JP2003121018A

JP2003121018A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2003121018A
Application number: JP2001311204A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Hokotani; 克己鉾谷; Michio Moriwaki; 道雄森脇
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2003-04-23
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: JP4039024B2

Abstract

(57)【要約】【課題】冷媒回路に膨張機が設けられた冷凍装置にお
いて、如何なる運転条件でも円滑な冷凍サイクルを可能
とする。【解決手段】冷凍装置の冷媒回路（10）には、二酸化
炭素を冷媒として充填する。この冷凍装置では、冷凍サ
イクルの高圧が二酸化炭素の臨界圧力以上に設定され
る。冷媒回路（10）には、膨張機（22）と電動膨張弁
（23）とを直列に設ける。また、冷媒回路（10）には、
膨張機（22）及び電動膨張弁（23）をバイパスするバイ
パス管路（35）を設ける。更に、バイパス管路（35）に
は、バイパス弁（36）を設ける。圧縮機（21）と膨張機
（22）は、押しのけ容積が一定の流体機械により構成さ
れて、１つの軸によって直結される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気圧縮式の冷凍
サイクルを行う冷凍装置に関し、特に、冷凍サイクルの
高圧が冷媒の臨界圧力以上となるものに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、閉回路内で冷媒を循環させて
蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られてお
り、空調機等として広く利用されている。この種の冷凍
装置としては、例えば特開２００１−１０７８８１号公
報に開示されているように、冷凍サイクルの高圧を冷媒
の臨界圧力以上に設定したものが知られている。この冷
凍装置は、スクロール型の流体機械により構成される膨
張機を冷媒の膨張機構として備えている。そして、この
膨張機と圧縮機を軸によって連結し、膨張機で得られた
動力を圧縮機の駆動に利用してＣＯＰ（成績係数）の向
上を図っている。

【０００３】ところが、上記公報の冷凍装置では、押し
のけ容積が固定の流体機械を圧縮機や膨張機として用い
ており、しかも膨張機と圧縮機の回転速度が常に同一と
なることから、様々な運転条件において円滑な運転が困
難であるという問題があった。この問題点について説明
する。

【０００４】上記冷凍装置の冷媒回路では、循環する冷
媒の全てが圧縮機及び膨張機を通過するため、圧縮機と
膨張機における冷媒の質量流量は必ず等しくなる。一
方、冷媒の比容積は、冷媒の温度や圧力によって変化す
る。このため、圧縮機に要求される押しのけ容積と膨張
機に要求される押しのけ容積とは、異なっているのが通
常である。

【０００５】また、冷凍装置において、圧縮機や膨張機
の出入口における冷媒の温度や圧力は、その運転条件に
よって異なる。例えば、冷凍装置により空調機を構成し
た場合、図１に示すように、圧縮機に要求される押しの
け容積と膨張機に要求される押しのけ容積の比（以下、
「押しのけ容積比」という。）は、その運転条件によって
大きく相違する。尚、図１において括弧内に示した圧力
値は、それぞれの運転条件における冷凍サイクルの高圧
を示している。

【０００６】これに対し、上記公報の冷凍装置では、圧
縮機や膨張機の押しのけ容積が変化せず、しかも圧縮機
と膨張機は常に同じ回転速度で回転する。このため、こ
の冷凍装置では、圧縮機と膨張機の押しのけ容積比を運
転条件に応じて変化させることができず、その運転条件
に適した円滑な運転ができなかった。

【０００７】この問題に対しては、特開２００１−１１
６３７１号公報に開示されているように、冷媒回路に膨
張機をバイパスするバイパス管を設けるという対策が提
案されている。つまり、冷媒の一部をバイパスさせて膨
張機へ流入する冷媒の体積流量を減少させれば、膨張機
に要求される押しのけ容積を削減できる。そこで、この
冷凍装置では、圧縮機と膨張機の押しのけ容積比を変更
できなくても円滑な冷凍サイクル動作が行えるように、
冷媒の一部をバイパスさせている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷媒回
路にバイパス管が設けられた上記冷凍装置においても、
運転条件によっては円滑な冷凍サイクル動作が依然とし
て困難な場合がある。

【０００９】つまり、図１に示す例において、要求され
る押しのけ容積比が最も大きい暖房低温条件を基準に圧
縮機や膨張機を設計すれば、上記のバイパスを設けると
いう対策により全ての運転条件で円滑な冷凍サイクル動
作が可能となる。ところが、実際に圧縮機や膨張機を設
計する場合には、最も高いＣＯＰが要求される冷房標準
条件を基準にするのが通例である。このため、中間期冷
房条件のように冷房標準条件よりも要求される押しのけ
容積比が小きい運転条件では運転が可能であるものの、
暖房標準条件のように冷房標準条件よりも要求される押
しのけ容積比が大きい運転条件では、バイパス管を閉鎖
したとしても膨張機の押しのけ容積が要求値に対して過
大となり、円滑な運転ができなくなってしまう。

【００１０】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、冷媒回路に膨張機が
設けられた冷凍装置において、如何なる運転条件でも円
滑な冷凍サイクルを可能とすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第１の解
決手段は、動力回収用の膨張機（22）が設けられて冷媒
が充填された冷媒回路（10）を備え、該冷媒回路（10）
に設けられた圧縮機（21）で冷媒をその臨界圧力以上に
圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象としてい
る。そして、上記圧縮機（21）と上記膨張機（22）は互
いに連結されて該圧縮機（21）の回転速度と該膨張機
（22）の回転速度の比が一定となる一方、上記圧縮機
（21）又は上記膨張機（22）は、押しのけ容積が可変の
流体機械によって構成されるものである。

【００１２】本発明が講じた第２の解決手段は、冷媒が
充填された冷媒回路（10）を備え、該冷媒回路（10）に
設けられた圧縮機（21）で冷媒をその臨界圧力以上に圧
縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象とする。そし
て、上記冷媒回路（10）に設けられた冷媒の膨張機構
は、押しのけ容積が一定の流体機械により構成される膨
張機（22）と、該膨張機（22）と直列に接続された開度
可変の膨張弁（23）とにより構成され、上記圧縮機（2
1）と上記膨張機（22）は互いに連結されて該圧縮機（2
1）の回転速度と該膨張機（22）の回転速度の比が一定
となる一方、上記冷媒回路（10）には、上記膨張機（2
2）をバイパスして冷媒を流すためのバイパス管路（3
5）と、該バイパス管路（35）における冷媒の流量を調
節するための流量調節弁（36）とが設けられるものであ
る。

【００１３】本発明が講じた第３の解決手段は、冷媒が
充填された冷媒回路（10）を備え、該冷媒回路（10）に
設けられた圧縮機（21）で冷媒をその臨界圧力以上に圧
縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象とする。そし
て、上記冷媒回路（10）に設けられた冷媒の膨張機構
は、押しのけ容積が一定の流体機械により構成される膨
張機（22）と、該膨張機（22）と直列に接続された開度
可変の膨張弁（23）とにより構成され、上記圧縮機（2
1）と上記膨張機（22）は互いに連結されて該圧縮機（2
1）の回転速度と該膨張機（22）の回転速度の比が一定
となる一方、上記冷媒回路（10）には、上記膨張機（2
2）及び膨張弁（23）をバイパスして冷媒を流すための
バイパス管路（35）と、該バイパス管路（35）における
冷媒の流量を調節するための流量調節弁（36）とが設け
られるものである。

【００１４】本発明が講じた第４の解決手段は、上記第
２又は第３の解決手段において、冷媒回路（10）では、
膨張機（22）の上流に膨張弁（23）が配置されるもので
ある。

【００１５】本発明が講じた第５の解決手段は、上記第
２又は第３の解決手段において、冷媒回路（10）におけ
る膨張機（22）と膨張弁（23）の間には、冷媒を一時的
に貯留するための容器部材（31）が設けられるものであ
る。

【００１６】本発明が講じた第６の解決手段は、上記第
２又は第３の解決手段において、冷媒回路（10）におけ
る膨張機（22）と膨張弁（23）の間に設けられて中間圧
の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離器（3
2）と、上記気液分離器（32）で分離されたガス冷媒を
圧縮機（21）へ供給するためのガス管路（33）とを備え
るものである。

【００１７】本発明が講じた第７の解決手段は、上記第
１から第６までの何れか１つの解決手段において、冷媒
回路（10）の冷媒を室内空気と熱交換させる室内熱交換
器（11）と、上記冷媒回路（10）の冷媒を室外空気と熱
交換させる室外熱交換器（12）と、圧縮機（21）で圧縮
された冷媒が上記室外熱交換器（12）へ送られて上記室
内熱交換器（11）で蒸発した冷媒が上記圧縮機（21）へ
吸入される状態と、上記圧縮機（21）で圧縮された冷媒
が上記室内熱交換器（11）へ送られて上記室外熱交換器
（12）で蒸発した冷媒が圧縮機（21）へ吸入される状態
とを切り換えるための第１四路切換弁（13）と、膨張機
（22）で膨張した冷媒が上記室内熱交換器（11）へ送ら
れて上記室外熱交換器（12）で放熱した冷媒が上記膨張
機（22）へ流入する状態と、上記膨張機（22）で膨張し
た冷媒が上記室外熱交換器（12）へ送られて上記室内熱
交換器（11）で放熱した冷媒が上記膨張機（22）へ流入
する状態とを切り換えるための第２四路切換弁（14）と
を備えるものである。

【００１８】本発明が講じた第８の解決手段は、上記第
１から第７までの何れか１つの解決手段において、冷媒
回路（10）には、二酸化炭素が冷媒として充填されるも
のである。

【００１９】−作用− 上記第１，第２，第３の解決手段では、冷媒回路（10）
内で冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルが行わ
れる。具体的に、冷媒回路（10）の圧縮機（21）では、
吸入された冷媒がその臨界圧力以上にまで圧縮される。
圧縮機（21）から吐出された高圧冷媒は、放熱した後に
膨張してその圧力が低下する。減圧後の低圧冷媒は、吸
熱して蒸発した後に圧縮機（21）へ吸入されて再び圧縮
される。

【００２０】上記第１の解決手段では、冷凍サイクルに
おける冷媒の膨張が膨張機（22）で行われる。一方、上
記第２，第３の解決手段では、冷凍サイクルにおける冷
媒の膨張が膨張機（22）又は膨張弁（23）で行われる。
例えば、膨張機（22）の下流に膨張弁（23）を設けた場
合、放熱後の高圧冷媒は、先ず膨張機（22）で膨張して
中間圧冷媒となり、その後に膨張弁（23）で更に膨張し
て低圧冷媒となる。

