JP2004225928A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発温度の低下時において圧縮機の質量流量を増大させることによって動力の回収効率を向上させる。
【解決手段】圧縮機（３）と膨張機（５）とをを備えて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍回路（５）を備えている。圧縮機（３）の吐出圧力を検出する圧力センサ（１１）を備えている。冷凍回路（２）には、冷媒を貯留する冷媒貯留器（１０）が設けられている。圧力センサ（１１）が検出した吐出圧力が所定値以下に低下すると、冷媒貯留器（１０）の冷媒を冷凍回路（２）に供給する。この結果、冷凍回路（２）を循環する冷媒量が増大する。したがって、圧縮機（３）における冷媒の質量流量が増大し、圧縮機（３）における冷媒の質量流量と膨張機（５）における冷媒の質量流量とがバランスし、膨張機（５）における動力回収率が向上する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置に関し、特に、動力の回収効率の向上対策に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、二酸化炭素を冷媒として用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷凍装置がある。この種の冷凍装置は、圧縮機と放熱器と膨張機と蒸発器とが順に接続されてなる冷凍回路を備えている。
【０００３】
上記圧縮機は冷媒を超臨界状態まで圧縮する。この高圧の冷媒は、放熱器で放熱した後、膨張機で膨張する。その後、冷媒は、蒸発器で蒸発した後、圧縮機に戻る循環を行う。
【０００４】
そして、上記圧縮機は、電動機を介して膨張機に接続されており、冷媒が膨張機で膨張することにより発生するエネルギを回転動力として回収するように構成されている。そのため、圧縮機における冷媒の質量流量と膨張機における冷媒の質量流量とが等しくなる点（以下、設計点という）で、冷凍サイクルがバランスし、最適な運転が可能となっている。この冷凍装置は、例えば、放熱器が室内に設置され、暖房装置として用いられる。
【０００５】
ところが、運転条件の変化により設計点からずれた場合、つまり、圧縮機と膨張機とにおける冷媒の密度比が変化すると、運転効率が低下することになる。特に、低温領域での運転効率が低下する。
【０００６】
そこで、上記膨張機をバイパスするバイパス路を設け、圧縮機の吐出温度が一定なるように、又は蒸発器の過熱度が一定になるように、膨張機の冷媒バイパス量を増減するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１１６３７１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、上述したバイパス路を設けた冷凍装置の他に、膨張機の入口側に膨張弁を設け、冷媒を予膨張させることも提案されている。
【０００９】
つまり、上記冷凍装置を暖房装置として用いた場合、設計条件よりも外気温度が低下すると、圧縮機の吸入圧力が低下し、設計条件と比較して圧縮機の吸入冷媒の密度が小さくなるため、圧縮機における冷媒の質量流量が低下する。これに対し、所定の高圧冷媒圧力を保持するようにすると、膨張機における吸入冷媒の密度は変わらないので、膨張機における冷媒の質量流量は、設計条件と同じである。
【００１０】
しかしながら、冷凍回路は、閉回路であるので、圧縮機を通過する冷媒の質量流量と膨張機を通過する冷媒の質量流量とは常に等しくならなければならない。この結果、冷凍回路としては、圧縮機と膨張機との冷媒の質量流量がバランスするところまで高圧冷媒圧力が低下した状態で運転が行われる。これでは、暖房装置としては暖房能力が不足することになる。そこで、上述したように、膨張機の入口側に膨張弁を設け、冷媒を予膨張させ、所定の高圧冷媒圧力を維持させるようにしている。
【００１１】
しかしながら、上述した膨張弁で予膨張させると、膨張弁の減圧分だけ膨張機における動力回収率が低下するという問題があった。つまり、上記膨張機で発生する動力を予膨張の膨張弁で抑制しているので、動力の回収効率が悪いという問題があった。
【００１２】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、蒸発温度の低下時において、冷凍回路を循環する冷媒量を増加させることによって冷媒の予膨張を行うことなく所定の高圧冷媒圧力を維持して動力の回収効率を向上させることを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
