JP4484656B2 - 感温制御弁および冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

この発明は、冷凍サイクル装置に用いられる感温制御弁および冷凍サイクル装置に関し、特に、冷媒としてＣ０2 等を使用する超高圧冷媒蒸気圧縮サイクル装置において循環冷媒流量を制御する温度膨張弁や過冷却度制御弁等として用いられる感温制御弁および冷凍サイクル装置に関するものである。
空気調和装置等の冷凍サイクル装置に用いられる膨張弁として、吸熱・熱交換器（蒸発器）を出る冷媒ガスの過熱度の変化を感温筒によって感知し、吸熱・熱交換器に入る冷媒の流量を調節して過熱度を一定に保つ温度膨張弁（感温膨張弁）が知られている（例えば、特許文献１）。
フロン系の従来冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）による冷凍サイクル装置に使用される温度膨張弁の設計圧力は、２ＭＰａ程度である。しかし、Ｃ０2 （例えば、Ｒ７４４）のような超高圧冷媒による冷凍サイクル装置に使用される温度膨張弁の設計圧力は、１４ＭＰａと、非常に高い設計圧力を要求される。
温度膨張弁に組み込まれるダイヤフラムやベローズによる感圧素子も、この設計圧力に耐える必要性がある。
ダイヤフラムの設計は、下式で計算される。
応力：σ≒（Ｐ×ａ2 ／ｔ2 ）
変位：ｗ≒（３Ｐ×ａ4 ／Ｅ／ｔ3 ／ｆ（ｑ））×（１−ｆ（ρ，ｑ））
ただし、
Ｐ：設計圧力
ａ：ダイヤフラムの有効半径（一定）
ρ：当金部材のダイヤフラム有効半径（ａ）に対する半径比率（一定）
ｔ：ダイヤフラムの板厚
Ｅ：ダイヤフラムのヤング率（一定）
ｑ：ダイヤフラムの形状係数（一定）
ここで、従来冷媒と超高圧冷媒の設計圧力から、強度・応力（σ）計算を行うと、超高圧冷媒で使用可能なダイヤフラムの板厚ｔは、従来冷媒での板厚の約２．６倍が必要となる。この板厚で製作したダイヤフラムの場合、ダイヤフラム変位量（ｗ）は、従来冷媒に対応した温度膨張弁の変位量の約３８％となる。
変位量が少ない温度膨張弁において、所要流量（弁開度）を得るためには、弁口径（弁ポートの内径）を大きく（２．６倍）するか、弁体の接触角度を鈍角化して対応することで可能である。しかし、このような対応では、流体圧の影響が大きくなり、実用上（耐弁漏れ等）の弁接触角度での設計ができないことがある。
つまり、充分な設計強度を確保して設計すると、感圧素子の作動（変位）は、微少な弁開度量しか確保できない。更に、従来型温度膨張弁においても問題であった弁リフト特性（傾き）を変更する場合、感圧素子（ダイヤフラム）の径を変更する必要が生じ、再設計と再評価が必要となり、部品を共通化できない弊害も生じる。
特開平５−４５０２６号公報
この発明が解決しようとする課題は、温度膨張弁等の感温制御弁において、弁リフト特性の自由度が高く、耐超高圧冷媒に対応可能にすることである。
この発明による感温制御弁は、感知温度の変化を変位に変換し、感知温度の上昇に応じて弁体を弁開方向に付勢する感温感圧素子と、前記弁体を弁閉方向に付勢する設定ばねとを有し、前記弁体の弁開度に応じて実効開口面積を変化する弁ポートを流れる流体の流量を制御する感温制御弁において、前記感温感圧素子と前記弁体との間に変位伝達ばね部材が設けられ、前記感温感圧素子の変位が前記変位伝達ばね部材を介して前記弁体に伝達され、前記感温感圧素子は、ダイヤフラムを含み、前記ダイヤフラムの両側に当該ダイヤフラムによって区切られた第１圧力室と第２圧力室を画定し、感知温度の変化を圧力変化に変換する感温筒がキャピラリチューブによって前記第１圧力室に圧力伝達関係で接続され、前記第２圧力室に均圧通路によって前記弁ポートより出口側の圧力が導入される。
この発明による感温制御弁は、感知温度の変化を変位に変換し、感知温度の上昇に応じて弁体を弁開方向に付勢する感温感圧素子と、前記弁体を弁閉方向に付勢する設定ばねとを有し、前記弁体の弁開度に応じて実効開口面積を変化する弁ポートを流れる流体の流量を制御する感温制御弁において、前記感温感圧素子と前記弁体との間に変位伝達ばね部材が設けられ、前記感温感圧素子の変位が前記変位伝達ばね部材を介して前記弁体に伝達され、前記感温感圧素子は、ダイヤフラムを含み、前記ダイヤフラムの両側に当該ダイヤフラムによって区切られた第１圧力室と第２圧力室を画定し、感知温度の変化を圧力変化に変換する感温筒がキャピラリチューブによって前記第１圧力室に圧力伝達関係で接続され、前記第２圧力室に均圧通路によって前記弁ポートより入口側の圧力が導入される。