【００２１】これら第１〜第３の解決手段において、膨
張機（22）では、導入された冷媒の内部エネルギが動力
に変換される。また、膨張機（22）と圧縮機（21）は、
両者の回転速度の比が一定となる状態で互いに連結され
ている。つまり、膨張機（22）と圧縮機（21）は、同一
の回転速度となるように一軸で直結されていてもよい
し、異なる回転速度となるように歯車等を介して連結さ
れていてもよい。ただし、膨張機（22）と圧縮機（21）
の回転速度の比は固定されており、変速機等を用いて両
者の回転速度の比を変更することはない。

【００２２】上記第１の解決手段では、押しのけ容積を
変更可能な流体機械によって圧縮機（21）又は膨張機
（22）が構成される。つまり、圧縮機（21）と膨張機
（22）の少なくとも一方は、その押しのけ容積が可変と
なる。従って、圧縮機（21）の回転速度と膨張機（22）
の回転速度の比が固定されていても、圧縮機（21）又は
膨張機（22）の押しのけ容積を変更すれば、その押しの
け量が変化する。

【００２３】上記第２の解決手段では、冷媒回路（10）
にバイパス管路（35）と流量調節弁（36）とが設けられ
る。このバイパス管路（35）は、膨張機（22）の流入側
と流出側とを連通可能にしている。一方、流量調節弁
（36）は、バイパス管路（35）に設けられている。この
流量調節弁（36）を開くと、膨張機（22）へ向けて流れ
る冷媒は、その一部がバイパス管路（35）へ流入し、膨
張機（22）をバイパスして流れる。また、流量調節弁
（36）の開度を調節すると、バイパス管路（35）を通っ
て膨張機（22）をバイパスする冷媒量が変化する。更
に、流量調節弁（36）を全閉すると、バイパス管路（3
5）が遮断されて全ての冷媒が膨張機（22）へ流入す
る。

【００２４】上記第３の解決手段では、冷媒回路（10）
にバイパス管路（35）と流量調節弁（36）とが設けられ
る。このバイパス管路（35）は、膨張機構の流入側と流
出側とを連通可能にしている。一方、流量調節弁（36）
は、バイパス管路（35）に設けられている。この流量調
節弁（36）を開くと、膨張機構の膨張機（22）又は膨張
弁（23）へ向けて流れる冷媒は、その一部がバイパス管
路（35）へ流入し、膨張機構をバイパスして流れる。ま
た、流量調節弁（36）の開度を調節すると、バイパス管
路（35）を通って膨張機構をバイパスする冷媒量が変化
する。更に、流量調節弁（36）を全閉すると、バイパス
管路（35）が遮断されて全ての冷媒が膨張機構へ流入す
る。

【００２５】上記第４の解決手段では、膨張弁（23）の
下流に膨張機（22）が設けられる。放熱後の高圧冷媒
は、先ず膨張弁（23）で膨張して中間圧冷媒となり、そ
の後に膨張機（22）で更に膨張して低圧冷媒となる。

【００２６】上記第５の解決手段では、膨張機（22）と
膨張弁（23）の間に容器部材（31）が設けられる。この
容器部材（31）には、膨張機（22）又は膨張弁（23）の
何れか一方を通過した後の中間圧冷媒が流入する。つま
り、容器部材（31）へは、臨界圧力よりも圧力の低い冷
媒が流入する。そして、容器部材（31）に貯留される液
冷媒の量を増減させることによって、冷媒回路（10）を
循環する冷媒量の調節が行われる。

【００２７】上記第６の解決手段では、膨張機（22）と
膨張弁（23）の間に気液分離器（32）が設けられる。こ
の気液分離器（32）には、膨張機（22）又は膨張弁（2
3）の何れか一方を通過した後の中間圧冷媒が流入す
る。つまり、気液分離器（32）へは、臨界圧力よりも圧
力の低い冷媒が流入する。そして、気液分離器（32）で
は、気液二相状態となって流入した中間圧冷媒が、液冷
媒とガス冷媒に分離される。

【００２８】本解決手段において、気液分離器（32）の
中間圧の液冷媒は、膨張機（22）又は膨張弁（23）を通
過して低圧となり、その後に吸熱して蒸発してから圧縮
機（21）へ送られる。一方、気液分離器（32）の中間圧
のガス冷媒は、ガス管路（33）を流れて圧縮機（21）へ
吸入される。つまり、圧縮機（21）は、低圧のガス冷媒
と中間圧のガス冷媒とを吸入する。

【００２９】上記第７の解決手段では、本発明に係る冷
凍装置によって空調機が構成される。具体的に、本解決
手段では、室内熱交換器（11）、室外熱交換器（12）、
第１四路切換弁（13）、及び第２四路切換弁（14）が冷
媒回路（10）に設けられる。室内空気を冷却する冷房運
転時において、室内熱交換器（11）は低圧冷媒が導入さ
れる蒸発器となり、室外熱交換器（12）は高圧冷媒が導
入される放熱器となる。一方、室内空気を加熱する暖房
運転時において、室内熱交換器（11）は高圧冷媒が導入
される放熱器となり、室外熱交換器（12）は低圧冷媒が
導入される蒸発器となる。そして、第１四路切換弁（1
3）と第２四路切換弁（14）とを切り換えることによ
り、冷媒回路（10）における冷媒の循環経路が変更され
て冷房運転と暖房運転とが切り換わる。

【００３０】上記第８の解決手段では、冷媒回路（10）
の冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）が用いられる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、圧縮機（21）と膨張機
（22）を両者の回転速度比が固定となる状態で連結した
場合であっても、運転条件の如何に拘わらず冷凍サイク
ルを円滑に行うことが可能となる。

【００３２】つまり、上記第１の解決手段では、圧縮機
（21）又は膨張機（22）を押しのけ容積が可変の流体機
械によって構成している。従って、圧縮機（21）と膨張
機（22）の回転速度比を変更できなくても、圧縮機（2
1）と膨張機（22）の押しのけ容積比を運転条件に応じ
て変化させることが可能となる。そして、想定される運
転条件に合わせて圧縮機（21）又は膨張機（22）におけ
る押しのけ容積の変動範囲を設定しておけば、如何なる
運転条件においても冷凍装置の運転を継続させることが
できる。

【００３３】一方、上記第２，第３の解決手段では、冷
媒回路（10）で循環する冷媒の一部をバイパス管路（3
5）へ送り込み、残りの冷媒だけを膨張機（22）へ導入
することが可能となる。このため、膨張機（22）に要求
される押しのけ容積がその設計値を上回る運転条件で
は、流量調節弁（36）を開くことによって膨張機（22）
へ流入する冷媒量を削減し、膨張機（22）を通過する冷
媒の体積流量を減少させて冷凍装置の運転を継続させる
ことができる。

【００３４】また、これら第２，第３の解決手段では、
膨張機（22）と直列に膨張弁（23）を設けている。この
ため、膨張機（22）に要求される押しのけ量がその設計
値を下回る運転条件では、膨張弁（23）の開度を絞って
膨張機（22）へ流入する冷媒の比容積を増大させ、膨張
機（22）を通過する冷媒の体積流量を増大させて冷凍装
置の運転を継続させることができる。

【００３５】上記第４の解決手段では、膨張機（22）を
膨張弁（23）の下流側に設置している。従って、本解決
手段によれば、膨張機（22）を膨張弁（23）の上流側に
設置する場合に比べ、膨張機（22）において冷媒の内部
エネルギを機械的な動力へ確実に変換することが可能と
なる。

【００３６】この点について説明する。冷媒の圧力が臨
界圧力以上の場合、該冷媒は液相と気相の区別がない状
態であり、比体積が僅かに変化しただけでも圧力が大き
く変動する。そのため、高圧の冷媒を中間圧にまで膨張
させる過程で膨張機（22）を用いると、膨張機（22）と
しての流体機械の内部で僅かな漏れが生じただけでも、
膨張機（22）において得られる動力は大幅に減少してし
まう。

【００３７】一方、冷媒がその臨界圧力よりも低圧の場
合、該冷媒は気液二相状態となって圧力の変動と共に比
体積も大きく変動する。そのため、中間圧の冷媒を低圧
にまで膨張させる過程で膨張機（22）を用いると、膨張
機（22）としての流体機械の内部でいくらか漏れが生じ
ても、それに伴う圧力の低下は僅かであって膨張機（2
2）で得られる動力もさほど減少しない。

【００３８】これに対し、本解決手段では、冷媒回路
（10）における膨張弁（23）の下流に膨張機（22）を設
け、中間圧の冷媒を低圧にまで膨張させる過程で膨張機
（22）を用いている。このため、本解決手段によれば、
膨張機（22）として用いられる流体機械の内部で冷媒の
漏れが多少発生したとしても、膨張機（22）における動
力回収を確実に行うことができる。

【００３９】上記第５の解決手段によれば、中間圧の冷
媒を容器部材（31）に一時的に貯留することで、冷媒回
路（10）を循環する冷媒量の調節が可能となる。ここ
で、高圧が冷媒の臨界圧力よりも低い通常の冷凍サイク
ルを行う冷凍装置では、冷媒回路（10）にレシーバを設
け、高圧の液冷媒をレシーバに貯留することで冷媒回路
（10）を循環する冷媒量を調節している。ところが、冷
媒の圧力がその臨界圧力以上となると、冷媒は液相と気
相の区別がない状態となる。このため、本解決手段の冷
凍装置のように、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力
以上となる場合には、高圧冷媒が流入する従来のレシー
バを設けても、レシーバが常に単相の冷媒で満たされた
状態となって冷媒量の調節が不可能となる。そこで、本
解決手段では、その臨界圧力よりも圧力の低い中間圧冷
媒を容器部材（31）へ導入することで、冷媒回路（10）
を循環する冷媒量の調節を可能としている。

【００４０】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００４１】図２に示すように、本実施形態１は、本発
明に係る冷凍装置により構成された空調機である。この
空調機は、冷媒回路（10）で冷媒を循環させ、冷房運転
と暖房運転を切り換えて行うように構成されている。

【００４２】上記冷媒回路（10）には、室内熱交換器
（11）、室外熱交換器（12）、第１四路切換弁（13）、
第２四路切換弁（14）、圧縮機（21）、膨張機（22）、
電動膨張弁（23）、及びレシーバタンク（31）が設けら
れている。この冷媒回路（10）では、膨張機（22）と電
動膨張弁（23）が直列に配置されており、これらが冷媒
の膨張機構を構成している。また、冷媒回路（10）に
は、二酸化炭素（ＣＯ₂）が冷媒として充填されてい
る。

