JP3888255B2

JP3888255B2 - 蒸気圧縮式冷凍機

Info

Publication number: JP3888255B2
Application number: JP2002219850A
Authority: JP
Inventors: 重樹岩波; 世史紀多田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-07-29
Also published as: JP2004060989A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
膨脹機一体型圧縮機として、例えば特開２００１−１０７８８１号公報に記載の発明では、モータシャフトの一端側に圧縮機を連結し、他端側に膨脹機を連結して膨脹機で回収した膨脹エネルギーを圧縮機側に供給することにより、圧縮機の消費動力の低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の発明では、圧縮機と膨脹機とがモータシャフトを介して直結されているので、膨脹機にて冷媒を膨脹させる際に得られる膨脹機の回転数が圧縮機の回転数に対して低いと、膨脹機で回収した膨脹エネルギーを圧縮機側に供給することができず、圧縮機に対して膨脹機が制動力を作用させることになるので、却って、圧縮機の消費動力、つまり圧縮機を駆動する電動モータの消費電力が増大する。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、蒸気圧縮式冷凍機における圧縮機の消費動力を低減することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、
圧縮機（１）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（３）と、
放熱器（３）から流出した冷媒を減圧膨脹させながら、膨脹エネルギーを回転エネルギーに変換する膨脹機（４）と、
減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（５）と、
膨脹機（４）で回収した回転エネルギーを圧縮機（１）側に伝達するクラッチ（６）と、
放熱器（３）から流出した冷媒を膨脹機（４）を迂回させて蒸発器（５）に導くバイパス通路（８）と、
バイパス通路（８）の連通状態を制御するバイパス制御弁（９ａ）と、
膨脹機（４）に流入する冷媒量を制御する膨脹機制御弁（９ｂ）とを備え、
放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度以上のときには、膨脹機制御弁（９ｂ）を全開として、高圧冷媒の圧力が所定の設定範囲となるようにバイパス通路（８）を流れる冷媒量をバイパス制御弁（９ａ）により制御し、
放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度未満のときには、バイパス制御弁（９ａ）および膨脹機制御弁（９ｂ）のいずれか一方を全閉とし、両制御弁（９ａ、９ｂ）のうち他方の制御弁にて冷媒を減圧膨脹させることを特徴とする。
【０００６】
これにより、放熱器出口側冷媒温度が所定温度以上のときに、高圧冷媒の圧力を所定の設定範囲に制御することで、膨脹機（４）が圧縮機（１）側から減速作用を受けないようにしながら膨脹機（４）の回転エネルギーを圧縮機（１）側に供給できる（後述の段落００４７参照）。
また、膨脹機（４）が圧縮機（１）に対して制動力を作用させる際に動力の伝達をクラッチ（６）により遮断することができる。したがって、圧縮機（１）に対して膨脹機（４）が制動力を作用させると言ったことを防止でき得るので、圧縮機（１）の消費動力が増大することを防止でき得るとともに、従来と異なる新規な蒸気圧縮式冷凍機を得ることができる。
【０００７】
請求項４に記載の発明では、クラッチ（６）は、膨脹機（４）から圧縮機（１）側に動力を伝達し、圧縮機（１）側から膨脹機（４）に動力が伝達されることを阻止するワンウェイクラッチであることを特徴とする。
【０００８】
これにより、膨脹機（４）の回転数が圧縮機（１）の回転数を下回る際には、自動的に動力の伝達が遮断されるので、圧縮機（１）に対して膨脹機（４）が制動力を作用させると言ったことを容易かつ簡便に防止することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、
圧縮機（１）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（３）と、
放熱器（３）から流出した冷媒を減圧膨脹させながら、膨脹エネルギーを回転エネルギーに変換する膨脹機（４）と、
