JP2010107180A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルの圧縮行程を等温圧縮行程に近づけ且つ暖房能力が低下しないようにする。
【解決手段】冷凍機（1）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えると共に、被加熱流体である冷媒と圧縮機（11）内を流れる冷媒とを熱交換する圧縮機用インタークーラ（16）を備えている。圧縮機用インタークーラ（16）には、圧縮機（11）と室内熱交換器（12）とを接続する第１接続配管（21a）から分岐した第１配管（21b）及び室内熱交換器（12）と膨張機（13）とを接続する第２接続配管（22a）から分岐した第２配管（22b）とが接続されている。第２配管（22b）には、圧縮機用インタークーラ（16）を介して第２接続配管（22a）から第１接続配管（21a）へ冷媒を供給する冷媒ポンプ（15）が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置に関するものである。

従来より、圧縮機構と放熱器（あるいは凝縮器）と膨張機構と蒸発器とが順に接続された冷媒回路を備えた冷凍装置が知られている。この冷媒回路に封入された冷媒が、圧縮行程、放熱（あるいは凝縮）行程、膨張行程、及び蒸発行程を繰り返すことにより冷凍サイクルが行われる。ここで、この冷凍装置に用いられる圧縮機構は、理想的には断熱圧縮を行うように構成されている。

特許文献１には、従来よりも圧縮動力を低減することが可能な圧縮機構が開示されている。この圧縮機構は、吸入した低圧ガスを高圧ガスとして吐出するまでの間、圧縮動作と冷却動作とを少しずつ交互に繰り返すように構成されている。

具体的に、上記圧縮機構は、複数の圧縮部と複数のインタークーラ部とを備えている。上記各圧縮部は、吸入した低圧ガスを多段圧縮できるように駆動軸を介して直列に配置されている。一方、上記各インタークーラ部は、隣り合う圧縮部と圧縮部との間に設けられている。

このように各圧縮部と各インタークーラ部とを交互に直列に配置することにより、圧縮と冷却とを少しずつ交互に繰り返すことができる。そして、圧縮と冷却とを繰り返すことにより、上記圧縮機構での圧縮行程を従来の断熱圧縮行程から等温圧縮行程へ近づけ、該圧縮行程に必要な圧縮動力の低減を図っている。
特表平０６−５０５３３０号公報

しかしながら、冷凍サイクルを行う冷媒回路に特許文献１の圧縮機構を用いた場合、圧縮行程における圧縮動力が低減するものの、放熱器における熱交換量（暖房能力）が低下してしまうという問題がある。

図３はモリエル線図上に特許文献１の圧縮機構を用いた冷媒回路の冷凍サイクルを実線で示した図である。尚、破線部分は、特許文献１の圧縮機構を用いずに従来の圧縮機構で断熱圧縮を行った場合を示している。図３から、特許文献１の圧縮機構を用いた場合の暖房能力は、従来の圧縮機構を用いた場合の暖房能力よりも小さいことがわかる。

これは、断熱圧縮の場合、圧縮機構の前後で冷媒のエンタルピが増加するのに対して、特許文献１の場合、圧縮機構の前後で冷媒のエンタルピが断熱圧縮ほど増加しないためである。つまり、冷凍サイクルの圧縮行程を等温圧縮行程に近づけると、圧縮機構から吐出した冷媒のエンタルピが減少して暖房能力が低下することがわかる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置において、冷凍サイクルの圧縮行程を等温圧縮行程に近づけたとしても、できるだけ暖房能力が低下しないようにすることである。

第１の発明は、圧縮機構（11）と利用側熱交換器（12）と膨張機構（13）と熱源側熱交換器（14）とが順に接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、被加熱流体が流れる流体通路を有して該被加熱流体と上記圧縮機構（11）内を流れる冷媒とを熱交換する熱交換機構（16）とを備えた冷凍装置を前提としている。

そして、上記被加熱流体が上記冷媒回路（10）を循環する冷媒で構成されている。

更に、上記圧縮機構（11）と上記利用側熱交換器（12）とを接続する冷媒回路（10）の第１接続配管（21a）から分岐して上記流体通路の流出端に接続される第１配管（21b）及び、上記利用側熱交換器（12）と上記膨張機構（13）とを接続する冷媒回路（10）の第２接続配管（22a）から分岐して上記流体通路の流入端に接続される第２配管（22b）を有する冷媒配管を備えている。加えて、上記冷媒配管に設けられ、上記流体通路を介して上記第２接続配管（22a）から上記第１接続配管（21a）へ冷媒を供給する冷媒供給機構（15）を備えている。

