JP2008164239A - 圧力制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】第１圧力室の封入ガスが超臨界状態になっているときの冷媒循環開始時間を短縮可能な圧力制御弁を提供する。
【解決手段】ダイアフラム２５の一方の面２５ａ側に形成され、内部に封入ガスが封入された第１圧力室２８と、ダイアフラム２５の他方の面２５ｂ側に形成された第２圧力室２９と、高圧冷媒流路２１、２２１における冷媒圧力ＰＨと低圧冷媒流路２２２における冷媒圧力ＰＬとを利用して第２圧力室２９の内圧ＰＭを作り出す手段３５〜３９とを備え、第２圧力室２９の内圧ＰＭを作り出す手段３５〜３９は、第２圧力室２９の内圧ＰＭを、高圧冷媒流路２１、２２１における冷媒圧力ＰＨと低圧冷媒流路２２２における冷媒圧力ＰＬの中間圧力にするようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、超臨界冷凍サイクルの冷媒圧力を制御する圧力制御弁に関し、車両用空調装置に適用して好適である。

従来、この種の圧力制御弁が特許文献１に開示されている。この従来技術は、圧力制御弁を、二酸化炭素を冷媒とする車両用空調装置の超臨界冷凍サイクルに適用している。

また、この従来技術による圧力制御弁は、冷媒を減圧する絞り通路と、絞り通路を開閉する弁体部と、二酸化炭素が封入され、サイクルの高圧側冷媒温度に対応する圧力を発生する第１圧力室と、サイクルの高圧側冷媒圧力を発生する第２圧力室とを備えている。

そして、第１圧力室の内圧が絞り通路を閉じる方向の力として弁体部に作用し、かつ、第２圧力室の内圧が絞り通路を開く方向の力として弁体部に作用することによって、第１圧力室の内圧と第２圧力室の内圧とのバランスで弁体部を変位させ、絞り通路の通路面積を調整するようになっている。

これにより、高圧側冷媒温度に基づいて高圧側冷媒圧力を目標高圧に制御して、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上するようになっている。
特開平９−２６４６２２号公報

ところで、車両用空調装置の超臨界冷凍サイクルにおいては、一般的に、高圧側冷媒を放熱させる放熱器の近傍、すなわち、エンジンルーム内に圧力制御弁を配置する。一方、二酸化炭素の臨界温度は約３１℃と低い。

このため、例えば夏季のように外気温度が高いときに冷凍サイクルの運転を停止すると、高温の外気によってエンジンルーム内の圧力制御弁が加熱され、第１圧力室に封入された二酸化炭素が超臨界温度以上に上昇してしまう。

そして、第１圧力室内の二酸化炭素が超臨界状態になると、二酸化炭素の温度がいくら上昇しても二酸化炭素の液化が起こらないので、二酸化炭素の温度上昇に伴って第１圧力室の内圧が著しく上昇してしまう。具体的には、二酸化炭素の温度が７０℃〜８０℃程度まで上昇すると、第１圧力室の内圧が１６ＭＰａ程度まで上昇してしまう。

一方、サイクル停止時にはサイクル内の高圧側冷媒の圧力と低圧側冷媒の圧力が均一化する均圧状態になる。具体的には、サイクル内冷媒圧力が８ＭＰａ程度で均圧化する。このため、第２圧力室の内圧は８ＭＰａ程度になる。

したがって、第１圧力室の内圧が第２圧力室の内圧よりも著しく高くなり、弁体部が絞り通路を閉じてしまう。

このような状態においてサイクルを起動すると、圧縮機の作動によりサイクルの高圧側冷媒圧力が上昇し、第２圧力室の内圧も上昇するが、サイクル運転時の高圧側冷媒圧力は最高でも１５ＭＰａ程度であるので、第２圧力室の内圧が上昇しても依然として絞り通路を閉じた状態を維持してしまう。

そのため、第１圧力室内の二酸化炭素が冷えて第１圧力室の内圧が低下するまではサイクル内に冷媒を循環させることができないので、サイクルに冷媒が循環するまでの時間が長くなってしまい、ひいてはサイクルが冷却作用を発揮するまでの時間が長くなってしまう。

この問題の対策として、第１圧力室内の二酸化炭素の封入密度を小さくすることによって第１圧力室の内圧上昇を抑制することが考えられるが、単純に第１圧力室内の二酸化炭素の封入密度を小さくすると、サイクル運転時には第１圧力室の内圧が第２圧力室の内圧、すなわち、サイクルの高圧側冷媒圧力よりも小さくなりすぎてしまう。

この結果、絞り通路の開度を適切に調節することができなくなり、サイクル運転時に冷媒圧力を制御するという圧力制御弁の本来の機能を発揮できなくなるという問題が生じる。

本発明は、上記点に鑑み、第１圧力室の封入ガスが超臨界状態になっているときの冷媒循環開始時間を短縮できる圧力制御弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルの冷媒の圧力を制御する圧力制御弁であって、
冷媒を減圧する絞り通路（２２３）と、
絞り通路（２２３）で減圧される前の冷媒が流れる高圧冷媒流路（２１、２２１）と、
絞り通路（２２３）で減圧された後の冷媒が流れる低圧冷媒流路（２２２）と、
薄板状のダイアフラム（２５）と、
ダイアフラム（２５）に連結され、ダイアフラム（２５）の変位に機械的に連動して変位して絞り通路（２２３）を開閉する弁体部（２４）と、
ダイアフラム（２５）の一方の面（２５ａ）側に形成され、内部に封入ガスが封入された第１圧力室（２８）と、
ダイアフラム（２５）の他方の面（２５ｂ）側に形成された第２圧力室（２９）と、
高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）と低圧冷媒流路（２２２）における冷媒圧力（ＰＬ）とを利用して第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を作り出す手段（３５〜３９）とを備え、
第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が絞り通路（２２３）を閉じる方向の力として弁体部（２４）に作用し、かつ、第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）が絞り通路（２２３）を開く方向の力として弁体部（２４）に作用するように、弁体部（２４）がダイアフラム（２５）に連結され、
封入ガスの圧力が高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒温度に応じて変化することによって、第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が変化するようになっており、
第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を作り出す手段（３５〜３９）は、第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を、高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）と低圧冷媒流路（２２２）における冷媒圧力（ＰＬ）の中間圧力にするようになっていることを第１の特徴とする。

これによると、第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）よりも小さくすることができる。このため、第１圧力室（２８）内の封入ガスの封入密度を小さくしても、サイクル運転時に第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）よりも小さくなりすぎることを回避することができる。

この結果、サイクル運転時に冷媒圧力を制御するという本来の機能を発揮しつつ、第１圧力室（２８）内の封入ガスの封入密度を小さくすることによって第１圧力室（２８）の封入ガスが超臨界状態になっているときの冷媒循環開始時間を短縮することが可能になる。

