JP2002061990A - 冷凍サイクル - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷凍サイクルの膨張装置又はリリーフ装置の
全開時における流路断面積を最適状態に設定し、冷凍サ
イクルの起動時における高圧上昇の防止を図り、リリー
フ弁や膨張弁の大型化の回避、高負荷時におけるクール
ダウン性能の悪化を回避する。 【解決手段】 圧縮機２と、放熱器３と、膨張装置５
と、蒸発器６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、膨張装置５を放熱器側と連通する
入口側通路部と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、
入口側通路部と前記出口側通路部との連通状態を変化さ
せる弁体とを有して構成する。膨張装置５は、弁体の全
開時における最も絞られた部分での流路断面積Ｓを、こ
れと等価な圧力特性が得られるオリフィスの断面積に換
算した場合に、オリフィスの直径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝
２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍの関係を満たすように設
定する。リリーフ装置を有する冷凍サイクルにあって
は、リリーフ装置も同様の構成とする。
全開時における流路断面積を最適状態に設定し、冷凍サ
イクルの起動時における高圧上昇の防止を図り、リリー
フ弁や膨張弁の大型化の回避、高負荷時におけるクール
ダウン性能の悪化を回避する。 【解決手段】 圧縮機２と、放熱器３と、膨張装置５
と、蒸発器６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、膨張装置５を放熱器側と連通する
入口側通路部と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、
入口側通路部と前記出口側通路部との連通状態を変化さ
せる弁体とを有して構成する。膨張装置５は、弁体の全
開時における最も絞られた部分での流路断面積Ｓを、こ
れと等価な圧力特性が得られるオリフィスの断面積に換
算した場合に、オリフィスの直径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝
２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍの関係を満たすように設
定する。リリーフ装置を有する冷凍サイクルにあって
は、リリーフ装置も同様の構成とする。
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】フロン冷凍サイクルに代わるノンフロン
冷凍サイクルとして、特公平７−１８６０２号公報に示
される冷凍サイクルが知られている。この冷凍サイクル
は、圧縮機、放熱器、絞り手段、及び蒸発器から少なく
とも構成され、冷媒として、エチレン（Ｃ2 Ｈ4 ）、デ
ィボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、酸化窒素
（Ｎ2 Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）等の超臨界冷媒が用
いられるものである。
冷凍サイクルとして、特公平７−１８６０２号公報に示
される冷凍サイクルが知られている。この冷凍サイクル
は、圧縮機、放熱器、絞り手段、及び蒸発器から少なく
とも構成され、冷媒として、エチレン（Ｃ2 Ｈ4 ）、デ
ィボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、酸化窒素
（Ｎ2 Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）等の超臨界冷媒が用
いられるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を用いた上述の冷凍サイクル
にあっては、高圧圧力が１０ＭＰａ以上にも及び、外気
温度が４０℃を超えるような高負荷時においては、冷凍
サイクルの停止時においても、冷媒が８〜１１ＭＰａで
サイクル内が平衡する。このため、エアコンスイッチを
ＯＮにして冷凍サイクルを稼動されると、高圧圧力が急
激に上昇し、冷凍サイクルが破損してしまうことが懸念
される。
ば、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を用いた上述の冷凍サイクル
にあっては、高圧圧力が１０ＭＰａ以上にも及び、外気
温度が４０℃を超えるような高負荷時においては、冷凍
サイクルの停止時においても、冷媒が８〜１１ＭＰａで
サイクル内が平衡する。このため、エアコンスイッチを
ＯＮにして冷凍サイクルを稼動されると、高圧圧力が急
激に上昇し、冷凍サイクルが破損してしまうことが懸念
される。
【０００４】これに対処するため、高圧圧力がある規定
値（例えば１５ＭＰａ）を超えた場合に開弁して高圧側
と低圧側とを連通させるリリーフ弁を設け、このリリー
フ弁によって異常高圧に対処する方法や、電気式膨張弁
を使用している場合には、弁体を全開にして高圧圧力を
制限する技術も考えられているが、リリーフ弁や膨張弁
の弁形を大きくして全開時での開度を大きくした場合で
も、冷凍サイクルの起動時における高圧圧力の急激な上
昇を回避することは困難であることが本発明者らの実験
によって確認されている。
値（例えば１５ＭＰａ）を超えた場合に開弁して高圧側
と低圧側とを連通させるリリーフ弁を設け、このリリー
フ弁によって異常高圧に対処する方法や、電気式膨張弁
を使用している場合には、弁体を全開にして高圧圧力を
制限する技術も考えられているが、リリーフ弁や膨張弁
の弁形を大きくして全開時での開度を大きくした場合で
も、冷凍サイクルの起動時における高圧圧力の急激な上
昇を回避することは困難であることが本発明者らの実験
によって確認されている。
【０００５】これは、リリーフ弁や膨張弁の弁形を大き
くして高圧側と低圧側との連通状態、即ち、冷媒が流通
する流路断面積を大きくし過ぎると、逆に大量の冷媒が
一気に流れようとするため、圧縮機から膨張弁又はリリ
ーフ弁までに存在する各配管や熱交換器での圧力損失が
冷凍サイクルの起動時に急増してしまうためであると考
えられている。
くして高圧側と低圧側との連通状態、即ち、冷媒が流通
する流路断面積を大きくし過ぎると、逆に大量の冷媒が
一気に流れようとするため、圧縮機から膨張弁又はリリ
ーフ弁までに存在する各配管や熱交換器での圧力損失が
冷凍サイクルの起動時に急増してしまうためであると考
えられている。
【０００６】また、リリーフ弁や膨張弁の弁形を大きく
して全開時での流路断面積を大きくすることは、冷凍サ
イクルの起動初期におけるクールダウンの性能低下を招
くことになり、また、弁体を大きくする分、電磁弁を用
いて弁体を変位させる構成であれば、電磁力を大きくす
る必要から駆動コイルの大型化、消費電力の増大を招
き、また、ベローズなどの感受素子を利用して弁体を変
位させる構成であれば、感受素子の大型化を招くことと
なる。
して全開時での流路断面積を大きくすることは、冷凍サ
イクルの起動初期におけるクールダウンの性能低下を招
くことになり、また、弁体を大きくする分、電磁弁を用
いて弁体を変位させる構成であれば、電磁力を大きくす
る必要から駆動コイルの大型化、消費電力の増大を招
き、また、ベローズなどの感受素子を利用して弁体を変
位させる構成であれば、感受素子の大型化を招くことと
なる。
【０００７】そこで、この発明においては、上述した不
都合を回避するために、膨張装置又はリリーフ装置での
全開時における流路断面積を最適状態に設定し、冷凍サ
イクルの起動時における高圧上昇の防止を図ると共に、
膨張装置やリリーフ装置の大型化の回避、高負荷時にお
けるクールダウン性能の悪化を回避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。
都合を回避するために、膨張装置又はリリーフ装置での
全開時における流路断面積を最適状態に設定し、冷凍サ
イクルの起動時における高圧上昇の防止を図ると共に、
膨張装置やリリーフ装置の大型化の回避、高負荷時にお
けるクールダウン性能の悪化を回避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。