第１の発明では、上記利用側熱交換器（12）で冷却された冷媒の一部と圧縮機構（11）内を流れる冷媒とを上記熱交換機構（16）で熱交換する。そして、この熱交換により、圧縮機構（11）内を流れる冷媒を冷却し、利用側熱交換器（12）で冷却された冷媒の一部を加熱する。また、この加熱した冷媒と圧縮機構（11）から吐出された冷媒とを合流させることにより、該圧縮機構（11）から吐出された冷媒の熱エネルギを増加することができる。

以上から、圧縮機構（11）内を流れる冷媒を冷却することにより、該圧縮機構（11）の圧縮行程を等温圧縮行程に近づけることが可能であり、圧縮行程に必要な圧縮動力を低減することができる。また、上記熱交換機構（16）の流体通路を流出した冷媒と圧縮機構（11）から吐出された冷媒が合流するので、圧縮機構（11）から吐出された冷媒における上記熱交換機構（16）で失われた熱エネルギを、上記熱交換機構（16）の流体通路を流出した冷媒で補えるので、利用側熱交換器（12）の暖房能力を増加することができる。

第２の発明は、第１の発明において、上記圧縮機構（11）が吸入する吸入冷媒の温度を検知する第１検知機構（11b）と、上記圧縮機構（11）が吐出する吐出冷媒の温度を検知する第２検知機構（11a）と、上記熱交換機構（16）の流体通路を流れる冷媒の流量を調節する流量調整機構（23）と、上記第２検知機構（11a）で検知した吐出冷媒温度が上記第１検知機構（11b）で検知した吸入冷媒温度に近づくように上記流量調整機構（23）を制御する等温制御機構（20）とを備えている。

第２の発明では、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度に近づくように、上記流体通路を流れる冷媒の流量を増減させて、上記熱交換機構（16）の熱交換量を増減させる。これにより、吐出冷媒温度と吸入冷媒温度とを確実に近づけることができる。

第３の発明は、第２の発明において、上記等温制御機構（20）は、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度より所定値以上高くなると、上記流体通路を流れる冷媒の流量を増加させ、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度より所定値以上低くなると、上記流体通路を流れる冷媒の流量を減少させるように上記流量調整機構（23）を制御する。

第３の発明では、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度よりも高くなると、上記流体通路を流れる冷媒の流量を増加させて、上記熱交換機構（16）の熱交換量を増やす。逆に、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度よりも低くなると、上記流体通路を流れる冷媒の流量を減少させて、上記熱交換機構（16）の熱交換量を減らす。これにより、吐出冷媒温度を変更させることができ、吐出冷媒温度と吸入冷媒温度とを確実に近づけることができる。

第４の発明は、第１から第３の何れか１つの発明において、上記圧縮機構（11）の駆動電力量を検知する第１電力量検知機構（31b）と、上記冷媒供給機構（15）の駆動電力量を検知する第２電力量検知機構（31a）と、上記熱交換機構（16）の流体通路を流れる冷媒の流量を調節する流量調整機構（23）と、上記利用側熱交換器（12）の熱交換量に対する上記第１電力量検知機構（31b）で検知した駆動電力量及び上記第２電力量検知機構（31a）で検知した駆動電力量の総和が所定の値よりも小さくなるように上記流量調整機構（23）を制御する電力制御機構（20）とを備えている。

第４の発明では、上記熱交換機構（16）の流体通路を流れる冷媒の流量を調節することにより、上記圧縮機構（11）及び上記冷媒供給機構（15）の駆動電力量の総和を所定の値よりも小さくすることができる。上記流体通路を流れる冷媒の流量が増えると、上記圧縮機構（11）の圧縮行程を等温圧縮行程に近づけることができる。これにより、上記圧縮機構（11）の駆動電力量を小さくすることができる反面、冷媒流量の増加により上記冷媒供給機構（15）の駆動電力量は増加する。

したがって、上記圧縮機構（11）の駆動電力量を小さくしようとして、冷媒の流量を増やし過ぎると、上記冷媒供給機構（15）の駆動電力量が増えてしまい、上記圧縮機構（11）及び上記冷媒供給機構（15）の駆動電力量の総和が、冷媒流量を変更する前よりも大きくなってしまうことが考えられる。第３の発明では、この総和が所定の値より小さくなるように、上記流量調整機構（23）を制御するので、無駄に駆動電力量を消費してしまうのを抑えることができる。

