JPH1137615A - 圧力制御弁 - Google Patents
圧力制御弁Info
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- JPH1137615A JPH1137615A JP9194384A JP19438497A JPH1137615A JP H1137615 A JPH1137615 A JP H1137615A JP 9194384 A JP9194384 A JP 9194384A JP 19438497 A JP19438497 A JP 19438497A JP H1137615 A JPH1137615 A JP H1137615A
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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
- 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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- 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
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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
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超臨界域で作動するＣＯ2 サイクルが効率良
く運転するように放熱器出口側温度と放熱器出口側圧力
とを制御する圧力制御弁を提供する。 【解決手段】 密閉空間３０５内体積に対してＣＯ2 約
６００ｋｇ／ｍ3 の密度で封入するとともに、ダイヤフ
ラム３０６が中立状態の上下両側で変形変位するように
ダイヤフラム３０６および弁体３０４を構成する。これ
により、ＣＯ2 サイクルを効率良く運転させつつ、ダイ
ヤフラム３０６の耐久性を向上させることができる。
く運転するように放熱器出口側温度と放熱器出口側圧力
とを制御する圧力制御弁を提供する。 【解決手段】 密閉空間３０５内体積に対してＣＯ2 約
６００ｋｇ／ｍ3 の密度で封入するとともに、ダイヤフ
ラム３０６が中立状態の上下両側で変形変位するように
ダイヤフラム３０６および弁体３０４を構成する。これ
により、ＣＯ2 サイクルを効率良く運転させつつ、ダイ
ヤフラム３０６の耐久性を向上させることができる。
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（ＣＯ2 ）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（ＣＯ2 ）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】近年、蒸気圧縮式冷凍サイクルに使用さ
れる冷媒の脱フロン対策の１つとして、例えば特公平７
−１８６０２号公報に記載のように二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ
2 サイクルと略す。）が提案されている。
れる冷媒の脱フロン対策の１つとして、例えば特公平７
−１８６０２号公報に記載のように二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ
2 サイクルと略す。）が提案されている。
【０００３】このＣＯ2 サイクルの作動は、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１（ＣＯ2 モリエル線
図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機で
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（ガスクーラ）にて冷却す
る（Ｂ−Ｃ）。そして、減圧器により減圧して（Ｃ−
Ｄ）、気液２相状態となったＣＯ2 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。
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１（ＣＯ2 モリエル線
図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機で
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（ガスクーラ）にて冷却す
る（Ｂ−Ｃ）。そして、減圧器により減圧して（Ｃ−
Ｄ）、気液２相状態となったＣＯ2 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１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１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】
【発明が解決しようとする課題】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（Ｃ
ＯＰ＝Δｉ／ΔＬ）が悪化する。
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（Ｃ
ＯＰ＝Δｉ／ΔＬ）が悪化する。
【０００７】そこで、例えば放熱器出口側でのＣＯ2 温
度を４０℃として、放熱器出口側でのＣＯ2 圧力と成績
係数と関係を図１を用いて試算すれば、図２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２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。
度を４０℃として、放熱器出口側でのＣＯ2 圧力と成績
係数と関係を図１を用いて試算すれば、図２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２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１上に描けば、図１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、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η
max で示されるように制御する圧力制御弁が必要であ
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１上に描けば、図１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、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η
max で示されるように制御する圧力制御弁が必要であ
る。
【０００９】なお、図１のモリエル線図は、ＡＭＥＲＩ
ＣＡＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＨＥＡＴＩＮＧ，ＲＥ
ＦＲＩＧＥＲＴＩＮＧ ＡＮＤ ＡＩＲ−ＣＯＮＤＩＴ
ＩＯＮＩＮＧ ＥＮＧＩＮＥＥＲＳより出版されたＦａ
ｎｄａｍｅｎｌｓ Ｈｎｄｏｂｏｏｋからの抜粋であ
る。本発明は、上記点に鑑み、超臨界域で作動する蒸気
圧縮式冷凍サイクルが効率良く運転するように、放熱器
出口側温度と放熱器出口側圧力とを制御する圧力制御弁
を提供することを目的とする。
ＣＡＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＨＥＡＴＩＮＧ，ＲＥ
ＦＲＩＧＥＲＴＩＮＧ ＡＮＤ ＡＩＲ−ＣＯＮＤＩＴ
ＩＯＮＩＮＧ ＥＮＧＩＮＥＥＲＳより出版されたＦａ
ｎｄａｍｅｎｌｓ Ｈｎｄｏｂｏｏｋからの抜粋であ
る。本発明は、上記点に鑑み、超臨界域で作動する蒸気
圧縮式冷凍サイクルが効率良く運転するように、放熱器
