JP2002022298A - 冷凍サイクル装置とその制御方法 - Google Patents
冷凍サイクル装置とその制御方法Info
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フロンガスなどを用いる冷凍サイクル装置と
同様の構成では、炭酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）の場合、その
物性特性のため冷凍サイクル装置として十分な効率が得
られないことが知られており、冷媒として用いる炭酸ガ
ス（ＣＯ2 ）の性質を利用して、冷凍サイクル装置を高
効率化する。 【解決手段】 冷媒を昇圧する圧縮機１と、この圧縮機
で昇圧された冷媒を冷却する放熱器２と、この放熱器よ
りも冷媒下流側に配されて前記冷却された冷媒を減圧膨
張することにより動力を取り出す膨張機３と、この膨張
機のさらに下流側に設けた減圧弁４と、この減圧弁で減
圧された冷媒を加熱する蒸発器５とを順次配管接続して
構成したものである。
同様の構成では、炭酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）の場合、その
物性特性のため冷凍サイクル装置として十分な効率が得
られないことが知られており、冷媒として用いる炭酸ガ
ス（ＣＯ2 ）の性質を利用して、冷凍サイクル装置を高
効率化する。 【解決手段】 冷媒を昇圧する圧縮機１と、この圧縮機
で昇圧された冷媒を冷却する放熱器２と、この放熱器よ
りも冷媒下流側に配されて前記冷却された冷媒を減圧膨
張することにより動力を取り出す膨張機３と、この膨張
機のさらに下流側に設けた減圧弁４と、この減圧弁で減
圧された冷媒を加熱する蒸発器５とを順次配管接続して
構成したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、炭酸ガスなどの
超臨界流体を冷媒として用いる冷凍機や空調機の冷凍サ
イクル装置に関し、特に、流体の膨張により発生するエ
ネルギーを有効かつ安全に回収することにより、高い効
率を実現す構成とその制御方法に関するものである。
超臨界流体を冷媒として用いる冷凍機や空調機の冷凍サ
イクル装置に関し、特に、流体の膨張により発生するエ
ネルギーを有効かつ安全に回収することにより、高い効
率を実現す構成とその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】オゾン層破壊、地球温暖化防止の観点か
ら、自然環境に適した代替冷媒が模索される昨今におい
て、フロンガスを用いるよりも以前に利用されていた炭
酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）が再び注目されている。このよう
なＣＯ2 を用いた冷凍サイクル装置は、ＣＯ2 の臨界温
度が３１℃であることから、高圧側ラインが超臨界領域
で用いられる構成となっており、一般的な冷凍サイクル
装置の構成は、図４に示したように、冷媒を昇圧する圧
縮機２１、冷媒を冷却する放熱器２２、冷媒を減圧する
減圧弁２３、冷媒を蒸発させて気化する蒸発器２４を備
えた主経路を構成している。この主経路において、圧縮
機２１で昇圧された超臨界状態の冷媒は、放熱器２２で
冷却され、減圧弁２３によって減圧されて湿り蒸気とな
り、蒸発器２４で気相冷媒となった後に、圧縮室２１へ
戻される。
ら、自然環境に適した代替冷媒が模索される昨今におい
て、フロンガスを用いるよりも以前に利用されていた炭
酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）が再び注目されている。このよう
なＣＯ2 を用いた冷凍サイクル装置は、ＣＯ2 の臨界温
度が３１℃であることから、高圧側ラインが超臨界領域
で用いられる構成となっており、一般的な冷凍サイクル
装置の構成は、図４に示したように、冷媒を昇圧する圧
縮機２１、冷媒を冷却する放熱器２２、冷媒を減圧する
減圧弁２３、冷媒を蒸発させて気化する蒸発器２４を備
えた主経路を構成している。この主経路において、圧縮
機２１で昇圧された超臨界状態の冷媒は、放熱器２２で
冷却され、減圧弁２３によって減圧されて湿り蒸気とな
り、蒸発器２４で気相冷媒となった後に、圧縮室２１へ
戻される。
【０００３】図２は、このような冷凍サイクル装置の動
作を、モリエル（圧力−エンタルピ）線図上に表したも
のである。図中Ａは圧縮機１の吸入状態（同時に蒸発器
４の出口状態）、Ｂ圧縮機１の出口状態（同時に放熱器
２の入り口状態）、Ｃは放熱器２の出口状態（同時に減
圧弁３の入り口状態）、Ｄは蒸発器４入り口状態（同時
