JP2004138332A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】密度比一定の制約を最大限回避し、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ること。
【解決手段】冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とする冷媒流れの場合には前記補助圧縮機の吐出側が前記圧縮機の吸入側となり、前記室内側熱交換器を放熱器とする冷媒流れの場合には前記圧縮機の吐出側が前記補助圧縮機の吸入側となることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクル装置を循環する冷媒の質量循環量は、冷凍サイクルのどのポイントにおいても等しく、圧縮機を通る冷媒の吸入密度をＤＣ、膨張機を通る冷媒の吸入密度をＤＥとすると、ＤＥ／ＤＣ（密度比）は常に一定で運転される。
一方、オゾン破壊係数がゼロでありかつ地球温暖化係数もフロン類に比べれば格段に小さい、二酸化炭素（以下、ＣＯ_２という）を冷媒として用いる冷凍サイクル装置が近年着目されているが、ＣＯ_２冷媒は、臨界温度が３１．０６℃と低く、この温度よりも高い温度を利用する場合には、冷凍サイクル装置の高圧側（圧縮機出口〜放熱器〜減圧器入口）ではＣＯ_２冷媒の凝縮が生じない超臨界状態となり、従来の冷媒に比べて、冷凍サイクル装置の運転効率が低下するといった特徴を有する。従って、ＣＯ_２冷媒を用いた冷凍サイクル装置にあっては、最適なＣＯＰを維持することが重要であり、冷媒温度が変化すると、この冷媒温度に最適な冷媒圧力とすることが必要である。
しかし、冷凍サイクル装置に膨張機を設け、この膨張機で回収した動力を圧縮機の駆動力の一部に利用する場合には、膨張機と圧縮機との回転数を同じにしなければならず、密度比一定の制約のもとでは、運転条件が変化した場合の最適なＣＯＰを維持することは困難である。
そこで、膨張機をバイパスするバイパス管を設けて、膨張機に流入する冷媒量を制御することで、最適なＣＯＰを維持する構成が提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２３４８１４号公報（段落番号（００２４）（００２５）図１）
【特許文献２】
特開２００１−１１６３７１号公報（段落番号（００２３）図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、膨張機に流入する体積流量が設計上の最適な流量との差が大きくなるにしたがって、バイパスを通過させる冷媒量が大きくなり、その結果回収できるはずの動力が十分に回収できなくなるという問題を有している。
なお、膨張機で回収した動力を、圧縮機とは別の補助圧縮機の駆動力に利用することにより、膨張機と圧縮機との回転数を同じにしなければならない制約を取り除くことは可能である。しかし、このように膨張機で補助圧縮機を駆動する場合であっても、密度比一定の制約を受けることになり、膨張機に流入する冷媒量を制御することは依然として必要となる。
【０００５】
そこで本発明は、密度比一定の制約を最大限回避し、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とする冷媒流れの場合には前記補助圧縮機の吐出側が前記圧縮機の吸入側となり、前記室内側熱交換器を放熱器とする冷媒流れの場合には前記圧縮機の吐出側が前記補助圧縮機の吸入側となることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁と、前記補助圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁とを備え、前記第１四方弁と前記第３四方弁とによって、前記室内側熱交換器を蒸発器とする冷媒流れの場合には前記補助圧縮機の吐出側が前記圧縮機の吸入側となるとともに、前記室内側熱交換器を放熱器とする冷媒流れの場合には前記圧縮機の吐出側が前記補助圧縮機の吸入側となり、前記第２四方弁によって前記膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の冷凍サイクル装置において、前記第２四方弁及び前記第３四方弁の少なくとも一方を、４つの逆止弁で構成される逆止弁ブリッジ回路に置き換えたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記膨張機に流入する冷媒量を減少させるバイパス回路と、前記バイパス回路を流れる冷媒量を調整するバイパス弁とを備えたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記膨張機に流入する冷媒量を増加させる予膨張弁を備えたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吸入容積を前記膨張機の吸入容積の３から６倍としたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吸入容積を前記膨張機の吸入容積の４倍とし、前記補助圧縮機の吸入容積を前記膨張機の吸入容積の４．３倍としたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の冷房運転定格周波数と前記補助圧縮機の冷房運転定格周波数とを同じ周波数としたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記補助圧縮機の運転周波数を、前記圧縮機の運転周波数よりも低い周波数としたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機と並列にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吐出側にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする。
請求項１３記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に第１サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第１サブ膨張機に並列に第２サブ膨張機を設け、前記第１サブ膨張機及び前記第２サブ膨張機にそれぞれ発電機を接続したことを特徴とする。
請求項１４記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側にサブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記サブ膨張機に並列にバイパス流路を設け、前記バイパス流路にバイパス弁を設けたことを特徴とする。
請求項１５記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に予膨張弁を設け、前記膨張機及び前記予膨張弁に並列にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする。
請求項１６記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に第１サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第１サブ膨張機に並列に第２サブ膨張機を設け、前記第１サブ膨張機に接続する発電機を前記第２サブ膨張機に接続する発電機とし、前記発電機は前記第１サブ膨張機及び前記第２サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えたことを特徴とする。
請求項１７記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吐出側に第１サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第１サブ膨張機に並列に第２膨張機を設け、前記第１サブ膨張機に接続する発電機を前記第２サブ膨張機に接続する発電機とし、前記発電機は前記第１サブ膨張機及び前記第２サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えことを特徴とする。
請求項１８記載の本発明は、請求項１０から請求項１７のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吸入側又は前記圧縮機の吐出側に補助圧縮機を備え、前記膨張機で回収した動力を、前記圧縮機に代えて前記補助圧縮機を駆動する動力として用いることを特徴とする。
請求項１９記載の本発明は、請求項１０から請求項１７のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機及び前記サブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第１四方弁によって、前記圧縮機からの吐出冷媒を前記室内側熱交換器又は前記室内側熱交換器に択一的に流し、前記第２四方弁によって前記膨張機及び前記サブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする。
請求項２０記載の本発明は、請求項１８に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機及び前記補助圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機及び前記サブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第１四方弁によって、前記圧縮機及び前記補助圧縮機からの吐出冷媒を前記室内側熱交換器又は前記室内側熱交換器に択一的に流し、前記第２四方弁によって前記膨張機及び前記サブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態は、室内側熱交換器を蒸発器とする冷媒流れの場合には補助圧縮機の吐出側が圧縮機の吸入側として、補助圧縮機によって圧縮機に吸入される冷媒を加給（チャージャ）し、室内側熱交換器を放熱器とする冷媒流れの場合には圧縮機の吐出側が補助圧縮機の吸入側として、圧縮機から吐出された冷媒を更に加圧（エクスプレッサ）するような冷凍サイクル装置とすることにより、冷媒流れ（運転モード）による密度比の差異を小さくすることで高効率を達成するものである。
本実施の形態による密度比について図３を用いて説明する。なお、室内側熱交換器を蒸発器とする冷媒流れの場合を冷房運転モード、室内側熱交換器を放熱器とする冷媒流れの場合を暖房運転モードとし、補助圧縮機の吐出側が圧縮機の吸入側となる場合をチャージャ方式と呼び、圧縮機の吐出側が補助圧縮機の吸入側となる場合をエクスプレッサ方式と呼ぶ。
例えば、冷房運転モードに最適なチャージャ方式の膨張機を、固定密度比を４．０９として設計する。この膨張機を用いると、１／２定格運転時の固定密度比は３．３６となる。また、この膨張機をチャージャ方式として用いた場合の暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は８．５０、１／２定格運転時の固定密度比は８．０２となる。
一方、この膨張機をエクスプレッサ方式として用いた場合の冷房運転モードでの定格運転時の固定密度比は３．００、１／２定格運転時の固定密度比は２．６５となり、暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は５．９９、１／２定格運転時の固定密度比は５．２９となる。
仮に、この膨張機をチャージャ方式として用いた場合には、冷房運転モードでの定格運転時の固定密度比は４．０９、暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は８．５０であるので、定格運転時の比較では、冷房運転モードと暖房運転モードとの固定密度比の差は４．４１である。
また、この膨張機をエクスプレッサ方式として用いた場合には、冷房運転モードでの定格運転時の固定密度比は３．００、暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は５．９９であるので、定格運転時の比較では、冷房運転モードと暖房運転モードとの固定密度比の差は２．９９である。
これらに対して本実施の形態のように、膨張機を冷房運転時にはチャージャ方式とし、暖房運転時にはエクスプレッサ方式とすることで、冷房運転モードでの定格運転時の固定密度比は４．０９、暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は５．９９となるので、定格運転時の比較では、冷房運転モードと暖房運転モードとの固定密度比の差は１．９０となり、冷媒流れ（運転モード）による密度比の差異を小さくすることができる。
なお、本実施の形態によるチャージャとエクスプレッサの切り替え方式を本発明とし、ＣＯＰ値の比較を図４に示す。
比較例として、バイパス弁と予膨張弁を併用した方式と発電機方式とを用いた。ここで、バイパス弁と予膨張弁を併用した方式とは、膨張機をバイパスさせるバイパス管にバイパス弁を設けて、このバイパス弁によってバイパス管に流れる冷媒量を調整するとともに、膨張機の流入側に予膨張弁を設けて、この予膨張弁によって膨張機を流れる冷媒流量を調整するものである。また発電機方式では最適サイクル制御状態で比較し電力変換効率を考慮したものである。
図４は、冷房運転モードでの定格運転時に合わせた膨張機とした場合について、冷房運転モードの定格及び１／２定格と、暖房運転モードの定格及び１／２定格でのＣＯＰ値を示している。
