量や
気体の種類を変更することによって調整され、減圧調節
弁１４は、高圧空間１３の圧力やベローズ周囲の冷媒温
度に応動するようになっている。
【００１４】そして、この例では、封入された物質の平
衡圧を、少なくとも１０℃以上で、且つ、冷媒の臨界温
度（ＣＯ2 を冷媒とする本構成であれば３１℃）以下と
なる場合には、冷媒の飽和圧力よりも常に０．１ＭＰａ
以上高くなるように封入される２種類の物質が選定され
ている。このように冷媒の飽和圧力よりも常に０．１Ｍ
Ｐａ以上高くなるように封入されているのは、膨張弁入
口において冷媒をできるだけ液相状態とし、サブクール
を持たせることで冷凍効率の向上を図るためである。
衡圧を、少なくとも１０℃以上で、且つ、冷媒の臨界温
度（ＣＯ2 を冷媒とする本構成であれば３１℃）以下と
なる場合には、冷媒の飽和圧力よりも常に０．１ＭＰａ
以上高くなるように封入される２種類の物質が選定され
ている。このように冷媒の飽和圧力よりも常に０．１Ｍ
Ｐａ以上高くなるように封入されているのは、膨張弁入
口において冷媒をできるだけ液相状態とし、サブクール
を持たせることで冷凍効率の向上を図るためである。
【００１５】ところで、上述した冷凍サイクル１は、通
常の稼動状態において、膨張装置５の流入側での冷媒温
度Ｔ［℃］と、膨張装置５の流入側での冷媒圧力Ｐ［Ｍ
Ｐａ］とが、図２の最適制御線α（太い実線で示す）と
なるようにすることが望ましい。これを実現するため
に、従来の特開平９−２６４６２２号公報に示されるよ
うに、封入される物質をＣＯ2 だけにすると、封入量を
変えることで図２のａ，ｂ，ｃで示す特性線のように変
化させ、Ａ点を通る特性を得たいのであれば特性線ｂと
なるように封入量が選定されるが、ＣＯ2 の有する固有
の特性から特性線ｂの傾きは自ずと決まってしまい、最
適制御線αとはＡ点から離れるほど大きくずれてしま
う。これに対して、本構成によれば、ベローズ内に異な
る２種類の物質が封入されているので、それぞれの封入
物質の種類や量、又は、封入割合を適宜選定することで
Ａ点を通る任意の傾きを有する特性線を得ることが可能
となり（図中、点線）、最適制御線αに最も近い特性を
得ることができる。
常の稼動状態において、膨張装置５の流入側での冷媒温
度Ｔ［℃］と、膨張装置５の流入側での冷媒圧力Ｐ［Ｍ
Ｐａ］とが、図２の最適制御線α（太い実線で示す）と
なるようにすることが望ましい。これを実現するため
に、従来の特開平９−２６４６２２号公報に示されるよ
うに、封入される物質をＣＯ2 だけにすると、封入量を
変えることで図２のａ，ｂ，ｃで示す特性線のように変
化させ、Ａ点を通る特性を得たいのであれば特性線ｂと
なるように封入量が選定されるが、ＣＯ2 の有する固有
の特性から特性線ｂの傾きは自ずと決まってしまい、最
適制御線αとはＡ点から離れるほど大きくずれてしま
う。これに対して、本構成によれば、ベローズ内に異な
る２種類の物質が封入されているので、それぞれの封入
物質の種類や量、又は、封入割合を適宜選定することで
Ａ点を通る任意の傾きを有する特性線を得ることが可能
となり（図中、点線）、最適制御線αに最も近い特性を
得ることができる。
【００１６】ここで、封入される物質の１つは炭酸ガス
（ＣＯ2 ）であり、他の物質の１つは窒素、空気、ヘリ
ウム等の使用温度範囲で常に気相状態で存在している
か、気液混合状態で存在しているガスを用いるとよい。
（ＣＯ2 ）であり、他の物質の１つは窒素、空気、ヘリ
ウム等の使用温度範囲で常に気相状態で存在している
か、気液混合状態で存在しているガスを用いるとよい。
【００１７】このような構成によれば、目標とする最適
制御線が図３のαで示される場合、ベローズ１８に封入
されたガスが炭酸ガス（ＣＯ2 ）単独であれば、傾きを
大きく変更することができずに最適制御線αの特性を得
ることは不可能であるが、例えば、物質Ｉとして密度６
００ｋｇ／ｍ3 の炭酸ガス（ＣＯ2 ）を用い、物質IIと
して２５℃で３ＭＰａ分の窒素ガス（Ｎ2 ）を封入する
と点線で示したようになることが実験によって確かめら
れており、目標とする最適制御線αに近似した特性を得
ることができる。
制御線が図３のαで示される場合、ベローズ１８に封入
されたガスが炭酸ガス（ＣＯ2 ）単独であれば、傾きを
大きく変更することができずに最適制御線αの特性を得
ることは不可能であるが、例えば、物質Ｉとして密度６
００ｋｇ／ｍ3 の炭酸ガス（ＣＯ2 ）を用い、物質IIと
して２５℃で３ＭＰａ分の窒素ガス（Ｎ2 ）を封入する
と点線で示したようになることが実験によって確かめら
れており、目標とする最適制御線αに近似した特性を得
ることができる。