具体的に、請求項１に係る発明は、圧縮機（３）と膨張機（５）とを有する冷凍回路（２）を備え、上記圧縮機（３）と膨張機（５）とが電動機（７）を介して接続され、冷媒が上記冷凍回路（２）を循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象としている。そして、上記冷凍回路（２）における高圧冷媒圧力が所定値以下に低下すると、上記冷凍回路（２）を循環する冷媒量を増加させるように構成されている。
【００１４】
この発明では、運転条件の変動により、上記圧縮機（３）の吸入圧力が低下し、この吸入圧力とバランスするように高圧冷媒圧力が所定値以下に低下すると、冷凍回路（２）を循環する冷媒量を増加させる。この結果、上記冷凍回路（２）は冷媒が過充填状態となるため、圧縮機（３）の吸入冷媒は湿り状態となる。したがって、圧縮機（３）における冷媒の質量流量が増加し、所定の高圧冷媒圧力の下で、圧縮機（３）と膨張機（５）との冷媒の質量流量がバランスする。このように、予膨張を行わないため、上記膨張機（５）で発生する動力が確実に回収される。
【００１５】
また、上記圧縮機（３）の吸入圧力が低下すると、圧縮機（３）の吐出温度も上昇することになるが、圧縮機（３）に湿り状態の冷媒が供給されるので、吐出温度が低下する。
【００１６】
また、上記圧縮機（３）の吐出温度が所定値に維持されるので、所定の暖房能力が発揮される。
【００１７】
また、請求項２に係る発明は、圧縮機（３）と膨張機（５）とを有する冷凍回路（２）を備え、上記圧縮機（３）と膨張機（５）とが電動機（７）を介して接続され、冷媒が上記冷凍回路（２）を循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象としている。そして、上記圧縮機（３）の吐出圧力を検出する検出手段（１１）を備えている。更に、上記冷凍回路（２）に接続され、冷媒を貯留する冷媒貯留手段（１０）を備えている。加えて、上記検出手段（１１）が検出した吐出圧力が所定値以下に低下すると、上記冷凍回路（２）を循環する冷媒量が増加するように上記冷媒貯留手段（１０）の冷媒を冷凍回路（２）に供給する一方、上記検出手段（１１）が検出した吐出圧力が所定値よりも上昇すると、上記冷凍回路（２）を循環する冷媒量が減少するように上記冷凍回路（２）から冷媒貯留手段（１０）に冷媒を回収する冷媒調節手段（１２）を備えている。
【００１８】
上記の発明では、冷媒が冷媒貯留手段（１０）に貯留されている。そして、運転条件の変動により、圧縮機（３）の吸入圧力が低下すると、この吸入圧力とバランスするように圧縮機（３）の吐出圧力が低下する。検出手段（１１）がこの吐出圧力を検出しているので、圧縮機（３）の吐出圧力が所定値以下に低下すると、検出手段（１１）の検出圧力に基づいて、冷媒調節手段（１２）が冷媒貯留手段（１０）の冷媒を冷凍回路（２）に供給し、該冷凍回路（２）を循環する冷媒量を増加させる。この結果、圧縮機（３）の吸入冷媒は湿り状態となる。したがって、圧縮機（３）における冷媒の質量流量が増加し、所定の高圧冷媒圧力の下で、圧縮機（３）と膨張機（５）との冷媒の質量流量がバランスする。このように、予膨張を行わないため、上記膨張機（５）で発生する動力が確実に回収される。
【００１９】
一方、上記圧縮機（３）の吐出圧力が所定値以上に上昇すると、検出手段（１１）の検出圧力に基づいて、冷媒調節手段（１２）が冷媒を冷凍回路（２）から冷媒貯留手段（１０）に回収し、圧縮機（３）の吸入冷媒の湿り状態を制御し、所定の吐出圧力で、圧縮機（３）と膨張機（５）との冷媒の質量流量がバランスすることになる。
【００２０】
また、上記圧縮機（３）の吐出温度が所定値に維持されるので、所定の暖房能力が発揮される。
【００２１】
また、請求項３に係る発明は、請求項２において、上記冷凍回路（２）は、放熱器（４）と蒸発器（６）とを有している。そして、上記冷媒貯留手段（１０）は、放熱器（４）の出口側に接続されている。
【００２２】
上記の発明では、放熱器（４）で冷却された冷媒が冷媒貯留手段（１０）に確実に貯留される。
【００２３】
また、請求項４に係る発明は、請求項２において、上記冷凍回路（２）は、放熱器（４）と蒸発器（６）とを有している。そして、上記冷媒貯留手段（１０）は、蒸発器（６）の出口側に接続されている。
【００２４】
上記の発明では、蒸発器（６）を経た後の低圧の冷媒が冷媒貯留手段（１０）に確実に貯留される。
【００２５】
また、請求項５に係る発明は、請求項２において、上記冷凍回路（２）は、放熱器（４）と蒸発器（６）とを有している。そして、上記冷媒貯留手段（１０）は、蒸発器（６）の入口側に接続されている。
【００２６】
上記の発明では、膨張機（５）で膨脹した低圧の冷媒が冷媒貯留手段（１０）に確実に貯留される。
【００２７】