図４に示すように、本発明によればバイパス弁と予膨張弁を併用した方式と比較しても高いＣＯＰ値を得ることができる。
本発明による第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁と、補助圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁とを備えている。そして、室内側熱交換器を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁と第３四方弁とを切り替えることによって補助圧縮機の吐出側が圧縮機の吸入側となるようにする。また、室内側熱交換器を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁と第３四方弁とを切り替えることによって圧縮機の吐出側が補助圧縮機の吸入側となるようにする。また第２四方弁によって膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向とするものである。
本発明による第３の実施の形態は、第２の実施の形態において、第２四方弁及び第３四方弁の少なくとも一方を、４つの逆止弁で構成される逆止弁ブリッジ回路に置き換えたものであり、このように四方弁を逆止弁ブリッジ回路に置き換えることで、切り換えのための制御機構を必要とせずに冷媒流れを切り替えることができる。
本発明による第４の実施の形態は、第１の実施の形態において、膨張機に流入する冷媒量を減少させるバイパス回路と、バイパス回路を流れる冷媒量を調整するバイパス弁とを備えたものであり、膨張機に流入する体積流量が設計流量よりも多いときにはバイパス弁の開度を大きくすることで膨張機に流入する冷媒流量を減らすことができる。
本発明による第５の実施の形態は、第１の実施の形態において、膨張機に流入する冷媒量を増加させる予膨張弁を備えたものであり、膨張機に流入する体積流量が設計流量よりも少ないときには予膨張弁の開度を小さくすることで密度を低下させ膨張機に流入する冷媒流量を増やすことができる。
本発明による第６の実施の形態は、第１の実施の形態において、圧縮機の吸入容積を膨張機の吸入容積の３から６倍としたものであり、圧縮機の吸入容積と膨張機の吸入容積とをこのように設定することで圧縮機の回転数と膨張機の回転数を近づけることができる。
本発明による第７の実施の形態は、第１の実施の形態において、圧縮機の吸入容積を膨張機の吸入容積の４倍とし、補助圧縮機の吸入容積を膨張機の吸入容積の４．３倍としたものであり、圧縮機の吸入密度と補助圧縮機の吸入密度の比だけ補助圧縮機の吸入容積を圧縮機の吸入容積に対して変化させることで、膨張機と圧縮機との回転数をほぼ同じとすることができる。
本発明による第８の実施の形態は、第１の実施の形態において、圧縮機の冷房運転定格周波数と補助圧縮機の冷房運転定格周波数とを同じ周波数としたものであり、補助圧縮機の冷房運転定格周波数を圧縮機の冷房運転定格周波数と同じ周波数に設定することで、特に補助圧縮機の暖房運転定格周波数を圧縮機の暖房運転定格周波数よりも低くすることができる。
図５に、補助圧縮機の冷房運転定格周波数を圧縮機の冷房運転定格周波数と同じ４０Ｈｚの周波数に設定した場合の、圧縮機と補助圧縮機の周波数の関係を示す。図に示すように、補助圧縮機の暖房運転定格周波数は３９．３Ｈｚとなり圧縮機の暖房運転定格周波数６０Ｈｚよりも低くなり、補助圧縮機の暖房運転時の１／２定格周波数は１８．４Ｈｚとなり圧縮機の暖房運転時の１／２定格周波数３０Ｈｚよりも低くなり、また補助圧縮機の冷房運転時の１／２定格周波数は１９．６Ｈｚとなり圧縮機の冷房運転時の１／２定格周波数２０Ｈｚよりも低くなる。また、図に示すように、補助圧縮機の定格周波数を４０Ｈｚ近傍の範囲とすることで、最高効率を得ることができる。すなわち、この種の容積型圧縮機の場合には、回転数が早くなるほど漏れ損失は減るが回転数が早くなるほど機械損失が増えるため、４０Ｈｚの回転数が高効率な回転数となる。
本発明による第９の実施の形態は、第１の実施の形態において、補助圧縮機の運転周波数を、圧縮機の運転周波数よりも低い周波数としたことで、補助圧縮機を高効率で回転させることができる。
本発明による第１０の実施の形態は、膨張機と並列にサブ膨張機を設け、サブ膨張機に発電機を接続したものであり、サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、膨張機をバイパスさせる冷媒を利用してサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第１１の実施の形態は、膨張機の吸入側にサブ膨張機を設け、サブ膨張機に発電機を接続したものであり、サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、予膨張の冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行うサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第１２の実施の形態は、膨張機の吐出側にサブ膨張機を設け、サブ膨張機に発電機を接続したものであり、サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、追加膨張の冷媒量を変更し、低圧側圧力を最適に制御することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、追加膨張を行うサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第１３の実施の形態は、膨張機の吸入側に第１サブ膨張機を設け、膨張機及び第１サブ膨張機に並列に第２サブ膨張機を設け、第１サブ膨張機及び第２サブ膨張機にそれぞれ発電機を接続したものであり、第１サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、予膨張の冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。また第２サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行う第１サブ膨張機、及び膨張機をバイパスさせる冷媒を利用して第２サブ膨張機においても、それぞれ膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。本発明による第１４の実施の形態は、膨張機の吸入側にサブ膨張機を設け、膨張機及びサブ膨張機に並列にバイパス流路を設け、バイパス流路にバイパス弁を設けたものであり、サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、予膨張の冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。またバイパス流路に設けたバイパス弁の開度を変更することで、バイパス流路を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行うサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第１５の実施の形態は、膨張機の吸入側に予膨張弁を設け、膨張機及び予膨張弁に並列にサブ膨張機を設け、サブ膨張機に発電機を接続したものであり、予膨張弁の開度を変更することで、高圧側圧力を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。またサブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、膨張機をバイパスさせる冷媒を利用してサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第１６の実施の形態は、膨張機の吸入側に第１サブ膨張機を設け、膨張機及び第１サブ膨張機に並列に第２サブ膨張機を設け、第１サブ膨張機に接続する発電機を、第２サブ膨張機に接続する発電機とし、発電機は第１サブ膨張機及び第２サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えたものである。本実施の形態によれば、第１サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、予膨張の冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。また第２サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行う第１サブ膨張機、及び膨張機をバイパスさせる冷媒を利用して第２サブ膨張機においても、それぞれ膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。また一つの発電機によって、第１サブ膨張機及び第２サブ膨張機の膨張動力を電力に変換して回収することができる。
本発明による第１７の実施の形態は、膨張機の吐出側に第１サブ膨張機を設け、膨張機及び第１サブ膨張機に並列に第２膨張機を設け、第１サブ膨張機に接続する発電機を第２サブ膨張機に接続する発電機とし、発電機は第１サブ膨張機及び第２サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えたものである。本実施の形態によれば、第１サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、追加膨張の冷媒量を変更し、低圧側圧力を最適に制御することができる。また第２サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なＣＯＰとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行う第１サブ膨張機、及び膨張機をバイパスさせる冷媒を利用して第２サブ膨張機においても、それぞれ膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。また一つの発電機によって、第１サブ膨張機及び第２サブ膨張機の膨張動力を電力に変換して回収することができる。
本発明による第１８の実施の形態は、第１０から第１７の実施の形態において、膨張機で回収した動力を、補助圧縮機を駆動する動力として用いることができる。
本発明による第１９の実施の形態は、第１０から第１７の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機及びサブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第１四方弁によって、圧縮機からの吐出冷媒を室内側熱交換器又は室内側熱交換器に択一的に流し、第２四方弁によって膨張機及びサブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことで、第１０から第１７の実施の形態を冷暖房型空気調和装置として利用することができる。
本発明による第２０の実施の形態は、第１８の実施の形態において、圧縮機及び補助圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、膨張機及びサブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁とを備え、第１四方弁によって、圧縮機及び補助圧縮機からの吐出冷媒を室内側熱交換器又は室内側熱交換器に択一的に流し、第２四方弁によって膨張機及びサブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことで、第１８の実施の形態を冷暖房型空気調和装置として利用することができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１１を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４と、補助圧縮機１０の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁９とを備えている。室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって補助圧縮機１０の吐出側が圧縮機１の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって圧縮機１の吐出側が補助圧縮機１０の吸入側となるように構成されている。また、第２四方弁４の切り替えによって膨張機６を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
膨張機６の流入側には、弁開度を変更可能な予膨張弁５が設けられている。また、この予膨張弁５と膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路に、バイパス回路の冷媒流量を調節するバイパス弁７が設けられている。
さらに、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
【０００９】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４、予膨張弁５を経て膨張機６に導入され、この膨張機６で減圧される。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくする方向に制御することで膨張機６に流入する体積流量を減少させ、また算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくする方向に制御することで体積流量を増加させるように、予膨張弁５またはバイパス弁７の開度調節が行われる。減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され、第３四方弁９及び第１四方弁２を経て、圧縮機１に吸入される。この補助圧縮機１０の過給に膨張機６で膨張する際のエネルギーが利用され、動力回収が行われる。
