JP2015017764A - 冷媒圧力制御弁および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動圧縮機を用いる冷凍サイクル装置に冷媒圧力制御弁を設ける場合における、冷房負荷が高いときの冷房能力不足を回避可能にする。【解決手段】蒸発器の出口側の冷媒圧力を所定圧以上に制御する冷媒圧力制御弁５０において、弁体５４の有効受圧面積をベローズ５６の有効受圧面積よりも大きくすることにより、蒸発器の出口側の冷媒圧力を、冷媒流量に関わらず略一定にするか、或いは冷媒流量の増加にともなって低下させる。【選択図】図２

Description

本発明は、蒸発器の出口側における冷媒の圧力を制御する冷媒圧力制御弁およびそれを用いた冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の車両用冷凍サイクル装置の圧縮機は、マグネットクラッチを介して内燃機関にて駆動されるようになっている。そして、冷凍サイクル装置の冷房能力制御は、マグネットクラッチをオン・オフさせることで行っていた。この方法によれば、蒸発器からの吹き出し風温度をある幅で制御できるため、広く採用されていた。

また、マグネットクラッチの断続音を問題にする一部の上級車種では、冷凍サイクル装置を一旦起動させるとマグネットクラッチは繋いだままとするものがある。この場合、蒸発器下流に冷媒圧力制御弁を設置し、蒸発器の出口側の冷媒圧力を所定圧以上に制御することにより、冷房負荷が低下しても蒸発器のフロストが発生しないようにしていた。

しかしながら、このような冷凍サイクル装置においては、圧縮機は比較的大型の固定容量型で、内燃機関に直結されるため、急加速時のように圧縮機の回転速度が急上昇する場合、冷媒圧力制御弁の追従が遅れて蒸発器の出口側の冷媒圧力が所定圧未満まで低下してしまい、蒸発器のフロストが発生することがあった。

そこで、冷媒圧力制御弁の追従遅れによるフロストを防止するために、所謂ベローズ式の冷媒圧力制御弁においては、ベローズの有効受圧面積を、弁体の有効受圧面積と等しいかそれよりも大きく設計する必要があった（例えば、特許文献１参照）。

一方、車両走行駆動源として走行用電動機と内燃機関を併用する非プラグイン型のハイブリッド車では、停車時に内燃機関が停止することから、冷凍サイクル装置の圧縮機として電動圧縮機を採用している。

この場合、電動圧縮機の回転速度を調整して冷房能力制御を行うことができるため、冷媒圧力制御弁を設ける必要性は低いが、蒸発器のフロストを確実に防止するために冷媒圧力制御弁を設けることも検討されている。

また、電気自動車の冷凍サイクル装置においては、電動圧縮機を用いるとともに、暖房熱源を得るためにヒートポンプ回路を構成して、冷暖房・除湿機能を持たせている。さらに、プラグインハイブリッド車の冷凍サイクル装置は、内燃機関の稼働率が低いため内燃機関の冷却水を暖房熱源として利用しがたく、したがって電気自動車の冷凍サイクル装置と同様の構成になっている。

そして、ヒートポンプ式の冷凍サイクル装置においては、特に除湿暖房時の成績係数を向上するために室外熱交換器と蒸発器を並列に接続し、蒸発器が低外気温時でもフロストしないように、蒸発器下流に冷媒圧力制御弁を設置するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

実公昭５７−２３７４７号公報 特開２０１２−２２５６３７号公報

しかしながら、電動圧縮機を用いる冷凍サイクル装置に冷媒圧力制御弁を設ける場合、従来のように冷媒圧力制御弁のベローズの有効受圧面積を弁体の有効受圧面積と等しいかそれよりも大きく設計すると、冷房負荷の増加に伴って（すなわち、冷媒流量の増加に伴って）冷媒圧力制御弁の開度は全開に近づくが、一方で、蒸発器の出口側の冷媒圧力も上昇するため吹き出し温度が予定通りに下げられない、すなわち冷房能力が不足するという問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、冷房負荷が高いときの冷房能力不足を回避可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内部に冷媒通路（５３）が形成されたケース（５１、５２）と、ケースに設けられ、蒸発器（２０）から冷媒を導入する冷媒導入口（５１１）と、ケースに設けられ、圧縮機（１１）へ冷媒を導出する冷媒導出口（５２１）と、冷媒導入口側の冷媒圧力により冷媒通路を開く向きに付勢されるとともに、冷媒導出口側の冷媒圧力により冷媒通路を閉じる向きに付勢される弁体（５４）と、冷媒導出口側の冷媒圧力により弁体を開弁向きに付勢するベローズ（５６）とを備え、弁体の有効受圧面積がベローズの有効受圧面積よりも大きいことを特徴とする。

