JP2003279179A - 冷凍空調装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超臨界サイクルの冷凍空調装置において、従
来はレシプロ式のような弁開閉の制御が必要な膨張機を
圧縮機と同軸で用いていたので、複雑な膨張比制御手段
が必要であったが、機構が簡素な形式の膨張機を用いる
ために流量と仕事をマッチングさせながら動力回収ロス
が極力小さくなるような回路を構成する。 【解決手段】 メインの圧縮機とは別の第二の圧縮機を
膨張機の回収動力で駆動することにより、流量マッチン
グによる膨張動力の非回収分を少なくし、冷房／暖房切
換え時の逆流に対して回路が複雑化するのを避けるとと
もに、２ＷＡＹ膨張機や第二ガスクーラによる中間冷却
等により、サイクルの効率が最も良くなるように回路を
構成する。
来はレシプロ式のような弁開閉の制御が必要な膨張機を
圧縮機と同軸で用いていたので、複雑な膨張比制御手段
が必要であったが、機構が簡素な形式の膨張機を用いる
ために流量と仕事をマッチングさせながら動力回収ロス
が極力小さくなるような回路を構成する。 【解決手段】 メインの圧縮機とは別の第二の圧縮機を
膨張機の回収動力で駆動することにより、流量マッチン
グによる膨張動力の非回収分を少なくし、冷房／暖房切
換え時の逆流に対して回路が複雑化するのを避けるとと
もに、２ＷＡＹ膨張機や第二ガスクーラによる中間冷却
等により、サイクルの効率が最も良くなるように回路を
構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素など超
臨界となる冷媒を用いた冷凍サイクルによる冷凍空調装
置に関するものである。
臨界となる冷媒を用いた冷凍サイクルによる冷凍空調装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１９は、例えば特開２０００−２４１
０３３号公報に示された従来の超臨界サイクルによる冷
凍装置の冷媒回路図である。図において、圧縮機１は原
動機１２によって駆動され冷媒を圧縮する。圧縮された
冷媒ガスは油分離器２にて冷媒に含まれる油を分離した
後、ガスクーラ３で冷却されて、膨張機４を流通して圧
縮機１に連結した主軸１１を駆動しながら膨張し、蒸発
器５で加熱され、アキュムレータ６で液を分離してから
再び圧縮機１に吸入される。ガスクーラ３と膨張機４と
の接続配管に設けられた温度センサ７と圧力センサ８に
より検出されたガスクーラ出口側の冷媒状態量をもとに
演算手段９が膨張機４の膨張比制御手段１０を制御して
膨張機への冷媒供給量を変えることにより、ガスクーラ
出口圧力を所定の圧力に制御している。
０３３号公報に示された従来の超臨界サイクルによる冷
凍装置の冷媒回路図である。図において、圧縮機１は原
動機１２によって駆動され冷媒を圧縮する。圧縮された
冷媒ガスは油分離器２にて冷媒に含まれる油を分離した
後、ガスクーラ３で冷却されて、膨張機４を流通して圧
縮機１に連結した主軸１１を駆動しながら膨張し、蒸発
器５で加熱され、アキュムレータ６で液を分離してから
再び圧縮機１に吸入される。ガスクーラ３と膨張機４と
の接続配管に設けられた温度センサ７と圧力センサ８に
より検出されたガスクーラ出口側の冷媒状態量をもとに
演算手段９が膨張機４の膨張比制御手段１０を制御して
膨張機への冷媒供給量を変えることにより、ガスクーラ
出口圧力を所定の圧力に制御している。
【０００３】また、この変形例として、図２０のように
膨張機４の主軸１１に負荷を可変できる発電機１３等を
配し、圧縮機１とは独立分離した構成として、負荷の大
きさで膨張機４の回転数を変えることにより、ガスクー
ラ３出口圧力を所定の圧力に制御するものも示されてい
る。
膨張機４の主軸１１に負荷を可変できる発電機１３等を
配し、圧縮機１とは独立分離した構成として、負荷の大
きさで膨張機４の回転数を変えることにより、ガスクー
ラ３出口圧力を所定の圧力に制御するものも示されてい
る。
【０００４】同公報によれば、膨張機の形式としてはレ
シプロ式が示されており、シリンダ内への流体の流入と
排出を弁の開口タイミングを制御することにより、膨張
機として動作させるとしている。
シプロ式が示されており、シリンダ内への流体の流入と
排出を弁の開口タイミングを制御することにより、膨張
機として動作させるとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術のようにレ
シプロ式の膨張機では、主軸の回転に同期して弁を開閉
するための複雑な機構あるいは電気式切換え弁とその制
御装置が必要となる。これを避けるためには、マルチベ
ーン式やスクロール式のように膨張機としての行程容積
と内部容積比を持つ形式を用いることが考えられる。
シプロ式の膨張機では、主軸の回転に同期して弁を開閉
するための複雑な機構あるいは電気式切換え弁とその制
御装置が必要となる。これを避けるためには、マルチベ
ーン式やスクロール式のように膨張機としての行程容積
と内部容積比を持つ形式を用いることが考えられる。
【０００６】このような形式の膨張機を図１９のような
冷媒回路構成で用いるには、膨張機での体積流量を圧縮
機側とマッチングさせるために、膨張比制御手段に代わ
って予膨張弁やバイパス膨張弁が必要となる。しかし、
このときの予膨張弁での圧力差分やバイパス流量分は膨
張動力回収できない。
冷媒回路構成で用いるには、膨張機での体積流量を圧縮
機側とマッチングさせるために、膨張比制御手段に代わ
って予膨張弁やバイパス膨張弁が必要となる。しかし、
このときの予膨張弁での圧力差分やバイパス流量分は膨
張動力回収できない。
【０００７】また、図２０のような冷媒回路構成で用い
ると、膨張機は圧縮機と必ずしも同じ回転数で回らなく
てもよくなるので、流量マッチングの必要はなくなる
が、回収した膨張動力を電気エネルギとして取り出す際
に発電機効率がかかる分がロスとなり、効率低下とな
る。
ると、膨張機は圧縮機と必ずしも同じ回転数で回らなく
てもよくなるので、流量マッチングの必要はなくなる
が、回収した膨張動力を電気エネルギとして取り出す際
に発電機効率がかかる分がロスとなり、効率低下とな
る。
【０００８】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、レシプロ式のような弁制御機構を必要と
しない膨張機を用いながら、流量マッチングや発電機効
率による動力回収ロスの影響を極力減らしつつ、圧縮機
側の効率も高くなるような冷媒回路構成により、高効率
の膨張動力回収超臨界冷凍サイクル装置を得ることを目
的とする。
されたもので、レシプロ式のような弁制御機構を必要と
しない膨張機を用いながら、流量マッチングや発電機効
率による動力回収ロスの影響を極力減らしつつ、圧縮機
側の効率も高くなるような冷媒回路構成により、高効率
の膨張動力回収超臨界冷凍サイクル装置を得ることを目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
冷凍空調装置は、電動機によって駆動される圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された高圧の冷媒を冷却するガスクー
ラと、前記ガスクーラによって冷却されたガスを減圧す
ることにより動力を取出す膨張機と、前記膨張機により
減圧された冷媒を加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口
側で余分な液冷媒を貯留するアキュムレータと、前記膨
張機で回収した膨張動力により駆動される第２圧縮機と
を備え、前記圧縮機から流出した油をガスクーラの前で
分離し、アキュムレータと圧縮機の間に戻す油分離器を
備えたものである。
冷凍空調装置は、電動機によって駆動される圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された高圧の冷媒を冷却するガスクー
ラと、前記ガスクーラによって冷却されたガスを減圧す
ることにより動力を取出す膨張機と、前記膨張機により
減圧された冷媒を加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口
側で余分な液冷媒を貯留するアキュムレータと、前記膨
張機で回収した膨張動力により駆動される第２圧縮機と
を備え、前記圧縮機から流出した油をガスクーラの前で
分離し、アキュムレータと圧縮機の間に戻す油分離器を
備えたものである。
【００１０】本発明の請求項２に係る冷凍空調装置は、
前記膨張機と並列に配設した第２減圧手段と前記膨張機
の流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前記第２
圧縮機を迂回する流量制御手段付の流路を設けたもので
ある。
前記膨張機と並列に配設した第２減圧手段と前記膨張機
の流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前記第２
圧縮機を迂回する流量制御手段付の流路を設けたもので
ある。
【００１１】本発明の請求項３に係る冷凍空調装置は、
前記膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれぞれ対応する２
つの膨張機構部と前または後ろにそれぞれ逆流防止手段
を備え、前記膨張機と並列に第２減圧手段を設けたもの
である。
前記膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれぞれ対応する２
つの膨張機構部と前または後ろにそれぞれ逆流防止手段
を備え、前記膨張機と並列に第２減圧手段を設けたもの
である。
【００１２】本発明の請求項４に係る冷凍空調装置は、
前記第２圧縮機の負荷に対する膨張機の回収動力の不足
を補うための補助モータを備えたものである。
前記第２圧縮機の負荷に対する膨張機の回収動力の不足
を補うための補助モータを備えたものである。
【００１３】本発明の請求項５に係る冷凍空調装置は、
電動機によって駆動される圧縮機と、前記圧縮機で駆動
された高圧の冷媒を冷却するガスクーラと、前記ガスク
ーラによって冷却されたガスを減圧することにより動力
を取出す膨張機と、前記膨張機により減圧された冷媒を
加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口側で余分な液冷媒
を貯留するアキュムレータと、前記圧縮機と直列に配管
接続され前記膨張機の回収動力により駆動される第２圧
縮機と、前記圧縮機と前記第２圧縮機の間に第２ガスク
ーラとを備え、圧縮機部分から流出した油をガスクーラ
の前で分離しアキュムレータから圧縮機の間に戻す油分
離器を設けたものである。
電動機によって駆動される圧縮機と、前記圧縮機で駆動
された高圧の冷媒を冷却するガスクーラと、前記ガスク
ーラによって冷却されたガスを減圧することにより動力
を取出す膨張機と、前記膨張機により減圧された冷媒を
加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口側で余分な液冷媒
を貯留するアキュムレータと、前記圧縮機と直列に配管
接続され前記膨張機の回収動力により駆動される第２圧
縮機と、前記圧縮機と前記第２圧縮機の間に第２ガスク
ーラとを備え、圧縮機部分から流出した油をガスクーラ
の前で分離しアキュムレータから圧縮機の間に戻す油分
離器を設けたものである。
【００１４】本発明の請求項６に係る冷凍空調装置は、
前記第２圧縮機の吸入圧力または温度をサイクルＣＯＰ
が最も高くなる中間圧力または温度に制御するようにし
たものである。
前記第２圧縮機の吸入圧力または温度をサイクルＣＯＰ
が最も高くなる中間圧力または温度に制御するようにし
たものである。
【００１５】本発明の請求項７に係る冷凍空調装置は、
