JP2009097779A - 超臨界冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となってしまうことを防止し、適用された冷凍サイクル装置に要求される機能を適切に発揮できる超臨界冷凍サイクルを提供する。
【解決手段】放熱器１２流出冷媒の流れを分岐して、一方の冷媒を第１電気式膨張弁１４にて減圧膨張させて第１蒸発器１５にて蒸発させ、他方の冷媒を第２電気式膨張弁１６にて減圧膨張させて第２蒸発器１６にて蒸発させる。さらに、第１、２蒸発器１５、１７のうち、少なくとも一方における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になったときに、第２電気式膨張弁１６の絞り開度を減少させる。これにより、超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器の熱交換能力を低下させて、低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となることを防止できるので、冷媒の吸熱量が著しく減少してしまうことを回避して、適用された冷凍サイクル装置に要求される機能を適切に発揮できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルに関する。

従来、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクル、すなわち高圧側冷媒を超臨界状態となるまで昇圧させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルが知られている。

この種の超臨界冷凍サイクルにおいて、冷媒として二酸化炭素のように臨界温度（例えば、二酸化炭素の臨界温度は３１℃程度）が、外気温よりも低くなり得る冷媒を採用した場合、外気温が臨界温度以上となる高外気温時に高負荷運転を行うと、低圧側冷媒圧力も臨界圧力以上になってしまうことがある。

そして、低圧側冷媒圧力が臨界圧力以上になってしまうと、吸熱用熱交換器である蒸発器において液相冷媒を蒸発させることができなくなってしまうので、蒸発器へ流入した冷媒は、蒸発潜熱分の吸熱ができなくなり、顕熱変化分の吸熱しかできなくなる。その結果、蒸発器における冷媒の吸熱量が著しく減少してしまうという問題が生じる。

さらに、顕熱変化による吸熱量は、サイクルの熱負荷変動等によって変動しやすいため、蒸発器における吸熱量と放熱器における放熱量とのバランスも不安定となり、冷凍サイクルを安定して作動させることができなくなってしまうという問題も生じる。

このような問題を解決するためには、低圧側冷媒圧力が臨界圧力近傍まで上昇したときに、減圧手段の絞り開度を減少させて、低圧側冷媒圧力を強制的に低下させる手段が考えられる。しかし、単に減圧手段の絞り開度を減少させると、低圧側冷媒圧力を低下させることができても、高圧側冷媒圧力が上昇してしまうので、高圧側に配置されるサイクル構成機器の耐圧性能を向上させる必要が生じる。

そこで、特許文献１の超臨界冷凍サイクルでは、低圧側冷媒圧力が臨界圧力近傍まで上昇したときに、蒸発器へ向けて空気を送風する送風機の回転数を低下させて、蒸発器への送風空気量を減少させている。これにより、蒸発器における冷媒の吸熱量を適切に減少させて低圧側冷媒圧力を臨界圧力未満に低下させるとともに、圧縮機吸入冷媒密度を低下させて、高圧側冷媒圧力の上昇を抑制している。
特開２００４−３０９０２７号公報

しかしながら、特許文献１の超臨界冷凍サイクルを、例えば、放熱器にて給湯水を加熱するヒートポンプ給湯装置に適用した場合、低圧側冷媒圧力が臨界圧力近傍まで上昇したときに、送風機の回転数を低下させても、低圧側冷媒圧力を十分に低下させることができないことがある。

その理由は、この種のヒートポンプ給湯装置では、一般的に、蒸発器が室外に設置されるため、強風等の自然風による外乱によって、送風機の回転数を低下させても、蒸発器へ送風される送風空気量を確実に減少させることができないからである。その結果、低圧側冷媒圧力を確実に臨界圧力未満となるまで低下させることができず、給湯水を安定的に加熱するというヒートポンプ給湯装置に要求される機能を発揮できなくなってしまう。

また、特許文献１の超臨界冷凍サイクルを、例えば、蒸発器にて冷却対象空間へ送風される空気を冷却する空調装置に適用した場合、低圧側冷媒圧力が臨界圧力近傍まで上昇したときに、送風機の回転数を低下させてしまうと、冷却対象空間に冷風を供給することができなくなる。その結果、冷却対象空間を冷却するという空調装置に要求される機能を発揮できなくなってしまう。

上記点に鑑み、本発明は、低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となってしまうことを確実に防止すると同時に、適用された冷凍サイクル装置に要求される機能を適切に発揮できる超臨界冷凍サイクルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）吐出冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、放熱器（１２）流出冷媒の流れを複数の流れに分岐する分岐部（１３）と、分岐部（１３）にて分岐された一方の冷媒を減圧膨張させる第１可変絞り機構（１４）と、第１可変絞り機構（１４）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる第１蒸発器（１５）と、分岐部（１３）にて分岐された別の一方の冷媒を減圧膨張させる第２可変絞り機構（１６）と、第２可変絞り機構（１６）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる第２蒸発器（１７）と、第１蒸発器（１５）流出冷媒の流れと第２蒸発器（１７）流出冷媒の流れを合流させて圧縮機（１１）吸入口側へ流出させる合流部（１８）と、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方における冷媒蒸発圧力が、冷媒の臨界圧力と同等の値に定められた基準圧力以上になったことを判定する臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）とを備え、
臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）によって冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になったことが判定されたときに、第１可変絞り機構（１４）および第２可変絞り機構（１６）のうち、いずれか一方の絞り開度を減少させる超臨界冷凍サイクルを第１の特徴とする。

これによれば、第１、２蒸発器（１５、１７）のうち、少なくとも一方における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になったときに、第１、２可変絞り機構（１４、１６）のうち、いずれか一方の絞り開度を減少させるので、放熱器（１２）から流出した冷媒を分岐部（１３）を介して、主に、絞り開度が維持された可変絞り機構の下流側に接続された蒸発器へ流入させることができる。