【００４３】上記室内熱交換器（11）は、いわゆるクロ
スフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器により
構成されている。室内熱交換器（11）へは、図外のファ
ンによって室内空気が供給される。室内熱交換器（11）
では、供給された室内空気と冷媒回路（10）の冷媒との
熱交換が行われる。上記冷媒回路（10）において、この
室内熱交換器（11）は、その一端が第１四路切換弁（1
3）の第１のポートに配管接続され、その他端が第２四
路切換弁（14）の第１のポートに配管接続されている。

【００４４】上記室外熱交換器（12）は、いわゆるクロ
スフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器により
構成されている。室外熱交換器（12）へは、図外のファ
ンによって室外空気が供給される。室外熱交換器（12）
では、供給された室外空気と冷媒回路（10）の冷媒との
熱交換が行われる。上記冷媒回路（10）において、この
室外熱交換器（12）は、その一端が第１四路切換弁（1
3）の第２のポートに配管接続され、その他端が第２四
路切換弁（14）の第２のポートに配管接続されている。

【００４５】上記圧縮機（21）は、ローリングピストン
型の流体機械により構成されている。つまり、この圧縮
機（21）は、押しのけ容積が一定の容積形流体機械によ
り構成されている。この圧縮機（21）は、吸入した冷媒
（ＣＯ₂）をその臨界圧力以上にまで圧縮する。上記冷
媒回路（10）において、上記圧縮機（21）は、その吐出
側が第１四路切換弁（13）の第３のポートに配管接続さ
れ、その吸入側が第１四路切換弁（13）の第４のポート
に配管接続されている。

【００４６】上記膨張機（22）は、スクロール型の流体
機械により構成されている。つまり、この膨張機（22）
は、押しのけ容積が一定の容積形流体機械により構成さ
れている。上記冷媒回路（10）において、上記膨張機
（22）は、その流入側が第２四路切換弁（14）の第３の
ポートに配管接続され、その流出側が上記レシーバタン
ク（31）に配管接続されている。尚、膨張機（22）を構
成する流体機械は、その押しのけ容積が一定のものであ
ればスクロール型に限らず、例えばスクリュー型、歯車
型、ルーツ型のものであってもよい。

【００４７】上記レシーバタンク（31）は、縦長で円筒
状の密閉容器であって、中間圧冷媒を貯留するための容
器部材を構成している。上記冷媒回路（10）において、
このレシーバタンク（31）は、電動膨張弁（23）の流入
側と配管接続されている。このように、上記冷媒回路
（10）では、膨張機（22）の下流側に電動膨張弁（23）
が設けられている。

【００４８】上記電動膨張弁（23）は、パルスモータ等
で弁体を回転させることによって、その開度を変更でき
るように構成されている。上記冷媒回路（10）におい
て、この電動膨張弁（23）は、その流出側が第２四路切
換弁（14）の第４のポートに配管接続されている。

【００４９】上述のように、第１四路切換弁（13）は、
第１のポートが室内熱交換器（11）と、第２のポートが
室外熱交換器（12）と、第３のポートが圧縮機（21）の
吐出側と、第４のポートが圧縮機（21）の吸入側とそれ
ぞれ接続されている。この第１四路切換弁（13）は、第
１のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが
第４のポートと連通する状態（図２に実線で示す状態）
と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポ
ートが第３のポートと連通する状態（図２に破線で示す
状態）とに切り換わるように構成されている。

【００５０】一方、第２四路切換弁（14）は、第１のポ
ートが室内熱交換器（11）と、第２のポートが室外熱交
換器（12）と、第３のポートが膨張機（22）の流入側
と、第４のポートが電動膨張弁（23）の流出側とそれぞ
れ接続されている。この第１四路切換弁（13）は、第１
のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが第
４のポートと連通する状態（図２に実線で示す状態）
と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポ
ートが第３のポートと連通する状態（図２に破線で示す
状態）とに切り換わるように構成されている。

【００５１】本実施形態において、上記圧縮機（21）の
駆動軸には、上記膨張機（22）と圧縮機モータ（24）と
が連結されている。この圧縮機（21）は、膨張機（22）
での冷媒の膨張により得られた動力と、圧縮機モータ
（24）へ通電することにより得られた動力との両方によ
って回転駆動される。上記圧縮機モータ（24）には、図
外のインバータから所定周波数の交流電力が供給されて
いる。そして、上記圧縮機（21）は、圧縮機モータ（2
4）へ供給される電力の周波数を変更することで、その
容量が可変に構成されている。また、圧縮機（21）と膨
張機（22）とは、常に同じ回転速度で回転する。

【００５２】冷媒回路（10）には、更にバイパス管路
（35）が設けられている。このバイパス管路（35）は、
その一端が第２四路切換弁（14）の第３のポートと膨張
機（22）の流入側との間に接続され、その他端が電動膨
張弁（23）と第２四路切換弁（14）の第４のポートとの
間に接続されている。つまり、膨張機（22）と電動膨張
弁（23）とにより構成される膨張機構の流入側と流出側
とは、バイパス管路（35）によって連通可能となってい
る。

【００５３】上記バイパス管路（35）には、流量調節弁
であるバイパス弁（36）が設けられている。このバイパ
ス弁（36）は、上記電動膨張弁（23）と同様に、パルス
モータ等で弁体を回転させることによって、その開度を
変更できるように構成されている。バイパス弁（36）の
開度を変更すると、バイパス管路（35）を流れる冷媒の
流量が変化する。また、バイパス弁（36）を全閉する
と、バイパス管路（35）が遮断状態となって全ての冷媒
が膨張機（22）へ送られる。

【００５４】本実施形態において、圧縮機（21）と膨張
機（22）とは、両者の押しのけ量比が冷房標準条件に適
した値となるように、それぞれの押しのけ容積が設定さ
れている（図１参照）。つまり、冷房標準条件において
は、電動膨張弁（23）を全開してバイパス弁（36）を全
閉した状態で冷凍サイクルを行うことができるように、
圧縮機（21）及び膨張機（22）が設計されている。

【００５５】−運転動作− 《暖房運転》上記空調機の暖房運転時の動作について、
図２及び図３を参照しながら説明する。尚、図３は、上
記空調機における冷凍サイクルを、モリエル線図（圧力
−エンタルピ線図）上に表したものである。

【００５６】暖房運転時において、第１四路切換弁（1
3）及び第２四路切換弁（14）は、図２に実線で示す状
態に切り換わる。この状態で圧縮機（21）を駆動する
と、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行
われる。その際、室内熱交換器（11）が放熱器として機
能し、室外熱交換器（12）が蒸発器として機能する。

【００５７】また、図１に示すように、通常、暖房運転
時の運転条件では、圧縮機（21）と膨張機（22）の押し
のけ容積比について、冷房標準条件よりも大きな値が要
求される。つまり、冷房標準条件を基準に設計された膨
張機（22）では、その押しのけ容積が要求値に対して大
きすぎることとなる。従って、暖房運転時には、電動膨
張弁（23）の開度が適宜調節され、バイパス弁（36）が
全閉される。

【００５８】具体的に、圧縮機（21）からは、図３にお
ける点の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒
の圧力Ｐ_Hは、その臨界圧力Ｐ_Cよりも高くなっている。
圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁
（13）を通って室内熱交換器（11）へ導入される。

【００５９】室内熱交換器（11）では、導入された高圧
冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、高
圧冷媒は室内空気に対して放熱し、そのエンタルピが点
の状態から点の状態にまで低下する。そして、室内
熱交換器（11）からは、点の状態の高圧冷媒が流出す
る。一方、室内熱交換器（11）で高圧冷媒により加熱さ
れた室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。

【００６０】室内熱交換器（11）で放熱した後の点の
状態の冷媒は、膨張機（22）において膨張し、その圧力
及びエンタルピが点の状態にまで低下する。つまり、
膨張機（22）では、高圧冷媒が膨張して圧力Ｐ_Mの中間
圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、その臨界圧力Ｐ_Cよ
りも低圧であって、気液二相状態となっている。そし
て、気液二相状態の中間圧冷媒が、膨張機（22）から流
出し、レシーバタンク（31）を通って電動膨張弁（23）
へ送られる。

【００６１】電動膨張弁（23）では、中間圧冷媒が減圧
され、その圧力が点の状態から点の状態にまで低下
する。つまり、電動膨張弁（23）を通過することで、中
間圧冷媒が減圧されて圧力Ｐ_Lの低圧冷媒となる。点
の状態の低圧冷媒は、第２四路切換弁（14）を通って室
外熱交換器（12）へ導入される。

【００６２】室外熱交換器（12）では、導入された低圧
冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、低
圧冷媒が室外空気から吸熱し、そのエンタルピが点の
状態から点の状態にまで増大する。点の状態の低圧
冷媒は、室外熱交換器（12）から流出し、第１四路切換
弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。

【００６３】圧縮機（21）に吸入された点の状態の冷
媒は、圧縮されて点の状態となる。つまり、圧縮機
（21）では、圧力Ｐ_Lの低圧冷媒が圧縮されて圧力Ｐ_Hの
高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（21）
から室内熱交換器（11）へ送られる。

【００６４】上述のように、膨張機（22）において、冷
媒の圧力及びエンタルピが点から点の状態にまで低
下する。そして、この膨張機（22）では、点と点の
エンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動
力が圧縮機（21）の駆動に利用される。

【００６５】《冷房運転》上記空調機の冷房運転時の動
作について、図２及び図３を参照しながら説明する。

【００６６】冷房運転時において、第１四路切換弁（1
3）及び第２四路切換弁（14）は、図２に破線で示す状
態に切り換わる。この状態で圧縮機（21）を駆動する
と、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行
われる。その際、室外熱交換器（12）が放熱器として機
能し、室内熱交換器（11）が蒸発器として機能する。

【００６７】また、図１に示すように、冷房運転時の運
転条件では、圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容
積比について、冷房標準条件よりも小きな値が要求され
る場合もある。つまり、冷房運転中においても、冷房標
準条件を基準に設計された膨張機（22）では、その押し
のけ容積が要求値に対して小さすぎる場合がある。従っ
て、冷房運転時には、電動膨張弁（23）が全開され、バ
イパス弁（36）の開度が適宜調節される。

【００６８】具体的に、圧縮機（21）からは、図３にお
ける点の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒
の圧力Ｐ_Hは、その臨界圧力Ｐ_Cよりも高くなっている。
圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁
（13）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。