前記膨張機と並列に配設した第２減圧手段と前記膨張機
の流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前記第２
圧縮機及び第２ガスクーラを迂回する流量制御手段付き
の流路を設けたものである。
前記膨張機と並列に配設した第２減圧手段と前記膨張機
の流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前記第２
圧縮機及び第２ガスクーラを迂回する流量制御手段付き
の流路を設けたものである。
【００１６】本発明の請求項８に係る冷凍空調装置は、
前記第２減圧手段をイジェクタとしたものである。
前記第２減圧手段をイジェクタとしたものである。
【００１７】本発明の請求項９に係る冷凍空調装置は、
冷媒として二酸化炭素を用いたものである。
冷媒として二酸化炭素を用いたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態1に係る冷凍空調装置を示す冷媒回路図で、
（ａ）が暖房運転時、（ｂ）が冷房運転時を示してい
る。本発明の冷凍空調装置は二軸直列（高段）構成を基
本構成とする冷媒回路を有し、冷媒に二酸化炭素を用い
ている。なお、この二軸直列（高段）構成の冷媒回路に
ついては後述する。図１（ａ）において、ガスクーラ３
が室内機側熱交換器、蒸発器５が室外機側熱交換器に相
当している。
施の形態1に係る冷凍空調装置を示す冷媒回路図で、
（ａ）が暖房運転時、（ｂ）が冷房運転時を示してい
る。本発明の冷凍空調装置は二軸直列（高段）構成を基
本構成とする冷媒回路を有し、冷媒に二酸化炭素を用い
ている。なお、この二軸直列（高段）構成の冷媒回路に
ついては後述する。図１（ａ）において、ガスクーラ３
が室内機側熱交換器、蒸発器５が室外機側熱交換器に相
当している。
【００１９】図１において、１はモータ１２によって駆
動される圧縮機、２は油分離器、２０は冷房と暖房の流
路を切換える四方弁、３はガスクーラ、４は膨張機、５
は蒸発器、６はアキュムレータ、１４は膨張機４の主軸
１１に連結して駆動される第二圧縮機、１９は膨張機４
の下流側に設けられた逆流防止手段、１５は膨張機４お
よび逆流防止手段１９に並列に接続されたバイパス配管
に設けられた第二減圧装置、１８は第二圧縮機１５を迂
回させる流量制御手段１８である。
動される圧縮機、２は油分離器、２０は冷房と暖房の流
路を切換える四方弁、３はガスクーラ、４は膨張機、５
は蒸発器、６はアキュムレータ、１４は膨張機４の主軸
１１に連結して駆動される第二圧縮機、１９は膨張機４
の下流側に設けられた逆流防止手段、１５は膨張機４お
よび逆流防止手段１９に並列に接続されたバイパス配管
に設けられた第二減圧装置、１８は第二圧縮機１５を迂
回させる流量制御手段１８である。
【００２０】ここで、本発明に係る冷凍空調装置の基本
冷媒回路構成について説明する。図２は二軸直列（高
段）構成の基本冷媒回路であり、二酸化炭素を冷媒とし
て用いることを想定している。図において、モータ１２
によって駆動される圧縮機１は、膨張機４とは同軸とな
っておらず、膨張機４の主軸は第２圧縮機１４を駆動す
るようになっている。そして、第２圧縮機１４は圧縮機
１と冷媒回路において直列に配管接続され、冷媒の二段
圧縮を行うように配設されている。圧縮機１と第２圧縮
機１４で圧縮された冷媒は、第２圧縮機１４の吐出側に
配管接続された油分離器２から圧縮機１の吸入側のアキ
ュムレータ６から流出した後に分離した油を戻してか
ら、ガスクーラ３で冷却される。そして、ガスクーラ３
で冷却された後の高圧冷媒ガスは膨張機４で減圧される
際に膨張動力を回収し、この回収動力は主軸１１を伝達
して第２圧縮機１４に伝えられる。膨張機４にて減圧さ
れた後の冷媒は、蒸発器５で加熱され、余分な液冷媒を
貯留するアキュムレータ６を経由してから、圧縮機１の
吸入側に戻る冷媒回路で構成されている。
冷媒回路構成について説明する。図２は二軸直列（高
段）構成の基本冷媒回路であり、二酸化炭素を冷媒とし
て用いることを想定している。図において、モータ１２
によって駆動される圧縮機１は、膨張機４とは同軸とな
っておらず、膨張機４の主軸は第２圧縮機１４を駆動す
るようになっている。そして、第２圧縮機１４は圧縮機
１と冷媒回路において直列に配管接続され、冷媒の二段
圧縮を行うように配設されている。圧縮機１と第２圧縮
機１４で圧縮された冷媒は、第２圧縮機１４の吐出側に
配管接続された油分離器２から圧縮機１の吸入側のアキ
ュムレータ６から流出した後に分離した油を戻してか
ら、ガスクーラ３で冷却される。そして、ガスクーラ３
で冷却された後の高圧冷媒ガスは膨張機４で減圧される
際に膨張動力を回収し、この回収動力は主軸１１を伝達
して第２圧縮機１４に伝えられる。膨張機４にて減圧さ
れた後の冷媒は、蒸発器５で加熱され、余分な液冷媒を
貯留するアキュムレータ６を経由してから、圧縮機１の
吸入側に戻る冷媒回路で構成されている。
【００２１】上記のように構成された冷凍空調装置にお
いて、膨張機４は弁開閉制御機構が無く構造が簡素な行
程容積、内部容積比が定まった形式のものを用いてい
る。このような膨張機では体積流量によって主軸１１の
回転数が決まってくるので、第２圧縮機１４との回転数
のマッチングを取る必要がある。
いて、膨張機４は弁開閉制御機構が無く構造が簡素な行
程容積、内部容積比が定まった形式のものを用いてい
る。このような膨張機では体積流量によって主軸１１の
回転数が決まってくるので、第２圧縮機１４との回転数
のマッチングを取る必要がある。
【００２２】ここで説明のため、図３に示す膨張機同軸
構成との対比を行う。図３は従来例の図１９をもとに基
本構成を簡略化して示した膨張機同軸構成の基本冷媒回
路図である。図３において、膨張機４とモータ１２で駆
動される圧縮機１とは主軸１１によって同軸となってい
る。この場合、膨張機４と圧縮機１が同一回転数となる
ので、この膨張機４と圧縮機１では流量がマッチしなけ
ればならない。
構成との対比を行う。図３は従来例の図１９をもとに基
本構成を簡略化して示した膨張機同軸構成の基本冷媒回
路図である。図３において、膨張機４とモータ１２で駆
動される圧縮機１とは主軸１１によって同軸となってい
る。この場合、膨張機４と圧縮機１が同一回転数となる
ので、この膨張機４と圧縮機１では流量がマッチしなけ
ればならない。
【００２３】ここで、圧縮機１の吸入側における冷媒の
比容積をυｓ、膨張機４入口の比容積をυｅｘｉ、圧縮
機１の行程容積をＶｓｔ、膨張機４の膨張前状態の閉じ
込め容積、いわゆる行程容積をＶｅｘとすると、圧縮機
側と膨張機側で流量が一致することから、 Ｖｅｘ／υｅｘｉ＝Ｖｓｔ／υｓ （１） が成り立たなければならない。上記υｅｘｉ、υｓは運
転条件から決まり、様々な運転条件に対して（１）式を
満たすためには、Ｖｅｘ、Ｖｓｔが可変でないかぎり膨
張機入口での冷媒の体積流量を調整する必要がある。た
とえば、υｅｘｉ／υｓ＞Ｖｅｘ／Ｖｓｔの場合、膨張
機側が圧縮機側より速く回転しようとするのでバイパス
して膨張機を通過する流量を減らす必要がある。逆に、
υｅｘｉ／υｓ＜Ｖｅｘ／Ｖｓｔの場合は膨張機側が遅
くなってしまうので、ガスクーラを出た冷媒を所定の圧
力まで減圧・膨張させて膨張機入口における体積流量を
増やすことにより、圧縮機と膨張機の回転数がバランス
できる。
比容積をυｓ、膨張機４入口の比容積をυｅｘｉ、圧縮
機１の行程容積をＶｓｔ、膨張機４の膨張前状態の閉じ
込め容積、いわゆる行程容積をＶｅｘとすると、圧縮機
側と膨張機側で流量が一致することから、 Ｖｅｘ／υｅｘｉ＝Ｖｓｔ／υｓ （１） が成り立たなければならない。上記υｅｘｉ、υｓは運
転条件から決まり、様々な運転条件に対して（１）式を
満たすためには、Ｖｅｘ、Ｖｓｔが可変でないかぎり膨
張機入口での冷媒の体積流量を調整する必要がある。た
とえば、υｅｘｉ／υｓ＞Ｖｅｘ／Ｖｓｔの場合、膨張
機側が圧縮機側より速く回転しようとするのでバイパス
して膨張機を通過する流量を減らす必要がある。逆に、
υｅｘｉ／υｓ＜Ｖｅｘ／Ｖｓｔの場合は膨張機側が遅
くなってしまうので、ガスクーラを出た冷媒を所定の圧
力まで減圧・膨張させて膨張機入口における体積流量を
増やすことにより、圧縮機と膨張機の回転数がバランス
できる。
【００２４】そこで、図４に、図３の冷媒回路を基に圧
縮機と膨張機の流量マッチングをとるためにバイパス膨
張弁である第２減圧手段１５と予膨張弁１６を加えた構
成の冷媒回路図を示す。図４において、１５は膨張機４
をバイパスするようにガスクーラ３の出口側から蒸発器
５の入口側へ配管接続された途中に設けられた第２減圧
手段、１６は膨張機４の流入側に接続された予膨張弁で
あり、その他の部分は図３と同様である。この予膨張弁
１６における減圧分やバイパス配管の第２減圧手段１５
を流通する流量分は膨張動力回収に寄与しないので、圧
縮機１の行程容積Ｖｓｔに対して膨張機の行程容積Ｖｅ
ｘを決める際には、最も効率を向上したい運転条件のと
きにバイパスも予膨張を行わなくてもよいように、すな
わち（１）式を満たすように前記Ｖｅｘを選ぶのがよ
い。
縮機と膨張機の流量マッチングをとるためにバイパス膨
張弁である第２減圧手段１５と予膨張弁１６を加えた構
成の冷媒回路図を示す。図４において、１５は膨張機４
をバイパスするようにガスクーラ３の出口側から蒸発器
５の入口側へ配管接続された途中に設けられた第２減圧
手段、１６は膨張機４の流入側に接続された予膨張弁で
あり、その他の部分は図３と同様である。この予膨張弁
１６における減圧分やバイパス配管の第２減圧手段１５
を流通する流量分は膨張動力回収に寄与しないので、圧
縮機１の行程容積Ｖｓｔに対して膨張機の行程容積Ｖｅ
ｘを決める際には、最も効率を向上したい運転条件のと
きにバイパスも予膨張を行わなくてもよいように、すな
わち（１）式を満たすように前記Ｖｅｘを選ぶのがよ
い。
【００２５】ここで、全流量に対するバイパスされる流
量の比率をバイパス比ｘ、ガスクーラ／蒸発器間で減圧
する全高低圧差に対する予膨張弁前後の差圧の比率を予
膨張率ｙと定義する。上述の図４の膨張機同軸構成の冷
媒回路を備えた冷凍空調装置に対して、空調用途の代表
４運転条件のうち、ＳＥＥＲ（冷・暖平均エネルギー消
費効率）に最も寄与度の大きい暖房中間条件にて、ｘ＝
ｙ＝０％となるように、圧縮機１の行程容積Ｖｓｔに対
する膨張機の行程容積Ｖｅｘを設定した場合、各条件に
おけるｘ，ｙは、図５に示す数値となる。以後、ＣＯＰ
やＳＥＥＲなどの効率を比較する場合には、膨張機同軸
構成の冷媒回路におけるこのｘ，ｙのときの値を基準と
する。
量の比率をバイパス比ｘ、ガスクーラ／蒸発器間で減圧
する全高低圧差に対する予膨張弁前後の差圧の比率を予
膨張率ｙと定義する。上述の図４の膨張機同軸構成の冷
媒回路を備えた冷凍空調装置に対して、空調用途の代表
４運転条件のうち、ＳＥＥＲ（冷・暖平均エネルギー消
費効率）に最も寄与度の大きい暖房中間条件にて、ｘ＝
ｙ＝０％となるように、圧縮機１の行程容積Ｖｓｔに対
する膨張機の行程容積Ｖｅｘを設定した場合、各条件に
おけるｘ，ｙは、図５に示す数値となる。以後、ＣＯＰ
やＳＥＥＲなどの効率を比較する場合には、膨張機同軸
構成の冷媒回路におけるこのｘ，ｙのときの値を基準と
する。
【００２６】図２のような二軸直列（高段）構成の冷媒
回路の場合も、膨張機４と第２圧縮機１４との流量のマ
ッチングを図らなければならないのは同様であるが、第
２圧縮機１４の行程容積をＶ２とすると、圧縮機１の行
程容積Ｖｓｔに対する膨張機の行程容積Ｖｅｘと前記Ｖ
２双方のマッチングが必要となる。ここで、第２圧縮機
１４の吸入側における冷媒の比容積をυｍ、圧縮機の回
転数をＮ１、膨張機／第２圧縮機の回転数をＮ２とする