また、本発明は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルの冷媒の圧力を制御する圧力制御弁であって、
冷媒を減圧する絞り通路（２２３）と、
絞り通路（２２３）で減圧される前の冷媒が流れる高圧冷媒流路（２１、２２１）と、
絞り通路（２２３）で減圧された後の冷媒が流れる低圧冷媒流路（２２２）と、
薄板状のダイアフラム（２５）と、
ダイアフラム（２５）に連結され、ダイアフラム（２５）の変位に機械的に連動して変位して絞り通路（２２３）を開閉する弁体部（２４）と、
ダイアフラム（２５）の一方の面（２５ａ）側に形成され、内部に封入ガスが封入された第１圧力室（２８）と、
ダイアフラム（２５）の他方の面（２５ｂ）側に形成された第２圧力室（２９）とを備え、
第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が絞り通路（２２３）を閉じる方向の力として弁体部（２４）に作用し、かつ、第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）が絞り通路（２２３）を開く方向の力として弁体部（２４）に作用するように、弁体部（２４）がダイアフラム（２５）に連結され、
封入ガスの圧力が高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒温度に応じて変化することによって、第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が変化するようになっており、
さらに、第２圧力室（２９）と連通し、第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を作り出すための空間（３５）を備え、
空間（３５）は、第１絞り機構（３８）を介して高圧冷媒流路（２１、２２１）と連通しているとともに、第２絞り機構（３９）を介して低圧冷媒流路（２２２）と連通していることを第２の特徴とする。

これによると、空間（３５）、第１絞り機構（３８）及び第２絞り機構（３９）によって、第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を、高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）と低圧冷媒流路（２２２）における冷媒圧力（ＰＬ）の中間圧力にすることができるので、上述の第１の特徴と同様の効果を発揮することができる。

本発明は、より具体的には、記第１、第２絞り機構（３８、３９）を固定絞りにすれば、簡素な構成によって第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を作り出すことができる。

また、本発明は、具体的には、第１、第２絞り機構（３８、３９）のうち少なくとも一方を、高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒温度に応じて絞り開度を変化する可変絞りにすれば、第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を冷媒温度に応じて調整することができるので、冷媒圧力の制御精度を向上できる。

また、本発明は、具体的には、第１、第２絞り機構（３８、３９）のうち少なくとも一方を、高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）に応じて絞り開度を変化する可変絞りにすれば、第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）に応じて調整することができるので、冷媒圧力の制御精度を向上できる。

また、本発明は、具体的には、高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）を検出する圧力検出手段を備え、
第１、第２絞り機構（３８、３９）のうち少なくとも一方を、圧力検出手段の検出圧力に基づいて絞り開度が電気的に制御される可変絞りにしてもよい。

また、本発明は、具体的には、高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒温度を検出する温度検出手段を備え、
第１、第２絞り機構（３８、３９）のうち少なくとも一方を、温度検出手段の検出温度に基づいて絞り開度が電気的に制御される可変絞りにしてもよい。

また、本発明は、具体的には、高圧冷媒流路（２１、２２１）を、超臨界冷凍サイクルの放熱器（１１）の出口側に接続すれば、放熱器（１１）の出口側の冷媒温度に基づいて冷媒圧力を制御することができるので、超臨界冷凍サイクルのＣＯＰを効果的に向上することができる。

また、本発明は、具体的には、高圧冷媒流路（２１、２２１）が、超臨界冷凍サイクルの高圧側冷媒と低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１２）のうち高圧側冷媒の出口側に接続されている。

これによると、本発明による圧力制御弁を、内部熱交換器（１２）によって冷凍能力を増大させるようにした超臨界冷凍サイクルに適用することができる。

また、高圧冷媒流路（２１、２２１）には、低圧側冷媒と熱交換して冷却された後の冷媒が流れるので、高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒温度を抑制することができる。このため、第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）を抑制することができるので、第１圧力室（２８）の耐圧強度を低減できる。

また、本発明は、具体的には、高圧冷媒流路が互いに独立した２つの流路（２１、２２１）で構成されており、
２つの流路（２１、２２１）のうち一方の流路（２１）は、上流側部位（２１ａ）が超臨界冷凍サイクルの放熱器（１１）の出口側に接続され、かつ、下流側部位（２１ｂ）が超臨界冷凍サイクルの高圧側冷媒と低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１２）のうち高圧側冷媒の入口側に接続され、
２つの流路（２１、２２１）のうち他方の流路（２２１）は、上流側部位（２２１ａ）が内部熱交換器（１２）のうち高圧側冷媒の出口側に接続され、かつ、下流側部位（２２１ｂｅ）が絞り通路（２２３）を介して低圧冷媒流路（２２２）の上流側部位（２２２ａ）と連通している。

これによると、放熱器（１１）の出口側の冷媒温度に基づいて冷媒圧力を制御することができるので、超臨界冷凍サイクルのＣＯＰを効果的に向上することができる。また、本発明による圧力制御弁を、内部熱交換器（１２）によって冷凍能力を増大させるようにした超臨界冷凍サイクルに適用することができる。

また、本発明は、具体的には、超臨界冷凍サイクルの停止によって高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）と低圧冷媒流路（２２２）における冷媒圧力（ＰＬ）とが均圧化し、かつ、封入ガスの温度が臨界温度以上になっているときには第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）以下になるように、封入ガスの封入密度が設定されている。

これによると、サイクル起動時に第１圧力室（２８）内の封入ガスが超臨界状態になっていても、第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）を第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）以下にすることができるので、当該サイクル起動時に弁体部（２４）が絞り通路（２２３）を速やかに開弁することができる。この結果、冷媒循環開始時間をより短縮することができる。

また、本発明は、具体的には、冷媒を二酸化炭素にすることができる。

また、本発明は、具体的には、封入ガスを、二酸化炭素が９０％以上を占めるガスにすることができる。

また、本発明は、具体的には、封入ガスを、二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスにしてもよい。

また、本発明は、具体的には、封入ガスは、二酸化炭素と、二酸化炭素よりも臨界圧力が低く、かつ、臨界温度が高い物質とを主成分とする混合物である。

これによると、封入ガス温度が所定温度以上のときには、封入ガス温度の上昇に対する封入ガス圧力の上昇を抑制することができる（図９の細実線Ｄを参照）。このため、高温環境下において、第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が上昇しすぎて閉弁状態になってしまい、サイクル内冷媒圧力が異常上昇してしまうことを回避できる。

本発明は、より具体的には、封入ガスの臨界温度は、第１圧力室（２８）の周囲温度の最高温度以上に設定されているので、封入ガス圧力の上昇を抑制し始める温度を、第１圧力室（２８）の周囲温度の最高温度未満の温度に設定することが可能になる。

また、本発明は、より具体的には、物質を、プロピレンにすることができる。また、物質を、ハイドロカーボン類、ハイドロカーボン類とアンモニアの混合物質、フロロカーボン類、または、Ｒ３２にしてもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図２に基づいて説明する。本実施形態は、本発明による圧力制御弁を車両用空調装置に適用したものであって、図１は車両用空調装置の全体構成図である。本実施形態による車両用空調装置の冷凍サイクルは、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成している。

圧縮機１０は電磁クラッチ、ベルト（いずれも図示せず）等を介して車両エンジン（図示せず）から駆動力を得て、冷媒（本例では二酸化炭素）を吸入して臨界圧力以上まで圧縮するものである。

