JP2001082835A - 圧力制御弁 - Google Patents
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- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B2341/06—Details of flow restrictors or expansion valves
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- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダイヤフラムと弁体との接合部の疲労破壊を
低減する。 【解決手段】 密閉空間３１１ｃ内に非凝縮性ガス及び
所定密度の冷媒を封入し、超臨界域から凝縮域の全域に
渡って密閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２００出口側
の冷媒圧力との差圧によってダイヤフラム３１１ａを変
位させる。これにより、弾性部材３１５の弾性力は、弁
体３１３を支持するに必要な大きさでよいので、弁体３
１３を介してダイヤフラム３１１ａに作用する弾性部材
３１５の弾性力を十分に小さくすることができる。この
ため、ダイヤフラム３１１ａに作用する力の多くは、密
閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２００出口側の冷媒圧
力とになるので、ダイヤフラム３１１ａ全体に略均一に
力（圧力）を作用させることができる。延いては、ダイ
ヤフラム３１１ａと弁体３１３との接合部に応力が集中
してしまうことを防止できる。
低減する。 【解決手段】 密閉空間３１１ｃ内に非凝縮性ガス及び
所定密度の冷媒を封入し、超臨界域から凝縮域の全域に
渡って密閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２００出口側
の冷媒圧力との差圧によってダイヤフラム３１１ａを変
位させる。これにより、弾性部材３１５の弾性力は、弁
体３１３を支持するに必要な大きさでよいので、弁体３
１３を介してダイヤフラム３１１ａに作用する弾性部材
３１５の弾性力を十分に小さくすることができる。この
ため、ダイヤフラム３１１ａに作用する力の多くは、密
閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２００出口側の冷媒圧
力とになるので、ダイヤフラム３１１ａ全体に略均一に
力（圧力）を作用させることができる。延いては、ダイ
ヤフラム３１１ａと弁体３１３との接合部に応力が集中
してしまうことを防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放熱器出口側の冷
媒温度に応じて放熱器出口側圧力を制御する圧力制御弁
に関するものであり、放熱器内の圧力（高圧側圧力）が
冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式冷凍サイクル（超臨
界冷凍サイクル）、特に、冷媒として二酸化炭素を用い
た超臨界冷凍サイクルに用いて有効である。
媒温度に応じて放熱器出口側圧力を制御する圧力制御弁
に関するものであり、放熱器内の圧力（高圧側圧力）が
冷媒の臨界圧力を越える蒸気圧縮式冷凍サイクル（超臨
界冷凍サイクル）、特に、冷媒として二酸化炭素を用い
た超臨界冷凍サイクルに用いて有効である。
【０００２】
【従来の技術】出願人は、既に図７に示すような圧力制
御弁（特願平１１−１１９８３０号）を出願している。
そして、この圧力制御弁では、超臨界冷凍サイクル（以
下、サイクルと略す。）の成績係数を超臨界域から凝縮
域に渡って高く維持するために、ダイヤフラム等の薄膜
状変位部材によって形成される密閉空間３１１ｃ内に冷
媒（二酸化炭素）を約５５０ｋｇ／ｍ3〜６００ｋｇ／
ｍ3の密度で封入するとともに、コイルバネＳによって
密閉空間３１１ｃ内における圧力換算で０．５ＭＰａ〜
１ＭＰａの力が弁体３１３に作用するようにしている。
御弁（特願平１１−１１９８３０号）を出願している。
そして、この圧力制御弁では、超臨界冷凍サイクル（以
下、サイクルと略す。）の成績係数を超臨界域から凝縮
域に渡って高く維持するために、ダイヤフラム等の薄膜
状変位部材によって形成される密閉空間３１１ｃ内に冷
媒（二酸化炭素）を約５５０ｋｇ／ｍ3〜６００ｋｇ／
ｍ3の密度で封入するとともに、コイルバネＳによって
密閉空間３１１ｃ内における圧力換算で０．５ＭＰａ〜
１ＭＰａの力が弁体３１３に作用するようにしている。
【０００３】また、ダイヤフラム３１１ａは弁体３１３
の長手方向一端側に接合されて弁体３１３に力を作用さ
せ、一方、コイルバネＳは弁体３１３の長手方向他端側