と、 Ｎ２・Ｖｅｘ／υｅｘｉ＝Ｎ２・Ｖ２／υｍ＝Ｎ１・Ｖｓｔ／υｓ （２） が成り立つ必要がある。また、前記υｍが膨張機４で回
収され第２圧縮機１４にて用いられる動力とＶ２から定
まることも考慮しなければならない。即ち、図４の膨張
機同軸構成の冷媒回路の場合と同様に、バイパスまたは
予膨張によって流量マッチングを図るとすると、バイパ
ス比ｘあるいは予膨張率ｙはＶｓｔ，Ｖｅｘだけでな
く、Ｖ２とＮ１に対するＮ２の組合せに対して決まるこ
とになる。
回路の場合も、膨張機４と第２圧縮機１４との流量のマ
ッチングを図らなければならないのは同様であるが、第
２圧縮機１４の行程容積をＶ２とすると、圧縮機１の行
程容積Ｖｓｔに対する膨張機の行程容積Ｖｅｘと前記Ｖ
２双方のマッチングが必要となる。ここで、第２圧縮機
１４の吸入側における冷媒の比容積をυｍ、圧縮機の回
転数をＮ１、膨張機／第２圧縮機の回転数をＮ２とする
と、 Ｎ２・Ｖｅｘ／υｅｘｉ＝Ｎ２・Ｖ２／υｍ＝Ｎ１・Ｖｓｔ／υｓ （２） が成り立つ必要がある。また、前記υｍが膨張機４で回
収され第２圧縮機１４にて用いられる動力とＶ２から定
まることも考慮しなければならない。即ち、図４の膨張
機同軸構成の冷媒回路の場合と同様に、バイパスまたは
予膨張によって流量マッチングを図るとすると、バイパ
ス比ｘあるいは予膨張率ｙはＶｓｔ，Ｖｅｘだけでな
く、Ｖ２とＮ１に対するＮ２の組合せに対して決まるこ
とになる。
【００２７】膨張機同軸構成のときと同様に、ＳＥＥＲ
に最も寄与度の大きい暖房中間条件でバイパス比ｘ＝予
膨張率ｙ＝０％となるように、Ｖｓｔに対するＶｅｘ及
びＶ２を設定すると、各条件における前記ｘ，ｙは、図
６の中段に示す数値となる。そして、各条件におけるＣ
ＯＰとＳＥＥＲの膨張機同軸構成の冷媒回路に対する二
軸直列（高段）構成の冷媒回路の比は、図６の下段に示
す値のように、僅かながら二軸直列（高段）構成の方が
良い。なお、膨張機の膨張容積比については、膨張機同
軸の場合も二軸直列の場合も、暖房中間条件で過不足な
く膨張して膨張ロスが生じないような値を基準として用
いており、以後特にことわらない限り同じである。
に最も寄与度の大きい暖房中間条件でバイパス比ｘ＝予
膨張率ｙ＝０％となるように、Ｖｓｔに対するＶｅｘ及
びＶ２を設定すると、各条件における前記ｘ，ｙは、図
６の中段に示す数値となる。そして、各条件におけるＣ
ＯＰとＳＥＥＲの膨張機同軸構成の冷媒回路に対する二
軸直列（高段）構成の冷媒回路の比は、図６の下段に示
す値のように、僅かながら二軸直列（高段）構成の方が
良い。なお、膨張機の膨張容積比については、膨張機同
軸の場合も二軸直列の場合も、暖房中間条件で過不足な
く膨張して膨張ロスが生じないような値を基準として用
いており、以後特にことわらない限り同じである。
【００２８】また、バイパスのみで予膨張の必要がない
ことから、図８のように膨張機をバイパスする配管の途
中に第２減圧手段１５を設けた構成の冷媒回路でよくな
る。このときの各条件における膨張機／第２圧縮機と圧
縮機それぞれの回転数は、図７に示す回転数となってい
る。
ことから、図８のように膨張機をバイパスする配管の途
中に第２減圧手段１５を設けた構成の冷媒回路でよくな
る。このときの各条件における膨張機／第２圧縮機と圧
縮機それぞれの回転数は、図７に示す回転数となってい
る。
【００２９】図９は二軸並列構成の冷媒回路図であり、
第２圧縮機を圧縮機１とは冷媒流路において並列に配置
し、膨張機／第２圧縮機の主軸１１に補助モータ１７を
備えた場合の基本冷媒回路を示している。このような二
軸並列構成の冷媒回路における流量マッチングに関して
は、 Ｎ２・Ｖｅｘ／υｅｘｉ＝Ｎ２・Ｖ２／υｓ＋Ｎ１・Ｖｓｔ／υｓ （３） の関係が必要となる。なお、全流量に対して膨張機４側
で決まるＮ２に対して第２圧縮機１４側の流量が決まる
ので、残りの流量に見合うＮ１で圧縮機１が駆動されれ
ば流量はバランスする。このとき、第２圧縮機の流量分
の圧縮仕事を膨張機の回収動力で賄えるとは限らない
が、補助モータ１７によって動力の過不足を吸収できる
ので、バイパスや予膨張を行わなくてもマッチング可能
となる。
第２圧縮機を圧縮機１とは冷媒流路において並列に配置
し、膨張機／第２圧縮機の主軸１１に補助モータ１７を
備えた場合の基本冷媒回路を示している。このような二
軸並列構成の冷媒回路における流量マッチングに関して
は、 Ｎ２・Ｖｅｘ／υｅｘｉ＝Ｎ２・Ｖ２／υｓ＋Ｎ１・Ｖｓｔ／υｓ （３） の関係が必要となる。なお、全流量に対して膨張機４側
で決まるＮ２に対して第２圧縮機１４側の流量が決まる
ので、残りの流量に見合うＮ１で圧縮機１が駆動されれ
ば流量はバランスする。このとき、第２圧縮機の流量分
の圧縮仕事を膨張機の回収動力で賄えるとは限らない
が、補助モータ１７によって動力の過不足を吸収できる
ので、バイパスや予膨張を行わなくてもマッチング可能
となる。
【００３０】この二軸並列（モータ併用）構成の場合の
ＣＯＰとＳＥＥＲにおける膨張機同軸構成に対する比、
および膨張機／第２圧縮機と圧縮機のそれぞれの回転数
は、図１０に示す数値となり、二軸直列構成でバイパス
することにより膨張機／第２圧縮機の回転数Ｎ２を低く
抑えていた条件でもバイパスしないで全流量を動力回収
する分、二軸直列構成よりもＣＯＰが良くなっているこ
とがわかる。
ＣＯＰとＳＥＥＲにおける膨張機同軸構成に対する比、
および膨張機／第２圧縮機と圧縮機のそれぞれの回転数
は、図１０に示す数値となり、二軸直列構成でバイパス
することにより膨張機／第２圧縮機の回転数Ｎ２を低く
抑えていた条件でもバイパスしないで全流量を動力回収
する分、二軸直列構成よりもＣＯＰが良くなっているこ
とがわかる。
【００３１】本発明の実施の形態１を示す図１におい
て、四方弁２０により冷房運転に切換えると、図１
（ｂ）に示すように室内機がガスクーラ３、そして室外
機が蒸発器５となる。このとき、膨張機４の前後の冷媒
流れの向きが逆転するが、膨張機４の出口側配管に逆流
防止手段１９を設けているので、膨張機４内を逆流せず
に全流量が第２減圧手段１５を経由するようになってい
る。これに伴い、流量制御手段１８が開となり圧縮機１
から吐出された冷媒は第２圧縮機を迂回するようになっ
ている。
て、四方弁２０により冷房運転に切換えると、図１
（ｂ）に示すように室内機がガスクーラ３、そして室外
機が蒸発器５となる。このとき、膨張機４の前後の冷媒
流れの向きが逆転するが、膨張機４の出口側配管に逆流
防止手段１９を設けているので、膨張機４内を逆流せず
に全流量が第２減圧手段１５を経由するようになってい
る。これに伴い、流量制御手段１８が開となり圧縮機１
から吐出された冷媒は第２圧縮機を迂回するようになっ
ている。
【００３２】四方弁を複数個用いることにより、暖房運
転と冷房運転の両方共に膨張機を同一方向に流れるよう
な構成も可能であるが、本実施の形態では、逆流時には
バイパスさせる構成をとっているので、簡素化、低コス
ト化が得られる。一方、同軸構成の冷媒回路の場合は、
逆流時にも膨張機を停止させることができないので、冷
房運転時と暖房運転時で膨張機における流れの向きが同
じとなるように複雑な冷媒回路構成を取らざる得なくな
る。
転と冷房運転の両方共に膨張機を同一方向に流れるよう
な構成も可能であるが、本実施の形態では、逆流時には
バイパスさせる構成をとっているので、簡素化、低コス
ト化が得られる。一方、同軸構成の冷媒回路の場合は、
逆流時にも膨張機を停止させることができないので、冷
房運転時と暖房運転時で膨張機における流れの向きが同
じとなるように複雑な冷媒回路構成を取らざる得なくな
る。
【００３３】このように膨張機４の出口側配管に逆流防
止手段１９、第２圧縮機１４と並列の迂回流路に流量制
御手段１８を配設することにより、冷房運転と暖房運転
の切換えによる逆流時には膨張動力回収を行わないよう
な構成の場合、各条件におけるＣＯＰ（成績係数）とＳ
ＥＥＲ（冷・暖平均エネルギ消費効率）を膨張機同軸構
成の冷媒回路（図３）のときに対する比は、図１１に示
す数値となり、動力回収を行わない冷房の条件で５〜１
０％のＣＯＰ低下となるが、その寄与度が低いことから
ＳＥＥＲの低下は２％以下と抑えられている。
止手段１９、第２圧縮機１４と並列の迂回流路に流量制
御手段１８を配設することにより、冷房運転と暖房運転
の切換えによる逆流時には膨張動力回収を行わないよう
な構成の場合、各条件におけるＣＯＰ（成績係数）とＳ
ＥＥＲ（冷・暖平均エネルギ消費効率）を膨張機同軸構
成の冷媒回路（図３）のときに対する比は、図１１に示
す数値となり、動力回収を行わない冷房の条件で５〜１
０％のＣＯＰ低下となるが、その寄与度が低いことから
ＳＥＥＲの低下は２％以下と抑えられている。
【００３４】実施の形態２．本発明の実施の形態２を図
１２に基づいて説明する。図１２（ａ），（ｂ）は実施
の形態２を示す冷媒回路図であり、（ａ）は暖房運転
時、（ｂ）は冷房運転時を表している。本実施の形態２
は、図９で説明してきた二軸並列（モータ併用）構成の
冷媒回路が基本構成となっている。図１２において、４
ａ，４ｂはそれぞれ暖房運転用、冷房運転用の膨張機で
あり、１９ａ，１９ｂは逆流防止手段、１７は主軸１１
に設けられた補助モータである。なお、図１と同一又は
相当部には同じ符号を付し説明を省略する。図１２にお
いて、第２圧縮機１４を圧縮機１と冷媒流路において並
列に配置し、ガスクーラ３と蒸発器５との間の配管に２
つの並列配設した膨張機４ａ，４ｂを備え、これら膨張
機の出口側にはそれぞれ逆流防止手段１９ａ，１９ｂが
冷房運転と暖房運転の切換えによる冷媒の逆方向流れに
対応して設けられた冷媒回路構成となっている。なお、
本図では逆流防止手段１９ａ，１９ｂを膨張機の出口側
（流出側）に設けるようにしたが、これに限るものでな
く、反対側の入口側（流入側）に設置してもよい。ま
た、図１２（ａ）におけるガスクーラ３が室内機、蒸発
器５が室外機に相当しており、四方弁２０の切換えによ
り図１２（ｂ）の冷房状態になると室内機は蒸発器５、
室外機がガスクーラ３となる。
１２に基づいて説明する。図１２（ａ），（ｂ）は実施
の形態２を示す冷媒回路図であり、（ａ）は暖房運転
時、（ｂ）は冷房運転時を表している。本実施の形態２
は、図９で説明してきた二軸並列（モータ併用）構成の
冷媒回路が基本構成となっている。図１２において、４
ａ，４ｂはそれぞれ暖房運転用、冷房運転用の膨張機で
あり、１９ａ，１９ｂは逆流防止手段、１７は主軸１１
に設けられた補助モータである。なお、図１と同一又は
相当部には同じ符号を付し説明を省略する。図１２にお
いて、第２圧縮機１４を圧縮機１と冷媒流路において並
列に配置し、ガスクーラ３と蒸発器５との間の配管に２
つの並列配設した膨張機４ａ，４ｂを備え、これら膨張
機の出口側にはそれぞれ逆流防止手段１９ａ，１９ｂが
冷房運転と暖房運転の切換えによる冷媒の逆方向流れに
対応して設けられた冷媒回路構成となっている。なお、
本図では逆流防止手段１９ａ，１９ｂを膨張機の出口側
（流出側）に設けるようにしたが、これに限るものでな
く、反対側の入口側（流入側）に設置してもよい。ま
た、図１２（ａ）におけるガスクーラ３が室内機、蒸発
器５が室外機に相当しており、四方弁２０の切換えによ
り図１２（ｂ）の冷房状態になると室内機は蒸発器５、
室外機がガスクーラ３となる。
【００３５】冷暖房運転の切換えによる膨張機部分の冷
媒の逆流に関しては、図１２に示すように暖房運転時用
の膨張機４ａと冷房運転時用の膨張機４ｂとを同一主軸
１１上に配設し、それぞれの出口側配管に逆流防止手段
１９ａ，１９ｂを設け、暖房運転時は膨張機４ａ側を冷
媒が流通し、冷房運転時は膨張機４ｂ側を冷媒が流通す
る２ＷＡＹ膨張機構部とすることにより、冷房運転時と
暖房運転時共に膨張動力回収を行うことが可能となり、
第２圧縮機１４をバイパスするような流量制御手段は不
要となる。