【００６９】室外熱交換器（12）では、導入された高圧
冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、高
圧冷媒は室外空気に対して放熱し、そのエンタルピが点
の状態から点の状態にまで低下する。室外熱交換器
（12）から流出した点の状態の冷媒は、第２四路切換
弁（14）を通過した後に二手に分流され、その一方が膨
張機（22）へ送られて、残りがバイパス管路（35）へ流
入する。

【００７０】膨張機（22）へ流入した点の状態の冷媒
は、膨張して圧力及びエンタルピが低下し、点の状態
となる。つまり、膨張機（22）では、圧力Ｐ_Hの高圧冷
媒が膨張して圧力Ｐ_Lの低圧冷媒となる。この低圧冷媒
は、その臨界圧力Ｐ_Cよりも圧力が低く、気液二相状態
となっている。そして、気液二相状態の低圧冷媒が、膨
張機（22）から流出し、レシーバタンク（31）へ導入さ
れる。レシーバタンク（31）から出た点の状態の冷媒
は、点の状態に保たれたまま全開状態の電動膨張弁
（23）を通過する。

【００７１】一方、バイパス管路（35）へ流入した点
の状態の冷媒は、バイパス弁（36）を通過する。その
際、点の状態の冷媒は、バイパス弁（36）の絞り作用
によって減圧され、その圧力が低下して点の状態とな
る。

【００７２】電動膨張弁（23）を通過した点の状態の
冷媒と、バイパス弁（36）を通過した点の状態とは、
混合されて点の状態となる。この点の状態の冷媒
は、第２四路切換弁（14）を通過して室内熱交換器（1
1）へ導入される。

【００７３】室内熱交換器（11）では、導入された低圧
冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、低
圧冷媒が室内空気から吸熱し、そのエンタルピが点の
状態から点の状態にまで増大する。点の状態の低圧
冷媒は、室内熱交換器（11）から流出し、第１四路切換
弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。一方、室内
熱交換器（11）で低圧冷媒により冷却された室内空気
は、調和空気として室内へ送り返される。

【００７４】圧縮機（21）に吸入された点の状態の冷
媒は、圧縮されて点の状態となる。つまり、圧縮機
（21）では、圧力Ｐ_Lの低圧冷媒が圧縮されて圧力Ｐ_Hの
高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（21）
から室外熱交換器（12）へ送られる。

【００７５】上述のように、膨張機（22）において、冷
媒の圧力及びエンタルピが点から点の状態にまで低
下する。そして、この膨張機（22）では、点と点の
エンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動
力が圧縮機（21）の駆動に利用される。

【００７６】また、上述した冷房運転時において、その
時の運転条件で膨張機（22）に要求される押しのけ容積
が設計値と一致する場合には、バイパス弁（36）が全閉
される。この場合において、室外熱交換器（12）から流
出した点の状態の冷媒は、その全てが膨張機（22）及
び電動膨張弁（23）を通過し、点の状態となって室内
熱交換器（11）へ流入する。

【００７７】つまり、冷媒の一部をバイパス管路（35）
へ導入する場合には点の状態の冷媒が室内熱交換器
（11）へ導入されるのに対し、この場合には、点の状
態よりもエンタルピの低い点の状態の冷媒が室内熱交
換器（11）へ導入される。従って、冷房標準条件に相当
する運転条件では、その他の運転条件に比べて室内熱交
換器（11）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大
し、冷房能力が増大してＣＯＰが向上する。

【００７８】−実施形態１の効果− 本実施形態１によれば、冷媒回路（10）にバイパス管路
（35）を設けているため、冷媒回路（10）で循環する冷
媒の一部をバイパス管路（35）へ送り込み、残りの冷媒
だけを膨張機（22）へ導入することが可能となる。この
ため、膨張機（22）に要求される押しのけ容積がその設
計値を上回る運転条件では、バイパス弁（36）を開くこ
とによって膨張機（22）へ流入する冷媒量を削減し、冷
凍サイクルを継続させることができる。

【００７９】また、本実施形態１では、膨張機（22）と
直列に電動膨張弁（23）を設けている。このため、膨張
機（22）に要求される押しのけ容積がその設計値を下回
る運転条件では、電動膨張弁（23）の開度を絞って膨張
機（22）へ流入する冷媒の比容積を増大させることによ
り、膨張機（22）を通過する冷媒の体積流量を増大させ
て冷凍サイクルを継続させることができる。

【００８０】このように、本実施形態１によれば、圧縮
機（21）と膨張機（22）とが直結されて両者の回転速度
比が固定となる場合であっても、運転条件の如何に拘わ
らず冷凍サイクルを円滑に行うことが可能となる。

【００８１】また、本実施形態では、冷媒回路（10）に
おける膨張機（22）と電動膨張弁（23）の間にレシーバ
タンク（31）を設けている。このため、気液二相状態の
中間圧冷媒をレシーバタンク（31）一時的に貯留するこ
とで、冷媒回路（10）を循環する冷媒量の調節が可能と
なる。

【００８２】ここで、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界
圧力よりも低い一般的な冷凍装置では、冷媒回路（10）
にレシーバを設け、高圧の液冷媒をレシーバに貯留する
ことで冷媒回路（10）を循環する冷媒量を調節してい
る。ところが、冷媒の圧力がその臨界圧力以上となる
と、冷媒は液相と気相の区別がない状態となる。このた
め、本実施形態の空調機のような冷凍サイクルの高圧が
冷媒の臨界圧力以上となるものでは、高圧冷媒が流入す
る従来のレシーバを設けても、レシーバが超臨界状態の
冷媒で満たされてしまい、冷媒量の調節が不可能とな
る。そこで、本実施形態では、臨界圧力よりも低圧の中
間圧冷媒をレシーバタンク（31）に一時的に貯留するこ
とで、冷媒回路（10）で循環する冷媒量の調節を可能と
している。

【００８３】

【発明の実施の形態２】本発明の実施形態２は、上記実
施形態１において膨張機（22）と電動膨張弁（23）の位
置を入れ替え、冷媒回路（10）における膨張機（22）の
上流側に電動膨張弁（23）を配置したものである。ここ
では、本実施形態に係る空調機の構成について、上記実
施形態１と異なる部分を説明する。

【００８４】図４に示すように、電動膨張弁（23）は、
その流入側が第２四路切換弁（14）の第３のポートに配
管接続され、その流出側がレシーバタンク（31）の上部
に配管接続されている。また、膨張機（22）は、その流
入側がレシーバタンク（31）の下部に配管接続され、そ
の流出側が第２四路切換弁（14）の第４のポートに配管
接続されている。

【００８５】本実施形態においても、膨張機（22）と電
動膨張弁（23）とにより構成される膨張機構の流入側と
流出側は、バイパス管路（35）によって連通可能となっ
ている。つまり、このバイパス管路（35）は、その一端
が第２四路切換弁（14）の第３のポートと電動膨張弁
（23）との間に接続され、その他端が膨張機（22）の流
出側と第２四路切換弁（14）の第４のポートとの間に接
続されている。

【００８６】−運転動作− 《暖房運転》上記空調機の暖房運転時の動作について、
図４及び図５を参照しながら説明する。尚、図５は、上
記空調機における冷凍サイクルを、モリエル線図（圧力
−エンタルピ線図）上に表したものである。

【００８７】暖房運転時において、第１四路切換弁（1
3）及び第２四路切換弁（14）は、図４に実線で示す状
態に切り換わる。また、上記実施形態１の場合と同様
に、暖房運転時には、電動膨張弁（23）の開度が適宜調
節され、バイパス弁（36）が全閉される。この状態で圧
縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環
して冷凍サイクルが行われる。その際、室内熱交換器
（11）が放熱器として機能し、室外熱交換器（12）が蒸
発器として機能する。

【００８８】具体的に、圧縮機（21）からは、図５にお
ける点の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒
の圧力Ｐ_Hは、その臨界圧力Ｐ_Cよりも高くなっている。
圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁
（13）を通って室内熱交換器（11）へ導入される。

【００８９】室内熱交換器（11）では、導入された高圧
冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、高
圧冷媒は室内空気に対して放熱し、そのエンタルピが点
の状態から点の状態にまで低下する。そして、室内
熱交換器（11）からは、点の状態の高圧冷媒が流出す
る。一方、室内熱交換器（11）で高圧冷媒により加熱さ
れた室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。

【００９０】室内熱交換器（11）で放熱した後の点の
状態の冷媒は、電動膨張弁（23）へ送られて減圧され、
その圧力が点の状態から点の状態にまで低下する。
つまり、電動膨張弁（23）を通過することで、高圧冷媒
が減圧されて圧力Ｐ_Mの中間圧冷媒となる。この中間圧
冷媒は、その臨界圧力Ｐ_Cよりも低圧であって、気液二
相状態となっている。そして、気液二相状態の中間圧冷
媒が、電動膨張弁（23）から流出し、レシーバタンク
（31）を通って膨張機（22）へ送られる。

【００９１】レシーバから送り込まれた点の状態の冷
媒は、膨張機（22）において膨張し、その圧力及びエン
タルピが点の状態にまで低下する。つまり、膨張機
（22）では、中間圧冷媒が膨張して圧力Ｐ_Lの低圧冷媒
となる。点の状態の低圧冷媒は、第２四路切換弁（1
4）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。

【００９２】室外熱交換器（12）では、導入された低圧
冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、低
圧冷媒が室外空気から吸熱し、そのエンタルピが点の
状態から点の状態にまで増大する。点の状態の低圧
冷媒は、室外熱交換器（12）から流出し、第１四路切換
弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。

【００９３】圧縮機（21）に吸入された点の状態の冷
媒は、圧縮されて点の状態となる。つまり、圧縮機
（21）では、圧力Ｐ_Lの低圧冷媒が圧縮されて圧力Ｐ_Hの
高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（21）
から室内熱交換器（11）へ送られる。

【００９４】上述のように、膨張機（22）において、冷
媒の圧力及びエンタルピが点から点の状態にまで低
下する。そして、この膨張機（22）では、点と点の
エンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動
力が圧縮機（21）の駆動に利用される。

【００９５】《冷房運転》上記空調機の冷房運転時の動
作について、図４及び図５を参照しながら説明する。

【００９６】冷房運転時において、第１四路切換弁（1
3）及び第２四路切換弁（14）は、図４に破線で示す状
態に切り換わる。また、上記実施形態１の場合と同様
に、冷房運転時には、電動膨張弁（23）が全開され、バ
イパス弁（36）の開度が適宜調節される。この状態で圧
縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環
して冷凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器
（12）が放熱器として機能し、室内熱交換器（11）が蒸
発器として機能する。