出口側温度と放熱器出口側圧力とを制御する圧力制御弁
を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、
４〜６に記載の発明では、密閉空間（３０５）内外に渡
って形成部材（３０７）を貫通し、形成部材（３０７）
より熱伝導率の大きい材料からなる貫通部材（３１３）
を備え、かつ、密閉空間（３０５）内には冷媒が、弁口
（３０３）が閉じられた状態における密閉空間（３０
５）内体積に対して、冷媒の温度が０℃での飽和液密度
から冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で封
入されてい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、
４〜６に記載の発明では、密閉空間（３０５）内外に渡
って形成部材（３０７）を貫通し、形成部材（３０７）
より熱伝導率の大きい材料からなる貫通部材（３１３）
を備え、かつ、密閉空間（３０５）内には冷媒が、弁口
（３０３）が閉じられた状態における密閉空間（３０
５）内体積に対して、冷媒の温度が０℃での飽和液密度
から冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で封
入されていることを特徴とする。
【００１１】これにより、密閉空間（３０５）内の冷媒
圧力と冷媒温度との特性が、後述するように最適制御線
ηmax にほぼ一致する。したがって、圧力制御弁（３）
は、放熱器（２）の出口側圧力を、ほぼ最適制御線η
max 上に沿った圧力まで上昇させた後、弁口（３０３）
を開く。つまり、放熱器（２）の出口側圧力と放熱器
（２）の出口側温度とは、ほぼ最適制御線ηmax 上に沿
って制御されるので、超臨界域においても蒸気圧縮式サ
イクルを効率良く運転させることができる。
圧力と冷媒温度との特性が、後述するように最適制御線
ηmax にほぼ一致する。したがって、圧力制御弁（３）
は、放熱器（２）の出口側圧力を、ほぼ最適制御線η
max 上に沿った圧力まで上昇させた後、弁口（３０３）
を開く。つまり、放熱器（２）の出口側圧力と放熱器
（２）の出口側温度とは、ほぼ最適制御線ηmax 上に沿
って制御されるので、超臨界域においても蒸気圧縮式サ
イクルを効率良く運転させることができる。
【００１２】また、形成部材（３０７）より熱伝導率の
大きい材料からなる貫通部材（３１３）が、密閉空間
（３０５）内外に渡って形成部材（３０７）を貫通して
配設されているので、密閉空間（３０５）内の温度と上
流側空間（３０１ｅ）の温度との差を小さくすることが
できる。したがって、放熱器（２）の出口側圧力を、よ
り一層最適制御線ηmax に沿った圧力まで上昇させるの
で、より効率良く、ＣＯ 2 サイクルを運転させることが
できる。
大きい材料からなる貫通部材（３１３）が、密閉空間
（３０５）内外に渡って形成部材（３０７）を貫通して
配設されているので、密閉空間（３０５）内の温度と上
流側空間（３０１ｅ）の温度との差を小さくすることが
できる。したがって、放熱器（２）の出口側圧力を、よ
り一層最適制御線ηmax に沿った圧力まで上昇させるの
で、より効率良く、ＣＯ 2 サイクルを運転させることが
できる。
【００１３】請求項２、４〜６に記載の発明では、弁体
（３０４）および変位部材（３０６）は、変位部材（３
０６）が中立状態から変位部材（３０６）の厚み方向他
端側に向けて変位したときに弁口（３０３）を閉じ、厚
み方向一端側に向けて変位したときに弁口（３０３）の
開度が最大となるように構成され、かつ、密閉空間（３
０５）内には冷媒が、弁口（３０３）が閉じられた状態
における密閉空間（３０５）内体積に対して、冷媒の温
度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和
液密度に至る範囲の密度で封入されていることを特徴と
する。
（３０４）および変位部材（３０６）は、変位部材（３
０６）が中立状態から変位部材（３０６）の厚み方向他
端側に向けて変位したときに弁口（３０３）を閉じ、厚
み方向一端側に向けて変位したときに弁口（３０３）の
開度が最大となるように構成され、かつ、密閉空間（３
０５）内には冷媒が、弁口（３０３）が閉じられた状態
における密閉空間（３０５）内体積に対して、冷媒の温
度が０℃での飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和
液密度に至る範囲の密度で封入されていることを特徴と
する。
【００１４】これにより、変位部材（３０６）は中立状
態から変位部材（３０６）の厚み方向他端側および一方
側に変形変位することとなるので、弁体（３０３）の最
大変位量に比べて、変位部材（３０６）の最大変形変位
量を小さくすることができる。したがって、変位部材
（３０６）を中立状態から厚み方向一方側および他方側
のいずれか一方側のみで変形変位させる場合に比べて、
変位部材（３０６）に発生する最大応力を小さくするこ
とができるので、変位部材（３０６）の耐久性を向上さ
せつつ、超臨界域においても蒸気圧縮式サイクルを効率
良く運転させることができる。
態から変位部材（３０６）の厚み方向他端側および一方
側に変形変位することとなるので、弁体（３０３）の最
大変位量に比べて、変位部材（３０６）の最大変形変位
量を小さくすることができる。したがって、変位部材
（３０６）を中立状態から厚み方向一方側および他方側
のいずれか一方側のみで変形変位させる場合に比べて、
変位部材（３０６）に発生する最大応力を小さくするこ
とができるので、変位部材（３０６）の耐久性を向上さ
せつつ、超臨界域においても蒸気圧縮式サイクルを効率
良く運転させることができる。
【００１５】なお、変位部材（３０６）が中立状態であ
るとは、変位部材（３０６）が変形変位しておらず、変
形変位に伴う応力が略０の状態をいう。請求項３〜６に
記載の発明では、形成部材（３０７）の肉厚方向に突出
する突出部（３１７）が形成部材（３０７）に形成さ
れ、かつ、密閉空間（３０５）内には冷媒が、弁口（３
０３）が閉じられた状態における密閉空間（３０５）内
体積に対して、冷媒の温度が０℃での飽和液密度から冷
媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で封入され
ていることを特徴とする。
るとは、変位部材（３０６）が変形変位しておらず、変
形変位に伴う応力が略０の状態をいう。請求項３〜６に
記載の発明では、形成部材（３０７）の肉厚方向に突出
する突出部（３１７）が形成部材（３０７）に形成さ
れ、かつ、密閉空間（３０５）内には冷媒が、弁口（３
０３）が閉じられた状態における密閉空間（３０５）内
体積に対して、冷媒の温度が０℃での飽和液密度から冷
媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で封入され
ていることを特徴とする。
【００１６】これにより、形成部材（３０７）と上流側
空間（３０１ｅ）との間の熱伝達率、および形成部材
（３０７）の耐圧強度を向上させることができるので、
形成部材（３０７）の薄肉化を図ることができる。した
がって、上流側空間（３０１ｅ）と密閉空間（３０５）
との熱伝導量を向上させつつ、超臨界域においても蒸気
圧縮式サイクルを効率良く運転させることができる。
空間（３０１ｅ）との間の熱伝達率、および形成部材
（３０７）の耐圧強度を向上させることができるので、
形成部材（３０７）の薄肉化を図ることができる。した
がって、上流側空間（３０１ｅ）と密閉空間（３０５）
との熱伝導量を向上させつつ、超臨界域においても蒸気
圧縮式サイクルを効率良く運転させることができる。
【００１７】なお、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。
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。
【００１８】
