JPH11141729A - 圧力制御弁 - Google Patents
圧力制御弁Info
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- JPH11141729A JPH11141729A JP9304535A JP30453597A JPH11141729A JP H11141729 A JPH11141729 A JP H11141729A JP 9304535 A JP9304535 A JP 9304535A JP 30453597 A JP30453597 A JP 30453597A JP H11141729 A JPH11141729 A JP H11141729A
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
- F25B2341/06—Details of flow restrictors or expansion valves
- F25B2341/063—Feed forward expansion valves
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- F25B2600/00—Control issues
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 成績係数の悪化を招くことなく、ベローズが
破損を防止する。 【解決手段】 密閉空間３０７内に所定密度でＣＯ2 を
封入するとともに、密閉空間３０７内外の圧力差ΔＰが
所定圧力差を超えたときに、第２ベローズ３１１を稼動
させて密閉空間３０７の体積を拡大させる。これによ
り、密閉空間３０７内外の圧力差が過度に大きくなるこ
とを防止できるので、成績係数の悪化を招くことなく、
ベローズが破損することを防止できる。
破損を防止する。 【解決手段】 密閉空間３０７内に所定密度でＣＯ2 を
封入するとともに、密閉空間３０７内外の圧力差ΔＰが
所定圧力差を超えたときに、第２ベローズ３１１を稼動
させて密閉空間３０７の体積を拡大させる。これによ
り、密閉空間３０７内外の圧力差が過度に大きくなるこ
とを防止できるので、成績係数の悪化を招くことなく、
ベローズが破損することを防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気圧縮式冷凍サ
イクルの放熱器出口側圧力を制御する圧力制御弁に関す
るもので、二酸化炭素（以下、ＣＯ2 と記す。）等の超
臨界域で冷媒を使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルに用い
て好適である。
イクルの放熱器出口側圧力を制御する圧力制御弁に関す
るもので、二酸化炭素（以下、ＣＯ2 と記す。）等の超
臨界域で冷媒を使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルに用い
て好適である。
【０００２】
【従来の技術】ＣＯ2 を使用した蒸気圧縮式冷凍サイク
ル（以下、ＣＯ2 サイクルと呼ぶ。）の作動は、原理的
には、フロンを使用した従来の蒸気圧縮式冷凍サイクル
の作動と同じである。すなわち、図３（ＣＯ2 モリエル
線図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機
１で気相状態のＣＯ2 を圧縮し（Ａ−Ｂ）、この高温高
圧の超臨界状態のＣＯ2 を放熱器２にて冷却する（Ｂ−
Ｃ）。
ル（以下、ＣＯ2 サイクルと呼ぶ。）の作動は、原理的
には、フロンを使用した従来の蒸気圧縮式冷凍サイクル
の作動と同じである。すなわち、図３（ＣＯ2 モリエル
線図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機
１で気相状態のＣＯ2 を圧縮し（Ａ−Ｂ）、この高温高
圧の超臨界状態のＣＯ2 を放熱器２にて冷却する（Ｂ−
Ｃ）。
【０００３】そして、圧力制御弁３により減圧して（Ｃ
−Ｄ）、気液２相状態となったＣＯ 2 を蒸発させて（Ｄ
−Ａ）、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外部流
体を冷却する。なお、ＣＯ2 は、圧力が飽和液圧力（線
分ＣＤと飽和液線ＳＬとの交点の圧力）を下まわるとき
から、気液２相状態に相変化するので、Ｃの状態からＤ
の状態へとゆっくり変化する場合には、ＣＯ2 は超臨界
状態から液相状態を経て気液２相状態に変化する。
−Ｄ）、気液２相状態となったＣＯ 2 を蒸発させて（Ｄ
−Ａ）、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外部流
体を冷却する。なお、ＣＯ2 は、圧力が飽和液圧力（線
分ＣＤと飽和液線ＳＬとの交点の圧力）を下まわるとき
から、気液２相状態に相変化するので、Ｃの状態からＤ
の状態へとゆっくり変化する場合には、ＣＯ2 は超臨界
状態から液相状態を経て気液２相状態に変化する。
【０００４】因みに、超臨界状態とは、密度が液密度と
略同等でありながら、ＣＯ2 分子が気相状態のように運