【００９７】具体的に、圧縮機（21）からは、図５にお
ける点の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒
の圧力Ｐ_Hは、その臨界圧力Ｐ_Cよりも高くなっている。
圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁
（13）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。

【００９８】室外熱交換器（12）では、導入された高圧
冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、高
圧冷媒は室外空気に対して放熱し、そのエンタルピが点
の状態から点の状態にまで低下する。室外熱交換器
（12）から流出した点の状態の冷媒は、第２四路切換
弁（14）を通過した後に二手に分流され、その一方が電
動膨張弁（23）へ送られて、残りがバイパス管路（35）
へ流入する。

【００９９】電動膨張弁（23）へ送られた冷媒は、全開
状態の電動膨張弁（23）を通過し、更にレシーバタンク
（31）を通過して膨張機（22）へ導入される。膨張機
（22）へ流入した点の状態の冷媒は、膨張して圧力及
びエンタルピが低下し、点の状態となる。つまり、膨
張機（22）では、圧力Ｐ_Hの高圧冷媒が膨張して圧力Ｐ_L
の低圧冷媒となる。そして、膨張機（22）からは、点
の状態の冷媒が流出する。

【０１００】一方、バイパス管路（35）へ流入した点
の状態の冷媒は、バイパス弁（36）を通過する。その
際、点の状態の冷媒は、バイパス弁（36）の絞り作用
によって減圧され、その圧力が低下して点の状態とな
る。

【０１０１】膨張機（22）を通過した点の状態の冷媒
と、バイパス弁（36）を通過した点の状態とは、混合
されて点の状態となる。この点の状態の冷媒は、第
２四路切換弁（14）を通過して室内熱交換器（11）へ導
入される。

【０１０２】室内熱交換器（11）では、導入された低圧
冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、低
圧冷媒が室内空気から吸熱し、そのエンタルピが点の
状態から点の状態にまで増大する。点の状態の低圧
冷媒は、室内熱交換器（11）から流出し、第１四路切換
弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。一方、室内
熱交換器（11）で低圧冷媒により冷却された室内空気
は、調和空気として室内へ送り返される。

【０１０３】圧縮機（21）に吸入された点の状態の冷
媒は、圧縮されて点の状態となる。つまり、圧縮機
（21）では、圧力Ｐ_Lの低圧冷媒が圧縮されて圧力Ｐ_Hの
高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（21）
から室外熱交換器（12）へ送られる。

【０１０４】上述のように、膨張機（22）において、冷
媒の圧力及びエンタルピが点から点の状態にまで低
下する。そして、この膨張機（22）では、点と点の
エンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動
力が圧縮機（21）の駆動に利用される。

【０１０５】また、上述した冷房運転時において、その
時の運転条件で膨張機（22）に要求される押しのけ容積
が設計値と一致する場合には、バイパス弁（36）が全閉
される。この場合において、室外熱交換器（12）から流
出した点の状態の冷媒は、その全てが膨張機（22）及
び電動膨張弁（23）を通過し、点の状態となって室内
熱交換器（11）へ流入する。

【０１０６】つまり、冷媒の一部をバイパス管路（35）
へ導入する場合には点の状態の冷媒が室内熱交換器
（11）へ導入されるのに対し、この場合には、点の状
態よりもエンタルピの低い点の状態の冷媒が室内熱交
換器（11）へ導入される。従って、冷房標準条件に相当
する運転条件では、その他の運転条件に比べて室内熱交
換器（11）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大
し、冷房能力が増大してＣＯＰが向上する。

【０１０７】−実施形態２の効果−本実施形態によれ
ば、上記実施形態１で発揮される効果に加え、以下のよ
うな効果が得られる。つまり、本実施形態では、冷媒回
路（10）において、膨張機（22）を電動膨張弁（23）の
下流側に設置している。このため、本実施形態によれ
ば、上記実施形態１のように膨張機（22）を電動膨張弁
（23）の上流側に設置する場合に比べ、膨張機（22）に
おいて冷媒の内部エネルギを機械的な動力へ確実に変換
することが可能となる。

【０１０８】この点について説明する。冷媒の圧力が臨
界圧力以上である状態では、比体積が僅かに変化しただ
けでも圧力が大きく変動する。そのため、高圧Ｐ_Hの冷
媒を中間圧Ｐ_Mにまで膨張させる過程で膨張機（22）を
用いると、膨張機（22）としての流体機械の内部で僅か
な漏れが生じただけでも、膨張機（22）において得られ
る動力は大幅に減少してしまう。

【０１０９】一方、冷媒がその臨界圧力よりも低圧の場
合、該冷媒は気液二相状態となっており、圧力の変動と
共に比体積も大きく変動する。そのため、中間圧Ｐ_Mの
冷媒を低圧Ｐ_Lにまで膨張させる過程で膨張機（22）を
用いると、膨張機（22）としての流体機械の内部でいく
らか漏れが生じても、それに伴う圧力の低下は僅かであ
って膨張機（22）で得られる動力もさほど減少しない。
そして、実際の流体機械では、加工精度等の問題から、
作動流体の漏れを完全に防止するのは極めて困難であ
る。

【０１１０】これに対し、本実施形態では、電動膨張弁
（23）の下流に膨張機（22）を設け、主として暖房運転
時に中間圧Ｐ_Mの冷媒を低圧Ｐ_Lにまで膨張させる過程で
膨張機（22）を用いている。このため、本実施形態によ
れば、膨張機（22）の内部における冷媒の漏れが生じて
も、これに起因する発生動力の減少を最小限に留めるこ
とができ、膨張する冷媒の内部エネルギを確実に動力と
して回収することが可能となる。

【０１１１】

【発明の実施の形態３】本発明の実施形態３は、上記実
施形態１の構成を変更し、いわゆる多効式冷凍サイクル
を行うようにしたものである。つまり、本実施形態で
は、多効式冷凍サイクルを行うことにより、圧縮機モー
タ（24）の消費電力の低減を図っている。ここでは、本
実施形態に係る空調機の構成について、上記実施形態１
と異なる部分を説明する。

【０１１２】図６に示すように、本実施形態の冷媒回路
（10）には、上記実施形態１のレシーバタンク（31）に
代えて気液分離器（32）が設けられている。この気液分
離器（32）は、縦長で円筒状の密閉容器により構成さ
れ、膨張機（22）の流出側と配管接続されている。気液
分離器（32）には、気液二相状態の中間圧冷媒が膨張機
（22）から送り込まれる。気液分離器（32）へ送り込ま
れた中間圧冷媒は、そのうちの液冷媒が気液分離器（3
2）内の下部に溜まり、ガス冷媒が気液分離器（32）内
の上部に溜まる。

【０１１３】上記気液分離器（32）の底部は、電動膨張
弁（23）の流入側と配管接続されている。気液分離器
（32）に貯留する中間圧の液冷媒は、電動膨張弁（23）
へと送られる。一方、気液分離器（32）の上端部は、圧
縮機（21）と配管接続されている。気液分離器（32）に
貯留する中間圧のガス冷媒は、圧縮機（21）へと送られ
る。つまり、気液分離器（32）と圧縮機（21）を接続す
る配管は、ガス管路（33）を構成している。

【０１１４】本実施形態の圧縮機（21）へは、室外熱交
換器（12）又は室内熱交換器（11）からの低圧のガス冷
媒と、気液分離器（32）からの中間圧のガス冷媒とが供
給されている。この圧縮機（21）は、吸入した低圧ガス
冷媒を圧縮する一方、その圧縮行程の途中で中間圧ガス
冷媒を吸入するように構成されている。

【０１１５】尚、本実施形態において、気液分離器（3
2）に貯留する液冷媒の量を増減させれば、冷媒回路（1
0）を循環する冷媒量を変化させることができる。従っ
て、本実施形態の気液分離器（32）は、上記実施形態１
のレシーバタンク（31）の機能を兼ね備えている。

【０１１６】−運転動作− 《暖房運転》上記空調機の暖房運転時の動作について、
図６及び図７を参照しながら説明する。尚、図７は、上
記空調機における冷凍サイクルを、モリエル線図（圧力
−エンタルピ線図）上に表したものである。

【０１１７】暖房運転時において、第１四路切換弁（1
3）及び第２四路切換弁（14）は、図６に実線で示す状
態に切り換わる。この状態で圧縮機（21）を駆動する
と、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行
われる。その際、室内熱交換器（11）が放熱器として機
能し、室外熱交換器（12）が蒸発器として機能する。

【０１１８】また、図１に示すように、通常、暖房運転
時の運転条件では、圧縮機（21）と膨張機（22）の押し
のけ容積比について、冷房標準条件よりも大きな値が要
求される。つまり、冷房標準条件を基準に設計された膨
張機（22）では、その押しのけ容積が要求値に対して大
きすぎることとなる。従って、暖房運転時には、電動膨
張弁（23）の開度が適宜調節され、バイパス弁（36）が
全閉される。

【０１１９】具体的に、圧縮機（21）からは、図７にお
ける点の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒
の圧力Ｐ_Hは、その臨界圧力Ｐ_Cよりも高くなっている。
圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁
（13）を通って室内熱交換器（11）へ導入される。

【０１２０】室内熱交換器（11）では、導入された高圧
冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、高
圧冷媒は室内空気に対して放熱し、そのエンタルピが点
の状態から点の状態にまで低下する。そして、室内
熱交換器（11）からは、点の状態の高圧冷媒が流出す
る。一方、室内熱交換器（11）で高圧冷媒により加熱さ
れた室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。

【０１２１】室内熱交換器（11）で放熱した後の点の
状態の冷媒は、膨張機（22）において膨張し、その圧力
及びエンタルピが点の状態にまで低下する。つまり、
膨張機（22）では、高圧冷媒が膨張して圧力Ｐ_Mの中間
圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、その臨界圧力Ｐ_Cよ
りも低圧であって、気液二相状態となっている。膨張機
（22）から流出した中間圧冷媒は、気液分離器（32）へ
送られる。

【０１２２】気液分離器（32）へ流入した中間圧冷媒
は、点'の状態の液冷媒と点''の状態のガス冷媒に
分離される。点'の状態の液冷媒は、気液分離器（3
2）から電動膨張弁（23）へと送られる。一方、点''
の状態のガス冷媒は、気液分離器（32）から圧縮機（2
1）へと送られる。