【００１０】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１１で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２及び第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）される。この補助圧縮機１０の過圧に、膨張機６での膨張エネルギーが利用されて動力回収される。過圧された冷媒は、第３四方弁９を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４、予膨張弁５を経て膨張機６に導入され、この膨張機６で減圧される。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくする方向に制御することで膨張機６に流入する体積流量を減少させ、また算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくする方向に制御することで体積流量を増加させるように、予膨張弁５またはバイパス弁７の開度調節が行われる。減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱する。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て、圧縮機１に吸入される。
【００１１】
本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、動力回収する膨張機６及び補助圧縮機１０とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機１０により過給（チャージャ）を行い、暖房運転モード時に過圧（エクスプレッサ）を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機６を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
以上のように、本実施例によって、幅広い運転範囲であっても高効率な冷凍サイクル運転が可能な冷媒としてＣＯ_２冷媒を用いて動力を回収する空気調和装置を提供することができる。
【００１２】
また、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置において、膨張機６の吸入容積を１ｃｃに、圧縮機１の吸入容積を４ｃｃに、そして、補助圧縮機１０の吸入容積を４．３ｃｃに設定し、圧縮機１と補助圧縮機１０との吸入密度比の分だけ、補助圧縮機１０の吸入容積を変化させることが好ましい。本構成によって、冷房時の膨張機６と圧縮機１の両回転数（モータの場合の周波数）を、ほぼ同程度にすることができる。
また、上記吸入容積の構成において、暖房運転モードに切り替えると、補助圧縮機１０の回転数を、圧縮機１の回転数より低い回転数に抑えることができる。例えば、圧縮機１の周波数を６０Ｈｚ前後とした場合は、補助圧縮機１０の回転数は４０Ｈｚ前後とすることができる。この回転数の減少により、補助圧縮機１０の機械損失（摺動抵抗や粘性抵抗）を減らすことができ、運転効率向上が図られる。
【００１３】
次に、他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図２を参照して説明する。
図２は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、図１に示す実施例の第２四方弁４を第１逆止弁ブリッジ回路１３に、第３四方弁８を第２逆止弁ブリッジ回路１５に置き換えた構成であり、その他の構成は図１に示す実施例と同じである。
そして、第１逆止弁ブリッジ回路１３は、四個一組の逆止弁１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄをそれぞれ連結したもの、同じく、第２逆止弁ブリッジ回路１５は、四個一組の逆止弁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄをそれぞれ連結したものである。例えば、第１逆止弁ブリッジ回路１３において、冷媒は、冷房時に逆止弁１３ａと逆止弁１３ｃを実線の矢印で示す方向に流れ、暖房時に逆止弁１３ｂと逆止弁１３ｄを破線の矢印で示す方向に流れて、第２四方弁４と同等の機能を発揮するものである。
【００１４】
本実施例によれば、切り替え操作があり、半密閉形で複雑な四方弁の構造に比べて、逆止弁の構造は、完全密閉形で単純であり、シール信頼性や制御の点から好ましい。特に、ＣＯ_２冷媒を用いて超臨界域まで高圧にする場合には本実施例による逆止弁構成が好ましい。
【００１５】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図６は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
膨張機６と並列に、この膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
【００１６】
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２１に導入され、膨張機６又はサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
膨張機６及びサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００１７】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００１８】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図７は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
膨張機６と並列に、この膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路も膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
【００１９】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２１に導入され、膨張機６又はサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００２０】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２１に導入され、膨張機６又はサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
膨張機６及びサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００２１】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００２２】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図８は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
【００２３】
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３と膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００２４】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００２５】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図９は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
【００２６】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経てサブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３と膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００２７】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経てサブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３と膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００２８】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００２９】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図１０は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
【００３０】
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６とサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００３１】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００３２】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図１１は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吐出側配管と膨張機６の吸入側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
【００３３】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６とサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
膨張機６及びサブ膨張機２３にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００３４】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６とサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
膨張機６及びサブ膨張機２３にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００３５】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００３６】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図１２は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
【００３７】
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００３８】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１及びサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００３９】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図１３は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともに、バイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００４０】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００４１】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００４２】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１及びサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００４３】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図１４は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁７が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
【００４４】
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００４５】