に減圧弁３出口状態）を示す。
作を、モリエル（圧力−エンタルピ）線図上に表したも
のである。図中Ａは圧縮機１の吸入状態（同時に蒸発器
４の出口状態）、Ｂ圧縮機１の出口状態（同時に放熱器
２の入り口状態）、Ｃは放熱器２の出口状態（同時に減
圧弁３の入り口状態）、Ｄは蒸発器４入り口状態（同時
に減圧弁３出口状態）を示す。
【０００４】このような、冷凍サイクル装置の効率は、
冷凍効果（ポイントＡとポイントＤのエンタルピ差）
を、圧縮動力（ポイントＢとポイントＡのエンタルピ
差）で除して求まるものである。
冷凍効果（ポイントＡとポイントＤのエンタルピ差）
を、圧縮動力（ポイントＢとポイントＡのエンタルピ
差）で除して求まるものである。
【０００５】すなわち、ＣＯＰ（従来）＝（ｉＡ−ｉ
Ｄ）／（ｉＢ−ｉＡ） となる。
Ｄ）／（ｉＢ−ｉＡ） となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなフロンガスなどを用いる冷凍サイクル装置と同様の
構成では、炭酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）の場合、その物性特
性のため冷凍サイクル装置として十分な効率が得られな
いことが知られている。
うなフロンガスなどを用いる冷凍サイクル装置と同様の
構成では、炭酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）の場合、その物性特
性のため冷凍サイクル装置として十分な効率が得られな
いことが知られている。
【０００７】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、冷媒として用いる炭酸ガス（ＣＯ2 ）の性
質を利用して、冷凍サイクル装置を高効率化することを
目的とする。
ものであり、冷媒として用いる炭酸ガス（ＣＯ2 ）の性
質を利用して、冷凍サイクル装置を高効率化することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明にかかる冷凍サイクル装置は、冷媒を昇圧
する圧縮機と、この圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する
放熱器と、この放熱器よりも冷媒下流側に配されて前記
冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出
す膨張機と、この膨張機のさらに下流側に設けた減圧弁
と、この減圧弁で減圧された冷媒を加熱する蒸発器とを
順次配管接続して構成したことを特徴としている（請求
項１）。
に、この発明にかかる冷凍サイクル装置は、冷媒を昇圧
する圧縮機と、この圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する
放熱器と、この放熱器よりも冷媒下流側に配されて前記
冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出
す膨張機と、この膨張機のさらに下流側に設けた減圧弁
と、この減圧弁で減圧された冷媒を加熱する蒸発器とを
順次配管接続して構成したことを特徴としている（請求
項１）。
【０００９】さらに、前記膨張機の出口圧力を、炭酸ガ
スの臨界圧力よりも高く設定したことを特徴としている
（請求項２）。
スの臨界圧力よりも高く設定したことを特徴としている
（請求項２）。
【００１０】さらに、前記膨張機の出口に圧力センサを
設け、前記圧力センサの検出信号に応じて前記減圧弁の
開度調整を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力
以上に保つように制御する圧力制御器を設けたことを特
徴とする冷凍サイクル装置の制御方法である（請求項
３）。
設け、前記圧力センサの検出信号に応じて前記減圧弁の
開度調整を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力
以上に保つように制御する圧力制御器を設けたことを特
徴とする冷凍サイクル装置の制御方法である（請求項
３）。
【００１１】さらに、冷媒を昇圧する圧縮機と、この圧
縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、この放熱器
よりも冷媒下流側に配されて高圧側ラインと低圧側ライ
ンを流れる冷媒を熱交換させることにより冷媒をさらに
冷却するサイクル内熱交換器と、このサイクル内熱交換
器よりもさらに冷媒下流側に配されて前記冷却された冷
媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機と、
この膨張機のさらに下流側に設けた減圧弁と、この減圧
弁で減圧された冷媒を加熱する蒸発器と順次配管接続し
て構成したことを特徴としている（請求項４）。
縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、この放熱器
よりも冷媒下流側に配されて高圧側ラインと低圧側ライ
ンを流れる冷媒を熱交換させることにより冷媒をさらに
冷却するサイクル内熱交換器と、このサイクル内熱交換
器よりもさらに冷媒下流側に配されて前記冷却された冷
媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機と、
この膨張機のさらに下流側に設けた減圧弁と、この減圧
弁で減圧された冷媒を加熱する蒸発器と順次配管接続し
て構成したことを特徴としている（請求項４）。
【００１２】上記の構成により、高圧側ラインが超臨界
領域となる炭酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）の性質利用し、圧力
エネルギーを安全に回収し有効利用することにより、所
用動力の低減と冷凍効果の増大を同時に達成し、冷凍サ
イクル装置の高効率化を実現できるものである。
領域となる炭酸ガス冷媒（ＣＯ2 ）の性質利用し、圧力
エネルギーを安全に回収し有効利用することにより、所
用動力の低減と冷凍効果の増大を同時に達成し、冷凍サ
イクル装置の高効率化を実現できるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１４】（実施の形態１）本発明の第１の技術手段
を用いた一実施の形態として、図１に冷凍サイクル装置
の構成を示す。
を用いた一実施の形態として、図１に冷凍サイクル装置
の構成を示す。
【００１５】図１において、炭酸ガスを冷媒とし、冷媒
を昇圧する圧縮機１と、この圧縮機１で昇圧された冷媒
を冷却する放熱器２と、この放熱器２よりも冷媒下流側
に配されて前記冷却された冷媒を減圧膨張することによ
り動力を取り出す膨張機３と、この膨張機３のさらに下
流側に設けた減圧弁４と、この減圧弁４で減圧された冷
媒を加熱する蒸発器５とを順次配管接続して冷凍サイク
ル回路が構成されている。
を昇圧する圧縮機１と、この圧縮機１で昇圧された冷媒
を冷却する放熱器２と、この放熱器２よりも冷媒下流側
に配されて前記冷却された冷媒を減圧膨張することによ
り動力を取り出す膨張機３と、この膨張機３のさらに下
流側に設けた減圧弁４と、この減圧弁４で減圧された冷
媒を加熱する蒸発器５とを順次配管接続して冷凍サイク
ル回路が構成されている。
【００１６】また、６は前記膨張機３の出口に設けられ
た圧力センサであり、圧力制御器７により前記圧力セン
サ６の検出信号に応じて前記減圧弁４の開度調整を行
い、前記膨張機３の出口圧力を制御できるように構成さ
れている。
た圧力センサであり、圧力制御器７により前記圧力セン
サ６の検出信号に応じて前記減圧弁４の開度調整を行
い、前記膨張機３の出口圧力を制御できるように構成さ
れている。
【００１７】前記圧力制御器７を用いて、前記減圧弁４
を開く方向に開度調整すれば前記膨張機３の出口圧力が
低下し、逆に前記減圧弁４を閉じる方向に開度調整すれ
ば前記膨張機３の出口圧力が上昇する性質を利用して、
前記膨張機３の出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保
つように制御する。
を開く方向に開度調整すれば前記膨張機３の出口圧力が
低下し、逆に前記減圧弁４を閉じる方向に開度調整すれ
ば前記膨張機３の出口圧力が上昇する性質を利用して、
前記膨張機３の出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保
つように制御する。
【００１８】このように構成することにより、いかなる
運転条件においても、膨張機３の入り口で超臨界状態で
あった冷媒は、膨張機３で膨張した後も超臨界状態を保
つことができ、膨張機３の内部で減圧膨張により、気液
二層状態となり、ドレンアタックなどの膨張機３の故障
原因になるような現象を引き起こすことがないものであ
る。
運転条件においても、膨張機３の入り口で超臨界状態で
あった冷媒は、膨張機３で膨張した後も超臨界状態を保
つことができ、膨張機３の内部で減圧膨張により、気液
二層状態となり、ドレンアタックなどの膨張機３の故障
原因になるような現象を引き起こすことがないものであ
る。
【００１９】以上のように構成された、冷凍サイクル装
置について、以下その動作を説明する。