つまり、冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になった場合に、冷媒に吸熱させる吸熱用熱交換器として作用する２つの第１、２蒸発器（１５、１７）のうち、絞り開度が減少された可変絞り機構の下流側に接続された蒸発器の熱交換量を低下させて、実質的に、超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器の熱交換能力を低下させることができる。

これにより、超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量を減少させて、低圧側冷媒圧力を冷媒の臨界圧力未満となるように低下させることができる。

その結果、吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量は、ある程度減少するものの、低圧側冷媒圧力が臨界圧力以上となって著しく吸熱量が減少してしまうことを回避できる。さらに、低圧側冷媒圧力が低下することによって、圧縮機（１１）吸入冷媒密度を低下させることができるので、高圧側冷媒圧力の上昇を抑制できる。

さらに、上記第１の特徴の超臨界冷凍サイクルを、例えば、第１、２蒸発器（１５、１７）が室外に設置されるヒートポンプ給湯装置に適用した場合に、強風等の自然風による外乱が生じても、超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器の熱交換能力を低下させているので、吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量を確実に減少させることができる。

その結果、低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となってしまうことを確実に防止して、吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量が著しく減少してしまうことを回避できるので、給湯水を安定的に加熱するというヒートポンプ給湯装置に要求される機能を発揮させることができる。

また、上記第１の特徴の超臨界冷凍サイクルを、例えば、第１、２蒸発器（１５、１７）にて共通する冷却対象空間へ送風される空気を冷却する冷却装置に適用した場合、特許文献１のように、第１、２蒸発器（１５、１７）へ送風される送風空気量を低下させる必要がないので、冷却対象空間への冷風の送風を継続できる。その結果、冷却対象空間を冷却するという空調装置に要求される機能を発揮させることもできる。

なお、本発明において、「冷媒の臨界圧力と略同等の値に定められた」とは、基準圧力が完全に冷媒の臨界圧力と一致するように定められていることのみを意味するものではなく、基準圧力が冷媒の臨界圧力よりも僅かに小さい値に定められていることも含む意味である。さらに、臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）の判定誤差等に応じて、基準圧力が冷媒の臨界圧力よりも僅かにずれた値に定められていることも含む意味である。

また、本発明は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（３１）と、圧縮機（３１）吐出冷媒を放熱させる放熱器（３２）と、放熱器（３２）流出冷媒の流れを複数の流れに分岐する分岐部（１３）と、分岐部（１３）にて分岐された一方の冷媒を減圧膨張させるノズル部（３４ａ）から噴射する高速度の冷媒流によって、冷媒を冷媒吸引口（３４ｂ）から吸引するエジェクタ（３４）と、エジェクタ（３４）流出冷媒を蒸発させて圧縮機（３１）吸入口側へ流出させる第１蒸発器（１５）と、分岐部（１３）にて分岐された別の一方の冷媒を減圧膨張させる可変絞り機構（１６）と、可変絞り機構（１６）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて冷媒吸引口（３４ｂ）側へ流出させる第２蒸発器（１７）と、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方における冷媒蒸発圧力が冷媒の臨界圧力と略同等の値に定められた基準圧力以上となったことを判定する臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）とを備え、
臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）によって冷媒蒸発圧力が基準圧力以上となったことが判定されたときに、可変絞り機構（１６）の絞り開度を減少させる超臨界冷凍サイクルを第２の特徴とする。

これによれば、第１、２蒸発器（１５、１７）のうち、少なくとも一方における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になったときに、可変絞り機構（１６）の絞り開度を減少させるので、放熱器（３２）から流出した冷媒を分岐部（１３）を介して、主に、エジェクタ（３４）の下流側に接続された第１蒸発器（１５）へ流入させることができる。

つまり、冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になった場合に、吸熱用熱交換器として作用する２つの第１、２蒸発器（１５、１７）のうち、第２蒸発器（１７）の熱交換量を低下させて、実質的に、超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器の熱交換能力を低下させることができる。

その結果、第１の特徴の超臨界冷凍サイクルと同様に、低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となってしまうことを確実に防止することができるとともに、ヒートポンプ給湯装置、空調装置といった冷凍サイクル装置に適用した際に、要求される機能を適切に発揮させることもできる。さらに、エジェクタ（３４）の昇圧作用によって圧縮機（３１）の駆動動力を低減させてサイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることもできる。

また、上記第１、２の特徴の超臨界冷凍サイクルにおいて、具体的に、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方の冷媒蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（２２）を備え、臨界圧力判定手段（Ｓ４）は、蒸発温度検出手段（２２）の検出値（Ｔｅ）が予め定めた基準蒸発温度（ＫＴｅ）以上のときに、冷媒蒸発圧力が基準圧力以上となっていると判定するようになっていてもよい。

また、上記第１、２の特徴の超臨界冷凍サイクルにおいて、具体的に、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方へ向けて送風される送風空気の温度を検出する空気温度検出手段（２３）を備え、臨界圧力判定手段（Ｓ４１）は、空気温度検出手段（２３）の検出値（Ｔａ）が予め定めた基準空気温度（ＫＴａ）以上のときに、冷媒蒸発圧力が基準圧力以上となっていると判定するようになっていてもよい。

さらに、上述の第１、２の特徴の超臨界冷凍サイクルにおいて、具体的に、第１蒸発器（１５）および第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方に向けて空気を送風する送風手段（１５ａ）を備え、臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）によって冷媒蒸発圧力が基準圧力以上となったことが判定されたときに、送風手段（１５ａ）の送風量を低下させるようになっていてもよい。