（第１実施形態）図３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ＣＯ2 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。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。
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ＣＯ2 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。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。
【００１９】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。
（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。
【００２０】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。
【００２１】次に、圧力制御弁３の詳細構造について図
４を用いて述べる。３０１は放熱器２から蒸発器４に至
るＣＯ2 流路６ａの一部を形成するとともに、後述する
エレメントケース３１５を収納するケーシングであり、
３０１ａは放熱器２側に接続される流入口３０１ｂを有
する上蓋であり、３０１ｃは蒸発器４側に接続される流
出口３０１ｄを有するケーシング本体である。
４を用いて述べる。３０１は放熱器２から蒸発器４に至
るＣＯ2 流路６ａの一部を形成するとともに、後述する
エレメントケース３１５を収納するケーシングであり、
３０１ａは放熱器２側に接続される流入口３０１ｂを有
する上蓋であり、３０１ｃは蒸発器４側に接続される流
出口３０１ｄを有するケーシング本体である。
【００２２】また、ケーシング３０１には、ＣＯ2 流路
６ａを上流側空間３０１ｅと下流側空間３０１ｆとに仕
切る隔壁部３０２が配設されており、この隔壁部３０２
には、上流側空間３０１ｅと下流側空間３０１ｆとを連
通させる弁口３０３が形成されている。そして、弁口３
０３は、針状のニードル弁体（以下、弁体と略す。）３
０４により開閉され、この弁体３０３および後述するダ
イヤフラム３０６は、ダイヤフラム３０６の変位に連動
して、ダイヤフラム３０６が中立状態から弁体３０３側
（ダイヤフラム３０６の厚み方向他端側）に向けて変位
したときに弁口３０３を閉じ、厚み方向一端側に向けて
変位したときに弁口３０３の開度（弁口３０３を閉じた
状態を基準とする弁体３０４の変位量）が最大となるよ
うに構成されている。
６ａを上流側空間３０１ｅと下流側空間３０１ｆとに仕
切る隔壁部３０２が配設されており、この隔壁部３０２
には、上流側空間３０１ｅと下流側空間３０１ｆとを連
通させる弁口３０３が形成されている。そして、弁口３
０３は、針状のニードル弁体（以下、弁体と略す。）３
０４により開閉され、この弁体３０３および後述するダ
イヤフラム３０６は、ダイヤフラム３０６の変位に連動
して、ダイヤフラム３０６が中立状態から弁体３０３側
（ダイヤフラム３０６の厚み方向他端側）に向けて変位
したときに弁口３０３を閉じ、厚み方向一端側に向けて
変位したときに弁口３０３の開度（弁口３０３を閉じた
状態を基準とする弁体３０４の変位量）が最大となるよ
うに構成されている。
【００２３】また、上流側空間３０１ｅには、密閉空間
（ガス封入室）３０５が形成されており、この密閉空間
３０５は、密閉空間３０５内外の圧力差に応じて変形変
位する、ステンレス材からなる薄膜状のダイヤフラム
（変位部材）３０６、およびダイヤフラム３０６の厚み
方向一端側に配設されたダイヤフラム上側支持部材（形
成部材）３０７から形成されている。
（ガス封入室）３０５が形成されており、この密閉空間
３０５は、密閉空間３０５内外の圧力差に応じて変形変
位する、ステンレス材からなる薄膜状のダイヤフラム
（変位部材）３０６、およびダイヤフラム３０６の厚み
方向一端側に配設されたダイヤフラム上側支持部材（形
成部材）３０７から形成されている。
【００２４】一方、ダイヤフラム３０６の厚み方向他端
側には、ダイヤフラム上側支持部材（以下、上側支持部
材と略す。）３０７と共にダイヤフラム３０６を保持固
定するダイヤフラム下側支持部材（保持部材）３０８が
配設されており、このダイヤフラム下側支持部材（以
下、下側支持部材と略す。）３０８のうち、ダイヤフラ
ム３０６に形成された変形促進部（変位部材変形部）３
０６ａに対応する部位には、図５、６に示すように、変
形促進部３０６ａに沿う形状に形成された凹部（保持部
材変形部）３０８ａが形成されている。
側には、ダイヤフラム上側支持部材（以下、上側支持部
材と略す。）３０７と共にダイヤフラム３０６を保持固
定するダイヤフラム下側支持部材（保持部材）３０８が
配設されており、このダイヤフラム下側支持部材（以
下、下側支持部材と略す。）３０８のうち、ダイヤフラ
ム３０６に形成された変形促進部（変位部材変形部）３
０６ａに対応する部位には、図５、６に示すように、変
形促進部３０６ａに沿う形状に形成された凹部（保持部
材変形部）３０８ａが形成されている。
【００２５】なお、変形促進部３０６ａとは、ダイヤフ
ラム３０６の径外方側の一部を波状に変形させたもの
で、ダイヤフラム３０６が密閉空間３０５内外の圧力差
に略比例して変形変位するようにするためのものであ
る。また、下側支持部材３０８のうちダイヤフラム３０
６に面する部位には、弁口３０３が弁体３０４により閉
じられた状態において、弁体３０４のうちダイヤフラム
３０６に接触する面３０４ａに対して略同一面となる下
側平面部（保持部材平面部）３０８ｂが形成されてい
る。
ラム３０６の径外方側の一部を波状に変形させたもの
で、ダイヤフラム３０６が密閉空間３０５内外の圧力差
に略比例して変形変位するようにするためのものであ
る。また、下側支持部材３０８のうちダイヤフラム３０
６に面する部位には、弁口３０３が弁体３０４により閉
じられた状態において、弁体３０４のうちダイヤフラム
３０６に接触する面３０４ａに対して略同一面となる下
側平面部（保持部材平面部）３０８ｂが形成されてい
る。
【００２６】また、ダイヤフラム３０６の厚み方向一端
側（密閉空間３０５内）には、図４に示すように、ダイ
ヤフラム３０６を介して弁体３０４に対して弁口３０３
を閉じる向きの弾性力を作用させる第１コイルばね（第
１弾性部材）３０９が配設されており、一方、ダイヤフ
ラム３０６の厚み方向他端側には、弁体３０４に対して
弁口３０３を開く向きの弾性力を作用させる第２コイル
バネ（第２弾性部材）３１０が配設されている。
側（密閉空間３０５内）には、図４に示すように、ダイ
ヤフラム３０６を介して弁体３０４に対して弁口３０３
を閉じる向きの弾性力を作用させる第１コイルばね（第
１弾性部材）３０９が配設されており、一方、ダイヤフ
ラム３０６の厚み方向他端側には、弁体３０４に対して
弁口３０３を開く向きの弾性力を作用させる第２コイル
バネ（第２弾性部材）３１０が配設されている。
【００２７】また、３１１は第１コイルばね３０９のば
ね座を兼ねるプレート（剛体）であり、このプレート３
１１は、ダイヤフラム３０６より剛性が高くなるように
所定の厚みを有して金属にて構成されている。そして、
プレート３１１は、図５、６に示すように、上側支持部
材３０７に形成された段付き部（ストッパ部）３０７ａ
に接触することにより、ダイヤフラム３０６が、その厚
み方向一端側（密閉空間３０５側）に向けて所定値以上
に変位することを規制している。
ね座を兼ねるプレート（剛体）であり、このプレート３
１１は、ダイヤフラム３０６より剛性が高くなるように
所定の厚みを有して金属にて構成されている。そして、
プレート３１１は、図５、６に示すように、上側支持部
材３０７に形成された段付き部（ストッパ部）３０７ａ
に接触することにより、ダイヤフラム３０６が、その厚
み方向一端側（密閉空間３０５側）に向けて所定値以上
に変位することを規制している。
【００２８】そして、上側支持部材３０７には、プレー
ト３１１と段付き部３０７ａとが接触したときに、プレ
ート３１１のうちダイヤフラム３０６に接触する面３１
１ａに対して略同一面となる上側平面部（形成部材平面