本実施形態では、圧縮機１０として容量制御弁が設置された外部可変制御型圧縮機を採用している。なお、容量制御弁は、空調用制御装置（図示せず）から出力される制御信号によって制御電流を変化させて圧縮機の吐出量を調整している。

また、圧縮機１０は電磁クラッチを備えており、電磁クラッチは空調用制御装置から出力される要求信号に応じて圧縮機の運転/停止を制御する。

圧縮機１０の冷媒吐出側には放熱器１１が接続されている。放熱器１１は、圧縮機１０から吐出された超臨界状態の高温高圧冷媒と電動式の送風ファン１１ａによって送風された外気（室外空気）とを熱交換させて冷媒を冷却するものである。

放熱器１１は車両エンジンの前方、つまり、車両最前部に配置されている。電動ファン１１ａは車両のラジエータグリル（図示せず）から取り入れた外気を放熱器１１へ送風するようになっている。

放熱器１１の下流側には、内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａが接続されている。内部熱交換器１２は、高圧側冷媒流路１２ａを通過する放熱器１１出口側冷媒と低圧側冷媒流路１２ｂを通過する圧縮機１０吸入側冷媒とを熱交換をさせて、高圧側冷媒流路１２ａを通過する冷媒を冷却するもので、これにより、後述する蒸発器１４における冷媒入口・出口間の冷媒のエンタルピ差（冷凍能力）を増大させることができる。

この内部熱交換器１２の具体的構成としては種々の構成を採用できる。具体的には、高圧側冷媒流路１２ａと低圧側冷媒流路１２ｂとを形成する冷媒配管同士をろう付け接合して熱交換させる構成や、高圧側冷媒流路１２ａを形成する外側管の内側に低圧側冷媒流路１２ｂを配置する２重管方式の熱交換器構成を採用できる。

内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａの出口側には、膨張弁１３が接続されている。この膨張弁１３はサイクルの高圧側冷媒圧力が目標高圧となるように開度が調整される圧力制御弁としての役割も果たす。膨張弁１３の詳細については後述する。

膨張弁１３の出口側には、蒸発器１４が接続されている。蒸発器１４は、膨張弁１３にて減圧された低温低圧冷媒が電動式の送風ファン１４ａによって送風された外気（室外空気）または内気（室内空気）から蒸発潜熱を吸熱することにより送風空気を冷却するものである。

蒸発器１４は車室内前部の計器盤（図示せず）の内側に、車両用空調装置の室内ユニットケース（図示せず）内に収納された状態で配置されている。電動式の送風ファン１４ａは室内空調ユニット内における蒸発器１４の空気流れ上流側に配置され、図示しない内外気切替箱を通して導入される内気または外気を蒸発器１４に向けて送風するようになっている。

蒸発器１４の出口側には気液分離器（アキュムレータ）１５が接続されている。この気液分離器１５は、蒸発器１４から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒に分離するとともに、サイクル内の余剰冷媒を蓄える役割を果たすものである。

気液分離器１５の冷媒出口側と圧縮機１０の吸入側との間には、サイクルの低圧側冷媒圧力が異常上昇したときに冷媒を大気中に放出することにより低圧側機器を保護するリリーフ弁（図示せず）が配置されている。このリリーフ弁は通常時は閉弁状態を維持する常閉式の弁機構であり、周知の機械式圧力応動弁を用いることができる。

サイクル内冷媒圧力が低圧側機器保護のために設定した所定値以上に異常上昇すると、リリーフ弁が開弁して冷媒を大気中に放出するようになっている。これにより、サイクル内冷媒圧力が異常上昇して低圧側機器を損傷させてしまうことを回避できる。

また、圧縮機１０の吐出側にはサイクルの高圧側冷媒圧力が異常上昇したときに冷媒を大気中に放出することにより高圧側機器を保護するリリーフ弁（図示せず）が配置されている。

なお、本実施形態では、高圧側圧力が最高運転圧力を超えないように圧縮機１０が制御されるようになっている。

次に、膨張弁１３の詳細を図２に基づいて説明する。図２（ａ）は本実施形態による膨張弁１３の縦断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

膨張弁１３は縦長の直方体状のハウジング部材２０を有している。このハウジング部材２０はアルミニウム等の金属からなり、その内部に直線状の第１冷媒流路２１と、屈曲した第２冷媒流路２２とを並列に切削加工して成形している。

第１冷媒流路２１の上流側部位、より具体的には上流側端部２１ａに放熱器１１の出口側配管が接続され、第１冷媒流路２１の下流側部位、より具体的には下流側端部２１ｂに内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａの入口側配管が接続される。従って、第１冷媒流路２１は放熱器出口側の高圧冷媒通路を構成する。

第２冷媒流路２２は、直線状の上流側流路２２１と直線状の下流側流路２２２との間の屈曲部に絞り通路２２３を有する形状に形成されている。

上流側流路２２１の上流側端部２２１ａに内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａの出口側配管が接続され、上流側流路２２１の下流側部位２２１ｂは絞り通路２２３を介して下流側流路２２２の上流側部位２２２ａと連通している。下流側流路２２２の下流側部位、より具体的には下流側端部２２２ｂには、蒸発器１４の入口側配管が接続される。

第１冷媒流路２１には弁棒２３が貫通するように配置され、この弁棒２３の下端にはテーパー状の弁体部２４が形成されている。このテーパー状の弁体部２４によって絞り通路２２３の開度をテーパー状の弁体部２４により調整するようになっている。

したがって、上流側流路２２１には上流側端部２２１ａから内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａ出口側の高圧液冷媒が流入し、この高圧液冷媒は絞り通路２２３にて低温低圧の気液２相状態に減圧される。そして、低温低圧の気液２相状態に減圧された冷媒は下流側流路２２２の下流側端部２２２ｂから蒸発器１４側へと流出する。

なお、第１冷媒流路２１及び上流側流路２２１は本発明における高圧冷媒流路に該当するものである。また、下流側流路２２２は本発明における低圧冷媒流路に該当するものである。

弁棒２３の上端側は薄膜状のダイアフラム２５に、全周にわたる溶接部２６にて溶接固定され、このダイアフラム２５により弁体部２４は開弁方向（図２の上方）に付勢される。ここで、ダイアフラム２５は断面コの字形状に折り曲げられたカップ形状を有しており、ダイアフラムケース２７内に配置されている。そして、ダイアフラム２５は、ダイアフラムケース２７内の空間を、ダイアフラム２５の一方の面２５ａ側の第１圧力室２８と他方の面２５ｂ側の第２圧力室２９とに仕切っている。

ダイアフラムケース２７は、アルミニウム等の金属にて成形された第１、第２ダイアフラムケース２７ａ、２７ｂからなり、ダイアフラム２５の外周部を挟み込んだ状態で、第１、第２ダイアフラムケース２７ａ、２７ｂ及びダイアフラム２５が全周にわたる溶接部３０にて溶接固定されている。

また、第２ダイアフラムケース２７ｂをハウジング部材２０の一端に螺合することにより、ダイアフラムケース２７全体をハウジング部材２０に一体的に組み付けている。ダイアフラムケース２７とハウジング部材２０との間は、ガスケット２７ｃによって気密性が確保されるようになっている。

