JPH1163739A - 圧力制御弁 - Google Patents
圧力制御弁Info
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- JPH1163739A JPH1163739A JP9229700A JP22970097A JPH1163739A JP H1163739 A JPH1163739 A JP H1163739A JP 9229700 A JP9229700 A JP 9229700A JP 22970097 A JP22970097 A JP 22970097A JP H1163739 A JPH1163739 A JP H1163739A
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- valve
- radiator
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- port
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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
-
- 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
-
- 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
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/17—Control issues by controlling the pressure of the condenser
-
- 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
- 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】 ベローズ３０６内に配設されたコイルバ
ネ３０９を、最適制御線の変化率が大きく変化する温度
（所定温度Ｔ0 ）で、形状が変化する形状記憶合金で構
成する。これにより、所定温度Ｔ0 よりＣＯ2 温度が上
昇すると、バネ定数ｋが増大するので、成績係数の悪化
を招くことなく、ベローズ３０６内に封入するＣＯ2 密
度を小さくすることができ、ベローズが破損を防止する
ことができる。
破損を防止する。 【解決手段】 ベローズ３０６内に配設されたコイルバ
ネ３０９を、最適制御線の変化率が大きく変化する温度
（所定温度Ｔ0 ）で、形状が変化する形状記憶合金で構
成する。これにより、所定温度Ｔ0 よりＣＯ2 温度が上
昇すると、バネ定数ｋが増大するので、成績係数の悪化
を招くことなく、ベローズ３０６内に封入するＣＯ2 密
度を小さくすることができ、ベローズが破損を防止する
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】二酸化炭素（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）。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、ＣＯ
2 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。
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）。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、ＣＯ
2 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。
【０００３】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）。
【０００４】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。
【０００５】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。
【０００６】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。
【０００７】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３
にて放熱器出口２側圧力と放熱器２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３
にて放熱器出口２側圧力と放熱器２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。
【０００８】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ＣＯ2 の体積
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ＣＯ2 の体積
変化を利用して弁口の開度を制御するものである。
【０００９】
【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。
【００１０】一方、ＣＯ2 サイクルでは、上記出願で述
べたように、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。
べたように、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。
【００１１】因みに、圧力応動部材の材料として、発明
者等は、当初ステンレス（ＳＵＳ３０４）とインコネル
とを検討したが、ステンレスでは所定の耐圧強度を得る
ことができず、また、インコネルは降伏応力が高いので
破損まで至らないものの、塑性変形してしまうというこ
とが判明した。なお、上記問題に対して、密閉空間内に
封入するＣＯ2 の飽和液密度を小さくする（例えば６２
５ｋｇ／ｍ3 から４００ｋｇ／ｍ3 にする）といった手
段が考えられるが、この手段では、圧力制御弁の制御特