部）３０７ｂが形成されている。因みに、上側支持部材
３０７の円筒部３０７ｃの内壁は、第１コイルばね３０
９の案内部をも兼ねている。
ト３１１と段付き部３０７ａとが接触したときに、プレ
ート３１１のうちダイヤフラム３０６に接触する面３１
１ａに対して略同一面となる上側平面部（形成部材平面
部）３０７ｂが形成されている。因みに、上側支持部材
３０７の円筒部３０７ｃの内壁は、第１コイルばね３０
９の案内部をも兼ねている。
【００２９】なお、プレート３１１および弁体３０４
は、両コイルばね３０９、３１０により互いにダイヤフ
ラム３０６に向けて押し付けられているので、プレート
３１１、弁体３０４およびダイヤフラム３０６は互いに
接触した状態で一体的に変位（稼働）する。ところで、
図４中、３１２は第２コイルばね３１０が弁体３０４に
対して作用させる弾性力を調節するとともに、第２コイ
ルばね３１０のプレートを兼ねる調節ネジ（弾性力調節
機構）であり、この調節ネジ３１２は、隔壁部３０２に
形成された雌ねじ３０２ａにネジ結合している。因み
に、両コイルバネ３０９、３１０による初期荷重（弁口
３０３を閉じた状態での弾性力）は、ダイヤフラム３０
６での圧力換算で約１ＭＰａである。
は、両コイルばね３０９、３１０により互いにダイヤフ
ラム３０６に向けて押し付けられているので、プレート
３１１、弁体３０４およびダイヤフラム３０６は互いに
接触した状態で一体的に変位（稼働）する。ところで、
図４中、３１２は第２コイルばね３１０が弁体３０４に
対して作用させる弾性力を調節するとともに、第２コイ
ルばね３１０のプレートを兼ねる調節ネジ（弾性力調節
機構）であり、この調節ネジ３１２は、隔壁部３０２に
形成された雌ねじ３０２ａにネジ結合している。因み
に、両コイルバネ３０９、３１０による初期荷重（弁口
３０３を閉じた状態での弾性力）は、ダイヤフラム３０
６での圧力換算で約１ＭＰａである。
【００３０】また、３１３は密閉空間３０５内外に渡っ
て上側支持部材３０７を貫通し、密閉空間３０５内にＣ
Ｏ2 を封入するための封入管（貫通部材）であり、この
封入管３１３は、ステンレス製の上側支持部材３０７よ
り熱伝導率の大きい銅等の材料から構成されている。な
お、下側支持部材３０８もステンレス製である。そし
て、封入管３１３は、弁口３０３が閉じられた状態にお
ける密閉空間３０５内体積に対して約６００ｋｇ／ｍ3
の密度で封入した後、その端部を溶接等の接合手段によ
り閉塞される。
て上側支持部材３０７を貫通し、密閉空間３０５内にＣ
Ｏ2 を封入するための封入管（貫通部材）であり、この
封入管３１３は、ステンレス製の上側支持部材３０７よ
り熱伝導率の大きい銅等の材料から構成されている。な
お、下側支持部材３０８もステンレス製である。そし
て、封入管３１３は、弁口３０３が閉じられた状態にお
ける密閉空間３０５内体積に対して約６００ｋｇ／ｍ3
の密度で封入した後、その端部を溶接等の接合手段によ
り閉塞される。
【００３１】なお、３１４は、隔壁部３０２〜封入管３
１３からなるエレメントケース３１５をケーシング本体
３０１ｃ内に固定する円錐ばねであり、３１６はエレメ
ントケース３１５（隔壁部３０２）とケーシング本体３
０１ｃとの隙間を密閉するＯリングである。因みに、図
７の（ａ）はエレメントケース３１５のＡ矢視図であ
り、図７の（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図であり、図７から
明らかなように、弁口３０３は隔壁部３０２の側面側に
て上流側空間３０１ｅに連通している。
１３からなるエレメントケース３１５をケーシング本体
３０１ｃ内に固定する円錐ばねであり、３１６はエレメ
ントケース３１５（隔壁部３０２）とケーシング本体３
０１ｃとの隙間を密閉するＯリングである。因みに、図
７の（ａ）はエレメントケース３１５のＡ矢視図であ
り、図７の（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図であり、図７から
明らかなように、弁口３０３は隔壁部３０２の側面側に
て上流側空間３０１ｅに連通している。
【００３２】次に、本実施形態に係る圧力制御弁３の作
動を述べる。密閉空間３０５内には、約６００ｋｇ／ｍ
3 でＣＯ2 が封入されているので、密閉空間３０５内圧
と温度とは、図１、８に示される６００ｋｇ／ｍ3 の等
密度線に沿って変化する。したがって、例えば密閉空間
３０５内温度が２０℃の場合には、その内圧は約５．８
ＭＰａである。また、弁体３０４には、密閉空間３０５
内圧と両コイルばね３０９、３１０による初期荷重とが
同時に作用しているので、その作用圧力は約６．８ＭＰ
ａである。
動を述べる。密閉空間３０５内には、約６００ｋｇ／ｍ
3 でＣＯ2 が封入されているので、密閉空間３０５内圧
と温度とは、図１、８に示される６００ｋｇ／ｍ3 の等
密度線に沿って変化する。したがって、例えば密閉空間
３０５内温度が２０℃の場合には、その内圧は約５．８
ＭＰａである。また、弁体３０４には、密閉空間３０５
内圧と両コイルばね３０９、３１０による初期荷重とが
同時に作用しているので、その作用圧力は約６．８ＭＰ
ａである。
【００３３】したがって、放熱器２側である上流側空間
３０１ｅの圧力が６．８ＭＰａ以下の場合には、弁口３
０３は弁体３０４によって閉止され、また、上流側空間
３０１ｅの圧力が６．８ＭＰａを越えると、弁口３０３
は開弁する。同様に、例えば密閉空間１２内温度が４０
℃の場合には、密閉空間３０５内圧は図８より約９．７
ＭＰａであり、弁体３０４に作用する作用力は約１０．
７ＭＰａである。したがって、上流側空間３０１ｅの圧
力が１０．７ＭＰａ以下の場合には、弁口３０３は弁来
３０４によって閉止され、また、上流側空間３０１ｅの
圧力が１０．７ＭＰａを越えると、弁口３０３は開弁す
る。
３０１ｅの圧力が６．８ＭＰａ以下の場合には、弁口３
０３は弁体３０４によって閉止され、また、上流側空間
３０１ｅの圧力が６．８ＭＰａを越えると、弁口３０３
は開弁する。同様に、例えば密閉空間１２内温度が４０
℃の場合には、密閉空間３０５内圧は図８より約９．７
ＭＰａであり、弁体３０４に作用する作用力は約１０．
７ＭＰａである。したがって、上流側空間３０１ｅの圧
力が１０．７ＭＰａ以下の場合には、弁口３０３は弁来
３０４によって閉止され、また、上流側空間３０１ｅの
圧力が１０．７ＭＰａを越えると、弁口３０３は開弁す
る。
【００３４】次に、ＣＯ2 サイクルの作動を図８を用い
て説明する。ここで、例えば放熱器２の出口側温度が４
０℃、かつ、放熱器２出口圧力が１０．７ＭＰａ以下の
ときは、前述のように、圧力制御弁３は閉じているの
で、圧縮機１は、アキュームレータ５内に蓄えられたＣ
Ｏ2 を吸引して放熱器２へ向けて吐出する。これによ
り、放熱器２の出口側圧力が上昇していく（ｂ’−ｃ’
→ｂ”−ｃ”）。
て説明する。ここで、例えば放熱器２の出口側温度が４
０℃、かつ、放熱器２出口圧力が１０．７ＭＰａ以下の
ときは、前述のように、圧力制御弁３は閉じているの
で、圧縮機１は、アキュームレータ５内に蓄えられたＣ
Ｏ2 を吸引して放熱器２へ向けて吐出する。これによ
り、放熱器２の出口側圧力が上昇していく（ｂ’−ｃ’
→ｂ”−ｃ”）。
【００３５】そして遂に、放熱器２の出口側圧力が１
０．７ＭＰａを越える（Ｂ−Ｃ）と圧力制御弁３が開弁
するので、ＣＯ2 は減圧しながら気相状態から気液２相
状態に相変化して（Ｃ−Ｄ）蒸発器４内に流れ込む。そ
して、蒸発器４内で蒸発して（Ｄ−Ａ）空気を冷却した
後、再びアキュームレータ５に還流する。このとき、放
熱器２の出口側圧力が再び低下するので、圧力制御弁３
は再び閉じる。
０．７ＭＰａを越える（Ｂ−Ｃ）と圧力制御弁３が開弁
するので、ＣＯ2 は減圧しながら気相状態から気液２相
状態に相変化して（Ｃ−Ｄ）蒸発器４内に流れ込む。そ
して、蒸発器４内で蒸発して（Ｄ−Ａ）空気を冷却した
後、再びアキュームレータ５に還流する。このとき、放
熱器２の出口側圧力が再び低下するので、圧力制御弁３
は再び閉じる。
【００３６】すなわち、このＣＯ2 サイクルは、圧力制
御弁３を閉じるにより、放熱器２の出口側圧力を所定の
圧力まで昇圧させた後、ＣＯ2 を減圧、蒸発させて空気
