JP2001263866A - 超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁 - Google Patents

超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御
弁において、低負荷時にハンチング現象が生じることを
回避すること。 【解決手段】 圧縮機と放熱器と蒸発器とを炭酸ガス等
による冷媒が順に循環し、超臨界域で運転される超臨界
蒸気圧縮冷凍サイクル装置の、放熱器より蒸発器へ至る
冷媒通路の途中に設けられ、放熱器の出口側の冷媒の圧
力および温度に感応して放熱器と蒸発器との間の冷媒通
路の連通度を制御して放熱器出口側の圧力制御を行う高
圧制御弁であって、放熱器の出口側の冷媒の圧力および
温度に感応して弁ポート１５に対して離接する方向に移
動して弁ポート１５と共働して放熱器と蒸発器との間の
冷媒通路の連通度を制御する弁体２８を有し、弁体２８
は、最大閉弁位置において、弁ポート１５より微少量離
間した箇所に位置して完全締切を行わず、微少流量の冷
媒流量を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、炭酸ガス等によ
る冷媒を用いて超臨界域で運転される超臨界蒸気圧縮冷
凍サイクル装置において使用される高圧制御弁に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】炭酸ガス（ＣＯ2 ）等の冷媒を超臨界域
で使用する超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置では、放熱
器の出口側の冷媒の圧力と温度とが最適制御線に沿うよ
うに制御されるよう、特開平９−２６４６２２号公報に
示されているように、冷媒封入のダイヤフラム室の内圧
と放熱器出口側の冷媒圧力との平衡関係により動作する
高圧制御弁（圧力制御弁）を放熱器より蒸発器へ至る冷
媒通路の途中に設け、この高圧制御弁による放熱器−蒸
発器間の冷媒通路の連通度制御によって放熱器の出口側
の冷媒の圧力制御を行うものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】超臨界蒸気圧縮冷凍サ
イクル装置で使用される従来の高圧制御弁は、放熱器出
口側の冷媒圧力が低い時には、弁体が最大閉弁位置にあ
って弁ポートを完全に締切り、高圧側と低圧側とを遮断
する構造になっているため、低負荷時の制御において、
弁体が最大閉弁位置にあって弁ポートを完全に締切る状
態と、弁体が少し開弁移動して弁ポートを少し開いた状
態とが交互に生じるハンチング現象が生じ、超臨界蒸気
圧縮冷凍サイクル装置の最適制御性が損なわれる虞れが
ある。
【０００４】この発明は、上述の如き問題点を解消する
ためになされたもので、低負荷時にハンチング現象が生
じることを回避して超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置の
最適制御性を確保する超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置
用高圧制御弁を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明による超臨界蒸気圧縮冷凍
サイクル装置用高圧制御弁は、圧縮機と放熱器と蒸発器
とを炭酸ガス等による冷媒が順に循環し、超臨界域で運
転される超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置の、前記放熱
器より前記蒸発器へ至る冷媒通路の途中に設けられ、前
記放熱器の出口側の冷媒の圧力および温度に感応して前
記放熱器と前記蒸発器との間の冷媒通路の連通度を制御
して放熱器出口側の圧力制御を行う高圧制御弁であっ
て、前記放熱器の出口側の冷媒の圧力および温度に感応
して弁ポートに対して離接する方向に移動して前記弁ポ
ートと共働して前記放熱器と前記蒸発器との間の冷媒通
路の連通度を制御する弁体を有し、前記弁体は、最大閉
弁位置において、前記弁ポートより微少量離間した箇所
に位置して完全締切を行わず、微少流量の冷媒流量を確
保するものである。
【０００６】また、請求項２に記載の発明による超臨界
蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁では、前記弁ポ
ートは弁ハウジングに形成され、前記弁体はねじ係合に
よって前記弁ハウジングに固定されるカセット部材に組
み込まれて当該カセット部材に設けられたストッパによ
り閉弁方向の移動を制限され、前記カセット部材の前記
弁ハウジングに対するねじ係合位置の調整により、最大
閉弁位置での前記弁体の前記弁ポートよりの離間量が調
整可能であるものである。
【０００７】請求項１に記載の発明による超臨界蒸気圧
縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁によれば、弁体は、最
大閉弁位置においても、弁ポートより微少量離間した箇
所に位置して完全締切を行わず、微少流量の冷媒流量を
確保する。
