JP2004150748A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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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を備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の膨張過程の途中に、高圧冷媒を導入するインジェクション回路を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【選択図】 図１
【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を備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の膨張過程の途中に、高圧冷媒を導入するインジェクション回路を設けた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、ＣＯ２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、ＣＯ２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ＣＯ２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、ＣＯ２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、運転条件が変化すると、この運転条件に最適な動作状態（冷媒圧力、温度）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、所定の密度比で最適に設計した膨張機では、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、膨張機に流入する冷媒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。
特に本発明は、膨張過程の途中に高圧冷媒を導入することで、一膨張過程あたりの冷媒流量を増やすことで効率の高い動力回収を行うことを目的とする。
【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を備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の膨張過程の途中に、高圧冷媒を導入するインジェクション回路を設けたことを特徴とする。
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、前記インジェクション回路からの冷媒量を調整する調整弁を設けたことを特徴とする。
請求項３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、前記膨張機の冷媒流入側に予膨張弁を設けたことを特徴とする。
請求項記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記膨張機の冷媒流入側にサブ膨張機を設け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、前記膨張機の冷媒流出側にサブ膨張機を設けたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項４又は請求項５に記載の冷凍サイクル装置において、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７記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、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ことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項７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９記載の本発明は、請求項１から請求項５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記載の本発明は、請求項８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、膨張機の膨張過程の途中に、高圧冷媒を導入するインジェクション回路を設けたものである。本実施の形態によれば、膨張機の回転数を変えずに冷媒流量を増加させる必要があるときに、インジェクション回路から冷媒を導入することで、一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させることができ、効率の高い動力回収を行うことができる。
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、インジェクション回路からの冷媒量を調整する調整弁を設けたもので、インジェクション回路からの冷媒量を制御することで、一膨張過程あたりの冷媒流量を最適に調整することができ、効率の高い動力回収を行うことができる。
本発明による第３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予膨張弁を備えたものであり、膨張機の回転数を変えずに冷媒流量を減少させる必要があるときに、予膨張弁の開度を小さくすることで一膨張過程あたりの冷媒流量を減少させることができる。
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、膨張機の冷媒流入側にサブ膨張機を設けたものであり、サブ膨張機によって予膨張させることで、膨張機入口の冷媒の状態を調整し、膨張機を流れる冷媒量を最適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回収することができる。
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、膨張機の吐出側にサブ膨張機を設けたものであり、サブ膨張機によって追加膨張させ、膨張機出口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回収することができる。
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、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。
本発明による第７の実施の形態は、第１から第５の実施の形態において、膨張機で回収した動力を圧縮機の駆動に用いることができる。
本発明による第８の実施の形態は、第７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９の実施の形態は、第１から第５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を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことで、第１から第５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１０の実施の形態は、第８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を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことで、第８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、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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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。
【０００９】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、一膨張過程における冷媒流量を調整することができ、膨張機６に流入する冷媒流量が設計流量よりも多いときには予膨張弁５の開度を小さくすることで密度を低下させ膨張機６に流入する冷媒流量を減らすことができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行え、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。
【００１０】
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、冷媒としてＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００１１】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００１２】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、上記実施例と同様に、膨張機６において動力回収を効率的に行え、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とともに、第１四方弁２と第２四方弁４とを備えることで、冷暖房型空気調和機として利用することができる。
【００１３】
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３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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００１４】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００１５】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、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）を変化させて膨張機６の入口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。
【００１６】
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４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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００１７】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００１８】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で調整弁７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）を変化させて膨張機６の出口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。
【００１９】
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５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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００２０】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００２１】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６入口の冷媒流量を調整することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて膨張機６の入口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。
【００２２】
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６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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００２３】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００２４】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、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）を変化させて膨張機６の入口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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で調整弁７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）を変化させて膨張機６の出口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。
【００２８】
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８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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００２９】
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によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００３０】
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によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
【００３１】
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて膨張機６の入口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。
【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ＣＯ２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１、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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０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、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【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、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、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）を変化させて膨張機６の入口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。
【００３５】
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１０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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００３６】
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によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４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の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００３７】
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によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で調整弁７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）を変化させて膨張機６出口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。