性が最適制御線ηmax からズレてしまうので（図３の一
点鎖線）、成績係数の悪化を招いてしまう。
者等は、当初ステンレス（ＳＵＳ３０４）とインコネル
とを検討したが、ステンレスでは所定の耐圧強度を得る
ことができず、また、インコネルは降伏応力が高いので
破損まで至らないものの、塑性変形してしまうというこ
とが判明した。なお、上記問題に対して、密閉空間内に
封入するＣＯ2 の飽和液密度を小さくする（例えば６２
５ｋｇ／ｍ3 から４００ｋｇ／ｍ3 にする）といった手
段が考えられるが、この手段では、圧力制御弁の制御特
性が最適制御線ηmax からズレてしまうので（図３の一
点鎖線）、成績係数の悪化を招いてしまう。
【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〜
３に記載の発明では、弁体（３０８）の変位量に対する
閉弁力印加手段（３０９、３１５、３１６）の閉弁力の
変化量の比（ｋ）は、ハウジング（３０１）内の冷媒温
度が所定値を越えた時を境に増大することを特徴とす
る。
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
３に記載の発明では、弁体（３０８）の変位量に対する
閉弁力印加手段（３０９、３１５、３１６）の閉弁力の
変化量の比（ｋ）は、ハウジング（３０１）内の冷媒温
度が所定値を越えた時を境に増大することを特徴とす
る。
【００１４】これにより、冷媒が臨界状態になった場合
には、後述するように、閉弁力印加手段（３０９、３１
５、３１６）の閉弁力は、略階段状に大きくなるので、
放熱器（２）出口側の圧力は、密閉空間（３０７）内の
飽和液密度の等密度線を上回る等密度線に沿うように変
化する。したがって、密閉空間内（３０７）に封入する
冷媒の飽和液密度を小さくしても、臨界状態において、
放熱器（２）出口側の圧力が最適制御線ηmax から大き
くズレてしまうことを防止できるので、密閉空間内（３
０７）に封入する冷媒の飽和液密度を小さくすることが
できる。延いては、成績係数の悪化を招くことなく、圧
力応動部材（３０６）が破損することを防止することが
できる。
には、後述するように、閉弁力印加手段（３０９、３１
５、３１６）の閉弁力は、略階段状に大きくなるので、
放熱器（２）出口側の圧力は、密閉空間（３０７）内の
飽和液密度の等密度線を上回る等密度線に沿うように変
化する。したがって、密閉空間内（３０７）に封入する
冷媒の飽和液密度を小さくしても、臨界状態において、
放熱器（２）出口側の圧力が最適制御線ηmax から大き
くズレてしまうことを防止できるので、密閉空間内（３
０７）に封入する冷媒の飽和液密度を小さくすることが
できる。延いては、成績係数の悪化を招くことなく、圧
力応動部材（３０６）が破損することを防止することが
できる。
【００１５】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。
【００１６】
（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。
【００１７】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。
【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。
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。
【００２０】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、後述するコイルバネ３０９の初期設定荷重を調節す
る。また、３０６は、ハウジング３０１と共に密閉空間
３０７を形成するベローズ（圧力応動部材）であり、こ
のベローズ３０６（密閉空間３０７）内には、弁口３０
４が閉じられた状態における密閉空間３０７内体積に対
して、ＣＯ2 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４００ｋｇ／ｍ3 ）で封入されている。なお、ベロ
ーズ３０６はステンレス（本実施形態ではＳＵＳ３０
４）製の薄膜部材を蛇腹状にして形成したものである。
じ結合しており、弁座３０５を回転調節することによ
り、後述するコイルバネ３０９の初期設定荷重を調節す
る。また、３０６は、ハウジング３０１と共に密閉空間
３０７を形成するベローズ（圧力応動部材）であり、こ
のベローズ３０６（密閉空間３０７）内には、弁口３０
４が閉じられた状態における密閉空間３０７内体積に対
して、ＣＯ2 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４００ｋｇ／ｍ3 ）で封入されている。なお、ベロ
ーズ３０６はステンレス（本実施形態ではＳＵＳ３０
４）製の薄膜部材を蛇腹状にして形成したものである。
【００２１】そして、ベローズ３０６の長手方向一端側
はハウジング３０１に溶接接合されており、他端側は、
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。）３０８に溶接接合されてい
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３０７内の体積が膨張すると、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。
はハウジング３０１に溶接接合されており、他端側は、
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。）３０８に溶接接合されてい
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３０７内の体積が膨張すると、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】また、ベローズ３０６内には、弁口３０４
を閉じる向きの閉弁力を弁体３０８に作用させるコイル
バネ３０９（閉弁力印加手段）が配設されており、この
コイルバネ（以下、バネと略す。）３０９は、バネ３０
９のバネ定数ｋが密閉空間３０７内（放熱器２出口側）