弁棒２３のうちダイアフラム２５側の端部から第１冷媒流路２１と重合する部位にかけて中空穴２３ａが形成されており、この中空穴２３ａの内部に形成される弁棒内空間３１はダイアフラム２５の中心に開口する連通穴２５ｃを介してダイアフラム２５上側の第１圧力室２８と常時連通している。

第１圧力室２８内及び弁棒内空間３１には、第１ダイアフラムケース２７ａに設けられたガス封入口３２から封入ガスが所定密度で封入されている。本例では、封入ガスとして、二酸化炭素と不活性ガス（例えば、ヘリウム、窒素等）との混合ガスを用いており、二酸化炭素が９０％以上、不活性ガスが１０％未満の割合で混合されている。ガス封入口３２は封入ガスの封入後、密閉部材３３により密閉されるようになっている。

なお、本例では、第１圧力室２８内及び弁棒内空間３１には、７０℃〜８０℃において内圧が約８ＭＰａ程度になるように、封入ガスの封入密度が設定されている。

ダイアフラム２５上側の第１圧力室２８は弁棒内空間３１と常時連通しているので、第１圧力室２８の内圧ＰＡは弁棒内空間３１の内圧と同一圧力になる。弁棒内空間３１は第１冷媒流路２１と重合しているので、放熱器１１を出た冷媒、すなわち、第１冷媒流路２１を通過するガス冷媒の温度変動が弁棒２３を介して弁棒内空間３１内の封入ガスに伝わることにより、弁棒内空間３１の内圧が変化する。

したがって、第１圧力室２８の内圧ＰＡは第１冷媒流路２１を通過するガス冷媒の温度変動に伴って変化する。具体的には、第１冷媒流路２１を通過するガス冷媒の温度が上昇すると第１圧力室２８の内圧ＰＡも上昇し、第１冷媒流路２１を通過するガス冷媒の温度が低下すると第１圧力室２８の内圧ＰＡも低下する。

ダイアフラム２５下側の第２圧力室２９と第１冷媒流路２１との間にはＯリング３４が配置され、このＯリング３４によって第２圧力室２９が第１冷媒流路２１と直接連通しないようになっている。

ハウジング部材２０内には、第２圧力室２９と常時連通する空間３５が形成されている。この空間３５は、第１連通路３６を介して第１冷媒流路２１と連通するとともに、第２連通路３７を介して第２冷媒流路２２と連通している。

そして、第１連通路３６に第１絞り機構３８が配置され、第２連通路３７に第２絞り機構３９が配置されている。なお、本実施形態では、第１絞り機構３８及び第２絞り機構３９として、絞り径が０．３〜１．０ｍｍ程度の固定絞りを用いている。

これら空間３５、第１、第２連通路３６、３７及び第１、第２絞り機構３８、３９は、第１冷媒流路２１の内圧ＰＨと第２冷媒流路２２の内圧ＰＬとを利用して第２圧力室２９の内圧ＰＭを作り出す手段を構成している。

すなわち、第２圧力室２９は空間３５と常時連通しているので、第２圧力室２９の内圧ＰＭは空間３５の内圧と同一圧力になる。また、空間３５は第１絞り機構３８を介して第１冷媒流路２１と連通するとともに、第２絞り機構３９を介して第２冷媒流路２２と連通しているので、空間３５の内圧は、第１冷媒流路２１の内圧（高圧）ＰＨと第２冷媒流路２２の内圧（低圧）ＰＬとの中間圧力になる。

したがって、第２圧力室２９の内圧ＰＭは第１冷媒流路２１の内圧ＰＨと第２冷媒流路２２の内圧ＰＬとの中間圧力になる。

このような構成によって、第１、第２圧力室３５、３６の内圧差によるダイアフラム２５の変位で弁体部２４が駆動されて、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）が制御される。

次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。第１圧力室２８に封入された封入ガスの主成分である二酸化炭素は、臨界温度が約３１℃と低い。このため、例えば、夏季のように外気温度が高いときに冷凍サイクルの運転を停止すると、高温の外気によって膨張弁１３が加熱されることによって第１圧力室２８内の二酸化炭素の温度が臨界温度以上に上昇する。具体的には、第１圧力室２８内の二酸化炭素の温度が７０℃〜８０℃程度にまで達してしまう。

第１圧力室２８内の二酸化炭素の温度が臨界温度以上になっているとき、すなわち、二酸化炭素が超臨界状態になっているときには二酸化炭素の温度がいくら上昇しても二酸化炭素の液化が起こらない。このため、二酸化炭素の温度の上昇に伴って第１圧力室２８の内圧が著しく上昇する。

ここで、上述のように、第１圧力室２８内及び弁棒内空間３１には、７０℃〜８０℃において内圧が約８ＭＰａ程度になるように、封入ガスの封入密度が設定されている。

一方、冷凍サイクルの運転停止時にはサイクル内冷媒が均圧化されているのであるが、例えば、夏季のように外気温度が高いときには、超臨界冷凍サイクル内の冷媒圧力が約８ＭＰａ程度で均圧される。このため、第２圧力室２９の内圧ＰＭも約８ＭＰａ程度になる。

したがって、第１圧力室２８の内圧ＰＡと第２圧力室２９の内圧ＰＭとがほぼ等しくなるので、第１、第２圧力室３５、３６の内圧差をほぼなくすことができる。

この結果、サイクルを起動すると、弁体部２４が絞り通路２２３を速やかに開弁することができるので、サイクルを起動してからサイクルに冷媒が循環するまでの時間（以下、冷媒循環開始時間と言う。）を短縮することができる。

一方、サイクル運転時には、サイクル停止時と比較して高圧側冷媒の圧力が上昇し、低圧側冷媒の圧力が低下する。具体的には、高圧側冷媒の圧力が最も高くなる高負荷運転時には、高圧側冷媒の圧力が１５ＭＰａ程度になり、低圧側冷媒の圧力が６ＭＰａ程度になる。

このため、第２圧力室２９の内圧ＰＭが従来技術のように高圧側冷媒圧力と同一圧力になっていると、第２圧力室２９の内圧ＰＭが１５ＭＰａ程度に達するのに対して第１圧力室の内圧ＰＡは７０℃〜８０℃環境下であっても８ＭＰａ程度にすぎないので、第１、第２圧力室３５、３６の内圧差が大きくなりすぎて弁体部を適切に変位させることができない。

この点、本実施形態では、第２圧力室２９の内圧ＰＭが第１冷媒流路２１の内圧ＰＨと第２冷媒流路２２の内圧ＰＬとの中間圧力になっているので、第１、第２圧力室３５、３６の内圧差を適切に発生させることができる。このため、第１圧力室２８の内圧ＰＡと第２圧力室２９の内圧ＰＭとのバランスで弁体部２４を適切に変位させることができ、絞り通路２２３の通路面積を適切に調整することができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、放熱器１１の下流側かつ内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａの上流側における高圧冷媒温度に基づいて弁開度を制御しているが、本第２実施形態では、図３に示すように、内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａの下流側における高圧冷媒温度に基づいて弁開度を制御している。