また、請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか１項において、冷媒に二酸化炭素を用いている。
【００２８】
上記の発明では、二酸化炭素を冷媒としているので、地球環境に優しいものとすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態１の冷凍装置（１）は、二酸化炭素を冷媒として蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。そして、上記冷凍装置（１）は、例えば、暖房装置に構成されている。
【００３１】
上記冷凍装置（１）は、圧縮機（３）と放熱器（４）と膨張機（５）と蒸発器（６）とが順にそれぞれ冷媒配管で接続されてなる蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷凍回路（２）を備えている。そして、上記冷凍回路（２）では、冷媒が図１において反時計回りに循環する。
【００３２】
上記放熱器（４）は、上記圧縮機（３）で圧縮された高圧の冷媒と空気（室内空気）とを熱交換させて該冷媒を冷却するように構成されている。また、上記蒸発器（６）は、上記膨張機（５）で膨張した低圧の冷媒と空気（室外空気）とを熱交換させて該冷媒を蒸発させるように構成されている。
【００３３】
上記圧縮機（３）は、冷媒を圧縮するもであり、例えば、ロータリ式圧縮機やスクロール式圧縮機などの容積型圧縮機で構成されている。上記圧縮機（３）には、電動機（７）が接続されて該電動機（７）によって駆動するように構成されている。
【００３４】
一方、上記膨張機（５）は、例えば、ロータリ式膨張機やスクロール式膨張機などの容積型膨張機で構成されている。上記膨張機（５）は、上記電動機（７）が接続されて動力を回収するように構成されている。つまり、上記膨張機（５）において冷媒が膨張することにより発生するエネルギを回転動力として圧縮機（３）の駆動に利用し、動力を回収する。
【００３５】
上記冷凍装置（１）は、本発明の特徴として、冷媒貯留器（１０）と圧力センサ（１１）と冷媒調節手段（１２）とを備えている。つまり、上記冷凍装置（１）は、圧縮機（３）の吐出圧力が、設計条件に基づいて予め設定された所定値以下の低い値になると、冷媒貯留器（１０）から冷凍回路（２）に冷媒を供給するように構成されている。
【００３６】
上記圧力センサ（１１）は、圧縮機（３）の吐出側の冷媒配管に接続され、冷凍回路（２）の高圧冷媒圧力である圧縮機（３）の吐出圧力を検出する検出手段を構成している。
【００３７】
上記冷媒貯留器（１０）は、冷媒を貯留する冷媒貯留手段を構成し、冷媒が循環する冷凍回路（２）から分岐して設けられている。そして、上記冷媒貯留器（１０）は、密閉容器であるケーシング（１０ａ）と、該ケーシング（１０ａ）を冷凍回路（２）に接続する接続管（１０ｆ）とを備えている。
【００３８】
上記接続管（１０ｆ）の一端は、ケーシング（１０ａ）の下部に接続され、上記接続管（１０ｆ）の他端は、放熱器（４）と膨張機（５）との間の冷媒配管に接続されている。つまり、上記冷媒貯留器（１０）は、放熱器（４）の出口側の冷媒配管で、換言すると、膨張機（５）の入口側の冷媒配管に接続されている。
【００３９】
上記冷媒調節手段（１２）は、冷媒貯留器（１０）の内部の冷媒の密度を変化させることにより、冷媒貯留器（１０）に貯留する冷媒量を変化させるように構成されている。上記冷媒調節手段（１２）は、分岐配管（５０）と熱交換用配管（５１）と流量調節弁（５２）とを備えている。上記分岐配管（５０）は、上流管（５３）と下流管（５４）とを備えている。
【００４０】
上記上流管（５３）の一端は、膨張機（５）と蒸発器（６）との間の冷媒配管に接続され、上流管（５３）の他端は、熱交換用配管（５１）の一端に接続されている。また、上記下流管（５４）の一端は、熱交換用配管（５１）の他端に接続され、上記下流管（５４）の一端は、蒸発器（６）と圧縮機（３）の間の冷媒配管に接続されている。
【００４１】
上記熱交換用配管（５１）は、冷媒貯留器（１０）のケーシング（１０ａ）の外側に巻き付けられており、冷媒貯留器（１０）の内部の冷媒と膨張機（５）で膨張した低圧冷媒とを熱交換させるように構成されている。
【００４２】
上記流量調節弁（５２）は、開度調整自在な調節弁であり、分岐配管（５０）に設けられ、例えば、下流管（５４）の途中に設けられている。該流量調節弁（５２）は、圧力センサ（１１）の検出圧力によって開度が変更し、圧縮機（３）の吐出圧力が所定値以下に低下すると、開度を小さくし、圧縮機（３）の吐出圧力が所定値より上昇すると、開度を大きくするように構成されている。
【００４３】