のＣＯ2 温度が所定温度Ｔ0 を越えた時を境に増大する
ように変化させるべく、所定温度Ｔ0 で変形する形状記
憶合金にて構成されている。
を閉じる向きの閉弁力を弁体３０８に作用させるコイル
バネ３０９（閉弁力印加手段）が配設されており、この
コイルバネ（以下、バネと略す。）３０９は、バネ３０
９のバネ定数ｋが密閉空間３０７内（放熱器２出口側）
のＣＯ2 温度が所定温度Ｔ0 を越えた時を境に増大する
ように変化させるべく、所定温度Ｔ0 で変形する形状記
憶合金にて構成されている。
【００２３】なお、バネ定数ｋは、弁体３０８の変位量
に対するバネ３０９の閉弁力の変化量の比に等しいもの
である。ところで、バネ３０９による初期設定荷重（弁
口３０４を閉じた状態での弾性力）およびバネ定数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
されており、本実施形態ではベローズ３０６内での圧力
換算で約１ＭＰａである。また、所定温度Ｔ0 は、最適
制御線ηmax の傾きが大きく変化する温度（図３のＫ
点）近傍に設定することが望ましく、ＣＯ2 サイクルで
は約３５℃〜４０℃程度である。
に対するバネ３０９の閉弁力の変化量の比に等しいもの
である。ところで、バネ３０９による初期設定荷重（弁
口３０４を閉じた状態での弾性力）およびバネ定数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
されており、本実施形態ではベローズ３０６内での圧力
換算で約１ＭＰａである。また、所定温度Ｔ0 は、最適
制御線ηmax の傾きが大きく変化する温度（図３のＫ
点）近傍に設定することが望ましく、ＣＯ2 サイクルで
は約３５℃〜４０℃程度である。
【００２４】因みに、図２中、３１０はＣＯ2 を封入す
るための封入口であり、この封入口３１０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、
３１１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３１１には、ＣＯ2 流通用の貫通穴３
１１ａが形成されている。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。
るための封入口であり、この封入口３１０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、
３１１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３１１には、ＣＯ2 流通用の貫通穴３
１１ａが形成されている。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。
【００２５】弁体３０８には、バネ３０９の閉弁力と密
閉空間３０７内外の圧力差による力が作用するので、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バネ３０９
の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。
閉空間３０７内外の圧力差による力が作用するので、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バネ３０９
の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。
【００２６】したがって、放熱器２出口側の圧力は、バ
ネ３０９の閉弁力（弾性力）をベローズ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３
０７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。
ネ３０９の閉弁力（弾性力）をベローズ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３
０７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。
【００２７】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、このとき、密閉空間３０７内の温度
が所定温度Ｔ0 を越えているので、バネ圧は、臨界圧力
以下の状態と異なり、略階段状に大きくなる。このた
め、放熱器２出口側の圧力は、図３の破線に示すよう
に、密閉空間３０７内の飽和液密度の等密度線を大きく
上回る等密度線に沿うように変化する。
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、このとき、密閉空間３０７内の温度
が所定温度Ｔ0 を越えているので、バネ圧は、臨界圧力
以下の状態と異なり、略階段状に大きくなる。このた
め、放熱器２出口側の圧力は、図３の破線に示すよう
に、密閉空間３０７内の飽和液密度の等密度線を大きく
上回る等密度線に沿うように変化する。
【００２８】したがって、密閉空間内３０７に封入する
ＣＯ2 の飽和液密度を小さくしても、臨界状態におい
て、放熱器２出口側の圧力が最適制御線ηmax から大き
くズレてしまうことを防止できるので、密閉空間内３０
７に封入するＣＯ2 の飽和液密度を小さくすることがで
きる。延いては、成績係数の悪化を招くことなく、ベロ
ーズ３０６が破損することを防止することができる。
ＣＯ2 の飽和液密度を小さくしても、臨界状態におい
て、放熱器２出口側の圧力が最適制御線ηmax から大き
くズレてしまうことを防止できるので、密閉空間内３０
７に封入するＣＯ2 の飽和液密度を小さくすることがで
きる。延いては、成績係数の悪化を招くことなく、ベロ
ーズ３０６が破損することを防止することができる。
【００２９】因みに、図３の一点鎖線は、形状記憶合金
ではない、通常の金属によってバネ３０９を構成した場
合の放熱器２出口側の圧力の変化を示すものである。 （第２実施形態）上述の実施形態では、バネ３０９を密
閉空間内３０７（ベローズ３０６）内に配設したが、本
実施形態は、図４に示すように、密閉空間内３０７（ベ