【０１２３】電動膨張弁（23）では、中間圧の液冷媒が
減圧され、その圧力が点'の状態から点の状態にま
で低下する。つまり、電動膨張弁（23）を通過すること
で、中間圧冷媒が減圧されて圧力Ｐ_Lの低圧冷媒とな
る。点の状態の低圧冷媒は、第２四路切換弁（14）を
通って室外熱交換器（12）へ導入される。

【０１２４】室外熱交換器（12）では、導入された低圧
冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、低
圧冷媒が室外空気から吸熱し、そのエンタルピが点の
状態から点の状態にまで増大する。点の状態の低圧
冷媒は、室外熱交換器（12）から流出し、第１四路切換
弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。

【０１２５】上述のように、圧縮機（21）へは、点の
状態の低圧ガス冷媒と、点''の状態の中間圧ガス冷媒
とが供給されている。先ず、圧縮機（21）では、点の
状態のガス冷媒の圧縮が開始される。この圧縮過程にあ
る冷媒は、点の状態となった時点、即ちその圧力が圧
力Ｐ_Mに達した時点で、点''の状態のガス冷媒と混合
される。混合後のガス冷媒は、点'の状態となる。こ
の点'の状態の冷媒は、圧縮機（21）において引き続
き圧縮されて点の状態となる。そして、点の状態の
高圧冷媒が圧縮機（21）から室内熱交換器（11）へ送ら
れる。

【０１２６】また、膨張機（22）において、冷媒の圧力
及びエンタルピが点から点の状態にまで低下する。
そして、この膨張機（22）では、点と点のエンタル
ピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮
機（21）の駆動に利用される。

【０１２７】《冷房運転》上記空調機の冷房運転時の動
作について、図６及び図７を参照しながら説明する。

【０１２８】冷房運転時において、第１四路切換弁（1
3）及び第２四路切換弁（14）は、図５に破線で示す状
態に切り換わる。この状態で圧縮機（21）を駆動する
と、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行
われる。その際、室外熱交換器（12）が放熱器として機
能し、室内熱交換器（11）が蒸発器として機能する。

【０１２９】また、図１に示すように、冷房運転時の運
転条件では、圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容
積比について、冷房標準条件よりも小きな値が要求され
る場合もある。つまり、冷房運転中においても、冷房標
準条件を基準に設計された膨張機（22）では、その押し
のけ容積が要求値に対して小さすぎる場合がある。従っ
て、冷房運転時には、電動膨張弁（23）及びバイパス弁
（36）の開度が適宜調節される。

【０１３０】具体的に、圧縮機（21）からは、図７にお
ける点の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒
の圧力Ｐ_Hは、その臨界圧力Ｐ_Cよりも高くなっている。
圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁
（13）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。

【０１３１】室外熱交換器（12）では、導入された高圧
冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、高
圧冷媒は室外空気に対して放熱し、そのエンタルピが点
の状態から点の状態にまで低下する。室外熱交換器
（12）から流出した点の状態の冷媒は、第２四路切換
弁（14）を通過した後に二手に分流され、その一方が膨
張機（22）へ送られて、残りがバイパス管路（35）へ流
入する。

【０１３２】膨張機（22）へ流入した点の状態の冷媒
は、膨張して圧力及びエンタルピが低下し、点の状態
となる。つまり、膨張機（22）では、高圧冷媒が膨張し
て圧力Ｐ_Mの中間圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、そ
の臨界圧力Ｐ_Cよりも低圧であって、気液二相状態とな
っている。膨張機（22）から流出した中間圧冷媒は、気
液分離器（32）へ送られる。

【０１３３】気液分離器（32）へ流入した中間圧冷媒
は、点'の状態の液冷媒と点''の状態のガス冷媒に
分離される。点'の状態の液冷媒は、気液分離器（3
2）から電動膨張弁（23）へと送られる。一方、点''
の状態のガス冷媒は、気液分離器（32）から圧縮機（2
1）へと送られる。

【０１３４】電動膨張弁（23）では、中間圧の液冷媒が
減圧され、その圧力が点'の状態から点の状態にま
で低下する。つまり、電動膨張弁（23）を通過すること
で、中間圧の液冷媒が減圧されて圧力Ｐ_Lの低圧冷媒と
なる。

【０１３５】一方、バイパス管路（35）へ流入した点
の状態の冷媒は、バイパス弁（36）を通過する。その
際、点の状態の冷媒は、バイパス弁（36）の絞り作用
によって減圧され、その圧力が低下して点の状態とな
る。

【０１３６】電動膨張弁（23）を通過した点の状態の
冷媒と、バイパス弁（36）を通過した点の状態とは、
混合されて点の状態となる。この点の状態の冷媒
は、第２四路切換弁（14）を通過して室内熱交換器（1
1）へ導入される。

【０１３７】室内熱交換器（11）では、導入された低圧
冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、低
圧冷媒が室内空気から吸熱し、そのエンタルピが点の
状態から点の状態にまで増大する。点の状態の低圧
冷媒は、室内熱交換器（11）から流出し、第１四路切換
弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。一方、室内
熱交換器（11）で低圧冷媒により冷却された室内空気
は、調和空気として室内へ送り返される。

【０１３８】上述のように、圧縮機（21）へは、点の
状態の低圧ガス冷媒と、点''の状態の中間圧ガス冷媒
とが供給されている。先ず、圧縮機（21）では、点の
状態のガス冷媒の圧縮が開始される。この圧縮過程にあ
る冷媒は、点の状態となった時点、即ちその圧力が圧
力Ｐ_Mに達した時点で、点''の状態のガス冷媒と混合
される。混合後のガス冷媒は、点'の状態となる。こ
の点'の状態の冷媒は、圧縮機（21）において引き続
き圧縮されて点の状態となる。そして、点の状態の
高圧冷媒が圧縮機（21）から室外熱交換器（12）へ送ら
れる。

【０１３９】また、膨張機（22）においては、冷媒の圧
力及びエンタルピが点から点の状態にまで低下す
る。そして、この膨張機（22）では、点と点のエン
タルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が
圧縮機（21）の駆動に利用される。

【０１４０】また、上述した冷房運転時において、その
時の運転条件で膨張機（22）に要求される押しのけ容積
が設計値と一致する場合には、バイパス弁（36）が全閉
される。この場合において、室外熱交換器（12）から流
出した点の状態の冷媒は、その全てが膨張機（22）及
び電動膨張弁（23）を通過し、点の状態となって室内
熱交換器（11）へ流入する。

【０１４１】つまり、冷媒の一部をバイパス管路（35）
へ導入する場合には点の状態の冷媒が室内熱交換器
（11）へ導入されるのに対し、この場合には、点の状
態よりもエンタルピの低い点の状態の冷媒が室内熱交
換器（11）へ導入される。従って、冷房標準条件に相当
する運転条件では、その他の運転条件に比べて室内熱交
換器（11）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大
し、冷房能力が増大してＣＯＰが向上する。

【０１４２】

【発明の実施の形態４】本発明の実施形態４は、上記実
施形態２の構成を変更し、いわゆる多効式冷凍サイクル
を行うようにしたものである。つまり、本実施形態で
は、多効式冷凍サイクルを行うことにより、圧縮機モー
タ（24）の消費電力の低減を図っている。ここでは、本
実施形態に係る空調機の構成について、上記実施形態２
と異なる部分を説明する。

【０１４３】図８に示すように、本実施形態の冷媒回路
（10）には、上記実施形態２のレシーバタンク（31）に
代えて気液分離器（32）が設けられている。この気液分
離器（32）は、縦長で円筒状の密閉容器により構成さ
れ、電動膨張弁（23）の流出側と配管接続されている。
気液分離器（32）には、気液二相状態の中間圧冷媒が電
動膨張弁（23）から送り込まれる。気液分離器（32）へ
送り込まれた中間圧冷媒は、そのうちの液冷媒が気液分
離器（32）内の下部に溜まり、ガス冷媒が気液分離器
（32）内の上部に溜まる。

【０１４４】上記気液分離器（32）の底部は、膨張機
（22）の流入側と配管接続されている。気液分離器（3
2）に貯留する中間圧の液冷媒は、膨張機（22）へと送
られる。一方、気液分離器（32）の上端部は、圧縮機
（21）と配管接続されている。気液分離器（32）に貯留
する中間圧のガス冷媒は、圧縮機（21）へと送られる。
つまり、気液分離器（32）と圧縮機（21）を接続する配
管は、ガス管路（33）を構成している。

【０１４５】本実施形態の圧縮機（21）へは、室外熱交
換器（12）又は室内熱交換器（11）からの低圧のガス冷
媒と、気液分離器（32）からの中間圧のガス冷媒とが供
給されている。この圧縮機（21）は、吸入した低圧ガス
冷媒を圧縮する一方、その圧縮行程の途中で中間圧ガス
冷媒を吸入するように構成されている。

【０１４６】尚、本実施形態において、気液分離器（3
2）に貯留する液冷媒の量を増減させれば、冷媒回路（1
0）を循環する冷媒量を変化させることができる。従っ
て、本実施形態の気液分離器（32）は、上記実施形態２
のレシーバタンク（31）の機能を兼ね備えている。

【０１４７】−運転動作− 《暖房運転》本実施形態の空調機における暖房運転時の
動作について、図８及び図９を参照しながら説明する。
尚、図９は、上記空調機における冷凍サイクルを、モリ
エル線図（圧力−エンタルピ線図）上に表したものであ
る。

【０１４８】暖房運転時において、第１四路切換弁（1
3）及び第２四路切換弁（14）は、図８に実線で示す状
態に切り換わる。また、上記実施形態３の場合と同様
に、暖房運転時には、電動膨張弁（23）の開度が適宜調
節され、バイパス弁（36）が全閉される。この状態で圧
縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環
して冷凍サイクルが行われる。その際、室内熱交換器
（11）が放熱器として機能し、室外熱交換器（12）が蒸
発器として機能する。

【０１４９】具体的に、圧縮機（21）からは、図９にお
ける点の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒
の圧力Ｐ_Hは、その臨界圧力Ｐ_Cよりも高くなっている。
圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁
（13）を通って室内熱交換器（11）へ導入される。

【０１５０】室内熱交換器（11）では、導入された高圧
冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、高
圧冷媒は室内空気に対して放熱し、そのエンタルピが点
の状態から点の状態にまで低下する。そして、室内
熱交換器（11）からは、点の状態の高圧冷媒が流出す
る。一方、室内熱交換器（11）で高圧冷媒により加熱さ
れた室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。