これによれば、さらに、超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量を低下させることができ、より一層確実に低圧側冷媒圧力を低下させることができる。なお、空調装置に適用した際には、冷却対象空間への冷風の送風を継続できる程度に送風量を低下させればよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１〜３により、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の超臨界冷凍サイクル１０を車両用空調装置に適用した例の全体構成図である。超臨界冷凍サイクル１０は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる蒸気圧縮式の冷凍サイクル、すなわち高圧側冷媒を超臨界状態となるまで昇圧させる蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。また、この超臨界冷凍サイクル１０では、冷媒として二酸化炭素を採用している。

まず、圧縮機１１は、超臨界冷凍サイクル１０において、冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、プーリおよびベルトを介して車両走行用エンジン（図示せず）から駆動力が伝達されて回転駆動される。なお、本実施形態では、圧縮機１１として、後述する空調制御装置２０から出力される制御信号によって吐出容量を連続的に変更可能に構成された周知の斜板式可変容量型圧縮機を採用している。

この圧縮機１１としては、電磁クラッチの断続により圧縮機の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整する電動圧縮機等を採用してもよい。

圧縮機１１の吐出側には、放熱器１２が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒と冷却ファン１２ａにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、高圧冷媒を超臨界状態のまま放熱させるものである。冷却ファン１２ａは、後述する空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

放熱器１２の出口側には、放熱器１２流出冷媒の流れを複数の流れ（本実施形態では２つの流れ）に分岐する分岐部１３の冷媒流入口１３ａが接続されている。このような分岐部１３は、三方継手構造の配管継手等によって容易に構成できる。もちろん、金属ブロックや樹脂ブロックに複数の冷媒通路を設けて構成してもよい。

分岐部１３の一方の冷媒流出口１３ｂには、第１可変絞り機構である第１電気式膨張弁１４が接続され、第１電気式膨張弁１４の出口側には、第１蒸発器１５が接続されている。また、他方の冷媒流出口１３ｃには、第２可変絞り機構である第２電気式膨張弁１６が接続され、第２電気式膨張弁１６の出口側には、第２蒸発器１７が接続されている。

第１、２電気式膨張弁１４、１６は、それぞれ分岐部１３の冷媒流出口１３ｂ、１３ｃから流出した高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、第１、２蒸発器１５、１７へ供給される冷媒流量を調整する流量調整手段でもある。

この第１電気式膨張弁１４および第２電気式膨張弁１６の基本的構成は同一であり、それぞれ絞り開度を変更する弁体部１４ａ、１６ａ、および、この弁体部１４ａ、１６ａの絞り開度を可変制御する電動アクチュエータ１４ｂ、１６ｂを有して構成されている。さらに、第１、２電気式膨張弁１４、１６は、空調制御装置２０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

第１、２蒸発器１５、１７は、それぞれ第１、２電気式膨張弁１４、１６にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１５ａにより送風された送風空気とを熱交換させることで、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。さらに、第２蒸発器１７は、第１蒸発器１５に対して、送風空気流れ（矢印１００）下流側に配置されている。

従って、送風ファン１５ａにより送風された送風空気は矢印１００方向に流れ、まず、第１蒸発器１５で冷却され、次に、第２蒸発器１７で冷却され、さらに、エンジン冷却水を熱源とするヒータコア等の加熱手段（図示せず）により再加熱されることによって温度調整されて冷却対象空間である車室内へ吹き出される。つまり、本実施形態では、第１、２蒸発器１５、１７にて同一の冷却対象空間を冷却するようになっている。

また、本実施形態では、第１、２蒸発器１５、１７をフィンアンドチューブ構造の熱交換器で構成し、第１、２蒸発器１５、１７の熱交換フィンを共通化するとともに、第１、第２電気式膨張弁１４、１６から流出した冷媒を流通させるチューブを互いに独立に設けることで、第１蒸発器１５および第２蒸発器１７を一体構造に構成している。

もちろん、第１蒸発器１５および第２蒸発器１７を２つの別体の蒸発器で構成し、風路方向（図１では、矢印１００方向）に直列に配置してもよい。なお、送風ファン１５ａは、空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

第１、２蒸発器１５、１７の流出口には、それぞれの蒸発器１５、１７から流出した冷媒の流れを合流させる合流部１８が接続されている。この合流部１８も、分岐部１３と同様に、三方継手構造の配管継手等によって構成できる。

なお、この合流部１８によって、第１、２蒸発器１５、１７の出口側同士が連通することになるので、本実施形態では、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発圧力（低圧側冷媒圧力）は同一となる。合流部１８の冷媒流出口は、圧縮機１１の吸入側へ接続されている。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。図１に示す空調制御装置２０は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路等により構成され、その出力側には、圧縮機１１、冷却ファン１２ａ、第１、第２電気式膨張弁１４、１６の電動アクチュエータ１４ｂ、１６ｂ、送風ファン１５ａ等が接続され、これらの機器の作動を制御する。

なお、空調制御装置２０は、上記した各種アクチュエータを制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、空調制御装置２０のうち第１、第２電気式膨張弁１４、１６の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を第１、２絞り開度制御手段２０ａ、２０ｂとする。もちろん、各制御手段２０ａ、２０ｂを別々の制御装置によって構成してもよい。

空調制御装置２０の入力側には、各種の空調用センサ群および車室内に配置された操作パネル２５が接続されており、空調用センサ群の検出信号および操作パネル２５に設けられた各種操作スイッチの操作信号等が入力される。

空調用センサ群としては、外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ、車室内に入射する日射量Ｔｓ等の車両環境状態を検出する各センサの他に、放熱器１２流出冷媒の温度を検出する高圧側温度センサ２１、第１蒸発器１５側のフィン温度を検出する低圧側温度センサ２２、第１、２蒸発器１５、１７へ送風される送風空気の温度を検出する送風空気温度センサ２３、圧縮機１１吸入冷媒の圧力を検出する低圧側圧力センサ２４等が設けられている。