これによると、弁体の有効受圧面積をベローズの有効受圧面積よりも大きくしたことにより、蒸発器の出口側の冷媒圧力を、冷媒流量に関わらず略一定にするか、或いは冷媒流量の増加にともなって低下させることができる。したがって、冷房負荷が高いときの冷房能力不足を回避することができる。

ところで、電動圧縮機を用いる冷凍サイクル装置においては、走行条件と無関係に圧縮機の回転速度で能力制御が可能となったので、急加速などによる蒸発器のフロストのリスクは殆どなく、したがって、そのリスクを回避するために冷媒圧力制御弁のベローズの有効受圧面積を弁体の有効受圧面積と同等以上にするといった設計は不要である。

よって、請求項２に記載の発明のように、電動圧縮機を用いる冷凍サイクル装置に、請求項１に記載の冷媒圧力制御弁を採用することにより、蒸発器のフロストを回避しつつ、冷房負荷が高いときの冷房能力不足を回避することができる。

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。

本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置を採用した車両用空調装置の概略構成図である。 図１の冷媒圧力制御弁の断面図である。 図２の冷媒圧力制御弁における要部の拡大断面図である。 図２の冷媒圧力制御弁の特性図である。

本発明の一実施形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置１０を、内燃機関および走行用電動機から車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両の車両用空調装置１に適用している。この冷凍サイクル装置１０は、車両用空調装置１において、空調対象空間である車室内へ送風される車室内送風空気を冷却あるいは加熱する機能を果たす。

このため、冷凍サイクル装置１０は、車室内を冷房する冷房モード（冷房運転）の冷媒流路、車室内を除湿しながら暖房する除湿暖房モード（除湿運転）の冷媒流路、車室内を暖房する暖房モード（暖房運転）の冷媒流路を切替可能に構成されている。

圧縮機１１は、エンジンルーム（図示略）内に配置されて、冷凍サイクル装置１０において冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構１１ａを電動機１１ｂにて駆動する電動圧縮機である。圧縮機構１１ａとしては、具体的には、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用することができる。

電動機１１ｂは、制御装置（図示略）から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機構１１ａの冷媒吐出能力が変更される。

圧縮機１１の吐出口側には、室内凝縮器１２の入口側が接続されている。放熱器としての室内凝縮器１２は、後述する室内空調ユニット３０のケーシング３１内に配置されて、圧縮機１１から吐出された吐出冷媒（高圧冷媒）を放熱させて、後述する蒸発器２０を通過した車室内送風空気を加熱する。

室内凝縮器１２の出口側には、室内凝縮器１２から流出した冷媒を後述する室外熱交換器１５へ導く第１冷媒通路１３が接続されている。この第１冷媒通路１３には、第１冷媒通路１３の通路面積（絞り開度）を変更可能に構成された第１膨張弁１４が配置されている。

より具体的には、この第１膨張弁１４は、第１冷媒通路１３の通路開度（絞り開度）を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。

本実施形態の第１膨張弁１４は、絞り開度を全開した際に第１冷媒通路１３を全開する全開機能付きの可変絞り機構で構成されている。つまり、第１膨張弁１４は、第１冷媒通路１３を全開にすることで冷媒の減圧作用を発揮させないようにすることができる。また、第１膨張弁１４は、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

第１膨張弁１４の出口側には、室外熱交換器１５の入口側が接続されている。室外熱交換器１５は、その内部を流通する冷媒と送風ファン（図示略）から送風された外気とを熱交換させるものである。この室外熱交換器１５は、暖房モード時等には、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる蒸発器として機能し、冷房モード時等には、冷媒を放熱させる放熱器として機能する。