図４（ａ）は本実施形態による膨張弁１３の縦断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図４からわかるように、本実施形態では、上記第１実施形態に対して第１冷媒流路２１を廃止している。また、弁棒内空間３１が第２冷媒流路２２と重合するように形成されている。

従って、内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａを流出した後に第２冷媒流路２２を通過するガス冷媒の温度変動が弁棒内空間３１内及び第１圧力室２８内の封入ガスに伝わることにより、弁棒内空間３１及び第１圧力室２８の内圧ＰＡが変化する。

本実施形態によると、上記第１実施形態に対して第１冷媒流路２１を廃止できるので、膨張弁１３の構造を簡素化できる。また、第１冷媒流路２１の廃止に伴って、上記第１実施形態のように第１冷媒流路２１の両端部２１ａ、２１ｂを放熱器１１の出口側配管及び内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａの入口側配管に接続する必要がなくなるので、膨張弁１３を冷凍サイクルに容易に接続できる。

また、内部熱交換器１２の高圧側冷媒流路１２ａの下流側における高圧冷媒は、内部熱交換器１２にて熱交換して冷却されたものである。このため、上記第１実施形態と比較して、放熱器１１出口における高圧冷媒温度よりも低い温度に基づいて弁開度を制御することになる。

このため、上記第１実施形態と比較して第１圧力室２８の内圧ＰＡが低くなる。このため、サイクル起動時における絞り通路２２３の開度を大きくすることができるので、冷媒循環開始時間をより短縮することができる。

また、第１圧力室２８の内圧ＰＡが低くなるので、ダイアフラムケース２７の耐圧強度を低減できる。この結果、膨張弁１３のコストを低減できる。

（第３実施形態）
上記第２実施形態では、内部熱交換器１２を備える冷凍サイクルに膨張弁１３を配置しているが、本第３実施形態では、図５に示すように、上記第２実施形態に対して内部熱交換器１２を廃止している。

上述のように、上記第２実施形態では、放熱器１１出口における高圧冷媒温度よりも低い温度に基づいて弁開度を制御することになるが、本実施形態では、内部熱交換器１２を廃止しているので、上記第２実施形態と比較して放熱器１１出口における高圧冷媒温度に近い温度に基づいて弁開度を制御することができる。

このため、上記第２実施形態と比較して、サイクルの高圧側冷媒圧力をより適切に制御できる。

（第４実施形態）
上記第１実施形態では、Ｏリング３４によって第２圧力室２９が第１冷媒流路２１と直接連通しないようになっているが、本第４実施形態では、図６に示すように、Ｏリング３４の代わりにダイアフラム４０を配置することによって第２圧力室２９が第１冷媒流路２１と直接連通しないようになっている。

さらに、本実施形態では、弁棒２３に開弁方向の力を付勢するスプリング４１を弁棒２３の下端部に配置している。

ダイアフラム４０は、図７に示すように鍔付き円筒形状を有しており、鍔部４０ａの外周部が第２ダイアフラムケース２７ｂに溶接固定され、内筒面４０ｂが弁棒２３にの外周面に溶接固定されている。

スプリング４１は、弁棒２３の先端に取り付けられたリング部材４２と絞り通路２２３の周縁部との間に配置されている。ハウジング部材２０の下端部には、スプリング４１を弁棒２３に取り付けるための穴４３と、この穴４３を閉塞するための栓部材４４が設けられている。そして、リング部材４２の図６上下方向における位置を調整することによってスプリング４１の付勢力を調整できるようになっている。

本実施形態によると、第１、第２圧力室３５、３６の内圧差によるダイアフラム２５の変位と、スプリング４１の力とのバランスで弁体部２４を駆動することができる。このため、弁開度をより適切に制御することができる。

（第５実施形態）
上記第４実施形態では、封入ガスとして、二酸化炭素と不活性ガスとの混合ガスを用いているが、本第５実施形態では、封入ガスとして、二酸化炭素とプロピレンとが５０：５０の割合で混合された混合ガスを用いている。

図８は、本実施形態による封入ガスのモリエル線図を示している。本例では、この封入ガスを９６ｋｇ／ｍ³の密度で第１圧力室２８内及び弁棒内空間３１に封入されている。したがって、封入ガスの温度と圧力は、気相領域においては図８における９６ｋｇ／ｍ³の等密度線に沿って変化し、気液２相領域においては１．９９ｋＪ／ｋｇ・Ｋの等エントロピ線に沿って変化する。図９の細実線Ｄは、この封入ガスにおいて、温度が２０℃〜７０℃のときの圧力の変化を示したものであり、温度４５℃以上のときに細実線Ｄの傾きが小さくなり、圧力上昇が抑制されることがわかる。

一方、二酸化炭素を冷媒とした冷凍サイクルを効率的に運転するための放熱器出口側の制御圧力は従来より知られているが、そのような制御圧力の一例を図３の破線Ｅで示す。

これからわかるように、細実線Ｄは制御圧力としては低すぎるので、スプリング４１の付勢力をダイアフラム２５の圧力換算で４．３ＭＰａに設定することにより、太実線Ｆで示す制御圧力を得ることができる。この太実線Ｆは、温度が４５℃以下の場合には従来の制御圧特性の破線Ｅとほぼ重なるが、温度が４５℃以上の場合には細実線Ｄで示す封入ガスの特性と同様に傾きが小さくなって圧力の増加が抑制される。

このため、高温環境下において、第１圧力室２８の内圧ＰＡが上昇しすぎて閉弁状態になってしまい、サイクル内冷媒圧力が異常上昇してしまうことを回避できる。

なお、図９には示していないが、温度が８０℃以上の場合にも、太実線Ｆは同様の傾向を維持する。このため、温度が高くなるほど太実線Ｆと破線Ｅとの差が拡大するので圧力の増加の抑制効果が顕著になる。

なお、本例では、封入ガスとして、二酸化炭素とプロピレンとが５０：５０の割合で混合された混合ガスを用いているが、封入ガスとして、二酸化炭素と、二酸化炭素よりも臨界温度が高く、かつ、臨界圧力が低い物質との混合ガスを用いることができる。

ここで、臨界圧力が低い物質を用いる理由は、封入ガスの発生する圧力が、同温度での二酸化炭素の飽和圧力以下であること、及び、二酸化炭素の臨界温度以上においては二酸化炭素の例えば６００ｋｇ／ｍ³の等密度線以下の圧力であることが必要だからである。

例えば、封入ガスとして、プロパン、ｎ−ブタン、イソブタン、シクロペンタン、ｎ−ペンタン、イソペンタン、ベンゼンまたはトルエン等のハイドロカーボン類と二酸化炭素とを主成分とする混合ガスを用いることができる。また、二酸化炭素とハイドロカーボン類の一つまたは複数の物質とアンモニアとを主成分とする混合ガスを用いることができる。また、二酸化炭素とＲ３２とを主成分とする混合ガスを用いることができる。