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁７の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００４６】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図１５は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁７が設けられている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００４７】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００４８】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００４９】
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁７の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００５０】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図１６は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
【００５１】
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、予膨張弁５、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、予膨張弁５及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００５２】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００５３】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図１７は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、予膨張弁５の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００５４】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、予膨張弁５、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、予膨張弁５及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００５５】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、予膨張弁５、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、予膨張弁５及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００５６】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００５７】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図１８は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
【００５８】
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して高圧側圧力を上昇させて膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００５９】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００６０】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図１９は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００６１】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００６２】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００６３】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００６４】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図２０は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
【００６５】
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６及びサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して低圧側圧力を低下させることで、膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００６６】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００６７】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２１は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と圧縮機１の駆動軸とは連結されており、圧縮機１は膨張機６で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吐出側配管と膨張機６の流入側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００６８】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６及びサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機１に吸入される。
【００６９】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６及びサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は圧縮機１の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００７０】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００７１】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２２は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
膨張機６と並列に、この膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路も膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
【００７２】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２１に導入され、膨張機６又はサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。サブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００７３】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２１に導入され、膨張機６又はサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
膨張機６及びサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００７４】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００７５】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２３は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
膨張機６と並列に、この膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路も膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
【００７６】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２１に導入され、膨張機６又はサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【００７７】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２１に導入され、膨張機６又はサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
膨張機６及びサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００７８】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００７９】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２４は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
【００８０】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経てサブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３と膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００８１】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経てサブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３と膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００８２】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００８３】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２５は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
【００８４】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経てサブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３と膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【００８５】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経てサブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３と膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００８６】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００８７】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２６は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吐出側配管と膨張機６の吸入側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
【００８８】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６とサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
膨張機６及びサブ膨張機２３にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００８９】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６とサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
膨張機６及びサブ膨張機２３にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００９０】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００９１】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２７は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吐出側配管と膨張機６の吸入側配管とが接続される第２四方弁４とを備えている。