媒の逆流に関しては、図１２に示すように暖房運転時用
の膨張機４ａと冷房運転時用の膨張機４ｂとを同一主軸
１１上に配設し、それぞれの出口側配管に逆流防止手段
１９ａ，１９ｂを設け、暖房運転時は膨張機４ａ側を冷
媒が流通し、冷房運転時は膨張機４ｂ側を冷媒が流通す
る２ＷＡＹ膨張機構部とすることにより、冷房運転時と
暖房運転時共に膨張動力回収を行うことが可能となり、
第２圧縮機１４をバイパスするような流量制御手段は不
要となる。
【００３６】また、図９に示す二軸並列（モータ併用）
の基本冷媒回路では、膨張機と同軸連動した第２圧縮機
の流量と動力の釣合いについては補助モータ１７によっ
て吸収できるが、膨張容積比固定による不足膨張及び過
膨張ロスを任意の条件に対してなくすことはできない。
しかし、本実施の形態２では膨張機を並列に二つ備え２
ＷＡＹ膨張機構部とすることにより、冷房運転と暖房運
転のそれぞれの条件に対して膨張ロスがゼロとなるよう
な膨張容積比を設定することが可能である。
の基本冷媒回路では、膨張機と同軸連動した第２圧縮機
の流量と動力の釣合いについては補助モータ１７によっ
て吸収できるが、膨張容積比固定による不足膨張及び過
膨張ロスを任意の条件に対してなくすことはできない。
しかし、本実施の形態２では膨張機を並列に二つ備え２
ＷＡＹ膨張機構部とすることにより、冷房運転と暖房運
転のそれぞれの条件に対して膨張ロスがゼロとなるよう
な膨張容積比を設定することが可能である。
【００３７】本実施の形態において、膨張機４ａの膨張
容積比は暖房中間条件に、そして膨張機４ｂは冷房中間
条件に合わせた場合のＣＯＰとＳＥＥＲの膨張機同軸構
成の冷媒回路に対する比は、図１３に示す数値となり、
図９の場合における暖房中間条件で膨張ロスが生じない
膨張容積比で求めた値よりも、冷房運転側でも膨張容積
比を合わせた分だけ良くなっており、更に高効率となる
冷凍空調装置が得られる。
容積比は暖房中間条件に、そして膨張機４ｂは冷房中間
条件に合わせた場合のＣＯＰとＳＥＥＲの膨張機同軸構
成の冷媒回路に対する比は、図１３に示す数値となり、
図９の場合における暖房中間条件で膨張ロスが生じない
膨張容積比で求めた値よりも、冷房運転側でも膨張容積
比を合わせた分だけ良くなっており、更に高効率となる
冷凍空調装置が得られる。
【００３８】実施の形態３．本発明の実施の形態３を図
１４に基づいて説明する。図１４（ａ）は暖房運転時、
（ｂ）は冷房運転時を表している。本実施の形態３は、
図８で説明してきた二軸直列（高段）構成の冷媒回路が
基本となっている。図１４において、２１は第２ガスク
ーラ、１８は第２ガスクーラをバイパスする配管の流量
制御手段である。なお、図１および図１２と同一又は相
当部には同じ符号を付し説明を省略する。図１４（ａ）
における暖房運転ではガスクーラ３が室内機、蒸発器５
が室外機に相当しており、四方弁２０の切換えにより図
１４（ｂ）の冷房運転では蒸発器５が室内機、ガスクー
ラ３が室外機となる。
１４に基づいて説明する。図１４（ａ）は暖房運転時、
（ｂ）は冷房運転時を表している。本実施の形態３は、
図８で説明してきた二軸直列（高段）構成の冷媒回路が
基本となっている。図１４において、２１は第２ガスク
ーラ、１８は第２ガスクーラをバイパスする配管の流量
制御手段である。なお、図１および図１２と同一又は相
当部には同じ符号を付し説明を省略する。図１４（ａ）
における暖房運転ではガスクーラ３が室内機、蒸発器５
が室外機に相当しており、四方弁２０の切換えにより図
１４（ｂ）の冷房運転では蒸発器５が室内機、ガスクー
ラ３が室外機となる。
【００３９】暖房運転時用の膨張機４ａと冷房運転時用
の膨張機４ｂにそれぞれの出口側配管に逆流防止手段１
９ａ，１９ｂを備え、冷房運転と暖房運転ともに膨張動
力回収を行うことについては、実施の形態２と同様であ
る。本実施の形態３では、更に第２ガスクーラ２１を圧
縮機１と第２圧縮機１４との間の配管に設け、圧縮機１
により冷媒を圧縮後、吐出された高圧ガス冷媒を第２圧
縮機１４で圧縮する前に前記第２ガスクーラ２１で冷却
する。
の膨張機４ｂにそれぞれの出口側配管に逆流防止手段１
９ａ，１９ｂを備え、冷房運転と暖房運転ともに膨張動
力回収を行うことについては、実施の形態２と同様であ
る。本実施の形態３では、更に第２ガスクーラ２１を圧
縮機１と第２圧縮機１４との間の配管に設け、圧縮機１
により冷媒を圧縮後、吐出された高圧ガス冷媒を第２圧
縮機１４で圧縮する前に前記第２ガスクーラ２１で冷却
する。
【００４０】ここで、この実施の形態３における冷媒状
態について図１５を用いて説明する。図１５は、中間冷
却二段圧縮サイクルを説明するｐ−ｈ線図であり、横軸
にエンタルピｈ、縦軸に圧力ｐをとっている。図中のａ
点は圧縮機１の吸入部、ｂ点は圧縮機１の吐出部、ｃ点
は第２ガスクーラ２１の出口部、ｄ点は第２圧縮機１４
の吐出部、ｅ点はガスクーラ３の出口部、ｆ点は膨張機
４の出口部のそれぞれの冷媒状態を示している（暖房運
転時における）。図に示すように、第２ガスクーラ２１
を介さずに中間冷却なしで圧縮行程を行った場合（図中
のａ→ｂ→ｂ‘動作）に比べて、中間冷却二段圧縮（図
中のａ→ｂ圧縮行程の後にｃ点まで冷却し、高段でｃ→
ｄ圧縮行程を行う）の方が、エンタルピー値で表すと、
（ｈｂ’−ｈａ）＞（ｈｂ−ｈａ）＋（ｈｄ−ｈｃ）で
あることから、圧縮に要する仕事が小さくなり、同一冷
凍能力（ｈａ−ｈｆ）に対するＣＯＰは良くなる。暖房
時は暖房能力が、（ｈｂ‘−ｈｅ）から（ｈｂ−ｈｃ）
＋（ｈｄ−ｈｅ）となるため、冷房時ほどはＣＯＰは向
上しない。
態について図１５を用いて説明する。図１５は、中間冷
却二段圧縮サイクルを説明するｐ−ｈ線図であり、横軸
にエンタルピｈ、縦軸に圧力ｐをとっている。図中のａ
点は圧縮機１の吸入部、ｂ点は圧縮機１の吐出部、ｃ点
は第２ガスクーラ２１の出口部、ｄ点は第２圧縮機１４
の吐出部、ｅ点はガスクーラ３の出口部、ｆ点は膨張機
４の出口部のそれぞれの冷媒状態を示している（暖房運
転時における）。図に示すように、第２ガスクーラ２１
を介さずに中間冷却なしで圧縮行程を行った場合（図中
のａ→ｂ→ｂ‘動作）に比べて、中間冷却二段圧縮（図
中のａ→ｂ圧縮行程の後にｃ点まで冷却し、高段でｃ→
ｄ圧縮行程を行う）の方が、エンタルピー値で表すと、
（ｈｂ’−ｈａ）＞（ｈｂ−ｈａ）＋（ｈｄ−ｈｃ）で
あることから、圧縮に要する仕事が小さくなり、同一冷
凍能力（ｈａ−ｈｆ）に対するＣＯＰは良くなる。暖房
時は暖房能力が、（ｈｂ‘−ｈｅ）から（ｈｂ−ｈｃ）
＋（ｈｄ−ｈｅ）となるため、冷房時ほどはＣＯＰは向
上しない。
【００４１】また、第２ガスクーラ２１を冷房運転及び
暖房運転に対応して室外機と室内機間を移動させるわけ
にはいかないので、第２ガスクーラ２１は室外機に設け
られ、より効率改善効果の大きい冷房運転時にのみ機能
するようになっている。暖房運転時には流量制御手段１
８が開となって迂回するようになっている。
暖房運転に対応して室外機と室内機間を移動させるわけ
にはいかないので、第２ガスクーラ２１は室外機に設け
られ、より効率改善効果の大きい冷房運転時にのみ機能
するようになっている。暖房運転時には流量制御手段１
８が開となって迂回するようになっている。
【００４２】このような二軸直列（高段）２ＷＡＹ膨張
機を有すと共に冷房運転時に中間冷却を備えた冷媒回路
でのＣＯＰとＳＥＥＲにおける膨張機同軸構成の冷媒回
路に対する比は、図１６に示す値となり、膨張機の行程
容積を冷房と暖房運転の２条件に合わせて第２減圧手段
１５からのバイパス量を抑え、膨張容積比も冷房と暖房
運転の２条件に合わせて膨張ロスを減らしたことによる
効果と中間冷却の効果により、実施の形態２の二軸並列
（モータ併用）２ＷＡＹ膨張機並みの良いＳＥＥＲ値と
なっている。
機を有すと共に冷房運転時に中間冷却を備えた冷媒回路
でのＣＯＰとＳＥＥＲにおける膨張機同軸構成の冷媒回
路に対する比は、図１６に示す値となり、膨張機の行程
容積を冷房と暖房運転の２条件に合わせて第２減圧手段
１５からのバイパス量を抑え、膨張容積比も冷房と暖房
運転の２条件に合わせて膨張ロスを減らしたことによる
効果と中間冷却の効果により、実施の形態２の二軸並列
（モータ併用）２ＷＡＹ膨張機並みの良いＳＥＥＲ値と
なっている。
【００４３】実施の形態４．本発明の実施の形態４を図
１７に基づいて説明する。図１７は図１に示した二軸直
列（高段）構成を基本とした冷媒回路図であり、（ａ）
が暖房運転時、（ｂ）が冷房運転時を示す。図におい
て、２２はイジェクタ、２３は第２四方弁であり、図１
と同一又は相当部には同じ符号を付し説明を省略する。
１７に基づいて説明する。図１７は図１に示した二軸直
列（高段）構成を基本とした冷媒回路図であり、（ａ）
が暖房運転時、（ｂ）が冷房運転時を示す。図におい
て、２２はイジェクタ、２３は第２四方弁であり、図１
と同一又は相当部には同じ符号を付し説明を省略する。
【００４４】本実施の形態では、第２減圧手段１５がイ
ジェクタ２２、アキュムレータ６と組合わされて、バイ
パスや逆流により膨張動力回収されない減圧流量に対し
てイジェクタ効果によるエネルギ回収を行うようになっ
ている。図１７（ａ）の暖房運転時には膨張機４で膨張
動力回収が行われるが、暖房中間以外の条件のときに、
流量マッチングのためバイパスする分はイジェクタ２２
での回収に用いられる。一方、（ｂ）の冷房運転時は逆
流防止手段１９により膨張機４への流入はせず、全流量
がイジェクタ２２を経由して減圧されることになる。
ジェクタ２２、アキュムレータ６と組合わされて、バイ
パスや逆流により膨張動力回収されない減圧流量に対し
てイジェクタ効果によるエネルギ回収を行うようになっ
ている。図１７（ａ）の暖房運転時には膨張機４で膨張
動力回収が行われるが、暖房中間以外の条件のときに、
流量マッチングのためバイパスする分はイジェクタ２２
での回収に用いられる。一方、（ｂ）の冷房運転時は逆
流防止手段１９により膨張機４への流入はせず、全流量
がイジェクタ２２を経由して減圧されることになる。
【００４５】一般的にはイジェクタのエネルギ効率は膨
張機による動力回収効率よりも低く２０％程度である
が、イジェクタ効率２０％で計算しても、ＣＯＰとＳＥ
ＥＲは膨張機同軸構成に対する比は、図１８に示す値と
なり、図１の二軸直列高段（１ＷＡＹ）構成の冷媒回路
に較べて冷房時の全流量と暖房定格時のバイパス流量に
ついてイジェクタ効果の分だけはＣＯＰが改善されてい
る。
張機による動力回収効率よりも低く２０％程度である
が、イジェクタ効率２０％で計算しても、ＣＯＰとＳＥ
ＥＲは膨張機同軸構成に対する比は、図１８に示す値と
なり、図１の二軸直列高段（１ＷＡＹ）構成の冷媒回路
に較べて冷房時の全流量と暖房定格時のバイパス流量に
ついてイジェクタ効果の分だけはＣＯＰが改善されてい
る。
【００４６】なお、上述いずれの実施の形態も、冷房ま
たは暖房いずれの場合も油分離器２からアキュムレータ
６の出口側配管に分離された油を戻すことにより、アキ
ュムレータ６から圧縮機１を経てガスクーラ３の入口近
傍の配管部分は油リッチに保たれ、ガスクーラ、蒸発器
の熱交換効率を下げずに、油シール効果により圧縮機構
部分の効率を向上させることができる。
たは暖房いずれの場合も油分離器２からアキュムレータ
６の出口側配管に分離された油を戻すことにより、アキ
ュムレータ６から圧縮機１を経てガスクーラ３の入口近
傍の配管部分は油リッチに保たれ、ガスクーラ、蒸発器
の熱交換効率を下げずに、油シール効果により圧縮機構
部分の効率を向上させることができる。
【００４７】また、本発明の実施の形態１〜４に係る冷
凍空調装置は使用する冷媒として地球温暖化係数が１の
二酸化炭素を用いているため、オゾン層破壊や地球温暖
化など地球環境への悪影響の小さい冷凍空調装置を提供
することができる。
凍空調装置は使用する冷媒として地球温暖化係数が１の
