JP4256565B2 - 超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁 - Google Patents

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Description

【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し、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】
また、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）１１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３３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１０に対するねじ係合位置の調整によってカセット部材２０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】
また、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 (1)

  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し、
    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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