【０００８】
【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とする圧縮機と、
前記圧縮機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、前記膨張装置から流出する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部
と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、前記入口側通
路部と前記出口側通路部との連通状態を変化させる弁体
とを有し、前記弁体の全開時における最も絞られた部分
での流路断面積Ｓをこれと等価な圧力特性を有する断面
円形のオリフィスの断面積に換算した場合に、このオリ
フィスの直径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦
２．５ｍｍの関係を満たすように前記流路断面積Ｓが設
定されている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とする圧縮機と、
前記圧縮機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、前記膨張装置から流出する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部
と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、前記入口側通
路部と前記出口側通路部との連通状態を変化させる弁体
とを有し、前記弁体の全開時における最も絞られた部分
での流路断面積Ｓをこれと等価な圧力特性を有する断面
円形のオリフィスの断面積に換算した場合に、このオリ
フィスの直径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦
２．５ｍｍの関係を満たすように前記流路断面積Ｓが設
定されていることを特徴としている（請求項１）。
【０００９】ここで、弁体の全開時における最も絞られ
た部分での流路断面積Ｓに対応するオリフィスの直径Ｄ
を有効直径と称すると、この有効直径Ｄの下限値は、こ
れ以上径を小さくし過ぎると、起動時での高圧圧力のピ
ーク値が冷凍サイクルの耐圧許容値である１５ＭＰａを
超えてしまうことがあることから、起動時での高圧圧力
のピーク値を確実に１５ＭＰａ以内とすることができる
ような径として決定されている。また、上限値は、有効
直径Ｄを大きくしていっても高圧圧力のピーク値が低下
しないことから、下限値と同様に冷凍サイクルの耐圧許
容値である１５ＭＰａ以内となるように有効直径Ｄの上
限値を決定し、これにより不必要に有効直径を大きくし
て弁体の増大に伴う消費電力の増大や、感受素子の大型
化を招く不都合を回避することができる範囲として決定
されている。
た部分での流路断面積Ｓに対応するオリフィスの直径Ｄ
を有効直径と称すると、この有効直径Ｄの下限値は、こ
れ以上径を小さくし過ぎると、起動時での高圧圧力のピ
ーク値が冷凍サイクルの耐圧許容値である１５ＭＰａを
超えてしまうことがあることから、起動時での高圧圧力
のピーク値を確実に１５ＭＰａ以内とすることができる
ような径として決定されている。また、上限値は、有効
直径Ｄを大きくしていっても高圧圧力のピーク値が低下
しないことから、下限値と同様に冷凍サイクルの耐圧許
容値である１５ＭＰａ以内となるように有効直径Ｄの上
限値を決定し、これにより不必要に有効直径を大きくし
て弁体の増大に伴う消費電力の増大や、感受素子の大型
化を招く不都合を回避することができる範囲として決定
されている。
【００１０】したがって、膨張装置の全開時における有
効直径を１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲となるように設
定したので、流路断面積の絞り過ぎによる高圧圧力の上
昇を許容範囲内（１５ＭＰａ以下）に抑えることがで
き、また、流路断面積を増大し過ぎることによる高圧圧
力の上昇をも許容範囲内に抑えることができるようにな
る。
効直径を１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲となるように設
定したので、流路断面積の絞り過ぎによる高圧圧力の上
昇を許容範囲内（１５ＭＰａ以下）に抑えることがで
き、また、流路断面積を増大し過ぎることによる高圧圧
力の上昇をも許容範囲内に抑えることができるようにな
る。
【００１１】上述した膨張装置は、特に、高負荷時にお
ける冷凍サイクルの起動時において弁体を全開させるこ
とができる膨張装置、即ち、外部からの制御信号によっ
て弁開度を調節するような電気式膨張弁に有効である
（請求項２）。
ける冷凍サイクルの起動時において弁体を全開させるこ
とができる膨張装置、即ち、外部からの制御信号によっ
て弁開度を調節するような電気式膨張弁に有効である
（請求項２）。
【００１２】また、上述の膨張装置に対して並列的に設
けられ、放熱器の出口側での冷媒圧力が所定の圧力以上
となった場合に、放熱器から流出した冷媒を膨張装置を
迂回して蒸発器側へ導くリリーフ装置を備える構成にあ
っては、前記リリーフ装置を、放熱器側と連通する入口
側通路部と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、前記
入口側通路部と前記出口側通路部との連通状態を変化さ
せる弁体とを有して構成し、前記弁体の全開時における
最も絞られた部分での流路断面積Ｓをこれと等価な圧力
特性を有する断面円形のオリフィスの断面積に換算した
場合に、このオリフィスの直径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝２
（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍの関係を満たすように前記
流路断面積Ｓを設定するとよい（請求項３）。
けられ、放熱器の出口側での冷媒圧力が所定の圧力以上
となった場合に、放熱器から流出した冷媒を膨張装置を
迂回して蒸発器側へ導くリリーフ装置を備える構成にあ
っては、前記リリーフ装置を、放熱器側と連通する入口
側通路部と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、前記
入口側通路部と前記出口側通路部との連通状態を変化さ
せる弁体とを有して構成し、前記弁体の全開時における
最も絞られた部分での流路断面積Ｓをこれと等価な圧力
特性を有する断面円形のオリフィスの断面積に換算した
場合に、このオリフィスの直径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝２
（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍの関係を満たすように前記
流路断面積Ｓを設定するとよい（請求項３）。
【００１３】ここで、弁体の全開時における最も絞られ
た部分での流路断面積Ｓに対応するオリフィスの直径Ｄ
を有効直径と称すると、この有効直径Ｄの下限値は、前
述と同様、これ以上に有効直径を小さくし過ぎると、起
動時での高圧圧力の上昇が冷凍サイクルの耐圧許容値で
ある１５ＭＰａを超えてしまうことから、起動時での高
圧圧力の上昇を１５ＭＰａ以内とするように、また、上
限値は、有効直径Ｄを大きくしていっても高圧圧力が低
下しないことから、冷凍サイクルの耐圧許容値である１
５ＭＰａ以内となるように決定されている。
た部分での流路断面積Ｓに対応するオリフィスの直径Ｄ
を有効直径と称すると、この有効直径Ｄの下限値は、前
述と同様、これ以上に有効直径を小さくし過ぎると、起
動時での高圧圧力の上昇が冷凍サイクルの耐圧許容値で
ある１５ＭＰａを超えてしまうことから、起動時での高
圧圧力の上昇を１５ＭＰａ以内とするように、また、上
限値は、有効直径Ｄを大きくしていっても高圧圧力が低
下しないことから、冷凍サイクルの耐圧許容値である１
５ＭＰａ以内となるように決定されている。
【００１４】したがって、リリーフ装置の全開時におけ
る有効直径を１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲となるよう
に設定したので、流路断面積の絞り過ぎによる高圧圧力
の上昇を許容範囲内に抑えることができ、また、流路断
面積を増大し過ぎたことによる高圧圧力の上昇を許容範