減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（５）と、
膨脹機（４）で回収した回転エネルギーを圧縮機（１）側に伝達するクラッチ（６）と、
放熱器（３）から流出した冷媒を膨脹機（４）を迂回させて蒸発器（５）に導くバイパス通路（８）と、
バイパス通路（８）の連通状態を制御するバイパス制御弁（９ａ）と、
膨脹機（４）に流入する冷媒量を制御する膨脹機制御弁（９ｂ）とを備え、
放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度以上のときには、膨脹機制御弁（９ｂ）を全開として、高圧冷媒の圧力が所定の設定範囲となるようにバイパス通路（８）を流れる冷媒量をバイパス制御弁（９ａ）により制御し、
放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度未満のときには、膨脹機制御弁（９ｂ）を全閉として、バイパス制御弁（９ａ）にて冷媒を減圧膨脹させることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、
圧縮機（１）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（３）と、
放熱器（３）から流出した冷媒を減圧膨脹させながら、膨脹エネルギーを回転エネルギーに変換する膨脹機（４）と、
減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（５）と、
膨脹機（４）で回収した回転エネルギーを圧縮機（１）側に伝達するクラッチ（６）と、
放熱器（３）から流出した冷媒を膨脹機（４）を迂回させて蒸発器（５）に導くバイパス通路（８）と、
バイパス通路（８）の連通状態を制御するバイパス制御弁（９ａ）と、
膨脹機（４）に流入する冷媒量を制御する膨脹機制御弁（９ｂ）とを備え、
放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度以上のときには、膨脹機制御弁（９ｂ）を全開として、高圧冷媒の圧力が所定の設定範囲となるようにバイパス通路（８）を流れる冷媒量をバイパス制御弁（９ａ）により制御し、
放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度未満のときには、バイパス制御弁（９ａ）を全閉として、膨脹機制御弁（９ｂ）にて膨脹機（４）の運転状態を制御することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、圧縮機（１）、膨脹機（４）及びクラッチ（６）は、１つのケーシング（７）内に収納されていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、圧縮機（１）、膨脹機（４）及びクラッチ（６）の三者を一体化した膨脹機一体型圧縮機を得ることができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、圧縮機（１）を駆動する電動モータ（２）がケーシング（７）内に収納されており、さらに、電動モータ（２）のシャフト（２ａ）の一端側に圧縮機（１）が配置され、他端側にクラッチ（６）を介して膨脹機（４）が配置されていることを特徴とするものである。
【００１６】
因みに、上記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一例である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機を給湯装置に適用したものであって、図１は蒸気圧縮式冷凍機の模式図であり、図２は膨脹機の軸方向断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
先ず、図１に基づいて蒸気圧縮式冷凍機の構成について述べる。
【００１９】
圧縮機１は電動式のモータ２から動力を得て冷媒を吸入圧縮し、放熱器３は圧縮機１からから吐出する冷媒と給湯水とを熱交換して給湯水を加熱する高圧側熱交換器である。
【００２０】
なお、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１の吐出圧を冷媒の臨界圧力以上まで上昇させて必要な給湯能力（温度）を得ている。
【００２１】
