JP2008157305A - 圧力制御弁および超臨界冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蒸発器を備える超臨界冷凍サイクルの大型化を招くことなく、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる圧力制御弁を提供する。
【解決手段】放熱器出口側冷媒の全流量を流入口４０ａから弁室４０ｅへ流入させて、弁室４０ｅと連通するように配置された感温部４２に対して、弁室４０ｅへ流入した全流量の冷媒の温度を伝える。これにより、圧力制御弁４の周囲温度の影響を受けにくくして、適切に高圧側冷媒圧力を制御する。さらに、流入口４０ａから流入した高圧冷媒の流れを分岐して第２蒸発器側へ流出することで、圧力制御弁４から第２蒸発器へ至る配管容積を小さくして、サイクル全体としての大型化を回避する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高圧側冷媒圧力を目標高圧に制御する圧力制御弁、および、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルに関する。

従来、特許文献１、２に、冷媒として二酸化炭素（以下、ＣＯ₂と略す。）を採用し、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルが開示されている。この特許文献１、２の超臨界冷凍サイクルでは、サイクル効率（ＣＯＰ）を向上させるために圧力制御弁（特許文献１の第１減圧手段、特許文献２の膨張装置）を設けて高圧側冷媒圧力を目標高圧に制御している。

さらに、特許文献１、２の超臨界冷凍サイクルは複数の蒸発器を備えており、特許文献１のサイクルでは圧力制御弁の上流側で高圧冷媒の流れを分岐し、また、特許文献２の冷凍サイクルでは圧力制御弁の下流側で低圧冷媒の流れを分岐して、それぞれ分岐された一方の冷媒を第１蒸発器へ流入させ、他方の冷媒を第２蒸発器へ流入させて、双方の蒸発器で冷凍能力を発揮させている。
特開２０００−３５２５０号公報 特開２００５−１０６３１８号公報

ところで、特許文献１、２には、圧力制御弁として、機械式の圧力制御弁を採用できることが記載されている。この機械式の圧力制御弁は、冷媒が封入された密閉空間を有する感温部を備えており、高圧側冷媒温度に対応する圧力を密閉空間内に発生させて、密閉空間の内圧と高圧側冷媒圧力とのバランスで弁体部を変位させ、絞り通路の通路面積を調整する構成になっている。

また、超臨界冷凍サイクルを車両用空調装置に適用した場合、一般的に、圧力制御弁は高圧冷媒を放熱させる放熱器の近傍、すなわち、エンジンルーム内に配置される。そのため、冷媒としてＣＯ₂が採用されるサイクルでは、ＣＯ₂の臨界温度は３１℃程度なので、エンジンルーム内温度（圧力制御弁の周囲温度）が高くなると、密閉空間に封入されたＣＯ₂は超臨界状態となりやすい。

そして、密閉空間内のＣＯ₂が超臨界状態になると、周囲温度が更に上昇してもＣＯ₂が液化しないので、密閉空間の内圧は、周囲温度の影響を受けて高圧側冷媒温度に対応する圧力よりも上昇しやすくなってしまう。

特に、特許文献１のサイクルのように、圧力制御弁の上流側で高圧冷媒の流れを分岐するサイクルでは、高圧冷媒の流れを分岐しないサイクルよりも感温部を通過する高圧冷媒流量が減少してしまうので、周囲温度の影響を受けやすくなる。そのため、密閉空間の内圧も上昇しやすくなり、適切に高圧側冷媒圧力を制御できなくなってしまう。

さらに、特許文献１のサイクルでは、サイクルの起動時に密閉空間内のＣＯ₂が超臨界状態になって内圧が上昇していると、弁体部が絞り通路を閉弁してしまい、圧力制御弁下流側の蒸発器へ冷媒を流入させることができなくなる。そのため、圧力制御弁下流側の蒸発器で冷凍能力を発揮できないという問題が生じる。

この問題を解決するためには、弁体部が絞り通路を閉弁しているときでも圧力制御弁の下流側へ冷媒を微小に漏らすブリード部を設ける手段が考えられるが、前述の如く、特許文献１のサイクルでは感温部を通過する冷媒流量が少ないので、ブリード部から漏れる冷媒流量も少なくなる。そのため、密閉空間内のＣＯ₂を冷却するための時間が長くなり、圧力制御弁下流側の蒸発器で冷凍能力を発揮させるまでの時間も長くなってしまう。

また、ブリード部から漏れる冷媒量を確保するためブリード部の流路面積を大きくすると、冷房負荷が小さくサイクルの冷媒流量が少ない時に、不必要に冷媒を漏らすことになりサイクルの効率が低下してしまうことになる。
一方、特許文献２のサイクルのように、圧力制御弁の下流側で低圧冷媒の流れを分岐する場合は、圧力制御弁の下流側が低圧となるので、分岐部から双方の蒸発器に至る配管として、高圧配管よりも配管容積の大きい低圧配管を採用する必要があり、サイクル全体が大型化してしまう。

さらに、特許文献２のサイクルでは、一方の蒸発器のみに冷媒を流入させるように流量調整弁を作動させると、流量調整弁から他方の蒸発器までの冷媒が気相状態となるので、サイクル内の余剰な液相冷媒を蓄えるアキュムレータの大型化が必要となり、一層サイクル全体が大型化してしまう。

本発明は、上記点に鑑み、複数の蒸発器を備える超臨界冷凍サイクルの大型化を招くことなく、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる圧力制御弁を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、複数の蒸発器を備える超臨界冷凍サイクルにおいて、大型化を招くことなく、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる冷凍サイクルを提供することを第２の目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明では、臨界圧力以上に昇圧された高圧冷媒を放熱させる放熱器（３）および低圧冷媒を蒸発させる第１、２蒸発器（５、９）を有する超臨界冷凍サイクルに適用されて、放熱器（３）下流側冷媒温度に応じて放熱器（３）出口側冷媒圧力を制御する圧力制御弁であって、
放熱器（３）下流側冷媒を流入させる流入口（４０ａ）、第１蒸発器（５）入口側へ冷媒を流出させる第１流出口（４０ｂ）、および、第２蒸発器（９）入口側へ冷媒を流出させる第２流出口（４０ｃ）が形成されたハウジング（４０）と、流入口（４０ａ）から流入した冷媒の温度に応じて変位する感温部（４２）と、感温部（４２）の変位に連動して流入口（４０ａ）から流入した冷媒を減圧膨張させる絞り通路（４０ｄ）の通路面積を変化させる弁体部（４１）と、絞り通路（４０ｄ）上流側冷媒の流れを分岐する分岐部（Ａ）とを備え、第１流出口（４０ｂ）は、分岐部（Ａ）で分岐された一方の冷媒であって、かつ、絞り通路（４０ｄ）下流側冷媒を流出させるようになっており、第２流出口（４０ｃ）は、分岐部（Ａ）で分岐された他方の冷媒を流出させるようになっている圧力制御弁を第１の特徴とする。

これによれば、放熱器（３）出口側冷媒の全流量を流入口（４０ａ）に流入させることができるので、感温部（４２）が高圧側冷媒温度に応じて変位しやすくなる。その結果、複数の蒸発器を備える超臨界冷凍サイクルに適用した際に、特許文献１のサイクルに対して、感温部（４２）が周囲温度の影響を受けにくくなり、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる。また、ブリード部の流路面積を大きくする必要がないため、サイクルの効率を低下させることがない。