【００９２】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６とサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
膨張機６及びサブ膨張機２３にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【００９３】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６とサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
膨張機６及びサブ膨張機２３にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【００９４】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００９５】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２８は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともに、バイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００９６】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００９７】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【００９８】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１及びサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【００９９】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図２９は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともに、バイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【０１００】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【０１０１】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１０２】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１及びサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【０１０３】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３０は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁７が設けられている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【０１０４】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１０５】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１０６】
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁７の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【０１０７】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３１は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁７が設けられている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【０１０８】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【０１０９】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１１０】
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁７の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【０１１１】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３２は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、予膨張弁５の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【０１１２】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、予膨張弁５、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、予膨張弁５及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１１３】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、予膨張弁５、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、予膨張弁５及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１１４】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【０１１５】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３３は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、予膨張弁５の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【０１１６】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、予膨張弁５、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、予膨張弁５及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【０１１７】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、予膨張弁５、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、予膨張弁５及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１１８】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【０１１９】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３４は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【０１２０】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１２１】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１２２】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【０１２３】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３５は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吸入側配管と膨張機６の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【０１２４】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【０１２５】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１２６】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【０１２７】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３６は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と補助圧縮機１０の吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吐出側配管と膨張機６の流入側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【０１２８】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６及びサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１２９】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６及びサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１３０】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【０１３１】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３７は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、補助圧縮機１０と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吸入側配管と補助圧縮機１０の吐出側配管とが接続される第１四方弁２と、サブ膨張機２３の吐出側配管と膨張機６の流入側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第２四方弁４とを備えている。
【０１３２】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６及びサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第１四方弁２を経て圧縮機１に吸入される。
【０１３３】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）された後に、第１四方弁２を経て、室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６及びサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１３４】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
【０１３５】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３８は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４と、補助圧縮機１０の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁９とを備えている。室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって補助圧縮機１０の吐出側が圧縮機１の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって圧縮機１の吐出側が補助圧縮機１０の吸入側となるように構成されている。また、第２四方弁４の切り替えによって膨張機６を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
膨張機６と並列に、この膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路も膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
【０１３６】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２１に導入され、膨張機６又はサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。サブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第２四方弁９を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１３７】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２及び第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって過圧された冷媒は、第３四方弁９を経て室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２１に導入され、膨張機６又はサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