膨脹機４は放熱器３から流出する高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨脹させながら膨脹エネルギーを回転エネルギーに変換して機械的エネルギーを回収し、その回収した機械的エネルギーをモータ２に与えることにより間接的に回収したエネルギーを圧縮機１に与えるラジアル型流体機械であり、蒸発器５は減圧膨脹された冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器である。
【００２２】
そして、膨脹機４とモータ２とはクラッチ６を介して連結されており、このクラッチ６は、膨脹機４から圧縮機１側にのみ動力を伝達し、圧縮機１側から膨脹機４に動力が伝達されることを阻止するワンウェイクラッチ（一方向クラッチ）である。
【００２３】
因みに、本実施形態では、ローラ型のワンウェイクラッチを採用しているが、スプラグ型等のその他形式のワンウェイクラッチを採用してもよいことは言うまでもない。
【００２４】
また、本実施形態では、モータ２のシャフト２ａの一端側に圧縮機１を配置し、他端側にクラッチ６を介して膨脹機４を配置するとともに、圧縮機１、膨脹機４及びクラッチ６を１つのケーシング７内に収納することにより、圧縮機１、膨脹機４及びクラッチ６を一体化して膨脹機一体型圧縮機を構成している。
【００２５】
バイパス制御弁９ａは、放熱器３から流出した冷媒を膨脹機４を迂回させて蒸発器５に導くバイパス通路８の連通状態を制御するバルブであり、膨脹機制御弁９ｂは、膨脹機４の冷媒流れ上流側に設けられて膨脹機４に流入する冷媒量を制御する可変絞りである。
【００２６】
圧力センサ９ｃは放熱器３の冷媒入口側にて高圧側冷媒の圧力を検出する圧力検出手段であり、温度センサ９ｄは放熱器３から流出する冷媒温度検出することにより間接的に給湯水の温度を検出する温度検出手段である。
【００２７】
そして、バイパス制御弁９ａ及び膨脹機制御弁９ｂの開度は、両センサ９ｃ、９ｄの検出値に基づいて予め設定されたプログラムに従って電子制御装置（ＥＣＵ）９ｅにより制御される。
【００２８】
次に、図２、３を用いて膨脹機４の構造について述べる。
【００２９】
膨脹機４は、図２に示すように、概略、ハウジング１０、回転ライナー１１、回転シリンダ１２、プランジャ１３及びバルブ１４等からなるものである。
【００３０】
そして、回転ライナー１１は軸受１５ａを介して第１保持器１６に回転可能に支持された円筒状のものであり、回転シリンダ１２は、図３に示すように、回転ライナー１１内において、回転ライナー１１の回転中心からずれた位置に、回転ライナー１１の回転中心軸線と平行な回転中心軸線を有して回転する略円柱状のものである。
【００３１】
なお、回転シリンダ１２は、図２に示すように、軸受１５ｂ、１５ｃを介して第１保持器１６及び第２保持器１７に可能に支持されているとともに、その回転軸１２ｃにモータ２のシャフト２ａがクラッチ６を介して連結され、第１、２保持器１６、１７は、ハウジング１０内に圧入固定されている。
【００３２】
プランジャ１３は、図３に示すように、回転シリンダ１２に形成された挿入穴１２ａに摺動可能に収納された円柱状のピストンであり、その一端側１３ａは、回転ライナー１１の内壁１１ａの曲率半径より小さな曲率半径を有する曲面状に形成されているとともに、回転ライナー１１の内壁１１ａに接触している。
【００３３】
このとき、挿入穴１２ａは、プランジャ１３の断面中心を通ってプランジャ１３の摺動方向と平行なプランジャ摺動軸線ＣＬｐが、回転シリンダ１２の回転中心からずれるように回転シリンダ１２に複数本（本実施形態では、４本）形成されている。
【００３４】
バルブ１４は、回転シリンダ１２の回転中心に位置して外部、つまり放熱器３の冷媒出口側と作動室１２ｂとを連通させる吸排ポート１８を開閉する略円柱状のバルブ手段であり、このバルブ１４の外周面には、図２に示すように、回転シリンダ１２の回転角に対する吸排ポート１８の開閉時期を制御する吸入溝部１４ａ及び排出溝部１４ｂが形成され、その中心部には、放熱器３から流出した高圧の冷媒を作動室１２ｂ内に導く導入通路１４ｃが形成されている。
【００３５】
ここで、作動室１２ｂとは、プランジャ１３の他端側と挿入穴１２ａとによって形成される空間であり、本実施形態では、作動室１２ｂの体積を拡大することにより冷媒を減圧膨脹させる。
【００３６】
また、吸入溝部１４ａは作動室１２ｂに流入する際に吸排ポート１８の開閉時期を制御するものであり、排出溝部１４ｂは作動室１２ｂから流出する際に吸排ポート１８の開閉時期を制御するものである。
【００３７】
次に、本実施形態に係る膨脹機４の作動を述べる（図３参照）。
【００３８】
なお、本実施形態に係る膨脹機４の基本的作動は、周知のラジアル型流体機械と同じであるので、ここで、周知のラジアル型流体機械との相違点を中心に本実施形態に係る膨脹機４の作動を述べる。因みに、ラジアル型流体機械について記載された書籍としては、例えば「ピストンポンプ・モータの理論と実際」（オーム社）等がある。