この発明による感温制御弁は、感知温度の変化を変位に変換し、感知温度の上昇に応じて弁体を弁開方向に付勢する感温感圧素子と、前記弁体を弁閉方向に付勢する設定ばねとを有し、前記弁体の弁開度に応じて実効開口面積を変化する弁ポートを流れる流体の流量を制御する感温制御弁において、前記感温感圧素子と前記弁体との間に変位伝達ばね部材が設けられ、前記感温感圧素子の変位が前記変位伝達ばね部材を介して前記弁体に伝達され、前記感温感圧素子は、ダイヤフラムを含み、前記ダイヤフラムの両側に当該ダイヤフラムによって区切られた第１圧力室と第２圧力室を画定し、弁ハウジングに形成された流体貫流通路を流れる流体の温度が前記第１圧力室に伝導伝達される。
この発明による感温制御弁は、好ましくは、前記変位伝達ばね部材は、前記感温感圧素子と当該感温感圧素子の変位を前記弁体に伝える連結棒の間に挟まれた圧縮コイルばねである。
この発明による感温制御弁は、好ましくは、前記感温感圧素子の感知温度上昇による変位に対抗する方向のばね力を生じる対抗ばねを有する。
この発明による冷凍サイクルは、圧縮機と、排熱・熱交換器と、吸熱・熱交換器とを有し、前記圧縮機の吐出側に前記排熱・熱交換器の入口側が、前記圧縮機の吸入側に前記吸熱・熱交換器の出口側が各々冷媒通路によって接続され、前記排熱・熱交換器の出口側と前記吸熱・熱交換器の入口側とを接続する冷媒通路の途中に、請求項１、４または５の何れか１項記載の感温制御弁が感温膨張弁として設けられ、当該感温制御弁の感温感圧素子が前記吸熱・熱交換器の出口側の冷媒温度に感応する。
この発明による冷凍サイクルは、圧縮機と、排熱・熱交換器と、吸熱・熱交換器とを有し、前記圧縮機の吐出側に前記排熱・熱交換器の入口側が、前記圧縮機の吸入側に前記吸熱・熱交換器の出口側が各々冷媒通路によって接続され、前記排熱・熱交換器の出口側と前記吸熱・熱交換器の入口側とが冷媒通路に接続され、前記吸熱・熱交換器のハウジングに請求項３〜５の何れか１項記載の感温制御弁が感温膨張弁として埋め込み装着され、当該感温制御弁の弁ハウジングに形成された流体貫流通路が、前記圧縮機の吸入側と前記吸熱・熱交換器の出口側とを接続する冷媒通路の一部をなしている。
この発明による感温制御弁は、感温感圧素子の変位を、圧縮コイルばね等による変位伝達ばね部材を介して弁体に伝達し、感温感圧素子の動作を変位伝達ばね部材の組合わせにおいて、所要の弁動作特性を得ることができる。
つまり、設定ばねと変位伝達ばね部材のばね定数の比率を設定することで、弁リフト特性（傾き）、例えば、膨張弁としての弁開度特性を変えることができ、感温感圧素子の強度・耐久性を充分に確保した上で、自由度のある感温制御弁が得られる。
さらには、対抗ばねの荷重、ばね定数を設定することで、上述の効果を増大させることや封入特性の自由度を大きくすることが可能となる。
この発明による感温制御弁は、Ｃ０2 のような超高圧冷媒による冷凍サイクル装置において、高耐圧用の温度膨張弁や過冷却制御弁として用いることができる。
この発明による感温制御弁の実施形態１を、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示されているように、実施形態１の感温制御弁は、全体を符号１０で示している。感温制御弁１０は、鋳造あるいは鍛造成形品による弁ハウジング１１を有する。弁ハウジング１１は、入口ポート１２に連通している下側の入口側弁室１３と、出口ポート１４に連通している上側の出口側弁室１５と、入口側弁室１３と出口側弁室１５との間にあって両弁室を連通接続する弁ポート１６を有する。
入口側弁室１３にはボール弁体１７が配置されている。ボール弁体１７は、弁ポート１６と同心配置で、弁ポート１６に接近する上昇移動により、弁ポート１６の実効開口面積を減少し、それとは反対に、弁ポート１６より離間する降下移動により、弁ポート１６の実効開口面積を増大し、上下動位置により決まる弁開度に応じて弁ポート１６の実効開口面積を変化させ、弁ポート１６を流れる流体、つまり、入口ポート１２より出口ポート１４へ流れる流体の流量を調整する。
入口側弁室１３にはねじ部１８によって弁ハウジング１１にねじ止めされて取付位置調整可能なアジャスタブルばね受け部材１９が設けられている。アジャスタブルばね受け部材１９と、ボール弁体１７に係合したボール受け部材２０との間に、圧縮コイルばねによる設定ばね２１が設けられている。設定ばね２１は、ボール弁体１７を弁閉方向（上昇方向）に付勢している。設定ばね２１がボール弁体１７に及ぼす弁閉方向のばね力は、アジャスタブルばね受け部材１９によって調節可能である。
弁ハウジング１１の上部には、感温感圧素子をなすダイヤフラム装置２２が取り付けられている。ダイヤフラム装置２２は、弁ハウジング１１に気密固定されたフランジ付き円筒部材による下蓋部材２３と、下蓋部材２３の上部のフランジ部２４上に重ねられて気密に溶接された円盤状の上蓋部材２６と、下蓋部材２３のフランジ部２４と上蓋部材２６との間に挟まれて気密溶接され、結合金具２５によって共締めされて感圧部をなす金属製のダイヤフラム２７とを有する。