囲内に抑えることができるようになる。
る有効直径を１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲となるよう
に設定したので、流路断面積の絞り過ぎによる高圧圧力
の上昇を許容範囲内に抑えることができ、また、流路断
面積を増大し過ぎたことによる高圧圧力の上昇を許容範
囲内に抑えることができるようになる。
【００１５】上述した膨張装置とリリーフ装置とを組み
合わせたより具体的な構成としては、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とする圧縮機と、
前記圧縮機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、前記膨張装置から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器
と、前記膨張装置に対して並列的に設けられ、前記放熱
器の出口側での冷媒圧力が所定の圧力以上となった場合
に、前記放熱器から流出した冷媒を前記膨張装置を迂回
して前記蒸発器側へ導くリリーフ装置とを少なくとも備
えた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部と、蒸発器側と連通する出口側
通路部と、前記入口側通路部と前記出口側通路部との連
通状態を変化させる第１の弁体と、内部に炭酸ガスが封
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前記
第１の弁体の動きを制御する第１の感受素子とを有して
構成され、前記リリーフ装置は、前記入口側通路部と前
記出口側通路部との連通状態を変化させる第２の弁体
と、内部に不活性ガスが封入されて前記放熱器側の冷媒
圧力を感知し、この放熱器側の冷媒圧力に応じて前記第
２の弁体の動きを制御する第２の感受素子とを有して構
成されており、前記膨張装置及び前記リリーフ装置のそ
れぞれは、全開時における最も絞られた部分での流路断
面積Ｓをこれと等価な圧力特性を有する断面円形のオリ
フィスの断面積に換算した場合に、このオリフィスの直
径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍ
の関係を満たすように前記流路断面積Ｓを設定する構成
が考えられる（請求項４）。
合わせたより具体的な構成としては、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とする圧縮機と、
前記圧縮機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、前記膨張装置から流出する冷媒を蒸発させる蒸発器
と、前記膨張装置に対して並列的に設けられ、前記放熱
器の出口側での冷媒圧力が所定の圧力以上となった場合
に、前記放熱器から流出した冷媒を前記膨張装置を迂回
して前記蒸発器側へ導くリリーフ装置とを少なくとも備
えた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部と、蒸発器側と連通する出口側
通路部と、前記入口側通路部と前記出口側通路部との連
通状態を変化させる第１の弁体と、内部に炭酸ガスが封
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前記
第１の弁体の動きを制御する第１の感受素子とを有して
構成され、前記リリーフ装置は、前記入口側通路部と前
記出口側通路部との連通状態を変化させる第２の弁体
と、内部に不活性ガスが封入されて前記放熱器側の冷媒
圧力を感知し、この放熱器側の冷媒圧力に応じて前記第
２の弁体の動きを制御する第２の感受素子とを有して構
成されており、前記膨張装置及び前記リリーフ装置のそ
れぞれは、全開時における最も絞られた部分での流路断
面積Ｓをこれと等価な圧力特性を有する断面円形のオリ
フィスの断面積に換算した場合に、このオリフィスの直
径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍ
の関係を満たすように前記流路断面積Ｓを設定する構成
が考えられる（請求項４）。
【００１６】このような構成にあっては、第２の感受素
子に封入される不活性ガスが、冷媒温度にあまり依存せ
ず、膨張装置の放熱器側の冷媒圧力が所定の圧力となっ
た場合に収縮する特性を有していることから、冷媒圧力
が高い場合には、第１の感受素子に炭酸ガスが封入され
ている第１の弁体は開きにくくなるものの、第２の弁体
は開くこととなるので、入口側通路部と出口側通路部と
の間を連通させることができる。つまり、高温放置下で
冷凍サイクルを始動させた場合でも、第２の弁体が開く
ことで、高圧圧力の上昇を抑えることができるようにな
る。この際、第２の弁体の全開時における有効直径Ｄは
１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲となるように設定されて
いるので、流路断面積の絞り過ぎに起因する高圧圧力の
異常上昇を抑えることができ、また、流路断面積を増大
し過ぎたことに起因する高圧圧力の異常上昇をも抑える
ことができるようになる。
子に封入される不活性ガスが、冷媒温度にあまり依存せ
ず、膨張装置の放熱器側の冷媒圧力が所定の圧力となっ
た場合に収縮する特性を有していることから、冷媒圧力
が高い場合には、第１の感受素子に炭酸ガスが封入され
ている第１の弁体は開きにくくなるものの、第２の弁体
は開くこととなるので、入口側通路部と出口側通路部と
の間を連通させることができる。つまり、高温放置下で
冷凍サイクルを始動させた場合でも、第２の弁体が開く
ことで、高圧圧力の上昇を抑えることができるようにな
る。この際、第２の弁体の全開時における有効直径Ｄは
１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲となるように設定されて
いるので、流路断面積の絞り過ぎに起因する高圧圧力の
異常上昇を抑えることができ、また、流路断面積を増大
し過ぎたことに起因する高圧圧力の異常上昇をも抑える
ことができるようになる。
【００１７】尚、上述した各構成は、特に、冷媒として
二酸化炭素を用いた場合に適している（請求項５）。
二酸化炭素を用いた場合に適している（請求項５）。
【００１８】
【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、放熱器の出口側の冷媒の圧力を調節すべく
冷媒を減圧量を調節する膨張装置５、冷媒を蒸発気化す
る蒸発器６、蒸発器６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の流出側を圧力調整装置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、放熱器の出口側の冷媒の圧力を調節すべく
冷媒を減圧量を調節する膨張装置５、冷媒を蒸発気化す
る蒸発器６、蒸発器６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の流出側を圧力調整装置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。
【００１９】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。
【００２０】この構成例において膨張装置５は、図２に
示されるように、電気式膨張弁５によって構成されてい
るもので、ハウジング１０に内部熱交換器４の高圧通路
４ａ、即ち、放熱器側に通じる入口側通路部１１と蒸発
器６に通じる出口側通路部１２とを有し、入口側通路部
１１には弁体１３を収納する弁体収納空間１４が設けら
れている。
示されるように、電気式膨張弁５によって構成されてい
るもので、ハウジング１０に内部熱交換器４の高圧通路
４ａ、即ち、放熱器側に通じる入口側通路部１１と蒸発
器６に通じる出口側通路部１２とを有し、入口側通路部
１１には弁体１３を収納する弁体収納空間１４が設けら
れている。
【００２１】弁体収納空間１４に収納される弁体１３
は、例えば、先端に向かうにつれて徐々に径を小さくす
る円錐台形状をなしており、出口側通路部１２の弁体収
納空間１４に臨む開口部分周縁に形成されたテーパ状の
弁座１５に着座するようになっている。また、弁体１３
と一体をなすロッド１６が弁体収納空間１４からコイル