二酸化炭素を用いているため、オゾン層破壊や地球温暖
化など地球環境への悪影響の小さい冷凍空調装置を提供
することができる。
【００４８】
【発明の効果】以上のように本発明の請求項１に係る冷
凍空調装置は、電動機によって駆動される圧縮機と、前
記圧縮機で圧縮された高圧の冷媒を冷却するガスクーラ
と、前記ガスクーラによって冷却されたガスを減圧する
ことにより動力を取出す膨張機と、前記膨張機により減
圧された冷媒を加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口側
で余分な液冷媒を貯留するアキュムレータと、前記膨張
機で回収した膨張動力により駆動される第２圧縮機とを
備え、前記圧縮機から流出した油をガスクーラの前で分
離し、アキュムレータと圧縮機の間に戻す油分離器を設
け、膨張機の回収動力で主圧縮機と別軸の第２圧縮機を
駆動するようにしたので、レシプロ式膨張機のように複
雑な弁開閉タイミング制御機構を持たない、マルチベー
ン式やスクロール式など行程容積と膨張容積比が決まっ
た形式の膨張機を用いながら、圧縮側との流量マッチン
グによる膨張動力の非回収分を同軸の場合と較べて少な
くすることができ、簡素な機構、構成で高効率な超臨界
サイクルの冷凍空調装置を得ることができる。
凍空調装置は、電動機によって駆動される圧縮機と、前
記圧縮機で圧縮された高圧の冷媒を冷却するガスクーラ
と、前記ガスクーラによって冷却されたガスを減圧する
ことにより動力を取出す膨張機と、前記膨張機により減
圧された冷媒を加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口側
で余分な液冷媒を貯留するアキュムレータと、前記膨張
機で回収した膨張動力により駆動される第２圧縮機とを
備え、前記圧縮機から流出した油をガスクーラの前で分
離し、アキュムレータと圧縮機の間に戻す油分離器を設
け、膨張機の回収動力で主圧縮機と別軸の第２圧縮機を
駆動するようにしたので、レシプロ式膨張機のように複
雑な弁開閉タイミング制御機構を持たない、マルチベー
ン式やスクロール式など行程容積と膨張容積比が決まっ
た形式の膨張機を用いながら、圧縮側との流量マッチン
グによる膨張動力の非回収分を同軸の場合と較べて少な
くすることができ、簡素な機構、構成で高効率な超臨界
サイクルの冷凍空調装置を得ることができる。
【００４９】また、本発明の請求項２に係る冷凍空調装
置は、前記膨張機と並列に配設した第２減圧手段と前記
膨張機の流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前
記第２圧縮機を迂回する流量制御手段付き流路を設けた
ので、弁開閉制御機構を持たないシンプルな構造の膨張
機を用いながら、冷房と暖房の切換えによる逆流時に膨
張機の吸入および吐出を同じにするため複雑な回路構成
を避けることができ、簡素で低コストの冷凍空調装置を
得ることができる。
置は、前記膨張機と並列に配設した第２減圧手段と前記
膨張機の流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前
記第２圧縮機を迂回する流量制御手段付き流路を設けた
ので、弁開閉制御機構を持たないシンプルな構造の膨張
機を用いながら、冷房と暖房の切換えによる逆流時に膨
張機の吸入および吐出を同じにするため複雑な回路構成
を避けることができ、簡素で低コストの冷凍空調装置を
得ることができる。
【００５０】また、本発明の請求項３に係る冷凍空調装
置は、前記膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれぞれ対応
する２つの膨張機構部と前または後ろにそれぞれ逆流防
止手段を備え、前記膨張機と並列に第２減圧手段を設け
たので、膨張機の行程容積と膨張容積比を冷房と暖房の
両条件について最適な値を選ぶことができ、更に高効率
な冷凍空調装置を得ることができる。
置は、前記膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれぞれ対応
する２つの膨張機構部と前または後ろにそれぞれ逆流防
止手段を備え、前記膨張機と並列に第２減圧手段を設け
たので、膨張機の行程容積と膨張容積比を冷房と暖房の
両条件について最適な値を選ぶことができ、更に高効率
な冷凍空調装置を得ることができる。
【００５１】また、本発明の請求項４に係る冷凍空調装
置は、前記第２圧縮機の負荷に対する膨張機の回収動力
の不足分を補うための補助モータを備えたので、第２圧
縮機の負荷に対する膨張機での回収動力の過不足を補助
モータによって吸収することができるので、更に高効率
な冷凍空調装置を得ることができる。
置は、前記第２圧縮機の負荷に対する膨張機の回収動力
の不足分を補うための補助モータを備えたので、第２圧
縮機の負荷に対する膨張機での回収動力の過不足を補助
モータによって吸収することができるので、更に高効率
な冷凍空調装置を得ることができる。
【００５２】また、本発明の請求項５に係る冷凍空調装
置は、電動機によって駆動される圧縮機と、前記圧縮機
で駆動された高圧の冷媒を冷却するガスクーラと、前記
ガスクーラによって冷却されたガスを減圧することによ
り動力を取り出す膨張機と、前記膨張機により減圧され
た冷媒を加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口側で余分
な液冷媒を貯留するアキュムレータと、前記圧縮機と直
列に配管接続され前記膨張機の回収動力により駆動され
る第２圧縮機と、前記圧縮機と前記第２圧縮機の間に第
２ガスクーラとを備え、前記圧縮機から流出した油をガ
スクーラの前で分離しアキュムレータから圧縮機の間に
戻す油分離器を設けたので、行程容積と膨張容積比が決
まった膨張機を用いながら、圧縮側との流量マッチング
による膨張動力の非回収分を同軸の場合と較べて少なく
することができ、また第２ガスクーラで主圧縮機の吐出
ガスを冷却してから第２圧縮機に吸入または圧縮するこ
とにより、中間冷却二段圧縮サイクルとすることができ
るので、高効率な冷凍空調装置を得ることができる。
置は、電動機によって駆動される圧縮機と、前記圧縮機
で駆動された高圧の冷媒を冷却するガスクーラと、前記
ガスクーラによって冷却されたガスを減圧することによ
り動力を取り出す膨張機と、前記膨張機により減圧され
た冷媒を加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口側で余分
な液冷媒を貯留するアキュムレータと、前記圧縮機と直
列に配管接続され前記膨張機の回収動力により駆動され
る第２圧縮機と、前記圧縮機と前記第２圧縮機の間に第
２ガスクーラとを備え、前記圧縮機から流出した油をガ
スクーラの前で分離しアキュムレータから圧縮機の間に
戻す油分離器を設けたので、行程容積と膨張容積比が決
まった膨張機を用いながら、圧縮側との流量マッチング
による膨張動力の非回収分を同軸の場合と較べて少なく
することができ、また第２ガスクーラで主圧縮機の吐出
ガスを冷却してから第２圧縮機に吸入または圧縮するこ
とにより、中間冷却二段圧縮サイクルとすることができ
るので、高効率な冷凍空調装置を得ることができる。
【００５３】また、本発明の請求項６に係る冷凍空調装
置は、前記第２圧縮機の吸入圧力または温度をサイクル
のＣＯＰが最も高くなる中間圧力または温度に制御する
ので、更に高効率な冷凍空調装置を得ることができる。
置は、前記第２圧縮機の吸入圧力または温度をサイクル
のＣＯＰが最も高くなる中間圧力または温度に制御する
ので、更に高効率な冷凍空調装置を得ることができる。
【００５４】また、本発明の請求項７に係る冷凍空調装
置は、前記膨張機と並列に配設した第２減圧手段と前記
膨張機の流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前
記第２圧縮機及び第２ガスクーラを迂回する流量制御手
段付の流路を設けたので、中間冷却を冷房運転時に限る
ことにより、冷房運転と暖房運転との切換えによる逆流
時に膨張機の吸入および吐出を同じにして更に暖房時と
冷房時の第２ガスクーラを２つ備えるという複雑な冷媒
回路構成を避けることができるので、簡素で低コストの
冷凍空調装置を得ることができる。
置は、前記膨張機と並列に配設した第２減圧手段と前記
膨張機の流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前
記第２圧縮機及び第２ガスクーラを迂回する流量制御手
段付の流路を設けたので、中間冷却を冷房運転時に限る
ことにより、冷房運転と暖房運転との切換えによる逆流
時に膨張機の吸入および吐出を同じにして更に暖房時と
冷房時の第２ガスクーラを２つ備えるという複雑な冷媒
回路構成を避けることができるので、簡素で低コストの
冷凍空調装置を得ることができる。
【００５５】また、本発明の請求項８に係る冷凍空調装
置は、前記第２減圧手段をイジェクタとしたので、膨張
機をバイパスして減圧する流量分に対しても前記インジ
ェクタによるエネルギ回収を行うことができ、更に高効
率な冷凍空調装置を得ることができる。
置は、前記第２減圧手段をイジェクタとしたので、膨張
機をバイパスして減圧する流量分に対しても前記インジ
ェクタによるエネルギ回収を行うことができ、更に高効
率な冷凍空調装置を得ることができる。
【００５６】また、本発明の請求項９に係る冷凍空調装
置は、冷媒として二酸化炭素を用いたので、冷媒として
地球温暖化係数が１であり地球環境への悪影響の小さい
冷凍空調装置を得ることができる。
置は、冷媒として二酸化炭素を用いたので、冷媒として
地球温暖化係数が１であり地球環境への悪影響の小さい
冷凍空調装置を得ることができる。
【図１】 本発明の実施の形態1に係る冷凍空調装置の
冷媒回路図である。
冷媒回路図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係わり、二軸直列
（高段）構成の基本冷媒回路図である。
（高段）構成の基本冷媒回路図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係わり、膨張機同軸
構成を説明するための冷媒回路図である。
構成を説明するための冷媒回路図である。
【図４】 本発明の実施の形態１に係わり、膨張機同軸
構成を示す冷媒回路図である。
構成を示す冷媒回路図である。
【図５】 本発明の実施の形態１に係わり、膨張機同軸
構成における基準値を示す表である。
構成における基準値を示す表である。
【図６】 本発明の実施の形態１に係わり、二軸直列
（高段）構成の冷媒回路図における特性値を示す表であ
る。
（高段）構成の冷媒回路図における特性値を示す表であ
る。
【図７】 本発明の実施の形態１に係わり、二軸直列
（高段）構成の冷媒回路図における回転数を表す表であ
る。
（高段）構成の冷媒回路図における回転数を表す表であ
る。
【図８】 本発明の実施の形態１に係わり、膨張機同軸
構成を説明するための基本冷媒回路図である。
構成を説明するための基本冷媒回路図である。
【図９】 本発明の実施の形態１に係わり、膨張機同軸
構成を示す冷媒回路図である。
構成を示す冷媒回路図である。
【図１０】 本発明の実施の形態１に係わり、二軸並列
（モータ併用）構成の冷媒回路における特性値を示す表
である。
（モータ併用）構成の冷媒回路における特性値を示す表
である。
【図１１】 本発明の実施の形態１に係わり、二軸直列
高段（１ＷＡＹ）構成の冷媒回路における特性値を示す
表である。
高段（１ＷＡＹ）構成の冷媒回路における特性値を示す
表である。
【図１２】 本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図である。
の冷媒回路図である。