を冷却するものである。なお、放熱器２の出口側温度が
２０℃の場合も、前述の作動と同様に、圧力制御弁３
は、放熱器２の出口側圧力を約６．８ＭＰａまで昇圧さ
せた後、開弁する。
御弁３を閉じるにより、放熱器２の出口側圧力を所定の
圧力まで昇圧させた後、ＣＯ2 を減圧、蒸発させて空気
を冷却するものである。なお、放熱器２の出口側温度が
２０℃の場合も、前述の作動と同様に、圧力制御弁３
は、放熱器２の出口側圧力を約６．８ＭＰａまで昇圧さ
せた後、開弁する。
【００３７】次に本実施形態の特徴を述べる。上述のよ
うに、本実施形態に係る圧力制御弁３は、放熱器２の出
口側圧力を所定の圧力まで昇圧させた後、開弁するもの
であり、その制御特性は、圧力制御弁３の密閉空間３０
５の圧力特性に大きく依存する。ところで、図１、８か
ら明らかなように、超臨界域での６００ｋｇ／ｍ3 の等
密度線は、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べ
た最適制御線ηmax にほぼ一致する。したがって、本実
施形態に係る圧力制御弁３は、放熱器２の出口側圧力
を、ほぼ最適制御線ηmax に沿った圧力まで上昇させる
ので、超臨界域においてもＣＯ2 サイクルを効率良く運
転させることができる。
うに、本実施形態に係る圧力制御弁３は、放熱器２の出
口側圧力を所定の圧力まで昇圧させた後、開弁するもの
であり、その制御特性は、圧力制御弁３の密閉空間３０
５の圧力特性に大きく依存する。ところで、図１、８か
ら明らかなように、超臨界域での６００ｋｇ／ｍ3 の等
密度線は、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べ
た最適制御線ηmax にほぼ一致する。したがって、本実
施形態に係る圧力制御弁３は、放熱器２の出口側圧力
を、ほぼ最適制御線ηmax に沿った圧力まで上昇させる
ので、超臨界域においてもＣＯ2 サイクルを効率良く運
転させることができる。
【００３８】また、臨界圧力以下では、６００ｋｇ／ｍ
3 の等密度線は、最適制御線ηmaxからのズレが大きく
なるが、凝縮域なので密閉空間３０５の内圧は、飽和液
線ＳＬに沿って変化する。そして、両コイルばね３０
９、３１０によって弁体３０４に初期荷重が与えられて
いるので、約１０℃の過冷却度（サブクール）を有する
状態に制御される。したがって、臨界圧力以下であって
も、ＣＯ2 サイクルを効率良く運転させることができ
る。
3 の等密度線は、最適制御線ηmaxからのズレが大きく
なるが、凝縮域なので密閉空間３０５の内圧は、飽和液
線ＳＬに沿って変化する。そして、両コイルばね３０
９、３１０によって弁体３０４に初期荷重が与えられて
いるので、約１０℃の過冷却度（サブクール）を有する
状態に制御される。したがって、臨界圧力以下であって
も、ＣＯ2 サイクルを効率良く運転させることができ
る。
【００３９】なお、実用的には、ＣＯ2 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までの範
囲で、密閉空間３０５内に封入することが望ましい。具
体的にＣＯ2 では、４５０ｋｇ／ｍ3 〜９５０ｋｇ／ｍ
3 であり（図８の一点鎖線Ｄ 1 とＤ2 の間の範囲）、密
閉空間３０５内体積と封入質量との関係は、図９の斜線
に示す範囲である。
飽和液密度からＣＯ2 の臨界点での飽和液密度までの範
囲で、密閉空間３０５内に封入することが望ましい。具
体的にＣＯ2 では、４５０ｋｇ／ｍ3 〜９５０ｋｇ／ｍ
3 であり（図８の一点鎖線Ｄ 1 とＤ2 の間の範囲）、密
閉空間３０５内体積と封入質量との関係は、図９の斜線
に示す範囲である。
【００４０】ところで、エレメントケース３１５単体を
大気中に放置したとき、すなわち組立て工程における密
閉空間３０５内外の圧力差（大気圧と密閉空間３０５と
の圧力差）は、ＣＯ2 サイクル（ＣＯ2 流路６ａ）に圧
力制御弁３を配設した場合における密閉空間３０５内外
の圧力差（上流側空間３０１ｅと密閉空間３０５との圧
力差）に比べて非常に大きいので、組立て工程にダイヤ
フラム３０６が破損する可能性が高い。
大気中に放置したとき、すなわち組立て工程における密
閉空間３０５内外の圧力差（大気圧と密閉空間３０５と
の圧力差）は、ＣＯ2 サイクル（ＣＯ2 流路６ａ）に圧
力制御弁３を配設した場合における密閉空間３０５内外
の圧力差（上流側空間３０１ｅと密閉空間３０５との圧
力差）に比べて非常に大きいので、組立て工程にダイヤ
フラム３０６が破損する可能性が高い。
【００４１】これに対して、本実施形態では、下側支持
部材３０８には、弁口３０３が弁体３０４により閉じら
れた状態において、弁体３０４の面３０４ａに対して略
同一面となる下側平面部３０８ｂが形成されているの
で、下側支持部材３０８と弁体３０４との間に段差が発
生し難くく、下側平面部３０８ｂと面３０４ａとが略同
一平面上に位置することとなる。
部材３０８には、弁口３０３が弁体３０４により閉じら
れた状態において、弁体３０４の面３０４ａに対して略
同一面となる下側平面部３０８ｂが形成されているの
で、下側支持部材３０８と弁体３０４との間に段差が発
生し難くく、下側平面部３０８ｂと面３０４ａとが略同
一平面上に位置することとなる。
【００４２】したがって、組立て工程中に、密閉空間３
０５内外の圧力差が大きくなったときでも、下側平面部
３０８ｂと面３０４ａとの間でダイヤフラム３０６が大
きく変形することを抑制することができるので、組立て
工程にダイヤフラム３０６が破損することを防止でき
る。また、同様に、下側支持部材３０８に、変形促進部
３０６ａに沿う形状に形成された凹部３０８ａが形成さ
れているので、組立て工程中に、密閉空間３０５内外の
圧力差により変形促進部３０６ａにてダイヤフラム３０
６が大きく変形することを防止することができる。延い
ては、ダイヤフラム３０６が変形促進部３０６ａにて破
損することを防止できる。
０５内外の圧力差が大きくなったときでも、下側平面部
３０８ｂと面３０４ａとの間でダイヤフラム３０６が大
きく変形することを抑制することができるので、組立て
工程にダイヤフラム３０６が破損することを防止でき
る。また、同様に、下側支持部材３０８に、変形促進部
３０６ａに沿う形状に形成された凹部３０８ａが形成さ
れているので、組立て工程中に、密閉空間３０５内外の
圧力差により変形促進部３０６ａにてダイヤフラム３０
６が大きく変形することを防止することができる。延い
ては、ダイヤフラム３０６が変形促進部３０６ａにて破
損することを防止できる。
【００４３】また、プレート３１１と段付き部３０７ａ
とが接触したときに、上側平面部３０７ｂがプレート３
１１の面３１１ａと略同一面になるので、上流側空間３
０１ｅの圧力が上昇して密閉空間３０５内外の圧力差が
大きくなったときでも、下側平面部３０８ｂと同様に、
上側平面部３０７ｂと面３１１ａとの間でダイヤフラム
３０６が大きく変形することを抑制することができ、ダ
イヤフラム３０６の破損を防止できる。
とが接触したときに、上側平面部３０７ｂがプレート３
１１の面３１１ａと略同一面になるので、上流側空間３
０１ｅの圧力が上昇して密閉空間３０５内外の圧力差が
大きくなったときでも、下側平面部３０８ｂと同様に、
上側平面部３０７ｂと面３１１ａとの間でダイヤフラム
３０６が大きく変形することを抑制することができ、ダ
イヤフラム３０６の破損を防止できる。
【００４４】また、弁体３０４およびダイヤフラム３０
６は、ダイヤフラム３０６が中立状態から弁体３０４側
（ダイヤフラム３０６の厚み方向他端側）に向けて変位
したときに弁口３０３を閉じ、厚み方向一端側に向けて
変位したときに弁口３０３の開度（弁口３０３を閉じた
状態を基準とする弁体３０４の変位量）が最大となるよ
うに構成されているので、ダイヤフラム３０６は中立状
態からダイヤフラム３０６の厚み方向他端側および一方
側に変形変位することとなる。
６は、ダイヤフラム３０６が中立状態から弁体３０４側
（ダイヤフラム３０６の厚み方向他端側）に向けて変位
したときに弁口３０３を閉じ、厚み方向一端側に向けて
変位したときに弁口３０３の開度（弁口３０３を閉じた