なお、低圧側温度センサ２２は、第１、２蒸発器１５、１７のうち、少なくとも一方の冷媒蒸発温度を検出するためのもので、本実施形態の蒸発温度検出手段を構成している。本実施形態の如く、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発圧力（低圧側冷媒圧力）が同一となる構成では、第２蒸発器１６側のフィン温度を検出してもよい。もちろん、第１、２蒸発器１５、１７内の冷媒温度を直接検出してもよい。

また、送風空気温度センサ２３は、第１、２蒸発器１５、１７のうち、少なくとも一方へ向けて送風される送風空気の温度を検出するためのもので、本実施形態の空気温度検出手段を構成している。

操作パネル２５の操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置の作動指令信号を出力する空調作動スイッチ２６、車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する温度設定手段をなす温度設定スイッチ２７等が設けられる。

次に、上記構成における本実施形態の作動について、図２のフローチャートに基づいて説明する。図２は、空調制御装置２０が実行する制御処理を示すフローチャートであり、この制御処理は、図示しない車両始動スイッチ（イグニッションスイッチ）の投入状態において、操作パネル２５の空調作動スイッチ２６が投入（ＯＮ）されるとスタートする。

まず、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２で操作パネル２５の操作信号および車両環境状態の信号、すなわちセンサ群２１〜２４等により検出された検出信号を読込む。次に、ステップＳ３へ進み、各種アクチュエータの制御状態、すなわち各種アクチュエータの制御へ出力される制御信号が、ステップＳ２で読み込んだ操作信号および検出信号に基づいて決定される。

例えば、第１電気式膨張弁１４の電動アクチュエータ１４ｂへ出力される制御信号については、低圧側温度センサ２２の検出値および低圧側圧力センサ２４の検出値から圧縮機１１吸入冷媒の過熱度を算出し、算出された過熱度が予め定めた目標過熱度に近づくように決定される。

また、第２電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂへ出力される制御信号については、高圧側温度センサ２１によって検出された放熱器１２流出冷媒の温度に基づいて、予め記憶されている制御マップを参照して、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる目標圧力を決定し、高圧側冷媒圧力がこの目標圧力に近づくように決定される。

次に、ステップＳ４へ進み、低圧側温度センサ２２の検出温度Ｔｅが予め定めた基準蒸発温度ＫＴｅ以上となっているか否かを判定する。なお、本実施形態の基準蒸発温度ＫＴｅは、冷媒である二酸化炭素の臨界温度より僅かに低い２９℃程度としている。

ここで、第１、２蒸発器１５、１７内の冷媒が液相状態あるいは気液二相状態となっている場合は、冷媒蒸発温度と冷媒蒸発圧力とは相関関係を有する。このため、ステップＳ４にて検出温度Ｔｅ≧基準蒸発温度ＫＴｅとなっている場合は、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発圧力（低圧側冷媒圧力）が冷媒の臨界圧力に対して僅かに低い値となるように定められた基準圧力以上となっていることを意味する。

従って、本実施形態では、この制御ステップＳ４が第１、２蒸発器１５、１７のうち、少なくとも一方における冷媒蒸発圧力が、冷媒の臨界圧力と略同等の値に定められた基準圧力以上になったことを判定する臨界圧力判定手段を構成している。

ステップＳ４にて、Ｔｅ≧ＫＴｅとなっている場合は、ステップＳ５へ進み、ステップＳ３で決定された第２電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂへ出力される制御信号を、予め定めた所定量分絞り開度を減少させるように変更して、ステップＳ６へ進む。

一方、ステップＳ４にて、Ｔｅ≧ＫＴｅとなっていない場合は、ステップＳ３にて決定された第２電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂへ出力される制御信号は変更されることなくステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、ステップＳ３、Ｓ５にて決定された制御状態が得られるように、空調制御装置２０より各種アクチュエータ１１、１２ａ、１４ｂ、１５ａ、１６ｂ等に対して制御信号が出力される。

次のステップＳ７では、操作パネル２５の空調作動スイッチ２６がＯＦＦ状態となり、車両用空調装置の作動停止信号が空調制御装置２０へ入力されている場合は、各種アクチュエータの作動を停止させてシステムを停止させる。一方、作動停止信号が入力されていない場合は、予め定めた制御周期の間待機した後、ステップＳ２に戻る。

従って、本実施形態の超臨界冷凍サイクル１０を作動させた際に、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になっていない場合、すなわち、上述の制御ステップＳ４にてＴｅ≧ＫＴｅとなっていない場合は、圧縮機１１にて超臨界状態となるまで昇圧された高温高圧冷媒は、放熱器１２にて放熱して分岐部１３へ流入する。

分岐部１３にて分岐された一方の冷媒は、第１電気式膨張弁１４にて減圧膨張されて、第１蒸発器１５へ流入する。また、他方の冷媒は第２電気式膨張弁１６にて減圧膨張されて、第２蒸発器１７へ流入する。

第１、２蒸発器１５、１７へ流入した冷媒は、送風ファン１５ａから送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより車室内へ送風される空気が冷却される。さらに、第１、２蒸発器１５、１７から流出した冷媒は、合流部１８にて合流して圧縮機１１に吸入され再び圧縮される。

この際、第２電気式膨張弁１６では、ＣＯＰが略最大となるように絞り開度が調整されるので、高いＣＯＰを発揮させながら、超臨界冷凍サイクル１０を運転することができる。また、第１電気式膨張弁１４では、圧縮機１１吸入冷媒の過熱度が予め定めた値となるように絞り開度が制御されるので、圧縮機１１への液バックの問題も生じない。

一方、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になっている場合、すなわち、上述の制御ステップＳ４にてＴｅ≧ＫＴｅとなっている場合は、第２電気式膨張弁１６の絞り開度が減少する。従って、分岐部１３にて分岐された冷媒は、第２電気式膨張弁１６を介して第２蒸発器１７へ流入しにくくなり、主に、第１電気式膨張弁１４を介して第１蒸発器１５へ流入することになる。