（第６実施形態）
上記第１実施形態では、第１絞り機構３８として流路抵抗が一定の固定絞りを用いているが、本第６実施形態では、図１０に示すように、第１絞り機構３８として、高圧冷媒温度に応じて流路抵抗が変化する可変絞りを用いている。

本実施形態における第１絞り機構３８は、具体的には、固定絞り穴４５と、周囲温度によって熱変形可能な素材からなる弁板４６とで構成されている。なお、弁板４６の素材として、形状記憶合金やバイメタル等を用いることができる。

そして、高圧冷媒温度が低下すると弁板４６が固定絞り穴４５の開度を大きくすることによって第１絞り機構３８の流路抵抗を減少させ、一方、高圧冷媒温度が上昇すると弁板４６が固定絞り穴４５の開度を小さくすることによって第１絞り機構３８の流路抵抗を増大させるようになっている。

本実施形態によると、高圧冷媒温度が上昇すると第１絞り機構３８の流路抵抗が増大するので、空間３５の内圧ＰＭが減少する。すると、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）が小さくなる。

このように、本実施形態によると、高圧冷媒温度に応じて空間３５の内圧ＰＭを調整可能になるので、サイクルの高圧側冷媒圧力をより高精度に制御できる。

なお、本実施形態では、第１絞り機構３８を高圧冷媒温度に応じて流路抵抗が変化する可変絞りにしているが、第２絞り機構３９を高圧冷媒温度に応じて流路抵抗が変化する可変絞りにしてもよい。

（第７実施形態）
上記第６実施形態では、第１絞り機構３８として、高圧冷媒温度に応じて流路抵抗が変化する可変絞りを用いているが、本第７実施形態では、図１１に示すように、第１絞り機構３８として、高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧に応じて流路抵抗が変化する可変絞りを用いている。

本実施形態における第１絞り機構３８は、具体的には、固定絞り穴４５と、固定絞り穴４５を開閉する弁体４７と、弁体４７に対して固定絞り穴４５を閉じる方向の力を付勢するスプリング４８とで構成されている。

したがって、高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧が増加すると弁体４７が固定絞り穴４５の開度を大きくする方向に移動するので、第１絞り機構３８の流路抵抗が減少する。一方、高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧が減少すると弁板４６が固定絞り穴４５の開度を小さくする方向に移動するので、第１絞り機構３８の流路抵抗が増大する。

本実施形態によると、高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧が増加すると第１絞り機構３８の流路抵抗が減少するので、空間３５の内圧ＰＭが増加する。この結果、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）が大きくなる。

このため、高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧に応じて空間３５の内圧ＰＭを調整可能になるので、サイクルの高圧側冷媒圧力をより高精度に制御できる。

例えば、高圧冷媒圧力ＰＨが過剰に上昇したときに、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）を大きくすることによって高圧冷媒圧力ＰＨの異常上昇を防止することができる。

なお、本実施形態では、第１絞り機構３８を高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧に応じて流路抵抗が変化する可変絞りにしているが、第２絞り機構３９を高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧に応じて流路抵抗が変化する可変絞りにしてもよい。

（第８実施形態）
上記第６実施形態では、第１絞り機構３８として、高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧に応じて流路抵抗が変化する可変絞りを用いているが、本第７実施形態では、図１２に示すように、第１絞り機構３８として、高圧冷媒圧力ＰＨと大気圧Ｐａｔｍとの差圧に応じて流路抵抗が変化する可変絞りを用いている。

本実施形態では、ハウジング部材２０内に、第１冷媒流路２１とハウジング部材２０の外部とを連通する連通穴４９を形成し、第１絞り機構３８の弁体４７をこの連通穴４９内に配置している。このため、弁体４７の背部（固定絞り穴４５と反対側の部位）に大気圧Ｐａｔｍが作用する。

また、スプリング４８は、弁体４７に対して固定絞り穴４５を閉じる方向の力を付勢するようになっている。なお、弁体４７にはＯリング５０が配置されており、このＯリング５０によって第１冷媒流路２１がハウジング部材２０の外部と直接連通しないようになっている。

したがって、高圧冷媒圧力ＰＨと大気圧Ｐａｔｍとの差圧が増加すると弁体４７が固定絞り穴４５の開度を大きくする方向に移動するので、第１絞り機構３８の流路抵抗が減少する。一方、高圧冷媒圧力ＰＨと大気圧Ｐａｔｍとの差圧が減少すると弁板４６が固定絞り穴４５の開度を小さくする方向に移動するので、第１絞り機構３８の流路抵抗が増大する。

本実施形態によると、高圧冷媒圧力ＰＨと大気圧Ｐａｔｍとの差圧が増加すると第１絞り機構３８の流路抵抗が減少するので、空間３５の内圧ＰＭが増加する。この結果、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）が大きくなる。

このため、高圧冷媒圧力ＰＨと大気圧Ｐａｔｍとの差圧に応じて空間３５の内圧ＰＭを調整可能になるので、サイクルの高圧側冷媒圧力をより高精度に制御できる。

例えば、高圧冷媒圧力ＰＨが過剰に上昇したときに、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）を大きくすることによって高圧冷媒圧力ＰＨの異常上昇を防止することができる。

なお、本実施形態では、第１絞り機構３８を高圧冷媒圧力ＰＨと大気圧Ｐａｔｍとの差圧に応じて流路抵抗が変化する可変絞りにしているが、第２絞り機構３９を高圧冷媒圧力ＰＨと大気圧Ｐａｔｍとの差圧に応じて流路抵抗が変化する可変絞りにしてもよい。

（第９実施形態）
上記第６〜第８実施形態では、第１絞り機構３８として、機械的に流路抵抗が制御される可変絞りを用いているが、本第７実施形態では、図１３（ａ）に示すように、第１絞り機構３８として、電気的に流路抵抗が制御される可変絞りを用いている。

さらに、本実施形態では、図１３（ｂ）に示すように、第２絞り機構３９も電気制御弁（可変絞り）で構成している。

本実施形態における第１絞り機構３８は、電動アクチュエータ５１により弁体４７を駆動して固定絞り穴４５の開度（通路絞り開度）を調整する電気制御弁である。

電動アクチュエータ５１は、図示しない高圧冷媒圧力センサの検出圧力と、図示しない高圧冷媒温度センサの検出温度とに応じて制御されるようになっている。具体的には、電動アクチュエータ５１に入力されるパルス信号のデューティー比を変化させることにより、電動アクチュエータ５１に流れる制御電流の実効電流値を調整することによって、電動アクチュエータ５１の駆動量（移動量）が調整されるようになっている。

なお、高圧冷媒圧力センサは本発明における圧力検出手段に該当するものであり、高圧冷媒温度センサは本発明における温度検出手段に該当するものである。

第２絞り機構３９を構成する電気制御弁は、第１絞り機構３８を構成する電気制御弁と基本的に同一であり、電動アクチュエータ５２により弁体５３を駆動して固定絞り穴５４の開度（通路絞り開度）を調整するようになっている。

そして、高圧冷媒圧力ＰＨが上昇すると、第１絞り機構３８は、弁体４７が固定絞り穴４５の開度を大きくする方向に移動して流路抵抗が減少する。一方、高圧冷媒圧力ＰＨが低下すると、第１絞り機構３８は、弁体４７が固定絞り穴４５の開度を小さくする方向に移動して流路抵抗が減少する。