【０１５１】室内熱交換器（11）から流出した点の状
態の冷媒は、電動膨張弁（23）において減圧され、その
圧力が点の状態から点の状態にまで低下する。つま
り、電動膨張弁（23）を通過することで、高圧冷媒が減
圧されて圧力Ｐ_Mの中間圧冷媒となる。この中間圧冷媒
は、その臨界圧力Ｐ_Cよりも低圧であって、気液二相状
態となっている。電動膨張弁（23）から流出した中間圧
冷媒は、気液分離器（32）へ送られる。

【０１５２】気液分離器（32）へ流入した中間圧冷媒
は、点'の状態の液冷媒と点''の状態のガス冷媒に
分離される。点'の状態の液冷媒は、気液分離器（3
2）から膨張機（22）へと送られる。一方、点''の状
態のガス冷媒は、気液分離器（32）から圧縮機（21）へ
と送られる。

【０１５３】膨張機（22）では、中間圧冷媒が膨張し、
その圧力及びエンタルピが点の状態にまで低下する。
つまり、膨張機（22）では、中間圧冷媒が膨張して圧力
Ｐ_Lの低圧冷媒となる。点の状態の低圧冷媒は、第２
四路切換弁（14）を通って室外熱交換器（12）へ導入さ
れる。

【０１５４】室外熱交換器（12）では、導入された低圧
冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、低
圧冷媒が室外空気から吸熱し、そのエンタルピが点の
状態から点の状態にまで増大する。点の状態の低圧
冷媒は、室外熱交換器（12）から流出し、第１四路切換
弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。

【０１５５】上述のように、圧縮機（21）へは、点の
状態の低圧ガス冷媒と、点''の状態の中間圧ガス冷媒
とが供給されている。先ず、圧縮機（21）では、点の
状態のガス冷媒の圧縮が開始される。この圧縮過程にあ
る冷媒は、点の状態となった時点、即ちその圧力が圧
力Ｐ_Mに達した時点で、点''の状態のガス冷媒と混合
される。混合後のガス冷媒は、点'の状態となる。こ
の点'の状態の冷媒は、圧縮機（21）において引き続
き圧縮されて点の状態となる。そして、点の状態の
高圧冷媒が圧縮機（21）から室内熱交換器（11）へ送ら
れる。

【０１５６】また、膨張機（22）においては、冷媒の圧
力及びエンタルピが点'から点の状態にまで低下す
る。そして、この膨張機（22）では、点'と点のエ
ンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力
が圧縮機（21）の駆動に利用される。

【０１５７】《冷房運転》上記空調機の冷房運転時の動
作について、図８及び図９を参照しながら説明する。

【０１５８】冷房運転時において、第１四路切換弁（1
3）及び第２四路切換弁（14）は、図８に破線で示す状
態に切り換わる。また、上記実施形態３の場合と同様
に、冷房運転時には、電動膨張弁（23）及びバイパス弁
（36）の開度が適宜調節される。この状態で圧縮機（2
1）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷
凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器（12）が
放熱器として機能し、室内熱交換器（11）が蒸発器とし
て機能する。

【０１５９】具体的に、圧縮機（21）からは、図９にお
ける点の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒
の圧力Ｐ_Hは、その臨界圧力Ｐ_Cよりも高くなっている。
圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁
（13）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。

【０１６０】室外熱交換器（12）では、導入された高圧
冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、高
圧冷媒は室外空気に対して放熱し、そのエンタルピが点
の状態から点の状態にまで低下する。室外熱交換器
（12）から流出した点の状態の冷媒は、第２四路切換
弁（14）を通過した後に二手に分流され、その一方が電
動膨張弁（23）へ送られて、残りがバイパス管路（35）
へ流入する。

【０１６１】電動膨張弁（23）では、高圧冷媒が減圧さ
れ、その圧力が点の状態から点の状態にまで低下す
る。つまり、電動膨張弁（23）を通過することで、高圧
冷媒が減圧されて圧力Ｐ_Mの中間圧冷媒となる。この中
間圧冷媒は、その臨界圧力Ｐ_Cよりも低圧であって、気
液二相状態となっている。そして、電動膨張弁（23）か
ら流出した中間圧冷媒は、気液分離器（32）へ送られ
る。

【０１６２】気液分離器（32）へ流入した中間圧冷媒
は、点'の状態の液冷媒と点''の状態のガス冷媒に
分離される。点'の状態の液冷媒は、気液分離器（3
2）から膨張機（22）へと送られる。一方、点''の状
態のガス冷媒は、気液分離器（32）から圧縮機（21）へ
と送られる。

【０１６３】膨張機（22）では、中間圧の液冷媒が膨張
し、その圧力及びエンタルピが点の状態にまで低下す
る。つまり、膨張機（22）では、中間圧の液冷媒が膨張
して圧力Ｐ_Lの低圧冷媒となる。

【０１６４】一方、バイパス管路（35）へ流入した点
の状態の冷媒は、バイパス弁（36）を通過する。その
際、点の状態の冷媒は、バイパス弁（36）の絞り作用
によって減圧され、その圧力が低下して点の状態とな
る。

【０１６５】膨張機（22）を通過した点の状態の冷媒
と、バイパス弁（36）を通過した点の状態とは、混合
されて点の状態となる。この点の状態の冷媒は、第
２四路切換弁（14）を通過して室内熱交換器（11）へ導
入される。

【０１６６】室内熱交換器（11）では、導入された低圧
冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、低
圧冷媒が室内空気から吸熱し、そのエンタルピが点の
状態から点の状態にまで増大する。点の状態の低圧
冷媒は、室内熱交換器（11）から流出し、第１四路切換
弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。一方、室内
熱交換器（11）で低圧冷媒により冷却された室内空気
は、調和空気として室内へ送り返される。

【０１６７】上述のように、圧縮機（21）へは、点の
状態の低圧ガス冷媒と、点''の状態の中間圧ガス冷媒
とが供給されている。先ず、圧縮機（21）では、点の
状態のガス冷媒の圧縮が開始される。この圧縮過程にあ
る冷媒は、点の状態となった時点、即ちその圧力が圧
力Ｐ_Mに達した時点で、点''の状態のガス冷媒と混合
される。混合後のガス冷媒は、点'の状態となる。こ
の点'の状態の冷媒は、圧縮機（21）において引き続
き圧縮されて点の状態となる。そして、点の状態の
高圧冷媒が圧縮機（21）から室外熱交換器（12）へ送ら
れる。

【０１６８】また、膨張機（22）においては、冷媒の圧
力及びエンタルピが点'から点の状態にまで低下す
る。そして、この膨張機（22）では、点'と点のエ
ンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力
が圧縮機（21）の駆動に利用される。

【０１６９】また、上述した冷房運転時において、その
時の運転条件で膨張機（22）に要求される押しのけ容積
が設計値と一致する場合には、バイパス弁（36）が全閉
される。この場合において、室外熱交換器（12）から流
出した点の状態の冷媒は、その全てが膨張機（22）及
び電動膨張弁（23）を通過し、点の状態となって室内
熱交換器（11）へ流入する。

【０１７０】つまり、冷媒の一部をバイパス管路（35）
へ導入する場合には点の状態の冷媒が室内熱交換器
（11）へ導入されるのに対し、この場合には、点の状
態よりもエンタルピの低い点の状態の冷媒が室内熱交
換器（11）へ導入される。従って、冷房標準条件に相当
する運転条件では、その他の運転条件に比べて室内熱交
換器（11）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大
し、冷房能力が増大してＣＯＰが向上する。

【０１７１】

【発明の実施の形態５】本発明の実施形態５は、上記実
施形態１において、冷媒回路（10）と膨張機（22）の構
成を変更したものである。

【０１７２】図１０に示すように、本実施形態に係る空
調機の冷媒回路（10）では、電動膨張弁（23）とバイパ
ス管路（35）とが省略されている。この冷媒回路（10）
において、循環する冷媒は、その全てが常に膨張機（2
2）へ導入される。そして、冷媒の膨張は、常に膨張機
（22）のみにおいて行われる。

【０１７３】図１１に示すように、本実施形態の膨張機
（22）は、押しのけ容積が可変のベーン式流体機械によ
り構成されている。つまり、この膨張機（22）は、いわ
ゆるベーンポンプとほぼ同様に構成されている。

【０１７４】具体的に、この膨張機（22）では、ハウジ
ング（61）内に可動リング（62）とロータ（63）とが収
納されている。可動リング（62）は、やや肉厚の円筒状
に形成され、図１１における左右へ移動可能な状態で設
置されている。ロータ（63）は、円板状あるいは円柱状
に形成され、可動リング（62）の内側に設置されてい
る。このロータ（63）は、その中心が可動リング（62）
の中心と距離ｅだけずれるように、偏心した状態で設置
されている。また、ロータ（63）には、圧縮機（21）に
連結される駆動軸が同軸に取り付けられている。

【０１７５】更に、上記ロータ（63）には、多数のベー
ン（64）が放射状に設けられている。これらのベーン
（64）は、何れも可動リング（62）の内周面に押圧され
ている。そして、可動リング（62）の内周面、ロータ
（63）の外周面、及び各ベーン（64）によって閉空間の
流体室（65）が区画される。また、上記ハウジング（6
1）には、流体室（65）へ冷媒を導入するための流入口
（66）と、流体室（65）から冷媒を送り出すための流出
口（67）とが、所定の位置に形成されている。

【０１７６】上記膨張機（22）では、ロータ（63）が回
転するにつれて流体室（65）の容積が増減する。具体的
に、図１１における左下の部分では、ロータ（63）が時
計方向へ回転するに従って流体室（65）の容積が次第に
大きくなる。また、図１１における左上の部分では、ロ
ータ（63）が時計方向へ回転するに従って流体室（65）
の容積が次第に小さくなる。一方、上記膨張機（22）に
おいて、可動リング（62）を移動させると、可動リング
（62）とロータ（63）の偏心量ｅ（即ち距離ｅ）が増減
する。そして、偏心量ｅを変化させると、閉じ込み直後
と、冷媒の流出が開始する直前とにおける流体室（65）
の容積差が増減し、押しのけ容積が変動する。

【０１７７】本実施形態の冷媒回路（10）において、室
内熱交換器（11）又は室外熱交換器（12）で放熱した高
圧冷媒は、膨張機（22）へ導入される。膨張機（22）に
おいて、高圧冷媒は、流入口（66）を通って流体室（6
5）へ導入される。膨張機（22）では、流体室（65）へ
流入した高圧冷媒が膨張することで、ロータ（63）が回
転駆動される。つまり、膨張機（22）では、高圧冷媒の
内部エネルギが回転動力に変換される。膨張して低圧と
なった冷媒は、流出口（67）を通って流体室（65）から
送り出される。