しかも、流入口（４０ａ）から流入した高圧冷媒の流れを分岐できるので、複数の蒸発器を備える超臨界冷凍サイクルに適用した際に、特許文献２のサイクルに対して、分岐部（Ａ）から第２蒸発器（９）へ至る配管容積を小さくでき、アキュムレータを大型化する必要もない。従って、サイクル全体としての大型化を回避できる。

その結果、複数の蒸発器を備える超臨界冷凍サイクルに適用した際に、サイクルの大型化を招くことなく、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる。

なお、本発明における放熱器（３）下流側冷媒とは、放熱器（３）出口冷媒のみを意味するものではなく、例えば、放熱器（３）から流出した冷媒と、超臨界冷凍サイクルにおいて冷媒を吸入して圧縮、吐出する圧縮機へ吸入される冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備えるサイクルにおいては、内部熱交換器から流出した冷媒も含まれる意味である。

また、本発明では、臨界圧力以上に昇圧された高圧冷媒を放熱させる放熱器（３）および低圧冷媒を蒸発させる第１、２蒸発器（５、９）を有する超臨界冷凍サイクルに適用されて、放熱器（３）出口側冷媒温度に応じて放熱器（３）出口側冷媒圧力を制御する圧力制御弁であって、
放熱器（３）出口側冷媒を流入させる第１流入口（５０ａ）、第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒を流出させる第１流出口（５０ｂ）、第１流出口（５０ｂ）下流側冷媒を流入させる第２流入口（５０ｃ）、第１蒸発器（５）入口側へ冷媒を流出させる第２流出口（５０ｄ）および第２蒸発器（９）入口側へ冷媒を流出させる第３流出口（５０ｅ）を有するハウジング（５０）と、第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒の温度に応じて変位する感温部（５２）と、感温部（５２）の変位に連動して第２流入口（５０ｃ）から流入した冷媒を減圧膨張させる絞り通路（５０ｈ）の通路面積を変化させる弁体部（５１）と、絞り通路（５０ｈ）上流側の冷媒の流れを分岐する分岐部（Ａ）とを備え、第２流出口（５０ｄ）は、分岐部（Ａ）で分岐された一方の冷媒であって、かつ、絞り通路（５０ｈ）下流側冷媒を流出させるようになっており、第３流出口（５０ｅ）は、分岐部（Ａ）で分岐された他方の冷媒を流出させるようになっている圧力制御弁を第２の特徴とする。

これによれば、放熱器（３）下流側冷媒の全流量を第１流入口（５０ａ）に流入させることができるので、感温部（５２）が高圧側冷媒温度に応じて変位しやすくなる。その結果、第１の特徴の圧力制御弁と同様に、複数の蒸発器を備える超臨界冷凍サイクルに適用した際に、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる。また、不必要に冷媒を漏らしてサイクルの効率を低下させることがない。

しかも、第２流入口（５０ｃ）から流入した高圧冷媒の流れを分岐できるので、第１の特徴の圧力制御弁と同様に、サイクル全体としての大型化を回避できる。その結果、複数の蒸発器を備える超臨界冷凍サイクルにおいて、大型化を招くことなく、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる。

また、本発明では、第１、２の特徴の圧力制御弁（４、４５）を備える超臨界冷凍サイクルを第３の特徴とする。これによれば、適切に高圧側冷媒圧力を制御して、超臨界冷凍サイクルのサイクル効率を高い値に維持することができる。

また、本発明では、第２の特徴の圧力制御弁（４５）と、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（２）と、圧縮機（２）吸入冷媒と第１流出口（５０ｂ）下流側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（１３）とを備える超臨界冷凍サイクルであって、内部熱交換器（１３）の高圧冷媒出口は、第２流入口（５０ｃ）に接続されている超臨界冷凍サイクルを第４の特徴とする。

これによれば、第２の特徴の圧力制御弁（４５）を備えているので、適切に高圧側冷媒圧力を制御して、超臨界冷凍サイクルのサイクル効率を高い値に維持することができる。さらに、内部熱交換器（１３）の作用によって、サイクル効率をより一層向上できる。

また、本発明では、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（２）と、圧縮機（２）吐出冷媒を冷却する放熱器（３）と、放熱器（３）出口側冷媒の温度に応じて放熱器（３）出口側冷媒の圧力を制御する圧力制御手段（４６）と、低圧冷媒を蒸発させる第１、２蒸発器（５、９）とを備え、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルであって、
圧力制御手段（４６）は、放熱器（３）下流側冷媒を流入させる第１流入口（５０ａ）、第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒を流出させる第１流出口（５０ｂ）、第１流出口（５０ｂ）下流側冷媒を流入させる第２流入口（５０ｃ）、および、第１蒸発器５入口側へ冷媒を流出させる第２流出口（５０ｄ）が形成されたハウジング（５０）と、第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒の温度に応じて変位する感温部（５２）と、感温部（５２）の変位に連動して第２流入口（５０ｃ）から流入した冷媒を減圧膨張させる絞り通路（５０ｈ）の通路面積を変化させる弁体部（５１）とを有し、第２流入口（５０ｃ）には、流出口（５０ｂ）下流側冷媒の流れを分岐する分岐部（Ａ）で分岐された一方の冷媒が流入し、第１蒸発器（５）には、絞り通路（５０ｈ）下流側冷媒が流入し、第２蒸発器（９）には、分岐部（Ａ）で分岐された他方の冷媒が流入するようになっている超臨界冷凍サイクルを第５の特徴とする。

これによれば、放熱器（３）出口側冷媒の全流量を第１流入口（５０ａ）に流入させることができるので、感温部（５２）が高圧側冷媒温度に応じて変位しやすくなる。その結果、特許文献１のサイクルに対して、感温部（５２）が周囲温度の影響を受けにくくなり、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる。また、不必要に冷媒を漏らしてサイクルの効率を低下させることがない。

しかも、第１流入口（５０ａ）から流入した高圧冷媒の流れを分岐できるので、特許文献２のサイクルに対して、分岐部（Ａ）から第２蒸発器（９）へ至る配管容積を小さくでき、アキュムレータを大型化する必要もない。従って、サイクル全体としての大型化を回避できる。

その結果、複数の蒸発器を備える超臨界冷凍サイクルにおいて、サイクルの大型化を招くことなく、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる。

さらに、圧縮機（２）吸入冷媒と流出口（５０ｂ）下流側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（１３、１５）を備え、分岐部（Ａ）では、内部熱交換器（１３、１５）で熱交換された高圧冷媒の流れを分岐するようになっていてもよい。これによれば、上述の第４の特徴の超臨界冷凍サイクルと同様の効果を得ることができる。

また、内部熱交換器（１３、１５）を備える第５の特徴の超臨界冷凍サイクルにおいて、分岐部（Ａ）は、内部熱交換器（１３、１５）と第２流入口（５０ｃ）とを接続する接続部（１４、１５ｄ）に設けられていてもよい。さらに、具体的に、接続部（１５ｄ）は、内部熱交換器（１５）に一体に設けられていてもよい。

また、上述の第３〜５の特徴の超臨界冷凍サイクルにおいて、さらに、分岐部（Ａ）から第２蒸発器（９）へ至る冷媒流路（１０）を開閉する開閉弁（７）と、感温部（５２）を構成する密閉空間（Ｂ）の内圧値に関連する物理量（Ｔａｍ）を検出する物理量検出手段（１１ａ）と、開閉弁（７）の作動を制御する制御手段（１１）とを備え、密閉空間（Ｂ）は、第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒の温度に応じて内圧が変化するようになっており、制御手段（１１）は、サイクル起動時であって、かつ、物理量（Ｔａｍ）に基づいて決定される内圧値が冷媒の臨界圧力以上になっているとき、開閉弁（７）を開弁させるようになっていてもよい。