つまり、上記冷媒調節手段（１２）は、圧力センサ（１１）が検出する吐出圧力が所定値以下に低下すると、上記冷凍回路（２）を循環する冷媒量が増加するように上記冷媒貯留器（１０）の冷媒を冷凍回路（２）に供給する一方、上記圧力センサ（１１）が検出した吐出圧力が所定値よりも上昇すると、上記冷凍回路（２）を循環する冷媒量が減少するように上記冷凍回路（２）から冷媒貯留器（１０）に冷媒を回収するように構成されている。
【００４４】
具体的に、上記冷媒調節手段（１２）は、圧力センサ（１１）が検出した吐出圧力が所定値以下に下降すると、流量調節弁（５２）の開度を小さくし、冷媒貯留器（１０）と低温の低圧冷媒との熱交換量を減少させることにより、冷媒貯留器（１０）の温度を上げる。この結果、冷媒貯留器（１０）内の冷媒の密度が下がるため、冷媒貯留器（１０）に貯留されていた冷媒の一部が冷媒循環のサイクルである冷凍回路（２）に供給される。
【００４５】
また、上記冷媒調節手段（１２）は、圧力センサ（１１）が検出した吐出圧力が所定値より上昇すると、流量調節弁（５２）の開度を大きくし、冷媒貯留器（１０）と低温の低圧冷媒との熱交換量を増大させることにより、冷媒貯留器（１０）の温度を下げる。この結果、冷媒貯留器（１０）内の冷媒の密度が上がるため、冷媒循環のサイクルである冷凍回路（２）から冷媒貯留器（１０）に冷媒の一部が戻ってくる。
【００４６】
−運転動作−
次に、上記冷凍装置（１）の運転動作について説明する。
【００４７】
上記冷凍装置（１）では、電動機（７）を駆動すると、圧縮機（３）及び膨張機（５）が駆動し、冷媒が冷凍回路（２）を循環して、図２に示すように、蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。この冷凍サイクルにおける冷媒の状態は、図２に示すように、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に変化する。
【００４８】
まず、冷媒は圧縮機（３）で圧縮され超臨界状態の高圧冷媒となって吐出される（図２Ｂ点参照）。この高圧冷媒は、冷媒配管を通って放熱器（４）に流れる。この放熱器（４）において、高圧冷媒は、例えば、室内空気と熱交換する。この熱交換により、高圧冷媒は室内空気に対して放熱して冷却される一方、室内は暖房される（図２Ｃ点参照）。
【００４９】
上記放熱器（４）で熱交換を行った高圧冷媒は、冷媒配管を通って膨張機（５）に流れる。この膨張機（５）において、高圧冷媒が膨張し、低圧冷媒となる（図２Ｄ点参照）。この冷媒の膨脹により発生するエネルギが膨張機（５）の回転動力として回収される。この回収された回転動力は、電動機（７）を介して圧縮機（３）の駆動に利用される。
【００５０】
上記膨張後の低圧冷媒は、蒸発器（６）に流れる。この蒸発器（６）において、低圧冷媒は、室外空気と熱交換する。この熱交換により、低圧冷媒は室外空気から吸熱し、蒸発する（図２におけるＡ点）。蒸発したガス冷媒は、冷媒配管を通って圧縮機（２）に戻り、再び圧縮される。冷媒は、上述したサイクルを繰り返す。
【００５１】
次に、運転条件が変化した場合の冷凍装置（１）の運転動作について説明する。つまり、上記冷凍装置（１）を暖房装置として用いた場合、外気温度が低下すると、冷媒の状態は、図３に示すように、Ａ′→Ｂ′→Ｃ′→Ｄ′のサイクルとなる。
【００５２】
この外気温度低下すると、上記蒸発器（６）での蒸発温度が低下し、蒸発圧力が低下する（図３Ａ′点参照）。この蒸発圧力は、圧縮機（３）の吸入圧力であるので、圧縮機（３）の吸入圧力が低下すると、冷媒の比体積が増加し、冷媒の質量流量が減少する。そして、上記圧縮機（３）の圧縮比及び膨張機（５）の膨張比は一定であるため、上記圧縮機（３）の吐出圧力が低下する（図３Ｂ′点参照）。
【００５３】
この吐出圧力は、圧力センサ（１１）が検知している。上記圧縮機（３）の吐出圧力が所定値以下に低下すると、圧力センサ（１１）の検知信号に基づいて、流量調節弁（５２）の開度が小さくなる。この開度の変更により、熱交換用配管（５１）を流れる低圧冷媒の流量が低下し、冷媒貯留器（１０）の貯留冷媒と低圧冷媒との熱交換量が減少し、冷媒貯留器（１０）の冷媒温度が上昇する。この結果、冷媒貯留器（１０）内の冷媒の密度が下がるため、冷媒貯留器（１０）に貯留されていた冷媒の一部が冷凍回路（２）に供給される。
【００５４】
そして、上記冷媒供給により、循環サイクルである冷凍回路（２）の冷媒量が過充填状態となり、冷凍回路（２）の平均冷媒密度が上がるため、圧縮機（３）の吸入冷媒が湿り状態となり、圧縮機（３）における冷媒の質量流量が増大する（図３Ｅ点）。その結果、圧縮機（３）の吐出圧力が上昇し、該吐出圧力が所定値に維持される（図３Ｆ点）。また、上記膨張機（５）の吸入圧力も所定値に維持される（図３Ｇ点）。
【００５５】