動する状態をいう。しかし、ＣＯ2 の臨界温度は約３１
℃と従来のフロンの臨界温度（例えば、Ｒ１２では１１
２℃）と比べて低いので、夏場等では放熱器側でのＣＯ
2 温度がＣＯ2 の臨界点温度より高くなってしまう。つ
まり、放熱器出口側においてもＣＯ 2 は凝縮しない（線
分ＢＣが飽和液線と交差しない）。
略同等でありながら、ＣＯ2 分子が気相状態のように運
動する状態をいう。しかし、ＣＯ2 の臨界温度は約３１
℃と従来のフロンの臨界温度（例えば、Ｒ１２では１１
２℃）と比べて低いので、夏場等では放熱器側でのＣＯ
2 温度がＣＯ2 の臨界点温度より高くなってしまう。つ
まり、放熱器出口側においてもＣＯ 2 は凝縮しない（線
分ＢＣが飽和液線と交差しない）。
【０００５】また、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、圧
縮機の吐出圧力と放熱器出口側でのＣＯ2 温度とによっ
て決定され、放熱器出口側でのＣＯ2 温度は、放熱器の
放熱能力と外気温度とによって決定する。そして、外気
温度は制御することができないので、放熱器出口側での
ＣＯ2 温度は、実質的に制御することができない。した
がって、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出
圧力（放熱器出口側圧力）を制御することによって制御
可能となる。つまり、夏場等の外気温度が高い場合に、
十分な冷却能力（エンタルピ差）を確保するためには、
図３のＥ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｅで示されるように、放熱器出
口側圧力を高くする必要がある。
縮機の吐出圧力と放熱器出口側でのＣＯ2 温度とによっ
て決定され、放熱器出口側でのＣＯ2 温度は、放熱器の
放熱能力と外気温度とによって決定する。そして、外気
温度は制御することができないので、放熱器出口側での
ＣＯ2 温度は、実質的に制御することができない。した
がって、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出
圧力（放熱器出口側圧力）を制御することによって制御
可能となる。つまり、夏場等の外気温度が高い場合に、
十分な冷却能力（エンタルピ差）を確保するためには、
図３のＥ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｅで示されるように、放熱器出
口側圧力を高くする必要がある。
【０００６】しかし、放熱器出口側圧力を高くするに
は、前述のように圧縮機の吐出圧力を高くしなければな
らないので、圧縮機１の圧縮仕事（圧縮過程のエンタル
ピ変化量ΔＬ）が増加する。したがって、蒸発過程（Ｄ
−Ａ）のエンタルピ変化量Δｉの増加量より圧縮過程
（Ａ−Ｂ）のエンタルピ変化量ΔＬの増加量が大きい場
合には、ＣＯ2 サイクルの成績係数（ＣＯＰ＝Δｉ／Δ
Ｌ）が悪化する。
は、前述のように圧縮機の吐出圧力を高くしなければな
らないので、圧縮機１の圧縮仕事（圧縮過程のエンタル
ピ変化量ΔＬ）が増加する。したがって、蒸発過程（Ｄ
−Ａ）のエンタルピ変化量Δｉの増加量より圧縮過程
（Ａ−Ｂ）のエンタルピ変化量ΔＬの増加量が大きい場
合には、ＣＯ2 サイクルの成績係数（ＣＯＰ＝Δｉ／Δ
Ｌ）が悪化する。
【０００７】そこで、例えば放熱器２出口側でのＣＯ2
温度を４０℃として、放熱器２出口側でのＣＯ2 圧力と
成績係数と関係を図３を用いて試算すれば、図７の実線
に示すように、圧力Ｐ1 （約１０ＭＰａ）において成績
係数が最大となる。同様に、放熱器出口側でのＣＯ2 温
度を３５℃とした場合には、図７の破線で示すように、
圧力Ｐ2 （約９．０ＭＰａ）において成績係数が最大と
なる。
温度を４０℃として、放熱器２出口側でのＣＯ2 圧力と
成績係数と関係を図３を用いて試算すれば、図７の実線
に示すように、圧力Ｐ1 （約１０ＭＰａ）において成績
係数が最大となる。同様に、放熱器出口側でのＣＯ2 温
度を３５℃とした場合には、図７の破線で示すように、
圧力Ｐ2 （約９．０ＭＰａ）において成績係数が最大と
なる。
【０００８】以上のようにして、放熱器出口側のＣＯ2
温度と成績係数が最大となる圧力とを算出し、この結果
を図３上に描けば、図３の太い実線ηmax （以下、最適
制御線と呼ぶ。）に示すようになる。したがって、上記
ＣＯ2 サイクルを効率良く運転するには、圧力制御弁に
て放熱器出口側圧力と放熱器出口側のＣＯ2 温度とを、
最適制御線ηmax で示されるように制御する必要があ
る。
温度と成績係数が最大となる圧力とを算出し、この結果
を図３上に描けば、図３の太い実線ηmax （以下、最適
制御線と呼ぶ。）に示すようになる。したがって、上記
ＣＯ2 サイクルを効率良く運転するには、圧力制御弁に
て放熱器出口側圧力と放熱器出口側のＣＯ2 温度とを、
最適制御線ηmax で示されるように制御する必要があ
る。
【０００９】そこで、ＣＯ2 サイクルの放熱器２出口側
圧力を制御する圧力制御弁として、発明者等は既に特願
平８−１１２４８号を出願している。具体的には、ダイ