ローズ３０６）外のハウジング３０１内にバネ３０９を
配設したものである。
ではない、通常の金属によってバネ３０９を構成した場
合の放熱器２出口側の圧力の変化を示すものである。 （第２実施形態）上述の実施形態では、バネ３０９を密
閉空間内３０７（ベローズ３０６）内に配設したが、本
実施形態は、図４に示すように、密閉空間内３０７（ベ
ローズ３０６）外のハウジング３０１内にバネ３０９を
配設したものである。
【００３０】なお、３１２は上部バネ押さえであり、３
１３は、弁体３０８およびベローズ３０６に接合された
シャフト３１４の案内部材を兼ねる、弁体３０８に圧入
固定された下部バネ押さえである。 （第３実施形態）上述の実施形態では、バネ３０９を形
状記憶合金で構成することにより、バネ定数ｋが、ハウ
ジング３０１内のＣＯ2 温度が所定値Ｔ0 を越えた時を
境に増大させたが、本実施形態は、図５に示すように、
バネ３０９を廃止し、所定値Ｔ0で融解するサーモワッ
クスにて、弁体３０８に閉弁力を作用させる閉弁力印加
手段を構成したものである。
１３は、弁体３０８およびベローズ３０６に接合された
シャフト３１４の案内部材を兼ねる、弁体３０８に圧入
固定された下部バネ押さえである。 （第３実施形態）上述の実施形態では、バネ３０９を形
状記憶合金で構成することにより、バネ定数ｋが、ハウ
ジング３０１内のＣＯ2 温度が所定値Ｔ0 を越えた時を
境に増大させたが、本実施形態は、図５に示すように、
バネ３０９を廃止し、所定値Ｔ0で融解するサーモワッ
クスにて、弁体３０８に閉弁力を作用させる閉弁力印加
手段を構成したものである。
【００３１】すなわち、弁体３０８にシリンダ部（円筒
部）３０８ａを設け、このシリンダ部３０８ａ内にサー
モワックス３１５を充填するとともに、シリンダ部３０
８ａに対して摺動可能な摺動棒３１６をハウジング３０
１に固定したものである。これにより、サーモワックス
３１５および摺動棒３１６により疑似バネ手段が構成さ
れるとともに、ハウジング３０１内のＣＯ2 温度が所定
値Ｔ0 を越えて、サーモワックス３１５の温度が所定値
Ｔ0 を越えた時を境に、サーモワックス３１５が融解し
て熱膨張率が増大し、かつ、サーモワックスの体積が膨
張するので、形状記憶合金で構成したバネ３０９と同様
な作動効果を得ることができる。
部）３０８ａを設け、このシリンダ部３０８ａ内にサー
モワックス３１５を充填するとともに、シリンダ部３０
８ａに対して摺動可能な摺動棒３１６をハウジング３０
１に固定したものである。これにより、サーモワックス
３１５および摺動棒３１６により疑似バネ手段が構成さ
れるとともに、ハウジング３０１内のＣＯ2 温度が所定
値Ｔ0 を越えて、サーモワックス３１５の温度が所定値
Ｔ0 を越えた時を境に、サーモワックス３１５が融解し
て熱膨張率が増大し、かつ、サーモワックスの体積が膨
張するので、形状記憶合金で構成したバネ３０９と同様
な作動効果を得ることができる。
【００３２】（第４実施形態）本実施形態は、図６に示
すように、サーモワックス３１５および摺動棒３１６に
よる疑似バネ手段と、形状記憶合金ではない通常の金属
のコイルバネ３１７とを直列に配設したものである。因
みに、本実施形態では、摺動棒３１６はハウジング３０
１に固定されていない。
すように、サーモワックス３１５および摺動棒３１６に
よる疑似バネ手段と、形状記憶合金ではない通常の金属
のコイルバネ３１７とを直列に配設したものである。因
みに、本実施形態では、摺動棒３１６はハウジング３０
１に固定されていない。
【００３３】なお、本実施形態において、コイルバネ３
１７の材料は金属に限定されるものではなく、形状記憶
合金のごとく所定値Ｔ0 を境に形状が大きく変化しない
材料であればよい。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。
１７の材料は金属に限定されるものではなく、形状記憶
合金のごとく所定値Ｔ0 を境に形状が大きく変化しない
材料であればよい。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。
【００３４】また、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。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。
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ＣＯ2
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…ベローズ（圧力応動部
材）、３０７…密閉空間、３０８…弁体、３０９…コイ
ルバネ（閉弁力印加手段）。
口、３０４…弁口、３０６…ベローズ（圧力応動部
材）、３０７…密閉空間、３０８…弁体、３０９…コイ
ルバネ（閉弁力印加手段）。
Claims (3)
- 【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、 前記弁口（３０４）を挟んで前記流入口（３０２）側の
空間（３０２ａ）内に密閉空間（３０７）を形成し、前
記密閉空間（３０７）内外の圧力差に応じて変位する、
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）に連動して変位し、前記弁
口（３０４）を開閉する弁体（３０８）と、 前記ハウジング（３０１）内に配設され、前記弁口（３
０４）を閉じる向きの閉弁力を前記弁体（３０８）に作
用させる閉弁力印加手段（３０９、３１５、３１６）と
を備え、 前記密閉空間（３０７）内には冷媒が封入され、 前記圧力応動部材（３０６）は、前記密閉空間（３０
７）内体積の膨張に応じて前記弁口（３０４）を閉じる
向きの力を前記弁体（３０８）に作用させ、 前記弁体（３０８）の変位量に対する前記閉弁力印加手
段（３０９、３１５、３１６）の閉弁力の変化量の比
（ｋ）は、前記ハウジング（３０１）内の冷媒温度が所
定値を越えた時を境に増大することを特徴とする圧力制
御弁。 - 【請求項２】 前記閉弁力印加手段は、所定温度で変形
する形状記憶合金からなるバネ手段（３０９）にて構成