【００３９】
放熱器３からバルブ１４に導かれた高圧冷媒は、吸入溝部１４ａと連通する吸排ポート１８に連なる作動室１２ｂ内に流入する。そして、作動室１２ｂ内に流入した冷媒は、作動室１２ｂの体積を拡大させる向きの力をプランジャ１３に作用させるので、プランジャ１３の先端側１３ａは、回転ライナー１１の内径を拡大させるような向きの力を回転ライナー１１の内壁１１ａに作用させる。
【００４０】
このとき、プランジャ１３は、回転ライナー１１の内壁１１ａから反力Ｆとして、作動室１２ｂの体積を縮小させる向きの力を受けるが、プランジャ摺動軸線ＣＬｐが回転シリンダ１２の回転中心がずれているので、回転ライナー１１の内壁１１ａからの反力Ｆが回転シリンダ１２を回転させる力となる。
【００４１】
そして、作動室１２ｂ内に流入した冷媒は、プランジャ１３を回転ライナー１１の内壁１１ａ側に押し付けて作動室１２ｂを拡大させて、自らは減圧膨脹していく。
【００４２】
なお、図３において、▲１▼に示す位置にある作動室１２ｂは、冷媒の吸入が完了した直後を示しており、反力Ｆが最も大きくなる時である。▲２▼に示す位置にある作動室１２ｂは膨脹過程の最後を示しており、▲３▼に示す位置にある作動室１２ｂは膨脹を終えた冷媒を排出する排出工程を示し、▲４▼に示す位置にある作動室１２ｂは冷媒の吸入を開始する直前の状態を示すものである。
【００４３】
次に、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の特徴的作動を図４に示すフローチャートに基づいて述べる。
【００４４】
温度センサ９ｄの検出温度、つまり給水温度が所定温度ＴＢ以上であるか否かを判定し（Ｓ１０）、給水温度が所定温度ＴＢ以上であるときには、膨脹機制御弁９ｂを全開として（Ｓ２０）、バイパス制御弁９ａにてバイパス通路８を流れる冷媒量を制御して圧力センサ９ｃの検出圧力、つまり高圧冷媒の圧力Ｐｈが所定の設定範囲となるように膨脹機４の作動状態を制御する（Ｓ３０〜Ｓ５０)。
【００４５】
つまり、給水温度上昇すると、後述の図５に示すように膨脹機４に流入する冷媒の等エントロピ線の傾き（＝圧力の変化量／比エンタルピの変化量）が小さくなり、膨脹機４で回収される回転エネルギーが増大し、圧縮機１の回転数を増大させようとする。
【００４６】
しかし、圧縮機１の回転数、つまりモータ２の回転数は流量が所定流量となるように制御されているため、膨脹機４は増速することはできず、むしろ、圧縮機１側から減速作用を受ける。
【００４７】
そこで、本実施形態では、バイパス通路８を流れる冷媒量を制御して高圧冷媒の圧力Ｐｈが所定の設定範囲となるように膨脹機４の作動状態を制御することにより、膨脹機４が圧縮機１側から減速作用を受けないようにしながら、膨脹機４で回収した回転エネルギー（機械エネルギー）を圧縮機１側に供給している。
【００４８】
また、Ｓ１０にて給水温度が所定温度ＴＢ未満であると判定されたときには、膨脹機制御弁９ｂを全閉として（Ｓ６０）、バイパス制御弁９ａにて冷媒を減圧膨脹させながら、高圧冷媒の圧力Ｐｈが所定の設定範囲となるように絞り開度を制御する（Ｓ７０)。
【００４９】
なお、所定温度ＴＢとは、上述の説明から推察されるように、膨脹機４の回転数が圧縮機１側の回転数以上となり、膨脹機４が圧縮機に対して制動力を作用させないような温度である。
【００５０】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５１】
本実施形態によれば、膨脹機４と圧縮機１側とがクラッチ６を介して繋がっているので、膨脹機４が圧縮機に対して制動力を作用させる際に動力の伝達を遮断することができる。したがって、圧縮機１に対して膨脹機４が制動力を作用させると言ったことを防止でき得るので、圧縮機１の消費動力、つまりモータ２の消費電力が増大することを防止でき得る。
【００５２】
また、本実施形態では、クラッチ６としてワンウェイクラッチを作用しているので、膨脹機４の回転数が圧縮機１の回転数を下回る際には、自動的に動力の伝達が遮断される。したがって、圧縮機１に対して膨脹機４が制動力を作用させると言ったことを容易かつ簡便に防止することができる。
【００５３】
なお、この説明から明らかなように、バイパス通路８、バイパス制御弁９ａ及び膨脹機制御弁９ｂを廃止しても、膨脹機４の回転数が圧縮機１の回転数を下回る際にクラッチ６により動力の伝達を遮断するれば、圧縮機１に対して膨脹機４が制動力を作用させると言ったことを防止することができる。
【００５４】