ここで、上記所定の値を上記圧縮機構（11）のみを単独で駆動させた場合の該圧縮機構（11）の駆動電力量に設定するとよい。こうすれば、上記圧縮機構（11）及び上記冷媒供給機構（15）の駆動電力量の総和を上記圧縮機構（11）のみを単独で駆動させた場合の駆動電力量よりも小さくすることができる。

第５の発明は、第１から第４の何れか１つの発明において、上記膨張機構（13）が、冷媒を膨張させて電力を発生する膨張機（13）で構成されている。そして、上記膨張機（13）は、上記圧縮機構（11）及び上記冷媒供給機構（15）の少なくとも一方と電気的に接続されるとともに、発生した電力が上記圧縮機構（11）及び上記冷媒供給機構（15）の少なくとも一方の所要動力の一部に利用されるように構成されている。

第５の発明では、上記膨張機（13）で冷媒の運動エネルギを電気エネルギを変換し、その変換した電気エネルギを上記圧縮機構（11）及び上記冷媒供給機構（15）の少なくとも一方へ供給することができる。

第６の発明は、第１から第５の何れか１つの発明において、上記冷媒回路（10）を循環する冷媒を二酸化炭素としている。

第６の発明では、冷媒回路（10）を循環する冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍装置に対しても、圧縮機構（11）内を流れる冷媒を冷却することができ、該圧縮機構（11）の圧縮行程を等温圧縮行程に近づけ、圧縮行程に必要な圧縮動力を低減することができる。また、圧縮機構（11）から吐出された冷媒の熱エネルギを増加させることができ、利用側熱交換器（12）の暖房能力を増加することができる。

本発明によれば、冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えた冷凍装置において、上記圧縮機構（11）内を流れる冷媒を冷却することにより、該圧縮機構（11）の圧縮行程を等温圧縮行程に近づけ、圧縮行程に必要な圧縮動力を低減することができる。また、上記熱交換機構（16）の流体通路を流出した冷媒と圧縮機構（11）から吐出された冷媒が合流するので、圧縮機構（11）から吐出された冷媒における上記熱交換機構（16）で失われた熱エネルギを、上記熱交換機構（16）の流体通路を流出した冷媒で補える。これにより、利用側熱交換器（12）の暖房能力を増加することができる。

したがって、冷凍サイクルの圧縮行程を等温圧縮行程に近づけたとしても、できるだけ暖房能力が低下しないようにすることができる。

また、上記第２及び第３の発明によれば、上記等温制御機構（20）により、吐出冷媒温度と吸入冷媒温度とを確実に近づけることができる。したがって、冷凍サイクルの圧縮行程を確実に等温圧縮行程に近づけることができ、冷凍装置に必要な圧縮動力を確実に低減することができる。

また、上記第４の発明によれば、上記電力制御機構（20）により、上記利用側熱交換器（12）の熱交換量に対して必要な駆動電力量の総和（圧縮機構（11）と冷媒供給機構（15）の駆動電力量）を上記圧縮機構（11）のみを単独で駆動させた場合の駆動電力量よりも小さくすることができる。したがって、冷凍装置に必要な駆動電力量を無駄に消費しないようにすることができる。

また、上記第５の発明によれば、上記膨張機（13）で冷媒の運動エネルギを電気エネルギを変換し、その変換した電気エネルギを上記圧縮機構（11）及び上記冷媒供給機構（15）の少なくとも一方へ供給することができる。したがって、冷凍装置に入力される電力量を低減することができる。

また、上記第６の発明によれば、冷媒回路（10）を循環する冷媒として二酸化炭素を用いた冷凍装置に対しても、第１の発明と同様の効果を得ることができる。

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。

本実施形態の冷凍装置における冷媒回路図を図１に示す。本実施形態は、室外機（図示なし）と室内機（図示なし）とを備えたセパレートタイプの冷凍装置であり、図１に示すように、冷媒回路（10）とコントローラ（20）とを備えている。上記冷媒回路（10）は、冷媒として二酸化炭素（以下、冷媒という。）が封入され、この冷媒が冷媒回路（10）内を循環することにより、超臨界冷凍サイクルを行うように構成されている。尚、上記冷凍装置とは、冷凍サイクルを行うことができる装置のことである。

〈冷媒回路〉
上記冷媒回路（10）は、圧縮機（圧縮機構）（11）と室内熱交換器（利用側熱交換器）（12）と膨張機（膨張機構）（13）と室外熱交換器（熱源側熱交換器）（14）とを順に冷媒配管で接続した閉回路である。また、上記冷媒回路（10）には、冷媒ポンプ（冷媒供給機構）（15）と圧縮機用インタークーラ（熱交換機構）（16）とが接続されている。