【０００８】請求項２に記載の発明による超臨界蒸気圧
縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁によれば、カセット部
材の弁ハウジングに対するねじ係合位置の調整によって
最大閉弁位置での弁体の弁ポートよりの離間量が調整さ
れ、この離間量調整により、弁体が最大閉弁位置にある
状態での冷媒流量（必要最小流量）が調整される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】図１はこの発明による高圧制御弁が組み込
まれる超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置を示している。
この冷凍サイクル装置は、圧縮機１と、放熱器（ガスク
ーラ）２と、蒸発器３と、アキュムレータ４とが冷媒通
路（配管）５、６、７により閉ループ状に連通接続され
て構成されており、この閉ループを炭酸ガス等による冷
媒が循環する。
【００１１】放熱器２より蒸発器３へ至る冷媒通路６の
途中には、放熱器２の出口側の冷媒の圧力および温度に
感応して放熱器２と蒸発器３との連通・遮断および連通
度を定量的に制御して放熱器出口側の圧力制御を行う高
圧制御弁８と、放熱器２の出口側の冷媒の圧力が所定値
以上の場合に開弁する逃し弁９とが、互いに並列に設け
られている。
【００１２】つぎに、本発明による高圧制御弁８の詳細
構造を図２を参照して説明する。高圧制御弁８は弁ハウ
ジング１０を有している。弁ハウジング１０は、放熱器
２の出口側に接続される入口ポート（高圧側ポート）１
１と、蒸発器３の入口側の冷媒通路９を接続される出口
ポート１２と、連通孔１３によって入口ポート１１に連
通するボア１４と、ボア１４の底部に開口してボア１４
を出口ポート１２に連通接続する弁ポート１５とを形成
されている。
【００１３】ボア１４にはカセット部材２０が挿入さ
れ、カセット部材２０は、ねじ部１６によって、図２の
上下方向に、ねじ止め位置調整可能に弁ハウジング１０
にねじ止めされている。
【００１４】カセット部材２０は、外周面に形成されて
連通孔１３および入口ポート１１とを連通する円環状の
外周凹溝２１と、底部全面開口のベローズ収容弁室２２
と、外周凹溝２１とベローズ収容弁室２２とを連通接続
する高圧側連通孔２３とを有している。
【００１５】ベローズ収容弁室２２には、圧力・温度感
応手段として、ガス封入の密閉型のベローズ装置２４が
配置されている。ベローズ装置２４は、上端側に上部部
材２５を一体接続されたベローズ本体２６と、ベローズ
本体２６の下端を閉じるべくベローズ本体２６の下端に
溶接されたエンド部材２７およびエンド部材２７に固定
されたニードル形状の弁体２８と、ベローズ内部におい
てベローズ本体２６の上端と弁体２８との間に設けられ
た補助ばね２９により構成され、放熱器２の出口側の冷
媒の圧力および温度に感応して伸縮する。なお、エンド
部材２７にはこれを貫通する貫通孔３０が形成されてい
る。これにより、ベローズ収容弁室２２がボア１４の底
部に連通する。
【００１６】上部部材２５はベローズ本体２６内部に弁
体２８の側へ延在して圧縮方向のストッパを兼ねたガイ
ド管部３１を一体に有している。ガイド管部３１は、弁
体２８に形成されたガイド孔３２に摺動可能に嵌合し、
ベローズ装置２４の収縮をガイドするようになってい
る。また、上部部材２５にはベローズ内部にガスを封入
するためにガイド管部３１に連通している封入ガス管３
３が取り付けられている。
【００１７】カセット部材２０のベローズ収容弁室２２
にはストッパリング３４が係止されており、ストッパリ
ング３４は、ベローズ装置２４のエンド部材２７および
エンド部材２７と一体の弁体２８の最降下位置、換言す
れば、弁体２８の最大閉弁位置を規定している。また、
カセット部材２０にはねじ部３５によってアジャストね
じ部材３６がねじ止め位置調整可能にねじ止めされてお
り、アジャストねじ部材３６は、上部部材２５を介して
ベローズ装置２４の上端側に連繋し、ねじ止め位置に応
じてベローズ内圧を所定の設定値に調整する。
【００１８】図３は二酸化炭素の飽和蒸気線と、実験に
より求められた理想とする高圧制御弁特性を示してい
る。このような特性を得るために、ベローズ内部には、
ＣＯ2ガスあるいはＣＯ2 ガスとＮ2 ガスとの混合冷媒
が所定量封入され、ベローズ内の封入密度の微調整をア
ジャストねじ部材３６によって行うようになっている。
【００１９】ストッパリング３４により定められる弁体
２８の最大閉弁位置（弁リフト量＝０）は、図示されて
いように、弁体２８が弁ポート１５より微少量離れた位
置で、弁ポート１５を完全には締切らない位置であり、
弁体２８は、図４に示されているように、最大閉弁位置
において、弁ポート１５に微少な流路開口面積ΔＡを持
ち、微少流量の冷媒流量を確保する。
【００２０】上述のように、弁体２８は、最大閉弁位置
においても、弁ポート１５より微少量離れた位置に位置
して完全締切を行わず、微少流量の冷媒流量を確保する
から、低負荷時にハンチング現象が生じることがなくな