これによれば、前述の如く、サイクル起動時に密閉空間（Ｂ）に封入された冷媒が超臨界状態となって、弁体部（５１）が絞り通路（５０ｈ）を閉じてしまっても、開閉弁（７）が開弁しているので、放熱器（３）下流側の冷媒が第２蒸発器（９）側へ流れる。従って、感温部（５２）へ確実に冷媒を流通させて、密閉空間（Ｂ）に封入された冷媒を短時間で冷却できる。その結果、短時間で高圧側冷媒圧力を制御することができる。

さらに、具体的に、物理量は、外気温（Ｔａｍ）であってもよいし、第１蒸発器（５）下流側空気温度および第２蒸発器（９）下流側空気温度のうち、いずれか一方、あるいは両者の組合せであってもよい。

また、上述の第３〜５の特徴の超臨界冷凍サイクルにおいて、ハウジング（４０、５０）には、弁体部（４１、５１）が絞り通路（４０ｄ、５０ｈ）を閉弁した際に、絞り通路（４０ｄ、５０ｈ）上流側から下流側へ冷媒を漏らすブリード部（４０ｇ、５０ｊ）が形成されており、ブリード部（４０ｇ、５０ｊ）から漏れる冷媒流量は、直径０．８ｍｍのオリフィスに相当する冷媒流量以下になっていてもよい。

これによれば、ブリード部（４０ｇ、５０ｊ）によって、冷媒を漏らすことができるので、感温部（４２、５２）へ冷媒を流通させて、密閉空間（Ｂ）に封入された冷媒を冷却できるとともに、ブリード部（４０ｇ、５０ｊ）から漏れる冷媒流量が、直径０．８ｍｍのオリフィスに相当する冷媒流量以下になっているので、不必要に冷媒を漏らすことを回避してサイクル効率の低下を抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。

（第１実施形態）
図１、２により、本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態の超臨界冷凍サイクル１の全体構成図である。なお、本実施形態では、上述の第１の特徴の圧力制御弁４を採用した第３の特徴の超臨界冷凍サイクルを車両用空調装置に適用している。

まず、超臨界冷凍サイクル１において、圧縮機２は図示しない車両走行用エンジンから電磁クラッチ２ａを介して駆動力を得て冷媒を吸入して圧縮するものである。本実施形態では、冷媒としてＣＯ₂を採用しており、圧縮機２はＣＯ₂を臨界圧力以上に昇圧する。

この圧縮機２としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチの断続により圧縮機作動の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機のいずれを採用してもよい。また、圧縮機２として電動圧縮機を採用して、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整してもよい。

圧縮機２の冷媒吐出側には、放熱器３が接続されている。放熱器３は、圧縮機２から吐出された高圧冷媒と冷却ファン３ａにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、高圧冷媒を放熱させる放熱用熱交換器である。なお、超臨界冷凍サイクル１では、冷媒は超臨界状態のまま放熱するので、放熱器３において凝縮することはない。

放熱器３の下流側には、圧力制御弁４が接続されている。圧力制御弁４は、超臨界サイクル１の高圧側冷媒圧力を目標高圧に制御するもので、放熱器３とともにエンジンルーム内に配置されている。圧力制御弁４の詳細については、図２により説明する。なお、図２は、圧力制御弁４の断面図である。

まず、圧力制御弁４は、ハウジング４０、弁体部４１、感温部４２等を有して構成される。ハウジング４０は、円柱状あるいは角柱状の金属ブロックに穴開け加工等を施して形成したもので、圧力制御弁４の外殻を形成する。ハウジング４０には、冷媒流入口・流出口４０ａ〜４０ｃ、絞り通路４０ｄ、弁室４０ｅ、感温部４２を取り付ける取付穴４０ｆ等が形成されている。

具体的には、放熱器３出口側に接続されて放熱器３下流側冷媒を流入させる流入口４０ａ、後述する第１蒸発器５入口側へ冷媒を流出させる第１流出口４０ｂ、後述する第２蒸発器６入口側へ冷媒を流出させる第２流出口４０ｃが形成される。

また、図２に示すように、ハウジング４０の内部には、弁体部４１が収容される弁室４０ｅが形成され、流入口４０ａおよび第２流出口４０ｃは、弁室４０ｅを介して連通している。絞り通路４０ｄは、流入口４０ａから流入した冷媒を減圧膨張させるもので、第１流出口４０ｂは、絞り通路４０ｄを介して、弁室４０ｅに連通している。

従って、流入口４０ａから流入した冷媒の流れは弁室４０ｅ内で分岐されて、第２流出口４０ｃ側および絞り通路４０ｄを介して第１流出口４０ｂ側へ流れる。つまり、本実施形態では、この弁室４０ｅの内部に分岐部Ａが形成される。さらに、取付穴４０ｆも弁室４１ｅと連通するように形成されている。

また、絞り通路４０ｄには、溝４０ｇが形成されており、弁体部４１が絞り通路４０ｄを閉弁した状態になっても、溝４０ｇを介して弁室４０ｅ側から第１流出口４０ｂ側へ冷媒が漏れるようになっている。なお、本実施形態の溝４０ｇから漏れる冷媒流量は、直径０．８ｍｍのオリフィスに相当する冷媒流量以下になっている。

弁体部４１は、絞り通路４０ｄの通路面積を調整するもので、感温部４２に連結される円盤状の連結部４１ａ、一方の端部が円錐形状となった円筒状の弁４１ｂおよび連結部４１ａと弁４１ｂとを連結する棒状の作動棒４１ｃとを有している。つまり、弁体部４１のうち弁４１ｂが変位することによって、絞り通路４０ｄの通路面積が調整される。

感温部４２は、流入口４０ａから流入した冷媒の温度に応じて変位するもので、取付穴４０ｆに取り付けられている。具体的には、感温部４２は、密閉空間Ｂを形成するようにカバー４２ａとシート４２ｂとの間にダイアフラム４２ｃを挟み込んで構成したもので、密閉空間Ｂには、冷媒と少量の不活性ガスが封入されている。この不活性ガスとしては、ヘリウム等を採用できる。

ダイアフラム４２ｃは、密閉空間Ｂの内圧に応じて、変位する圧力応動部材を構成しており、金属製であってもゴム製であってもよい。さらに、ダイアフラム４２ｃは、弁体部４１の連結部４１ａに溶接等の手段で連結されており、ダイアフラム４２ｃの変位に応じて、弁体部４１が変位して、弁４１ｂによって絞り通路４０ｄの通路面積が調整される。

具体的には、密閉空間Ｂの内圧が上昇すると、弁体部４１は絞り通路４０ｄの通路面積を縮小する方向に変位し、密閉空間Ｂの内圧が低下すると、弁体部４１は絞り通路４０ｄの通路面積を拡大する方向に変位する。さらに、本実施形態では、密閉空間Ｂに不活性ガスを封入して内圧を高めることによって、弁体部４１に対して絞り通路４０ｄを閉弁する側に付勢する荷重をかけている。

圧力制御弁４の第１流出口４０ｂには、図１に示すように、第１蒸発器５が接続されている。第１蒸発器５は、第１流出口４０ｂから流出した低圧冷媒と、送風ファン５ａによって送風された空気とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。