具体的に、上記圧縮機（11）と上記室内熱交換器（12）とを接続する第１接続配管（21a）から分岐した第１配管（21b）の端部は、上記圧縮機用インタークーラ（16）に設けられた低温側流路の出口側に接続されている。また、上記室内熱交換器（12）と上記膨張機（13）とを接続する第２接続配管（22a）から分岐した第２配管（22b）の端部は、上記圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路の入口側に接続されている。そして、この第２配管（22b）に上記冷媒ポンプ（15）が設けられている。

上記圧縮機（11）は、冷媒を圧縮する圧縮部本体と、該圧縮部本体を駆動する電動機とを備えている。この圧縮部本体と電動機とは駆動軸を介して連結されている。

上記圧縮部本体は、この駆動軸を介して直列に配置された複数の圧縮部を備えている。各圧縮部は、冷媒を吸入する吸入口と冷媒を吐出する吐出口とを有し、吸入口から吸入した冷媒を圧縮して吐出口から吐出するように構成されている。このように圧縮部が構成されることにより、上記圧縮部本体に流入した冷媒は、所定の圧力まで一気に圧縮されるのではなく、所定の圧力まで各圧縮部で少しずつ段階的に圧縮される。

上記電動機は、図示しない圧縮機用インバータが接続されている。上記圧縮機用インバータは、上記電動機に電流を供給するとともに、その電流の周波数を変化することが可能に構成されている。つまり、上記圧縮機（11）の容量は、上記圧縮機用インバータにより、ある範囲内で自在に変更することが可能となっている。

上記室内熱交換器（12）は、図示は省略しているが、伝熱管が複数パスに配列されるとともに該伝熱管と直交して多数のアルミフィンが配置されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。そして、冷媒が上記伝熱管の管内側を流れ、該室内熱交換器（12）の近傍に設置された室内ファン（17）の送風空気が上記伝熱管の管外側にある上記アルミフィン間を流れることにより、両者が熱交換を行うように構成されている。

上記膨張機（13）は、例えば、膨張機構部と発電コイル部とを備えている。上記膨張機構部は、容積式の膨張機構を備え、該膨張機構は、該膨張機（13）内に設けられた流体通路内に配置されている。また、上記発電コイル部は、ステータとロータとが設けられている。そして、膨張機構部とロータとがクランク軸で連結されている。膨張機構部に冷媒が流入するとクランク軸を介してロータも回転する。このロータの回転により上記発電コイル部が発電するように構成されている。この発電コイル部は、圧縮機用インバータと後述する冷媒ポンプ用インバータ（23）とに電気的に接続されている。尚、両方のインバータは、図示しない商用電源にも電気的に接続されている。

上記室外熱交換器（14）は上述した室内熱交換器（12）と同様の構成である。該室外熱交換器（14）は、図示は省略しているが、伝熱管が複数パスに配列されるとともに該伝熱管と直交して多数のアルミフィンが配置されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成されている。そして、冷媒が上記伝熱管の管内側を流れ、該室外熱交換器（14）の近傍に設置された室外ファン（18）の送風空気が上記伝熱管の管外側にある上記アルミフィン間を流れることにより、両者が熱交換を行うように構成されている。

上記冷媒ポンプ（15）は、冷媒ポンプ用インバータ（流量調整機構）（23）が接続されている。上記冷媒ポンプ用インバータ（23）は、上記冷媒ポンプ（15）に電流を供給するとともに、その電流の周波数を変化することが可能に構成されている。つまり、上記冷媒ポンプ（15）の容量は、上記冷媒ポンプ用インバータ（23）により、ある範囲内で自在に変更することが可能となっている。

上記圧縮機用インタークーラ（16）は、高温側流路と低温側流路（流体通路）とを有する複数の熱交換部を有し、各熱交換部は、上記圧縮部本体の隣り合う圧縮部と圧縮部との間にそれぞれ配置されている。つまり、上記熱交換部と上記圧縮部とが交互に直列に配置されている。ここで、各熱交換部における低温側流路は互いに連通し、各高温側流路は熱交換部を挟んで隣り合う圧縮部の吐出口と圧縮部の吸入口との間を接続する。そして、上述したように、互いに連通した低温側流路の入口側が上記第２配管（22b）に接続され、出口側が第１配管（21b）に接続されている。この第１配管（21b）及び第２配管（22b）が冷媒が流れる冷媒配管を構成している。