室外熱交換器１５の出口側には、室外熱交換器１５から流出した冷媒を後述するアキュムレータ２１を介して圧縮機１１の吸入側へ導く第２冷媒通路１６、および室外熱交換器１５から流出した冷媒を後述する蒸発器２０およびアキュムレータ２１を介して圧縮機１１の吸入側へ導く第３冷媒通路１８が接続されている。

この第２冷媒通路１６には、第１開閉弁１７が配置されている。この第１開閉弁１７は、第２冷媒通路１６を開閉する電磁弁であり、制御装置から出力される制御信号により、その作動が制御される。

なお、第１開閉弁１７が開いている場合、冷媒が第２冷媒通路１６を通過する際に生ずる圧力損失は、冷媒が第３冷媒通路１８を通過する際に生ずる圧力損失に対して小さい。その理由は、第３冷媒通路１８には、後述する逆止弁２４および第２膨張弁１９が配置されているからである。従って、室外熱交換器１５から流出した冷媒は、第１開閉弁１７が開いている場合には、第２冷媒通路１６側に流れ、第１開閉弁１７が閉じている場合には、第３冷媒通路１８側に流れる。

このように第１開閉弁１７は、第２冷媒通路１６を開閉することによって、サイクル構成（冷媒流路）を切り替える機能を果たす。

また、第３冷媒通路１８には、第３冷媒通路１８の通路面積（絞り開度）を変更可能に構成された第２膨張弁１９が配置されている。より具体的には、この第２膨張弁１９は、第３冷媒通路１８の通路開度（絞り開度）を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータとを有して構成される電気式の可変絞り機構である。

本実施形態の第２膨張弁１９は、絞り開度を全開した際に第３冷媒通路１８を全開する全開機能、および絞り開度を全閉した際に第３冷媒通路１８を閉鎖する全閉機能付きの可変絞り機構で構成されている。つまり、第２膨張弁１９は、冷媒の減圧作用を発揮させないようにすることができるようにすること、および第３冷媒通路１８を開閉することができる。なお、第２膨張弁１９は、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

第２膨張弁１９の出口側には、蒸発器２０の入口側が接続されている。蒸発器２０は、室内空調ユニット３０のケーシング３１内のうち、室内凝縮器１２の車室内送風空気流れ上流側に配置され、冷房モード時および除湿暖房モード時等にその内部を流通する冷媒を、室内凝縮器１２通過前の車室内送風空気と熱交換させて蒸発させ、吸熱作用を発揮させることにより車室内送風空気を冷却する。

蒸発器２０の出口側には、アキュムレータ２１の入口側が接続されている。アキュムレータ２１は、その内部に流入した冷媒の気液を分離して、サイクル内の余剰冷媒を蓄える気液分離器である。アキュムレータ２１の気相冷媒出口には、圧縮機１１の吸入口側が接続されている。従って、アキュムレータ２１は、圧縮機１１に液相冷媒が吸入されることを抑制し、圧縮機１１における液圧縮を防止する機能を果たす。

また、第１冷媒通路１３における室内凝縮器１２の出口側から第１膨張弁１４の入口側へ至る範囲の冷媒を、第３冷媒通路１８における室外熱交換器１５の出口側から第２膨張弁１９の入口側へ至る範囲へ導くバイパス通路２２が設けられている。換言すると、このバイパス通路２２は、室内凝縮器１２から流出した冷媒を、第１膨張弁１４および室外熱交換器１５を迂回させて第２膨張弁１９の入口側へ導く冷媒通路である。

このバイパス通路２２には、第２開閉弁２３が配置されている。この第２開閉弁２３は、バイパス通路２２を開閉する電磁弁であり、制御装置から出力される制御信号により、その作動が制御される。なお、第２開閉弁２３は、バイパス通路２２を開閉することによって、サイクル構成（冷媒流路）を切り替える機能を果たす。

また、第３冷媒通路１８における室外熱交換器１５の出口側とバイパス通路２２および第３冷媒通路１８の合流部との間に、逆止弁（逆流防止手段）２４が配されている。この逆止弁２４は、室外熱交換器１５の出口側から第２膨張弁１９の入口側への冷媒の流れを許容し、第２膨張弁１９の入口側から室外熱交換器１５の出口側への冷媒の流れを禁止するもので、この逆止弁２４によってバイパス通路２２から第３冷媒通路１８に合流した冷媒が室外熱交換器１５側へ流れることを防止することができる。