収納空間１７に突出し、この突出したロッド１６の端部
にコイル収納空間１７に設けられた駆動コイル１９内を
摺動するプランジャ１８が接合されており、したがっ
て、駆動コイル１９へ電流を流すことにより弁体１７を
弁座１８から離反する方向へ変位させる電磁力が発生す
るようになっている。
は、例えば、先端に向かうにつれて徐々に径を小さくす
る円錐台形状をなしており、出口側通路部１２の弁体収
納空間１４に臨む開口部分周縁に形成されたテーパ状の
弁座１５に着座するようになっている。また、弁体１３
と一体をなすロッド１６が弁体収納空間１４からコイル
収納空間１７に突出し、この突出したロッド１６の端部
にコイル収納空間１７に設けられた駆動コイル１９内を
摺動するプランジャ１８が接合されており、したがっ
て、駆動コイル１９へ電流を流すことにより弁体１７を
弁座１８から離反する方向へ変位させる電磁力が発生す
るようになっている。
【００２２】さらに、プランジャ１８とハウジング１０
に設けられたばね受け２０との間にスプリング２１が弾
装され、この弾装されたスプリング２１により弁体１３
を閉弁方向へ常時付勢するようにしている。そして、駆
動コイル１９へ供給される駆動電流を制御することで、
入口側通路部１１と出口側通路部１２との連通状態、即
ち、流路断面積が調節されるようになっている。
に設けられたばね受け２０との間にスプリング２１が弾
装され、この弾装されたスプリング２１により弁体１３
を閉弁方向へ常時付勢するようにしている。そして、駆
動コイル１９へ供給される駆動電流を制御することで、
入口側通路部１１と出口側通路部１２との連通状態、即
ち、流路断面積が調節されるようになっている。
【００２３】この構成において、弁体が弁座から最も離
反した位置、即ち、全開した状態が図２で示される状態
であり、その時の弁体１３と弁座１５との間に形成され
る最も絞られた部分がＩ−Ｉ線断面の部分であるとする
と、その流路断面積Ｓ１は、図３（ａ）に示されるよう
にリング状となっており、また、出口側通路部１２の最
も絞られた部分がII−II線断面の部分であるとすると、
その流路断面積Ｓ２は、図３（ｂ）に示されるようにな
っている。
反した位置、即ち、全開した状態が図２で示される状態
であり、その時の弁体１３と弁座１５との間に形成され
る最も絞られた部分がＩ−Ｉ線断面の部分であるとする
と、その流路断面積Ｓ１は、図３（ａ）に示されるよう
にリング状となっており、また、出口側通路部１２の最
も絞られた部分がII−II線断面の部分であるとすると、
その流路断面積Ｓ２は、図３（ｂ）に示されるようにな
っている。
【００２４】この場合において、冷媒が電気膨張弁を流
れる有効流路断面積は、最も絞られた部分で決定される
ことから、本発明においては、この最も絞られた部分の
断面積を次のように設定するようにしている。即ち、Ｓ
１＜Ｓ２であれば、数１に示される条件を満たすように
Ｓ１を設定し、Ｓ１≧Ｓ２であれば、数２に示される条
件を満たすようにＳ２を設定するようにしている。
れる有効流路断面積は、最も絞られた部分で決定される
ことから、本発明においては、この最も絞られた部分の
断面積を次のように設定するようにしている。即ち、Ｓ
１＜Ｓ２であれば、数１に示される条件を満たすように
Ｓ１を設定し、Ｓ１≧Ｓ２であれば、数２に示される条
件を満たすようにＳ２を設定するようにしている。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
【００２７】ここで、２（Ｓ１／π）1/2 、又は、２
（Ｓ２／π）1/2 は、Ｓ１又はＳ２を、これと等価な圧
力特性（流量、圧損など）が得られる断面円形のオリフ
ィスの断面積に換算した場合に、そのオリフィスの直径
Ｄを表しているもので、このＤを有効直径と称するもの
とする。
（Ｓ２／π）1/2 は、Ｓ１又はＳ２を、これと等価な圧
力特性（流量、圧損など）が得られる断面円形のオリフ
ィスの断面積に換算した場合に、そのオリフィスの直径
Ｄを表しているもので、このＤを有効直径と称するもの
とする。
【００２８】この有効直径Ｄ、即ち、弁体１３の全開時
における最も絞られた部分での流路断面積（Ｓ１又はＳ
２）を断面円形のオリフィスで表した場合の有効直径：
Ｄを上述のように１．５〜２．５ｍｍとしたのは次の理
由に基づいている。
における最も絞られた部分での流路断面積（Ｓ１又はＳ
２）を断面円形のオリフィスで表した場合の有効直径：
Ｄを上述のように１．５〜２．５ｍｍとしたのは次の理
由に基づいている。
【００２９】先ず、下限値である有効直径を１．５ｍ
ｍ、即ち、流路断面積を１．７７ｍｍ 2 としたのは、こ
れ以上有効直径を小さくすると、図４に示されるよう
に、高圧ラインから低圧ラインへの冷媒の流量が十分確
保されなくなり、このため、高負荷時におけるサイクル
起動時の高圧圧力のピーク値を許容圧力である１５ＭＰ
ａよりも小さくすることができなくなるためである。
ｍ、即ち、流路断面積を１．７７ｍｍ 2 としたのは、こ
れ以上有効直径を小さくすると、図４に示されるよう
に、高圧ラインから低圧ラインへの冷媒の流量が十分確
保されなくなり、このため、高負荷時におけるサイクル
起動時の高圧圧力のピーク値を許容圧力である１５ＭＰ
ａよりも小さくすることができなくなるためである。
【００３０】また、上限値である有効直径を２．５ｍ
ｍ、即ち、流路断面積を４．９１ｍｍ 2 としたのは、こ
れ以上有効直径を大きくした場合においても、図４に示
されるように、高負荷時におけるサイクル起動時の高圧
圧力のピーク値を許容圧力である１５ＭＰａ以内に抑え
ることができないことによる。これは、有効直径Ｄを大
きくし過ぎると、冷凍サイクル１を起動し始めた直後に
おいては、高圧ライン８から低圧ライン９へ流れる冷媒
流量が大きくなり過ぎ、圧縮機２から圧力調整装置へ至
る経路を構成する配管や放熱器での圧力損失が急増して
しまい、このため、高圧圧力の上昇を回避することがで
きず、かえって高圧圧力の急激な上昇を誘発してしまう
ためである。
ｍ、即ち、流路断面積を４．９１ｍｍ 2 としたのは、こ
れ以上有効直径を大きくした場合においても、図４に示
されるように、高負荷時におけるサイクル起動時の高圧
圧力のピーク値を許容圧力である１５ＭＰａ以内に抑え
ることができないことによる。これは、有効直径Ｄを大
きくし過ぎると、冷凍サイクル１を起動し始めた直後に
おいては、高圧ライン８から低圧ライン９へ流れる冷媒
流量が大きくなり過ぎ、圧縮機２から圧力調整装置へ至
る経路を構成する配管や放熱器での圧力損失が急増して
しまい、このため、高圧圧力の上昇を回避することがで
きず、かえって高圧圧力の急激な上昇を誘発してしまう
ためである。
【００３１】以上のことから、有効直径Ｄが大き過ぎる
場合にも、小さくし過ぎた場合と同様に限界があり、発
明者らの実験により、上述の範囲で有効直径Ｄを設定す
ることが有効であるとの知見を得るに至った。
場合にも、小さくし過ぎた場合と同様に限界があり、発
明者らの実験により、上述の範囲で有効直径Ｄを設定す
ることが有効であるとの知見を得るに至った。
【００３２】したがって、上述の構成によれば、電気式
膨張弁の全開時での有効直径を１．５〜２．５ｍｍの範
囲で設定することにより、外気温度が４０℃を超えるよ
うな高負荷時での冷凍サイクル起動時に電気式膨張弁を
全開とした場合においても、高圧圧力のピーク値が許容
圧力（１５ＭＰａ）を超えることがなくなるので、冷凍
サイクル１の破損を防ぐことができるようになる。
膨張弁の全開時での有効直径を１．５〜２．５ｍｍの範
囲で設定することにより、外気温度が４０℃を超えるよ
うな高負荷時での冷凍サイクル起動時に電気式膨張弁を
全開とした場合においても、高圧圧力のピーク値が許容
圧力（１５ＭＰａ）を超えることがなくなるので、冷凍
サイクル１の破損を防ぐことができるようになる。
【００３３】また、有効直径Ｄを２．５ｍｍよりも小さ
くすればよいことから、必要以上に弁体１３を大きくす
る必要がなくなり、このため、弁体１３を駆動させる電
磁力を必要以上に大きくする必要がなくなり、弁体１３
や駆動コイル１９の大型化の回避、即ち、電気式膨張弁
の大型化を回避することができる。さらに、有効直径Ｄ
を大きくし過ぎる必要がなくなることから、膨張装置５
による減圧機能を阻害することもなく、高負荷時におけ
るクールダウン性能を確保することができる。
くすればよいことから、必要以上に弁体１３を大きくす
る必要がなくなり、このため、弁体１３を駆動させる電
磁力を必要以上に大きくする必要がなくなり、弁体１３