【００３８】
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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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とともにインジェクション回路２０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。
【００３９】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００４０】
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によって更に昇圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって昇圧された冷媒は、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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて膨張機６の入口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昇圧（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。
【００４１】
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１２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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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とともにインジェクション回路２０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。
【００４２】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００４３】
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によって更に昇圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって昇圧された冷媒は、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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、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）を変化させて膨張機６の入口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昇圧（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。
【００４４】
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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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とともにインジェクション回路２０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。
【００４５】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００４６】
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によって更に昇圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって昇圧された冷媒は、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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６入口の冷媒流量を調整することができ、一方で調整弁７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）を変化させて膨張機６の出口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昇圧（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。
【００４７】
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。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インジェクション回路からの冷媒量を制御することで、膨張機出口の冷媒流量を調整することができ、効率の高い動力回収を行うことができる。
【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】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４】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５】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６】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冷暖房型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冷暖房型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冷暖房型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
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 第１四方弁
３ 室外側熱交換器
４ 第２四方弁
５ 予膨張弁
６ 膨張機
７ 調整弁
８ 室内側熱交換器
９ 第３四方弁
１０ 補助圧縮機
１２ モータ
２０ インジェクション回路
【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、ＣＯ２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、ＣＯ２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ＣＯ２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、ＣＯ２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、運転条件が変化すると、この運転条件に最適な動作状態（冷媒圧力、温度）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、所定の密度比で最適に設計した膨張機では、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、膨張機に流入する冷媒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。
特に本発明は、膨張過程の途中に高圧冷媒を導入することで、一膨張過程あたりの冷媒流量を増やすことで効率の高い動力回収を行うことを目的とする。
【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を備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の膨張過程の途中に、高圧冷媒を導入するインジェクション回路を設けたことを特徴とする。
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、前記インジェクション回路からの冷媒量を調整する調整弁を設けたことを特徴とする。
請求項３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、前記膨張機の冷媒流入側に予膨張弁を設けたことを特徴とする。
請求項記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記膨張機の冷媒流入側にサブ膨張機を設け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、前記膨張機の冷媒流出側にサブ膨張機を設けたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項４又は請求項５に記載の冷凍サイクル装置において、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７記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、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ことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項７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９記載の本発明は、請求項１から請求項５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記載の本発明は、請求項８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、膨張機の膨張過程の途中に、高圧冷媒を導入するインジェクション回路を設けたものである。本実施の形態によれば、膨張機の回転数を変えずに冷媒流量を増加させる必要があるときに、インジェクション回路から冷媒を導入することで、一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させることができ、効率の高い動力回収を行うことができる。
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、インジェクション回路からの冷媒量を調整する調整弁を設けたもので、インジェクション回路からの冷媒量を制御することで、一膨張過程あたりの冷媒流量を最適に調整することができ、効率の高い動力回収を行うことができる。
本発明による第３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予膨張弁を備えたものであり、膨張機の回転数を変えずに冷媒流量を減少させる必要があるときに、予膨張弁の開度を小さくすることで一膨張過程あたりの冷媒流量を減少させることができる。
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、膨張機の冷媒流入側にサブ膨張機を設けたものであり、サブ膨張機によって予膨張させることで、膨張機入口の冷媒の状態を調整し、膨張機を流れる冷媒量を最適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回収することができる。
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、膨張機の吐出側にサブ膨張機を設けたものであり、サブ膨張機によって追加膨張させ、膨張機出口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回収することができる。
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、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。
本発明による第７の実施の形態は、第１から第５の実施の形態において、膨張機で回収した動力を圧縮機の駆動に用いることができる。
本発明による第８の実施の形態は、第７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９の実施の形態は、第１から第５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を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことで、第１から第５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１０の実施の形態は、第８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を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことで、第８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、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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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。
【０００９】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、一膨張過程における冷媒流量を調整することができ、膨張機６に流入する冷媒流量が設計流量よりも多いときには予膨張弁５の開度を小さくすることで密度を低下させ膨張機６に流入する冷媒流量を減らすことができる。従って、膨張機６において動力回収を効率的に行え、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。
【００１０】
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、冷媒としてＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００１１】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００１２】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、上記実施例と同様に、膨張機６において動力回収を効率的に行え、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とともに、第１四方弁２と第２四方弁４とを備えることで、冷暖房型空気調和機として利用することができる。
【００１３】
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３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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００１４】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００１５】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、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）を変化させて膨張機６の入口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。
【００１６】
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４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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００１７】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００１８】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で調整弁７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）を変化させて膨張機６の出口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。
【００１９】