ヤフラムやベローズ等の圧力応動部材により構成された
密閉空間内に、所定の飽和液密度でＣＯ2 を封入すると
ともに、その密閉空間内の温度変化に伴う密閉空間内外
の圧力差の変化を利用して弁口の開度を制御するもので
ある。
圧力を制御する圧力制御弁として、発明者等は既に特願
平８−１１２４８号を出願している。具体的には、ダイ
ヤフラムやベローズ等の圧力応動部材により構成された
密閉空間内に、所定の飽和液密度でＣＯ2 を封入すると
ともに、その密閉空間内の温度変化に伴う密閉空間内外
の圧力差の変化を利用して弁口の開度を制御するもので
ある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、発明者等は
上記圧力制御弁を製品化（商品化）するにあたり、圧力
制御弁の耐久性および耐圧強度について試作検討したと
ころ、圧力応動部材の耐久性が著しく低いことが判明し
た。すなわち、圧力応動部材は、密閉空間内の温度変化
に機敏に対応して可動変位させる必要があるため、必然
的に薄膜部材から構成する必要がある。
上記圧力制御弁を製品化（商品化）するにあたり、圧力
制御弁の耐久性および耐圧強度について試作検討したと
ころ、圧力応動部材の耐久性が著しく低いことが判明し
た。すなわち、圧力応動部材は、密閉空間内の温度変化
に機敏に対応して可動変位させる必要があるため、必然
的に薄膜部材から構成する必要がある。
【００１１】一方、ＣＯ2 サイクルでは、上述のごと
く、最大圧力がフロンを冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイ
クルの１０倍程度と非常に高いので、仮に冷媒漏れ等の
原因により放熱器出口側の圧力が低下した場合には、圧
力応動部材を挟んで密閉空間内外の圧力差が非常に大き
くなり、圧力応動部材が薄膜部材から構成されているこ
とと相まって圧力応動部材が破損してしまうという問題
が発生する。
く、最大圧力がフロンを冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイ
クルの１０倍程度と非常に高いので、仮に冷媒漏れ等の
原因により放熱器出口側の圧力が低下した場合には、圧
力応動部材を挟んで密閉空間内外の圧力差が非常に大き
くなり、圧力応動部材が薄膜部材から構成されているこ
とと相まって圧力応動部材が破損してしまうという問題
が発生する。
【００１２】本発明は、上記点に鑑み、成績係数の悪化
を招くことなく、圧力応動部材が破損を防止することを
目的とする。
を招くことなく、圧力応動部材が破損を防止することを
目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１、
２に記載の発明では、密閉空間（３０７）内外の圧力差
（ΔＰ）が所定圧力差を超えたときに、密閉空間３０７
の体積を拡大させる体積拡大手段（３１１、３１６）を
備えることを特徴とする。
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１、
２に記載の発明では、密閉空間（３０７）内外の圧力差
（ΔＰ）が所定圧力差を超えたときに、密閉空間３０７
の体積を拡大させる体積拡大手段（３１１、３１６）を
備えることを特徴とする。
【００１４】これにより、密閉空間（３０７）内の圧力
差（ΔＰ）が過度に上昇することを防止できるので、圧
力応動部材（３０６）が破損することを防止できるとと
もに、密閉空間（３０７）に所定密度で流体を封入する
ことにより、成績係数が悪化することを防止できる。な
お、体積拡大手段は、請求項２に記載のごとく、ハウジ
ング（３０１）で稼動して圧力応動部材（３０６）と共
に密閉空間（３０７）を形成する可動部材（３１１）
と、密閉空間（３０７）の体積が縮小する向きに前記可
動部材（３１１）を押圧する弾性部材（３１６）とを有
して構成することが望ましい。
差（ΔＰ）が過度に上昇することを防止できるので、圧
力応動部材（３０６）が破損することを防止できるとと
もに、密閉空間（３０７）に所定密度で流体を封入する
ことにより、成績係数が悪化することを防止できる。な
お、体積拡大手段は、請求項２に記載のごとく、ハウジ
ング（３０１）で稼動して圧力応動部材（３０６）と共
に密閉空間（３０７）を形成する可動部材（３１１）
と、密閉空間（３０７）の体積が縮小する向きに前記可
動部材（３１１）を押圧する弾性部材（３１６）とを有
して構成することが望ましい。
【００１５】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【００１６】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は本実施形
態に係る圧力制御弁を用いたＣＯ2 サイクルを車両用空
調装置に適用したものであり、１は気相状態のＣＯ2 を
圧縮する圧縮機である。２は圧縮機１で圧縮されたＣＯ
2 を外気等との間で熱交換して冷却する放熱器（ガスク
ーラ）であり、３は放熱器２出口側でのＣＯ2 温度に応
じて放熱器２出口側圧力を制御する圧力制御弁である。
態に係る圧力制御弁を用いたＣＯ2 サイクルを車両用空