つまり、冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になると、第２蒸発器１７における熱交換量を低下させて、実質的に、第１、２蒸発器１５、１７にて構成される超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器の熱交換能力を低下させることができる。

これにより、超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量を減少させて、低圧側冷媒圧力を冷媒の臨界圧力未満となるように低下させることができるとともに、圧縮機１１吸入冷媒密度を低下させることによって、高圧側冷媒圧力の上昇を抑制できる。その結果、吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量を著しく低下させることなく、超臨界冷凍サイクル１０を安定して作動させることができる。

このことを図３のモリエル線図により説明する。まず、図３の太破線は、低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力未満になっている場合、（図３では、通常運転時と記載している。）の冷媒の状態を示している。この場合、吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量はΔｈ１となる。

次に、図３の二点鎖線は、本実施形態の制御ステップＳ４、Ｓ５の制御を実行せず、低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となってしまった場合の冷媒の状態を示している。この場合、吸熱用熱交換器において冷媒が顕熱変化分の吸熱しかできなくなるので、吸熱量はΔｈ２となり、通常運転時の吸熱量Δｈ１に対して、著しく低下する。

これに対して、本実施形態によれば、制御ステップＳ４、Ｓ５の制御によって、吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量をある程度低下させたとしても、低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となってしまうことを回避できるので、太実線のサイクルに示すように、蒸発潜熱分の吸熱量Δｈ３を確保できる。

その結果、吸熱量が図３の通常運転時に対して著しく低下してしまうことを回避でき、超臨界冷凍サイクル１０を安定して作動させることができる。

さらに、本実施形態の超臨界冷凍サイクル１０の如く、第１、２蒸発器１５、１７にて共通する冷却対象空間へ送風される空気を冷却する車両用空調装置に適用された場合に、冷媒蒸発圧力が基準圧力以上となっても、特許文献１のように、送風ファン１５ａの送風空気量を低下させる必要がないので、冷却対象空間への冷風の送風を継続できる。

その結果、冷却対象空間を冷却するという車両空調装置に要求される機能を安定して発揮させることもできる。

なお、本実施形態では、超臨界冷凍サイクル１０を車両用空調装置に適用した例を説明したが、もちろん超臨界冷凍サイクル１０を放熱器にて給湯水を加熱するヒートポンプ給湯装置に適用してもよい。

（第２実施形態）
本実施形態では、本発明の超臨界冷凍サイクル３０をヒートポンプ給湯装置に適用した例を説明する。図４は、本実施形態の超臨界冷凍サイクル３０の全体構成図である。なお、図４では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。これは以下の実施形態でも同様である。

超臨界冷凍サイクル３０において、圧縮機３１は、冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機３１ａを電動モータ３１ｂにて駆動する電動圧縮機である。固定容量型圧縮機３１ａとしては、具体的に、スクロール型圧縮機、ベーン型圧縮機等の各種圧縮機構を採用できる。

電動モータ３１ｂは、後述する制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機３１の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態の電動モータ３１ｂは、吐出能力変更手段を構成している。

圧縮機３１の吐出側には、水−冷媒熱交換器３２の冷媒通路３２ａが接続されている。水−冷媒熱交換器３２は、圧縮機３１から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒通路３２ａと給湯水が通過する水通路３２ｂとを有して構成される熱交換器であって、圧縮機１４吐出冷媒の有する熱量を給湯水に放熱させる放熱器である。

なお、水−冷媒熱交換器３２の水通路３２ｂは、水循環通路３３を介して図示しない貯湯タンクに接続されており、水通路３２ｂにて加熱された給湯水は、水循環通路に設けられた電動水ポンプ３３ａによって貯湯タンクに蓄えられる。なお、電動水ポンプ３３ａは、制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

水−冷媒熱交換器３２の冷媒通路３２ａ出口側には、第１実施形態と同様の分岐部１３の冷媒流入口１３ａが接続されている。分岐部１３の一方の冷媒流出口１３ｂには、エジェクタ３４のノズル部３４ａが接続され、エジェクタ３４のディフューザ部３４ｆ出口側には、第１実施形態と同様の第１蒸発器１５が接続されている。

他方の冷媒流出口１３ｃには、第１実施形態の第２電気式膨張弁１６に対応する電気式膨張弁１６が接続され、電気式膨張弁１６の出口側には、第１実施形態と同様の第２蒸発器１７が接続されている。さらに、第２蒸発器１７の出口側は、エジェクタ３４の冷媒吸引口３４ｂに接続されており、第１実施形態の合流部１８は廃止されている。

なお、本実施形態の第１蒸発器１５、第２蒸発器１７および送風ファン１５ａは、室外に設置されている。従って、冷媒は、第１、２蒸発器１５、１７において外気から吸熱して蒸発することになる。

エジェクタ３４は、分岐部１３の冷媒流出口１３ｂから流出した高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段、すなわち第１実施形態の第１電気式膨張弁１４に対応する減圧手段であるとともに、減圧膨張された高速度の冷媒流により第２蒸発器１７から流出した冷媒を内部に吸引する冷媒循環手段でもある。

具体的には、エジェクタ３４は、分岐部１３の冷媒流出口１３ｂから流出した高圧冷媒の通路面積を小さく絞って、冷媒を減圧させるノズル部３４ａと、ノズル部３４ａの冷媒噴射口と連通するように配置されて、第２蒸発機１７から流出した冷媒を吸引する冷媒吸引口３４ｂを有している。

ノズル部３４ａは、絞り通路面積を変更可能に構成された可変ノズル部であり、具体的には、ノズル部３４ａの内部に配置されてノズル部３４ａの絞り開度を調整するニードル弁３４ｃ、このニードル弁３４ｃをノズル部３４ａの軸方向に変位させる電動アクチュエータ３４ｄを有して構成される。