さらに、第３冷媒通路１８における蒸発器２０の出口側に、蒸発器２０の出口側の冷媒圧力を所定圧以上に制御する冷媒圧力制御弁５０が配置されている。

図２、図３に示すように、この冷媒圧力制御弁５０は、筒状の第１ケース５１と筒状の第２ケース５２とを備え、第１ケース５１と第２ケース５２とによって略円柱状の空間であるケース内冷媒通路５３が内部に形成されている。なお、第１ケース５１と第２ケース５２は、本発明のケースを構成している。

第１ケース５１には、蒸発器２０から流出した冷媒をケース内冷媒通路５３に導入する冷媒導入口５１１、後述する弁体５４が摺動自在に挿入されるガイド孔５１２、および後述する弁体鍔部５４２が接離するシート面５１３が形成されている。なお、ガイド孔５１２は、ケース内冷媒通路５３の一部をなしている。

第２ケース５２には、ケース内冷媒通路５３を通過した冷媒を、アキュムレータ２１を介して圧縮機１１へ導出する冷媒導出口５２１が形成されている。

弁体５４は、有底円筒状の部材であり、円筒部に貫通孔形状の弁体通路孔５４１が形成され、底部側外周面に径外方向に突出する弁体鍔部５４２が形成され、弁体鍔部５４２の一端側端面に、Ｌ字状の弁体鉤部５４３が２つ形成され、さらに、底部にオイル戻し用のオイル通路孔５４４が形成されている。

そして、弁体５４は、円筒部がガイド孔５１２に摺動自在に挿入され、弁体５４の位置により弁体通路孔５４１の開度が変化する（すなわち、ケース内冷媒通路５３が開閉される）ようになっている。

また、弁体５４は、冷媒導入口５１１側の冷媒圧力（すなわち、蒸発器２０の出口側の冷媒圧力）により、弁体通路孔５４１の開度が増加する向きに付勢されるとともに、冷媒導出口５２１側の冷媒圧力（すなわち、アキュムレータ２１の入口側の冷媒圧力）により弁体通路孔５４１の開度が減少する向きに付勢される。

ケース内冷媒通路５３には、保持板５５が配置されている。この保持板５５は、ケース内冷媒通路５３の軸方向に対して垂直な方向に延びる３本の脚部を有するＹ字状の部材であり、その３本の脚部の最外周側が第１ケース５１と第２ケース５２に挟持されている。また、３本の脚部間が、冷媒を流通させる連通路になっている。

ケース内冷媒通路５３には、ベローズ５６が配置されている。このベローズ５６は、ケース内冷媒通路５３の軸方向に伸縮自在に形成された中空の筒状部材である。そして、ベローズ５６は、ベローズ５６のばね力により、弁体鍔部５４２がシート面５１３に当接する向きに（すなわち、閉弁向きに）弁体５４を付勢する。

ベローズ５６の軸方向一端側には、雄ねじ部５６１が形成されている。そして、この雄ねじ部５６１を保持板５５に螺合させ、雄ねじ部５６１に螺合されたナット５７を締め付けて、ベローズ５６を保持板５５に固定している。この際、ベローズ５６のばね力と後述するスプリング５８のばね力の合計初期荷重が所定値になるように、ベローズ５６と保持板５５の相対位置を調整する。

ベローズ５６の軸方向他端側には、円板状のベローズ板部５６２が設けられている。このベローズ板部５６２を弁体鉤部５４３に係合させることにより、ベローズ５６と弁体５４が連結されている。

そして、ベローズ５６には、冷媒導出口５２１側の冷媒圧力によりベローズ５６の軸方向に収縮する向きの力が作用する。その冷媒導出口５２１側の冷媒圧力に基づく力により、ベローズ５６は、弁体鍔部５４２がシート面５１３から離れる向きに（すなわち、開弁向きに）弁体５４を付勢する。