置について、以下その動作を説明する。
【００２０】圧縮機１によって圧縮された冷媒（炭酸ガ
ス）は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器２に
入り、ここで放熱して冷却する。その後、膨張機３に導
かれ、臨界圧力近くまで膨張することにより、機械エネ
ルギーを発生すると共に、自らも温度低下し、エンタル
ピを減少させる。その後、減圧弁４において蒸発圧力ま
で減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器５にお
いて、ここを通過する空気と熱交換してガス状となり、
圧縮機１へ戻される。なお、前記膨張機３で回収した機
械エネルギーは圧縮機１を回転するための補助動力とし
て利用される。
ス）は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器２に
入り、ここで放熱して冷却する。その後、膨張機３に導
かれ、臨界圧力近くまで膨張することにより、機械エネ
ルギーを発生すると共に、自らも温度低下し、エンタル
ピを減少させる。その後、減圧弁４において蒸発圧力ま
で減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器５にお
いて、ここを通過する空気と熱交換してガス状となり、
圧縮機１へ戻される。なお、前記膨張機３で回収した機
械エネルギーは圧縮機１を回転するための補助動力とし
て利用される。
【００２１】このような冷媒の状態変化は、図２のモリ
エル線図においてＡ→Ｂ→Ｃ→Ｅ→Ｆ→Ａで示されるよ
うになり、この時の冷凍サイクル装置の効率は、蒸発器
５での冷凍効果（ポイントＡとポイントＦのエンタルピ
差）を、圧縮機１での圧縮動力（ポイントＢとポイント
Ａのエンタルピ差）から膨張機３での回収動力（ポイン
トＣとポイントＥのエンタルピ差）を差し引いたもので
除した値となる。
エル線図においてＡ→Ｂ→Ｃ→Ｅ→Ｆ→Ａで示されるよ
うになり、この時の冷凍サイクル装置の効率は、蒸発器
５での冷凍効果（ポイントＡとポイントＦのエンタルピ
差）を、圧縮機１での圧縮動力（ポイントＢとポイント
Ａのエンタルピ差）から膨張機３での回収動力（ポイン
トＣとポイントＥのエンタルピ差）を差し引いたもので
除した値となる。
【００２２】すなわち、ＣＯＰ（本発明）＝（ｉＡ−ｉ
Ｆ）／（（ｉＢ−ｉＡ）−（ｉＣ−ｉＥ））と表され、
従来の冷凍サイクル装置の場合に比べ、冷凍効果が大き
く、所用動力が小さくなり、効率を飛躍的に向上できる
ものである。
Ｆ）／（（ｉＢ−ｉＡ）−（ｉＣ−ｉＥ））と表され、
従来の冷凍サイクル装置の場合に比べ、冷凍効果が大き
く、所用動力が小さくなり、効率を飛躍的に向上できる
ものである。
【００２３】（実施の形態２）本発明の第２の技術手段
を用いた一実施の形態として、図３に冷凍サイクル装置
の構成を示す。
を用いた一実施の形態として、図３に冷凍サイクル装置
の構成を示す。
【００２４】図３において、炭酸ガスを冷媒とし、冷媒
を昇圧する圧縮機１１と、この圧縮機１１で昇圧された
冷媒を冷却する放熱器１２と、この放熱器１２よりも冷
媒下流側に配されて高圧側ライン１３と低圧側ライン１
４を流れる冷媒を熱交換させることにより冷媒をさらに
冷却するサイクル内熱交換器１５と、このサイクル内熱
交換器１５よりもさらに冷媒下流側に配されて前記冷却
された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨
張機１６と、この膨張機１６のさらに下流側に設けた減
圧弁１７と、この減圧弁で減圧された冷媒を加熱する蒸
発器１８と順次配管接続して冷凍サイクル回路が構成さ
れている。
を昇圧する圧縮機１１と、この圧縮機１１で昇圧された
冷媒を冷却する放熱器１２と、この放熱器１２よりも冷
媒下流側に配されて高圧側ライン１３と低圧側ライン１
４を流れる冷媒を熱交換させることにより冷媒をさらに
冷却するサイクル内熱交換器１５と、このサイクル内熱
交換器１５よりもさらに冷媒下流側に配されて前記冷却
された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨
張機１６と、この膨張機１６のさらに下流側に設けた減
圧弁１７と、この減圧弁で減圧された冷媒を加熱する蒸
発器１８と順次配管接続して冷凍サイクル回路が構成さ
れている。
【００２５】また、１９は前記膨張機１６の出口に設け
られた圧力センサであり、圧力制御器２０により前記圧
力センサ１９の検出信号に応じて前記減圧弁１７の開度
調整を行い、前記膨張機１６の出口圧力を制御できるよ
う構成されている。