一方、外気温度が上昇すると、蒸発圧力が上昇する。そして、上記圧縮機（３）の吐出圧力が上昇し、この吐出圧力を圧力センサ（１１）が検出する。この圧力センサ（１１）が検出した吐出圧力が所定値より上昇すると、流量調節弁（５２）の開度が大きくなる。この開度の変更により、熱交換用配管（５１）を流れる低圧冷媒の流量が増大し、冷媒貯留器（１０）と低温の低圧冷媒ガスとの熱交換量を増大し、冷媒貯留器（１０）の冷媒温度が低下する。この結果、冷媒貯留器（１０）内の冷媒の密度が上がるため、冷凍回路（２）から冷媒貯留器（１０）に冷媒の一部が戻り、冷媒が冷媒貯留器（１０）に貯留される。
【００５６】
−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態によれば、冷媒貯留器（１０）を放熱器（４）の出口側に接続し、運転状態の変化により吐出圧力が所定値以下に低下すると、冷媒貯留器（１０）より冷凍回路（２）に冷媒を供給することにより、吐出圧力の低下を防ぐことができる。この結果、予膨張を伴わないため、従来よりも膨張機（５）の動力回収率を向上させることができる。
【００５７】
また、上記圧縮機（３）の吸入圧力が低下すると、通常、圧縮機（３）の吐出温度が上昇することになるが（図３Ｂ′点参照）、圧縮機（３）の吸入冷媒が湿り状態になるため、吐出温度を低下させることができる（図３Ｆ点参照）。この結果、上記吐出温度の上昇による潤滑油の分解及ぴ圧縮機モータの絶縁不良等を確実に抑制することができる。
【００５８】
また、上記冷媒貯留器（１０）を設けて、冷媒を貯留するようにしたために、確実に運転条件に合わせて冷凍回路（２）を循環する冷媒量を調節することができる。
【００５９】
また、上記圧縮機（３）の吐出温度が所定値に維持されるので、所定の暖房能力を常に発揮させることができる。
【００６０】
また、上記冷媒貯留器（１０）を放熱器（４）の出口側に接続するようにしたために、冷媒を確実に貯留することができるので、圧縮機（３）に湿り状態の冷媒を確実に供給することができる。
【００６１】
また、上記冷凍回路（５）を循環する冷媒に二酸化炭素を用いているので、地球環境にやさしい装置を提供することができる。
【００６２】
【発明の実施の形態２】
次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて詳細に説明する。
【００６３】
本実施形態２は、図４に示すように、実施形態１における冷媒調節手段（１２）に代わり、冷媒調節手段（１２）が冷媒圧力を利用するようにしたものである。
【００６４】
つまり、上記冷媒貯留器（１０）は、密閉容器であるケーシング（１０ａ）と、該ケーシング（１０ａ）内に収納される変形自在な容器であるダイヤフラム（１０ｂ）とを備えている。
【００６５】
上記ダイヤフラム（１０ｂ）は、ケーシング（１０ａ）内の上部中央に取り付けられ、ケーシング（１０ａ）の内部を圧力調整室（１０ｃ）と冷媒貯留室（１０ｄ）とに仕切るように構成されている。
【００６６】
上記ケーシング（１０ａ）には、圧力調整室（１０ｃ）の圧力を調整するガス冷媒が流入出するための調整ポート（１３ａ）と、冷媒貯留室（１０ｄ）に貯留する冷媒が流入出するための貯留ポート（１３ｂ）とが形成されている。上記調整ポート（１３ａ）は、ケーシング（１０ａ）の圧力調整室（１０ｃ）に連通し、上記貯留ポート（１３ｂ）は、冷媒貯留室（１０ｄ）に連通している。そして、上記貯留ポート（１３ｂ）は、接続管（１０ｆ）によって放熱器（４）と膨張機（５）との間の冷媒配管に接続されている。
【００６７】
そして、上記冷媒貯留器（１０）は、ダイヤフラム（１０ｂ）が膨張及び収縮することにより、貯留ポート（１３ｂ）から冷媒を流入出させるように構成されている。
【００６８】
一方、上記冷媒調節手段（１２）は、圧力調整管（２０）と第１電磁弁（４１ａ）と第２電磁弁（４１ｂ）とを備えている。該圧力調整管（２０）は、共通管（２１）と該共通管（２１）より分岐した高圧管（２２）及び低圧管（２３）とを備えている。
【００６９】
上記共通管（２１）は、冷媒貯留器（１０）の調整ポート（１３ａ）に接続されている。上記高圧管（２２）は、圧縮機（３）と放熱器（４）との間の冷媒配管に接続され、第１電磁弁（４１ａ）が設けられている。上記低圧管（２３）は、蒸発器（６）と圧縮機（３）との間の冷媒配管に接続され、第２電磁弁（４１ｂ）が設けられている。尚、上記第１電磁弁（４１ａ）と第２電磁弁（４１ｂ）は、切換手段を構成し、通常の運転状態において、閉状態に維持されている。
【００７０】
つまり、上記冷媒調節手段（１２）は、圧力センサ（１１）が検出する吐出圧力が所定値以下に低下すると、上記第２電磁弁（４１ｂ）を閉じたまま上記第１電磁弁（４１ａ）を開き、上記冷媒貯留器（１０）の冷媒を冷凍回路（２）に供給する一方、上記圧力センサ（１１）が検出した吐出圧力が所定値よりも上昇すると、上記第１電磁弁（４１ａ）を閉じたまま上記第２電磁弁（４１ｂ）を開き、上記冷凍回路（２）から冷媒貯留器（１０）に冷媒を回収するように構成されている。