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。 - 【請求項３】 前記閉弁力印加手段は、所定温度で融解
するワックス（３１５）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 |
|---|---|---|---|
| JP9229700A JPH1163739A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 圧力制御弁 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9229700A JPH1163739A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 圧力制御弁 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1163739A true JPH1163739A (ja) | 1999-03-05 |
Family
ID=16896338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9229700A Pending JPH1163739A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | 圧力制御弁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1163739A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6470571B1 (en) | 1999-03-02 | 2002-10-29 | Namiki Co., Ltd. | Method for producing a decorated adjuster for a necklace or choker |
| KR100398124B1 (ko) * | 2000-10-26 | 2003-09-19 | 현대자동차주식회사 | 자동차용 에어컨 시스템의 팽창 밸브 |
| JP2006207852A (ja) * | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Saginomiya Seisakusho Inc | 弁装置および冷凍サイクル装置 |
| JP2006220407A (ja) * | 2005-01-13 | 2006-08-24 | Denso Corp | 冷凍サイクル用膨張弁 |
| JP2007040330A (ja) * | 2005-08-01 | 2007-02-15 | Fuji Koki Corp | 電動弁 |
| WO2014076051A1 (de) * | 2012-11-19 | 2014-05-22 | Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg | Abschaltventil für flüssige und gasförmige medien |
| CN111045410A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 界首市迅立达电梯有限公司 | 一种基于大数据的生产设备管理规划系统 |
| CN115479153A (zh) * | 2021-05-31 | 2022-12-16 | 阿自倍尔株式会社 | 阀维护辅助装置以及方法 |
-
1997
- 1997-08-26 JP JP9229700A patent/JPH1163739A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6470571B1 (en) | 1999-03-02 | 2002-10-29 | Namiki Co., Ltd. | Method for producing a decorated adjuster for a necklace or choker |
| KR100398124B1 (ko) * | 2000-10-26 | 2003-09-19 | 현대자동차주식회사 | 자동차용 에어컨 시스템의 팽창 밸브 |
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| JP2006207852A (ja) * | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Saginomiya Seisakusho Inc | 弁装置および冷凍サイクル装置 |
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| JP2015535065A (ja) * | 2012-11-19 | 2015-12-07 | オットー・エゲルホフ・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニ・カーゲー | 液体又は気体媒体用の閉止弁 |
| US9939078B2 (en) | 2012-11-19 | 2018-04-10 | Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg | Shut-off valve for liquid or gaseous media |
| CN111045410A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 界首市迅立达电梯有限公司 | 一种基于大数据的生产设备管理规划系统 |
| CN111045410B (zh) * | 2019-12-31 | 2021-06-08 | 界首市迅立达电梯有限公司 | 一种基于大数据的生产设备管理规划系统 |
| CN115479153A (zh) * | 2021-05-31 | 2022-12-16 | 阿自倍尔株式会社 | 阀维护辅助装置以及方法 |
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