られた圧力センサであり、圧力制御器２０により前記圧
力センサ１９の検出信号に応じて前記減圧弁１７の開度
調整を行い、前記膨張機１６の出口圧力を制御できるよ
う構成されている。
【００２６】前記圧力制御器２０を用いて、前記減圧弁
１７を開く方向に開度調整すれば前記膨張機１６の出口
圧力が低下し、逆に前記減圧弁１７を閉じる方向に開度
調整すれば前記膨張機１６の出口圧力が上昇する性質を
利用して、前記膨張機１６の出口圧力を炭酸ガスの臨界
圧力以上に保つように制御する。
１７を開く方向に開度調整すれば前記膨張機１６の出口
圧力が低下し、逆に前記減圧弁１７を閉じる方向に開度
調整すれば前記膨張機１６の出口圧力が上昇する性質を
利用して、前記膨張機１６の出口圧力を炭酸ガスの臨界
圧力以上に保つように制御する。
【００２７】このように構成することにより、図１の実
施例と同様にいかなる運転条件においても、膨張機１６
の入り口で超臨界状態であった冷媒は、膨張機１６で膨
張した後も超臨界状態を保つことができ、膨張機１６の
内部で減圧膨張により、気液二層状態となり、ドレンア
タックなどの膨張機１６の故障原因になるような現象を
引き起こすことがないものである。
施例と同様にいかなる運転条件においても、膨張機１６
の入り口で超臨界状態であった冷媒は、膨張機１６で膨
張した後も超臨界状態を保つことができ、膨張機１６の
内部で減圧膨張により、気液二層状態となり、ドレンア
タックなどの膨張機１６の故障原因になるような現象を
引き起こすことがないものである。
【００２８】以上のように構成された、冷凍サイクル装
置について、以下その動作を説明する。
置について、以下その動作を説明する。
【００２９】圧縮機１１によって圧縮された冷媒（炭酸
ガス）は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器１
２に入り、ここで放熱して冷却する。その後、サイクル
内熱交換器１５で低圧側ライン１４を流れる冷媒により
冷却された後、膨張機１６に導かれ、臨界圧力近くまで
膨張することにより、機械エネルギーを発生すると共
に、自らもさらに温度低下し、エンタルピを減少させ
る。その後、減圧弁１７において蒸発圧力まで減圧され
て低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器１８において、こ
こを通過する空気と熱交換してガス状となり、サイクル
内熱交換器１５を介して、圧縮機１１へ戻される。な
お、前記膨張機１６で回収した機械エネルギーは圧縮機
１１を回転するための補助動力として利用される。
ガス）は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器１
２に入り、ここで放熱して冷却する。その後、サイクル
内熱交換器１５で低圧側ライン１４を流れる冷媒により
冷却された後、膨張機１６に導かれ、臨界圧力近くまで
膨張することにより、機械エネルギーを発生すると共
に、自らもさらに温度低下し、エンタルピを減少させ
る。その後、減圧弁１７において蒸発圧力まで減圧され
て低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器１８において、こ
こを通過する空気と熱交換してガス状となり、サイクル
内熱交換器１５を介して、圧縮機１１へ戻される。な
お、前記膨張機１６で回収した機械エネルギーは圧縮機
１１を回転するための補助動力として利用される。
【００３０】このような冷媒の状態変化は、図２のモリ
エル線図においてＧ→Ｈ→Ｃ→Ｉ→Ｊ→Ｋ→Ａ→Ｇで示
されるようになり、この時の冷凍サイクル装置の効率
は、蒸発器２４での冷凍効果（ポイントＡとポイントＫ
のエンタルピ差）を、圧縮機１１での圧縮動力（ポイン
トＨとポイントＧのエンタルピ差）から膨張機１６で回
収動力（ポイントＩとポイントＪのエンタルピ差）を差
し引いたもので除した値となる。
エル線図においてＧ→Ｈ→Ｃ→Ｉ→Ｊ→Ｋ→Ａ→Ｇで示
されるようになり、この時の冷凍サイクル装置の効率
は、蒸発器２４での冷凍効果（ポイントＡとポイントＫ
のエンタルピ差）を、圧縮機１１での圧縮動力（ポイン
トＨとポイントＧのエンタルピ差）から膨張機１６で回
収動力（ポイントＩとポイントＪのエンタルピ差）を差
し引いたもので除した値となる。
【００３１】すなわち、ＣＯＰ（本発明）＝（ｉＡ−ｉ
Ｋ）／（（ｉＨ−ｉＧ）−（ｉＩ−ｉＪ））と表され、
図１の実施例の冷凍サイクル装置に比べても、さらに冷
凍効果が大きくなり、効率を向上できるものである。
Ｋ）／（（ｉＨ−ｉＧ）−（ｉＩ−ｉＪ））と表され、
図１の実施例の冷凍サイクル装置に比べても、さらに冷