【００７１】
したがって、通常の運転状態において、上記第１電磁弁（４１ａ）及び第２電磁弁（４１ｂ）は、閉状態に維持されている。
【００７２】
そして、圧力センサ（１１）が検出した圧縮機（３）の吐出圧力が所定値以下に低下すると、第１電磁弁（４１ａ）を開く。この結果、高圧冷媒が圧力調整室（１０ｃ）に作用し、該圧力調整室（１０ｃ）の容積を増大させ、冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に貯留している冷媒を冷凍回路（２）に供給する。その後、上記吐出圧力が所定値に上昇すると、上記第１電磁弁（４１ａ）を閉じる。この冷媒供給により冷凍回路（２）の冷媒量が過充填状態となり、圧縮機（３）の吸入冷媒が湿り状態となって、圧縮機（３）における冷媒の質量流量が増大する。その結果、上記圧縮機（３）における冷媒の質量流量と膨張機（５）における冷媒の質量流量とがバランスし、膨張機（５）における動力回収率が向上する。
【００７３】
一方、上記圧力センサ（１１）が検出した圧縮機（３）の吐出圧力が所定値よりも上昇すると、上記第２電磁弁（４１ｂ）を開く。この結果、低圧冷媒が圧力調整室（１０ｃ）に作用し、該圧力調整室（１０ｃ）の容積を減少させ、冷凍回路（２）を循環する冷媒を冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に回収する。その後、上記吐出圧力が所定値まで低下すると、上記第２電磁弁（４１ｂ）を閉じる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【００７４】
【発明の実施の形態３】
次に、本発明の実施形態３を図面に基づいて詳細に説明する。
【００７５】
本実施形態３は、図５に示すように、実施形態２における冷媒調節手段（１２）に代わって、冷媒調節手段（１２）を１本のガス配管（２４）で構成したものである。
【００７６】
上記ガス配管（２４）は、冷媒貯留手段（１０）の調整ポート（１３ａ）と圧縮機（３）の吐出側の冷媒配管とに接続されている。つまり、上記放熱器（４）の入口側と出口側との圧力差によって、冷媒貯留器（１０）に冷媒が流出入する。
【００７７】
したがって、外気温度が低下し、圧縮機（３）の吐出圧力が低下すると、圧縮機（３）における冷媒の質量流量が低下するのに対し、膨張機（５）における冷媒の質量流量が変わらないので、膨張機（５）の入口側における冷媒圧力が低下する。その際、上記放熱器（４）の入口側と出口側との圧力損失によって、冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に貯留している冷媒の一部を膨張機（５）が吸込み、冷媒が冷凍回路（２）に供給される。この結果、冷凍回路（２）を循環する冷媒量が増加し、圧縮機（３）における冷媒の質量流量が増大する。よって、上記圧縮機（３）における冷媒の質量流量と膨張機（５）における冷媒の質量流量とがバランスし、膨張機（５）における動力回収率が向上する。
【００７８】
逆に、外気温度が上昇すると、膨張機（５）の入口側における冷媒圧力が上昇する。この結果、冷凍回路（２）を循環する冷媒を冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に押込み、冷媒を回収する。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。
【００７９】
【発明の実施の形態４】
次に、本発明の実施形態４を図面に基づいて詳細に説明する。
【００８０】
本実施形態４は、図６に示すように、実施形態２における冷媒貯留器（１０）に代わり、該冷媒貯留器（１０）を蒸発器（６）の出口側に設けたものである。
【００８１】
上記冷媒貯留器（１０）には、蒸発器（６）側の冷媒配管（２ａ）と、圧縮機（３）側の冷媒配管（２ｂ）とが接続されると共に、圧力調整管（２１）が接続されている。
【００８２】
上記蒸発器（６）側の冷媒配管（２ａ）は、冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に連通して蒸発器（６）からの冷媒を冷媒貯留器（１０）に供給するように構成されている。上記圧縮機（３）側の冷媒配管（２ｂ）は、冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）の内部に導入され、開口端が冷媒貯留室（１０ｄ）の所定高さに位置するように構成されている。
【００８３】