なお、本実施形態では、第１蒸発器５は、車両前席（運転席および助手席）側領域の空調に用いられる。第１蒸発器５の出口側には、冷媒の気液を分離して余剰冷媒を蓄えるアキュムレータ６が接続されている。さらに、アキュムレータ６の気相冷媒出口には、圧縮機２吸入口が接続されている。

一方、圧力制御弁４の第２流出口４０ｃは、第２蒸発器９入口側へ接続されており、第２流出口４０ｃから第２蒸発器９入口へ至る冷媒配管１０には、開閉弁７および膨張弁８が設けられている。開閉弁７は冷媒配管１０を開閉する電磁弁であり、膨張弁８は第２蒸発器９へ流入する冷媒を減圧膨張させる周知の温度式膨張弁である。

具体的には、膨張弁８は、第２蒸発器９下流側に配置された感温部８ａを有しており、第２蒸発器９下流側冷媒の温度と圧力とに基づいて第２蒸発器９下流側冷媒の過熱度を検出し、第２蒸発器９下流側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように弁開度を調整して、冷媒流量を調整するものである。

第２蒸発器９は、膨張弁８下流側の低圧冷媒と、送風ファン９ａによって送風された空気とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。なお、本実施形態では、第２蒸発器９は車両後席側領域の冷却に用いられる。第２蒸発器９の出口側は、第１蒸発器５とアキュムレータ６との間に接続されている。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明すると、空調制御装置１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この空調制御装置１１は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って、上記した各種の電気式のアクチュエータ２ａ、３ａ、５ａ、７、９ａ等の作動を制御する。

空調制御装置１１には、各種センサ群からの検出信号、および操作パネル１２からの各種操作信号が入力される。センサ群としては、具体的に、外気温（車室外温度）Ｔａｍを検出する外気センサ１１ａ等が設けられる。

また、操作パネル１２には、車両用空調装置の作動要求信号を出力する作動スイッチ１２ａ、車両後席側の空調要求信号を出力する後席空調スイッチ１２ｂ、車室内の目標温度を設定する温度設定スイッチ１２ｃ等が設けられる。

次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。まず、車両前席側領域の空調を行う前席側空調モードの作動について説明する。この前席側空調モードは、作動スイッチ１２ａが投入された際に、後席空調スイッチ１２ｂがＯＦＦになっている場合に実行される。なお、後席空調スイッチ１２ｂがＯＦＦになっている場合は、第２蒸発器９にて冷凍能力を発揮させる必要がないため、空調制御装置１１は、通常、開閉弁７を閉弁させる。

作動スイッチ１２ａが投入されて、圧縮機２が車両エンジンの駆動力により回転駆動されると、圧縮機２により圧縮された高温高圧の冷媒は、臨界圧力よりも圧力が高い超臨界状態となって放熱器３内に流入する。ここで、高温高圧の超臨界状態の冷媒は冷却ファン３ａにより送風された外気と熱交換して放熱する。

放熱器３から流出した全流量の冷媒は、圧力制御弁４の流入口４０ａから弁室４０ｅへ流入する。前述の如く、感温部４２が弁室４０ｅに連通する取付穴４０ｆに取り付けられているので、弁室４０ｅへ流入した全流量の冷媒の温度を感温部４２に伝えることができる。

これにより、感温部４２の密閉空間Ｂ内のＣＯ₂は、弁室４０ｅへ流入した冷媒の温度に対応する内圧となる。そして、密閉空間Ｂの内圧と流入口４０ａから流入した冷媒圧力とのバランスに応じて、感温部４２のダイアフラム４２ｃが変位する。

さらに、ダイアフラム４２ｃの変位に連動して、弁体部４１の弁４１ｂも変位して、絞り通路４０ｄの通路面積を調整される。その結果、流入口４０ａから弁室４０ｅへ流入した冷媒の温度、すなわち、放熱器３出口側冷媒温度に応じて決定される目標高圧に近づくように、放熱器３出口側冷媒圧力が制御される。

より具体的には、実際の高圧側冷媒圧力が目標高圧よりも低い場合には、圧力制御弁４では絞り通路４０ｄの通路面積を縮小させ、逆に、実際の高圧側冷媒圧力が目標高圧よりも高い場合には、圧力制御弁４は絞り通路４０ｄの通路面積を拡大させる。これにより、サイクル効率（ＣＯＰ）が高い値になるように高圧側冷媒圧力が制御される。

なお、前述の如く、前席側空調モードでは、通常、開閉弁７が閉弁しているので、弁室４０ｅへ流入した冷媒は、絞り通路４０ｄで減圧されて、第１流出口４０ｂから流出して、第１蒸発器５へ流入する。

第１蒸発器５へ流入した冷媒は、送風ファン５ａによって送風された空気から吸熱して蒸発する。さらに、第１蒸発器５から流出した冷媒は、アキュムレータ６で気液分離され、分離された気相冷媒は、圧縮機１に吸入されて再び圧縮される。

一方、送風ファン５ａによって送風された空気は、第１蒸発器５にて冷却され、さらに、第１蒸発器５の空気流れ下流側に配置された図示しない加熱手段（例えば、温水ヒータコア等）によって、温度設定スイッチ１２ｃによって設定された目標温度まで温調されて、車両前席側領域に吹き出される。

ところで、上述の如く、サイクルの起動時に圧力制御弁４の周囲温度が、ＣＯ₂の臨界温度以上となると、密閉空間Ｂ内のＣＯ₂は超臨界状態となって高圧となる。このため弁体部４１の弁４１ｂが絞り通路４０ｄを閉弁してしまい、第１蒸発器５へ冷媒を流入させることができなくなる。さらに、開閉弁７が閉弁していると冷媒が弁室４０ｅへ流入できなくなり、適切に高圧側冷媒圧力を制御できなくなる。

これに対して、圧力制御弁４の絞り通路４０ｄには、ブリード部を構成する溝４０ｇが形成されているので、絞り通路４０ｄ上流側から下流側へ確実に冷媒を漏らすことができ、感温部４２へ確実に冷媒を流通させて、密閉空間Ｂ内のＣＯ₂を冷却できる。

さらに、本実施形態では、空調制御装置１１は前席側空調モードの起動時に、外気温センサ１１ａの検出値に基づいて、密閉空間Ｂ内のＣＯ₂が臨界圧力以上になっているか否かを判定する。具体的には、外気温センサ１１ａが検出した外気温Ｔａｍが所定値以上になっている場合は、密閉空間Ｂ内のＣＯ₂が臨界圧力以上になっているものと判定する。

従って、本実施形態では、外気温センサ１１ａが物理量検出手段であり、外気温Ｔａｍが密閉空間Ｂの内圧値に関連する物理量となる。そして、空調制御装置１１は、密閉空間Ｂ内のＣＯ₂が臨界圧力以上になっていると判定すると、予め定めた時間だけ、開閉弁７を開弁させる。

これにより、サイクル起動時に弁４１ｂが絞り通路４０ｄを閉じていても、開閉弁７が開弁しているので、放熱器３下流側冷媒が圧力制御弁４の流入口４０ａ→弁室４０ｅ→第２流出口４０ｃの順に流れる。

その結果、感温部４２へ確実に冷媒を流通させて、密閉空間Ｂ内のＣＯ₂を短時間で冷却できるので、短時間で通常の前席側空調モードに移行できる。すなわち、サイクルを起動してから、適切に高圧側冷媒圧力を制御するまでに要する時間を短縮できる。

