JP4039024B2 - Refrigeration equipment - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置に関し、特に、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力以上となるものに係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、閉回路内で冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られており、空調機等として広く利用されている。この種の冷凍装置としては、例えば特開２００１−１０７８８１号公報に開示されているように、冷凍サイクルの高圧を冷媒の臨界圧力以上に設定したものが知られている。この冷凍装置は、スクロール型の流体機械により構成される膨張機を冷媒の膨張機構として備えている。そして、この膨張機と圧縮機を軸によって連結し、膨張機で得られた動力を圧縮機の駆動に利用してＣＯＰ（成績係数）の向上を図っている。
【０００３】
ところが、上記公報の冷凍装置では、押しのけ容積が固定の流体機械を圧縮機や膨張機として用いており、しかも膨張機と圧縮機の回転速度が常に同一となることから、様々な運転条件において円滑な運転が困難であるという問題があった。この問題点について説明する。
【０００４】
上記冷凍装置の冷媒回路では、循環する冷媒の全てが圧縮機及び膨張機を通過するため、圧縮機と膨張機における冷媒の質量流量は必ず等しくなる。一方、冷媒の比容積は、冷媒の温度や圧力によって変化する。このため、圧縮機に要求される押しのけ容積と膨張機に要求される押しのけ容積とは、異なっているのが通常である。
【０００５】
また、冷凍装置において、圧縮機や膨張機の出入口における冷媒の温度や圧力は、その運転条件によって異なる。例えば、冷凍装置により空調機を構成した場合、図１に示すように、圧縮機に要求される押しのけ容積と膨張機に要求される押しのけ容積の比（以下、「押しのけ容積比」という。）は、その運転条件によって大きく相違する。尚、図１において括弧内に示した圧力値は、それぞれの運転条件における冷凍サイクルの高圧を示している。
【０００６】
これに対し、上記公報の冷凍装置では、圧縮機や膨張機の押しのけ容積が変化せず、しかも圧縮機と膨張機は常に同じ回転速度で回転する。このため、この冷凍装置では、圧縮機と膨張機の押しのけ容積比を運転条件に応じて変化させることができず、その運転条件に適した円滑な運転ができなかった。
【０００７】
この問題に対しては、特開２００１−１１６３７１号公報に開示されているように、冷媒回路に膨張機をバイパスするバイパス管を設けるという対策が提案されている。つまり、冷媒の一部をバイパスさせて膨張機へ流入する冷媒の体積流量を減少させれば、膨張機に要求される押しのけ容積を削減できる。そこで、この冷凍装置では、圧縮機と膨張機の押しのけ容積比を変更できなくても円滑な冷凍サイクル動作が行えるように、冷媒の一部をバイパスさせている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷媒回路にバイパス管が設けられた上記冷凍装置においても、運転条件によっては円滑な冷凍サイクル動作が依然として困難な場合がある。
【０００９】
つまり、図１に示す例において、要求される押しのけ容積比が最も大きい暖房低温条件を基準に圧縮機や膨張機を設計すれば、上記のバイパスを設けるという対策により全ての運転条件で円滑な冷凍サイクル動作が可能となる。ところが、実際に圧縮機や膨張機を設計する場合には、最も高いＣＯＰが要求される冷房標準条件を基準にするのが通例である。このため、中間期冷房条件のように冷房標準条件よりも要求される押しのけ容積比が小きい運転条件では運転が可能であるものの、暖房標準条件のように冷房標準条件よりも要求される押しのけ容積比が大きい運転条件では、バイパス管を閉鎖したとしても膨張機の押しのけ容積が要求値に対して過大となり、円滑な運転ができなくなってしまう。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒回路に膨張機が設けられた冷凍装置において、如何なる運転条件でも円滑な冷凍サイクルを可能とすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明が講じた第１の解決手段は、冷媒が充填された冷媒回路（10）を備え、該冷媒回路（10）に設けられた圧縮機（21）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象とする。