や駆動コイル１９の大型化の回避、即ち、電気式膨張弁
の大型化を回避することができる。さらに、有効直径Ｄ
を大きくし過ぎる必要がなくなることから、膨張装置５
による減圧機能を阻害することもなく、高負荷時におけ
るクールダウン性能を確保することができる。
【００３４】図５において、リリーフ装置を備えた冷凍
サイクル１の例が示されており、この冷凍サイクル１の
構成にあっては、図１に示される冷凍サイクルの構成に
対して、放熱器３から流出した冷媒、この例では、内部
熱交換器４から流出した冷媒を膨張装置５を迂回して蒸
発器６へ導く迂回通路３０を設け、この迂回通路３０に
リリーフ装置３１を設けるようにしたもので、このリリ
ーフ装置３１により、放熱器３の出口側での冷媒圧力が
所定の圧力以上となった場合に、放熱器３から流出した
冷媒を膨張装置５を迂回して蒸発器側へ導くようにして
いる。
サイクル１の例が示されており、この冷凍サイクル１の
構成にあっては、図１に示される冷凍サイクルの構成に
対して、放熱器３から流出した冷媒、この例では、内部
熱交換器４から流出した冷媒を膨張装置５を迂回して蒸
発器６へ導く迂回通路３０を設け、この迂回通路３０に
リリーフ装置３１を設けるようにしたもので、このリリ
ーフ装置３１により、放熱器３の出口側での冷媒圧力が
所定の圧力以上となった場合に、放熱器３から流出した
冷媒を膨張装置５を迂回して蒸発器側へ導くようにして
いる。
【００３５】その他の構成については、図１で示す構成
例と同様であるので、同一箇所に同一番号を付して説明
を省略する。また、膨張装置５は、図２に示される構成
のものであっても、既存の温度作動式または電気式膨張
弁であってもよい。
例と同様であるので、同一箇所に同一番号を付して説明
を省略する。また、膨張装置５は、図２に示される構成
のものであっても、既存の温度作動式または電気式膨張
弁であってもよい。
【００３６】このようなサイクル構成において、膨張装
置５に対して並列的に設けられるリリーフ装置３１は、
例えば図６に示されるように構成されているもので、ハ
ウジング４０に内部熱交換器４の高圧通路４ａ、即ち、
放熱器側に通じる入口側通路部４１と蒸発器６に通じる
出口側通路部４２とを有し、入口側通路部４１には弁体
４３を収納する弁体収納空間４４が設けられている。
置５に対して並列的に設けられるリリーフ装置３１は、
例えば図６に示されるように構成されているもので、ハ
ウジング４０に内部熱交換器４の高圧通路４ａ、即ち、
放熱器側に通じる入口側通路部４１と蒸発器６に通じる
出口側通路部４２とを有し、入口側通路部４１には弁体
４３を収納する弁体収納空間４４が設けられている。
【００３７】弁体収納空間４４に収納される弁体４３
は、例えば、先端に向かうにつれて徐々に径を径を小さ
くする円錐台形状をなしており、出口側通路部４２の弁
体収納空間４４に臨む開口部分周縁に形成されたテーパ
状の弁座４５に着座するようになっており、弁体４３と
一体をなすロッド４６が弁体収納空間４４からこれと連
通している感受素子収納空間４７に突出し、この突出し
たロッド４６の端部に感受素子収納空間４７に収納され
ているベローズ４８が接合された構成となっている。し
たがって、感受素子収納空間４７に満たされる冷媒の圧
力が所定圧以上となった場合にベローズ４８が収縮し、
弁体４３を弁座４５から離反する方向へ変位させるよう
になっている。
は、例えば、先端に向かうにつれて徐々に径を径を小さ
くする円錐台形状をなしており、出口側通路部４２の弁
体収納空間４４に臨む開口部分周縁に形成されたテーパ
状の弁座４５に着座するようになっており、弁体４３と
一体をなすロッド４６が弁体収納空間４４からこれと連
通している感受素子収納空間４７に突出し、この突出し
たロッド４６の端部に感受素子収納空間４７に収納され
ているベローズ４８が接合された構成となっている。し
たがって、感受素子収納空間４７に満たされる冷媒の圧
力が所定圧以上となった場合にベローズ４８が収縮し、
弁体４３を弁座４５から離反する方向へ変位させるよう
になっている。
【００３８】このような構成においても、弁体４３が弁
座４５から最も離反した位置、即ち、全開した状態が図
２で示される状態であり、その時の弁体４３と弁座４５
との間に形成される最も絞られた部分の断面積、即ち、
Ｉ−Ｉ線断面の部分での流路断面積Ｓ１は、図３（ａ）
に示されるようにリング状となっており、また、出口側
通路部４２の最も絞られた部分の断面積、即ち、II−II
線断面の部分での流路断面積Ｓ２は、図３（ｂ）に示さ
れるようになっており、前述と同様、Ｓ１＜Ｓ２であれ
ば、数１に示される有効直径Ｄの条件を満たすようにＳ
１が設定され、Ｓ１≧Ｓ２であれば、数２に示される有
効直径Ｄの条件を満たすようにＳ２が設定されている。
座４５から最も離反した位置、即ち、全開した状態が図
２で示される状態であり、その時の弁体４３と弁座４５
との間に形成される最も絞られた部分の断面積、即ち、
Ｉ−Ｉ線断面の部分での流路断面積Ｓ１は、図３（ａ）
に示されるようにリング状となっており、また、出口側
通路部４２の最も絞られた部分の断面積、即ち、II−II
線断面の部分での流路断面積Ｓ２は、図３（ｂ）に示さ
れるようになっており、前述と同様、Ｓ１＜Ｓ２であれ
ば、数１に示される有効直径Ｄの条件を満たすようにＳ
１が設定され、Ｓ１≧Ｓ２であれば、数２に示される有
効直径Ｄの条件を満たすようにＳ２が設定されている。
【００３９】ここで、有効直径Ｄ、即ち、弁体４３の全
開時における最も絞られた部分での流路断面積（Ｓ１又
はＳ２）を断面円形のオリフィスで表した場合の有効直
径：Ｄを１．５〜２．５ｍｍとしたのは、前述と同様の
理由に基づいている。即ち、下限値である有効直径を
１．５ｍｍ、即ち、流路断面積を１．７７ｍｍ2 とした
のは、これ以上有効直径を小さくすると、図４に示され
るように、高圧ラインから低圧ラインへの冷媒の流量が
十分確保されなくなり、このため、高負荷時におけるサ
イクル起動時の高圧圧力のピーク値を許容圧力である１
５ＭＰａよりも小さくすることができなくなるためであ
る。
開時における最も絞られた部分での流路断面積（Ｓ１又
はＳ２）を断面円形のオリフィスで表した場合の有効直
径：Ｄを１．５〜２．５ｍｍとしたのは、前述と同様の
理由に基づいている。即ち、下限値である有効直径を
１．５ｍｍ、即ち、流路断面積を１．７７ｍｍ2 とした
のは、これ以上有効直径を小さくすると、図４に示され
るように、高圧ラインから低圧ラインへの冷媒の流量が
十分確保されなくなり、このため、高負荷時におけるサ
イクル起動時の高圧圧力のピーク値を許容圧力である１
５ＭＰａよりも小さくすることができなくなるためであ
る。
【００４０】また、上限値である有効直径を２．５ｍ
ｍ、即ち、流路断面積を４．９１ｍｍ 2 としたのは、こ
れ以上有効直径を大きくした場合においても、図４に示
されるように、高負荷時におけるサイクル起動時の高圧
圧力のピーク値を許容圧力である１５ＭＰａ以内に抑え
ることができないことによる。
ｍ、即ち、流路断面積を４．９１ｍｍ 2 としたのは、こ
れ以上有効直径を大きくした場合においても、図４に示
されるように、高負荷時におけるサイクル起動時の高圧
圧力のピーク値を許容圧力である１５ＭＰａ以内に抑え
ることができないことによる。
【００４１】したがって、上述の構成によれば、リリー
フ装置３１の全開時での有効直径を１．５〜２．５ｍｍ
の範囲で設定することにより、外気温度が４０℃を超え
るような高負荷時での冷凍サイクル起動時に高圧圧力が
所定圧以上となって弁体４３が全開するような場合にお
いても、高圧圧力のピーク値が許容圧力（１５ＭＰａ）
を超えることがなくなるので、冷凍サイクル１の破損を
防ぐことができるようになる。
フ装置３１の全開時での有効直径を１．５〜２．５ｍｍ
の範囲で設定することにより、外気温度が４０℃を超え
るような高負荷時での冷凍サイクル起動時に高圧圧力が
所定圧以上となって弁体４３が全開するような場合にお
いても、高圧圧力のピーク値が許容圧力（１５ＭＰａ）
を超えることがなくなるので、冷凍サイクル１の破損を
防ぐことができるようになる。
【００４２】また、有効直径Ｄを２．５ｍｍよりも小さ
くすればよいことから、必要以上に弁体４３を大きくす
る必要がなくなり、このため、弁体４３を変位させるベ
ローズ４８を必要以上に大きくする必要がなくなり、弁
体４３やベローズ４８の大型化の回避、即ち、リリーフ
装置３１の大型化を回避することができる。さらに、有