ダイヤフラム装置２２は、図２に示されているように、ダイヤフラム２７の両側にダイヤフラム２７によって区切られた第１圧力室２８と第２圧力室２９を有する。第１圧力室２８はダイヤフラム２７の上側に上蓋部材２６との間に画定されている。第２圧力室２９はダイヤフラム２７の下側に下蓋部材２３と弁ハウジング１１とにより画定されている。
図１に示されているように、弁ハウジング１１の上部には出口側弁室１５と第２圧力室２９とを連通する貫通孔３０が穿設されている。貫通孔３０には連結棒３１が軸線方向（上下方向）に移動可能に嵌合している。連結棒３１は、貫通孔３０に嵌合して弁ハウジング１１より支持され、下端側が出口側弁室１５を横切り、弁ポート１６を通過し、下端部３１Ａにてボール弁体１７に、ボール受け部材２０と対向する形態で当接している。
連結棒３１の上端部３１Ｂは、第２圧力室２９内、つまり、下蓋部材２３内にあり、上端部３１Ｂには、下側のばね受け部材３２が係合している。また、第２圧力室２９内には上側のばね受け部材をなす当金部材３３が設けられている。ばね受け部材３２と当金部材３３との間には、図２に示されているように、圧縮コイルばねによる変位伝達ばね３４が挟まれている。変位伝達ばね３４は、ばね力によって連結棒３１を下方向（弁開方向）に付勢すると共に、当金部材３３をダイヤフラム２７の下面に押し付け、ダイヤフラム２７の変位を、図１に示すばね受け部材３２及び連結棒３１を介してボール弁体１７に伝達する。
なお、当金部材３３とダイヤフラム２７とは、図１のＡ部を拡大した図３に示されているように、当金部材３３の中心部に形成された凹部３３Ａとダイヤフラム２７の中心部に形成された凸部２７Ａとの係合によって中心合わせされている。また、当金部材３３は、外周部３３Ｂが下蓋部材２３のフランジ部２４に当接することにより、ダイヤフラム２７と共に最大降下位置を設定されている。
図１に示されているように、上蓋部材２６にはキャピラリチューブ３５の一端が取り付けられている。キャピラリチューブ３５の他端には感温部としての感温筒３６が接続されている。感温筒３６は感知温度の変化を圧力変化するものであり、感温（封入）方式としては、液チャージ、ガスチャージ、吸着（Ｃ）チャージや、Ｓ（ガスチャージ＋不活性ガス）チャージ等がある。感温筒３６の感知温度に相関の圧力Ｐｂはキャピラリチューブ３５によって第１圧力室２８に導入される。換言すると、感知温度の変化を圧力変化に変換する感温筒３６がキャピラリチューブ３５によって第１圧力室２８に圧力伝達関係で接続されている。
また、弁ハウジング１１には、第２圧力室２９と出口側弁室１５とを連通する均圧通路３７が形成され、均圧通路３７によって第２圧力室２９に出口側の圧力Ｐｅが導入される。
さらに、弁ハウジング１１と当金部材３３との間には、圧縮コイルばねによる対抗ばね３８が挟まれている。対抗ばね３８は、感知温度上昇による第１圧力室２８の圧力Ｐｂの増大に伴うダイヤフラム２７の下向きの変位に対抗する方向（上向き）のばね力をダイヤフラム２７に与える。
この感温制御弁１０では、ダイヤフラム２７に作用する第１圧力室２８の圧力と第２圧力室２９の圧力との差圧による荷重と、変位伝達ばね３４と対抗ばね３８のばね荷重及び設定ばね２１の荷重との平衡関係によって、図２に例示されているように、ダイヤフラム２７が上下方向に変位し、このダイヤフラム２７の上下方向の変位が、変位伝達ばね３４によって連結棒３１、ボール弁体１７に伝達される。
これにより、変位伝達ばね３４のばね荷重Ｗｕと設定ばね２１のばね荷重Ｗｓとの平衡関係により、ボール弁体１７の上下動位置が決まり、この上下動位置により決まる弁開度に応じて弁ポート１６の実効開口面積が決まり、弁ポート１６を流れる流体、つまり、入口ポート１２より出口ポート１４へ流れる流体の流量が調整される。
この結果、変位伝達ばね３４のばね定数Ｋｕと設定ばね２１のばね定数Ｋｓに相関した作動量の関係が成立する。Ｋｕ＞Ｋｓであると、ダイヤフラム２７の変位量よりもボール弁体１７の移動量が大になる。たとえば、Ｋｕ＝２・Ｋｓであると、ダイヤフラム変位量が０．５ｍｍであるに対し、弁移動量は１．０ｍｍとなる。Ｋｕ＝Ｋｓであれば、ダイヤフラム２７の変位量とボール弁体１７の移動量が同じになり、Ｋｕ＜Ｋｓであれば、ダイヤフラム２７の変位量よりもボール弁体１７の移動量が小さくなり、たとえば、Ｋｕ＝Ｋｓ／２であると、ダイヤフラム変位量０．５ｍｍであるのに対し、弁移動量０．２５ｍｍとなる。
このように、変位伝達ばね３４と設定ばね２１のばね定数（Ｋｕ，Ｋｓ）の比率を設定することにより、弁リフト特性（傾き）を変えることができる。これにより、ダイヤフラム２７の強度・耐久性を充分に確保した上で、弁リフト特性について自由度のある感温制御弁が得られる。