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５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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００２０】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００２１】
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、ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、予膨張弁５及び膨張機６に導入され、予膨張弁５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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６入口の冷媒流量を調整することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて膨張機６の入口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。
【００２２】
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６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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００２３】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００２４】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、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）を変化させて膨張機６の入口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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で調整弁７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）を変化させて膨張機６の出口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。
【００２８】
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８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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００２９】
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によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００３０】
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によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
【００３１】
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて膨張機６の入口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。
【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ＣＯ２冷媒を使用し、モータ１２を有する圧縮機１、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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０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、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【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、補助圧縮機１０に導かれ、補助圧縮機１０によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、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）を変化させて膨張機６の入口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。
【００３５】
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１０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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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インジェクション回路２０が接続される第２四方弁４とを備えている。
【００３６】
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によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４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の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００３７】
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によって更に昇圧（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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で調整弁７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）を変化させて膨張機６出口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。
【００３８】
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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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とともにインジェクション回路２０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。
【００３９】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００４０】
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によって更に昇圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって昇圧された冷媒は、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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには予膨張弁５の開度を小さくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
予膨張弁５及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、一方で予膨張弁５の開度を変化させて膨張機６の入口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昇圧（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。
【００４１】
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１２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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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とともにインジェクション回路２０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。
【００４２】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００４３】
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によって更に昇圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって昇圧された冷媒は、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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６出口の冷媒流量を調整することができ、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）を変化させて膨張機６の入口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昇圧（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。
【００４４】
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ＣＯ２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。
またこの冷媒回路には、室外側熱交換器３の出口側の高圧冷媒を膨張機６の膨張過程の途中に導入するインジェクション回路２０が設けられ、このインジェクション回路２０には、インジェクション回路２０を流れる冷媒量を調整する調整弁７を設けている。
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とともにインジェクション回路２０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。
【００４５】
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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
【００４６】
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によって更に昇圧（エクスプレッサ）される。補助圧縮機１０によって昇圧された冷媒は、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、ＣＯ２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ＣＯ２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、冷媒蒸発圧力、圧縮機１の回転数などから膨張機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冷媒流量が少ないときには調整弁７の開度を大きくしてインジェクション回路２０に流す冷媒量を増加させることで膨張機６の一膨張過程あたりの冷媒流量を増加させる。この場合には発電機２４のトルク（発電機負荷）を最小にする。一方、算出した最適冷媒量よりも冷媒流量が多いときには、調整弁７を閉とし、発電機２４のトルク（発電機負荷）を大きくして膨張機６の入口に流入する冷媒流量を減少させる。
サブ膨張機２３及び膨張機６にて減圧されたＣＯ２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。
以上のように、本実施例によれば、インジェクション回路２０からの冷媒量を制御することで、膨張機６入口の冷媒流量を調整することができ、一方で調整弁７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）を変化させて膨張機６の出口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昇圧（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。
【００４７】
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。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インジェクション回路からの冷媒量を制御することで、膨張機出口の冷媒流量を調整することができ、効率の高い動力回収を行うことができる。
【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】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４】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５】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６】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冷暖房型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冷暖房型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冷暖房型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
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 第１四方弁
３ 室外側熱交換器
４ 第２四方弁
５ 予膨張弁
６ 膨張機
７ 調整弁
８ 室内側熱交換器
９ 第３四方弁
１０ 補助圧縮機
１２ モータ
２０ インジェクション回路
Claims (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た冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の膨張過程の途中に、高圧冷媒を導入するインジェクション回路を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 前記インジェクション回路からの冷媒量を調整する調整弁を設け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。
- 前記膨張機の冷媒流入側に予膨張弁を設け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。
- 前記膨張機の冷媒流入側にサブ膨張機を設け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。
- 前記膨張機の冷媒流出側にサブ膨張機を設け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。
- 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４又は請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
- 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ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
- 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７に記載の冷凍サイクル装置。
- 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から請求項５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
- 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８に記載の冷凍サイクル装置。
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