ここで、弁体５４の有効受圧部径Ｄｖは、ベローズ５６の有効受圧部径Ｄｂよりも大きく設定されている。したがって、弁体５４の有効受圧面積は、ベローズ５６の有効受圧面積よりも大きく設定されている。

ベローズ５６の内部空間には、スプリング５８が配置されている。このスプリング５８は、弁体鍔部５４２がシート面５１３に当接する向きに（すなわち、閉弁向きに）弁体５４を付勢する。

ベローズ５６の内部空間には、ガイド部材５９、ステム６０、およびプレート６１が配置されている。筒状のガイド部材５９にステム６０が摺動自在に挿入され、ステム６０におけるガイド部材５９から突出した側の端部に、プレート６１が接合されている。

ガイド部材５９は、スプリング５８により、ベローズ５６における軸方向一端側の内部端面に押し付けられている。プレート６１は、スプリング５８により、ベローズ５６における軸方向他端側の内部端面に押し付けられている。

そして、ガイド部材５９、ステム６０、およびプレート６１は、ベローズ５６がその軸方向に対して平行に伸縮するように、ベローズ５６の伸縮の動きをガイドする。

次に、室内空調ユニット３０について説明する。室内空調ユニット３０は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されて、その外殻を形成するケーシング３１内に送風機３２、上述の室内凝縮器１２、および蒸発器２０、ヒータコア３４等を収容したものである。

ケーシング３１は、車室内送風空気の空気通路を形成しており、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂（例えば、ポリプロピレン）にて成形されている。ケーシング３１内の送風空気流れ最上流側には、車室内空気（内気）と外気とを切替導入する内外気切替装置３３が配置されている。

内外気切替装置３３には、ケーシング３１内に内気を導入させる内気導入口および外気を導入させる外気導入口が形成されている。さらに、内外気切替装置３３の内部には、内気導入口および外気導入口の開口面積を連続的に調整して、内気の風量と外気の風量との風量割合を変化させる内外気切替ドアが配置されている。

内外気切替装置３３の空気流れ下流側には、内外気切替装置３３を介して導入された空気を車室内に向けて送風する送風機３２が配置されている。この送風機３２は、遠心多翼ファン（シロッコファン）３２ａを電動機３２ｂにて駆動する電動送風機であって、制御装置から出力される制御信号（制御電圧）によって回転数（送風量）が制御される。

送風機３２の空気流れ下流側には、蒸発器２０、ヒータコア３４、および室内凝縮器１２が、車室内送風空気の流れに対して、この順に配置されている。換言すると、蒸発器２０は、室内凝縮器１２およびヒータコア３４に対して、車室内送風空気の流れ方向上流側に配置されている。

ここで、ヒータコア３４は、車両走行用の駆動力を出力する内燃機関の冷却水と車室内送風空気とを熱交換させる加熱用熱交換器である。なお、本実施形態のヒータコア３４は、室内凝縮器１２に対して車室内送風空気の流れ方向上流側に配置されている。また、ケーシング３１内には、蒸発器２０を通過した空気を室内凝縮器１２およびヒータコア３４を迂回させて流す冷風バイパス通路３５が形成されている。

蒸発器２０の空気流れ下流側であって、かつ、室内凝縮器１２およびヒータコア３４の空気流れ上流側には、蒸発器２０通過後の空気のうち、室内凝縮器１２およびヒータコア３４を通過させる空気と冷風バイパス通路３５を通過させる空気との風量割合を調整するエアミックスドア３６が配置されている。また、室内凝縮器１２の空気流れ下流側および冷風バイパス通路３５の空気流れ下流側には、室内凝縮器１２を通過した空気と 冷風バイパス通路３５を通過した空気とを混合させる混合空間が設けられている。

さらに、ケーシング３１の送風空気流れ最下流側には、混合空間にて混合された空調風を、空調対象空間である車室内へ吹き出す吹出口（図示略）が配置されている。具体的には、吹出口としては、車室内の乗員の上半身へ空調風を吹き出すフェイス吹出口、乗員の足元へ空調風を吹き出すフット吹出口、および車両前面窓ガラス内側面へ空調風を吹き出すデフロスタ吹出口が設けられている。