から弁体に弾性力を作用させている。このとき、密閉空
間３１１ｃ内の圧力及びコイルバネＳの弾性力は共に、
弁口３１２を閉じる向きに弁体３１３が変位するように
弁体３１３に力を作用させている。
の長手方向一端側に接合されて弁体３１３に力を作用さ
せ、一方、コイルバネＳは弁体３１３の長手方向他端側
から弁体に弾性力を作用させている。このとき、密閉空
間３１１ｃ内の圧力及びコイルバネＳの弾性力は共に、
弁口３１２を閉じる向きに弁体３１３が変位するように
弁体３１３に力を作用させている。
【０００４】ここで、超臨界域においては、主に密閉空
間３１１ｃ内に封入された冷媒により成績係数が高く
（最適）維持されるように放熱器出口側の圧力が制御さ
れ、凝縮域においては、主にコイルバネＳの弾性力によ
り放熱器出口側の冷媒が所定の過冷却度を有するように
制御される。
間３１１ｃ内に封入された冷媒により成績係数が高く
（最適）維持されるように放熱器出口側の圧力が制御さ
れ、凝縮域においては、主にコイルバネＳの弾性力によ
り放熱器出口側の冷媒が所定の過冷却度を有するように
制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記出願で
は、密閉空間３１１ｃ内の冷媒の圧力とダイヤフラム３
１１ａの下側に作用する放熱器２００出口側の冷媒圧力
との差圧による力は、ダイヤフラム３１１ａ全体に略均
一に作用するのに対して、コイルバネＳにより力（弾性
力）は、弁体３１３を介して弁体３１３とダイヤフラム
３１１ａとの接合部に集中的に作用する。このため、ダ
イヤフラム３１１ａと弁体３１３との接合部に応力が集
中してしまい、この接合部にて疲労破壊が発生する可能
性が高い。
は、密閉空間３１１ｃ内の冷媒の圧力とダイヤフラム３
１１ａの下側に作用する放熱器２００出口側の冷媒圧力
との差圧による力は、ダイヤフラム３１１ａ全体に略均
一に作用するのに対して、コイルバネＳにより力（弾性
力）は、弁体３１３を介して弁体３１３とダイヤフラム
３１１ａとの接合部に集中的に作用する。このため、ダ
イヤフラム３１１ａと弁体３１３との接合部に応力が集
中してしまい、この接合部にて疲労破壊が発生する可能
性が高い。
【０００６】本発明は、上記点に鑑み、ダイヤフラム等
の薄膜状変位部材と弁体との接合部の疲労破壊を低減す
ることを目的とする。
の薄膜状変位部材と弁体との接合部の疲労破壊を低減す
ることを目的とする。
【０００７】
【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、請求項１〜３に記載の発明では、弁口
（３１２）の開度を調節するとともに、変位部材（３１
１ａ）に接合されて変位部材（３１１ａ）と連動して変
位する弁体（３１３）を備え、変位部材（３１１ａ）の
うち密閉空間（３１１ｃ）の外側には、放熱器（２０
０）出口側の冷媒圧力が作用しており、密閉空間（３１
１ｃ）内の圧力は、弁口（３１２）の開度が縮小する向
きの力を変位部材（３１１ａ）を介して前記弁体（３１
３）に作用させ、放熱器（２００）出口側の冷媒圧力
は、弁口（３１２）の開度が増大するする向きの力を変
位部材（３１１ａ）を介して前記弁体（３１３）に作用
させ、さらに、密閉空間（３１１ｃ）内には、非凝縮性
ガス及び所定密度の冷媒が封入されていることを特徴と
する。
成するために、請求項１〜３に記載の発明では、弁口
（３１２）の開度を調節するとともに、変位部材（３１
１ａ）に接合されて変位部材（３１１ａ）と連動して変
位する弁体（３１３）を備え、変位部材（３１１ａ）の
うち密閉空間（３１１ｃ）の外側には、放熱器（２０
０）出口側の冷媒圧力が作用しており、密閉空間（３１
１ｃ）内の圧力は、弁口（３１２）の開度が縮小する向
きの力を変位部材（３１１ａ）を介して前記弁体（３１
３）に作用させ、放熱器（２００）出口側の冷媒圧力
は、弁口（３１２）の開度が増大するする向きの力を変
位部材（３１１ａ）を介して前記弁体（３１３）に作用
させ、さらに、密閉空間（３１１ｃ）内には、非凝縮性
ガス及び所定密度の冷媒が封入されていることを特徴と
する。
【０００８】これにより、本発明では、超臨界域から凝
縮域の全域に渡って密閉空間（３１１ｃ）内の圧力と放
熱器（２００）出口側の冷媒圧力との差圧によって変位
部材（３１１ａ）が変位するので、変位部材（３１１
ａ）に作用する力の多くは、密閉空間（３１１ｃ）内の
圧力と放熱器（２００）出口側の冷媒圧力とになる。
縮域の全域に渡って密閉空間（３１１ｃ）内の圧力と放
熱器（２００）出口側の冷媒圧力との差圧によって変位
部材（３１１ａ）が変位するので、変位部材（３１１
ａ）に作用する力の多くは、密閉空間（３１１ｃ）内の
圧力と放熱器（２００）出口側の冷媒圧力とになる。
【０００９】したがって、変位部材（３１１ａ）全体に
略均一に力（圧力）を作用させることができるので、変