凍効果が大きくなり、効率を向上できるものである。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１記載の発明は、炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を昇圧する
圧縮機と、この圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱
器と、この放熱器よりも冷媒下流側に配されて前記冷却
された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨
張機と、この膨張機のさらに下流側に設けた減圧弁と、
この減圧弁で減圧された冷媒を加熱する蒸発器とを順次
配管接続して構成したため、高圧炭酸ガス冷媒（ＣＯ2
）の圧力エネルギーを回収し有効利用することによ
り、所用動力の低減と冷凍効果の増大を同時に達成し、
冷凍サイクル装置の高効率化を実現できるものである。
１記載の発明は、炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を昇圧する
圧縮機と、この圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱
器と、この放熱器よりも冷媒下流側に配されて前記冷却
された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨
張機と、この膨張機のさらに下流側に設けた減圧弁と、
この減圧弁で減圧された冷媒を加熱する蒸発器とを順次
配管接続して構成したため、高圧炭酸ガス冷媒（ＣＯ2
）の圧力エネルギーを回収し有効利用することによ
り、所用動力の低減と冷凍効果の増大を同時に達成し、
冷凍サイクル装置の高効率化を実現できるものである。
【００３３】また、請求項２記載の発明は、膨張機の出
口圧力を、炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定したた
め、いかなる運転条件においても、膨張機の入り口で超
臨界状態であった冷媒は、膨張機で膨張した後も超臨界
状態を保つことができ、膨張機の内部で減圧膨張によ
り、気液二層状態となり、ドレンアタックなどの膨張機
の故障原因になるような現象を引き起こすこともなく、
高圧側ラインが超臨界領域となる炭酸ガス冷媒（ＣＯ2
）の性質利用し、圧力エネルギーを安全に回収し有効
利用することにより、所用動力の低減と冷凍効果の増大
を同時に達成し、冷凍サイクル装置の高効率化を実現で
きるものである。
口圧力を、炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定したた
め、いかなる運転条件においても、膨張機の入り口で超
臨界状態であった冷媒は、膨張機で膨張した後も超臨界
状態を保つことができ、膨張機の内部で減圧膨張によ
り、気液二層状態となり、ドレンアタックなどの膨張機
の故障原因になるような現象を引き起こすこともなく、
高圧側ラインが超臨界領域となる炭酸ガス冷媒（ＣＯ2
）の性質利用し、圧力エネルギーを安全に回収し有効
利用することにより、所用動力の低減と冷凍効果の増大
を同時に達成し、冷凍サイクル装置の高効率化を実現で
きるものである。
【００３４】さらに、請求項３記載の発明は、炭酸ガス
を冷媒とし、冷媒を昇圧する圧縮機と、この圧縮機で昇
圧された冷媒を冷却する放熱器と、この放熱器よりも冷
媒下流側に配されて前記冷却された冷媒を減圧膨張する
ことにより動力を取り出す膨張機と、この膨張機のさら
に下流側に設けた減圧弁と、この減圧弁で減圧された冷
媒を加熱する蒸発器と順次配管接続して冷凍サイクル装
置を構成し、前記膨張機の出口に圧力センサを設け、前
記圧力センサの検出信号に応じて前記減圧弁の開度調整
を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保
つように制御する圧力制御器を設けたことを特徴とする
冷凍サイクル装置の制御方法であるため、簡単な構成
で、前記減圧弁を開く方向に開度調整すれば前記膨張機
の出口圧力が低下し、逆に前記減圧弁を閉じる方向に開
度調整すれば前記膨張機の出口圧力が上昇する性質を利
用して、前記膨張機の出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以
上に保つように制御することができる。
を冷媒とし、冷媒を昇圧する圧縮機と、この圧縮機で昇
圧された冷媒を冷却する放熱器と、この放熱器よりも冷
媒下流側に配されて前記冷却された冷媒を減圧膨張する