さらには、対抗ばね３８の荷重やばね定数を設定することにより、上記効果を増大させることや、感温筒３６の封入特性の自由度を大きくすることが可能となる。
この発明による冷凍サイクル装置の一つの実施形態を、図４を参照して説明する。
この実施形態による冷凍サイクル装置は、圧縮機１０１と、凝縮器、ガスクーラと呼ばれる排熱・熱交換器１０２と、蒸発器と呼ばれる吸熱・熱交換器１０３とを有する。圧縮機１０１の吐出側１０１Ａには冷媒通路１０４によって排熱・熱交換器１０２の入口側が連通接続され、圧縮機１０１の吸入側１０１Ｂには冷媒通路１０５によって吸熱・熱交換器１０３の出口側が連通接続されている。
排熱・熱交換器１０２の出口側と吸熱・熱交換器１０３の入口側とは冷媒通路１０６によって連通接続されている。冷媒通路１０６の途中には、上述の実施形態による感温制御弁１０が感温膨張弁として設けられている。感温制御弁１０の感温筒３６は、吸熱・熱交換器１０３の出口側の冷媒温度に感応する配置になっている。
感温制御弁１０を感温膨張弁として用いたＲ７４４（Ｃ０2 ）蒸気圧縮サイクルのモリエル線図を図５に示す。また。図６は、Ｒ７４４冷媒と従来型冷媒（Ｒ１３４ａ）との比較を含めた温度膨張弁の基本動作を示している。なお、図６は、感温筒３６に装置冷媒と同じ冷媒（Ｃ０2 又はＲ１３４ａ）をガスチャージした場合の基本動作特性を示している。Ｒ７４４冷媒の過熱度ＳＨは、設定静止過熱度ＳＳＨ＋作動過熱度ＳＨＣである。図６より、従来型冷媒１３４ａと超高圧冷媒Ｃ０2 （Ｒ７４４）とで、膨張弁への印加圧力状態が著しく異なることが理解できる。
Ｒ７４４冷媒による場合の感温制御弁（感温膨張弁）１０の動作を、図７を参照して説明する。図７は、ダイヤフラム２７の有効面積を３．５ｃｍ2 とした場合のつり合い・作動状態を示している。
図７において、Ｗｆ０はダイヤフラム２７の中立点（弁開点＝リフト”０”）の発生荷重を、Ｗｆはダイヤフラム２７が変位した時の発生荷重を、対抗ばね３８のばね荷重Ｗｒ０は、ダイヤフラム２７の中立点の発生荷重Ｗｆ０を補正する。対抗ばね３８のばね定数は、ダイヤフラム２７のばね定数から設定する。
Ｗｆ０＝Ｗｒ０＋Ｗｕ０
図７では、弁開点において、変位伝達ばね３４のばね荷重Ｗｕ０と設定ばね２１のばね荷重Ｗｓ０を同荷重としているが、設定ばね荷重を変えることで、ボール弁１７の動作点（リフト”０”）での過熱度を変更することができる。
ここで、変位伝達ばね３４のばね荷重Ｗｕと設定ばね２１のばね荷重Ｗｓがバランスすることが条件と成り、両ばねのばね定数（Ｋｕ，Ｋｓ）に相関した動作量の関係が成立し、変位伝達ばね３４が弁リフト特性（傾き）を決定する一要素をなす。尚、変位伝達ばね３４のばね荷重Ｗｕの変化は、ダイヤフラム２７の移動（変位）に伴うものである。
対抗ばね３８は、設定過熱度の基本圧力差（＝荷重）バランスと弁リフト特性（傾き）の一次補正を行う。対抗ばね３８は、設計によっては、設置しなくてもよく、必須ではない。
つぎに、この発明による感温制御弁の実施形態２と、この実施形態による感温制御弁を感温膨張弁として組み込まれた冷凍サイクル装置とを、図８を参照して説明する。
実施形態２の感温制御弁は、全体を符号４０で示している。感温制御弁４０は、吸熱・熱交換器１０３のハウジング１０７に形成された弁受け入れ孔１０８内に埋め込み装着され、蓋部材７２と共に止め輪１０９によって抜け止めされ、カセット型の感温膨張弁をなしている。また、弁受け入れ孔１０８内に入れられた感温制御弁４０の各部において、Ｏリング１１１、１１２によって気密シールされている。
感温制御弁４０は、プレス成形品による弁ハウジング４１を有する。弁ハウジング４１には、入口ポート４２、出口ポート４３、流体貫流通路用開口４４、４５が形成されている。弁ハウジング４１内には弁ポート４６を穿けられた弁座部材４７と支持部材５０とが固定装着されている。
弁座部材４７は、弁ハウジング４１内において、弁受け入れ孔１０８の底部と共に、入口ポート４２を含む入口側弁室４８を画定している。また、弁座部材４７は、弁ハウジング４１内において、支持部材５０との間に、出口ポート４３を含む出口側弁室４９を画定している。
入口側弁室４８にはボール弁体５１が配置されている。ボール弁体５１は、弁ポート４６と同心配置で、弁ポート４６に接近する上昇移動により、弁ポート４６の実効開口面積を減少し、それとは反対に、弁ポート４６より離間する降下移動により、弁ポート４６の実効開口面積を増大し、上下動位置により決まる弁開度に応じて弁ポート４６の実効開口面積を変化させ、弁ポート４６を流れる流体、つまり、入口ポート４２より出口ポート４３へ流れる流体の流量を調整する。