位部材（３１１ａ）と弁体（３１３）との接合部に応力
が集中してしまうことを防止でき、この接合部にて疲労
破壊が発生することを低減することができる。
略均一に力（圧力）を作用させることができるので、変
位部材（３１１ａ）と弁体（３１３）との接合部に応力
が集中してしまうことを防止でき、この接合部にて疲労
破壊が発生することを低減することができる。
【００１０】請求項２に記載の発明では、弁体（３１
３）の長手方向一端側は変位部材（３１１ａ）に接合さ
れ、他端側は弾性変形可能な弾性部材（３１５）により
支持されていることを特徴とする。
３）の長手方向一端側は変位部材（３１１ａ）に接合さ
れ、他端側は弾性変形可能な弾性部材（３１５）により
支持されていることを特徴とする。
【００１１】これにより、圧力制御弁を構成する各部品
の寸法誤差、組立誤差の累積及び変位部材（３１１ａ）
と弁体（３１３）との接合歪み等の組立バラツキによっ
て弁体（３１３）が変位部材（３１１ａ）に対して傾い
ても、弾性部材（３１５）によりその傾きを吸収するこ
とができるので、組立バラツキによって変位部材（３１
１ａ）の一部に応力が集中することを防止でき、組立バ
ラツキに起因する変位部材（３１１ａ）の疲労破壊を未
然に防止できる。
の寸法誤差、組立誤差の累積及び変位部材（３１１ａ）
と弁体（３１３）との接合歪み等の組立バラツキによっ
て弁体（３１３）が変位部材（３１１ａ）に対して傾い
ても、弾性部材（３１５）によりその傾きを吸収するこ
とができるので、組立バラツキによって変位部材（３１
１ａ）の一部に応力が集中することを防止でき、組立バ
ラツキに起因する変位部材（３１１ａ）の疲労破壊を未
然に防止できる。
【００１２】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
【００１３】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁を二酸化炭素
（ＣＯ2）を冷媒とする冷凍サイクルに適用したもので
あり、図１は冷凍サイクルの模式図である。
本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁を二酸化炭素
（ＣＯ2）を冷媒とする冷凍サイクルに適用したもので
あり、図１は冷凍サイクルの模式図である。
【００１４】図１中、１００は冷媒を圧縮する圧縮機で
あり、２００は圧縮機１００にて圧縮された冷媒を冷却
する放熱器（ガスクーラ）である。そして、放熱器２０
０の出口側には、放熱器２００出口側の冷媒温度に基づ
いて放熱器２００の出口側圧力を制御する圧力制御弁３
００が配設されており、この圧力制御弁３００は高圧の
冷媒を減圧する減圧器も兼ねている。なお、圧力制御弁
３００の詳細については、後述する。
あり、２００は圧縮機１００にて圧縮された冷媒を冷却
する放熱器（ガスクーラ）である。そして、放熱器２０
０の出口側には、放熱器２００出口側の冷媒温度に基づ
いて放熱器２００の出口側圧力を制御する圧力制御弁３
００が配設されており、この圧力制御弁３００は高圧の
冷媒を減圧する減圧器も兼ねている。なお、圧力制御弁
３００の詳細については、後述する。
【００１５】４００は圧力制御弁３００にて減圧された
（液相の）冷媒を蒸発させる蒸発器であり、５００は蒸
発器４００から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに
分離して気相冷媒を圧縮機１００の吸入側に流出させる
とともに、冷凍サイクル中の余剰冷媒を蓄えるアキュー
ムレータ（気液分離手段）である。
（液相の）冷媒を蒸発させる蒸発器であり、５００は蒸
発器４００から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに
分離して気相冷媒を圧縮機１００の吸入側に流出させる
とともに、冷凍サイクル中の余剰冷媒を蓄えるアキュー
ムレータ（気液分離手段）である。
【００１６】６００はアキュームレータ５００から流出
した蒸発器４００出口側の冷媒と放熱器２００出口側の
冷媒とを熱交換する内部熱交換器（以下、熱交換器と略
す。）であり、この熱交換器６００により蒸発器４００
入口側での冷媒のエンタルピを低下させて、図２に示す
ように、冷凍サイクルの冷凍能力を向上させている。
した蒸発器４００出口側の冷媒と放熱器２００出口側の
冷媒とを熱交換する内部熱交換器（以下、熱交換器と略
す。）であり、この熱交換器６００により蒸発器４００
入口側での冷媒のエンタルピを低下させて、図２に示す
ように、冷凍サイクルの冷凍能力を向上させている。
【００１７】次に、図１に基づいて圧力制御弁３００に
ついて述べる。
ついて述べる。
【００１８】３１０は、放熱器２００出口側の冷媒温度
に応じて内圧が変化する感温部３１１を有するととも
に、感温部３１１の内圧の変化にて機械的に連動して圧