従って、エアミックスドア３６が室内凝縮器１２を通過させる空気と冷風バイパス通路３５を通過させる空気との風量割合を調整することで、混合空間にて混合された空調風の温度が調整され、各吹出口から吹き出される空調風の温度が調整される。なお、エアミックスドア３６は、制御装置から出力される制御信号によって作動するサーボモータ（図示略）によって駆動される。

さらに、フェイス吹出口、フット吹出口、およびデフロスタ吹出口の送風空気流れ上流側には、フェイス吹出口の開口面積を調整するフェイスドア（図示略）、フット吹出口の開口面積を調整するフットドア（図示略）、およびデフロスタ吹出口の開口面積を調整するデフロスタドア（図示略）が配置されている。

これらのフェイスドア、フットドア、およびデフロスタドアは、吹出口モードを切り替える吹出口モード切替手段を構成するものであって、リンク機構等を介して、制御装置から出力される制御信号によってその作動が制御されるサーボモータ（図示略）によって駆動される。

上記構成の車両用空調装置１では、前述の如く、車室内を冷房する冷房運転、車室内を暖房する暖房運転、車室内を除湿しながら暖房する除湿暖房運転に切り替えることができる。なお、各運転モード毎の具体的な作動や制御については、特開２０１２−２２５６３７号公報に記載された通りであり、ここではその説明を省略する。

以下、冷房運転および除湿暖房運転時の、冷媒圧力制御弁５０の作動について説明する。

冷房運転および除湿暖房運転時には、蒸発器２０の内部を流通する冷媒を車室内送風空気と熱交換させて蒸発させ、吸熱作用を発揮させることにより車室内送風空気を冷却する。

そして、蒸発器２０を通過した冷媒は冷媒圧力制御弁５０に導入され、冷媒圧力制御弁５０により蒸発器２０の出口側の冷媒圧力が制御される。

具体的には、冷媒圧力制御弁５０の弁体５４は、冷媒導入口５１１側の冷媒圧力により、弁体通路孔５４１の開度が増加する向きに付勢される。また、ベローズ５６に作用する冷媒導出口５２１側の冷媒圧力に基づく力により、弁体５４は弁体通路孔５４１の開度が増加する向きに付勢される。さらに、弁体５４は、冷媒導出口５２１側の冷媒圧力、ベローズ５６のばね力、およびスプリング５８のばね力により、弁体通路孔５４１の開度が減少する向きに付勢される。

すなわち、冷媒圧力制御弁５０の力の釣り合いは、式１のように表される。

Ｐ１×Ａ１＋Ｐ２×Ａ２−Ｋ×Ｌ−Ｐ２×Ａ１＝Ｆ０…（式１）
なお、Ｐ１は１次圧（すなわち、冷媒導入口５１１側の冷媒圧力。換言すると、蒸発器２０の出口側の冷媒圧力）、Ｐ２は２次圧（すなわち、冷媒導出口５２１側の冷媒圧力。換言すると、アキュムレータ２１の入口側の冷媒圧力）である。

また、Ａ１は弁体５４の有効受圧面積、Ａ２はベローズ５６の有効受圧面積、Ｋはベローズ５６とスプリング５８の合計ばね定数、Ｌは弁体５４のリフト量、Ｆ０はベローズ５６のばね力とスプリング５８のばね力の合計初期荷重である。

ここで、弁体有効受圧面積Ａ１とベローズ有効受圧面積Ａ２を等しく設計すると、Ｐ１×Ａ１＝Ｋ×Ｌ＋Ｆ０となって、弁の釣り合いは２次圧Ｐ２とは無関係となり、リフト量Ｌ（すなわち、蒸発器２０を通過する冷媒の流量）の増加に伴って１次圧Ｐ１は上昇する（図４の実線）。

一方、本実施形態の冷媒圧力制御弁５０のように、Ａ２＜Ａ１とした場合の制御圧特性は、図４に破線で示すように、弁体有効受圧面積Ａ１とベローズ有効受圧面積Ａ２の面積比（Ａ１／Ａ２）に応じて変化し、その面積比が大きい程、リフト量Ｌが大（すなわち、冷媒流量大）のときの１次圧Ｐ１を低く抑え込むことができる。