入口側弁室４８にはねじ部５２によって弁ハウジング４１にねじ止めされて取付位置調整可能なアジャスタブルばね受け部材５３が設けられている。アジャスタブルばね受け部材５３と、ボール弁体５１に係合したボール受け部材６３との間に、圧縮コイルばねによる設定ばね５４が設けられている。設定ばね５４は、ボール弁体５１を弁閉方向（上昇方向）に付勢している。設定ばね５４がボール弁体５１に及ぼす弁閉方向のばね力は、アジャスタブルばね受け部材５３によって調節可能である。
弁ハウジング４１の上部には、感温感圧素子をなすダイヤフラム装置５５が取り付けられている。ダイヤフラム装置５５は、弁ハウジング４１の上部に一体形成されたフランジ状の下蓋部材５６と、下蓋部材５６上に重ねられて気密に溶接された円盤状の上蓋部材５７と、下蓋部材５６と上蓋部材５７との間に挟まれて気密溶接されて感圧部をなす金属製のダイヤフラム５８とを有する。
また、弁受け入れ孔１０８には上蓋部材５７上に被せられる蓋部材７２が挿入されている。蓋部材７２は、Ｏリング７３によって気密シールされている。
ダイヤフラム装置５５は、ダイヤフラム５８の両側にダイヤフラム５８によって区切られた第１圧力室５９と第２圧力室６０を有する。第１圧力室５９はダイヤフラム５８の上側に上蓋部材５７との間に画定されている。第２圧力室６０はダイヤフラム５８の下側に弁ハウジング４１および支持部材５０により画定されている。第２圧力室６０の下側は、流体貫流通路用開口４４、４５を含み、流体貫流通路を兼ねている。
支持部材５０には貫通孔６１が穿設されている。貫通孔６１には連結棒６２が軸線方向（上下方向）に移動可能に嵌合している。連結棒６２は、貫通孔６１に嵌合して支持部材５０より支持され、下端側が出口側弁室４９を横切り、弁ポート４６を通過し、下端部６２Ａにてボール弁体５１に、ボール受け部材６３と対向する形態で当接している。
連結棒６２の上端部６２Ｂは、第２圧力室６０内にあり、上端部６２Ｂには、下側のばね受け部材６４が係合している。また、第２圧力室６０内には上側のばね受け部材をなす当金部材６５が設けられている。ばね受け部材６４と当金部材６５との間には、圧縮コイルばねによる変位伝達ばね６６が挟まれている。変位伝達ばね６６は、ばね力によって連結棒６２を下方向（弁開方向）に付勢すると共に、当金部材６５をダイヤフラム５８の下面に押し付け、ダイヤフラム５８の変位をボール弁体５１に伝達する。
なお、当金部材６５は、弁ハウジング４１に形成されたストッパ片６７に当接することにより、ダイヤフラム５８と共に最大降下位置を設定される。また、支持部材５０には、出口側弁室４９と第２圧力室６０との気密シールを行うＯリング７１が取り付けられている。
第１圧力室５９には、ピン６８によって塞がれたガス注入口６９より、装置冷媒と同じ冷媒（Ｃ０2 ）が注封入され、第１圧力室５９が感知温度の変化を圧力変化する感温部をなしている。
流体貫流通路用開口４４より流体貫流通路を兼ねている第２圧力室６０を通り、流体貫流通路用開口４５へ流れる冷媒の温度が伝導によって第１圧力室５９に伝導伝達される。流体貫流通路用開口４４、４５は、吸熱・熱交換器１０３のハウジング１０７に形成された内部通路１１４、１１５と連通し、流体貫流通路を兼ねている第２圧力室６０は、圧縮機１０１の吸入側１０１Ｂと吸熱・熱交換器１０３の出口側とを接続する冷媒通路１０５の一部をなしている。これにより、第１圧力室５９は吸熱・熱交換器１０３の出口側の冷媒温度に感応する。
さらに、支持部材５０と当金部材６５との間には、圧縮コイルばねによる対抗ばね７０が挟まれている。対抗ばね７０は、感知温度上昇による第１圧力室５９の圧力Ｐｂの増大に伴うダイヤフラム５８の下向きの変位に対抗する方向（上向き）のばね力をダイヤフラム５８に与える。
なお、感温制御弁４０の入口ポート４２は吸熱・熱交換器１０３のハウジング１０７に形成された内部通路１１６によって排熱・熱交換器１０２の出口側に連通接続され、出口ポート４３を吸熱・熱交換器１０３のハウジング１０７に形成された内部通路１１７によって吸熱・熱交換器１０３の入口側に連通接続されている。
この感温制御弁４０では、ダイヤフラム５８に作用する第１圧力室５９の圧力と第２圧力室６０の圧力との差圧による荷重と、変位伝達ばね６６、対抗ばね７０及び設定ばね５４のばね荷重との平衡関係によって、ダイヤフラム５８が上下方向に変位し、このダイヤフラム５８の上下方向の変位が、変位伝達ばね６６によって連結棒６２、ボール弁体５１に伝達される。
これにより、この実施形態でも、変位伝達ばね６６のばね荷重Ｗｕと設定ばね５４のばね荷重Ｗｓとの平衡関係により、ボール弁体５１の上下動位置が決まり、この上下動位置により決まる弁開度に応じて弁ポート４６の実効開口面積が決まり、弁ポート４６を流れる流体、つまり、入口ポート４２より出口ポート４３へ流れる流体の流量が調整される。