り、超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置の最適制御性を確
保できる。
【００２１】また、カセット部材２０の弁ハウジング１
０に対するねじ係合位置の調整によってカセット部材２
０全体が弁ハウジング１０に対して上下変位し、最大閉
弁位置での弁体２８の弁ポート１５よりの離間量を容易
に調整することができる。この離間量調整により、弁体
２８が最大閉弁位置に位置している状態での冷媒流量
（必要最小流量）を微調整でき、必要最小流量を最適値
に設定できる。
【００２２】なお、ボア１４（弁ハウジング１０）を放
熱器２のブロックの一部に形成、組み込む構成とするこ
ともできる。また、ベローズ装置２４の補助ばね２９は
省略することもできる。
【００２３】また、冷凍サイクル装置で使用する冷媒
は、二酸化炭素に限られることはなく、メタン、エタ
ン、プロパン等の流体を冷媒として使用することもでき
る。さらに、本発明は、図１に記載した冷凍サイクルに
限らず、例えば放熱器２及び高圧制御弁８と、アキュム
レータ４及び圧縮機１との間で熱交換を行う内部熱交換
サイクルにも適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１に記載の発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置
用高圧制御弁によれば、弁体は、最大閉弁位置において
も、弁ポートより微少量離間した箇所に位置して完全締
切を行わず、微少流量の冷媒流量を確保するから、低負
荷時にハンチング現象が生じることが回避され、超臨界
蒸気圧縮冷凍サイクル装置の最適制御性を確保すること
ができる。
【００２５】請求項２に記載の発明による超臨界蒸気圧
縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁によれば、カセット部
材の弁ハウジングに対するねじ係合位置の調整によって
最大閉弁位置での弁体の弁ポートよりの離間量が調整さ
れるから、この離間量調整により、弁体が最大閉弁位置
にある状態での冷媒流量（必要最小流量）が容易に調整
され、必要最小流量を最適値に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による高圧制御弁が組み込まれる超臨
界蒸気圧縮冷凍サイクル装置を示す回路図である。
【図２】この発明による超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装
置用高圧制御弁の一つの実施の形態を示す断面図であ
る。
【図３】二酸化炭素の飽和蒸気線と、実験により求めら
れた理想とする高圧制御弁特性を示すグラフである。
【図４】この発明による高圧制御弁の弁開特性を示す弁
リフト−流路開口面積特性図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機 ２ 放熱器 ３ 蒸発器 ４ アキュムレータ ８ 高圧制御弁 ９ 逃し弁 １０ 弁ハウジング １１ 入口ポート １２ 出口ポート １４ ボア １５ 弁ポート １６ ねじ部 ２０ カセット部材 ２２ ベローズ収容弁室 ２４ ベローズ装置 ２８ 弁体 ３４ ストッパリング ３６ アジャストねじ部材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機と放熱器と蒸発器とを炭酸ガス等
    による冷媒が順に循環し、超臨界域で運転される超臨界
    蒸気圧縮冷凍サイクル装置の、前記放熱器より前記蒸発
    器へ至る冷媒通路の途中に設けられ、前記放熱器の出口
    側の冷媒の圧力および温度に感応して前記放熱器と前記
    蒸発器との間の冷媒通路の連通度を制御して放熱器出口
    側の圧力制御を行う高圧制御弁であって、 前記放熱器の出口側の冷媒の圧力および温度に感応して
    弁ポートに対して離接する方向に移動して前記弁ポート
    と共働して前記放熱器と前記蒸発器との間の冷媒通路の
    連通度を制御する弁体を有し、前記弁体は、最大閉弁位
    置において、前記弁ポートより微少量離間した箇所に位
    置して完全締切を行わず、微少流量の冷媒流量を確保す
    ることを特徴とする超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用
    高圧制御弁。
  2. 【請求項２】 前記弁ポートは弁ハウジングに形成さ
    れ、前記弁体はねじ係合によって前記弁ハウジングに固
    定されるカセット部材に組み込まれて当該カセット部材
    に設けられたストッパにより閉弁方向の移動を制限さ
    れ、前記カセット部材の前記弁ハウジングに対するねじ
    係合位置の調整により、最大閉弁位置での前記弁体の前
    記弁ポートよりの離間量が調整可能であることを特徴と
    する請求項１記載の超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用
    高圧制御弁。
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