そして、上記冷媒回路（10）に設けられた冷媒の膨張機構は、押しのけ容積が一定の流体機械により構成される膨張機（22）と、該膨張機（22）と直列に接続された開度可変の膨張弁（23）とにより構成され、上記圧縮機（21）と上記膨張機（22）は互いに連結されて該圧縮機（21）の回転速度と該膨張機（22）の回転速度の比が一定となる一方、上記冷媒回路（10）には、上記膨張機（22）をバイパスして冷媒を流すためのバイパス管路（35）と、該バイパス管路（35）における冷媒の流量を調節するための流量調節弁（36）とが設けられおり、上記膨張弁（ 23 ）の開度調節を上記流量調節弁（ 36 ）が全閉となっているときに行い、上記流量調節弁（ 36 ）の開度調節を上記膨張弁（ 23 ）が全開となっているときに行うものである。
【００１２】
本発明が講じた第２の解決手段は、上記第１の解決手段において、上記バイパス管路（ 35 ）が、上記膨張機（ 22 ）及び膨張弁（ 23 ）をバイパスして冷媒を流すように構成されるものである。
【００１３】
本発明が講じた第３の解決手段は、上記第１又は第２の解決手段において、冷媒回路（10）では、膨張機（22）の上流に膨張弁（23）が配置されるものである。
【００１４】
本発明が講じた第４の解決手段は、上記第１又は第２の解決手段において、冷媒回路（10）における膨張機（22）と膨張弁（23）の間には、冷媒を一時的に貯留するための容器部材（31）が設けられるものである。
【００１５】
本発明が講じた第５の解決手段は、上記第１又は第２の解決手段において、冷媒回路（10）における膨張機（22）と膨張弁（23）の間に設けられて中間圧の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離器（32）と、上記気液分離器（32）で分離されたガス冷媒を圧縮機（21）へ供給するためのガス管路（33）とを備えるものである。
【００１６】
本発明が講じた第６の解決手段は、上記第１から第５までの何れか１つの解決手段において、冷媒回路（10）の冷媒を室内空気と熱交換させる室内熱交換器（11）と、上記冷媒回路（10）の冷媒を室外空気と熱交換させる室外熱交換器（12）と、圧縮機（21）で圧縮された冷媒が上記室外熱交換器（12）へ送られて上記室内熱交換器（11）で蒸発した冷媒が上記圧縮機（21）へ吸入される状態と、上記圧縮機（21）で圧縮された冷媒が上記室内熱交換器（11）へ送られて上記室外熱交換器（12）で蒸発した冷媒が圧縮機（21）へ吸入される状態とを切り換えるための第１四路切換弁（13）と、膨張機（22）で膨張した冷媒が上記室内熱交換器（11）へ送られて上記室外熱交換器（12）で放熱した冷媒が上記膨張機（22）へ流入する状態と、上記膨張機（22）で膨張した冷媒が上記室外熱交換器（12）へ送られて上記室内熱交換器（11）で放熱した冷媒が上記膨張機（22）へ流入する状態とを切り換えるための第２四路切換弁（14）とを備えるものである。
【００１７】
本発明が講じた第７の解決手段は、上記第１から第６までの何れか１つの解決手段において、冷媒回路（10）には、二酸化炭素が冷媒として充填されるものである。
【００１８】
−作用−
上記第１，第２の解決手段では、冷媒回路（10）内で冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルが行われる。具体的に、冷媒回路（10）の圧縮機（21）では、吸入された冷媒がその臨界圧力以上にまで圧縮される。圧縮機（21）から吐出された高圧冷媒は、放熱した後に膨張してその圧力が低下する。減圧後の低圧冷媒は、吸熱して蒸発した後に圧縮機（21）へ吸入されて再び圧縮される。
【００１９】
上記第１，第２の解決手段では、冷凍サイクルにおける冷媒の膨張が膨張機（22）又は膨張弁（23）で行われる。例えば、膨張機（22）の下流に膨張弁（23）を設けた場合、放熱後の高圧冷媒は、先ず膨張機（22）で膨張して中間圧冷媒となり、その後に膨張弁（23）で更に膨張して低圧冷媒となる。
【００２０】
これら第１，第２の解決手段において、膨張機（22）では、導入された冷媒の内部エネルギが動力に変換される。また、膨張機（22）と圧縮機（21）は、両者の回転速度の比が一定となる状態で互いに連結されている。つまり、膨張機（22）と圧縮機（21）は、同一の回転速度となるように一軸で直結されていてもよいし、異なる回転速度となるように歯車等を介して連結されていてもよい。ただし、膨張機（22）と圧縮機（21）の回転速度の比は固定されており、変速機等を用いて両者の回転速度の比を変更することはない。