この結果、変位伝達ばね６６のばね定数Ｋｕと設定ばね５４のばね定数Ｋｓに相関した作動量の関係が成立する。Ｋｕ＞Ｋｓであると、ダイヤフラム５８の変位量よりもボール弁体５１の移動量が大になり、Ｋｕ＝Ｋｓであれば、ダイヤフラム５８の変位量とボール弁体５１の移動量が同じになり、Ｋｕ＜Ｋｓであれば、ダイヤフラム５８の変位量よりもボール弁体５１の移動量が小さくなる。
このように、この実施形態でも、変位伝達ばね６６と設定ばね５４のばね定数（Ｋｕ，Ｋｓ）の比率を設定することにより、弁リフト特性（傾き）を変えることができる。これにより、ダイヤフラム５８の強度・耐久性を充分に確保した上で、弁リフト特性について自由度のある感温制御弁が得られる。
さらには、対抗ばね７０の荷重やばね定数を設定することにより、上記効果を増大させることが可能となる。
このカセット型の感温制御弁４０では、冷媒回路内に感温感圧部であるダイヤフラム装置５５を没するにより、同部の耐圧的な強度を低く（差圧）設計でき、コスト低減、外部漏れ信頼性や感温（実温感知）性能が向上する。
この発明による感温制御弁の実施形態３を、図９を参照して説明する。
実施形態３の感温制御弁は、全体を符号２１０で示している。感温制御弁２１０は、鋳造あるいは鍛造成形品による弁ハウジング２１１を有する。弁ハウジング２１１は、入口ポート２１２に連通している上側の入口側弁室２１３と、出口ポート２１４に連通している下側の出口側弁室２１５と、入口側弁室２１３と出口側弁室２１５との間にあって両弁室を連通接続する弁ポート２１６を有する。
入口側弁室２１３にはボール弁体２１７が配置されている。ボール弁体２１７は、弁ポート２１６と同心配置で、弁ポート２１６に接近する降下移動により、弁ポート２１６の実効開口面積を減少し、それとは反対に、弁ポート２１６より離間する上昇移動により、弁ポート２１６の実効開口面積を増大し、上下動位置により決まる弁開度に応じて弁ポート２１６の実効開口面積を変化させ、弁ポート２１６を流れる流体、つまり、入口ポート２１２より出口ポート２１４へ流れる流体の流量を調整する。
出口側弁室２１５にはねじ部２１８によって弁ハウジング２１１にねじ止めされて取付位置調整可能なアジャスタブルばね受け部材２１９が設けられている。アジャスタブルばね受け部材２１９とボール弁体２１７に係合したボール受け部材２２０との間に、圧縮コイルばねによる設定ばね２２１が設けられている。設定ばね２２１は、ボール弁体２１７を弁開方向（上昇方向）に付勢している。設定ばね２２１がボール弁体２１７に及ぼす弁開方向のばね力は、アジャスタブルばね受け部材２１９によって調節可能である。
弁ハウジング２１１の上部には、感温感圧素子をなすダイヤフラム装置２２２が取り付けられている。ダイヤフラム装置２２２は、弁ハウジング２１１に気密固定されたフランジ付き円筒部材による下蓋部材２２３と、下蓋部材２２３の上部のフランジ部２２４上に重ねられて気密に溶接された円盤状の上蓋部材２２６と、下蓋部材２２３のフランジ部２２４と上蓋部材２２６との間に挟まれて気密溶接され、結合金具２２５によって共締めされて感圧部をなす金属製のダイヤフラム２２７とを有する。
ダイヤフラム装置２２２は、ダイヤフラム２２７の両側にダイヤフラム２２７によって区切られた第１圧力室２２８と第２圧力室２２９を有する。第１圧力室２２８はダイヤフラム２２７の上側に上蓋部材２２６との間に画定されている。第２圧力室２２９はダイヤフラム２２７の下側に下蓋部材２２３と弁ハウジング２１１とにより画定されている。
弁ハウジング２１１の上部には入口側弁室２１３と第２圧力室２２９とを連通する貫通孔２３０が穿設されている。貫通孔２３０には連結棒２３１が軸線方向（上下方向）に移動可能に嵌合している。連結棒２３１は、貫通孔２３０に嵌合して弁ハウジング２１１より支持され、下端部２３１Ａが入口側弁室２１３内にて、ボール受け部材２２０と対向する形態でボール弁体２１７に当接している。
連結棒２３１の上端部２３１Ｂは、第２圧力室２２９内、つまり、下蓋部材２２３内にあり、上端部２３１Ｂには、下側のばね受け部材２３２が係合している。また、第２圧力室２２９内には上側のばね受け部材をなす当金部材２３３が設けられている。ばね受け部材２３２と当金部材２３３との間には、圧縮コイルばねによる変位伝達ばね２３４が挟まれている。変位伝達ばね２３４は、ばね力によって連結棒２３１を下方向（弁閉方向）に付勢すると共に、当金部材２３３をダイヤフラム２２７の下面に押し付け、ダイヤフラム２２７の変位を、ばね受け部材２３２及び連結棒２３１を介してボール弁体２１７に伝達する。
なお、当金部材２３３とダイヤフラム２２７とは、当金部材２３３の中心部に形成された凹部２３３Ａとダイヤフラム２２７の中心部に形成された凸部２２７Ａとの係合によって中心合わせされている。また、当金部材２３３は、外周部２３３Ｂが下蓋部材２２３のフランジ部２２４に当接することにより、ダイヤフラム２２７と共に最大降下位置を設定されている。