調装置に適用したものであり、１は気相状態のＣＯ2 を
圧縮する圧縮機である。２は圧縮機１で圧縮されたＣＯ
2 を外気等との間で熱交換して冷却する放熱器（ガスク
ーラ）であり、３は放熱器２出口側でのＣＯ2 温度に応
じて放熱器２出口側圧力を制御する圧力制御弁である。
【００１７】なお、圧力制御弁３は、放熱器２出口側圧
力を制御するとともに減圧器を兼ねており、ＣＯ2 は、
この圧力制御弁３にて減圧されて低温低圧の気液２相状
態のＣＯ2 となる。４は、車室内の空気冷却手段をなす
蒸発器（吸熱器）で、気液２相状態のＣＯ 2 は蒸発器４
内で気化（蒸発）する際に、車室内空気から蒸発潜熱を
奪って車室内空気を冷却する。５は、気相状態のＣＯ2
と液相状態のＣＯ2 とを分離するとともに、液相状態の
ＣＯ2 を一時的に蓄えるアキュームレータ（タンク手
段）である。
力を制御するとともに減圧器を兼ねており、ＣＯ2 は、
この圧力制御弁３にて減圧されて低温低圧の気液２相状
態のＣＯ2 となる。４は、車室内の空気冷却手段をなす
蒸発器（吸熱器）で、気液２相状態のＣＯ 2 は蒸発器４
内で気化（蒸発）する際に、車室内空気から蒸発潜熱を
奪って車室内空気を冷却する。５は、気相状態のＣＯ2
と液相状態のＣＯ2 とを分離するとともに、液相状態の
ＣＯ2 を一時的に蓄えるアキュームレータ（タンク手
段）である。
【００１８】そして、圧縮機１、放熱器２、圧力制御弁
３、蒸発器４およびアキュームレータ５は、それぞれ配
管６によって接続されて閉回路を形成している。なお、
圧縮機１は、図示されていない駆動源（エンジン、モー
タ等）から駆動力を得て駆動し、放熱器２は、放熱器２
内ＣＯ2 と外気との温度差をできるだけ大きくするため
に車両前方に配置されている。
３、蒸発器４およびアキュームレータ５は、それぞれ配
管６によって接続されて閉回路を形成している。なお、
圧縮機１は、図示されていない駆動源（エンジン、モー
タ等）から駆動力を得て駆動し、放熱器２は、放熱器２
内ＣＯ2 と外気との温度差をできるだけ大きくするため
に車両前方に配置されている。
【００１９】なお、７は、圧力制御弁３の故障等によ
り、放熱器２出口側の圧力が異常上昇したときに、圧力
制御弁３を迂回してＣＯ2 を流通させるリリーフ弁であ
る。次に、圧力制御弁３の構造について図２を用いて述
べる。３０１は、放熱器２側に接続される流入口３０２
および蒸発器４側に接続される流出口３０３が形成され
たステンレス製のハウジングであり、このハウジング３
０１内には、流入口３０２側の流入側空間３０２ａと流
出口３０３側の流出側空間３０３ａとを連通させる弁口
３０４が形成された弁座３０５が配設されている。な
お、弁座３０５はハウジング３０１とねじ結合してお
り、弁座３０５を回転調節することにより、後述する初
期設定荷重を調節する。
り、放熱器２出口側の圧力が異常上昇したときに、圧力
制御弁３を迂回してＣＯ2 を流通させるリリーフ弁であ
る。次に、圧力制御弁３の構造について図２を用いて述
べる。３０１は、放熱器２側に接続される流入口３０２
および蒸発器４側に接続される流出口３０３が形成され
たステンレス製のハウジングであり、このハウジング３
０１内には、流入口３０２側の流入側空間３０２ａと流
出口３０３側の流出側空間３０３ａとを連通させる弁口
３０４が形成された弁座３０５が配設されている。な
お、弁座３０５はハウジング３０１とねじ結合してお
り、弁座３０５を回転調節することにより、後述する初
期設定荷重を調節する。
【００２０】また、３０６は、ハウジング３０１と共に
密閉空間３０７を形成する第１ベローズ（圧力応動部
材）であり、この第１ベローズ３０６（密閉空間３０
７）内には、弁口３０４が閉じられた状態における密閉
空間３０７内体積に対して、ＣＯ 2 の温度が０℃での飽
和液密度からＣＯ2 の臨界点での飽和液密度に至る範囲
の密度（本実施形態では約６１４ｋｇ／ｍ3 ）で封入さ
れている。
密閉空間３０７を形成する第１ベローズ（圧力応動部
材）であり、この第１ベローズ３０６（密閉空間３０
７）内には、弁口３０４が閉じられた状態における密閉
空間３０７内体積に対して、ＣＯ 2 の温度が０℃での飽
和液密度からＣＯ2 の臨界点での飽和液密度に至る範囲
の密度（本実施形態では約６１４ｋｇ／ｍ3 ）で封入さ
れている。
【００２１】なお、第１ベローズ３０６はステンレス
（本実施形態ではＳＵＳ３０４）製の薄膜部材を蛇腹状
にして形成したものである。そして、第１ベローズ３０
６の長手方向一端側は、弁口３０４を開閉する、ステン
レス製の針状のニードル弁体（以下、弁体と略す。）３
０８に溶接接合され、他端側は、後述するストッパと共
にハウジング３０１に固定されている。このため、密閉
空間３０７内のＣＯ2 温度の上昇とともに密閉空間３０
７内の圧力が上昇すると、第１ベローズ３０６は、弁口
３０４を閉じる向きの力を弁体３０８に作用させる。
（本実施形態ではＳＵＳ３０４）製の薄膜部材を蛇腹状
にして形成したものである。そして、第１ベローズ３０
６の長手方向一端側は、弁口３０４を開閉する、ステン
レス製の針状のニードル弁体（以下、弁体と略す。）３