さらに、ノズル部３４ａおよび冷媒吸引口３４ｂの冷媒流れ下流側には、ノズル部３４ａから噴射する高速度の冷媒流と冷媒吸引口３４ｂから吸引された吸引冷媒とを混合する混合部３４ｅを有し、混合部３４ｅの冷媒流れ下流側には昇圧部をなすディフューザ部３４ｆを有している。

ディフューザ部３４ｆは冷媒の通路面積を徐々に大きくする形状に形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる作用、つまり、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する作用を果たす。その他の超臨界冷凍サイクルの構成は、第１実施形態と同様である。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。制御装置４０の基本的構成は第１実施形態と同様で、その出力側には、圧縮機３１、電動水ポンプ３３ａ、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂ、送風ファン１５ａ、エジェクタ３４の電動アクチュエータ３４ｄ等が接続され、これらの機器の作動を制御する。

また、本実施形態の制御装置４０では、特に、エジェクタ３４の電動アクチュエータ３４ｄの作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を第１絞り開度制御手段４０ａとし、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂの作動を制御する構成を第２絞り開度制御手段４０ｂとする。

制御装置４０の入力側には、第１実施形態と同様の空調用センサ群および操作パネル４１が接続され、空調用センサ群の検出信号および操作パネル４１に設けられた給湯機作動・停止の操作信号、給湯機の給湯温度設定信号等が制御装置４０へ入力される。その他の電気制御部の構成は第１実施形態と同様である。

次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。本実施形態において制御装置４０が実行する制御処理は、基本的に、図２に示す第１実施形態の制御フローと同様で、ヒートポンプ給湯装置に外部から電源が供給された状態で、操作パネル４１の給湯機作動信号が制御装置４０に入力されるとスタートする。

本実施形態では、第１蒸発器１５へ流入する冷媒を減圧させる減圧手段としてエジェクタ３４を採用しているので、第１絞り開度制御手段４０ａは、エジェクタ３０の電動アクチュエータ３４ｄに対して、第１実施形態の第１電気式膨張弁１４の電動アクチュエータ１４ｂと同様の制御信号を出力する。

さらに、第２絞り開度制御手段４０ｂは、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂに対して、第１実施形態の第２電気式膨張弁１６と同様の制御信号を出力する。

従って、本実施形態の超臨界冷凍サイクル３０を作動させた際に、第１蒸発器１５における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になっていない場合、圧縮機３１にて超臨界状態となるまで昇圧された高温高圧冷媒は、水−冷媒熱交換器３２の冷媒通路３２ａに流入して、電動水ポンプ３３ａの作用によって水通路３４ｂに流入した給湯水と熱交換する。これにより給湯水が加熱される。

水−冷媒熱交換器３２から流出した高圧冷媒は分岐部１３へ流入し、分岐部１３にて分岐された一方の冷媒は、エジェクタ３４のノズル部３４ａに流入して、等エントロピ的に減圧膨張する。この減圧膨張時に冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されて、冷媒がノズル部３４ａの冷媒噴射口から高速度の冷媒流となって噴出する。

この際、高速度の冷媒流の吸引作用により、冷媒吸引口３４ｂから第２蒸発機１７から流出した冷媒が吸引される。さらに、混合部３４ｅにおいて、ノズル部３４ａの冷媒噴射口から噴射された噴射冷媒と冷媒吸引口３４ｂから吸引された吸引冷媒が混合され、ディフューザ部３４ｆに流入する。ディフューザ部３４ｆでは通路面積の拡大により、冷媒の速度（膨張）エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。

エジェクタ３４のディフューザ部３４ｆから流出した冷媒は、第１蒸発器１５へ流入して、送風ファン１５ａから送風された外気から吸熱して蒸発する。第１蒸発器１５から流出した冷媒は圧縮機３１に吸入され再び圧縮される。

分岐部１３にて分岐された他方の冷媒は、電気式膨張弁１６にて減圧膨張されて、第２蒸発器１７へ流入する。第２蒸発器１７へ流入した冷媒は、送風ファン１５ａにて送風されて第１蒸発器１５にて冷却された外気から吸熱して蒸発する。さらに、第２蒸発器１７から流出した冷媒は、冷媒吸引口３４ｂからエジェクタ３４内へ吸引される。

この際、電気式膨張弁１６では、第１実施形態と同様に、ＣＯＰが略最大となるように絞り開度が調整されるので、高いＣＯＰを発揮させながら、超臨界冷凍サイクル３０を運転することができる。また、エジェクタ３４では、圧縮機３１吸入冷媒の過熱度が予め定めた値となるように絞り開度が制御されるので、圧縮機３１への液バックの問題も生じない。

さらに、本実施形態の超臨界冷凍サイクル３０では、第１、２蒸発器１５、１７において冷媒に吸熱作用を発揮させる際に、第１蒸発器１５における冷媒蒸発圧力をディフューザ部２０ｄで昇圧した後の圧力として、一方、第２蒸発器１７は冷媒吸引口１４ｂに接続されるので、第２蒸発器１７における冷媒蒸発圧力をノズル部３４ａ減圧直後の最も低い圧力とすることができる。

従って、第１蒸発器１５における冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）よりも第２蒸発器１７における冷媒蒸発圧力（冷媒蒸発温度）を低くすることができる。その結果、第１蒸発器１５および第２蒸発器１７における冷媒蒸発温度と送風ファン１５ａから送風された外気（→００）との温度差を確保して、効率的に冷媒に吸熱させることができる。

しかも、エジェクタ３４のディフューザ部３４ｆの昇圧作用によって圧縮機３１の吸入冷媒圧力を上昇できる分だけ、圧縮機３１の圧縮仕事量を低減できるので、圧縮機３１の省動力効果を得ることができる。その結果、ＣＯＰをより一層向上させることができる。