〈コントローラ〉
上記コントローラ（20）には、上記冷凍装置（1）の各部に設けられたセンサ類が電気配線を介して接続されるとともに、上記圧縮機用インバータ、上記冷媒ポンプ用インバータ（23）、膨張機（13）等のアクチュエータ類が電気配線を介してそれぞれ接続されている。そして、上記コントローラ（20）が、上記センサ類からの検出信号に応じて、上記アクチュエータ類の制御を行うように構成されている。例えば、上記コントローラ（20）は、上記冷媒回路（10）の高圧が二酸化炭素の臨界圧力以上となるように制御する。

ここで、上記センサ類の中には、上記圧縮機（11）の吸入側の冷媒温度を検知する吸入温度センサ（第１検知機構）（11b）と上記圧縮機（11）の吐出側の冷媒温度を検知する吐出温度センサ（第２検知機構）（11a）とが含まれている。そして、上記コントローラ（20）は、この吸入温度センサ（11b）及び吐出温度センサ（11a）で検知される温度に基づいて、上記冷媒ポンプ（15）の容量を変更して吐出冷媒温度と吸入冷媒温度とが近づくように上記冷媒ポンプ用インバータ（23）を制御する等温制御機構を構成している。

具体的に、上記コントローラ（20）は、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度より所定値以上高くなると、上記低温側流路を流れる冷媒の流量を増加させ、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度より所定値以上低くなると、上記低温側流路を流れる冷媒の流量を減少させるように上記流量調整機構（23）を制御する。この制御が等温制御であり、後述する。

−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。

上記コントローラ（20）において運転スイッチがＯＮされると、上記圧縮機（11）が起動する。すると、圧縮機（11）の吸入側の冷媒を吸入する。この吸入された冷媒は、複数の圧縮部のうち最も下流側に設けられた圧縮部に流入して圧縮される。そして、圧縮されて昇温した冷媒は、上記圧縮部に隣接して設けられた圧縮機用インタークーラ（16）の熱交換部の高温側流路に流入する。高温側流路に流入した冷媒は、低温側流路を流れる冷媒と熱交換して冷却される。冷却された冷媒は、次の圧縮部で再び圧縮されて、次の熱交換部で冷却される。

そして、この圧縮と冷却とが交互に繰り返されながら、冷媒は最終的に臨界圧よりも高い圧力まで圧縮されて高圧冷媒となり吐出される。尚、この高圧冷媒の温度は、冷却を伴いながら圧縮されているので、断熱圧縮された後の高圧冷媒の温度よりも低い。

上記圧縮機（11）から吐出された高圧冷媒は、第１接続配管（21a）を通過する途中で、圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路を通過して第１配管（21b）を流れる冷媒と合流する。この合流により高圧冷媒の熱エネルギが増加した後、上記室内熱交換器（12）に流入する。上記室内熱交換器（12）に流入した高圧冷媒は、室内ファン（17）から送られる室内空気へ放熱した後、該室内熱交換器（12）を流出する。一方、上記室内空気は高圧冷媒により暖められて室内へ送られる。

上記室内熱交換器（12）を流出した高圧冷媒は、第２接続配管（22a）を通過する途中で分岐して、その一部が第２配管（22b）から冷媒ポンプ（15）を経て、圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路に流入する。該低温側流路に流入した冷媒は、高温側流路を流れる圧縮途中の冷媒から吸熱して、その温度が上昇する。そして、この冷媒は低温側流路を流出し、第１配管（21b）を流れて、上記圧縮機（11）から吐出された高圧冷媒と第１接続配管（21a）の途中で再び合流する。

上記第２接続配管（22a）の途中で分岐しなかった冷媒は膨張機（13）に流入する。該膨張機（13）に流入した高圧冷媒は、膨張機（13）内の膨張室に流入しクランク軸を回転させつつ減圧して低圧二相冷媒となる。この際、冷媒の運動エネルギが電気エネルギを変換される。この電気エネルギが圧縮機用インバータと冷媒ポンプ用インバータ（23）とに供給される。

上記膨張機（13）で減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器（14）に流入する。上記室外熱交換器（14）に流入した低圧冷媒は、室外ファン（18）から送られる室外空気に吸熱されながら蒸発した後、該室外熱交換器（14）を流出する。上記室外熱交換器（14）を流出した低圧冷媒は、上記圧縮機（11）に吸入されて圧縮と冷却とが交互に繰り返されながら、最終的に臨界圧よりも高い圧力まで圧縮されて高圧冷媒となり吐出される。このように冷媒が循環することにより、室内の暖房が行われる。