０８に溶接接合され、他端側は、後述するストッパと共
にハウジング３０１に固定されている。このため、密閉
空間３０７内のＣＯ2 温度の上昇とともに密閉空間３０
７内の圧力が上昇すると、第１ベローズ３０６は、弁口
３０４を閉じる向きの力を弁体３０８に作用させる。
【００２２】なお、第１ベローズ３０６は、弁口３０４
を閉じる向きの弾性力（以下、この力を閉弁力と呼
ぶ。）を弁体３０８に作用させるバネ手段を兼ねてお
り、第１ベローズ３０６による初期設定荷重（弁口３０
４を閉じた状態での閉弁力）、およびそのバネ定数ｋ
は、ＣＯ2 が臨界圧力以下の凝縮域において、所定の過
冷却度（本実施形態では約１０℃）を有するように設定
されている。因みに、本実施形態では、初期設定荷重を
密閉空間３０７内での圧力換算で約１ＭＰａである。
を閉じる向きの弾性力（以下、この力を閉弁力と呼
ぶ。）を弁体３０８に作用させるバネ手段を兼ねてお
り、第１ベローズ３０６による初期設定荷重（弁口３０
４を閉じた状態での閉弁力）、およびそのバネ定数ｋ
は、ＣＯ2 が臨界圧力以下の凝縮域において、所定の過
冷却度（本実施形態では約１０℃）を有するように設定
されている。因みに、本実施形態では、初期設定荷重を
密閉空間３０７内での圧力換算で約１ＭＰａである。
【００２３】なお、図２中、３０９はＣＯ2 を封入する
ための封入口であり、この封入口３０９は、ＣＯ2 の封
入後、溶着などの手段により閉塞されている。また、３
１０は、弁体３０８の案内部材をなすガイド部であり、
このガイド部３１０には、ＣＯ2 流通用の貫通穴３１０
ａが形成されている。ところで、３１１は、第１ベロー
ズ３０６と同様にステンレス（本実施形態ではＳＵＳ３
０４）製の薄膜部材を蛇腹状にして形成した第２ベロー
ズ（稼動部材）である。そして、第２ベローズ３１１
は、その長手方向一端側が第１ベローズ３０６に溶接さ
れ、他端側が第２ベローズ３１１内に配設された円筒状
のシャフト３１２の長手方向一端側に溶接されて、第１
ベローズ３０６と共に密閉空間３０７を形成している。
ための封入口であり、この封入口３０９は、ＣＯ2 の封
入後、溶着などの手段により閉塞されている。また、３
１０は、弁体３０８の案内部材をなすガイド部であり、
このガイド部３１０には、ＣＯ2 流通用の貫通穴３１０
ａが形成されている。ところで、３１１は、第１ベロー
ズ３０６と同様にステンレス（本実施形態ではＳＵＳ３
０４）製の薄膜部材を蛇腹状にして形成した第２ベロー
ズ（稼動部材）である。そして、第２ベローズ３１１
は、その長手方向一端側が第１ベローズ３０６に溶接さ
れ、他端側が第２ベローズ３１１内に配設された円筒状
のシャフト３１２の長手方向一端側に溶接されて、第１
ベローズ３０６と共に密閉空間３０７を形成している。
【００２４】また、シャフト３１２の他端側（第２ベロ
ーズ３１１の一端側）であって、密閉空間３０７内に
は、シャフト３１２の他端側に接触することにより、第
２ベローズ３１１の変位のうち密閉空間３０７の体積が
縮小する向きの最大変位を規制するストッパ３１３が配
設されている。そして、ストッパ３１３は、円筒状の支
持部体３１４を介してハウジング３０１に溶接されたフ
タ３１５により、両ベローズ３０６、３１１と共にハウ
ジング３０１に形成された段付き部３０１ａに押圧され
て、ハウジング３０１内に固定されている。
ーズ３１１の一端側）であって、密閉空間３０７内に
は、シャフト３１２の他端側に接触することにより、第
２ベローズ３１１の変位のうち密閉空間３０７の体積が
縮小する向きの最大変位を規制するストッパ３１３が配
設されている。そして、ストッパ３１３は、円筒状の支
持部体３１４を介してハウジング３０１に溶接されたフ
タ３１５により、両ベローズ３０６、３１１と共にハウ
ジング３０１に形成された段付き部３０１ａに押圧され
て、ハウジング３０１内に固定されている。
【００２５】なお、以下、密閉空間３０７のうち第１ベ
ローズ３０７側の空間（以下、この空間を制御空間３０
７ａと呼ぶ。）外と、第２ベローズ３１１側の空間（以
下、この空間を緩衝空間３０７ｂと呼ぶ。）外とはスト
ッパ３１３とによって離隔されてはおらず、両空間３０
７ａ、３０７ｂ外は図示されていない隙間を介して連通
している。
ローズ３０７側の空間（以下、この空間を制御空間３０
７ａと呼ぶ。）外と、第２ベローズ３１１側の空間（以
下、この空間を緩衝空間３０７ｂと呼ぶ。）外とはスト
ッパ３１３とによって離隔されてはおらず、両空間３０
７ａ、３０７ｂ外は図示されていない隙間を介して連通
している。
【００２６】また、３１６は、第２ベローズ３１１をス
トッパ３１３に向けて押圧する弾性力をシャフト３１２
を介して第２ベローズ３１１に作用させるコイルバネ
（弾性体）であり、このコイルバネ（以下、バネと略
す。）３１６の初期荷重は、冷媒漏れ等の原因により放
熱器２出口側の圧力が低下していない状態（以下、この
状態を定常状態と言い、具体的には、本実施形態で密閉
空間３０７内外の圧力差ΔＰに換算して約２０ＭＰａ以
下の状態である。）において、シャフト３１２とストッ
パ３１３とが接触する程度である。
トッパ３１３に向けて押圧する弾性力をシャフト３１２