次に、車両前席側領域および車両後席側領域の空調を行う前後席側空調モードの作動について説明する。この前後席側空調モードは、作動スイッチ１２ａが投入された状態で、後席空調スイッチ１２ｂがＯＮになっている場合に実行される。なお、後席空調スイッチ１２ｂがＯＮになっている場合は、空調制御装置１１は、開閉弁７を開弁させる。

作動スイッチ１２ａが投入されると、前席側空調モードと同様に、圧縮機２→放熱器３→圧力制御弁４の順で冷媒が流れ、圧力制御弁４の作用によって、放熱器３出口側冷媒圧力が目標高圧に制御される。これにより、サイクル効率が高い値になるように高圧側冷媒圧力が制御される。

圧力制御弁４に流入した冷媒の流れは、弁室４０ｅ内の分岐部Ａで分岐され、分岐された一方の冷媒は、絞り通路４０ｄで減圧されて、第１流出口４０ｂから流出して、第１蒸発器５へ流入する。そして、第１蒸発器５へ流入した冷媒は、前席側空調モードと同様に、送風ファン５ａの送風空気を冷却する。

また、分岐部Ａで分岐された他方の冷媒は、高圧のまま第２流出口４０ｃから冷媒配管１０へ流入する。前後側空調モードでは、開閉弁７が開弁しているので、冷媒配管へ流入した冷媒は、膨張弁８にて減圧膨張されるとともに、第２蒸発器９下流側冷媒の過熱度が予め定めた所定値となるように流量調整される。そして、第２蒸発器９へ流入する。

第２蒸発器９へ流入した冷媒は、送風ファン９ａによって送風された空気から吸熱して蒸発する。さらに、第２蒸発器９から流出した冷媒は、第１蒸発器５下流側冷媒と合流してアキュムレータ６へ流入する。

一方、送風ファン９ａによって送風された空気は、第２蒸発器９にて冷却され、さらに、第２蒸発器９の空気流れ下流側に配置された図示しない加熱手段（例えば、電気ヒータ等）によって、温度設定スイッチ１２ｃによって設定された目標温度まで温調されて、車両後席側領域に吹き出される。

本実施形態では、第１、２蒸発器５、９の両者に冷媒が流れている時も、全冷媒流量が感温部を通るため、サイクル起動時にブリード部から漏れる冷媒量が減少しても密閉空間Ｂ内のＣＯ₂を短時間に冷却することができる。

本実施形態の超臨界冷凍サイクルは、上記の如く作動する。そして、圧力制御弁４において、放熱器３出口側冷媒の全流量を流入口４０ａから弁室４０ｅへ流入させているので、弁室４０ｅへ流入した全流量の冷媒の温度を感温部４２に伝えることができる。その結果、前述の特許文献１のサイクルに対して、感温部４２が周囲温度に相等するエンジンルーム内温度の影響を受けにくくなり、適切に高圧側冷媒圧力を制御できる。

しかも、弁室４０ｅに形成された分岐部Ａにて、流入口４０ａから流入した高圧冷媒の流れを分岐しているので、前述の特許文献２のサイクルに対して、分岐部Ａから第２蒸発器９へ至る配管容積を小さくでき、アキュムレータを大型化する必要もない。従って、サイクル全体としての大型化を回避できる。

以上の如く、本実施形態では、サイクルの大型化を招くことなく、適切に高圧側冷媒圧力を制御して、超臨界冷凍サイクル１に高いサイクル効率を発揮させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態の超臨界冷凍サイクル１に対して、図３に示すように、放熱器３下流側冷媒と圧縮機２吸入側冷媒とを熱交換させて放熱器３下流側冷媒を冷却する内部熱交換器１３を設けている。なお、図３では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。これは以下の実施形態でも同様である。

内部熱交換器１３は、放熱器３下流側冷媒を流入させて圧力制御弁４の流入口４０ａ側へ流出させる高圧側冷媒通路１３ａとアキュムレータ６にて分離された気相冷媒を流入させて圧縮機２吸入側へ流出させる低圧側冷媒流路１３ｂとを有している。

この内部熱交換器１３としては種々の構成を採用できる。具体的には、高圧側冷媒流路１３ａと低圧側冷媒流路１３ｂとを形成する冷媒配管同士をろう付け接合して熱交換させる構成や、高圧側冷媒流路１３ａを形成する外側管の内側に低圧側冷媒流路１３ｂを配置する二重管方式の熱交換器構成を採用できる。

また、本実施形態では、流入口４０ａより流入する内部熱交換器出口の冷媒温度に応じて感温部４２が変位することにより高圧圧力を制御しており、第２蒸発器９の出口側は、内部熱交換器１３の低圧側冷媒流路１３ｂと圧縮機２吸入口との間に接続されている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態の超臨界冷凍サイクル１によれば、第１実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、内部熱交換器１３の作用によって、放熱器３下流側冷媒を冷却することができるので、第１、２蒸発器５、９における冷媒入口・出口間の冷媒のエンタルピ差（冷凍能力）を増大させて、より一層、サイクル効率を向上できる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態の圧力制御弁４に対して、図４に示すように、圧力制御弁４３を設けている。なお、図４は、圧力制御弁４３の断面図である。圧力制御弁４３の基本的構成は、第１実施形態の圧力制御弁４と同様である。

圧力制御弁４では、流入口４０ａと第２流出口４０ｃを弁室４０ｅに対して略対象に配置して、流入口４０ａから弁室４０ｅへ流入する冷媒の流れ方向と弁室４０ｅから第２流出口４０ｃへ流出する冷媒の流れ方向がほぼ同一方向になるように構成されている。

これに対して、圧力制御弁４３では、流入口４０ａから弁室４０ｅへ流入する冷媒の流れ方向と弁室４０ｅから第２流出口４０ｃへ流出する冷媒の流れ方向が垂直方向になるように構成されている。その他の構成は第１実施形態と同様である。

本実施形態の圧力制御弁４３によれば、超臨界冷凍サイクル１として第１実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、第１流出口４０ｂから流出する冷媒の流れ方向と第２流出口４０ｃから流出する冷媒の流れ方向とを異なる方向に向けることができるので、圧力制御弁４３から第１、２蒸発器５、９へ至る冷媒配管の取回し自由度を向上できる。

もちろん、冷媒配管の取回しに有利になるように、流入口４０ａから弁室４０ｅへ流入する冷媒の流れ方向と弁室４０ｅから第２流出口４０ｃへ流出する冷媒の流れ方向が、適切な角度となるように構成してもよい。さらに、流入口４０ａから弁室４０ｅへ流入する冷媒の流れ方向と第１流出口４０ｂから流出する冷媒の流れ方向が適切な角度となるように構成してもよい。

（第４実施形態）
本実施形態では、第２の特徴の圧力制御弁４５を採用した第３、４の特徴の超臨界冷凍サイクルを車両用空調装置に適用した例を説明する。図５は、本実施形態の超臨界冷凍サイクル１の全体構成図である。

圧力制御弁４５の詳細については、図６により説明する。なお、図６は、圧力制御弁４５の断面図である。本実施形態の圧力制御弁４５も第１実施形態の圧力制御弁４と同様の機能を有するもので、圧力制御弁４とほぼ同様のハウジング５０、弁体部５１、感温部５２等を有して構成される。

ハウジング５０には、放熱器３出口側に接続されて放熱器３下流側冷媒を流入させる第１流入口５０ａ、第１流入口５０ａから流入した冷媒を流出させる第１流出口５０ｂ、第１流出口５０ｂ下流側冷媒を再びハウジング５０内へ流入させる第２流入口５０ｃ、第１蒸発器５入口側へ冷媒を流出させる第２流出口５０ｄおよび第２蒸発器９入口側へ冷媒を流出させる第３流出口５０ｅが形成される。