効直径Ｄを大きくし過ぎる必要がなくなることから、高
負荷時におけるクールダウン性能を確保することができ
る。
くすればよいことから、必要以上に弁体４３を大きくす
る必要がなくなり、このため、弁体４３を変位させるベ
ローズ４８を必要以上に大きくする必要がなくなり、弁
体４３やベローズ４８の大型化の回避、即ち、リリーフ
装置３１の大型化を回避することができる。さらに、有
効直径Ｄを大きくし過ぎる必要がなくなることから、高
負荷時におけるクールダウン性能を確保することができ
る。
【００４３】上述のリリーフ装置３１は、膨張装置５と
並列的に一体構成して圧力調整装置を構成するようにし
てもよい。そのような例が図７に示されており、この例
における圧力調整装置５０は、ハウジング５１に内部熱
交換器４の高圧通路４ａ、即ち、放熱器側に通じる入口
側通路部５２と蒸発器６に通じる出口側通路部５３とを
有し、入口側通路部５２には膨張装置５４とリリーフ装
置５５とを収納する高圧空間５６が設けられている。
並列的に一体構成して圧力調整装置を構成するようにし
てもよい。そのような例が図７に示されており、この例
における圧力調整装置５０は、ハウジング５１に内部熱
交換器４の高圧通路４ａ、即ち、放熱器側に通じる入口
側通路部５２と蒸発器６に通じる出口側通路部５３とを
有し、入口側通路部５２には膨張装置５４とリリーフ装
置５５とを収納する高圧空間５６が設けられている。
【００４４】高圧空間５６は、境壁５７によって２つの
収納空間５８、５９に画成され、これら２つの収納空間
５８、５９は境壁５７に形成された通孔６０によって連
通され、一方の収納空間５８には出口側通路部５３に通
じる第１の連通路６１が開口し、他方の収納空間５９に
は出口側通路部５３に通じる第２の連通路６２が開口し
ている。
収納空間５８、５９に画成され、これら２つの収納空間
５８、５９は境壁５７に形成された通孔６０によって連
通され、一方の収納空間５８には出口側通路部５３に通
じる第１の連通路６１が開口し、他方の収納空間５９に
は出口側通路部５３に通じる第２の連通路６２が開口し
ている。
【００４５】一方の収納空間５８には膨張装置５４が収
納され、この膨張装置５４は、第１の連通路６１の高圧
空間１３に開口する開口部分に形成された弁座６３に着
座する第１の弁体６４と、この第１の弁体６４にロッド
６５を介して接合された第１のベローズ６６とを有し、
この第１のベローズ６６内に所定量の炭酸ガス（Ｃ
Ｏ 2 ）を封入して構成されている。また、他方の収納空
間５９にはリリーフ装置５５が収納され、このリリーフ
装置５５は、第２の連通路６２の高圧空間５６に開口す
る開口部分に形成された弁座６７に着座する第２の弁体
６８と、この第２の弁体６８にロッド６９を介して接合
された第２のベローズ７０とを有し、この第２のベロー
ズ７０内に所定量の不活性ガスを封入して構成されてい
る。
納され、この膨張装置５４は、第１の連通路６１の高圧
空間１３に開口する開口部分に形成された弁座６３に着
座する第１の弁体６４と、この第１の弁体６４にロッド
６５を介して接合された第１のベローズ６６とを有し、
この第１のベローズ６６内に所定量の炭酸ガス（Ｃ
Ｏ 2 ）を封入して構成されている。また、他方の収納空
間５９にはリリーフ装置５５が収納され、このリリーフ
装置５５は、第２の連通路６２の高圧空間５６に開口す
る開口部分に形成された弁座６７に着座する第２の弁体
６８と、この第２の弁体６８にロッド６９を介して接合
された第２のベローズ７０とを有し、この第２のベロー
ズ７０内に所定量の不活性ガスを封入して構成されてい
る。
【００４６】この膨張装置５４やリリーフ装置５５の開
弁圧や弁体６４、６８の動きは、ベローズ内部に封入す
る気体量を変更することによって調整され、膨張装置５
４とリリーフ装置５５とのそれぞれの入口冷媒温度と冷
媒圧力との特性は、図８に示されるような特性を有して
いる。
弁圧や弁体６４、６８の動きは、ベローズ内部に封入す
る気体量を変更することによって調整され、膨張装置５
４とリリーフ装置５５とのそれぞれの入口冷媒温度と冷
媒圧力との特性は、図８に示されるような特性を有して
いる。
【００４７】即ち、炭酸ガス（ＣＯ2 ）が封入されベロ
ーズ６６を有する膨張装置５４は、ほぼ線形的に入口冷
媒温度の上昇に伴って入口冷媒圧力が上昇していく特性
を有しているのに対し、不活性ガスが封入されベローズ
７０を有するリリーフ装置５５は、入口冷媒温度に拘わ
らず、入口冷媒圧力がほぼ一定となる特性を有してい
る。
ーズ６６を有する膨張装置５４は、ほぼ線形的に入口冷
媒温度の上昇に伴って入口冷媒圧力が上昇していく特性
を有しているのに対し、不活性ガスが封入されベローズ
７０を有するリリーフ装置５５は、入口冷媒温度に拘わ
らず、入口冷媒圧力がほぼ一定となる特性を有してい
る。
【００４８】このような構成においても、膨張装置５４
とリリーフ装置５５のそれぞれは、弁体６４、６８が全
開した状態で、前述した構成と同様に弁体（６４、６
８）と弁座（６３、６７）との間に形成される最も絞ら
れた部分での流路断面積Ｓ１と、連通路（６１、６２）
の最も絞られた部分での流路断面積Ｓ２とを比較し、Ｓ
１＜Ｓ２であれば、有効直径Ｄが数１に示される範囲と
なるようにＳ１が設定され、Ｓ１≧Ｓ２であれば、有効
直径Ｄが数２に示される範囲となるようにＳ２が設定さ
れている。
とリリーフ装置５５のそれぞれは、弁体６４、６８が全
開した状態で、前述した構成と同様に弁体（６４、６
８）と弁座（６３、６７）との間に形成される最も絞ら
れた部分での流路断面積Ｓ１と、連通路（６１、６２）
の最も絞られた部分での流路断面積Ｓ２とを比較し、Ｓ
１＜Ｓ２であれば、有効直径Ｄが数１に示される範囲と
なるようにＳ１が設定され、Ｓ１≧Ｓ２であれば、有効
直径Ｄが数２に示される範囲となるようにＳ２が設定さ
れている。
【００４９】上記構成において、高温外気の下で放置さ
れていた冷凍サイクルを始動すると、膨張装置５４のベ
ローズ内の封入ガスの温度も高まった状態にあり、この
ため、膨張装置５４は閉塞状態となる。このような場合
においても、リリーフ装置５５は、そのベローズ７０に
圧力にのみ依存する不活性ガスが封入されているので、
所定の設定圧以上に達すれば開弁されることとなり、こ
のため、放熱器３で放熱された冷媒が一方の収納空間５
８から通孔６０を通って他方の収納空間５９へ流れ、し
かる後に第２の連通路６２を介して出口側通路部５３に
流れることとなる。しかも、弁体６８を全開状態とした
場合に最も絞られた部分での流路断面が上述のような関
係となるように設定されていることから、冷凍サイクル
１の始動時において高圧圧力のピーク値が許容圧力（１
５ＭＰａ）を超えることを回避することができ、サイク
ルの破損を避けることができるようになる。
れていた冷凍サイクルを始動すると、膨張装置５４のベ
ローズ内の封入ガスの温度も高まった状態にあり、この
ため、膨張装置５４は閉塞状態となる。このような場合
においても、リリーフ装置５５は、そのベローズ７０に
圧力にのみ依存する不活性ガスが封入されているので、
所定の設定圧以上に達すれば開弁されることとなり、こ
のため、放熱器３で放熱された冷媒が一方の収納空間５
８から通孔６０を通って他方の収納空間５９へ流れ、し
かる後に第２の連通路６２を介して出口側通路部５３に
流れることとなる。しかも、弁体６８を全開状態とした
場合に最も絞られた部分での流路断面が上述のような関
係となるように設定されていることから、冷凍サイクル
１の始動時において高圧圧力のピーク値が許容圧力（１
５ＭＰａ）を超えることを回避することができ、サイク
ルの破損を避けることができるようになる。
【００５０】その後、圧力調整装置５０を通過する冷媒
温度が低下してくると、膨張装置５４が働き出し、圧力
が低下することにより、いままで圧力調整を行っていた
リリーフ装置５５は閉じ、通常の減圧制御へ移行する。
即ち、図８で示す特性線のＡよりも冷媒温度が高いとこ
ろでは、実線で示されるリリーフ装置５５が機能し、Ａ
よりも冷媒温度が低いところでは、破線で示される膨張
装置５４が機能することになる。
温度が低下してくると、膨張装置５４が働き出し、圧力
が低下することにより、いままで圧力調整を行っていた
リリーフ装置５５は閉じ、通常の減圧制御へ移行する。
即ち、図８で示す特性線のＡよりも冷媒温度が高いとこ
ろでは、実線で示されるリリーフ装置５５が機能し、Ａ
よりも冷媒温度が低いところでは、破線で示される膨張
装置５４が機能することになる。