−コントローラの等温制御−
次に、上記コントローラ（20）が行う等温制御について説明する。

上記コントローラ（20）は、冷凍装置（1）の運転中において、吐出温度センサ（11a）で検知した吐出冷媒温度が吸入温度センサ（11b）で検知した吸入冷媒温度よりも所定値以上高くなると、冷媒ポンプ用インバータ（23）の周波数を増加させる。すると、冷媒ポンプ（15）のモータ回転数が上がり、圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路を流れる冷媒流量が増加する。そして、この冷媒流量の増加により高温側流路を流れる圧縮途中の冷媒に対する冷却量が増える。これにより、吐出冷媒温度が下がって吸入冷媒温度に近づく。

また逆に、上記コントローラ（20）は、冷凍装置（1）の運転中において、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度よりも所定値以上低くなると、冷媒ポンプ用インバータ（23）の周波数を低減させる。すると、冷媒ポンプ（15）のモータ回転数が下がり、圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路を流れる冷媒流量が減少する。そして、この冷媒流量の減少により高温側流路を流れる圧縮途中の冷媒に対する冷却量が低下する。これにより、吐出冷媒温度が上がって吸入冷媒温度に近づく。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、上記圧縮機用インタークーラ（16）で室内熱交換器（12）で冷却された冷媒の一部と圧縮機（11）内を流れる冷媒とを熱交換することができる。そして、この熱交換により、圧縮機（11）内を流れる冷媒を冷却し、室内熱交換器（12）で冷却された冷媒の一部を加熱することができる。

また、上記圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路を流出した冷媒と圧縮機（11）から吐出された冷媒が合流するので、圧縮機（11）から吐出された冷媒における上記圧縮機用インタークーラ（16）で失われた熱エネルギを、上記圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路を流出した冷媒で補えるので、室内熱交換器（12）の暖房能力を増加することができる。

以上から、上記圧縮機（11）内を流れる冷媒を冷却することにより、上記圧縮機（11）の圧縮行程を等温圧縮行程に近づけ、圧縮行程に必要な圧縮動力を低減することができる。

また、圧縮機（11）から吐出された冷媒の熱エネルギを増加させることにより、室内熱交換器（12）の暖房能力を増加することができる。これにより、冷凍サイクルの圧縮行程を等温圧縮行程に近づけたとしても、できるだけ暖房能力が低下しないようにすることができる。

また、本実施形態によれば、上記コントローラ（20）により、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度より所定値以上高くなると、上記圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路を流れる冷媒の流量を増加させることができる。この結果、上記圧縮機用インタークーラ（16）の熱交換量を増やすことができ、吐出冷媒温度を低下させることができる。また、本実施形態によれば、上記コントローラ（20）により、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度より所定値以上低くなると、上記圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路を流れる冷媒の流量を減少させることができる。この結果、上記圧縮機用インタークーラ（16）の熱交換量を低下させることができ、吐出冷媒温度を上昇させることができる。

したがって、本実施形態によれば、吐出冷媒温度と吸入冷媒温度とを近づけることができるので、冷凍サイクルの圧縮行程を確実に等温圧縮行程に近づけることができ、冷凍装置に必要な圧縮動力を確実に低減することができる。

また、本実施形態によれば、上記膨張機（13）で冷媒の運動エネルギを電気エネルギを変換し、その変換した電気エネルギを上記圧縮機（11）及び上記冷媒ポンプ（15）の少なくとも一方へ供給することができる。したがって、冷凍装置（1）に入力される電力量を低減することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、上記コントローラ（20）により、吐出冷媒温度及び吸入冷媒温度に基づいて、上記圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路を流れる冷凍機油の流量を制御して等温制御するようにしているが、電力制御を行うようにしてもよい。

つまり、上記冷凍装置（1）は、例えば、図２に示すように、上記圧縮機（11）の電力を検知する第１電力量検知センサ（第１電力量検知機構）（31b）と、上記冷媒ポンプ（15）の電力を検知する第２電力量検知センサ（第２電力量検知機構）（31a）とを備えている。そして、上記コントローラ（20）は、第２電力量検知センサ（31a）で検知した電力量と第１電力量検知センサ（31b）で検知した電力量の総和が所定の値よりも小さくなるように、上記冷媒ポンプ用インバータ（23）を制御する電力制御機構を構成し、低温側流路を流れる冷媒の流量を制御する。

ここで、上記所定の値を上記圧縮機（11）のみを単独で駆動させた場合の該圧縮機（11）の駆動電力量に設定するとよい。こうすれば、上記圧縮機（11）及び上記冷媒ポンプ（15）の駆動電力量の総和を上記圧縮機（11）のみを単独で駆動させた場合の駆動電力量よりも小さくすることができる。