【０１７８】また、運転条件の変動に伴って要求される
圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容積比が変化し
た場合には、可動リング（62）を移動させて膨張機（2
2）の押しのけ容積を増減させ、運転条件に適合した押
しのけ容積比に設定して冷凍サイクルを継続させる。

【０１７９】−実施形態５の効果− 本実施形態５では、膨張機（22）を押しのけ容積が可変
のベーン式流体機械によって構成している。従って、圧
縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容積比を運転条件
に応じて変化させることが可能となる。そして、想定さ
れる運転条件に合わせて膨張機（22）における押しのけ
容積の変動範囲を設定しておけば、如何なる運転条件に
おいても冷凍装置の運転を継続させることができる。

【０１８０】−実施形態５の変形例− 本実施形態では、膨張機（22）をベーン式流体機械によ
って構成しているが、膨張機（22）を構成する流体機械
は押しのけ容積が可変のものであればよく、ベーン式流
体機械に限定されるものではない。従って、膨張機（2
2）を構成する流体機械は、例えば斜板式のアキシャル
ピストン型流体機械であってもよい。

【０１８１】ここでは、斜板式のアキシャルピストン型
流体機械で構成される膨張機（22）について、図１２を
参照しながら説明する。この膨張機（22）では、円柱状
のシリンダブロック（71）と円板状の弁板（72）とが同
軸に設置されている。シリンダブロック（71）は、駆動
軸が同軸に接続されて、回転自在に設けられている。一
方、弁板（72）は、図１２におけるシリンダブロック
（71）の左端側に配置され、シリンダブロック（71）の
端面と摺動する状態で固定されている。また、図１２に
おけるシリンダブロック（71）の右端側には、斜板（7
3）が配置されている。この斜板（73）は、その傾斜面
の角度θを変更可能に構成されている。

【０１８２】上記シリンダブロック（71）には、その軸
と平行に複数のシリンダ（74）が形成されている。各シ
リンダ（74）には、図１２におけるシリンダブロック
（71）の右端側から、円柱状あるいは棒状のピストン
（75）が挿入されている。シリンダ（74）にピストン
（75）を挿入することで、流体室（76）が区画される。

【０１８３】図１２における各ピストン（75）の右端
は、斜板（73）に当接している。シリンダブロック（7
1）が回転するに従い、各ピストン（75）は右端が斜板
（73）に当接した状態でシリンダ（74）内を進退し、流
体室（76）の容積が増減する。その際のピストン（75）
のストロークは「Ｓt」となり、その値は斜板（73）の角
度θを変更することによって変化する。つまり、斜板
（73）の角度θを変更することにより、膨張機（22）の
押しのけ容積が変化する。

【０１８４】上記膨張機（22）では、図１２における下
側の流体室（76）へ高圧冷媒が流入し、ピストン（75）
の右端が斜板（73）に押しつけられる。そして、シリン
ダブロック（71）は、斜板（73）に対するピストン（7
5）の押圧力によって回転駆動される。流体室（76）へ
導入された高圧冷媒は、シリンダブロック（71）が１８
０°回転する間に膨張を続け、その後にシリンダブロッ
ク（71）が１８０°回転する間に流体室（76）から送り
出される。また、運転条件の変動に伴って圧縮機（21）
と膨張機（22）の間の押しのけ量比が変化した場合に
は、斜板（73）の角度θを変化させて膨張機（22）の押
しのけ容積を増減させ、運転条件に適合した押しのけ量
比に設定して冷凍サイクルを継続させる。

【０１８５】

【発明のその他の実施の形態】上記実施形態１〜４で
は、膨張機（22）と電動膨張弁（23）の両方を冷媒がバ
イパスするように、バイパス管路（35）を冷媒回路（1
0）に設けているが、これに代えて、次のような構成と
してもよい。

【０１８６】つまり、図１３に示すように、膨張機（2
2）だけを冷媒がバイパスするように、バイパス管路（3
5）を冷媒回路（10）に設けてもよい。尚、図１３は、
上記実施形態２に対して本変形例を適用したものであ
る。この場合、バイパス管路（35）は、その一端が電動
膨張弁（23）とレシーバタンク（31）との間に接続さ
れ、その他端が膨張機（22）の流出側と第２四路切換弁
（14）の第４のポートとの間に接続されている。そし
て、電動膨張弁（23）で減圧された中間圧冷媒が二手に
分流され、その一方が膨張機（22）で膨張し、他方がバ
イパス弁（36）において減圧される。

【０１８７】また、上記実施形態５では、膨張機（22）
を押しのけ容積が可変の流体機械によって構成している
が、これに代えて、圧縮機（21）を押しのけ容積が可変
の流体機械によって構成してもよい。本変形例におい
て、運転条件の変動に伴って要求される圧縮機（21）と
膨張機（22）の押しのけ容積比が変化した場合には、圧
縮機（21）の押しのけ容積を増減させ、運転条件に適合
した押しのけ容積比に設定して冷凍サイクルを継続させ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】空調機の運転条件を示す押しのけ量比と冷媒蒸
発温度の関係図である。

【図２】実施形態１に係る空調機の概略構成図である。

【図３】実施形態１に係る空調機の冷凍サイクルを示す
モリエル線図である。

【図４】実施形態２に係る空調機の概略構成図である。

【図５】実施形態２に係る空調機の冷凍サイクルを示す
モリエル線図である。

【図６】実施形態３に係る空調機の概略構成図である。

【図７】実施形態３に係る空調機の冷凍サイクルを示す
モリエル線図である。

【図８】実施形態４に係る空調機の概略構成図である。

【図９】実施形態４に係る空調機の冷凍サイクルを示す
モリエル線図である。

【図１０】実施形態５に係る空調機の概略構成図であ
る。

【図１１】実施形態５に係る膨張機の概略構成図であ
る。

【図１２】実施形態５の変形例に係る膨張機の概略構成
図である。

【図１３】その他の実施形態に係る空調機の概略構成図
である。

【符号の説明】

（10）冷媒回路（11）室内熱交換器（12）室外熱交換器（13）第１四路切換弁（14）第２四路切換弁（21）圧縮機（22）膨張機（23）電動膨張弁（31）レシーバタンク（容器部材）（32）気液分離器（33）ガス管路（35）バイパス管路（36）バイパス弁（流量調節弁）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動力回収用の膨張機（22）が設けられて
冷媒が充填された冷媒回路（10）を備え、該冷媒回路
（10）に設けられた圧縮機（21）で冷媒をその臨界圧力
以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、上記圧縮機（21）と上記膨張機（22）は互いに連結され
て該圧縮機（21）の回転速度と該膨張機（22）の回転速
度の比が一定となる一方、上記圧縮機（21）又は上記膨張機（22）は、押しのけ容
積が可変の流体機械によって構成されている冷凍装置。
【請求項２】冷媒が充填された冷媒回路（10）を備
え、該冷媒回路（10）に設けられた圧縮機（21）で冷媒
をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍
装置であって、上記冷媒回路（10）に設けられた冷媒の膨張機構は、押
しのけ容積が一定の流体機械により構成される膨張機
（22）と、該膨張機（22）と直列に接続された開度可変
の膨張弁（23）とにより構成され、上記圧縮機（21）と上記膨張機（22）は互いに連結され
て該圧縮機（21）の回転速度と該膨張機（22）の回転速
度の比が一定となる一方、上記冷媒回路（10）には、上記膨張機（22）をバイパス
して冷媒を流すためのバイパス管路（35）と、該バイパ
ス管路（35）における冷媒の流量を調節するための流量
調節弁（36）とが設けられている冷凍装置。
【請求項３】冷媒が充填された冷媒回路（10）を備
え、該冷媒回路（10）に設けられた圧縮機（21）で冷媒
をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍
装置であって、上記冷媒回路（10）に設けられた冷媒の膨張機構は、押
しのけ容積が一定の流体機械により構成される膨張機
（22）と、該膨張機（22）と直列に接続された開度可変
の膨張弁（23）とにより構成され、上記圧縮機（21）と上記膨張機（22）は互いに連結され
て該圧縮機（21）の回転速度と該膨張機（22）の回転速
度の比が一定となる一方、上記冷媒回路（10）には、上記膨張機（22）及び膨張弁
（23）をバイパスして冷媒を流すためのバイパス管路
（35）と、該バイパス管路（35）における冷媒の流量を
調節するための流量調節弁（36）とが設けられている冷
凍装置。
【請求項４】請求項２又は３記載の冷凍装置におい
て、冷媒回路（10）では、膨張機（22）の上流に膨張弁（2
3）が配置されている冷凍装置。
【請求項５】請求項２又は３記載の冷凍装置におい
て、冷媒回路（10）における膨張機（22）と膨張弁（23）の
間には、冷媒を一時的に貯留するための容器部材（31）
が設けられている冷凍装置。
【請求項６】請求項２又は３記載の冷凍装置におい
て、冷媒回路（10）における膨張機（22）と膨張弁（23）の
間に設けられて中間圧の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分
離する気液分離器（32）と、上記気液分離器（32）で分
離されたガス冷媒を圧縮機（21）へ供給するためのガス
管路（33）とを備えている冷凍装置。
【請求項７】請求項請求項１，２，３，４，５又は６
に記載の冷凍装置において、冷媒回路（10）の冷媒を室内空気と熱交換させる室内熱
交換器（11）と、上記冷媒回路（10）の冷媒を室外空気と熱交換させる室
外熱交換器（12）と、圧縮機（21）で圧縮された冷媒が上記室外熱交換器（1
2）へ送られて上記室内熱交換器（11）で蒸発した冷媒
が上記圧縮機（21）へ吸入される状態と、上記圧縮機
（21）で圧縮された冷媒が上記室内熱交換器（11）へ送
られて上記室外熱交換器（12）で蒸発した冷媒が圧縮機
（21）へ吸入される状態とを切り換えるための第１四路
切換弁（13）と、膨張機（22）で膨張した冷媒が上記室内熱交換器（11）
へ送られて上記室外熱交換器（12）で放熱した冷媒が上
記膨張機（22）へ流入する状態と、上記膨張機（22）で
膨張した冷媒が上記室外熱交換器（12）へ送られて上記
室内熱交換器（11）で放熱した冷媒が上記膨張機（22）
へ流入する状態とを切り換えるための第２四路切換弁
（14）とを備えている冷凍装置。
【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６又は７記
載の冷凍装置において、冷媒回路（10）には、二酸化炭素が冷媒として充填され
ている冷凍装置。