力制御弁３００の弁口３１２の開度を調節する制御弁本
体（エレメント）であり、３３０は制御弁本体３１０を
収納するケーシングである。
に応じて内圧が変化する感温部３１１を有するととも
に、感温部３１１の内圧の変化にて機械的に連動して圧
力制御弁３００の弁口３１２の開度を調節する制御弁本
体（エレメント）であり、３３０は制御弁本体３１０を
収納するケーシングである。
【００１９】なお、ケーシング３３０は、制御弁本体３
１０が固定されるとともに、蒸発器４００の入口側に接
続される第１冷媒出口３３１が形成されたケーシング本
体部３３２と、ケーシング本体部３３２に制御弁本体３
１０を挿入組み付けするための開口部を閉塞するととも
に、放熱器２００出口側に接続される第１冷媒入口３３
３が形成された蓋体３３４とから構成されている。
１０が固定されるとともに、蒸発器４００の入口側に接
続される第１冷媒出口３３１が形成されたケーシング本
体部３３２と、ケーシング本体部３３２に制御弁本体３
１０を挿入組み付けするための開口部を閉塞するととも
に、放熱器２００出口側に接続される第１冷媒入口３３
３が形成された蓋体３３４とから構成されている。
【００２０】そして、ケーシング３３０（ケーシング本
体部３３２）には、熱交換器６００の冷媒入口側に接続
される第２冷媒出口３３５、及び熱交換器６００の冷媒
出口側に接続される第２冷媒入口３３６が形成されてお
り、第２冷媒出口３３５は第１冷媒入口３３３に連通
し、第２冷媒入口３３６は、制御弁本体３１０の弁口３
１２の冷媒流れ上流側に連通している。
体部３３２）には、熱交換器６００の冷媒入口側に接続
される第２冷媒出口３３５、及び熱交換器６００の冷媒
出口側に接続される第２冷媒入口３３６が形成されてお
り、第２冷媒出口３３５は第１冷媒入口３３３に連通
し、第２冷媒入口３３６は、制御弁本体３１０の弁口３
１２の冷媒流れ上流側に連通している。
【００２１】なお、以下、第１冷媒入口３３３から第２
冷媒出口３３５までの冷媒通路を第１冷媒通路（感温
室）３３７と呼び、第２冷媒入口３３６から弁口３１２
までの冷媒通路を第２冷媒通路３３８と呼ぶ。
冷媒出口３３５までの冷媒通路を第１冷媒通路（感温
室）３３７と呼び、第２冷媒入口３３６から弁口３１２
までの冷媒通路を第２冷媒通路３３８と呼ぶ。
【００２２】ところで、制御弁本体３１０の感温部３１
１は、第１冷媒通路３３７内に位置して放熱器２００出
口側の冷媒温度を感知するものであり、この感温部３１
１は、薄膜状のダイヤフラム（圧力応動部材・変位部
材）３１１ａ、ダイヤフラム３１１ａと共に密閉空間
（制御室）３１１ｃを形成するダイヤフラムカバー３１
１ｂ、及びダイヤフラムカバー３１１ｂと共にダイヤフ
ラム３１１ａを挟み込むようにしてダイヤフラム３１１
ａを固定すダイヤフラムサポート３１１ｄから構成され
ている。
１は、第１冷媒通路３３７内に位置して放熱器２００出
口側の冷媒温度を感知するものであり、この感温部３１
１は、薄膜状のダイヤフラム（圧力応動部材・変位部
材）３１１ａ、ダイヤフラム３１１ａと共に密閉空間
（制御室）３１１ｃを形成するダイヤフラムカバー３１
１ｂ、及びダイヤフラムカバー３１１ｂと共にダイヤフ
ラム３１１ａを挟み込むようにしてダイヤフラム３１１
ａを固定すダイヤフラムサポート３１１ｄから構成され
ている。
【００２３】なお、密閉空間３１１ｃ内には、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（本実施形態では約６００ｋｇ／ｍ
3）で冷媒が封入されているとともに、不凝縮性ガスが
密閉空間３１１ｃ内の圧力が約１ＭＰａ〜２ＭＰａ程度
上昇するように封入されている。
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（本実施形態では約６００ｋｇ／ｍ
3）で冷媒が封入されているとともに、不凝縮性ガスが
密閉空間３１１ｃ内の圧力が約１ＭＰａ〜２ＭＰａ程度
上昇するように封入されている。
【００２４】なお、不凝縮性ガスとは、冷凍サイクルの
稼働温度域において凝縮することがないガス（気体）を
言い、本実施形態では、窒素等の不活性ガスを採用して
いる。
稼働温度域において凝縮することがないガス（気体）を
言い、本実施形態では、窒素等の不活性ガスを採用して
いる。
【００２５】一方、ダイヤフラム３１１ａを挟んで密閉
空間３１１ｃの反対側（外側）には、導圧通路３１１ｅ
を介して第１冷媒通路３３７の圧力が導かれており、ダ
イヤフラム３１１ａは、密閉空間３１１ｃ内外の圧力
差、つまり密閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２００出
口側の冷媒圧力との差圧に応じて変位する。
空間３１１ｃの反対側（外側）には、導圧通路３１１ｅ
を介して第１冷媒通路３３７の圧力が導かれており、ダ