一方、上記圧力調整管（２１）は、実施形態２と同様に、共通管（２１）と高圧管（２２）と低圧管（２３）とを備え、共通管（２１）が冷媒貯留器（１０）の調整ポート（１３ａ）に接続されている。また、上記高圧管（２２）は、第１電磁弁（４１ａ）を備え、圧縮機（３）の出口側の冷媒配管とに接続されている。上記低圧管（２３）は、第２電磁弁（４１ｂ）を備え、圧縮機（３）の吸入側の冷媒配管に接続されている。上記第１電磁弁（４１ａ）と第２電磁弁（４１ｂ）は、切換手段を構成し、通常の運転状態において、閉状態に維持されている。
【００８４】
したがって、外気温度が低下し、圧力センサ（１１）が検出した圧縮機（３）の吐出圧力が所定値以下に低下すると、第１電磁弁（４１ａ）を開く。この結果、高圧冷媒が圧力調整室（１０ｃ）に作用し、該圧力調整室（１０ｃ）の容積を増大させ、冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に貯留している冷媒を冷凍回路（２）に供給する。その後、上記吐出圧力が所定値に上昇すると、上記第１電磁弁（４１ａ）を閉じる。
【００８５】
一方、上記圧力センサ（１１）が検出した圧縮機（３）の吐出圧力が所定値よりも上昇すると、上記第２電磁弁（４１ｂ）を開く。この結果、低圧冷媒が圧力調整室（１０ｃ）に作用し、該圧力調整室（１０ｃ）の容積を減少させ、冷凍回路（２）を循環する冷媒を冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に回収する。その後、上記吐出圧力が所定値まで低下すると、上記第２電磁弁（４１ｂ）を閉じる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。
【００８６】
【発明の実施の形態５】
次に、本発明の実施形態５を図面に基づいて詳細に説明する。
【００８７】
本実施形態５は、図７に示すように、実施形態４における冷媒貯留器（１０）に代わり、該冷媒貯留器（１０）を蒸発器（６）の入口側に設けたものである。
【００８８】
上記冷媒貯留器（１０）は、膨張機（５）側の冷媒配管（２ｃ）と、蒸発器（６）側の冷媒配管（２ｄ）とが接続されると共に、実施形態４と同様に高圧管（２７）が接続されている。
【００８９】
上記膨張機（５）側の冷媒配管（２ｃ）は、冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に連通して膨張機（５）からの冷媒を冷媒貯留器（１０）に供給するように構成されている。上記蒸発器（６）側の冷媒配管（２ｄ）は、冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に連通し、開口端が冷媒貯留室（１０ｄ）の所定高さに位置するように構成されている。
【００９０】
したがって、外気温度が低下し、圧力センサ（１１）が検出した圧縮機（３）の吐出圧力が所定値以下に低下すると、第１電磁弁（４１ａ）を開く。この結果、高圧冷媒が圧力調整室（１０ｃ）に作用し、該圧力調整室（１０ｃ）の容積を増大させ、冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に貯留している冷媒を冷凍回路（２）に供給する。その後、上記吐出圧力が所定値に上昇すると、上記第１電磁弁（４１ａ）を閉じる。
【００９１】
一方、上記圧力センサ（１１）が検出した圧縮機（３）の吐出圧力が所定値よりも上昇すると、上記第２電磁弁（４１ｂ）を開く。この結果、低圧冷媒が圧力調整室（１０ｃ）に作用し、該圧力調整室（１０ｃ）の容積を減少させ、冷凍回路（２）を循環する冷媒を冷媒貯留器（１０）の冷媒貯留室（１０ｄ）に回収する。その後、上記吐出圧力が所定値まで低下すると、上記第２電磁弁（４１ｂ）を閉じる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態４と同様である。
【００９２】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００９３】
つまり、上記各実施形態では、暖房装置について説明したが、本発明は、冷房装置に適用してもよい。つまり、上記放熱器（４）を室外に設置し、上記蒸発器（６）を室内に設置するようにしてもよい。
【００９４】
また、本発明は、四路切換弁を設け、冷媒循環方向を切り換えて暖房と冷房とを切り換えて行えるように構成してもよい。
【００９５】
また、本発明は、空気調和装置の他、各種の冷凍装置に適用してもよいことは勿論である。
【００９６】
【発明の効果】
したがって、本発明によれば、運転条件の変化により高圧冷媒圧力である圧縮機（３）の吐出圧力が所定値以下に低下するとき、冷凍回路（２）を循環する冷媒量を増加させ、冷媒の過充填状態にすることにより、高圧冷媒圧力を所定値に維持することができる。この結果、予膨張による膨張機（５）の動力回収率を低下を排除することができ、従来よりも膨張機（５）の動力回収率を向上させることができる。