【００５１】尚、上述の構成においては、膨張装置５４
をリリーフ装置５５よりも上流側に配置していることか
ら、冷媒温度の高いサイクル始動時には必ず膨張装置５
４の周囲に冷媒が流通することとなるため、膨張装置５
４の冷却を促進することができ、膨張装置５４を正常動
作させるまでの時間を短くしてリリーフ装置５５から膨
張装置５４への移行を速やかにすることができる利点も
ある。
をリリーフ装置５５よりも上流側に配置していることか
ら、冷媒温度の高いサイクル始動時には必ず膨張装置５
４の周囲に冷媒が流通することとなるため、膨張装置５
４の冷却を促進することができ、膨張装置５４を正常動
作させるまでの時間を短くしてリリーフ装置５５から膨
張装置５４への移行を速やかにすることができる利点も
ある。
【００５２】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
冷凍サイクルの膨張装置を、放熱器側と連通する入口側
通路部と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、入口側
通路部と出口側通路部との連通状態を変化させる弁体と
を有して構成し、弁体の全開時における最も絞られた部
分での流路断面積Ｓをこれと等価な圧力特性が得られる
オリフィスの断面積に換算した場合に、オリフィスの直
径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍ
となるように流路断面積Ｓを設定するようにしたので、
また、膨張装置に対して並列的に設けられ、放熱器の出
口側での冷媒圧力が所定の圧力以上となった場合に、放
熱器から流出した冷媒を膨張装置を迂回して蒸発器側へ
導くリリーフ装置にあって、このリリーフ装置を、放熱
器側と連通する入口側通路部と、蒸発器側と連通する出
口側通路部と、入口側通路部と出口側通路部との連通状
態を変化させる弁体とを有して構成し、弁体の全開時に
おける最も絞られた部分での流路断面積Ｓをこれと等価
な圧力特性を有する断面円形のオリフィスの断面積に換
算した場合に、このオリフィスの直径Ｄが１．５ｍｍ≦
Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍとなるように流路断
面積Ｓを設定するようにしたので、起動時での高圧圧力
のピーク値を許容値である１５ＭＰａ以内に抑えること
が可能となる。
冷凍サイクルの膨張装置を、放熱器側と連通する入口側
通路部と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、入口側
通路部と出口側通路部との連通状態を変化させる弁体と
を有して構成し、弁体の全開時における最も絞られた部
分での流路断面積Ｓをこれと等価な圧力特性が得られる
オリフィスの断面積に換算した場合に、オリフィスの直
径Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍ
となるように流路断面積Ｓを設定するようにしたので、
また、膨張装置に対して並列的に設けられ、放熱器の出
口側での冷媒圧力が所定の圧力以上となった場合に、放
熱器から流出した冷媒を膨張装置を迂回して蒸発器側へ
導くリリーフ装置にあって、このリリーフ装置を、放熱
器側と連通する入口側通路部と、蒸発器側と連通する出
口側通路部と、入口側通路部と出口側通路部との連通状
態を変化させる弁体とを有して構成し、弁体の全開時に
おける最も絞られた部分での流路断面積Ｓをこれと等価
な圧力特性を有する断面円形のオリフィスの断面積に換
算した場合に、このオリフィスの直径Ｄが１．５ｍｍ≦
Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍとなるように流路断
面積Ｓを設定するようにしたので、起動時での高圧圧力
のピーク値を許容値である１５ＭＰａ以内に抑えること
が可能となる。
【００５３】また、上述の直径Ｄが２．５ｍｍよりも小
さく設定されれば事足りることから、流路断面積を大き
くし過ぎることによる不都合、即ち、リリーフ装置や膨
張装置の大型化や高負荷時におけるクールダウン性能の
悪化を回避することができるようになる。
さく設定されれば事足りることから、流路断面積を大き
くし過ぎることによる不都合、即ち、リリーフ装置や膨
張装置の大型化や高負荷時におけるクールダウン性能の
悪化を回避することができるようになる。
【００５４】また、膨張装置とリリーフ装置とを組み合
わせた構成、例えば、膨張装置を、放熱器側と連通する
入口側通路部と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、
入口側通路部と前記出口側通路部との連通状態を変化さ
せる第１の弁体と、内部に炭酸ガスが封入されて放熱器
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第１の弁体の動きを制御す
る第１の感受素子とを有して構成し、また、リリーフ装
置を、前記入口側通路部と前記出口側通路部との連通状
態を変化させる第２の弁体と、内部に不活性ガスが封入
されて放熱器側の冷媒圧力を感知し、この放熱器側の冷
媒圧力に応じて第２の弁体の動きを制御する第２の感受
素子とを有して構成する場合においても、膨張装置とリ
リーフ装置のそれぞれにおいて、全開時における最も絞
られた部分での流路断面積Ｓをこれと等価な圧力特性が
得られる断面円形のオリフィスの断面積に換算した場合
に、オリフィスの直径（有効直径）Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ
＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍとなるように流路断面
積Ｓを設定するようにすれば、起動時での高圧圧力の上
昇を耐圧許容値である１５ＭＰａ以内に抑えることが可
能となり、また、有効直径Ｄが２．５ｍｍよりも小さく
設定されるので、流路断面積を大きくし過ぎることによ
る不都合、即ち、リリーフ装置や膨張装置の大型化や高
負荷時におけるクールダウン性能の悪化を回避すること
ができるようになる。
わせた構成、例えば、膨張装置を、放熱器側と連通する
入口側通路部と、蒸発器側と連通する出口側通路部と、
入口側通路部と前記出口側通路部との連通状態を変化さ
せる第１の弁体と、内部に炭酸ガスが封入されて放熱器
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第１の弁体の動きを制御す
る第１の感受素子とを有して構成し、また、リリーフ装
置を、前記入口側通路部と前記出口側通路部との連通状
態を変化させる第２の弁体と、内部に不活性ガスが封入
されて放熱器側の冷媒圧力を感知し、この放熱器側の冷
媒圧力に応じて第２の弁体の動きを制御する第２の感受
素子とを有して構成する場合においても、膨張装置とリ
リーフ装置のそれぞれにおいて、全開時における最も絞
られた部分での流路断面積Ｓをこれと等価な圧力特性が
得られる断面円形のオリフィスの断面積に換算した場合
に、オリフィスの直径（有効直径）Ｄが１．５ｍｍ≦Ｄ
＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍとなるように流路断面
積Ｓを設定するようにすれば、起動時での高圧圧力の上
昇を耐圧許容値である１５ＭＰａ以内に抑えることが可
能となり、また、有効直径Ｄが２．５ｍｍよりも小さく
設定されるので、流路断面積を大きくし過ぎることによ
る不都合、即ち、リリーフ装置や膨張装置の大型化や高
負荷時におけるクールダウン性能の悪化を回避すること
ができるようになる。
【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、図１に係る冷凍サイクルの膨張装置を
拡大した断面図である。
拡大した断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図２で示す圧力調整装置のＩ−
Ｉ線で切断した図、即ち、弁体と弁座との間に形成され
る最も絞られた部分を示す断面図であり、図３（ｂ）
は、図２で示す圧力調整装置のII−II線で切断した図、
即ち、通路部の最も絞られた部分を示す断面図である。
Ｉ線で切断した図、即ち、弁体と弁座との間に形成され
る最も絞られた部分を示す断面図であり、図３（ｂ）
は、図２で示す圧力調整装置のII−II線で切断した図、
即ち、通路部の最も絞られた部分を示す断面図である。