【図１３】 本発明の実施の形態２に係わり、膨張機同
軸構成に対するＣＯＰ比を示す図である。
軸構成に対するＣＯＰ比を示す図である。
【図１４】 本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図である。
の冷媒回路図である。
【図１５】 本発明の実施の形態３に係わり、中間冷却
二段圧縮サイクルを説明するためのｐ−ｈ線図である。
二段圧縮サイクルを説明するためのｐ−ｈ線図である。
【図１６】 本発明の実施の形態３に係わり、膨張機同
軸構成に対するＣＯＰ比を示す図である。
軸構成に対するＣＯＰ比を示す図である。
【図１７】 本発明の実施の形態４に係る冷凍空調装置
の冷媒回路図である。
の冷媒回路図である。
【図１８】 本発明の実施の形態４に係わり、膨張機同
軸構成に対するＣＯＰ比を示す図である。
軸構成に対するＣＯＰ比を示す図である。
【図１９】 従来の冷凍空調装置の冷媒回路図である。
【図２０】 従来の別の冷凍空調装置の冷媒回路図であ
る。
る。
１ 圧縮機、 ２ 油分離器、 ３ ガスクーラ、
４、４ａ、４ｂ 膨張機、 ５ 蒸発器、 ６ アキ
ュムレータ、 ７ 温度センサ、 ８ 圧力センサ、
９ 演算手段、 １０ 膨張比制御手段、 １１ 主
軸、 １２ 原動機（モータ）、 １３ 発電機、 １
４ 第２圧縮機、 １５ 第２減圧手段、１６ 予膨張
弁、 １７ 補助モータ、 １８ 流量制御手段、 １
９、１９ａ、１９ｂ 逆流防止手段、 ２０ 四方弁、
２１ 第２ガスクーラ、 ２２イジェクタ、 ２３
第２四方弁。
４、４ａ、４ｂ 膨張機、 ５ 蒸発器、 ６ アキ
ュムレータ、 ７ 温度センサ、 ８ 圧力センサ、
９ 演算手段、 １０ 膨張比制御手段、 １１ 主
軸、 １２ 原動機（モータ）、 １３ 発電機、 １
４ 第２圧縮機、 １５ 第２減圧手段、１６ 予膨張
弁、 １７ 補助モータ、 １８ 流量制御手段、 １
９、１９ａ、１９ｂ 逆流防止手段、 ２０ 四方弁、
２１ 第２ガスクーラ、 ２２イジェクタ、 ２３
第２四方弁。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１５年２月２０日（２００３．２．２
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項４】 前記膨張機と並列に配設した第２減圧手
段と前記膨張機の流入側または流出側に逆流防止手段を
備え、前記第２圧縮機を迂回する流量制御手段付の流路
を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れかに記載の冷凍空調装置。
段と前記膨張機の流入側または流出側に逆流防止手段を
備え、前記第２圧縮機を迂回する流量制御手段付の流路
を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れかに記載の冷凍空調装置。
【請求項５】 前記膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれ
ぞれ対応する２つの膨張機と前または後ろにそれぞれ逆
流防止手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の冷凍空調装置。
ぞれ対応する２つの膨張機と前または後ろにそれぞれ逆
流防止手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の冷凍空調装置。
【請求項６】 前記第２圧縮機の負荷に対する膨張機の
回収動力の不足分を補うための補助モータを備えたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の
冷凍空調装置。
回収動力の不足分を補うための補助モータを備えたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の
冷凍空調装置。
【請求項８】 前記第２圧縮機の吸入圧力または温度を
サイクルＣＯＰが最も高くなる中間圧力または温度に制
御するようにしたことを特徴とする請求項７記載の冷凍
空調装置。
サイクルＣＯＰが最も高くなる中間圧力または温度に制
御するようにしたことを特徴とする請求項７記載の冷凍
空調装置。
【請求項９】 暖房運転時には前記第２ガスクーラを迂
回する流量制御手段付の流路を設けたことを特徴とする
請求項７記載の冷凍空調装置。
回する流量制御手段付の流路を設けたことを特徴とする
請求項７記載の冷凍空調装置。
【請求項１０】 前記膨張機と並列に第２減圧手段とし
てのイジェクタを設けたことを特徴とする請求項１記載
の冷凍空調装置。
てのイジェクタを設けたことを特徴とする請求項１記載
の冷凍空調装置。
【請求項１１】 冷媒として二酸化炭素を用いたことを
特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の
冷凍空調装置。
特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の
冷凍空調装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
冷凍空調装置は、複数台の圧縮機と、前記圧縮機で圧縮
された高圧の冷媒を冷却するガスクーラと、前記ガスク
ーラによって冷却されたガスを減圧することにより動力
を取出す膨張機と、前記膨張機により減圧された冷媒を
加熱する蒸発器とを備え、前記圧縮機のうち少なくとも
１台は前記膨張機で回収した膨張動力により駆動される
第２圧縮機であるとともに、複数の運転モードを持つも
のである。
冷凍空調装置は、複数台の圧縮機と、前記圧縮機で圧縮
された高圧の冷媒を冷却するガスクーラと、前記ガスク
ーラによって冷却されたガスを減圧することにより動力
を取出す膨張機と、前記膨張機により減圧された冷媒を
加熱する蒸発器とを備え、前記圧縮機のうち少なくとも
１台は前記膨張機で回収した膨張動力により駆動される
第２圧縮機であるとともに、複数の運転モードを持つも
のである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】本発明の請求項２に係る冷凍空調装置は、
運転モードが冷房運転時に前記ガスクーラが室外機側、
前記蒸発器が室内機側となるとともに、暖房運転時にそ
の逆となるように流路を切換える四方弁を備えたもので
ある。
運転モードが冷房運転時に前記ガスクーラが室外機側、
前記蒸発器が室内機側となるとともに、暖房運転時にそ
の逆となるように流路を切換える四方弁を備えたもので
ある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】本発明の請求項３に係る冷凍空調装置は、
第２圧縮機を他方の圧縮機の吐出側に接続したものであ
る。
第２圧縮機を他方の圧縮機の吐出側に接続したものであ
る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】本発明の請求項４に係る冷凍空調装置は、
膨張機と並列に配設した第２減圧手段と膨張機の流入側
または流出側に逆流防止手段を備え、前記第２圧縮機を
迂回する流量制御手段付の流路を設けたものである。
膨張機と並列に配設した第２減圧手段と膨張機の流入側
または流出側に逆流防止手段を備え、前記第２圧縮機を
迂回する流量制御手段付の流路を設けたものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】本発明の請求項５に係る冷凍空調装置は、
膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれぞれ対応する２つの
膨張機と前または後ろにそれぞれ逆流防止手段を備えた
ものである。
膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれぞれ対応する２つの
膨張機と前または後ろにそれぞれ逆流防止手段を備えた
ものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】本発明の請求項６に係る冷凍空調装置は、
第２圧縮機の負荷に対する膨張機の回収動力の不足分を
補うための補助モータを備えたものである。
第２圧縮機の負荷に対する膨張機の回収動力の不足分を
補うための補助モータを備えたものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】本発明の請求項７に係る冷凍空調装置は、
第２圧縮機の吸入側に前記第２圧縮機に吸入される冷媒
を冷却する第２ガスクーラを備えたものである。
第２圧縮機の吸入側に前記第２圧縮機に吸入される冷媒
を冷却する第２ガスクーラを備えたものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】本発明の請求項８に係る冷凍空調装置は、
第２圧縮機の吸入圧力または温度をサイクルＣＯＰが最
も高くなる中間圧力または温度に制御するようにしたも
のである。
第２圧縮機の吸入圧力または温度をサイクルＣＯＰが最
も高くなる中間圧力または温度に制御するようにしたも
のである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】本発明の請求項９に係る冷凍空調装置は、
暖房運転時には前記第２ガスクーラを迂回する流量制御
手段付の流路を設けたものである。また、本発明の請求
項１０に係る冷凍空調装置は、膨張機と並列に第２減圧
手段としてのイジェクタを設けたものである。また、本
発明の請求項１１に係る冷凍空調装置は、冷媒として二
酸化炭素を用いたものである。
暖房運転時には前記第２ガスクーラを迂回する流量制御
手段付の流路を設けたものである。また、本発明の請求
項１０に係る冷凍空調装置は、膨張機と並列に第２減圧
手段としてのイジェクタを設けたものである。また、本
発明の請求項１１に係る冷凍空調装置は、冷媒として二
酸化炭素を用いたものである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】ここで、本発明に係る冷凍空調装置の基本
冷媒回路について説明する。図２は二軸直列（高段）構
成の基本冷媒回路であり、二酸化炭素を冷媒として用い
ることを想定している。図において、モータ１２によっ
て駆動される圧縮機１は、膨張機４とは同軸となってお
らず、膨張機４の主軸は第２圧縮機１４を駆動するよう
になっている。そして、第２圧縮機１４は圧縮機１と冷
媒回路において直列に配管接続され、冷媒の二段圧縮を
行うように配設されている。圧縮機１と第２圧縮機１４
で圧縮された冷媒は、第２圧縮機１４の吐出側に配管接
続された油分離器２から分離した油を、圧縮機１の吸入
側、アキュムレータ６の流出後の位置に戻してから、ガ
スクーラ３で冷却される。そして、ガスクーラ３で冷却
された後の高圧冷媒ガスは膨張機４で減圧される際に膨
張動力を回収し、この回収動力は主軸１１を伝達して第
２圧縮機１４に伝えられる。膨張機４にて減圧された後
の冷媒は、蒸発器５で加熱され、余分な液冷媒を貯留す
るアキュムレータ６を経由してから、圧縮機１の吸入側
に戻る冷媒回路で構成されている。
冷媒回路について説明する。図２は二軸直列（高段）構
成の基本冷媒回路であり、二酸化炭素を冷媒として用い
ることを想定している。図において、モータ１２によっ
て駆動される圧縮機１は、膨張機４とは同軸となってお
らず、膨張機４の主軸は第２圧縮機１４を駆動するよう
になっている。そして、第２圧縮機１４は圧縮機１と冷
媒回路において直列に配管接続され、冷媒の二段圧縮を
行うように配設されている。圧縮機１と第２圧縮機１４
で圧縮された冷媒は、第２圧縮機１４の吐出側に配管接
続された油分離器２から分離した油を、圧縮機１の吸入