膨張機６及びサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１３８】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、動力回収する膨張機６及び補助圧縮機１０とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機１０により過給（チャージャ）を行い、暖房運転モード時に過圧（エクスプレッサ）を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機６を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
【０１３９】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図３９は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４と、補助圧縮機１０の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁９とを備えている。室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって補助圧縮機１０の吐出側が圧縮機１の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって圧縮機１の吐出側が補助圧縮機１０の吸入側となるように構成されている。また、第２四方弁４の切り替えによって膨張機６を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
【０１４０】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経てサブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３と膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第２四方弁９を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１４１】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２及び第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって過圧された冷媒は、第３四方弁９を経て室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経てサブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３と膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１４２】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、動力回収する膨張機６及び補助圧縮機１０とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機１０により過給（チャージャ）を行い、暖房運転モード時に過圧（エクスプレッサ）を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機６を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
【０１４３】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図４０は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４と、補助圧縮機１０の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁９とを備えている。室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって補助圧縮機１０の吐出側が圧縮機１の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって圧縮機１の吐出側が補助圧縮機１０の吸入側となるように構成されている。また、第２四方弁４の切り替えによって膨張機６を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
【０１４４】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６とサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
膨張機６及びサブ膨張機２３にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第２四方弁９を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１４５】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２及び第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって過圧された冷媒は、第３四方弁９を経て室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経て膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６とサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機６に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。
膨張機６及びサブ膨張機２３にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１４６】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２３に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、動力回収する膨張機６及び補助圧縮機１０とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機１０により過給（チャージャ）を行い、暖房運転モード時に過圧（エクスプレッサ）を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機６を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
【０１４７】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図４１は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４と、補助圧縮機１０の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁９とを備えている。室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって補助圧縮機１０の吐出側が圧縮機１の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって圧縮機１の吐出側が補助圧縮機１０の吸入側となるように構成されている。また、第２四方弁４の切り替えによって膨張機６を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
【０１４８】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第２四方弁９を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１４９】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２及び第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって過圧された冷媒は、第３四方弁９を経て室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１５０】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１及びサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、動力回収する膨張機６及び補助圧縮機１０とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機１０により過給（チャージャ）を行い、暖房運転モード時に過圧（エクスプレッサ）を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機６を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
【０１５１】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図４２は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２４が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁７が設けられている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４と、補助圧縮機１０の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁９とを備えている。室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって補助圧縮機１０の吐出側が圧縮機１の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって圧縮機１の吐出側が補助圧縮機１０の吸入側となるように構成されている。また、第２四方弁４の切り替えによって膨張機６を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
【０１５２】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第２四方弁９を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１５３】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２及び第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって過圧された冷媒は、第３四方弁９を経て室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁７の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１５４】
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁７の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２３から回収した動力を発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、動力回収する膨張機６及び補助圧縮機１０とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機１０により過給（チャージャ）を行い、暖房運転モード時に過圧（エクスプレッサ）を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機６を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
【０１５５】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図４３は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側には予膨張弁５が設けられている。
また予膨張弁５及び膨張機６と並列に、予膨張弁５及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４と、補助圧縮機１０の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁９とを備えている。室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって補助圧縮機１０の吐出側が圧縮機１の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって圧縮機１の吐出側が補助圧縮機１０の吸入側となるように構成されている。また、第２四方弁４の切り替えによって膨張機６を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