ところで、図５は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の作動を示すｐ−ｈ線図であり、図６は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の成績係数（ＣＯＰ)と放熱器３出口側の冷媒温度（給湯温度）との関係を示すもので、本実施形態では、放熱器３出口側の冷媒温度が４０℃未満の場合には膨脹機制御弁９ｂを閉じて膨脹機４によるエネルギー回収を停止し、放熱器３出口側の冷媒温度が４０℃以上の場合には膨脹機４によるエネルギー回収を行う。
【００５５】
なお、本実施形態では、膨脹機４によるエネルギー回収を行う際に高圧冷媒の圧力Ｐｈが所定の設定範囲となるようにバイパス制御弁９ａの絞り開度するので、実質的に放熱器３出口側の冷媒温度が４０℃以上、約５５℃以下の範囲内で膨脹機４によるエネルギー回収が行われる。
【００５６】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態と同一構成において、両制御弁９ａ、９ｂの制御方法を変更したものである。
【００５７】
具体的には、図７に示すように、給水温度が所定温度ＴＢ以上であるか否かを判定し（Ｓ１００）、給水温度が所定温度ＴＢ以上であるときには、第１実施形態と同様に、膨脹機制御弁９ｂを全開として（Ｓ１１０）、バイパス制御弁９ａにてバイパス通路８を流れる冷媒量を制御して圧力センサ９ｃの検出圧力、つまり高圧冷媒の圧力Ｐｈが所定の設定範囲となるように膨脹機４の作動状態を制御する（Ｓ１２０〜Ｓ１４０)。
【００５８】
また、Ｓ１００にて給水温度が所定温度ＴＢ未満であると判定されたときには、バイパス制御弁９ａを全閉として、高圧冷媒の圧力Ｐｈが所定の設定範囲となるように膨脹機制御弁９ｂにて膨脹機４の運転状態を制御する（Ｓ１５０、Ｓ１６０）。
【００５９】
なお、このとき、膨脹機４の回転数は圧縮機１の回転数を下回るが、クラッチ６により動力の伝達が遮断されるので、圧縮機１に対して膨脹機４が制動力を作用させることはない。
【００６０】
（その他の実施形態）
上述の実施形態に係る膨脹機４では、プランジャ摺動軸線ＣＬｐが回転シリンダ１２の回転中心からずれていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示すように、プランジャ摺動軸線ＣＬｐを回転シリンダ１２の回転シリンダ１２の回転中心と一致させてもよい。
【００６１】
また、上述の実施形態では、クラッチ６としてワンウェイクラッチを採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電磁クラッチのごとく、双方向において断続可能に動力を伝達するものであってもよい。なお、この場合には、膨脹機４の回転数が圧縮機１の回転数を下回る際に動力の伝達を遮断する必要がある。
【００６２】
また、上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素として高圧側圧力を臨界圧力以上としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
また、上述の実施形態では、給湯装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば空調装置や冷凍・冷蔵庫等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の作動を示すｐ−ｈ線図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の成績係数（ＣＯＰ)と放熱器３出口側の冷媒温度（給湯温度）との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の制御を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る膨脹機一体型圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…モータ、３…放熱器、４…膨脹機、５…蒸発器、
６…ワンウェイクラッチ。

Claims

低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（３）と、
前記放熱器（３）から流出した冷媒を減圧膨脹させながら、膨脹エネルギーを回転エネルギーに変換する膨脹機（４）と、
減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（５）と、
前記膨脹機（４）で回収した回転エネルギーを前記圧縮機（１）側に伝達するクラッチ（６）と、