上蓋部材２２６にはキャピラリチューブ２３５の一端が取り付けられている。キャピラリチューブ２３５の他端には感温部としての感温筒２３６が接続されている。感温筒２３６は感知温度の変化を圧力変化するものであり、感温（封入）方式としては、液チャージ、ガスチャージ、吸着（Ｃ）チャージや、Ｓ（ガスチャージ＋Ｎ2 ）チャージ等がある。感温筒２３６の感知温度に相関の圧力はキャピラリチューブ２３５によって第１圧力室２２８に導入される。換言すると、感知温度の変化を圧力変化に変換する感温筒２３６がキャピラリチューブ２３５によって第１圧力室２２８に圧力伝達関係で接続されている。
また、弁ハウジング２１１には、第２圧力室２２９と入口側弁室２１３とを連通する均圧通路２３７が形成され、均圧通路２３７によって第２圧力室２２９に入口側の圧力が導入される。
さらに、弁ハウジング２１１と当金部材２３３との間には、圧縮コイルばねによる対抗ばね２３８が挟まれている。対抗ばね２３８は、感知温度上昇による第１圧力室２２８の圧力の増大に伴うダイヤフラム２２７の下向きの変位に対抗する方向（上向き）のばね力をダイヤフラム２２７に与える。
この感温制御弁２１０では、ダイヤフラム２２７に作用する第１圧力室２２８の圧力と第２圧力室２２９の圧力との差圧による荷重と、変位伝達ばね２３４、対抗ばね２３８及び設定ばね２２１のばね荷重との平衡関係によってダイヤフラム２２７が上下方向に変位し、このダイヤフラム２２７の上下方向の変位が、変位伝達ばね２３４によって連結棒２３１、ボール弁体２１７に伝達される。
これにより、変位伝達ばね２３４のばね荷重Ｗｕと設定ばね２２１のばね荷重Ｗｓとの平衡関係により、ボール弁体２１７の上下動位置が決まり、この上下動位置により決まる弁開度に応じて弁ポート２１６の実効開口面積が決まり、弁ポート２１６を流れる流体、つまり、入口ポート２１２より出口ポート２１４へ流れる流体の流量が調整される。
この結果、変位伝達ばね２３４のばね定数Ｋｕと設定ばね２２１のばね定数Ｋｓに相関した作動量の関係が成立する。Ｋｕ＞Ｋｓであると、ダイヤフラム２２７の変位量よりもボール弁体２１７の移動量が大になり、Ｋｕ＝Ｋｓであれば、ダイヤフラム２２７の変位量とボール弁体２１７の移動量が同じになり、Ｋｕ＜Ｋｓであれば、ダイヤフラム２２７の変位量よりもボール弁体２１７の移動量が小さくなる。
このように、この実施形態でも、変位伝達ばね２３４と設定ばね２２１のばね定数（Ｋｕ，Ｋｓ）の比率を設定することにより、弁リフト特性（傾き）を変えることができる。これにより、ダイヤフラム２２７の強度・耐久性を充分に確保した上で、弁リフト特性について自由度のある感温制御弁が得られる。
さらには、対抗ばね２３８の荷重やばね定数を設定することにより、上記効果を増大させることや、感温筒２３６の封入特性の自由度を大きくすることが可能となる。
この実施形態による感温制御弁２１０は、入口ポート２１２を排熱・熱交換器の出口側に、出口ポート２１４を吸熱・熱交換器の入口側に接続し、排熱・熱交換器の出口側の冷媒温度に感応するように感温筒２３６を配置することにより、Ｃ０2 用過冷却度制御弁として使用することができる。
この発明による感温制御弁の実施形態１を示す断面図である。 実施形態１による感温制御弁の全開状態を示す要部の拡大断面図である。 図１のＡ部分の拡大断面図である。 この発明による冷凍サイクル装置の一つの実施形態を示す構成図である。 感温制御弁を感温膨張弁として用いたＲ７４４（Ｃ０2 ）蒸気圧縮サイクルのモリエル線図である。 Ｒ７４４冷媒と従来型冷媒（Ｒ１３４ａ）との比較を含めた温度膨張弁の基本作動を示すグラフである。 この発明による感温制御弁の作動特性を示すグラフである。 この発明による感温制御弁の実施形態２と、この実施形態による感温制御弁を感温膨張弁として組み込まれた冷凍サイクル装置を示す図である。 この発明による感温制御弁の実施形態３を示す断面図である。
符号の説明
１０、４０、２１０ 感温制御弁
１１、４１、２１１ 弁ハウジング
１２、４２、２１２ 入口ポート
１３、２１３ 入口側弁室
１４、４３、２１４ 出口ポート
１５、２１５ 出口側弁室
１６、４６、２１６ 弁ポート
１７、５１、２１７ ボール弁体
１８、５２、２１８ ねじ部
１９、５３、２１９ アジャスタブルばね受け部材
２０、６３、２２０ ボール受け部材
２１、５４、２２１ 設定ばね
２２、５５、２２２ ダイヤフラム装置
２３、５６、２２３ 下蓋部材
２４、２２４ フランジ部
２５、２２５ 結合金具
２６、５７、２２６ 上蓋部材
２７、５８、２２７ ダイヤフラム
２８、５９、２２８ 第１圧力室
２９、６０、２２９ 第２圧力室