一方、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になっている場合は、電気式膨張弁１６の絞り開度が減少する。このため、分岐部１３にて分岐された冷媒は、電気式膨張弁１６を介して第２蒸発器１７へ流入しにくくなり、主に、エジェクタ３４を介して第１蒸発器１５へ流入することになる。

つまり、冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になると、第２蒸発器１７の熱交換能力を低下させて、実質的に、第１、２蒸発器１５、１７にて構成される超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器の熱交換能力を低下させることができる。従って、第１実施形態と同様に、低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となってしまうことを防止できるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態の超臨界冷凍サイクル３０の如く、第１、２蒸発器１５、１７が室外に設置されるヒートポンプ給湯装置に適用された場合に、強風等の自然風による外乱が生じても、超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器の熱交換能力を低下させているので、低圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となってしまうことを確実に回避できる。

その結果、給湯水を安定的に加熱するというヒートポンプ給湯装置に要求される機能を確実に発揮させることもできる。

なお、本実施形態では、超臨界冷凍サイクル３０をヒートポンプ給湯装置に適用した例を説明したが、もちろん超臨界冷凍サイクル３０を第１実施形態のように車両用空調装置に適用してもよい。

（第３実施形態）
上述の第２実施形態では、図２に示す制御ステップＳ４によって臨界圧力判定手段を構成しているが、本実施形態では、図５に示す制御ステップＳ４１によって臨界圧力判定手段を構成している。なお、本実施形態の超臨界冷凍サイクル３０の全体構成は、第２実施形態と全く同様であり、図５は、本実施形態の制御装置４０が実行する制御処理を示すフローチャートである。

本実施形態の制御ステップＳ４１では、送風空気温度センサ２３の検出温度Ｔａが予め定めた基準空気温度ＫＴａ以上となっているか否かを判定する。なお、本実施形態の基準蒸発温度ＫＴａも、冷媒である二酸化炭素の臨界温度より僅かに低い２９℃程度としている。

ここで、本実施形態の如く、第１、２蒸発器１５、１７および送風ファン１５ａが、室外に設置されて、第１、２蒸発器１５、１７において冷媒が外気から吸熱して蒸発する構成では、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発温度が外気温近傍まで上昇してしまうことがある。

従った、ステップＳ４１にて検出温度Ｔａ≧基準空気温度ＫＴａとなっているか否かを判定することで、第１蒸発器１５における冷媒蒸発圧力（低圧側冷媒圧力）が冷媒の臨界圧力に対して僅かに低い値となるように定められた基準圧力以上となっているか否かを判定することができる。これにより、本実施形態の超臨界冷凍サイクル３０を作動させても第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第２実施形態の構成に対して、制御装置４０が実行する制御処理を図６のフローチャートに示すように変更している。

具体的には、臨界圧力判定手段を構成するステップＳ４にて、検出温度Ｔｅ≧基準蒸発温度ＫＴｅとなっている場合は、ステップＳ５へ進み、第２電気式膨張弁１６の絞り開度を減少させるように制御信号を変更して、さらにステップＳ５１へ進む。

ステップＳ５１では、低圧側温度センサ２２の検出温度Ｔｅが予め定めた送風ファン用基準蒸発温度ＫＴｅ２以上となっているか否かを判定する。なお、本実施形態の送風ファン用基準蒸発温度ＫＴｅ２は、冷媒である二酸化炭素の臨界温度より僅かに低く、かつ、基準蒸発温度ＫＴｅよりも高い３０℃程度としている。

ここで、臨界圧力判定手段であるステップＳ４にて、第１蒸発器１５における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上となっていることが判定され、ステップＳ５にて第２電気式膨張弁１６の絞り開度を減少させても、低圧側冷媒圧力が低下しない場合は、低圧側温度センサ２２の検出温度Ｔｅが上昇する。

そこで、ステップＳ５１にて、Ｔｅ≧ＫＴｅ２となっている場合は、ステップＳ５２へ進み、ステップＳ３で決定された送風ファン１５ａへ出力される制御信号を、予め定めた所定量分送風空気量を減少させるように変更して、ステップＳ６へ進む。一方、ステップＳ５１にて、Ｔｅ≧ＫＴｅ２となっていない場合は、ステップＳ３にて決定された送風ファン１５ａへ出力される制御信号は変更されることなくステップＳ６へ進む。

従って、本実施形態の超臨界冷凍サイクル３０を作動させると、さらに、送風ファン１５ａの送風空気量の低下によって、超臨界冷凍サイクル全体としての吸熱用熱交換器における冷媒の吸熱量を、さらに低下させることができ、より一層確実に低圧側冷媒圧力を低下させることができる。

なお、本実施形態では、ステップＳ５１にて、検出温度Ｔｅが送風ファン用基準蒸発温度ＫＴｅ２以上となっているか否かを判定しているが、このステップＳ５１は廃止してもよい。つまり、ステップＳ４にて低圧側冷媒圧力が基準圧力以上になっていることが判定された場合、第２電気式膨張弁１６の絞り開度を減少させると同時に、送風ファン１５ａの送風空気量を減少させてもよい。

また、本実施形態の超臨界冷凍サイクル３０を、第１実施形態のように車両用空調装置に適用した際には、冷却対象空間である車室内への冷風の送風を継続できる程度に送風量を低下させればよい。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の第１実施形態では、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になっている場合に、第２電気式膨張弁１６の絞り開度を減少させる構成になっているので、第１電気式膨張弁１４を廃止して、第１可変絞り機構として、圧縮機１１吸入冷媒の過熱度が予め定めた値に近づくように機械的機構で絞り開度を変化させる温度式膨張弁を採用してもよい。

また、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になっている場合に、第１電気式膨張弁１４の絞り開度を減少させる構成としてもよい。さらに、この場合は、第２電気式膨張弁１４を廃止して、第２可変絞り機構として、放熱器１２流出冷媒の温度に応じて高圧側冷媒圧力が目標高圧に近づくように機械的機構で絞り開度を変化させる圧力制御弁を採用してもよい。