【００２１】
上記第１の解決手段では、冷媒回路（10）にバイパス管路（35）と流量調節弁（36）とが設けられる。このバイパス管路（35）は、膨張機（22）の流入側と流出側とを連通可能にしている。一方、流量調節弁（36）は、バイパス管路（35）に設けられている。この流量調節弁（36）を開くと、膨張機（22）へ向けて流れる冷媒は、その一部がバイパス管路（35）へ流入し、膨張機（22）をバイパスして流れる。また、流量調節弁（36）の開度を調節すると、バイパス管路（35）を通って膨張機（22）をバイパスする冷媒量が変化する。更に、流量調節弁（36）を全閉すると、バイパス管路（35）が遮断されて全ての冷媒が膨張機（22）へ流入する。
【００２２】
上記第２の解決手段では、冷媒回路（10）にバイパス管路（35）と流量調節弁（36）とが設けられる。このバイパス管路（35）は、膨張機構の流入側と流出側とを連通可能にしている。一方、流量調節弁（36）は、バイパス管路（35）に設けられている。この流量調節弁（36）を開くと、膨張機構の膨張機（22）又は膨張弁（23）へ向けて流れる冷媒は、その一部がバイパス管路（35）へ流入し、膨張機構をバイパスして流れる。また、流量調節弁（36）の開度を調節すると、バイパス管路（35）を通って膨張機構をバイパスする冷媒量が変化する。更に、流量調節弁（36）を全閉すると、バイパス管路（35）が遮断されて全ての冷媒が膨張機構へ流入する。
【００２３】
上記第３の解決手段では、膨張弁（23）の下流に膨張機（22）が設けられる。放熱後の高圧冷媒は、先ず膨張弁（23）で膨張して中間圧冷媒となり、その後に膨張機（22）で更に膨張して低圧冷媒となる。
【００２４】
上記第４の解決手段では、膨張機（22）と膨張弁（23）の間に容器部材（31）が設けられる。この容器部材（31）には、膨張機（22）又は膨張弁（23）の何れか一方を通過した後の中間圧冷媒が流入する。つまり、容器部材（31）へは、臨界圧力よりも圧力の低い冷媒が流入する。そして、容器部材（31）に貯留される液冷媒の量を増減させることによって、冷媒回路（10）を循環する冷媒量の調節が行われる。
【００２５】
上記第５の解決手段では、膨張機（22）と膨張弁（23）の間に気液分離器（32）が設けられる。この気液分離器（32）には、膨張機（22）又は膨張弁（23）の何れか一方を通過した後の中間圧冷媒が流入する。つまり、気液分離器（32）へは、臨界圧力よりも圧力の低い冷媒が流入する。そして、気液分離器（32）では、気液二相状態となって流入した中間圧冷媒が、液冷媒とガス冷媒に分離される。
【００２６】
本解決手段において、気液分離器（32）の中間圧の液冷媒は、膨張機（22）又は膨張弁（23）を通過して低圧となり、その後に吸熱して蒸発してから圧縮機（21）へ送られる。一方、気液分離器（32）の中間圧のガス冷媒は、ガス管路（33）を流れて圧縮機（21）へ吸入される。つまり、圧縮機（21）は、低圧のガス冷媒と中間圧のガス冷媒とを吸入する。
【００２７】
上記第６の解決手段では、本発明に係る冷凍装置によって空調機が構成される。具体的に、本解決手段では、室内熱交換器（11）、室外熱交換器（12）、第１四路切換弁（13）、及び第２四路切換弁（14）が冷媒回路（10）に設けられる。室内空気を冷却する冷房運転時において、室内熱交換器（11）は低圧冷媒が導入される蒸発器となり、室外熱交換器（12）は高圧冷媒が導入される放熱器となる。一方、室内空気を加熱する暖房運転時において、室内熱交換器（11）は高圧冷媒が導入される放熱器となり、室外熱交換器（12）は低圧冷媒が導入される蒸発器となる。そして、第１四路切換弁（13）と第２四路切換弁（14）とを切り換えることにより、冷媒回路（10）における冷媒の循環経路が変更されて冷房運転と暖房運転とが切り換わる。
【００２８】
上記第７の解決手段では、冷媒回路（10）の冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮機（21）と膨張機（22）を両者の回転速度比が固定となる状態で連結した場合であっても、運転条件の如何に拘わらず冷凍サイクルを円滑に行うことが可能となる。
【００３０】
つまり、本発明では、冷媒回路（10）で循環する冷媒の一部をバイパス管路（35）へ送り込み、残りの冷媒だけを膨張機（22）へ導入することが可能となる。このため、膨張機（22）に要求される押しのけ容積がその設計値を上回る運転条件では、流量調節弁（36）を開くことによって膨張機（22）へ流入する冷媒量を削減し、膨張機（22）を通過する冷媒の体積流量を減少させて冷凍装置の運転を継続させることができる。