状態を基準とする弁体３０４の変位量）が最大となるよ
うに構成されているので、ダイヤフラム３０６は中立状
態からダイヤフラム３０６の厚み方向他端側および一方
側に変形変位することとなる。
【００４５】したがって、弁体３０４の最大変位量に比
べて、ダイヤフラム３０６の最大変形変位量を小さくす
ることができるので、ダイヤフラム３０６を中立状態か
ら厚み方向一方側および他方側のいずれか一方側のみで
変形変位させる場合に比べて、ダイヤフラム３０６に発
生する最大応力を小さくすることができる。延いては、
ダイヤフラム３０６の耐久性を向上させることができ
る。
べて、ダイヤフラム３０６の最大変形変位量を小さくす
ることができるので、ダイヤフラム３０６を中立状態か
ら厚み方向一方側および他方側のいずれか一方側のみで
変形変位させる場合に比べて、ダイヤフラム３０６に発
生する最大応力を小さくすることができる。延いては、
ダイヤフラム３０６の耐久性を向上させることができ
る。
【００４６】また、弁体３０４には、ダイヤフラム３０
６の厚み方向両端側から弾性力が作用しているので、弁
体３０４とダイヤフラム３０６とを接着（接合）するこ
となく、弁体３０４とダイヤフラム３０６とを一体的に
可動（変位）させることができる。ところで、溶接等の
ように熱を加えることにより、弁体３０４とダイヤフラ
ム３０６とを接合した場合、ダイヤフラム３０６の結晶
構造が変化し、ダイヤフラム３０６の変形変位特性が変
化するおそれがある。
６の厚み方向両端側から弾性力が作用しているので、弁
体３０４とダイヤフラム３０６とを接着（接合）するこ
となく、弁体３０４とダイヤフラム３０６とを一体的に
可動（変位）させることができる。ところで、溶接等の
ように熱を加えることにより、弁体３０４とダイヤフラ
ム３０６とを接合した場合、ダイヤフラム３０６の結晶
構造が変化し、ダイヤフラム３０６の変形変位特性が変
化するおそれがある。
【００４７】これに対して、本実施形態では、弁体３０
４とダイヤフラム３０６とが接合されていないので、ダ
イヤフラム３０６の変形変位特性が変化することを防止
できる。ところで、上述の作動および特徴の説明からも
明らかなように、圧力制御弁３の密閉空間３０５内温度
は、理想的には、放熱器２出口側温度（上流側空間３０
１ｅの温度）に対して時間差無しに連動して変化するこ
とが望ましい。
４とダイヤフラム３０６とが接合されていないので、ダ
イヤフラム３０６の変形変位特性が変化することを防止
できる。ところで、上述の作動および特徴の説明からも
明らかなように、圧力制御弁３の密閉空間３０５内温度
は、理想的には、放熱器２出口側温度（上流側空間３０
１ｅの温度）に対して時間差無しに連動して変化するこ
とが望ましい。
【００４８】これに対して、本実施形態では、上側支持
部材３０７より熱伝導率の大きい封入管３１３が、密閉
空間３０５内外に渡って上側支持部材３０７を貫通して
いるので、密閉空間３０５内の温度と上流側空間３０１
ｅの温度との差を小さくすることができる。したがっ
て、放熱器２の出口側圧力を、より一層最適制御線ηma
x に沿った圧力まで上昇させるので、より効率良く、Ｃ
Ｏ2 サイクルを運転させることができる。
部材３０７より熱伝導率の大きい封入管３１３が、密閉
空間３０５内外に渡って上側支持部材３０７を貫通して
いるので、密閉空間３０５内の温度と上流側空間３０１
ｅの温度との差を小さくすることができる。したがっ
て、放熱器２の出口側圧力を、より一層最適制御線ηma
x に沿った圧力まで上昇させるので、より効率良く、Ｃ
Ｏ2 サイクルを運転させることができる。
【００４９】（第２実施形態）本実施形態は、図１０、
１１に示すように、上側支持部材３０７の肉厚方向に突
出する突出部３１７を上側支持部材３０７に形成したも
のである。これにより、上側支持部材３０７と上流側空
間３０１ｅとの間の熱伝達率、および上側支持部材３０
７の耐圧強度を向上させることができる。延いては、上
側支持部材３０７の薄肉化を図ることができるので、上
流側空間３０１ｅと密閉空間３０５との熱伝導量を向上
させることができる。
１１に示すように、上側支持部材３０７の肉厚方向に突
出する突出部３１７を上側支持部材３０７に形成したも
のである。これにより、上側支持部材３０７と上流側空
間３０１ｅとの間の熱伝達率、および上側支持部材３０
７の耐圧強度を向上させることができる。延いては、上
側支持部材３０７の薄肉化を図ることができるので、上
流側空間３０１ｅと密閉空間３０５との熱伝導量を向上
させることができる。
【００５０】なお、本実施形態では、突出部３１７を上
側支持部材３０７の外壁側（上流側空間３０１ｅ）側に
のみ設けたが、本実施形態は、これに限定されるもので
はなく、上側支持部材３０７の内壁側（密閉空間３０５
側）に突出部３１７を設けてもよい。 （第３実施形態）本実施形態は、図１２、１３に示すよ
うに、第２コイルばね３１０を下流側空間３０１ｆに配
設したものである。なお、図１２は隔壁部３０２に雌ね
じ３０２ａを設けた例であり、図１３はケーシング本体
３０１ｃに雌ねじ３０２ａを設けた例である。
側支持部材３０７の外壁側（上流側空間３０１ｅ）側に
のみ設けたが、本実施形態は、これに限定されるもので
はなく、上側支持部材３０７の内壁側（密閉空間３０５
側）に突出部３１７を設けてもよい。 （第３実施形態）本実施形態は、図１２、１３に示すよ
うに、第２コイルばね３１０を下流側空間３０１ｆに配
設したものである。なお、図１２は隔壁部３０２に雌ね
じ３０２ａを設けた例であり、図１３はケーシング本体
３０１ｃに雌ねじ３０２ａを設けた例である。
【００５１】これにより、エレメントケース３１５をケ
ーシング３０１内に収納した後であっても、流入口３０
１ｂから六角レンチ等により調節ネジ３１２を回すこと
ができる。 （第４実施形態）本実施形態は、図１４〜１６に示すよ
うに、第１コイルばね３０９を廃止して、弁体３０４お
よびプレート（剛体）３１１とダイヤフラム３０６とを
接合するとともに、弁口３０３を閉じる向きに第２コイ
ルばね３１０の弾性力を弁体３０４に対して作用させた
ものである。なお、本実施形態では、弁体３０４に雄ね
じを形成し、調節ネジ３１２に雌ねじを形成している。
ーシング３０１内に収納した後であっても、流入口３０
１ｂから六角レンチ等により調節ネジ３１２を回すこと
ができる。 （第４実施形態）本実施形態は、図１４〜１６に示すよ
うに、第１コイルばね３０９を廃止して、弁体３０４お
よびプレート（剛体）３１１とダイヤフラム３０６とを
接合するとともに、弁口３０３を閉じる向きに第２コイ
ルばね３１０の弾性力を弁体３０４に対して作用させた
ものである。なお、本実施形態では、弁体３０４に雄ね
じを形成し、調節ネジ３１２に雌ねじを形成している。
【００５２】これにより、エレメントケース３１５（圧
力制御弁３）の部品点数を削減することができるので、
圧力制御弁３の製造原価低減を図るこのできる。ところ
で、本発明に係る圧力制御弁は、ＣＯ2 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。
力制御弁３）の部品点数を削減することができるので、
圧力制御弁３の製造原価低減を図るこのできる。ところ
で、本発明に係る圧力制御弁は、ＣＯ2 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。
【００５３】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ＣＯ2 サイクルと同様
な作動を得ることができる。因みに、本明細書におい
て、例えば「弁体３０４とダイヤフラム３０６とが接触
している」とは、弁体３０４とダイヤフラム３０６との
間に、スペーサ（ワッシャ）等の別体部品は介在してい
る場合も含む意味である。つまり、弁体３０４と別体部
品であっても、弁体３０４と一体的に可動する場合に
は、その別体部品は弁体３０４の一部とみなすことがで
きる。なお、プレート３１１ととダイヤフラム３０６と
の間に別体部品が介在する場合も同じである。
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ＣＯ2 サイクルと同様