このため、高圧冷媒圧力ＰＨに応じて空間３５の内圧ＰＭを調整可能になるので、サイクルの高圧側冷媒圧力をより高精度に制御できる。例えば、上記第８実施形態と同様に、高圧冷媒圧力ＰＨの異常上昇を防止することができる。

第２絞り機構３９は、第１絞り機構３８とは逆に、高圧冷媒圧力ＰＨが上昇すると、弁体５３が固定絞り穴５４の開度を小さくする方向に移動して流路抵抗が増大する。一方、高圧冷媒圧力ＰＨが低下すると、第２絞り機構３９は、弁体５３が固定絞り穴５４の開度を大きくする方向に移動して流路抵抗が増大する。

このため、高圧冷媒圧力ＰＨが増加すると第２絞り機構３９の流路抵抗が増大するので、空間３５の内圧ＰＭが増加する。この結果、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）がより大きくなる。

つまり、第１絞り機構３８のみならず、第２絞り機構３９によっても高圧冷媒圧力ＰＨに応じて空間３５の内圧ＰＭを調整可能になるので、サイクルの高圧側冷媒圧力をより一層高精度に制御できる。

また、本実施形態では、高圧冷媒温度が上昇すると、第１絞り機構３８は、弁体４７が固定絞り穴４５の開度を小さくする方向に移動して流路抵抗が増大する。一方、高圧冷媒温度が低下すると、第１絞り機構３８は、弁体４７が固定絞り穴４５の開度を大きくする方向に移動して流路抵抗が減少する。

本実施形態によると、高圧冷媒温度が上昇すると、第１絞り機構３８の流路抵抗が増大するので、空間３５の内圧ＰＭが低下する。この結果、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）が小さくなる。

このため、高圧冷媒温度に応じて空間３５の内圧ＰＭを調整可能になるので、サイクルの高圧側冷媒圧力をより高精度に制御できる。例えば、高負荷アイドリング時等、高圧冷媒温度が過剰に上昇したときに、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）を小さくすることによって高圧冷媒温度の異常上昇を防止することができる。

第２絞り機構３９は、第１絞り機構３８とは逆に、高圧冷媒温度が上昇すると、弁体５３が固定絞り穴５４の開度を大きくする方向に移動して流路抵抗が減少する。一方、高圧冷媒温度が低下すると、第２絞り機構３９は、弁体５３が固定絞り穴５４の開度を小さくする方向に移動して第２絞り機構３９の流路抵抗が増大する。この結果、空間３５の内圧ＰＭが低下して、絞り通路２２３の開口面積（弁開度）が小さくなる。

つまり、第１絞り機構３８のみならず、第２絞り機構３９によっても高圧冷媒温度に応じて空間３５の内圧ＰＭを調整可能になるので、サイクルの高圧側冷媒圧力をより一層高精度に制御できる。

なお、本例では、電動アクチュエータ５１、５２を、高圧冷媒圧力センサの検出圧力及び高圧冷媒温度センサの検出温度の両者に応じて制御しているが、電動アクチュエータ５１、５２を、高圧冷媒圧力センサの検出圧力及び高圧冷媒温度センサの検出温度のいずれか一方のみに応じて制御するようにしてもよい。

また、本例では、第１絞り機構３８及び第２絞り機構３９の両者を電気制御弁（可変絞り）で構成しているが、第１絞り機構３８及び第２絞り機構３９のうちいずれか一方のみを電気制御弁（可変絞り）で構成し、他方を固定絞りで構成するようにしてもよい。

（他の実施形態）
なお、上記第６実施形態では、高圧冷媒温度が上昇すると第１絞り機構３８の流路抵抗が増大するようになっているが、これとは逆に、高圧冷媒温度が上昇すると第１絞り機構３８の流路抵抗が減少するようにしてもよい。

また、上記第７実施形態では、高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧が増加すると第１絞り機構３８の流路抵抗が減少するようになっているが、これとは逆に、高圧冷媒圧力ＰＨと空間３５の内圧ＰＭとの差圧が増加すると第１絞り機構３８の流路抵抗が増加するようにしてもよい。

また、上記第８実施形態では、高圧冷媒圧力ＰＨが上昇すると、第１絞り機構３８の流路抵抗が減少するとともに、第２絞り機構３９の流路抵抗が増大するようになっているが、これとは逆に、高圧冷媒圧力ＰＨが上昇すると、第１絞り機構３８の流路抵抗が増大するとともに、第２絞り機構３９の流路抵抗が減少するようにしてもよい。

また、上記第８実施形態では、高圧冷媒温度が上昇すると、第１絞り機構３８の流路抵抗が増大するとともに、第２絞り機構３９の流路抵抗が減少するようになっているが、これとは逆に、高圧冷媒温度が上昇すると、第１絞り機構３８の流路抵抗が減少するとともに、第２絞り機構３９の流路抵抗が増大するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、サイクルの高圧側冷媒圧力が目標高圧となるように制御する圧力制御弁に本発明を適用した例を示しているが、これに限定されることなく、例えば、サイクルの低圧側冷媒圧力が目標低圧となるように制御する圧力制御弁に本発明を適用してもよい。

本発明の第１実施形態による車両用空調装置の全体構成図である。 （ａ）は第１実施形態による膨張弁の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 第２実施形態による車両用空調装置の全体構成図である。 （ａ）は第２実施形態による膨張弁の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 第３実施形態による車両用空調装置の全体構成図である。 （ａ）は第４実施形態による膨張弁の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。 第４実施形態による膨張弁の第２のダイアフラムの斜視図である。 第５実施形態による膨張弁に用いられる封入ガスのモリエル線図である。 第５実施形態による膨張弁の制御特性を示すグラフである。 第６実施形態による膨張弁の第１絞り機構の概略断面図であり、（ａ）は第１絞り機構を閉じた状態を示し、（ｂ）は第１絞り機構を開いた状態を示している。 第７実施形態による膨張弁の第１絞り機構の概略断面図である。 第８実施形態による膨張弁の第１絞り機構の概略断面図である。 （ａ）は第９実施形態による膨張弁の第１絞り機構の概略断面図であり、（ｂ）は第９実施形態による膨張弁の第２絞り機構の概略断面図である。

符号の説明

２１…第１冷媒流路（高圧冷媒流路）、２２１…上流側流路（高圧冷媒流路）、
２２２…下流側冷媒流路（低圧冷媒流路）、２２３…絞り通路、２４…弁体部、
２５…ダイアフラム、２５ａ…一方の面、２５ｂ…他方の面、２８…第１圧力室、
２９…第２圧力室、３５…空間、３８…第１絞り機構、３９…第２絞り機構。

Claims (21)