イヤフラム３１１ａは、密閉空間３１１ｃ内外の圧力
差、つまり密閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２００出
口側の冷媒圧力との差圧に応じて変位する。
【００２６】このため、密閉空間３１１ｃの内の圧力
は、弁口３１２の開度が縮小する向きの力をダイヤフラ
ム３１１ａを介して弁体３１３に作用させ、一方、放熱
器２００出口側の冷媒圧力は、弁口３１２の開度が増大
するする向きの力をダイヤフラム３１１ａを介して弁体
３１３に作用させる。
は、弁口３１２の開度が縮小する向きの力をダイヤフラ
ム３１１ａを介して弁体３１３に作用させ、一方、放熱
器２００出口側の冷媒圧力は、弁口３１２の開度が増大
するする向きの力をダイヤフラム３１１ａを介して弁体
３１３に作用させる。
【００２７】また、３１１ｆは感温部３１１（密閉空間
３１１ｃ）に冷媒を封入する封入管であり、この封入管
３１１ｆは、第１冷媒通路３３７内の冷媒温度に対して
密閉空間３１１ｃ内の冷媒温度を時間差無く追従させる
べく、銅などの熱伝導率の高い金属製である。
３１１ｃ）に冷媒を封入する封入管であり、この封入管
３１１ｆは、第１冷媒通路３３７内の冷媒温度に対して
密閉空間３１１ｃ内の冷媒温度を時間差無く追従させる
べく、銅などの熱伝導率の高い金属製である。
【００２８】３１３は弁口３１２の開度を調節する針状
のニードル弁体（以下、弁体と略す。）であり、この弁
体３１３の長手方向一端側（紙面上側）は、ダイヤフラ
ム３１１ａに溶接等の接合手段により接合されている。
このため、弁体３１３は、その長手方向一端側がダイヤ
フラム３１１ａを介してダイヤフラムカバー３１１ｂ及
びダイヤフラムサポート３１１ｄに支持された状態でダ
イヤフラム３１１ａの変位と連動してその長手方向に変
位（可動）する。
のニードル弁体（以下、弁体と略す。）であり、この弁
体３１３の長手方向一端側（紙面上側）は、ダイヤフラ
ム３１１ａに溶接等の接合手段により接合されている。
このため、弁体３１３は、その長手方向一端側がダイヤ
フラム３１１ａを介してダイヤフラムカバー３１１ｂ及
びダイヤフラムサポート３１１ｄに支持された状態でダ
イヤフラム３１１ａの変位と連動してその長手方向に変
位（可動）する。
【００２９】なお、ダイヤフラム３１１ａと弁体３１３
との接合部には、図３に示すように、断面形状がＬ字状
に形成された部材を環状にした補強リング３１１ｇをダ
イヤフラム３１１ａの円筒状立上部３１１ｈの外側から
填め込んだ状態で、補強リング３１１ｇ、円筒状立上部
３１１ｈ及び弁体３１３が接合されている。
との接合部には、図３に示すように、断面形状がＬ字状
に形成された部材を環状にした補強リング３１１ｇをダ
イヤフラム３１１ａの円筒状立上部３１１ｈの外側から
填め込んだ状態で、補強リング３１１ｇ、円筒状立上部
３１１ｈ及び弁体３１３が接合されている。
【００３０】一方、弁体３１３の長手方向他端側には、
図４に示すように、弁口３１２を貫通して第１冷媒出口
３３１側に達する小径軸部３１３ａが形成されていると
ともに、この小径軸部３１３ａの先端側には、球面状の
球面部３１３ｂが形成されている。なお、小径軸部３１
３ａから小径軸部３１３より径寸法が大きい大径軸部３
１３ｃを繋ぐテーパ部（円錐部）３１３ｄは、弁口３１
２の開度を調節する弁部をなすものである。
図４に示すように、弁口３１２を貫通して第１冷媒出口
３３１側に達する小径軸部３１３ａが形成されていると
ともに、この小径軸部３１３ａの先端側には、球面状の
球面部３１３ｂが形成されている。なお、小径軸部３１
３ａから小径軸部３１３より径寸法が大きい大径軸部３
１３ｃを繋ぐテーパ部（円錐部）３１３ｄは、弁口３１
２の開度を調節する弁部をなすものである。
【００３１】また、３１４は、弁体３１３を受ける受け
部材であり、この受け部材３１４には、球面部３１３ｂ
と接触するとともに、球面部３１３ｂの曲率半径以上の
曲率半径を有する球面状の凹部３１４ａが形成されてい
る。
部材であり、この受け部材３１４には、球面部３１３ｂ
と接触するとともに、球面部３１３ｂの曲率半径以上の
曲率半径を有する球面状の凹部３１４ａが形成されてい
る。
【００３２】３１５ａ、３１５ｂは、受け部材３１４を
介して弁体３１３の長手方向他端側（紙面下側）を支持
する弾性変形可能な弾性部材である。ここで、３１５ａ
は密閉空間３１１ａ内の圧力に対抗する弾性力を小径軸
部３１３ａに作用させて弁体３１３をその長手方向に関
して支持するコイルバネであり、３１５ｂは制御弁本体
３１０の弁座本体３１６に接触して弁体３１３をその長
手方向と直交する方向に関して支持する羽根板状の防振
バネである。なお、以下、両バネ３１５ａ、３１５ｂを
総称するときは、弾性部材３１５と表記する。
介して弁体３１３の長手方向他端側（紙面下側）を支持