ことにより動力を取り出す膨張機と、この膨張機のさら
に下流側に設けた減圧弁と、この減圧弁で減圧された冷
媒を加熱する蒸発器と順次配管接続して冷凍サイクル装
置を構成し、前記膨張機の出口に圧力センサを設け、前
記圧力センサの検出信号に応じて前記減圧弁の開度調整
を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保
つように制御する圧力制御器を設けたことを特徴とする
冷凍サイクル装置の制御方法であるため、簡単な構成
で、前記減圧弁を開く方向に開度調整すれば前記膨張機
の出口圧力が低下し、逆に前記減圧弁を閉じる方向に開
度調整すれば前記膨張機の出口圧力が上昇する性質を利
用して、前記膨張機の出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以
上に保つように制御することができる。
【００３５】また、請求項４記載の発明は、炭酸ガスを
冷媒とし、冷媒を昇圧する圧縮機と、この圧縮機で昇圧
された冷媒を冷却する放熱器と、この放熱器よりも冷媒
下流側に配されて高圧側ラインと低圧側ラインを流れる
冷媒を熱交換させることにより冷媒をさらに冷却するサ
イクル内熱交換器と、このサイクル内熱交換器よりもさ
らに冷媒下流側に配されて前記冷却された冷媒を減圧膨
張することにより動力を取り出す膨張機と、この膨張機
のさらに下流側に設けた減圧弁と、この減圧弁で減圧さ
れた冷媒を加熱する蒸発器と順次配管接続して構成した
ため、サイクル内熱交換器の作用により膨張機入り口の
冷媒温度を低下させることにより、膨張機出口での冷媒
のエンタルピを小さくでき、さらなる冷凍効果の増大を
可能とできるものである。
冷媒とし、冷媒を昇圧する圧縮機と、この圧縮機で昇圧
された冷媒を冷却する放熱器と、この放熱器よりも冷媒
下流側に配されて高圧側ラインと低圧側ラインを流れる
冷媒を熱交換させることにより冷媒をさらに冷却するサ
イクル内熱交換器と、このサイクル内熱交換器よりもさ
らに冷媒下流側に配されて前記冷却された冷媒を減圧膨
張することにより動力を取り出す膨張機と、この膨張機
のさらに下流側に設けた減圧弁と、この減圧弁で減圧さ
れた冷媒を加熱する蒸発器と順次配管接続して構成した
ため、サイクル内熱交換器の作用により膨張機入り口の
冷媒温度を低下させることにより、膨張機出口での冷媒
のエンタルピを小さくでき、さらなる冷凍効果の増大を
可能とできるものである。
【図１】本発明の実施の形態１を示す冷凍サイクル装置
の構成図
の構成図
【図２】図１、図３、図４で示す冷凍サイクル装置のモ
リエル線図
リエル線図
【図３】本発明の実施の形態２を示す冷凍サイクル装置
の構成図
の構成図
【図４】従来の冷凍サイクル装置の構成図
１，１１ 圧縮機 ２，１２ 放熱器 ３，１６ 膨張機 ４，１７ 減圧弁 ５，１８ 蒸発器 １５ サイクル内熱交換器
Claims (4)
- 【請求項１】 炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を昇圧する圧
縮機と、この圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器
と、この放熱器よりも冷媒下流側に配されて前記冷却さ
れた冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張
機と、この膨張機のさらに下流側に設けた減圧弁と、こ
の減圧弁で減圧された冷媒を加熱する蒸発器とを順次配
管接続して構成した冷凍サイクル装置。 - 【請求項２】 前記膨張機の出口圧力を、炭酸ガスの臨
界圧力よりも高く設定したことを特徴とする請求項１記
載の冷凍サイクル装置。 - 【請求項３】 炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を昇圧する圧
縮機と、この圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器
と、この放熱器よりも冷媒下流側に配されて前記冷却さ
れた冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張
機と、この膨張機のさらに下流側に設けた減圧弁と、こ
の減圧弁で減圧された冷媒を加熱する蒸発器と順次配管
接続して冷凍サイクル装置を構成し、前記膨張機の出口
に圧力センサを設け、前記圧力センサの検出信号に応じ
て前記減圧弁の開度調整を行い、膨張機出口圧力を炭酸
ガスの臨界圧力以上に保つように制御する圧力制御器を