また、図６に示すように、ハウジング５０の内部には、弁体部５１が収容される感温室５０ｆおよび弁室５０ｇが形成され、第１流入口５０ａおよび第１流出口５０ｂは、感温室５０ｆを介して連通している。

さらに、第２流入口５０ｃおよび第３流出口５０ｅは、弁室５０ｇを介して連通している。弁室５０ｇには第２流入口５０ｃから流入した冷媒を減圧膨張させる絞り通路５０ｈが形成されており、第２流出口５０ｄは、絞り通路５０ｈを介して、弁室５０ｇに連通している。

従って、第２流入口５０ｃから流入した冷媒の流れは弁室５０ｇ内で分岐されて、第３流出口５０ｅ側および絞り通路５０ｈを介して第２流出口５０ｄ側へ流れる。つまり、本実施形態では、弁室５０ｇの内部に分岐部Ａが形成される。また、感温部５２が取り付けられる取付穴５０ｉは感温室５０ｆと連通するように形成されている。

さらに、ハウジング５０には、第２流入口５０ｃと第２流出口５０ｄとを直接連通させてブリード部として機能する連通穴５０ｊが形成されており、弁体部５１が絞り通路５０ｈを閉弁した状態になっても、連通穴５０ｊを介して第２流入口５０ｃ側から第２流出口５０ｄ側へ冷媒が漏れるようになっている。なお、本実施形態の連通穴５０ｊから漏れる冷媒流量は、直径０．８ｍｍのオリフィスに相当する冷媒流量以下になっている。

弁体部５１は、絞り通路５０ｈの通路面積を調整するもので、感温部５２に連結される円盤状の連結部５１ａ、一方の端部が円錐形状となった円筒状の弁５１ｂ、連結部５１ａと弁５１ｂとを連結する棒状の感温棒５１ｃおよび弁５１ｂから感温棒５１ｃの反対側へ感温棒５１ｃと同軸上に延びる作動棒５１ｄを有している。具体的には、弁体部５１のうち弁５１ｂが変位することによって、絞り通路５０ｈの通路面積が調整される。

なお、本実施形態では、前述の如く、感温部５２が取り付けられる取付穴５０ｉは感温室５０ｆと連通するように形成されているので、感温部５２に連結される連結部５１ａも感温室５０ｆに配置する必要がある。さらに、絞り通路５０ｈは、弁室５０ｇに形成されているので、弁５１ｂも弁室５０ｇに配置する必要がある。

そこで、ハウジング５０には、弁体部５１の軸方向に延びて感温室５０ｆと弁室５０ｇとを貫通する弁配置穴５０ｋが設けられており、弁体部５１は弁配置穴５０ｋを貫通するように配置されている。なお、弁配置穴５０ｋと弁体部５１との隙間は、Ｏ−リング５１ｅによってシールされており、弁体部５１が変位しても感温室５０ｆと弁室５０ｇとが連通することはない。

さらに、作動棒５１ｄはバネ受け５３ａを介してバネ５３に連結されており、このバネ５３によって、弁５１ｂには作動棒５１ｄを介して絞り通路５０ｈを閉弁する側に付勢する荷重がかけられている。

感温部５２は、第１流入口５０ａから流入した冷媒の温度に応じて変位するもので、ハウジング５０の取付穴５０ｉに取り付けられている。なお、感温部５２の基本的構成は、第１実施形態の感温部４２と同様で、カバー５２ａ、シート５２ｂ、ダイアフラム５２ｃによって密閉空間Ｂを形成し、密閉空間ＢにはＣＯ₂が封入されている。さらに、ダイアフラム５２ｃには、弁体部５１の連結部５１ａに連結されている。

また、図５に示すように、圧力制御弁４５の第１流出口５０ｂは、第２実施形態と同様の内部熱交換器１３の高圧冷媒流路１３ａ入口側に接続され、高圧側冷媒流路１３ａ出口側は第２流入口５０ｃに接続され、第２流出口５０ｄは第１蒸発器５の入口側に接続され、第３流出口５０ｅは第２蒸発器９の入口側に接続されている。その他の構成は、第２実施形態と同様である。

次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。第１実施形態と同様に、前席側空調モードでは、圧縮機２→放熱器３→圧力制御弁４５の順で冷媒が流れる。放熱器３から流出した全流量の冷媒は、圧力制御弁４５の第１流入口５０ａから感温室５０ｆへ流入する。

前述の如く、感温部５２は感温室５０ｆに連通する取付穴５０ｉに取り付けられているので、感温室５０ｆへ流入した全流量の冷媒の温度を感温部５２に伝えることができる。これにより、感温部５２の密閉空間Ｂ内のＣＯ₂は、第１流入口５０ａから感温室５０ｆへ流入した冷媒の温度に対応する圧力となる。

そして、密閉空間Ｂの内圧と第１流入口５０ａから流入した冷媒圧力とのバランスに応じて、感温部５２のダイアフラム５２ｃが変位する。さらに、ダイアフラム５２ｃの変位に連動して、弁体部５１の弁５１ｂも変位して、絞り通路５０ｈの通路面積が調整される。

その結果、第１実施形態と同様に、第１流入口５０ａから感温室５０ｆへ流入した冷媒の温度、すなわち、放熱器３出口側冷媒温度に応じて決定される目標高圧に近づくように、放熱器３出口側冷媒圧力が制御される。これにより、サイクル効率が高い値になるように高圧側冷媒圧力が制御される。

感温室５０ｆへ流入した冷媒は、第１流出口５０ｂから内部熱交換器１３の高圧側冷媒通路１３ａへ流入して冷却され、再び第２流入口５０ｃから圧力制御弁４５の弁室５０ｇへ流入する。なお、前席側空調モードでは、通常、開閉弁７が閉弁しているので、弁室５０ｇへ流入した冷媒は、絞り通路５０ｈで減圧されて、第１流出口５０ｄから第１蒸発器５へ流入する。

その他の前席側空調モードの作動、および、起動時の制御については、第１実施形態と同様である。

次に、車両前席側領域および車両後席側領域の空調を行う前後席側空調モードでは、前席側空調モードと同様に、圧縮機２→放熱器３→圧力制御弁４５の順で冷媒が流れ、圧力制御弁４５の作用によって、放熱器３出口側冷媒圧力が目標高圧に制御される。そして、この高圧制御により、サイクル効率を高い値に維持する。

圧力制御弁４５流入した冷媒の流れは、弁室５０ｇ内の分岐部Ａで分岐され、分岐された一方の冷媒は、絞り通路５０ｈで減圧されて、第２流出口５０ｄから流出して、第１蒸発器５へ流入する。そして、第１蒸発器５へ流入した冷媒は、前席側空調モードと同様に、送風ファン５ａの送風空気を冷却する。

また、分岐部Ａで分岐された他方の冷媒は、高圧のまま第３流出口５０ｅから冷媒配管１０へ流入する。その他の前後席側空調モードの作動については、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、上記の如く作動するので、圧力制御弁４５において、放熱器３出口側冷媒の全流量を第１流入口５０ａから感温室５０ｆへ流入させているので、感温室５０ｆへ流入した全流量の冷媒の温度を感温部５２に伝えることができる。さらに、弁室５０ｇに形成された分岐部Ａにて、第２流入口５０ｃから流入した高圧冷媒の流れを分岐できる。その結果、第１、２実施形態と全く同様の効果を得ることができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、第５の特徴の超臨界冷凍サイクルを車両用空調装置に適用した例を説明する。図７は、本実施形態の超臨界冷凍サイクル１の全体構成図である。