1. 高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルの冷媒の圧力を制御する圧力制御弁であって、
   前記冷媒を減圧する絞り通路（２２３）と、
   前記絞り通路（２２３）で減圧される前の冷媒が流れる高圧冷媒流路（２１、２２１）と、
   前記絞り通路（２２３）で減圧された後の冷媒が流れる低圧冷媒流路（２２２）と、
   薄板状のダイアフラム（２５）と、
   前記ダイアフラム（２５）に連結され、前記ダイアフラム（２５）の変位に機械的に連動して変位して前記絞り通路（２２３）を開閉する弁体部（２４）と、
   前記ダイアフラム（２５）の一方の面（２５ａ）側に形成され、内部に封入ガスが封入された第１圧力室（２８）と、
   前記ダイアフラム（２５）の他方の面（２５ｂ）側に形成された第２圧力室（２９）と、
   前記高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）と前記低圧冷媒流路（２２２）における冷媒圧力（ＰＬ）とを利用して前記第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を作り出す手段（３５〜３９）とを備え、
   前記第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が前記絞り通路（２２３）を閉じる方向の力として前記弁体部（２４）に作用し、かつ、前記第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）が前記絞り通路（２２３）を開く方向の力として前記弁体部（２４）に作用するように、前記弁体部（２４）が前記ダイアフラム（２５）に連結され、
   前記封入ガスの圧力が前記高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒温度に応じて変化することによって、前記第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が変化するようになっており、
   前記第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を作り出す手段（３５〜３９）は、前記第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を、前記高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）と前記低圧冷媒流路（２２２）における冷媒圧力（ＰＬ）の中間圧力にするようになっていることを特徴とする圧力制御弁。
2. 高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルの冷媒の圧力を制御する圧力制御弁であって、
   前記冷媒を減圧する絞り通路（２２３）と、
   前記絞り通路（２２３）で減圧される前の冷媒が流れる高圧冷媒流路（２１、２２１）と、
   前記絞り通路（２２３）で減圧された後の冷媒が流れる低圧冷媒流路（２２２）と、
   薄板状のダイアフラム（２５）と、
   前記ダイアフラム（２５）に連結され、前記ダイアフラム（２５）の変位に機械的に連動して変位して前記絞り通路（２２３）を開閉する弁体部（２４）と、
   前記ダイアフラム（２５）の一方の面（２５ａ）側に形成され、内部に封入ガスが封入された第１圧力室（２８）と、
   前記ダイアフラム（２５）の他方の面（２５ｂ）側に形成された第２圧力室（２９）とを備え、
   前記第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が前記絞り通路（２２３）を閉じる方向の力として前記弁体部（２４）に作用し、かつ、前記第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）が前記絞り通路（２２３）を開く方向の力として前記弁体部（２４）に作用するように、前記弁体部（２４）が前記ダイアフラム（２５）に連結され、
   前記封入ガスの圧力が前記高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒温度に応じて変化することによって、前記第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が変化するようになっており、
   さらに、前記第２圧力室（２９）と連通し、前記第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）を作り出すための空間（３５）を備え、
   前記空間（３５）は、第１絞り機構（３８）を介して前記高圧冷媒流路（２１、２２１）と連通しているとともに、第２絞り機構（３９）を介して前記低圧冷媒流路（２２２）と連通していることを特徴とする圧力制御弁。
3. 前記第１、第２絞り機構（３８、３９）が固定絞りであることを特徴とする請求項２に記載の圧力制御弁。
4. 前記第１、第２絞り機構（３８、３９）のうち少なくとも一方は、前記高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒温度に応じて絞り開度を変化する可変絞りであることを特徴とする請求項２に記載の圧力制御弁。
5. 前記第１、第２絞り機構（３８、３９）のうち少なくとも一方は、前記高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）に応じて絞り開度を変化する可変絞りであることを特徴とする請求項２に記載の圧力制御弁。
6. 前記高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）を検出する圧力検出手段を備え、
   前記第１、第２絞り機構（３８、３９）のうち少なくとも一方は、前記圧力検出手段の検出圧力に基づいて絞り開度が電気的に制御される可変絞りであることを特徴とする請求項２に記載の圧力制御弁。
7. 前記高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記第１、第２絞り機構（３８、３９）のうち少なくとも一方は、前記温度検出手段の検出温度に基づいて絞り開度が電気的に制御される可変絞りであることを特徴とする請求項２に記載の圧力制御弁。
8. 前記高圧冷媒流路（２１、２２１）が、前記超臨界冷凍サイクルの放熱器（１１）の出口側に接続されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧力制御弁。
9. 前記高圧冷媒流路（２１、２２１）が、前記超臨界冷凍サイクルの高圧側冷媒と低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１２）のうち高圧側冷媒流路（１２ａ）の出口側に接続されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧力制御弁。
10. 前記高圧冷媒流路が互いに独立した２つの流路（２１、２２１）で構成されており、
    前記２つの流路（２１、２２１）のうち一方の流路（２１）は、上流側部位（２１ａ）が前記超臨界冷凍サイクルの放熱器（１１）の出口側に接続され、かつ、下流側部位（２２ｂ）が前記超臨界冷凍サイクルの高圧側冷媒と低圧側冷媒とを熱交換する内部熱交換器（１２）のうち高圧側冷媒流路（１２ａ）の入口側に接続され、
    前記２つの流路（２１、２２１）のうち他方の流路（２２１）は、上流側部位（２２１ａ）が前記高圧側冷媒流路（１２ａ）の出口側に接続され、かつ、下流側部位（２２１ｂｅ）が前記絞り通路（２２３）を介して前記低圧冷媒流路（２２２）の上流側部位（２２２ａ）と連通していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧力制御弁。
11. 前記超臨界冷凍サイクルの停止によって前記高圧冷媒流路（２１、２２１）における冷媒圧力（ＰＨ）と前記低圧冷媒流路（２２２）における冷媒圧力（ＰＬ）とが均圧化し、かつ、前記封入ガスの温度が臨界温度以上になっているときには前記第１圧力室（２８）の内圧（ＰＡ）が前記第２圧力室（２９）の内圧（ＰＭ）以下になるように、前記封入ガスの封入密度が設定されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の圧力制御弁。
12. 前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の圧力制御弁。
13. 前記封入ガスは、二酸化炭素が９０％以上を占めるガスであることを特徴とする請求項１２に記載の圧力制御弁。
14. 前記封入ガスは、二酸化炭素と不活性ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１３に記載の圧力制御弁。
15. 前記封入ガスは、二酸化炭素と、二酸化炭素よりも臨界圧力が低く、かつ、臨界温度が高い物質とを主成分とする混合物であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の圧力制御弁。
16. 前記封入ガスの臨界温度は、前記第１圧力室（２８）の周囲温度の最高温度以上に設定されていることを特徴とする請求項１５に記載の圧力制御弁。
17. 前記物質は、プロピレンであることを特徴とする請求項１５に記載の圧力制御弁。
18. 前記物質は、ハイドロカーボン類であることを特徴とする請求項１５に記載の圧力制御弁。
19. 前記物質は、ハイドロカーボン類とアンモニアの混合物質であることを特徴とする請求項１５に記載の圧力制御弁。
20. 前記物質は、フロロカーボン類であることを特徴とする請求項１５に記載の圧力制御弁。
21. 前記物質は、Ｒ３２であることを特徴とする請求項１５に記載の圧力制御弁。

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