【００１８】尚、上述の場合において、ガス圧以外に弁
体１５にスプリング力を加えて開弁圧や弁体の動きを制
御する構成にあっては、スプリング力の分だけ補正する
ようにベローズ１８に有入される物質の封入量を調節す
ればよい。また、２種類の物質はベローズ内に隔壁１９
を設けてそれぞれの画成した空間に別々に封入するよう
にしても、隔壁１９を取り除いて２つの物質を混合して
用いるようにしてもよい。
体１５にスプリング力を加えて開弁圧や弁体の動きを制
御する構成にあっては、スプリング力の分だけ補正する
ようにベローズ１８に有入される物質の封入量を調節す
ればよい。また、２種類の物質はベローズ内に隔壁１９
を設けてそれぞれの画成した空間に別々に封入するよう
にしても、隔壁１９を取り除いて２つの物質を混合して
用いるようにしてもよい。
【００１９】ベローズ１８に封入される一方の物質（物
質Ｉ）を炭酸ガス（ＣＯ2 ）とし、他方の物質（物質I
I）を一方の物質（物質Ｉ）を吸収又は吸着することの
できる液体か吸着剤としてもよい。この際に用いられる
液体又は吸着剤は、低温時にＣＯ2 を吸収又は吸着し、
高温時にＣＯ2 を放出することのできる物質を選定する
とよい。このような構成によれば、低温側ではＣＯ2 を
吸収又は吸着するため、ベローズの内圧が低くなり、逆
に、高温側ではＣＯ2 を放出するため、ベローズの内圧
が高くなり、全体として図３の破線で示す特性よりも低
温側では圧力を低めに（傾きを小さく）、高温側では圧
力を高めに（傾きを大きく）することができ、より目標
とする最適制御線αに近似させた特性を得ることができ
る。
質Ｉ）を炭酸ガス（ＣＯ2 ）とし、他方の物質（物質I
I）を一方の物質（物質Ｉ）を吸収又は吸着することの
できる液体か吸着剤としてもよい。この際に用いられる
液体又は吸着剤は、低温時にＣＯ2 を吸収又は吸着し、
高温時にＣＯ2 を放出することのできる物質を選定する
とよい。このような構成によれば、低温側ではＣＯ2 を
吸収又は吸着するため、ベローズの内圧が低くなり、逆
に、高温側ではＣＯ2 を放出するため、ベローズの内圧
が高くなり、全体として図３の破線で示す特性よりも低
温側では圧力を低めに（傾きを小さく）、高温側では圧
力を高めに（傾きを大きく）することができ、より目標
とする最適制御線αに近似させた特性を得ることができ
る。
【００２０】以上は、封入ガスとして炭酸ガス（Ｃ
Ｏ2 ）を用いた場合であるが、窒素ガス（Ｎ2 ）等の他
の物質を用いた場合でも同様であり、例えば、窒素ガス
（Ｎ2 ）と吸着剤とを適度な量だけ封入し、２５℃にお
ける平衡圧を１０ＭＰａとすれば、高温下では吸着剤か
ら窒素ガスが放出されるので、ベローズ内に窒素ガスだ
けを単独で封入した場合（図４の一点破線で示す）より
も平衡圧は上がり、低温下では逆に平衡圧が下がり、破
線で示されるように最適制御線αに近似する特性を得る
ことが実験により確認された。
Ｏ2 ）を用いた場合であるが、窒素ガス（Ｎ2 ）等の他
の物質を用いた場合でも同様であり、例えば、窒素ガス
（Ｎ2 ）と吸着剤とを適度な量だけ封入し、２５℃にお
ける平衡圧を１０ＭＰａとすれば、高温下では吸着剤か
ら窒素ガスが放出されるので、ベローズ内に窒素ガスだ
けを単独で封入した場合（図４の一点破線で示す）より
も平衡圧は上がり、低温下では逆に平衡圧が下がり、破
線で示されるように最適制御線αに近似する特性を得る
ことが実験により確認された。
【００２１】尚、上述の構成は、ベローズを用いた膨張
装置の例であるが、ダイヤフラムを用いた膨張装置にあ
っても、高圧空間の圧力が作用するダイヤフラムの面と
反対側に設けられる密閉空間に上述した２種類の物質を
封入することで、同様の作用、効果を得ることができ
る。
装置の例であるが、ダイヤフラムを用いた膨張装置にあ
っても、高圧空間の圧力が作用するダイヤフラムの面と
反対側に設けられる密閉空間に上述した２種類の物質を
封入することで、同様の作用、効果を得ることができ
る。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
炭酸ガス（ＣＯ2 ）等の超臨界冷媒を用いる冷凍サイク
ルにおいて、膨張装置の感受素子内に２種類以上の物質
を封入し、膨張装置の放熱器側の冷媒圧力又は冷媒温度
に応じて高圧側と低圧側との連通状態を制御するように
したので、封入される物質のそれぞれの封入量や封入割
合を調節することで、所望の冷媒温度−高圧圧力特性を
得ることが可能となり、サイクルを効率よく運転するこ
とができる。
炭酸ガス（ＣＯ2 ）等の超臨界冷媒を用いる冷凍サイク
ルにおいて、膨張装置の感受素子内に２種類以上の物質