を介して第２ベローズ３１１に作用させるコイルバネ
（弾性体）であり、このコイルバネ（以下、バネと略
す。）３１６の初期荷重は、冷媒漏れ等の原因により放
熱器２出口側の圧力が低下していない状態（以下、この
状態を定常状態と言い、具体的には、本実施形態で密閉
空間３０７内外の圧力差ΔＰに換算して約２０ＭＰａ以
下の状態である。）において、シャフト３１２とストッ
パ３１３とが接触する程度である。
【００２７】次に、本実施形態に係る圧力制御弁の作動
および特徴を述べる。 １．定常状態 定常状態では、バネ３１６の初期荷重により、シャフト
３１２とストッパ３１３とが接触しているため、弁体３
０８は、第１ベローズ３０６の閉弁力と密閉空間３０７
内外の圧力差による力によって可動する。したがって、
密閉空間３０７内の圧力が密閉空間３０７外の圧力を上
回ったときは、弁体３０８は、弁口３０４を閉じる向き
に変位し、密閉空間３０７外の圧力が密閉空間３０７内
の圧力を上回り、かつ、その圧力差による力が閉弁力を
上回ったときは、弁体３０８は、弁口３０４を開く向き
に変位する。
および特徴を述べる。 １．定常状態 定常状態では、バネ３１６の初期荷重により、シャフト
３１２とストッパ３１３とが接触しているため、弁体３
０８は、第１ベローズ３０６の閉弁力と密閉空間３０７
内外の圧力差による力によって可動する。したがって、
密閉空間３０７内の圧力が密閉空間３０７外の圧力を上
回ったときは、弁体３０８は、弁口３０４を閉じる向き
に変位し、密閉空間３０７外の圧力が密閉空間３０７内
の圧力を上回り、かつ、その圧力差による力が閉弁力を
上回ったときは、弁体３０８は、弁口３０４を開く向き
に変位する。
【００２８】つまり、放熱器２出口側の圧力は、閉弁力
を第１ベローズ３０６内での圧力に換算した値（以下、
バネ圧と呼ぶ。）に密閉空間３０７内のＣＯ2 圧力を加
えた値になるように変化する。具体的には、ＣＯ2 が臨
界圧力以下の凝縮域にある場合には、密閉空間３０７内
の圧力は飽和液線ＳＬに沿って変化するので、放熱器２
出口側の圧力は、飽和液線ＳＬ状の圧力にバネ圧を加え
た値になるように変化する。
を第１ベローズ３０６内での圧力に換算した値（以下、
バネ圧と呼ぶ。）に密閉空間３０７内のＣＯ2 圧力を加
えた値になるように変化する。具体的には、ＣＯ2 が臨
界圧力以下の凝縮域にある場合には、密閉空間３０７内
の圧力は飽和液線ＳＬに沿って変化するので、放熱器２
出口側の圧力は、飽和液線ＳＬ状の圧力にバネ圧を加え
た値になるように変化する。
【００２９】そして、例えば密閉空間３０７内温度が３
５℃以上となり、ＣＯ2 が臨界状態になった場合には、
臨界圧力以下の状態と同様に、放熱器２出口側の圧力
は、密閉空間３０７内の圧力にバネ圧を加えた値になる
ように変化するが、密閉空間３０６内には、約６００ｋ
ｇ／ｍ3 のＣＯ2 が封入され、かつ、６００ｋｇ／ｍ3
の等密度線は、最適制御線ηmax にほぼ平行となるので
（図３参照）、放熱器２出口側の圧力を最適制御線ηma
x に沿って制御することができる。
５℃以上となり、ＣＯ2 が臨界状態になった場合には、
臨界圧力以下の状態と同様に、放熱器２出口側の圧力
は、密閉空間３０７内の圧力にバネ圧を加えた値になる
ように変化するが、密閉空間３０６内には、約６００ｋ
ｇ／ｍ3 のＣＯ2 が封入され、かつ、６００ｋｇ／ｍ3
の等密度線は、最適制御線ηmax にほぼ平行となるので
（図３参照）、放熱器２出口側の圧力を最適制御線ηma
x に沿って制御することができる。
【００３０】２．非定常状態（冷媒漏れ等により放熱器
２出口側の圧力が低下した状態） 冷媒漏れ等により放熱器２出口側の圧力が低下すると、
密閉空間３０７外の圧力が低下し、密閉空間３０７内外
の圧力差ΔＰが大きくなる。そして、圧力差ΔＰが２０
ＭＰａを超え、圧力差δＰがバネ３１６の初期荷重を上
回ると、緩衝空間３０７ｂの体積が拡大する。
２出口側の圧力が低下した状態） 冷媒漏れ等により放熱器２出口側の圧力が低下すると、
密閉空間３０７外の圧力が低下し、密閉空間３０７内外
の圧力差ΔＰが大きくなる。そして、圧力差ΔＰが２０
ＭＰａを超え、圧力差δＰがバネ３１６の初期荷重を上
回ると、緩衝空間３０７ｂの体積が拡大する。
【００３１】したがって、密閉空間３０７内の圧力（圧
力差ΔＰ）が過度に上昇することを防止できるので、両
ベローズ３０６、３１１が破損することを防止できる。
以上に述べたように、本実施形態によれば、定常状態に
おいては制御空間３０７ａの体積変化により放熱器２出
口側のＣＯ2 圧力を最適制御線ηmax に沿って制御し、
非定常状態においては緩衝空間３０７ｂの体積を拡大す
ることにより密閉空間３０７内の圧力が過度に上昇する
ことを防止するので、ＣＯ2 サイクルの成績係数の悪化
を招くことなく、両ベローズ３０６、３１１が破損する
ことを防止できる。
力差ΔＰ）が過度に上昇することを防止できるので、両
ベローズ３０６、３１１が破損することを防止できる。
以上に述べたように、本実施形態によれば、定常状態に
おいては制御空間３０７ａの体積変化により放熱器２出
