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発明の名称 超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−263866(P2001−263866A)
公開日 平成13年9月26日(2001.9.26)
出願番号 特願2000−77632(P2000−77632)
出願日 平成12年3月21日(2000.3.21)
代理人
発明者 大井 優
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項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す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。
【請求項2】 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請求項1記載の超臨界蒸気圧縮冷凍サイクル装置用高圧制御弁。
発明の詳細な説明
【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するものである。
【0006】また、請求項2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では、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】請求項2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、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】請求項2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、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。




 

 


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