を封入し、膨張装置の放熱器側の冷媒圧力又は冷媒温度
に応じて高圧側と低圧側との連通状態を制御するように
したので、封入される物質のそれぞれの封入量や封入割
合を調節することで、所望の冷媒温度−高圧圧力特性を
得ることが可能となり、サイクルを効率よく運転するこ
とができる。
【００２３】このようなサイクルを構成するにあたり、
冷媒の臨界温度以下において、感受素子内に封入される
物質を冷媒の飽和圧力よりも封入された物質の平衡圧が
常に０．１ＭＰａ以上高くなるように選定したり、ま
た、封入された物質が２種類である場合には、その１つ
を炭酸ガスとし、他の１つを使用温度範囲で常に気相状
態で存在するガスか気液２相状態で存在するガスとした
り、さらに、封入される物質の１つが、封入される他の
物質を低温時に吸収又は吸着し、高温時に前記他の物質
を放出することのできる吸収剤又は吸着剤とする構成な
どが考えられるが、これらの構成は所望の特性を得て目
標とする制御特性に従来よりも近似させてサイクル効率
を向上させるために有効である。
冷媒の臨界温度以下において、感受素子内に封入される
物質を冷媒の飽和圧力よりも封入された物質の平衡圧が
常に０．１ＭＰａ以上高くなるように選定したり、ま
た、封入された物質が２種類である場合には、その１つ
を炭酸ガスとし、他の１つを使用温度範囲で常に気相状
態で存在するガスか気液２相状態で存在するガスとした
り、さらに、封入される物質の１つが、封入される他の
物質を低温時に吸収又は吸着し、高温時に前記他の物質
を放出することのできる吸収剤又は吸着剤とする構成な
どが考えられるが、これらの構成は所望の特性を得て目
標とする制御特性に従来よりも近似させてサイクル効率
を向上させるために有効である。
【図１】図１は、冷媒として超臨界冷媒を用いた本発明
にかかる冷凍サイクルの構成例を示す図である。
にかかる冷凍サイクルの構成例を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る冷凍サイクルの特性を説
明する冷媒温度と高圧圧力との関係を示す特性線図であ
る。
明する冷媒温度と高圧圧力との関係を示す特性線図であ
る。
【図３】図３は、感受素子に２種類の物質を封入し、一
方の物質を炭酸ガス（ＣＯ2 ）とした場合の冷媒温度と
高圧圧力との関係を示す特性線図である。
方の物質を炭酸ガス（ＣＯ2 ）とした場合の冷媒温度と
高圧圧力との関係を示す特性線図である。
【図４】図４は、感受素子に２種類の物質を封入し、一
方の物質を窒素ガス（Ｎ2 ）とした場合の冷媒温度と高
圧圧力との関係を示す特性線図である。
方の物質を窒素ガス（Ｎ2 ）とした場合の冷媒温度と高
圧圧力との関係を示す特性線図である。
１ 冷凍サイクル ２ 圧縮機 ３ 放熱器 ４ 内部熱交換器 ５ 膨張装置 ６ 蒸発器 ８ 高圧ライン ９ 低圧ライン １１ 流入通路 １２ 流出通路 １３ 高圧空間 １４ 感受素子 １５ 弁体 １８ ベローズ
Claims (4)
- 【請求項１】 冷媒を圧縮して運転条件により高圧ライ
ンを超臨界状態又は亜臨界状態とするコンプレッサと、
前記コンプレッサによって圧縮された冷媒を冷却する放
熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒を減圧する膨張装
置と、前記膨張装置によって減圧された冷媒を蒸発させ
る蒸発器とによって少なくとも構成される冷凍サイクル
において、 前記膨張装置は、 放熱器側と連通する入口側通路と、 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、 前記弁座に対して移動して前記入口側通路と前記出口側
通路との間の連通状態を変化させる弁体と、 内部に物質が封入されて前記放熱器側の冷媒温度又は冷
媒圧力を感知し、この放熱器側の冷媒温度又は冷媒圧力
に応じて弁体の動きを制御する感受素子とを有し、 前記感受素子内には２種類以上の物質を封入し、前記放
熱器側の冷媒温度又は冷媒圧力に応じて前記連通状態を
制御するようにしたことを特徴とする冷凍サイクル。 - 【請求項２】 前記封入された物質の平衡圧を、冷媒の
臨界温度以下においては、冷媒の飽和圧力よりも常に
０．１ＭＰａ以上高くなるように前記２種類以上の物質
が選定されることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイ
クル。 - 【請求項３】 前記感受素子内に封入された物質は２種
類からなり、その１つは、炭酸ガスであり、他の１つは
使用温度範囲で常に気相状態で存在するガスか、気液２
相状態で存在するガスである請求項１又は２記載の冷凍
サイクル。 - 【請求項４】 封入される物質の１つが、封入される他