する弾性変形可能な弾性部材である。ここで、３１５ａ
は密閉空間３１１ａ内の圧力に対抗する弾性力を小径軸
部３１３ａに作用させて弁体３１３をその長手方向に関
して支持するコイルバネであり、３１５ｂは制御弁本体
３１０の弁座本体３１６に接触して弁体３１３をその長
手方向と直交する方向に関して支持する羽根板状の防振
バネである。なお、以下、両バネ３１５ａ、３１５ｂを
総称するときは、弾性部材３１５と表記する。
【００３３】なお、３１５ｃは、コイルバネ３１５ａの
初期荷重を調整する調整ナットであり、その初期設定荷
重（弁口３１２を閉じた状態での弾性力）は、冷媒が臨
界圧力以下の凝縮域において、所定の過冷却度（本実施
形態では約７〜８℃）を有するように設定されている。
具体的には、図５に示すように、密閉空間３１１ａ内の
圧力換算で、不凝縮性ガスの分圧がコイルバネ３１５ａ
による圧力より約１ＭＰａ大きくなるような荷重であ
る。
初期荷重を調整する調整ナットであり、その初期設定荷
重（弁口３１２を閉じた状態での弾性力）は、冷媒が臨
界圧力以下の凝縮域において、所定の過冷却度（本実施
形態では約７〜８℃）を有するように設定されている。
具体的には、図５に示すように、密閉空間３１１ａ内の
圧力換算で、不凝縮性ガスの分圧がコイルバネ３１５ａ
による圧力より約１ＭＰａ大きくなるような荷重であ
る。
【００３４】以上に述べた構成により、圧力制御弁３０
０は、超臨界領域では、約６００ｋｇ／ｍ3の等密度線
に沿うように、放熱器２００出口側の冷媒温度に基づい
て、放熱器２００出口側の冷媒圧力を制御し、凝縮域で
は、放熱器２００出口側の冷媒の過冷却度が所定値とな
るように、放熱器２００出口側の冷媒圧力（圧力制御弁
３００の開度）を制御する（図２、５参照）。
０は、超臨界領域では、約６００ｋｇ／ｍ3の等密度線
に沿うように、放熱器２００出口側の冷媒温度に基づい
て、放熱器２００出口側の冷媒圧力を制御し、凝縮域で
は、放熱器２００出口側の冷媒の過冷却度が所定値とな
るように、放熱器２００出口側の冷媒圧力（圧力制御弁
３００の開度）を制御する（図２、５参照）。
【００３５】なお、図５の実線η及び図２の曲線ηは、
成績係数が高くなる放熱器２００出口側の冷媒圧力を連
ねたものであり、本明細書では、ηのことを最適制御線
と呼ぶ。
成績係数が高くなる放熱器２００出口側の冷媒圧力を連
ねたものであり、本明細書では、ηのことを最適制御線
と呼ぶ。
【００３６】ところで、制御弁本体３１０の弁座本体３
１６及び弁体３１３の摺動を案内する弁体ホルダ３１７
は、図１に示すように、第１冷媒通路３３７と第２冷媒
通路３３８とを離隔するとともに、第２冷媒通路３３８
側の冷媒が第１冷媒通路３３７側の冷媒によって加熱さ
れることを防止する隔壁部を構成している。
１６及び弁体３１３の摺動を案内する弁体ホルダ３１７
は、図１に示すように、第１冷媒通路３３７と第２冷媒
通路３３８とを離隔するとともに、第２冷媒通路３３８
側の冷媒が第１冷媒通路３３７側の冷媒によって加熱さ
れることを防止する隔壁部を構成している。
【００３７】なお、弁体３１３は、弁体ホルダ３１７を
貫通して第１冷媒通路３３７側から第２冷媒通路３３８
（弁口３１２）側に到達しているので、弁体３１３と弁
体ホルダ３１６との隙間（圧力損失）は、第１冷媒通路
３３７からこの隙間を経由して第２冷媒通路３３８に多
くの冷媒が流通しない程度としなければならない。
貫通して第１冷媒通路３３７側から第２冷媒通路３３８
（弁口３１２）側に到達しているので、弁体３１３と弁
体ホルダ３１６との隙間（圧力損失）は、第１冷媒通路
３３７からこの隙間を経由して第２冷媒通路３３８に多
くの冷媒が流通しない程度としなければならない。
【００３８】次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３９】本実施形態は、超臨界域から凝縮域の全域
に渡って密閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２００出口
側の冷媒圧力との差圧によってダイヤフラム３１１ａを
変位させるものであるので、弾性部材３１５（特に、コ
イルバネ３１５ａ）の弾性力は、弁体３１３を支持する
に必要な大きさでよい。したがって、弁体３１３を介し
てダイヤフラム３１１ａに作用する弾性部材３１５（特
に、コイルバネ３１５ａ）の弾性力を十分に小さくする
ことができる。
に渡って密閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２００出口
側の冷媒圧力との差圧によってダイヤフラム３１１ａを
変位させるものであるので、弾性部材３１５（特に、コ
イルバネ３１５ａ）の弾性力は、弁体３１３を支持する
に必要な大きさでよい。したがって、弁体３１３を介し
てダイヤフラム３１１ａに作用する弾性部材３１５（特