【図４】図４は、有効直径：Ｄとサイクル起動時の高圧
圧力のピーク値との関係を示す実験値である。
圧力のピーク値との関係を示す実験値である。
【図５】図５は、リリーフ装置を負荷した冷凍サイクル
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
【図６】図６は、図５に係る冷凍サイクルのリリーフ装
置を拡大した断面図である。
置を拡大した断面図である。
【図７】図７は、膨張装置とリリーフ装置とを一体にし
た構成例を示す拡大断面図である。
た構成例を示す拡大断面図である。
【図８】図８は、図７に示す膨張装置と、リリーフ装置
との入口側における冷媒温度と冷媒圧力との関係を示す
特性線図である。
との入口側における冷媒温度と冷媒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 ５、５４ 膨張装置 ６ 蒸発器 １１、４１、５２ 入口側通路部 １２、４２、５３ 出口側通路部 １３、３４、６４、６８ 弁体 ３１、５５ リリーフ装置
Claims (5)
- 【請求項１】 冷媒を圧縮して運転条件により高圧ライ
ンを超臨界状態とする圧縮機と、前記圧縮機によって圧
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、前記膨張装置から流出
する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部と、 蒸発器側と連通する出口側通路部と、 前記入口側通路部と前記出口側通路部との連通状態を変
化させる弁体とを有し、 前記弁体の全開時における最も絞られた部分での流路断
面積Ｓをこれと等価な圧力特性を有する断面円形のオリ
フィスの断面積に換算した場合に、このオリフィスの直
径Ｄが １．５ｍｍ≦Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍ の関係を満たすように前記流路断面積Ｓが設定されてい
ることを特徴とする冷凍サイクル。 - 【請求項２】 前記圧力調整装置は、外部からの制御信
号によって弁開度が調節される電気式膨張弁である請求
項１記載の冷凍サイクル。 - 【請求項３】 冷媒を圧縮して運転条件により高圧ライ
ンを超臨界状態とする圧縮機と、前記圧縮機によって圧
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、前記膨張装置から流出
する冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記膨張装置に対して
並列的に設けられ、前記放熱器の出口側での冷媒圧力が
所定の圧力以上となった場合に、前記放熱器から流出し
た冷媒を前記膨張装置を迂回して前記蒸発器側へ導くリ
リーフ装置とを少なくとも備えた冷凍サイクルにおい
て、 前記リリーフ装置は、 放熱器側と連通する入口側通路部と、 蒸発器側と連通する出口側通路部と、 前記入口側通路部と前記出口側通路部との連通状態を変
化させる弁体とを有し、 前記弁体の全開時における最も絞られた部分での流路断
面積Ｓをこれと等価な圧力特性を有する断面円形のオリ
フィスの断面積に換算した場合に、このオリフィスの直
径Ｄが １．５ｍｍ≦Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍ の関係を満たすように前記流路断面積Ｓが設定されてい
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４】 冷媒を圧縮して運転条件により高圧ライ
ンを超臨界状態とする圧縮機と、前記圧縮機によって圧
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、前記膨張装置から流出
する冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記膨張装置に対して
並列的に設けられ、前記放熱器の出口側での冷媒圧力が
所定の圧力以上となった場合に、前記放熱器から流出し
た冷媒を前記膨張装置を迂回して前記蒸発器側へ導くリ
リーフ装置とを少なくとも備えた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部と、
蒸発器側と連通する出口側通路部と、前記入口側通路部
と前記出口側通路部との連通状態を変化させる第１の弁
体と、内部に炭酸ガス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前記第１の弁体の動きを制御する第
１の感受素子とを有して構成され、 前記リリーフ装置は、前記入口側通路部と前記出口側通
路部との連通状態を変化させる第２の弁体と、内部に不
活性ガスが封入されて前記放熱器側の冷媒圧力を感知
し、この放熱器側の冷媒圧力に応じて前記第２の弁体の
動きを制御する第２の感受素子とを有して構成されてお
り、 前記膨張装置及び前記リリーフ装置のそれぞれは、全開
時における最も絞られた部分での流路断面積Ｓをこれと
等価な圧力特性を有する断面円形のオリフィスの断面積
に換算した場合に、このオリフィスの直径Ｄが １．５ｍｍ≦Ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 ≦２．５ｍｍ の関係を満たすように前記流路断面積Ｓが設定されてい
ることを特徴とする冷凍サイクル。 - 【請求項５】 前記冷媒は、二酸化炭素であることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サイク
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000252374A JP2002061990A (ja) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | 冷凍サイクル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000252374A JP2002061990A (ja) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | 冷凍サイクル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002061990A true JP2002061990A (ja) | 2002-02-28 |
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ID=18741624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000252374A Pending JP2002061990A (ja) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | 冷凍サイクル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002061990A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004354042A (ja) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Valeo Climatisation | 冷凍サイクルの安全弁装置 |
| JP2007183086A (ja) * | 2005-12-08 | 2007-07-19 | Denso Corp | 超臨界冷凍サイクル |
| JP2012021746A (ja) * | 2010-07-16 | 2012-02-02 | Fuji Electric Co Ltd | 電子膨張弁 |
| JP2012021745A (ja) * | 2010-07-16 | 2012-02-02 | Fuji Electric Co Ltd | 電子膨張弁 |
| WO2018121416A1 (zh) * | 2016-12-29 | 2018-07-05 | 比亚迪股份有限公司 | 膨胀开关阀 |
-
2000
- 2000-08-23 JP JP2000252374A patent/JP2002061990A/ja active Pending
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