設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。 - 【請求項４】 炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を昇圧する圧
縮機と、この圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器
と、この放熱器よりも冷媒下流側に配されて高圧側ライ
ンと低圧側ラインを流れる冷媒を熱交換させることによ
り冷媒をさらに冷却するサイクル内熱交換器と、このサ
イクル内熱交換器よりもさらに冷媒下流側に配されて前
記冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り
出す膨張機と、この膨張機のさらに下流側に設けた減圧
弁と、この減圧弁で減圧された冷媒を加熱する蒸発器と
順次配管接続して構成した冷凍サイクル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000201876A JP2002022298A (ja) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | 冷凍サイクル装置とその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000201876A JP2002022298A (ja) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | 冷凍サイクル装置とその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002022298A true JP2002022298A (ja) | 2002-01-23 |
Family
ID=18699481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000201876A Pending JP2002022298A (ja) | 2000-07-04 | 2000-07-04 | 冷凍サイクル装置とその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002022298A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP1485659A1 (en) * | 2002-02-22 | 2004-12-15 | Chordia, Lalit | Means and apparatus for microrefrigeration |
| US6923016B2 (en) | 2003-04-09 | 2005-08-02 | Sunao Funakoshi | Refrigeration cycle apparatus |
| WO2005090875A1 (ja) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Daikin Industries, Ltd. | 冷凍装置 |
| EP1596140A2 (de) * | 2004-05-14 | 2005-11-16 | Robert Bosch Gmbh | Expansionseinrichtung für ein Kältemittel |
| JP2006275399A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | 空気調和機 |
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| WO2013133622A1 (ko) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Kim Bong Suck | 냉동장치의 냉동사이클 |
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| US12031477B2 (en) | 2021-11-23 | 2024-07-09 | The Boeing Company | Methods and systems for generating power and thermal management having dual loop architecture |
-
2000
- 2000-07-04 JP JP2000201876A patent/JP2002022298A/ja active Pending
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