（２）上述の実施形態で説明した超臨界冷凍サイクル１０、３０に対して、第１、２蒸発器１５、１７流出冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余剰冷媒を蓄えるアキュムレータを設けてもよい。さらに、放熱器１２、水−冷媒熱交換器３２から流出した高圧冷媒と、圧縮機１１、３１吸入冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けてもよい。

（３）上述の実施形態では、分岐部１３にて、冷媒の流れを２方に分岐しているが、さらに複数の冷媒流れに分岐し、分岐されたそれぞれの冷媒を減圧膨張させる絞り機構、これらの絞り機構にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器を設けてもよい。この場合は、合流部１８にて、それぞれの蒸発器から流出した冷媒を合流させるようにすればよい。

（４）上述の実施形態では、第１、２蒸発器１５、１７における冷媒蒸発圧力が基準圧力以上になっている場合に、第２電気式膨張弁１６の絞り開度を所定量分減少させる構成になっているが、第２電子式膨張弁１６の絞り通路を完全に閉塞してもよい。

（５）上述の実施形態では、本発明の超臨界冷凍サイクル装置１０、３０を車両用空調装置、ヒートポンプ給湯装置に適用した例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、定置型空調装置、定置型冷温蔵庫に適用してもよい。

第１実施形態の超臨界冷凍サイクルの全体構成図である。 第１実施形態の空調制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の超臨界冷凍サイクルの冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第２実施形態の超臨界冷凍サイクルの全体構成図である。 第３実施形態の空調制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 第４実施形態の空調制御装置の制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１１、３１…圧縮機、１２…放熱器、１３…分岐部、１４…第１電気式膨張弁、
１５…第１蒸発器、１５ａ…送風ファン、１６…第２電気式膨張弁、１７…第２蒸発器、
１８…合流部、２２…低圧側温度センサ、２３…送風空気温度センサ、
３２…水−冷媒熱交換器、３４…エジェクタ、３４ａ…ノズル部、３４ｂ…冷媒吸引口、
Ｓ４、Ｓ４１…臨界圧力判定手段。

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）吐出冷媒を放熱させる放熱器（１２）と、
   前記放熱器（１２）流出冷媒の流れを複数の流れに分岐する分岐部（１３）と、
   前記分岐部（１３）にて分岐された一方の冷媒を減圧膨張させる第１可変絞り機構（１４）と、
   前記第１可変絞り機構（１４）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる第１蒸発器（１５）と、
   前記分岐部（１３）にて分岐された別の一方の冷媒を減圧膨張させる第２可変絞り機構（１６）と、
   前記第２可変絞り機構（１６）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる第２蒸発器（１７）と、
   前記第１蒸発器（１５）流出冷媒の流れと前記第２蒸発器（１７）流出冷媒の流れを合流させて前記圧縮機（１１）吸入口側へ流出させる合流部（１８）と、
   前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方における冷媒蒸発圧力が、冷媒の臨界圧力と同等の値に定められた基準圧力以上になったことを判定する臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）とを備え、
   前記臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）によって前記冷媒蒸発圧力が前記基準圧力以上になったことが判定されたときに、前記第１可変絞り機構（１４）および前記第２可変絞り機構（１６）のうち、いずれか一方の絞り開度を減少させることを特徴とする超臨界冷凍サイクル。
2. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（３１）と、
   前記圧縮機（３１）吐出冷媒を放熱させる放熱器（３２）と、
   前記放熱器（３２）流出冷媒の流れを複数の流れに分岐する分岐部（１３）と、
   前記分岐部（１３）にて分岐された一方の冷媒を減圧膨張させるノズル部（３４ａ）から噴射する高速度の冷媒流によって、冷媒を冷媒吸引口（３４ｂ）から吸引するエジェクタ（３４）と、
   前記エジェクタ（３４）流出冷媒を蒸発させて前記圧縮機（３１）吸入口側へ流出させる第１蒸発器（１５）と、
   前記分岐部（１３）にて分岐された別の一方の冷媒を減圧膨張させる可変絞り機構（１６）と、
   前記可変絞り機構（１６）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させて前記冷媒吸引口（３４ｂ）側へ流出させる第２蒸発器（１７）と、
   前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方における冷媒蒸発圧力が冷媒の臨界圧力と同等の値に定められた基準圧力以上となったことを判定する臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）とを備え、
   前記臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）によって前記冷媒蒸発圧力が前記基準圧力以上となったことが判定されたときに、前記可変絞り機構（１６）の絞り開度を減少させることを特徴とする超臨界冷凍サイクル。
3. さらに、前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方の冷媒蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（２２）を備え、
   前記臨界圧力判定手段（Ｓ４）は、前記蒸発温度検出手段（２２）の検出値（Ｔｅ）が予め定めた基準蒸発温度（ＫＴｅ）以上のときに、前記冷媒蒸発圧力が前記基準圧力以上となっていると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の超臨界冷凍サイクル。
4. さらに、前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方へ向けて送風される送風空気の温度を検出する空気温度検出手段（２３）を備え、
   前記臨界圧力判定手段（Ｓ４１）は、前記空気温度検出手段（２３）の検出値（Ｔａ）が予め定めた基準空気温度（ＫＴａ）以上のときに、前記冷媒蒸発圧力が前記基準圧力以上となっていると判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の超臨界冷凍サイクル。
5. さらに、前記第１蒸発器（１５）および前記第２蒸発器（１７）のうち、少なくとも一方に向けて空気を送風する送風手段（１５ａ）を備え、
   前記臨界圧力判定手段（Ｓ４、Ｓ４１）によって前記冷媒蒸発圧力が前記基準圧力以上となったことが判定されたときに、前記送風手段（１５ａ）の送風量を低下させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超臨界冷凍サイクル。

Images