側、アキュムレータ６の流出後の位置に戻してから、ガ
スクーラ３で冷却される。そして、ガスクーラ３で冷却
された後の高圧冷媒ガスは膨張機４で減圧される際に膨
張動力を回収し、この回収動力は主軸１１を伝達して第
２圧縮機１４に伝えられる。膨張機４にて減圧された後
の冷媒は、蒸発器５で加熱され、余分な液冷媒を貯留す
るアキュムレータ６を経由してから、圧縮機１の吸入側
に戻る冷媒回路で構成されている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】ここで説明のため、図３に示す膨張機同軸
構成との対比を行う。図３は従来例の図１９をもとに基
本構成を簡略化して示した膨張機同軸構成の基本冷媒回
路図である。図３において、膨張機４とモータ１２で駆
動される圧縮機１とは主軸１１によって同軸となってい
る。この場合、膨張機４と圧縮機１が同一回転数となる
ように膨張機４と圧縮機１での流量がマッチしなければ
ならない。
構成との対比を行う。図３は従来例の図１９をもとに基
本構成を簡略化して示した膨張機同軸構成の基本冷媒回
路図である。図３において、膨張機４とモータ１２で駆
動される圧縮機１とは主軸１１によって同軸となってい
る。この場合、膨張機４と圧縮機１が同一回転数となる
ように膨張機４と圧縮機１での流量がマッチしなければ
ならない。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】ここで、全流量に対するバイパスされる流
量の比率をバイパス比ｘ、ガスクーラ／蒸発器間で減圧
する全高低圧差に対する予膨張弁前後の差圧の比率を予
膨張率ｙと定義する。上述の図４の膨張機同軸構成の冷
媒回路を備えた冷凍空調装置に対して、空調用途の代表
４運転条件のうち、ＳＥＥＲ（年間平均エネルギー消費
効率）に最も寄与度の大きい暖房中間条件にて、ｘ＝ｙ
＝０％となるように、圧縮機１の行程容積Ｖｓｔに対す
る膨張機の行程容積Ｖｅｘを設定した場合、各条件にお
けるｘ，ｙは、図５に示す数値となる。以後、ＣＯＰや
ＳＥＥＲなどの効率を比較する場合には、膨張機同軸構
成の冷媒回路におけるこのｘ、ｙのときの値を基準とす
る。
量の比率をバイパス比ｘ、ガスクーラ／蒸発器間で減圧
する全高低圧差に対する予膨張弁前後の差圧の比率を予
膨張率ｙと定義する。上述の図４の膨張機同軸構成の冷
媒回路を備えた冷凍空調装置に対して、空調用途の代表
４運転条件のうち、ＳＥＥＲ（年間平均エネルギー消費
効率）に最も寄与度の大きい暖房中間条件にて、ｘ＝ｙ
＝０％となるように、圧縮機１の行程容積Ｖｓｔに対す
る膨張機の行程容積Ｖｅｘを設定した場合、各条件にお
けるｘ，ｙは、図５に示す数値となる。以後、ＣＯＰや
ＳＥＥＲなどの効率を比較する場合には、膨張機同軸構
成の冷媒回路におけるこのｘ、ｙのときの値を基準とす
る。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】膨張機同軸構成のときと同様に、ＳＥＥＲ
に最も寄与度の大きい暖房中間条件でバイパス比ｘ＝予
膨張率ｙ＝０％となるように、Ｖｓｔに対するＶｅｘ及
びＶ２を設定すると、各条件における前記ｘ，ｙは、図
６の中段に示す数値となる。そして、各条件における膨
張機同軸構成冷媒回路に対する二軸直列（高段）構成冷
媒回路でのＣＯＰとＳＥＥＲ比は、図６の下段に示す値
のように、僅かながら二軸直列（高段）構成の方が良
い。なお、膨張機の膨張容積比については、膨張機同軸
の場合も二軸直列の場合も、暖房中間条件で過不足なく
膨張して膨張ロスが生じないような値を基準として用い
ており、以後特にことわらない限り同じである。
に最も寄与度の大きい暖房中間条件でバイパス比ｘ＝予
膨張率ｙ＝０％となるように、Ｖｓｔに対するＶｅｘ及
びＶ２を設定すると、各条件における前記ｘ，ｙは、図
６の中段に示す数値となる。そして、各条件における膨
張機同軸構成冷媒回路に対する二軸直列（高段）構成冷
媒回路でのＣＯＰとＳＥＥＲ比は、図６の下段に示す値
のように、僅かながら二軸直列（高段）構成の方が良
い。なお、膨張機の膨張容積比については、膨張機同軸
の場合も二軸直列の場合も、暖房中間条件で過不足なく
膨張して膨張ロスが生じないような値を基準として用い
ており、以後特にことわらない限り同じである。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】このように膨張機４の出口側配管に逆流防
止手段１９、第２圧縮機１４と並列の迂回流路に流量制
御手段１８を配設することにより、冷房運転と暖房運転
の切換えによる逆流時には膨張動力回収を行わないよう
な構成の場合、各条件におけるＣＯＰ（成績係数）とＳ
ＥＥＲ（年間平均エネルギ消費効率）の膨張機同軸構成
冷媒回路（図３）のときに対する比は、図１１に示す数
値となり、動力回収を行わない冷房の条件で５〜１０％
のＣＯＰ低下となるが、その寄与度が低いことからＳＥ
ＥＲの低下は２％以下と抑えられている。
止手段１９、第２圧縮機１４と並列の迂回流路に流量制
御手段１８を配設することにより、冷房運転と暖房運転
の切換えによる逆流時には膨張動力回収を行わないよう
な構成の場合、各条件におけるＣＯＰ（成績係数）とＳ
ＥＥＲ（年間平均エネルギ消費効率）の膨張機同軸構成
冷媒回路（図３）のときに対する比は、図１１に示す数
値となり、動力回収を行わない冷房の条件で５〜１０％
のＣＯＰ低下となるが、その寄与度が低いことからＳＥ
ＥＲの低下は２％以下と抑えられている。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】暖房運転時用の膨張機４ａと冷房運転時用
の膨張機４ｂそれぞれの出口側配管に逆流防止手段１９
ａ，１９ｂを備え、冷房運転と暖房運転ともに膨張動力
回収を行うことについては、実施の形態２と同様であ
る。本実施の形態３では、更に第２ガスクーラ２１を圧
縮機１と第２圧縮機１４との間の配管に設け、圧縮機１
により冷媒を圧縮後、吐出された高圧ガス冷媒を第２圧
縮機１４で圧縮する前に前記第２ガスクーラ２１で冷却
する。
の膨張機４ｂそれぞれの出口側配管に逆流防止手段１９
ａ，１９ｂを備え、冷房運転と暖房運転ともに膨張動力
回収を行うことについては、実施の形態２と同様であ
る。本実施の形態３では、更に第２ガスクーラ２１を圧
縮機１と第２圧縮機１４との間の配管に設け、圧縮機１
により冷媒を圧縮後、吐出された高圧ガス冷媒を第２圧
縮機１４で圧縮する前に前記第２ガスクーラ２１で冷却
する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】ここで、この実施の形態３における冷媒状
態について図１５を用いて説明する。図１５は、中間冷
却二段圧縮サイクルを説明するｐ−ｈ線図であり、横軸
にエンタルピｈ、縦軸に圧力ｐをとっている。図中のａ
点は圧縮機１の吸入部、ｂ点は圧縮機１の吐出部、ｃ点
は第２ガスクーラ２１の出口部、ｄ点は第２圧縮機１４
の吐出部、ｅ点はガスクーラ３の出口部、ｆ点は膨張機
４の出口部のそれぞれの冷媒状態を示している（冷房運
転時における）。図に示すように、第２ガスクーラ２１
を介さずに中間冷却なしで圧縮行程を行った場合（図中
のａ→ｂ→ｂ’動作）に比べて、中間冷却二段圧縮（図
中のａ→ｂ圧縮行程の後にｃ点まで冷却し、高段でｃ→
ｄ圧縮行程を行う）の方が、エンタルピ値で表すと、
（ｈｂ’−ｈａ）>（ｈｂ−ｈａ）＋（ｈｄ−ｈｃ）で
あることから、圧縮に要する仕事が小さくなり、同一冷
凍能力（ｈａ−ｈｆ）に対するＣＯＰは良くなる。暖房
時は暖房能力が、（ｈｂ’−ｈｅ）から（ｈｂ−ｈｃ）
＋（ｈｄ−ｈｅ）となるため、冷房時ほどはＣＯＰは向
上しない。
態について図１５を用いて説明する。図１５は、中間冷
却二段圧縮サイクルを説明するｐ−ｈ線図であり、横軸
にエンタルピｈ、縦軸に圧力ｐをとっている。図中のａ
点は圧縮機１の吸入部、ｂ点は圧縮機１の吐出部、ｃ点
は第２ガスクーラ２１の出口部、ｄ点は第２圧縮機１４
の吐出部、ｅ点はガスクーラ３の出口部、ｆ点は膨張機
４の出口部のそれぞれの冷媒状態を示している（冷房運
転時における）。図に示すように、第２ガスクーラ２１
を介さずに中間冷却なしで圧縮行程を行った場合（図中
のａ→ｂ→ｂ’動作）に比べて、中間冷却二段圧縮（図
中のａ→ｂ圧縮行程の後にｃ点まで冷却し、高段でｃ→
ｄ圧縮行程を行う）の方が、エンタルピ値で表すと、
（ｈｂ’−ｈａ）>（ｈｂ−ｈａ）＋（ｈｄ−ｈｃ）で
あることから、圧縮に要する仕事が小さくなり、同一冷
凍能力（ｈａ−ｈｆ）に対するＣＯＰは良くなる。暖房
時は暖房能力が、（ｈｂ’−ｈｅ）から（ｈｂ−ｈｃ）
＋（ｈｄ−ｈｅ）となるため、冷房時ほどはＣＯＰは向
上しない。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４２】このような二軸直列（高段）２ＷＡＹ膨張
機を有すと共に冷房運転時に中間冷却を備えた冷媒回路
でのＣＯＰとＳＥＥＲの膨張機同軸構成冷媒回路に対す
る比は、図１６に示す値となり、膨張機の行程容積を冷
房と暖房運転の２条件に合わせて第２減圧手段１５から
のバイパス量を抑え、膨張容積比も冷房と暖房運転の２
条件に合わせて膨張ロスを減らしたことによる効果と中
間冷却の効果により、実施の形態２の二軸並列（モータ
併用）２ＷＡＹ膨張機並みの良いＳＥＥＲ値となってい
る。
機を有すと共に冷房運転時に中間冷却を備えた冷媒回路
でのＣＯＰとＳＥＥＲの膨張機同軸構成冷媒回路に対す
る比は、図１６に示す値となり、膨張機の行程容積を冷
房と暖房運転の２条件に合わせて第２減圧手段１５から
のバイパス量を抑え、膨張容積比も冷房と暖房運転の２
条件に合わせて膨張ロスを減らしたことによる効果と中
間冷却の効果により、実施の形態２の二軸並列（モータ
併用）２ＷＡＹ膨張機並みの良いＳＥＥＲ値となってい
る。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】一般的にはイジェクタのエネルギ効率は膨
張機による動力回収効率よりも低く２０％程度である
が、イジェクタ効率２０％で計算しても、ＣＯＰとＳＥ
ＥＲの膨張機同軸構成に対する比は、図１８に示す値と
なり、図１の二軸直列高段（１ＷＡＹ）構成の冷媒回路
に較べて冷房時の全流量と暖房定格時のバイパス流量に
ついてイジェクタ効果の分だけはＣＯＰが改善されてい
る。
張機による動力回収効率よりも低く２０％程度である
が、イジェクタ効率２０％で計算しても、ＣＯＰとＳＥ
ＥＲの膨張機同軸構成に対する比は、図１８に示す値と
なり、図１の二軸直列高段（１ＷＡＹ）構成の冷媒回路
に較べて冷房時の全流量と暖房定格時のバイパス流量に
ついてイジェクタ効果の分だけはＣＯＰが改善されてい
る。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４８】
【発明の効果】以上のように本発明の請求項１に係る冷
凍空調装置は、複数台の圧縮機と、前記圧縮機で圧縮さ
れた高圧の冷媒を冷却するガスクーラと、前記ガスクー
ラによって冷却されたガスを減圧することにより動力を
取出す膨張機と、前記膨張機により減圧された冷媒を加
熱する蒸発器とを備え、前記圧縮機のうち少なくとも１
台は前記膨張機で回収した膨張動力により駆動される第
２圧縮機であるとともに、複数の運転モードを持つの
で、膨張機同軸構成冷媒回路よりもＣＯＰ、ＳＥＥＲが
良く高効率となるとともに、予膨張の必要がないので予
膨張弁が不要となり低コストの冷凍空調装置を得ること
ができる。
凍空調装置は、複数台の圧縮機と、前記圧縮機で圧縮さ
れた高圧の冷媒を冷却するガスクーラと、前記ガスクー
ラによって冷却されたガスを減圧することにより動力を
取出す膨張機と、前記膨張機により減圧された冷媒を加
熱する蒸発器とを備え、前記圧縮機のうち少なくとも１
台は前記膨張機で回収した膨張動力により駆動される第