に、コイルバネ３１５ａ）の弾性力を十分に小さくする
ことができる。
【００４０】このため、ダイヤフラム３１１ａに作用す
る力の多くは、密閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２０
０出口側の冷媒圧力とになるので、ダイヤフラム３１１
ａ全体に略均一に力（圧力）を作用させることができ
る。延いては、ダイヤフラム３１１ａと弁体３１３との
接合部に応力が集中してしまうことを防止できるので、
この接合部にて疲労破壊が発生することを低減すること
ができる。
る力の多くは、密閉空間３１１ｃ内の圧力と放熱器２０
０出口側の冷媒圧力とになるので、ダイヤフラム３１１
ａ全体に略均一に力（圧力）を作用させることができ
る。延いては、ダイヤフラム３１１ａと弁体３１３との
接合部に応力が集中してしまうことを防止できるので、
この接合部にて疲労破壊が発生することを低減すること
ができる。
【００４１】また、弁体３３１３の長手方向他端側（第
１冷媒出口側）は、弾性部材３１５により支持されてい
るので、各部品の寸法誤差、組立誤差の累積及びダイヤ
フラム３１１ａと弁体３１３との溶接歪み等の組立バラ
ツキによって、弁体３１３がダイヤフラム３１１ａに対
して傾いても、その傾きを吸収することができる。
１冷媒出口側）は、弾性部材３１５により支持されてい
るので、各部品の寸法誤差、組立誤差の累積及びダイヤ
フラム３１１ａと弁体３１３との溶接歪み等の組立バラ
ツキによって、弁体３１３がダイヤフラム３１１ａに対
して傾いても、その傾きを吸収することができる。
【００４２】したがって、組立バラツキによってダイヤ
フラム３１１ａの一部に応力が集中することを防止でき
るので、組立バラツキに起因するダイヤフラム３１１ａ
の疲労破壊を未然に防止できる。
フラム３１１ａの一部に応力が集中することを防止でき
るので、組立バラツキに起因するダイヤフラム３１１ａ
の疲労破壊を未然に防止できる。
【００４３】また、弁体３１３（小径軸部３１３ａ）と
受け部材４１４とが、球面にて接触しているので、受け
部材４１４に対して弁体３１３が容易に可動することが
でき、組立バラツキに起因する弁体３１３の傾きをより
確実に吸収することができる。
受け部材４１４とが、球面にて接触しているので、受け
部材４１４に対して弁体３１３が容易に可動することが
でき、組立バラツキに起因する弁体３１３の傾きをより
確実に吸収することができる。
【００４４】また、ダイヤフラム３１１ａと弁体３１３
との接合部には、補強リング３１１ｇが配設されている
ので、この接合部において応力が集中することをより確
実に防止することができる。
との接合部には、補強リング３１１ｇが配設されている
ので、この接合部において応力が集中することをより確
実に防止することができる。
【００４５】（第２実施形態）第１実施形態では、受け
部材３１４に凹部３１４ａを形成し、この凹部３１４ａ
に弁体３１３の小径軸部３１３ａの球面部３１３ｂを接
触させていたが、本実施形態は、図６に示すように、弁
体３１３に球面状の凹部３１３ｅを形成し、この凹部３
１３ｅに接触する突起部３１４ｂを受け部材３１４に設
けたものである。
部材３１４に凹部３１４ａを形成し、この凹部３１４ａ
に弁体３１３の小径軸部３１３ａの球面部３１３ｂを接
触させていたが、本実施形態は、図６に示すように、弁
体３１３に球面状の凹部３１３ｅを形成し、この凹部３
１３ｅに接触する突起部３１４ｂを受け部材３１４に設
けたものである。
【００４６】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、弁体３１３の長手方向他端側は、受け部材４１４を
介して弾性部材３１５が支持されていたが、弾性部材３
１５にて直接に弁体３１３を支持してもよい。
は、弁体３１３の長手方向他端側は、受け部材４１４を
介して弾性部材３１５が支持されていたが、弾性部材３
１５にて直接に弁体３１３を支持してもよい。
【００４７】また、弾性部材３１５は、コイルバネや羽
根板状の防振バネに限定されるものではなく、その他の
バネであってもよい。
根板状の防振バネに限定されるものではなく、その他の
バネであってもよい。
【００４８】また、上述の実施形態では、本発明に係る
圧力制御弁を超臨界冷凍サイクルに適用したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、フロンを冷媒とする
蒸気圧縮式冷凍サイクルにも適用することができる。
圧力制御弁を超臨界冷凍サイクルに適用したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、フロンを冷媒とする
蒸気圧縮式冷凍サイクルにも適用することができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁及び冷