口側のＣＯ2 圧力を最適制御線ηmax に沿って制御し、
非定常状態においては緩衝空間３０７ｂの体積を拡大す
ることにより密閉空間３０７内の圧力が過度に上昇する
ことを防止するので、ＣＯ2 サイクルの成績係数の悪化
を招くことなく、両ベローズ３０６、３１１が破損する
ことを防止できる。
【００３２】なお、上記作動説明から明らかなように、
定常状態では、制御空間３０７ａ内外の圧力差に応じて
弁体３０８を稼動させる必要があるので、外気温度の変
化による緩衝空間３０７ｂ（密閉空間３０７）の圧力変
化を排除すべく、支持体３１４を樹脂製として断熱性を
向上させている。 （第２実施形態）第１実施形態では、第２ベローズ３１
１およびバネ３１６により、密閉空間３０７内外の圧力
差ΔＰが所定圧力差（２０ＭＰａ）を超えたときに、密
閉空間３０７の体積を拡大させる体積拡大手段を構成し
たが、本実施形態では、図４に示すように、緩衝空間３
０７ｂを支持体３１４と共に第２ベローズ３１１の外側
に形成したものである。
定常状態では、制御空間３０７ａ内外の圧力差に応じて
弁体３０８を稼動させる必要があるので、外気温度の変
化による緩衝空間３０７ｂ（密閉空間３０７）の圧力変
化を排除すべく、支持体３１４を樹脂製として断熱性を
向上させている。 （第２実施形態）第１実施形態では、第２ベローズ３１
１およびバネ３１６により、密閉空間３０７内外の圧力
差ΔＰが所定圧力差（２０ＭＰａ）を超えたときに、密
閉空間３０７の体積を拡大させる体積拡大手段を構成し
たが、本実施形態では、図４に示すように、緩衝空間３
０７ｂを支持体３１４と共に第２ベローズ３１１の外側
に形成したものである。
【００３３】なお、本実施形態では、支持体３１４とハ
ウジング３０１との間に空間３０１ｂが形成されている
ため、この空間３０１ｂが断熱空間として機能し得る。
したがって、本実施形態に係る支持体３１４は、第１実
施形態に係る支持体３１４と異なり金属（ステンレス）
製である。 （第３実施形態）第２実施形態では、断熱空間として空
間３０１ｂを設けていたが、本実施形態は、図５に示す
ように、空間３０１ｂを廃止するとともに、緩衝空間３
０７ｂに対応するハウジング３０１の外側に樹脂製の断
熱部材３１７を設けて圧力制御弁３の小型化を図ったも
のである。
ウジング３０１との間に空間３０１ｂが形成されている
ため、この空間３０１ｂが断熱空間として機能し得る。
したがって、本実施形態に係る支持体３１４は、第１実
施形態に係る支持体３１４と異なり金属（ステンレス）
製である。 （第３実施形態）第２実施形態では、断熱空間として空
間３０１ｂを設けていたが、本実施形態は、図５に示す
ように、空間３０１ｂを廃止するとともに、緩衝空間３
０７ｂに対応するハウジング３０１の外側に樹脂製の断
熱部材３１７を設けて圧力制御弁３の小型化を図ったも
のである。
【００３４】（第４実施形態）上述の実施形態では、バ
ネ３１６としてコイルバネを用いたが、本実施形態は、
図６に示すように、空気などの気体をによりバネ手段３
１６を構成したものである。なお、３１７は空気などの
気体を封入するための封入口である。ところで、上述の
実施形態では圧力応動部材として蛇腹状の第１ベローズ
３０６を用いたが、略平板状のダイヤフラムを用いても
よい。
ネ３１６としてコイルバネを用いたが、本実施形態は、
図６に示すように、空気などの気体をによりバネ手段３
１６を構成したものである。なお、３１７は空気などの
気体を封入するための封入口である。ところで、上述の
実施形態では圧力応動部材として蛇腹状の第１ベローズ
３０６を用いたが、略平板状のダイヤフラムを用いても
よい。
【００３５】また、本発明に係る圧力制御弁３は、ＣＯ
2 を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用が限定され
るものではなく、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素
等の超臨界域で使用する冷媒を用いた蒸気圧縮式冷凍サ
イクルにも適用することができる。また、アキュームレ
ータ５を廃止しても、前述の蒸気圧縮式冷凍サイクルを
実施することができる。この場合、蒸発器４内に残存す
る冷媒が吸引されて、アキュームレータ５を有するＣＯ
2 サイクルと同様な作動を得ることができる。
2 を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用が限定され
るものではなく、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素
等の超臨界域で使用する冷媒を用いた蒸気圧縮式冷凍サ
イクルにも適用することができる。また、アキュームレ
ータ５を廃止しても、前述の蒸気圧縮式冷凍サイクルを
実施することができる。この場合、蒸発器４内に残存す
る冷媒が吸引されて、アキュームレータ５を有するＣＯ
2 サイクルと同様な作動を得ることができる。
【図１】ＣＯ2 サイクルの模式図である。
【図２】第１実施形態に係る圧力制御弁の断面図であ
る。
る。
【図３】ＣＯ2 のモリエル線図である。
【図４】第２実施形態に係る圧力制御弁の断面図であ