の物質を低温時に吸収又は吸着し、高温時に前記他の物
質を放出することのできる吸収剤又は吸着剤である請求
項１、２、又は、３のいずれかに記載の冷凍サイクル。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11203548A JP2001033115A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 冷凍サイクル |
| PCT/JP2000/002436 WO2001006182A1 (fr) | 1999-07-16 | 2000-04-14 | Cycle frigorifique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11203548A JP2001033115A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 冷凍サイクル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001033115A true JP2001033115A (ja) | 2001-02-09 |
Family
ID=16475972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11203548A Pending JP2001033115A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 冷凍サイクル |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001033115A (ja) |
| WO (1) | WO2001006182A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017214239A1 (de) | 2017-08-16 | 2019-02-21 | BSH Hausgeräte GmbH | Kältegerät |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2119015C (en) * | 1991-09-16 | 2002-07-09 | Gustav Lorentzen | Method of high-side pressure regulation in transcritical vapor compression cycle device |
| JP2925827B2 (ja) * | 1992-01-16 | 1999-07-28 | 三洋電機株式会社 | 冷凍サイクル用インジェクションバルブ |
| JP3213440B2 (ja) * | 1993-06-11 | 2001-10-02 | 株式会社テージーケー | 膨張弁 |
| JPH07146033A (ja) * | 1993-11-24 | 1995-06-06 | Nippondenso Co Ltd | 感温式アクチュエータ |
| JPH09133436A (ja) * | 1995-11-08 | 1997-05-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 温度式膨脹弁およびこれを用いた車両用空調装置 |
| JP3858297B2 (ja) * | 1996-01-25 | 2006-12-13 | 株式会社デンソー | 圧力制御弁と蒸気圧縮式冷凍サイクル |
| EP0837291B1 (en) * | 1996-08-22 | 2005-01-12 | Denso Corporation | Vapor compression type refrigerating system |
| JPH10170105A (ja) * | 1996-12-05 | 1998-06-26 | Tgk Co Ltd | 膨張弁 |
-
1999
- 1999-07-16 JP JP11203548A patent/JP2001033115A/ja active Pending
-
2000
- 2000-04-14 WO PCT/JP2000/002436 patent/WO2001006182A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2001006182A1 (fr) | 2001-01-25 |
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