前記放熱器（３）から流出した冷媒を前記膨脹機（４）を迂回させて前記蒸発器（５）に導くバイパス通路（８）と、
前記バイパス通路（８）の連通状態を制御するバイパス制御弁（９ａ）と、
前記膨脹機（４）に流入する冷媒量を制御する膨脹機制御弁（９ｂ）とを備え、
前記放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度以上のときには、前記膨脹機制御弁（９ｂ）を全開として、高圧冷媒の圧力が所定の設定範囲となるように前記バイパス通路（８）を流れる冷媒量を前記バイパス制御弁（９ａ）により制御し、
前記放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度未満のときには、前記バイパス制御弁（９ａ）および前記膨脹機制御弁（９ｂ）のいずれか一方を全閉とし、前記両制御弁（９ａ、９ｂ）のうち他方の制御弁にて冷媒を減圧膨脹させることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（３）と、
前記放熱器（３）から流出した冷媒を減圧膨脹させながら、膨脹エネルギーを回転エネルギーに変換する膨脹機（４）と、
減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（５）と、
前記膨脹機（４）で回収した回転エネルギーを前記圧縮機（１）側に伝達するクラッチ（６）と、
前記放熱器（３）から流出した冷媒を前記膨脹機（４）を迂回させて前記蒸発器（５）に導くバイパス通路（８）と、
前記バイパス通路（８）の連通状態を制御するバイパス制御弁（９ａ）と、
前記膨脹機（４）に流入する冷媒量を制御する膨脹機制御弁（９ｂ）とを備え、
前記放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度以上のときには、前記膨脹機制御弁（９ｂ）を全開として、高圧冷媒の圧力が所定の設定範囲となるように前記バイパス通路（８）を流れる冷媒量を前記バイパス制御弁（９ａ）により制御し、
前記放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度未満のときには、前記膨脹機制御弁（９ｂ）を全閉として、前記バイパス制御弁（９ａ）にて冷媒を減圧膨脹させることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）から吐出した冷媒を冷却する放熱器（３）と、
前記放熱器（３）から流出した冷媒を減圧膨脹させながら、膨脹エネルギーを回転エネルギーに変換する膨脹機（４）と、
減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（５）と、
前記膨脹機（４）で回収した回転エネルギーを前記圧縮機（１）側に伝達するクラッチ（６）と、
前記放熱器（３）から流出した冷媒を前記膨脹機（４）を迂回させて前記蒸発器（５）に導くバイパス通路（８）と、
前記バイパス通路（８）の連通状態を制御するバイパス制御弁（９ａ）と、
前記膨脹機（４）に流入する冷媒量を制御する膨脹機制御弁（９ｂ）とを備え、
前記放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度以上のときには、前記膨脹機制御弁（９ｂ）を全開として、高圧冷媒の圧力が所定の設定範囲となるように前記バイパス通路（８）を流れる冷媒量を前記バイパス制御弁（９ａ）により制御し、
前記放熱器（３）の出口側冷媒温度が所定温度未満のときには、前記バイパス制御弁（９ａ）を全閉として、前記膨脹機制御弁（９ｂ）にて前記膨脹機（４）の運転状態を制御することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
前記クラッチ（６）は、前記膨脹機（４）から前記圧縮機（１）側に動力を伝達し、前記圧縮機（１）側から前記膨脹機（４）に動力が伝達されることを阻止するワンウェイクラッチであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
前記圧縮機（１）、前記膨脹機（４）及び前記クラッチ（６）は、１つのケーシング（７）内に収納されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
前記圧縮機（１）を駆動する電動モータ（２）が前記ケーシング（７）内に収納されており、
さらに、前記電動モータ（２）のシャフト（２ａ）の一端側に前記圧縮機（１）が配置され、他端側に前記クラッチ（６）を介して前記膨脹機（４）が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮式冷凍機。