る。
る。
【図５】第３実施形態に係る圧力制御弁の断面図であ
る。
る。
【図６】第４実施形態に係る圧力制御弁の断面図であ
る。
る。
【図７】成績係数（ＣＯＰ）と放熱器出口側圧力との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
３０１…ハウジング、３０２…流入口、３０３…流出
口、３０４…弁口、３０６…第１ベローズ（圧力応動部
材）、３０７…密閉空間、３０８…弁体、３１１…第２
ベローズ（稼動部材）、３１６…コイルバネ（弾性部
材）。
口、３０４…弁口、３０６…第１ベローズ（圧力応動部
材）、３０７…密閉空間、３０８…弁体、３１１…第２
ベローズ（稼動部材）、３１６…コイルバネ（弾性部
材）。
Claims (2)
- 【請求項１】 放熱器（２）内の圧力が冷媒の臨界圧力
を越える蒸気圧縮式冷凍サイクルに適用され、 前記放熱器（２）から蒸発器（４）まで至る冷媒流路
（６）に配置され、前記放熱器（２）出口側の冷媒温度
に応じて前記放熱器（２）出口側圧力を制御する圧力制
御弁であって、 前記放熱器（２）側に接続される流入口（３０２）およ
び前記蒸発器（４）側に接続される流出口（３０３）、
並びに前記流入口（３０２）側と前記流出口（３０３）
側とを連通させる弁口（３０４）を有するハウジング
（３０１）と、 所定密度で流体が封入された密閉空間（３０７）を前記
ハウジング（３０１）内に形成するとともに、前記ハウ
ジング（３０１）内の冷媒温度に連動して変化する前記
密閉空間（３０７）内外の圧力差に応じて稼動する、薄
膜部材からなる圧力応動部材（３０６）と、 前記圧力応動部材（３０６）に連動して稼動し、前記弁
口（３０４）を開閉する弁体（３０８）と、 前記圧力応動部材（３０６）と共に前記密閉空間（３０
７）を形成するとともに、前記密閉空間（３０７）内外
の圧力差（ΔＰ）が所定圧力差を超えたときに、前記密
閉空間（３０７）の体積を拡大させる体積拡大手段（３
１１、３１６）とを備えることを特徴とする圧力制御
弁。 - 【請求項２】 前記体積拡大手段は、 前記ハウジング（３０１）で稼動し、前記圧力応動部材
（３０６）と共に前記密閉空間（３０７）を形成する可
動部材（３１１）と、 前記密閉空間（３０７）の体積が縮小する向きに前記可
動部材（３１１）を押圧する弾性部材（３１６）とを有
して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
圧力制御弁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30453597A JP3711718B2 (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 圧力制御弁 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30453597A JP3711718B2 (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 圧力制御弁 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11141729A true JPH11141729A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3711718B2 JP3711718B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=17934178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30453597A Expired - Fee Related JP3711718B2 (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 圧力制御弁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3711718B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190011485A (ko) * | 2017-07-25 | 2019-02-07 | 주성엔지니어링(주) | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
-
1997
- 1997-11-06 JP JP30453597A patent/JP3711718B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190011485A (ko) * | 2017-07-25 | 2019-02-07 | 주성엔지니어링(주) | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3711718B2 (ja) | 2005-11-02 |
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