【００９７】
また、上記圧縮機（３）の吸入圧力が低下すると、該圧縮機（３）の吐出温度が上昇することがあるが、湿り状態の冷媒を圧縮機（３）に供給するので、吐出温度を低下させることができる。この結果、上記吐出温度の上昇による潤滑油の分解及び圧縮機モータの絶縁不良等を確実に抑制することができる。
【００９８】
また、上記圧縮機（３）の吐出温度が所定値に維持されるので、所定の暖房能力を常に発揮させることができる。
【００９９】
また、請求項２に係る発明によれば、冷媒貯留手段（１０）を設けて、冷媒を貯留することにしたために、吐出圧力が低下した際、冷凍回路（２）を循環する冷媒量を確実に増加させることができる。
【０１００】
また、請求項３に係る発明によれば、冷媒貯留器（１０）を放熱器（４）の出口側に接続し、また、請求項５に係る発明によれば、冷媒貯留器（１０）を蒸発（６）の入口側に接続するようにしたために、冷媒を確実に貯留することができるので、圧縮機（３）に湿り状態の冷媒を確実に供給することができる。
【０１０１】
また、請求項６に係る発明によれば、冷凍回路（５）を循環する冷媒に二酸化炭素を用いているので、地球環境にやさしい装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る冷凍装置の冷凍回路図である。
【図２】設計点における冷凍サイクルを示す特性図である。
【図３】外気温低下時における冷凍サイクルを示す特性図である。
【図４】実施形態２に係る冷凍装置の冷凍回路図である。
【図５】実施形態３に係る冷凍装置の冷凍回路図である。
【図６】実施形態４に係る冷凍装置の冷凍回路図である。
【図７】実施形態５に係る冷凍装置の冷凍回路図である。
【符号の説明】
１ 冷凍装置
２ 冷凍回路
３ 圧縮機
４ 放熱器
５ 膨張機
６ 蒸発器
７ 電動機
１０ 冷媒貯留器（冷媒貯留手段）
１１ 圧力センサ（検出手段）
１２ 冷媒調節手段

Claims (6)

1. 圧縮機（３）と膨張機（５）とを有する冷凍回路（２）を備え、上記圧縮機（３）と膨張機（５）とが電動機（７）を介して接続され、冷媒が上記冷凍回路（２）を循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
   上記冷凍回路（２）における高圧冷媒圧力が所定値以下に低下すると、上記冷凍回路（２）を循環する冷媒量を増加させるように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 圧縮機（３）と膨張機（５）とを有する冷凍回路（２）を備え、上記圧縮機（３）と膨張機（５）とが電動機（７）を介して接続され、冷媒が上記冷凍回路（２）を循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
   上記圧縮機（３）の吐出圧力を検出する検出手段（１１）と、
   上記冷凍回路（２）に接続され、冷媒を貯留する冷媒貯留手段（１０）と、
   上記検出手段（１１）が検出した吐出圧力が所定値以下に低下すると、上記冷凍回路（２）を循環する冷媒量が増加するように上記冷媒貯留手段（１０）の冷媒を冷凍回路（２）に供給する一方、上記検出手段（１１）が検出した吐出圧力が所定値よりも上昇すると、上記冷凍回路（２）を循環する冷媒量が減少するように上記冷凍回路（２）から冷媒貯留手段（１０）に冷媒を回収する冷媒調節手段（１２）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項２において、
   上記冷凍回路（２）は、放熱器（４）と蒸発器（６）とを有し、
   上記冷媒貯留手段（１０）は、放熱器（４）の出口側に接続されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項２において、
   上記冷凍回路（２）は、放熱器（４）と蒸発器（６）とを有し、
   上記冷媒貯留手段（１０）は、蒸発器（６）の出口側に接続されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項２において、
   上記冷凍回路（２）は、放熱器（４）と蒸発器（６）とを有し、
   上記冷媒貯留手段（１０）は、蒸発器（６）の入口側に接続されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項において、
   冷媒は、二酸化炭素である
   ことを特徴とする冷凍装置。

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