な作動を得ることができる。因みに、本明細書におい
て、例えば「弁体３０４とダイヤフラム３０６とが接触
している」とは、弁体３０４とダイヤフラム３０６との
間に、スペーサ（ワッシャ）等の別体部品は介在してい
る場合も含む意味である。つまり、弁体３０４と別体部
品であっても、弁体３０４と一体的に可動する場合に
は、その別体部品は弁体３０４の一部とみなすことがで
きる。なお、プレート３１１ととダイヤフラム３０６と
の間に別体部品が介在する場合も同じである。
【００５４】また、第１〜３実施形態では、ダイヤフラ
ム３０６と弁体３０４とを接合していなかったが、両者
３０６、３０４を溶接や接着剤等により接合してもよ
い。これにより、弁体３０４を確実にダイヤフラム３０
６に追従させて変位させることができる。また、上述の
実施形態では、プレート３１１を樹脂製としてもよい。
ム３０６と弁体３０４とを接合していなかったが、両者
３０６、３０４を溶接や接着剤等により接合してもよ
い。これにより、弁体３０４を確実にダイヤフラム３０
６に追従させて変位させることができる。また、上述の
実施形態では、プレート３１１を樹脂製としてもよい。
【図１】ＣＯ2 のモリエル線図である。
【図２】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。
【図３】ＣＯ2 サイクルの模式図である。
【図４】第１実施形態に係る圧力制御弁の断面図であ
る。
る。
【図５】開弁状態を示すダイヤフラム部分の拡大図であ
る。
る。
【図６】閉弁状態を示すダイヤフラム部分の拡大図であ
る。
る。
【図７】（ａ）は図４のＡ矢視図であり、（ｂ）は
（ａ）のＢ矢視図である。
（ａ）のＢ矢視図である。
【図８】蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動を説明するため
の説明図である。
の説明図である。
【図９】密閉空間内の体積と、この密閉空間内に封入さ
れるＣＯ2 の質量との関係を示すグラフである。
れるＣＯ2 の質量との関係を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態に係る圧力制御弁の上側支持部
材を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図で
ある。
材を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図で
ある。
【図１１】第２実施形態に係る圧力制御弁の変形例を示
す上側支持部材の正面図である。
す上側支持部材の正面図である。
【図１２】第３実施形態に係る圧力制御弁の断面図であ
る。
る。
【図１３】第３実施形態の変形例に係る圧力制御弁の断
面図である。
面図である。
【図１４】第４実施形態に係る圧力制御弁の断面図であ
る。
る。
【図１５】第４実施形態の変形例に係る圧力制御弁の断
面図である。
面図である。
【図１６】第４実施形態の変形例に係る圧力制御弁の断
面図である。
面図である。
３０１…ケーシング、３０２…隔壁部、３０３…弁口、
３０４…弁体、３０５…密閉空間、３０６…ダイヤフラ
ム（変位部材）、３０７…ダイヤフラム上側支持部材
（形成部材）、３０７ａ…段付き部（ストッパ部）、３
０７ｂ…上側平面部（形成部材平面部）、３０８…ダイ
ヤフラム下側支持部材（保持部材）、３０８ｂ…下側平
面部（保持部材平面部）、３０９…第１コイルばね（第
１弾性部材）、３１０…第２コイルバネ（第２弾性部
材）、３１１…プレート（剛体）、３１２…調節ネジ
（弾性力調節機構）、３１３…封入管（貫通部材）。
３０４…弁体、３０５…密閉空間、３０６…ダイヤフラ
ム（変位部材）、３０７…ダイヤフラム上側支持部材
（形成部材）、３０７ａ…段付き部（ストッパ部）、３
０７ｂ…上側平面部（形成部材平面部）、３０８…ダイ
ヤフラム下側支持部材（保持部材）、３０８ｂ…下側平
面部（保持部材平面部）、３０９…第１コイルばね（第
１弾性部材）、３１０…第２コイルバネ（第２弾性部
材）、３１１…プレート（剛体）、３１２…調節ネジ
（弾性力調節機構）、３１３…封入管（貫通部材）。
フロントページの続き (72)発明者 榊原 久介 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 尾崎 幸克 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内
Claims (6)
- 【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
（６ａ）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、 前記冷媒流路（６ａ）内に形成され、前記冷媒流路（６
ａ）を上流側空間（３０１ｅ）と下流側空間（３０１
ｆ）とに仕切る隔壁部（３０２）と、 前記隔壁部（３０２）に形成され、前記上流側空間（３
０１ｅ）と前記下流側空間（３０１ｆ）と連通させる弁
口（３０３）と、 前記上流側空間（３０１ｅ）内に密閉空間（３０５）を
形成し、前記密閉空間（３０５）内外の圧力差に応じて
変位する、薄膜状の変位部材（３０６）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向一端側に配設され、
前記変位部材（３０６）と共に前記密閉空間（３０５）
を形成する形成部材（３０７）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側に配設され、
前記形成部材（３０７）と共に前記変位部材（３０６）
を保持固定する保持部材（３０８）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側にて前記変位
部材（３０６）に接触し、前記変位部材（３０６）に連
動して変位し、前記弁口（３０３）を開閉する弁体（３
０４）と、 前記密閉空間（３０５）内外に渡って前記形成部材（３
０７）を貫通し、前記形成部材（３０７）より熱伝導率
の大きい材料からなる貫通部材（３１３）とを備え、 前記密閉空間（３０５）内には冷媒が、前記弁口（３０
３）が閉じられた状態における前記密閉空間（３０５）
内体積に対して、前記冷媒の温度が０℃での飽和液密度
から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度
で封入されていることを特徴とする圧力制御弁。 - 【請求項２】 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
（６ａ）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、 前記冷媒流路（６ａ）内に形成され、前記冷媒流路（６
ａ）を上流側空間（３０１ｅ）と下流側空間（３０１
ｆ）とに仕切る隔壁部（３０２）と、 前記隔壁部（３０２）に形成され、前記上流側空間（３
０１ｅ）と前記下流側空間（３０１ｆ）と連通させる弁
口（３０３）と、 前記上流側空間（３０１ｅ）内に密閉空間（３０５）を
形成し、前記密閉空間（３０５）内外の圧力差に応じて
変形変位する、薄膜状の変位部材（３０６）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向一端側に配設され、
前記変位部材（３０６）と共に前記密閉空間（３０５）
を形成する形成部材（３０７）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側に配設され、
前記形成部材（３０７）と共に前記変位部材（３０６）
を保持固定する保持部材（３０８）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側にて前記変位
部材（３０６）に接触し、前記変位部材（３０６）に連
動して変位し、前記弁口（３０３）を開閉する弁体（３
０４）とを備え、 前記弁体（３０４）および前記変位部材（３０６）は、
前記変位部材（３０６）が中立状態から前記変位部材
（３０６）の厚み方向他端側に向けて変位したときに前