２圧縮機であるとともに、複数の運転モードを持つの
で、膨張機同軸構成冷媒回路よりもＣＯＰ、ＳＥＥＲが
良く高効率となるとともに、予膨張の必要がないので予
膨張弁が不要となり低コストの冷凍空調装置を得ること
ができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】また、本発明の請求項２に係る冷凍空調装
置は、運転モードが冷房運転時に前記ガスクーラが室外
機側、前記蒸発器が室内機側となるとともに、暖房運転
時にその逆となるように流路を切換える四方弁を備えた
ので、冷房運転時と暖房運転時ともに膨張動力回収を行
なうことが可能となる冷凍空調装置を得ることができ
る。
置は、運転モードが冷房運転時に前記ガスクーラが室外
機側、前記蒸発器が室内機側となるとともに、暖房運転
時にその逆となるように流路を切換える四方弁を備えた
ので、冷房運転時と暖房運転時ともに膨張動力回収を行
なうことが可能となる冷凍空調装置を得ることができ
る。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５０】また、本発明の請求項３に係る冷凍空調装
置は、第２圧縮機を他方の圧縮機の吐出側に接続したの
で、予膨張せずにバイパスのみで流量をマッチングさせ
ることによりＣＯＰ，ＳＥＥＲが良くなり、膨張機同軸
構成冷媒回路より高効率で、予膨張弁が不要で低コスト
の冷凍空調装置を得ることができる。
置は、第２圧縮機を他方の圧縮機の吐出側に接続したの
で、予膨張せずにバイパスのみで流量をマッチングさせ
ることによりＣＯＰ，ＳＥＥＲが良くなり、膨張機同軸
構成冷媒回路より高効率で、予膨張弁が不要で低コスト
の冷凍空調装置を得ることができる。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５１】また、本発明の請求項４に係る冷凍空調装
置は、膨張機と並列に配設した第２減圧手段と膨張機の
流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前記第２圧
縮機を迂回する流量制御手段付の流路を設けたので、弁
開閉制御機構を持たないシンプルな構造の膨張機を用い
ながら、冷房と暖房の切換えによる逆流時に膨張機の吸
入および吐出を同じにするため複雑な回路構成を避ける
ことができ、簡素で低コストの冷凍空調装置を得ること
ができる。
置は、膨張機と並列に配設した第２減圧手段と膨張機の
流入側または流出側に逆流防止手段を備え、前記第２圧
縮機を迂回する流量制御手段付の流路を設けたので、弁
開閉制御機構を持たないシンプルな構造の膨張機を用い
ながら、冷房と暖房の切換えによる逆流時に膨張機の吸
入および吐出を同じにするため複雑な回路構成を避ける
ことができ、簡素で低コストの冷凍空調装置を得ること
ができる。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５２】また、本発明の請求項５に係る冷凍空調装
置は、膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれぞれ対応する
２つの膨張機と前または後ろにそれぞれ逆流防止手段を
備えたので、膨張機の行程容積と膨張容積比を冷房と暖
房の両条件について最適な値を選ぶことができ、更に高
効率な冷凍空調装置を得ることができる。
置は、膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれぞれ対応する
２つの膨張機と前または後ろにそれぞれ逆流防止手段を
備えたので、膨張機の行程容積と膨張容積比を冷房と暖
房の両条件について最適な値を選ぶことができ、更に高
効率な冷凍空調装置を得ることができる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５３】また、本発明の請求項６に係る冷凍空調装
置は、第２圧縮機の負荷に対する膨張機の回収動力の不
足分を補うための補助モータを備えたので、第２圧縮機
の負荷に対する膨張機での回収動力の過不足を補助モー
タによって吸収することができるので、更に高効率な冷
凍空調装置を得ることができる。
置は、第２圧縮機の負荷に対する膨張機の回収動力の不
足分を補うための補助モータを備えたので、第２圧縮機
の負荷に対する膨張機での回収動力の過不足を補助モー
タによって吸収することができるので、更に高効率な冷
凍空調装置を得ることができる。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５４】また、本発明の請求項７に係る冷凍空調装
置は、第２圧縮機の吸入側に前記第２圧縮機に吸入され
る冷媒を冷却する第２ガスクーラを備えたので、行程容
積と膨張容積比が決まった膨張機を用いながら、圧縮側
との流量マッチングによる膨張動力の非回収分を同軸の
場合と較べて少なくすることができ、また第２ガスクー
ラで主圧縮機の吐出ガスを冷却してから第２圧縮機に吸
入・圧縮することにより、中間冷却二段圧縮サイクルと
することができるので、高効率な冷凍空調装置を得るこ
とができる。
置は、第２圧縮機の吸入側に前記第２圧縮機に吸入され
る冷媒を冷却する第２ガスクーラを備えたので、行程容
積と膨張容積比が決まった膨張機を用いながら、圧縮側
との流量マッチングによる膨張動力の非回収分を同軸の
場合と較べて少なくすることができ、また第２ガスクー
ラで主圧縮機の吐出ガスを冷却してから第２圧縮機に吸
入・圧縮することにより、中間冷却二段圧縮サイクルと
することができるので、高効率な冷凍空調装置を得るこ
とができる。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】また、本発明の請求項８に係る冷凍空調装
置は、第２圧縮機の吸入圧力または温度をサイクルＣＯ
Ｐが最も高くなる中間圧力または温度に制御するように
したので、更に高効率な冷凍空調装置を得ることができ
る。
置は、第２圧縮機の吸入圧力または温度をサイクルＣＯ
Ｐが最も高くなる中間圧力または温度に制御するように
したので、更に高効率な冷凍空調装置を得ることができ
る。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５６】また、本発明の請求項９に係る冷凍空調装
置は、暖房運転時には前記第２ガスクーラを迂回する流
量制御手段付の流路を設けたので、中間冷却を冷房運転
時に限ることにより、冷房運転と暖房運転との切換えに
よる逆流時に膨張機の吸入および吐出を同じにして更に
暖房時と冷房時の第２ガスクーラを２つ備えるという複
雑な冷媒回路構成を避けることができるので、簡素で低
コストの冷凍空調装置を得ることができる。また、本発
明の請求項１０に係る冷凍空調装置は、膨張機と並列に
第２減圧手段としてのイジェクタを設けたので、膨張機
をバイパスして減圧する流量分に対しても前記イジェク
タによるエネルギ回収を行うことができ、更に高効率な
冷凍空調装置を得ることができる。また、本発明の請求
項１１に係る冷凍空調装置は、冷媒として二酸化炭素を
用いたので、冷媒として地球温暖化係数が１であり地球
環境への悪影響の小さい冷凍空調装置を得ることができ
る。
置は、暖房運転時には前記第２ガスクーラを迂回する流
量制御手段付の流路を設けたので、中間冷却を冷房運転
時に限ることにより、冷房運転と暖房運転との切換えに
よる逆流時に膨張機の吸入および吐出を同じにして更に
暖房時と冷房時の第２ガスクーラを２つ備えるという複
雑な冷媒回路構成を避けることができるので、簡素で低
コストの冷凍空調装置を得ることができる。また、本発
明の請求項１０に係る冷凍空調装置は、膨張機と並列に
第２減圧手段としてのイジェクタを設けたので、膨張機
をバイパスして減圧する流量分に対しても前記イジェク
タによるエネルギ回収を行うことができ、更に高効率な
冷凍空調装置を得ることができる。また、本発明の請求
項１１に係る冷凍空調装置は、冷媒として二酸化炭素を
用いたので、冷媒として地球温暖化係数が１であり地球
環境への悪影響の小さい冷凍空調装置を得ることができ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 若本 慎一
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三
菱電機株式会社内
(72)発明者 村上 泰城
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三
菱電機株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 電動機によって駆動される圧縮機と、前
記圧縮機で圧縮された高圧の冷媒を冷却するガスクーラ
と、前記ガスクーラによって冷却されたガスを減圧する
ことにより動力を取出す膨張機と、前記膨張機により減
圧された冷媒を加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口側
で余分な液冷媒を貯留するアキュムレータと、前記膨張
機で回収した膨張動力により駆動される第２圧縮機とを
備え、前記圧縮機から流出した油をガスクーラの前で分
離し、アキュムレータと圧縮機の間に戻す油分離器を設
けたことを特徴とする冷凍空調装置。 - 【請求項２】 前記膨張機と並列に配設した第２減圧手
段と前記膨張機の流入側または流出側に逆流防止手段を
備え、前記第２圧縮機を迂回する流量制御手段付の流路
を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装
置。 - 【請求項３】 前記膨張機は冷媒の正逆方向流れにそれ
ぞれ対応する２つの膨張機と前または後ろにそれぞれ逆
流防止手段を備え、前記膨張機と並列に第２減圧手段を
設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。 - 【請求項４】 前記第２圧縮機の負荷に対する膨張機の
回収動力の不足分を補うための補助モータを備えたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
冷凍空調装置。 - 【請求項５】 電動機によって駆動される圧縮機と、前
記圧縮機で駆動された高圧の冷媒を冷却するガスクーラ
と、前記ガスクーラによって冷却されたガスを減圧する
ことにより動力を取出す膨張機と、前記膨張機により減
圧された冷媒を加熱する蒸発器と、前記蒸発器の出口側
で余分な液冷媒を貯留するアキュムレータと、前記圧縮
機と直列に配管接続され前記膨張機の回収動力により駆
動される第２圧縮機と、前記圧縮機と前記第２圧縮機の
間に第２ガスクーラとを備え、前記圧縮機から流出した
油をガスクーラの前で分離しアキュムレータから圧縮機
の間に戻す油分離器を設けたことを特徴とする冷凍空調
装置。 - 【請求項６】 前記第２圧縮機の吸入圧力または温度を
サイクルＣＯＰが最も高くなる中間圧力または温度に制
御するようにしたことを特徴とする請求項５記載の冷凍
空調装置。 - 【請求項７】 前記膨張機と並列に配設した第２減圧手
段と前記膨張機の流入側または流出側に逆流防止手段を
備え、前記第２圧縮機及び第２ガスクーラを迂回する流
量制御手段付の流路を設けたことを特徴とする請求項５
または請求項６記載の冷凍空調装置。 - 【請求項８】 前記第２減圧手段をイジェクタとしたこ
とを特徴とする請求項２、３、４、６または７のいずれ
かに記載の冷凍空調装置。 - 【請求項９】 冷媒として二酸化炭素を用いたことを特
徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の冷凍
空調装置。
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