凍サイクルの模式図である。
凍サイクルの模式図である。
【図２】二酸化炭素のｐ−ｈ線図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁のダイ
ヤフラムと弁体との接合部分の拡大図である。
ヤフラムと弁体との接合部分の拡大図である。
【図４】弁口及び受け部材の拡大図である。
【図５】圧力と放熱器出口側の冷媒温度との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る圧力制御弁のダイ
ヤフラムと弁体との接合部分の拡大図である。
ヤフラムと弁体との接合部分の拡大図である。
【図７】従来の技術に係る係る圧力制御弁及び冷凍サイ
クルの模式図である。
クルの模式図である。
３１１ａ…ダイヤフラム、３１１ｃ…密閉空間、３１３
…弁体、３１５ａ…コイルバネ、３１５ｂ…防振バネ。
…弁体、３１５ａ…コイルバネ、３１５ｂ…防振バネ。
Claims (3)
- 【請求項１】 冷媒を冷却する放熱器（２００）から冷
媒を蒸発させる蒸発器（４００）に至る冷媒流路に配置
され、前記放熱器（２００）から流出する冷媒を減圧す
るとともに、前記放熱器（２００）出口側の冷媒温度に
基づいて弁口（３１２）の開度を調節することにより、
前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧力を制御する蒸気
圧縮式冷凍サイクル用の圧力制御弁であって、 前記冷媒流路内のうち前記弁口（３１２）より冷媒流れ
上流側に密閉空間（３１１ｃ）を形成し、前記密閉空間
（３１１ｃ）内外の圧力差に応じて変位する、薄膜状の
変位部材（３１１ａ）と、 前記弁口（３１２）の開度を調節するとともに、前記変
位部材（３１１ａ）に接合されて前記変位部材（３１１
ａ）と連動して変位する弁体（３１３）とを備え、 前記変位部材（３１１ａ）のうち前記密閉空間（３１１
ｃ）の外側には、前記放熱器（２００）出口側の冷媒圧
力が作用しており、 前記密閉空間（３１１ｃ）内の圧力は、前記弁口（３１
２）の開度が縮小する向きの力を前記変位部材（３１１
ａ）を介して前記弁体（３１３）に作用させ、前記放熱
器（２００）出口側の冷媒圧力は、前記弁口（３１２）
の開度が増大するする向きの力を前記変位部材（３１１
ａ）を介して前記弁体（３１３）に作用させ、 さらに、前記密閉空間（３１１ｃ）内には、非凝縮性ガ
ス及び所定密度の冷媒が封入されていることを特徴とす
る圧力制御弁。 - 【請求項２】 前記弁体（３１３）は、針状に形成され
ており、 前記弁体（３１３）の長手方向一端側は前記変位部材
（３１１ａ）に接合され、他端側は弾性変形可能な弾性
部材（３１５）により支持され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】 前記不凝縮性ガスとして、不活性ガスを
使用したことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力
制御弁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25930799A JP2001082835A (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | 圧力制御弁 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25930799A JP2001082835A (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | 圧力制御弁 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001082835A true JP2001082835A (ja) | 2001-03-30 |
Family
ID=17332268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25930799A Pending JP2001082835A (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | 圧力制御弁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001082835A (ja) |
Cited By (20)
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-
1999
- 1999-09-13 JP JP25930799A patent/JP2001082835A/ja active Pending
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