図７に示すように、本実施形態では第４実施形態のサイクルに対して、圧力制御弁４６を採用するとともに、内部熱交換器１３と圧力制御弁４６との接続部に接続ブロック１４を設けている。

圧力制御弁４６の詳細については、図８により説明する。なお、図８は、圧力制御弁４６の断面図である。図８に示すように、圧力制御弁４６は、第４実施形態の圧力制御弁４５と基本的に同様の構成であり、ハウジング５０に第３流出口５０ｅが形成されていない点が相違する。従って、分岐部Ａも圧力制御弁４６の弁室５０ｇ内には形成されない。

接続ブロック１４は、内部熱交換器１３の高圧側冷媒流路１３ａ出口側と第２流入口５０ｃとを接続する接続部であり、円柱状あるいは角柱状の金属ブロックに穴開け加工等を施して形成したものである。

接続ブロック１４には、内部熱交換器１３から冷媒を流入させる流入ポート１４ａ、圧力制御弁４６側へ冷媒を流出させる第１流出ポート１４ｂ、および、第２蒸発器９側へ冷媒を流出させる第２流出ポート１４ｃが形成されている。

従って、流入ポート１４ａから流入した冷媒の流れは接続ブロック１４内で分岐されて、第１流出ポート１４ｂ側および第２流出ポート１４ｃ側へ流れる。つまり、本実施形態では、接続ブロック１４の内部に分岐部Ａが形成される。

上記構成の本実施形態の超臨界冷凍サイクル１を作動させても、圧力制御弁４６において、放熱器３出口側冷媒の全流量を第１流入口５０ａから感温室５０ｆへ流入させているので、感温室５０ｆへ流入した全流量の冷媒の温度を感温部５２に伝えることができる。さらに、接続ブロック１４内に形成された分岐部Ａにて、内部熱交換器１３下流側の高圧冷媒の流れを分岐できる。その結果、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、圧力制御弁４６のハウジング５０に第３流出口５０ｅを形成する必要がないので、第４実施形態の圧力制御弁４５に対して、ハウジング５０の加工も容易となる。

（第６実施形態）
第５実施形態では、接続ブロック１４を介して、圧力制御弁４６と内部熱交換器１３とを接続しているが、本実施形態では、図９に示すように接続ブロック１４を廃止するとともに、内部熱交換器１５を採用している。内部熱交換器１５の詳細については図１０により説明する。図１０（ａ）は内部熱交換器１５の全体正面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の側面図である。

この内部熱交換器１５は、高圧側冷媒流路を形成する外側管の内側に低圧側冷媒流路を配置する二重管方式の熱交換部１５ｃと、第５実施形態の接続ブロック１４に対応するジョイント部１５ｄとを有する。すなわち、熱交換部１５ｃとジョイント部１５ｄが一体に構成されたものである。

ジョイント部１５ｄには、圧力制御弁４６の第１流出口５０ｂに接続される高圧側冷媒流路入口１５ｅ、圧力制御弁４６の第２流入口５０ｃに接続される高圧側冷媒流路出口１５ｆ、冷媒配管１０に接続される分岐出口１５ｇが形成されている。従って、本実施形態では、ジョイント部１５ｄ内に分岐部Ａが形成される。

また、熱交換部１５ｃには、高圧側冷媒流路を通過する高圧冷媒と低圧側冷媒流路を通過する低圧冷媒とが、対向流となるように、低圧側冷媒流路入口１５ｈ、低圧側冷媒流路出口１５ｉが形成されている。これにより、高圧冷媒と低圧冷媒との温度差を確保して効率的に熱交換できるようになっている。

本実施形態の超臨界冷凍サイクルを作動させても、第５実施形態と全く同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、密閉空間Ｂの内圧値に関連する物理量として外気温Ｔａｍを採用し、物理量検出手段として、外気温センサ１１ａを採用した例を説明したが、物理量はこれに限定されない。

例えば、上記の物理量として第１蒸発器５下流側空気温度、第２蒸発器９下流側空気温度を採用してもよい。すなわち、起動直後の第１蒸発器５吹出空気温度、第２蒸発器９吹出空気温度を採用することができる。さらに、圧縮機２に駆動力を与えるエンジンの冷却水温度を採用してもよい。

（２）第３実施形態では、圧力制御弁４について、冷媒配管の取回しに有利になるように、各流入・流出口流入口４０ａ〜４０ｃにおける冷媒の流れ方向を変更しても良いことを説明したが、これは、第４〜６実施形態の圧力制御弁４５、４６についても同様である。すなわち、圧力制御弁４５、４６の各流入・流出口５０ａ〜５０ｅにおける冷媒の流れ方向を適切な向きに変更してもよい。

（３）上述の実施形態では、溝４０ｇおよび連通穴５０ｊによってブリード部を構成しているが、このブリード部は廃止してもよい。上述の各実施形態では、起動時に開閉弁７を開弁させる制御を行って密閉空間Ｂを冷却できるからである。

（４）上述の実施形態では、第２蒸発器９の上流側に、膨張弁８を配置しているが、膨張弁８を廃止して、オリフィス、キャピラリチューブ等の固定絞り、電気式の流量制御弁等を採用してもよい。なお、固定絞りを採用する場合は、第２蒸発器９の下流側をアキュムレータ６に接続しておくことが望ましい。

（５）上述の実施形態では、放熱器３を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、第１、２蒸発器５、９を室内側熱交換器として車室内の冷却用に適用しているが、逆に、第１、２蒸発器５、９を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、放熱器３を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する室内側熱交換器として構成するヒートポンプサイクルに本発明を適用してもよい。

第１実施形態の超臨界冷凍サイクルの全体構成図である。 第１実施形態の圧力制御弁の断面図である。 第２実施形態の超臨界冷凍サイクルの全体構成図である。 第３実施形態の圧力制御弁の断面図である。 第４実施形態の超臨界冷凍サイクルの全体構成図である。 第４実施形態の圧力制御弁の断面図である。 第５実施形態の超臨界冷凍サイクルの全体構成図である。 第５実施形態の圧力制御弁の断面図である。 第６実施形態の超臨界冷凍サイクルの全体構成図である。 （ａ）は第６実施形態の内部熱交換器の正面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

符号の説明

２…圧縮機、３…放熱器、４、４５、４６…圧力制御弁、５…第１蒸発器、
７…開閉弁、９…第２蒸発器、１０…冷媒通路、１１…空調制御装置、
１１ａ…外気温センサ、１３、１５…内部熱交換器、１４…接続ブロック、
１５ｄ…接続部、４０、５０…ハウジング、４０ａ…流入口、４０ｂ…第１流出口、
４０ｃ…第２流出口、４０ｄ、５０ｈ…絞り通路、４０ｇ、５０ｊ…ブリード部、
４１、５１…弁体部、４２、５２…感温部、５０ａ…第１流入口、５０ｂ…第１流出口、
５０ｃ…第２流入口、５０ｄ…第２流出口、５０ｅ…第３流出口、５０ｊ…ブリード部。

Claims (12)