３０、６１、２３０ 貫通孔
３１、６２、２３１ 連結棒
３２、６４、２３２ ばね受け部材
３３、６５、２３３ 当金部材
３４、６６、２３４ 変位伝達ばね
３５、２３５ キャピラリチューブ
３６、２３６ 感温筒
３７、２３７ 均圧通路
３８、７０、２３８ 対抗ばね
４４、４５ 流体貫流通路用開口
４７ 弁座部材
４８ 入口側弁室
４９ 出口側弁室
５０ 支持部材
６７ ストッパ片
６８ ピン
６９ ガス注入口
７１、７３、１１１、１１２ Ｏリング
７２ 蓋部材
１０１ 圧縮機
１０２ 排熱・熱交換器
１０３ 吸熱・熱交換器
１０４、１０５、１０６ 冷媒通路
１０７ ハウジング
１０８ 弁受け入れ孔
１０９ 止め輪
１１４、１１５、１１６、１１７ 内部通路

Claims (7)

  1. 感知温度の変化を変位に変換し、感知温度の上昇に応じて弁体を弁開方向に付勢する感温感圧素子と、前記弁体を弁閉方向に付勢する設定ばねとを有し、前記弁体の弁開度に応じて実効開口面積を変化する弁ポートを流れる流体の流量を制御する感温制御弁において、
    前記感温感圧素子と前記弁体との間に変位伝達ばね部材が設けられ、前記感温感圧素子の変位が前記変位伝達ばね部材を介して前記弁体に伝達され、
    前記感温感圧素子は、ダイヤフラムを含み、前記ダイヤフラムの両側に当該ダイヤフラムによって区切られた第１圧力室と第２圧力室を画定し、感知温度の変化を圧力変化に変換する感温筒がキャピラリチューブによって前記第１圧力室に圧力伝達関係で接続され、前記第２圧力室に均圧通路によって前記弁ポートより出口側の圧力が導入される感温制御弁。
  2. 感知温度の変化を変位に変換し、感知温度の上昇に応じて弁体を弁開方向に付勢する感温感圧素子と、前記弁体を弁閉方向に付勢する設定ばねとを有し、前記弁体の弁開度に応じて実効開口面積を変化する弁ポートを流れる流体の流量を制御する感温制御弁において、
    前記感温感圧素子と前記弁体との間に変位伝達ばね部材が設けられ、前記感温感圧素子の変位が前記変位伝達ばね部材を介して前記弁体に伝達され、
    前記感温感圧素子は、ダイヤフラムを含み、前記ダイヤフラムの両側に当該ダイヤフラムによって区切られた第１圧力室と第２圧力室を画定し、感知温度の変化を圧力変化に変換する感温筒がキャピラリチューブによって前記第１圧力室に圧力伝達関係で接続され、前記第２圧力室に均圧通路によって前記弁ポートより入口側の圧力が導入される感温制御弁。
  3. 感知温度の変化を変位に変換し、感知温度の上昇に応じて弁体を弁開方向に付勢する感温感圧素子と、前記弁体を弁閉方向に付勢する設定ばねとを有し、前記弁体の弁開度に応じて実効開口面積を変化する弁ポートを流れる流体の流量を制御する感温制御弁において、
    前記感温感圧素子と前記弁体との間に変位伝達ばね部材が設けられ、前記感温感圧素子の変位が前記変位伝達ばね部材を介して前記弁体に伝達され、
    前記感温感圧素子は、ダイヤフラムを含み、前記ダイヤフラムの両側に当該ダイヤフラムによって区切られた第１圧力室と第２圧力室を画定し、弁ハウジングに形成された流体貫流通路を流れる流体の温度が前記第１圧力室に伝導伝達される感温制御弁。
  4. 前記変位伝達ばね部材は、前記感温感圧素子と当該感温感圧素子の変位を前記弁体に伝える連結棒の間に挟まれた圧縮コイルばねである請求項１〜３の何れか１項記載の感温制御弁。
  5. 前記感温感圧素子の感知温度上昇による変位に対抗する方向のばね力を生じる対抗ばねを有する請求項１〜３の何れか１項記載の感温制御弁。
  6. 圧縮機と、排熱・熱交換器と、吸熱・熱交換器とを有し、前記圧縮機の吐出側に前記排熱・熱交換器の入口側が、前記圧縮機の吸入側に前記吸熱・熱交換器の出口側が各々冷媒通路によって接続され、前記排熱・熱交換器の出口側と前記吸熱・熱交換器の入口側とを接続する冷媒通路の途中に、請求項１、４または５の何れか１項記載の感温制御弁が感温膨張弁として設けられ、当該感温制御弁の感温感圧素子が前記吸熱・熱交換器の出口側の冷媒温度に感応する冷凍サイクル装置。
  7. 圧縮機と、排熱・熱交換器と、吸熱・熱交換器とを有し、前記圧縮機の吐出側に前記排熱・熱交換器の入口側が、前記圧縮機の吸入側に前記吸熱・熱交換器の出口側が各々冷媒通路によって接続され、前記排熱・熱交換器の出口側と前記吸熱・熱交換器の入口側とが冷媒通路に接続され、前記吸熱・熱交換器のハウジングに請求項３〜５の何れか１項記載の感温制御弁が感温膨張弁として埋め込み装着され、当該感温制御弁の弁ハウジングに形成された流体貫流通路が、前記圧縮機の吸入側と前記吸熱・熱交換器の出口側とを接続する冷媒通路の一部をなしている冷凍サイクル装置。
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