記弁口（３０３）を閉じ、厚み方向一端側に向けて変位
したときに前記弁口（３０３）の開度が最大となるよう
に構成されており、 さらに、前記密閉空間（３０５）内には冷媒が、前記弁
口（３０３）が閉じられた状態における前記密閉空間
（３０５）内体積に対して、前記冷媒の温度が０℃での
飽和液密度から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る
範囲の密度で封入されていることを特徴とする圧力制御
弁。 - 【請求項３】 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
（６ａ）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、 前記冷媒流路（６ａ）内に形成され、前記冷媒流路（６
ａ）を上流側空間（３０１ｅ）と下流側空間（３０１
ｆ）とに仕切る隔壁部（３０２）と、 前記隔壁部（３０２）に形成され、前記上流側空間（３
０１ｅ）と前記下流側空間（３０１ｆ）と連通させる弁
口（３０３）と、 前記上流側空間（３０１ｅ）内に密閉空間（３０５）を
形成し、前記密閉空間（３０５）内外の圧力差に応じて
変位する、薄膜状の変位部材（３０６）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向一端側に配設され、
前記変位部材（３０６）と共に前記密閉空間（３０５）
を形成する形成部材（３０７）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側に配設され、
前記形成部材（３０７）と共に前記変位部材（３０６）
を保持固定する保持部材（３０８）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側にて前記変位
部材（３０６）に接触し、前記変位部材（３０６）に連
動して変位し、前記弁口（３０３）を開閉する弁体（３
０４）と、 前記形成部材（３０７）に形成され、その肉厚方向に前
記形成部材（３０７）から突出する突出部（３１７）と
を備え、 前記密閉空間（３０５）内には冷媒が、前記弁口（３０
３）が閉じられた状態における前記密閉空間（３０５）
内体積に対して、前記冷媒の温度が０℃での飽和液密度
から前記冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度
で封入されていることを特徴とする圧力制御弁。 - 【請求項４】 前記変位部材（３０６）の厚み方向一端
側に配設され、前記変位部材（３０６）を介して前記弁
体（３０４）に対して前記弁口（３０３）を閉じる向き
の弾性力を作用させる第１弾性部材（３０９）と、 前記変位部材（３０６）の厚み方向他端側に配設され、
前記弁体（３０４）に対して前記弁口（３０３）を開く
向きの弾性力を作用させる第２弾性部材（３１０）と、 前記第２弾性部材（３１０）が前記弁体（３０４）に対
して作用させる弾性力を調節する弾性力調節機構（３１
２）とを備えることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれか１つに記載の圧力制御弁。 - 【請求項５】 前記変位部材（３０６）の厚み方向他端
側に接合され、前記弁体（３０４）に対して前記弁口
（３０３）を閉じる向きの弾性力を作用させる弾性部材
（３１０）と、 前記弾性部材（３１０）が前記弁体（３０４）に対して
作用させる弾性力を調節する弾性力調節機構（３１２）
とを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
か１つに記載の圧力制御弁。 - 【請求項６】 前記冷媒は二酸化炭素であり、 前記密閉空間内の密度は、４５０ｋｇ／ｍ3 〜９５０ｋ
ｇ／ｍ3 であることを特徴とする請求項１ないし５のい
ずれか１つに記載の圧力制御弁。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19438497A JP3826503B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 圧力制御弁 |
| DE69831534T DE69831534T2 (de) | 1997-07-18 | 1998-07-16 | Drucksteuerventil für Kälteanlage |
| EP98113280A EP0892226B1 (en) | 1997-07-18 | 1998-07-16 | Pressure control valve for refrigerating system |
| US09/116,898 US6012300A (en) | 1997-07-18 | 1998-07-17 | Pressure control valve for refrigerating system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19438497A JP3826503B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 圧力制御弁 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1137615A true JPH1137615A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3826503B2 JP3826503B2 (ja) | 2006-09-27 |
Family
ID=16323711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19438497A Expired - Fee Related JP3826503B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 圧力制御弁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3826503B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001012824A (ja) * | 1999-04-27 | 2001-01-19 | Denso Corp | 制御弁 |
| EP1659352A2 (en) * | 2004-11-19 | 2006-05-24 | Tgk Company, Ltd. | Expansion device |
| WO2008087927A1 (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-24 | Calsonic Kansei Corporation | 膨張弁 |
-
1997
- 1997-07-18 JP JP19438497A patent/JP3826503B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001012824A (ja) * | 1999-04-27 | 2001-01-19 | Denso Corp | 制御弁 |
| EP1659352A2 (en) * | 2004-11-19 | 2006-05-24 | Tgk Company, Ltd. | Expansion device |
| EP1659352A3 (en) * | 2004-11-19 | 2006-05-31 | Tgk Company, Ltd. | Expansion device |
| WO2008087927A1 (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-24 | Calsonic Kansei Corporation | 膨張弁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3826503B2 (ja) | 2006-09-27 |
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