1. 臨界圧力以上に昇圧された高圧冷媒を放熱させる放熱器（３）および低圧冷媒を蒸発させる第１、２蒸発器（５、９）を有する超臨界冷凍サイクルに適用されて、前記放熱器（３）下流側冷媒温度に応じて前記放熱器（３）出口側冷媒圧力を制御する圧力制御弁であって、
   前記放熱器（３）下流側冷媒を流入させる流入口（４０ａ）、前記第１蒸発器（５）入口側へ冷媒を流出させる第１流出口（４０ｂ）、および、前記第２蒸発器（９）入口側へ冷媒を流出させる第２流出口（４０ｃ）が形成されたハウジング（４０）と、
   前記流入口（４０ａ）から流入した冷媒の温度に応じて変位する感温部（４２）と、
   前記感温部（４２）の変位に連動して前記流入口（４０ａ）から流入した冷媒を減圧膨張させる絞り通路（４０ｄ）の通路面積を変化させる弁体部（４１）と、
   前記絞り通路（４０ｄ）上流側冷媒の流れを分岐する分岐部（Ａ）とを備え、
   前記第１流出口（４０ｂ）は、前記分岐部（Ａ）で分岐された一方の冷媒であって、かつ、前記絞り通路（４０ｄ）下流側冷媒を流出させるようになっており、
   前記第２流出口（４０ｃ）は、前記分岐部（Ａ）で分岐された他方の冷媒を流出させるようになっていることを特徴とする圧力制御弁。
2. 臨界圧力以上に昇圧された高圧冷媒を放熱させる放熱器（３）および低圧冷媒を蒸発させる第１、２蒸発器（５、９）を有する超臨界冷凍サイクルに適用されて、前記放熱器（３）出口側冷媒温度に応じて前記放熱器（３）出口側冷媒圧力を制御する圧力制御弁であって、
   前記放熱器（３）出口側冷媒を流入させる第１流入口（５０ａ）、前記第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒を流出させる第１流出口（５０ｂ）、前記第１流出口（５０ｂ）下流側冷媒を流入させる第２流入口（５０ｃ）、前記第１蒸発器（５）入口側へ冷媒を流出させる第２流出口（５０ｄ）、および、前記第２蒸発器（９）入口側へ冷媒を流出させる第３流出口（５０ｅ）を有するハウジング（５０）と、
   前記第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒の温度に応じて変位する感温部（５２）と、
   前記感温部（５２）の変位に連動して前記第２流入口（５０ｃ）から流入した冷媒を減圧膨張させる絞り通路（５０ｈ）の通路面積を変化させる弁体部（５１）と、
   前記絞り通路（５０ｈ）上流側の冷媒の流れを分岐する分岐部（Ａ）とを備え、
   前記第２流出口（５０ｄ）は、前記分岐部（Ａ）で分岐された一方の冷媒であって、かつ、前記絞り通路（５０ｈ）下流側冷媒を流出させるようになっており、
   前記第３流出口（５０ｅ）は、前記分岐部（Ａ）で分岐された他方の冷媒を流出させるようになっていることを特徴とする圧力制御弁。
3. 請求項１または２に記載の圧力制御弁（４、４５）を備えることを特徴とする超臨界冷凍サイクル。
4. 請求項２に記載の圧力制御弁（４５）と、
   冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（２）と、
   前記圧縮機（２）吸入冷媒と前記第１流出口（５０ｂ）下流側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（１３）とを備える超臨界冷凍サイクルであって、
   前記内部熱交換器（１３）の高圧冷媒出口は、前記第２流入口（５０ｃ）に接続されていることを特徴とする超臨界冷凍サイクル。
5. 冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（２）と、
   前記圧縮機（２）吐出冷媒を冷却する放熱器（３）と、
   前記放熱器（３）出口側冷媒の温度に応じて前記放熱器（３）出口側冷媒の圧力を制御する圧力制御手段（４６）と、
   低圧冷媒を蒸発させる第１、２蒸発器（５、９）とを備え、
   高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルであって、
   前記圧力制御手段（４６）は、前記放熱器（３）下流側冷媒を流入させる第１流入口（５０ａ）、前記第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒を流出させる第１流出口（５０ｂ）、前記第１流出口（５０ｂ）下流側冷媒を流入させる第２流入口（５０ｃ）、および、第１蒸発器５入口側へ冷媒を流出させる第２流出口（５０ｄ）が形成されたハウジング（５０）と、前記第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒の温度に応じて変位する感温部（５２）と、前記感温部（５２）の変位に連動して前記第２流入口（５０ｃ）から流入した冷媒を減圧膨張させる絞り通路（５０ｈ）の通路面積を変化させる弁体部（５１）とを有し、
   前記第２流入口（５０ｃ）には、前記流出口（５０ｂ）下流側冷媒の流れを分岐する分岐部（Ａ）で分岐された一方の冷媒が流入し、
   前記第１蒸発器（５）には、前記絞り通路（５０ｈ）下流側冷媒が流入し、
   前記第２蒸発器（９）には、前記分岐部（Ａ）で分岐された他方の冷媒が流入するようになっていることを特徴とする超臨界冷凍サイクル。
6. さらに、前記圧縮機（２）吸入冷媒と前記流出口（５０ｂ）下流側冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（１３、１５）を備え、
   前記分岐部（Ａ）では、前記内部熱交換器（１３、１５）で熱交換された高圧冷媒の流れを分岐するようになっていることを特徴とする請求項５に記載の超臨界冷凍サイクル。
7. 前記分岐部（Ａ）は、前記内部熱交換器（１３、１５）と前記第２流入口（５０ｃ）とを接続する接続部（１４、１５ｄ）に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の超臨界冷凍サイクル。
8. 前記接続部（１５ｄ）は、前記内部熱交換器（１５）に一体に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の超臨界冷凍サイクル。
9. さらに、前記分岐部（Ａ）から前記第２蒸発器（９）へ至る冷媒流路（１０）を開閉する開閉弁（７）と、
   前記感温部（５２）を構成する密閉空間（Ｂ）の内圧値に関連する物理量（Ｔａｍ）を検出する物理量検出手段（１１ａ）と、
   前記開閉弁（７）の作動を制御する制御手段（１１）とを備え、
   前記密閉空間（Ｂ）は、前記第１流入口（５０ａ）から流入した冷媒の温度に応じて内圧が変化するようになっており、
   前記制御手段（１１）は、サイクル起動時であって、かつ、前記物理量（Ｔａｍ）に基づいて決定される前記内圧値が冷媒の臨界圧力以上になっているとき、前記開閉弁（７）を開弁させるようになっていることを特徴とする請求項３ないし８のいずれか１つに記載の超臨界冷凍サイクル。
10. 前記物理量は、外気温（Ｔａｍ）であることを特徴とする請求項９に記載の超臨界冷凍サイクル。
11. 前記物理量は、前記第１蒸発器（５）下流側空気温度および前記第２蒸発器（９）下流側空気温度のうち、いずれか一方、あるいは両者の組合せであることを特徴とする請求項９に記載の超臨界冷凍サイクル。
12. 前記ハウジング（４０、５０）には、前記弁体部（４１、５１）が前記絞り通路（４０ｄ、５０ｈ）を閉弁した際に、前記絞り通路（４０ｄ、５０ｈ）上流側から下流側へ冷媒を漏らすブリード部（４０ｇ、５０ｊ）が形成されており、
    前記ブリード部（４０ｇ、５０ｊ）から漏れる冷媒流量は、直径０．８ｍｍのオリフィスに相当する冷媒流量以下になっていることを特徴とする請求項３ないし１１のいずれか１つの超臨界冷凍サイクル。

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