因みに、１設計例では、Ａ１＝１．０２×Ａ２ で設計すると、制御圧特性がほぼフラットになり、蒸発器２０のフロスト限界ギリギリまで１次圧Ｐ１を下げて冷房能力不足を回避することができる。

また、Ａ１＝１．０５×Ａ２で設計すると、リフト量Ｌの増加に伴って１次圧Ｐ１は低下し、したがって、冷房負荷が高い冷媒流量大のときには蒸発器２０のフロスト限界ギリギリまで１次圧Ｐ１を下げて冷房能力不足を回避し、逆に冷房能力に余裕のある冷媒流量小のときには１次圧Ｐ１を高めに制御して省電力化を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態の冷凍サイクル装置１０では、弁体有効受圧面積Ａ１をベローズ有効受圧面積Ａ２よりも大きくした冷媒圧力制御弁５０を用いることにより、蒸発器２０の出口側の冷媒圧力を、冷媒流量に関わらず略一定にするか、或いは冷媒流量の増加にともなって低下させることができため、冷房負荷が高いときの冷房能力不足を回避することができる。

また、前述したように、電動圧縮機を用いる冷凍サイクル装置においては急加速などによる蒸発器のフロストのリスクは殆どない。弁体有効受圧面積Ａ１をベローズ有効受圧面積Ａ２よりも大きくした冷媒圧力制御弁５０は、本実施形態のように電動圧縮機１１を用いる冷凍サイクル装置１０に好適である。

なお、上記実施形態では、弁体有効受圧面積Ａ１とベローズ有効受圧面積Ａ２の相対関係で述べてきたが、当然ながらベローズ有効受圧面積Ａ２を変えずに弁体有効受圧面積Ａ１を大きくしても、逆に弁体有効受圧面積Ａ１を変えずにベローズ有効受圧面積Ａ２を小さくしても、同じ効果が得られる。特に、ベローズ有効受圧面積Ａ２を小さくすることが出来れば、ベローズ５６の外周の冷媒通路面積を広げられるので、圧力損失の低減効果も得られる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、ヒータコア３４を備える冷凍サイクル装置１０に本発明の冷媒圧力制御弁５０を適用したが、本発明の冷媒圧力制御弁５０はヒータコア３４を備えていない冷凍サイクル装置１０にも適用することができる。

また、上記実施形態では、冷媒流路を切替可能な冷凍サイクル装置１０に本発明の冷媒圧力制御弁５０を適用したが、本発明の冷媒圧力制御弁５０は冷媒流路を切替ない冷凍サイクル装置１０にも適用することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１１ 圧縮機
２０ 蒸発器
５１ 第１ケース（ケース）
５２ 第２ケース（ケース）
５３ ケース内冷媒通路（冷媒通路）
５４ 弁体
５６ ベローズ
５１１ 冷媒導入口
５２１ 冷媒導出口

Claims (3)

1. 内部に冷媒通路（５３）が形成されたケース（５１、５２）と、
   前記ケースに設けられ、蒸発器（２０）から冷媒を導入する冷媒導入口（５１１）と、
   前記ケースに設けられ、圧縮機（１１）へ冷媒を導出する冷媒導出口（５２１）と、
   前記冷媒導入口側の冷媒圧力により前記冷媒通路を開く向きに付勢されるとともに、前記冷媒導出口側の冷媒圧力により前記冷媒通路を閉じる向きに付勢される弁体（５４）と、
   前記冷媒導出口側の冷媒圧力により前記弁体を開弁向きに付勢するベローズ（５６）とを備え、
   前記弁体の有効受圧面積が前記ベローズの有効受圧面積よりも大きいことを特徴とする冷媒圧力制御弁。
2. 電動機（１１ｂ）により駆動されて冷媒を圧縮し吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機から吐出された吐出冷媒を室内に送風する送風空気と熱交換させて前記送風空気を冷却する蒸発器（２０）と、
   請求項１に記載の冷媒圧力制御弁（５０）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 前記圧縮機から吐出された吐出冷媒を前記送風空気と熱交換させて前記送風空気を加熱する放熱器（１２）と、
   前記放熱器から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器（１５）とを備えることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。

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