この場合、上記コントローラ（20）は、上記等温制御を行うと共に、上記電力制御に基づき冷媒ポンプ用インバータ（23）を制御する。

しかし、上記コントローラ（20）は、上記等温制御に代えて電力制御に基づき冷媒ポンプ用インバータ（23）を制御してもよい。

また、本実施形態では、上記冷媒回路（10）に、上記圧縮機用インタークーラ（16）を備えた１台の圧縮機（11）が接続されているが、これに限定されず、上記圧縮機用インタークーラ（16）を備えた複数の圧縮機（41，42）を接続してもよい。例えば、図７に示すように、各々に圧縮機用インタークーラ（51，52）を備えた第１、第２圧縮機（41，42）を冷媒回路（40）に直列に接続する。

この場合、各圧縮機用インタークーラ（51，52）の低温側流路を互いに直列に接続するとよい。そして、上記冷媒ポンプ（15）に接続された第２配管（22b）を上記第２圧縮機（42）における圧縮機用インタークーラ（52）の低温側流路の入口側に接続し、上記第１接続配管（21a）から分岐した第１配管（21b）を上記第１圧縮機（41）における圧縮機用インタークーラ（51）の低温側流路の出口側に接続する。

このように接続することにより、上記冷媒ポンプ（15）から送られた冷媒で各圧縮機（41，42）内の冷媒を冷却することができる。

本実施形態では、上記冷凍装置（1）が上記室内機により室内を暖房することができるものであったが、これに限定されず、上記冷媒回路（10）に冷媒循環方向を可逆にすることができる切換弁を設けて、上記冷凍装置（1）が室内を冷暖房できるものであってもよい。

また、本実施形態では、膨張機構として膨張機（13）を用いているが、これに限定される必要はなく、例えば膨張弁であってもよい。この場合、冷凍装置（1）に入力される電力量は回収できないが、冷媒回路（10）の構成を簡素化することができる。また、膨張機（13）の形式は容積式に限られず、例えばタービン式であってもよい。

また、本実施形態では、圧縮機用インタークーラ（16）の低温側流路を流れる冷媒の流量調整機構として冷媒ポンプ用インバータ（23）を用いているが、これに限定される必要はなく、例えば、第１配管（21b）又は第２配管（22b）に流量調整弁を設けてもよい。そして、この流量調整弁の開度を上記コントローラ（20）で調整することにより、等温制御を行ってもよい。

また、本実施形態では、冷媒回路（10）に封入する冷媒として、二酸化炭素を用いているが、これに限定される必要はなく、フロン冷媒であってもよい。ここで、フロン冷媒の場合には、超臨界冷凍サイクルである必要はない。

また、本実施形態では、圧縮機（11）が多段圧縮を行うように構成されている必要があるが、これに限定されない。

また、本実施形態では、上記圧縮機（11）の有する複数の圧縮部と上記圧縮機用インタークーラ（16）の有する複数の熱交換部とがそれぞれ１つづつ交互に配置されて、上記圧縮機（11）内の冷媒を冷却しているが、これに限定される必要はない。

例えば、実開昭６１−１２９０１号公報に示すようなスクロール圧縮機を用いてもよい。このスクロール圧縮機を図４から図６に示す。尚、図４は上記スクロール圧縮機の縦断面図、図５は図４のＶ−Ｖ断面図、図６は図４のＶＩ−ＶＩ断面図を示している。

このスクロール圧縮機（50）におけるケーシング（51）には、図４に示すように、クランク軸（52）に接続された可動スクロール（53）と該可動スクロール（53）に噛合する固定スクロール（54）とが収納されている。そして、図５及び図６に示すように、上記可動スクロール（53）の鏡板（53a）の内部及び該鏡板（53a）に立設するラップ（53b）の内部には、両方のスクロール（53，54）のラップ（53b，54b）間に形成された圧縮室（55）に隣接するように流体通路（56）が形成されている。また、上記固定スクロール（54）の鏡板（54a）の内部及び該鏡板（54a）に立設するラップ（54b）の内部にも上記圧縮室（55）に隣接して流体通路（57）が形成されている。

そして、上記冷媒ポンプ（15）から延びる第２配管（22b）が上記流体通路（56，57）の入口側に接続され、上記第１接続配管（21a）から分岐した上記第１配管（21b）が上記流体通路（56，57）の出口側に接続されている。こうすると、上記第２接続配管（22a）から分岐した冷媒を冷媒ポンプ（15）を介して各流体通路（56，57）へ流すことができる。これにより、各流体通路（56，57）を流れる冷媒で圧縮室（55）内の冷媒を冷却することができる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置について有用である。