【００３１】
また、本発明では、膨張機（22）と直列に膨張弁（23）を設けている。このため、膨張機（22）に要求される押しのけ量がその設計値を下回る運転条件では、膨張弁（23）の開度を絞って膨張機（22）へ流入する冷媒の比容積を増大させ、膨張機（22）を通過する冷媒の体積流量を増大させて冷凍装置の運転を継続させることができる。
【００３２】
上記第３の解決手段では、膨張機（22）を膨張弁（23）の下流側に設置している。従って、本解決手段によれば、膨張機（22）を膨張弁（23）の上流側に設置する場合に比べ、膨張機（22）において冷媒の内部エネルギを機械的な動力へ確実に変換することが可能となる。
【００３３】
この点について説明する。冷媒の圧力が臨界圧力以上の場合、該冷媒は液相と気相の区別がない状態であり、比体積が僅かに変化しただけでも圧力が大きく変動する。そのため、高圧の冷媒を中間圧にまで膨張させる過程で膨張機（22）を用いると、膨張機（22）としての流体機械の内部で僅かな漏れが生じただけでも、膨張機（22）において得られる動力は大幅に減少してしまう。
【００３４】
一方、冷媒がその臨界圧力よりも低圧の場合、該冷媒は気液二相状態となって圧力の変動と共に比体積も大きく変動する。そのため、中間圧の冷媒を低圧にまで膨張させる過程で膨張機（22）を用いると、膨張機（22）としての流体機械の内部でいくらか漏れが生じても、それに伴う圧力の低下は僅かであって膨張機（22）で得られる動力もさほど減少しない。
【００３５】
これに対し、本解決手段では、冷媒回路（10）における膨張弁（23）の下流に膨張機（22）を設け、中間圧の冷媒を低圧にまで膨張させる過程で膨張機（22）を用いている。このため、本解決手段によれば、膨張機（22）として用いられる流体機械の内部で冷媒の漏れが多少発生したとしても、膨張機（22）における動力回収を確実に行うことができる。
【００３６】
上記第４の解決手段によれば、中間圧の冷媒を容器部材（31）に一時的に貯留することで、冷媒回路（10）を循環する冷媒量の調節が可能となる。ここで、高圧が冷媒の臨界圧力よりも低い通常の冷凍サイクルを行う冷凍装置では、冷媒回路（10）にレシーバを設け、高圧の液冷媒をレシーバに貯留することで冷媒回路（10）を循環する冷媒量を調節している。ところが、冷媒の圧力がその臨界圧力以上となると、冷媒は液相と気相の区別がない状態となる。このため、本解決手段の冷凍装置のように、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力以上となる場合には、高圧冷媒が流入する従来のレシーバを設けても、レシーバが常に単相の冷媒で満たされた状態となって冷媒量の調節が不可能となる。そこで、本解決手段では、その臨界圧力よりも圧力の低い中間圧冷媒を容器部材（31）へ導入することで、冷媒回路（10）を循環する冷媒量の調節を可能としている。
【００３７】
【発明の実施の形態】
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。
【００３８】
〔発明の実施形態１〕
図２に示すように、本実施形態１は、本発明に係る冷凍装置により構成された空調機である。この空調機は、冷媒回路（10）で冷媒を循環させ、冷房運転と暖房運転を切り換えて行うように構成されている。
【００３９】
上記冷媒回路（10）には、室内熱交換器（11）、室外熱交換器（12）、第１四路切換弁（13）、第２四路切換弁（14）、圧縮機（21）、膨張機（22）、電動膨張弁（23）、及びレシーバタンク（31）が設けられている。この冷媒回路（10）では、膨張機（22）と電動膨張弁（23）が直列に配置されており、これらが冷媒の膨張機構を構成している。また、冷媒回路（10）には、二酸化炭素（ＣＯ２）が冷媒として充填されている。
【００４０】
上記室内熱交換器（11）は、いわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器により構成されている。室内熱交換器（11）へは、図外のファンによって室内空気が供給される。室内熱交換器（11）では、供給された室内空気と冷媒回路（10）の冷媒との熱交換が行われる。上記冷媒回路（10）において、この室内熱交換器（11）は、その一端が第１四路切換弁（13）の第１のポートに配管接続され、その他端が第２四路切換弁（14）の第１のポートに配管接続されている。
【００４１】