【０１５６】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、予膨張弁５、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、予膨張弁５及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第２四方弁９を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１５７】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２及び第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって過圧された冷媒は、第３四方弁９を経て室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、予膨張弁５、膨張機６、及びサブ膨張機２１に導入され、予膨張弁５及び膨張機６とサブ膨張機２１で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機２２のトルク（発電機負荷）を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁５の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒又はサブ膨張機２１にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１５８】
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機２１に連結する発電機２２のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１から回収した動力を発電機２２の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、動力回収する膨張機６及び補助圧縮機１０とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機１０により過給（チャージャ）を行い、暖房運転モード時に過圧（エクスプレッサ）を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機６を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
【０１５９】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図４４は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の流入側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４と、補助圧縮機１０の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁９とを備えている。室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって補助圧縮機１０の吐出側が圧縮機１の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって圧縮機１の吐出側が補助圧縮機１０の吸入側となるように構成されている。また、第２四方弁４の切り替えによって膨張機６を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
【０１６０】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第２四方弁９を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１６１】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２及び第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって過圧された冷媒は、第３四方弁９を経て室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、サブ膨張機２３及び膨張機６に導入され、サブ膨張機２３及び膨張機６で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１６２】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、動力回収する膨張機６及び補助圧縮機１０とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機１０により過給（チャージャ）を行い、暖房運転モード時に過圧（エクスプレッサ）を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機６を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
【０１６３】
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図４５は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてＣＯ_２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１と、室外側熱交換器３と、膨張機６と、室内側熱交換器８と、補助圧縮機１０とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機６の吐出側にはサブ膨張機２３が設けられ、このサブ膨張機２３の駆動軸には発電機２２が接続されている。
またサブ膨張機２３及び膨張機６と並列に、サブ膨張機２３及び膨張機６をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機２１が設けられ、このサブ膨張機２１の駆動軸には発電機２２が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機２３及び膨張機６と同様に第２四方弁４に接続されている。
ここで、発電機２２はサブ膨張機２１及びサブ膨張機２３のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁２５が設けられている。
また、膨張機６の駆動軸と補助圧縮機１０の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機１０は膨張機６で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁２と、膨張機６の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁４と、補助圧縮機１０の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁９とを備えている。室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって補助圧縮機１０の吐出側が圧縮機１の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器とする冷媒流れの場合には、第１四方弁２と第３四方弁９とを切り替えることによって圧縮機１の吐出側が補助圧縮機１０の吸入側となるように構成されている。また、第２四方弁４の切り替えによって膨張機６を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
【０１６４】
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器３を放熱器、室内側熱交換器８を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２を経て、室外側熱交換器３に導入される。室外側熱交換器３では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６及びサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器３の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室内側熱交換器８に導かれ、室内側熱交換器８にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第２四方弁９を経て補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって過給（チャージャ）され圧縮機１に吸入される。
【０１６５】
次に、室外側熱交換器３を蒸発器、室内側熱交換器８を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ１２で駆動される圧縮機１により高温高圧に圧縮されて吐出され、第１四方弁２及び第３四方弁９を経て、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に過圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって過圧された冷媒は、第３四方弁９を経て室内側熱交換器８に導入される。室内側熱交換器８では、ＣＯ_２冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後ＣＯ_２冷媒は、膨張機６及びサブ膨張機２３に導入され、膨張機６及びサブ膨張機２３で減圧される。この減圧時に膨張機６で回収した動力は補助圧縮機１０の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器８の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機６に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁２５を開とし、発電機２２をサブ膨張機２１側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機６に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機２３は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁２５を閉とし、発電機２２をサブ膨張機２３側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機６に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機２１は作動させない。また発電機２２のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒、又はサブ膨張機２１及び膨張機６にて減圧されたＣＯ_２冷媒は、第２四方弁４を経由して室外側熱交換器３に導かれ、室外側熱交換器３にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第１四方弁２を経由して圧縮機１に吸入される。
【０１６６】
以上のように、本実施例によれば、開閉弁２５を開としてサブ膨張機２１に発電機２２を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁２５を閉としてサブ膨張機２３に連結する発電機２４のトルク（即ち、発電機の負荷）を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機６に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機２１又はサブ膨張機２３から回収した動力を発電機２２と発電機２４の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１と、動力回収する膨張機６及び補助圧縮機１０とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機１０により過給（チャージャ）を行い、暖房運転モード時に過圧（エクスプレッサ）を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機６を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
【０１６７】
上記実施例では、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置を用いて説明したが、室外側熱交換器３を第１の熱交換器、室内側熱交換器８を第２の熱交換器とし、これら第１の熱交換器や第２の熱交換器を、温冷水器や蓄冷熱器などに利用したその他の冷凍サイクル装置であってもよい。
【０１６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、密度比一定の制約を最大限回避し、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３】補助圧縮機の吐出側が圧縮機の吸入側となるチャージャ方式と圧縮機の吐出側が補助圧縮機の吸入側となるエクスプレッサ方式における冷房時と暖房時での固定密度比の一例を示す図
【図４】本発明によるチャージャとエクスプレッサの切り替え方式と、比較例との最適なＣＯＰ比の比較を示す図
【図５】補助圧縮機の冷房運転定格周波数を圧縮機の冷房運転定格周波数と同じ３７Ｈｚの周波数に設定した場合の、圧縮機と補助圧縮機の周波数の関係を示す図