図１は、本発明の実施形態における冷凍装置の冷媒回路図である。 図２は、本発明のその他の実施形態のうち、電力量検知センサを備えた冷凍装置の冷媒回路図である。 図３は、冷凍サイクルを示したモリエル線図である。 図４は、本発明のその他の実施形態に示すスクロール圧縮機の縦断面図である。 図５は、図４のＶ−Ｖ断面図である。 図６は、図４のＶＩ−ＶＩ断面図である。 図７は、本発明のその他の実施形態のうち、複数の圧縮機を備えた冷凍装置の冷媒回路図である。

１ 冷凍装置
１０ 冷媒回路
１１ 圧縮機（圧縮機構）
１１ａ 吐出温度センサ（第２検知機構）
１１ｂ 吸入温度センサ（第１検知機構）
１２ 室内熱交換器（利用側熱交換器）
１３ 膨張機（膨張機構）
１４ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
１５ 冷媒ポンプ（冷媒供給機構）
１６ 圧縮機用インタークーラ（熱交換機構）
１７ 室内ファン
１８ 室外ファン
２０ コントローラ（等温制御機構）
２１ａ 第１接続配管
２１ｂ 第１配管
２２ａ 第２接続配管
２２ｂ 第２配管
２３ 冷媒ポンプ用インバータ（流量調整機構）
３１ａ 第２電力量検知センサ（第２電力量検知機構）
３１ｂ 第１電力量検知センサ（第１電力量検知機構）

Claims (6)

1. 圧縮機構（11）と利用側熱交換器（12）と膨張機構（13）と熱源側熱交換器（14）とが順に接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、被加熱流体が流れる流体通路を有して該被加熱流体と上記圧縮機構（11）内を流れる冷媒とを熱交換する熱交換機構（16）とを備えた冷凍装置であって、
   上記被加熱流体が上記冷媒回路（10）を循環する冷媒で構成される一方、
   上記圧縮機構（11）と上記利用側熱交換器（12）とを接続する冷媒回路（10）の第１接続配管（21a）から分岐して上記流体通路の流出端に接続される第１配管（21b）及び、上記利用側熱交換器（12）と上記膨張機構（13）とを接続する冷媒回路（10）の第２接続配管（22a）から分岐して上記流体通路の流入端に接続される第２配管（22b）を有する冷媒配管と、
   該冷媒配管に設けられ、上記流体通路を介して上記第２接続配管（22a）から上記第１接続配管（21a）へ冷媒を供給する冷媒供給機構（15）とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記圧縮機構（11）が吸入する吸入冷媒の温度を検知する第１検知機構（11b）と、
   上記圧縮機構（11）が吐出する吐出冷媒の温度を検知する第２検知機構（11a）と、
   上記熱交換機構（16）の流体通路を流れる冷媒の流量を調節する流量調整機構（23）と、
   上記第２検知機構（11a）で検知した吐出冷媒温度が上記第１検知機構（11b）で検知した吸入冷媒温度に近づくように上記流量調整機構（23）を制御する等温制御機構（20）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、
   上記等温制御機構（20）は、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度より所定値以上高くなると、上記流体通路を流れる冷媒の流量を増加させ、吐出冷媒温度が吸入冷媒温度より所定値以上低くなると、上記流体通路を流れる冷媒の流量を減少させるように上記流量調整機構（23）を制御することを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１から３の何れか１つにおいて、
   上記圧縮機構（11）の駆動電力量を検知する第１電力量検知機構（31b）と、
   上記冷媒供給機構（15）の駆動電力量を検知する第２電力量検知機構（31a）と、
   上記熱交換機構（16）の流体通路を流れる冷媒の流量を調節する流量調整機構（23）と、
   上記利用側熱交換器（12）の熱交換量に対する上記第１電力量検知機構（31b）で検知した駆動電力量及び上記第２電力量検知機構（31a）で検知した駆動電力量の総和が所定の値よりも小さくなるように上記流量調整機構（23）を制御する電力制御機構（20）とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項１から４の何れか１つにおいて、
   上記膨張機構（13）は、冷媒を膨張させて電力を発生する膨張機（13）で構成され、
   該膨張機（13）は、上記圧縮機構（11）及び上記冷媒供給機構（15）の少なくとも一方と電気的に接続されるとともに、発生した電力が上記圧縮機構（11）及び上記冷媒供給機構（15）の少なくとも一方の所要動力の一部に利用されるように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項１から５の何れか１つにおいて、
   上記冷媒回路（10）を循環する冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする冷凍装置。

Images