【図６】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図
【図７】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図８】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図
【図９】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図１０】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図
【図１１】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図１２】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図
【図１３】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図１４】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図
【図１５】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図１６】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図
【図１７】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図１８】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図
【図１９】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２０】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図
【図２１】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２２】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２３】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２４】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２５】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２６】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２７】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２８】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図２９】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３０】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３１】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３２】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３３】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３４】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３５】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３６】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３７】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３８】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図３９】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図４０】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図４１】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図４２】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図４３】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図４４】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【図４５】本発明の他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図
【符号の説明】
１　圧縮機
２　第１四方弁
３　室外熱交換器
４　第２四方弁
５　予膨張弁
６　膨張機
７　バイパス弁
８　室内熱交換器
９　第３四方弁
１０　補助圧縮機
１１　モータ
１３　第１逆止弁組装置
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ　逆止弁
１５　第２逆止弁組装置
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ　逆止弁
２１　第１補助膨張機
２２、２４　発電機
２３　第２補助膨張機
２５　予膨張弁
２６　バイパス膨張弁
２７　共用発電機
２８　入口流路弁
３６　スライディングベーン形膨張機
３７　ベーン

Claims (20)

1. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器と補助圧縮機とを備え、前記膨張機で回収した動力によって前記補助圧縮機を駆動する冷凍サイクル装置であって、前記室内側熱交換器を蒸発器とする冷媒流れの場合には前記補助圧縮機の吐出側が前記圧縮機の吸入側となり、前記室内側熱交換器を放熱器とする冷媒流れの場合には前記圧縮機の吐出側が前記補助圧縮機の吸入側となることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁と、前記補助圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第３四方弁とを備え、前記第１四方弁と前記第３四方弁とによって、前記室内側熱交換器を蒸発器とする冷媒流れの場合には前記補助圧縮機の吐出側が前記圧縮機の吸入側となるとともに、前記室内側熱交換器を放熱器とする冷媒流れの場合には前記圧縮機の吐出側が前記補助圧縮機の吸入側となり、前記第２四方弁によって前記膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第２四方弁及び前記第３四方弁の少なくとも一方を、４つの逆止弁で構成される逆止弁ブリッジ回路に置き換えたことを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記膨張機に流入する冷媒量を減少させるバイパス回路と、前記バイパス回路を流れる冷媒量を調整するバイパス弁とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記膨張機に流入する冷媒量を増加させる予膨張弁を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機の吸入容積を前記膨張機の吸入容積の３から６倍としたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記圧縮機の吸入容積を前記膨張機の吸入容積の４倍とし、前記補助圧縮機の吸入容積を前記膨張機の吸入容積の４．３倍としたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記圧縮機の冷房運転定格周波数と前記補助圧縮機の冷房運転定格周波数とを同じ周波数としたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記補助圧縮機の運転周波数を、前記圧縮機の運転周波数よりも低い周波数としたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
10. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機と並列にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
11. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
12. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吐出側にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
13. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に第１サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第１サブ膨張機に並列に第２サブ膨張機を設け、前記第１サブ膨張機及び前記第２サブ膨張機にそれぞれ発電機を接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
14. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側にサブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記サブ膨張機に並列にバイパス流路を設け、前記バイパス流路にバイパス弁を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
15. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に予膨張弁を設け、前記膨張機及び前記予膨張弁に並列にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
16. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に第１サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第１サブ膨張機に並列に第２サブ膨張機を設け、前記第１サブ膨張機に接続する発電機を前記第２サブ膨張機に接続する発電機とし、前記発電機は前記第１サブ膨張機及び前記第２サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
17. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吐出側に第１サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第１サブ膨張機に並列に第２膨張機を設け、前記第１サブ膨張機に接続する発電機を前記第２サブ膨張機に接続する発電機とし、前記発電機は前記第１サブ膨張機及び前記第２サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えことを特徴とする冷凍サイクル装置。
18. 前記圧縮機の吸入側又は前記圧縮機の吐出側に補助圧縮機を備え、前記膨張機で回収した動力を、前記圧縮機に代えて前記補助圧縮機を駆動する動力として用いることを特徴とする請求項１０から請求項１７のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
19. 前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機及び前記サブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第１四方弁によって、前記圧縮機からの吐出冷媒を前記室内側熱交換器又は前記室内側熱交換器に択一的に流し、前記第２四方弁によって前記膨張機及び前記サブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする請求項１０から請求項１７のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
20. 前記圧縮機及び前記補助圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第１四方弁と、前記膨張機及び前記サブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第２四方弁とを備え、前記第１四方弁によって、前記圧縮機及び前記補助圧縮機からの吐出冷媒を前記室内側熱交換器又は前記室内側熱交換器に択一的に流し、前記第２四方弁によって前記膨張機及び前記サブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする請求項１８に記載の冷凍サイクル装置。

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