上記室外熱交換器（12）は、いわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器により構成されている。室外熱交換器（12）へは、図外のファンによって室外空気が供給される。室外熱交換器（12）では、供給された室外空気と冷媒回路（10）の冷媒との熱交換が行われる。上記冷媒回路（10）において、この室外熱交換器（12）は、その一端が第１四路切換弁（13）の第２のポートに配管接続され、その他端が第２四路切換弁（14）の第２のポートに配管接続されている。
【００４２】
上記圧縮機（21）は、ローリングピストン型の流体機械により構成されている。つまり、この圧縮機（21）は、押しのけ容積が一定の容積形流体機械により構成されている。この圧縮機（21）は、吸入した冷媒（ＣＯ２）をその臨界圧力以上にまで圧縮する。上記冷媒回路（10）において、上記圧縮機（21）は、その吐出側が第１四路切換弁（13）の第３のポートに配管接続され、その吸入側が第１四路切換弁（13）の第４のポートに配管接続されている。
【００４３】
上記膨張機（22）は、スクロール型の流体機械により構成されている。つまり、この膨張機（22）は、押しのけ容積が一定の容積形流体機械により構成されている。上記冷媒回路（10）において、上記膨張機（22）は、その流入側が第２四路切換弁（14）の第３のポートに配管接続され、その流出側が上記レシーバタンク（31）に配管接続されている。尚、膨張機（22）を構成する流体機械は、その押しのけ容積が一定のものであればスクロール型に限らず、例えばスクリュー型、歯車型、ルーツ型のものであってもよい。
【００４４】
上記レシーバタンク（31）は、縦長で円筒状の密閉容器であって、中間圧冷媒を貯留するための容器部材を構成している。上記冷媒回路（10）において、このレシーバタンク（31）は、電動膨張弁（23）の流入側と配管接続されている。このように、上記冷媒回路（10）では、膨張機（22）の下流側に電動膨張弁（23）が設けられている。
【００４５】
上記電動膨張弁（23）は、パルスモータ等で弁体を回転させることによって、その開度を変更できるように構成されている。上記冷媒回路（10）において、この電動膨張弁（23）は、その流出側が第２四路切換弁（14）の第４のポートに配管接続されている。
【００４６】
上述のように、第１四路切換弁（13）は、第１のポートが室内熱交換器（11）と、第２のポートが室外熱交換器（12）と、第３のポートが圧縮機（21）の吐出側と、第４のポートが圧縮機（21）の吸入側とそれぞれ接続されている。この第１四路切換弁（13）は、第１のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが第４のポートと連通する状態（図２に実線で示す状態）と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポートが第３のポートと連通する状態（図２に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。
【００４７】
一方、第２四路切換弁（14）は、第１のポートが室内熱交換器（11）と、第２のポートが室外熱交換器（12）と、第３のポートが膨張機（22）の流入側と、第４のポートが電動膨張弁（23）の流出側とそれぞれ接続されている。この第２四路切換弁（ 14 ）は、第１のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが第４のポートと連通する状態（図２に実線で示す状態）と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポートが第３のポートと連通する状態（図２に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。
【００４８】
本実施形態において、上記圧縮機（21）の駆動軸には、上記膨張機（22）と圧縮機モータ（24）とが連結されている。この圧縮機（21）は、膨張機（22）での冷媒の膨張により得られた動力と、圧縮機モータ（24）へ通電することにより得られた動力との両方によって回転駆動される。上記圧縮機モータ（24）には、図外のインバータから所定周波数の交流電力が供給されている。そして、上記圧縮機（21）は、圧縮機モータ（24）へ供給される電力の周波数を変更することで、その容量が可変に構成されている。また、圧縮機（21）と膨張機（22）とは、常に同じ回転速度で回転する。
【００４９】
冷媒回路（10）には、更にバイパス管路（35）が設けられている。このバイパス管路（35）は、その一端が第２四路切換弁（14）の第３のポートと膨張機（22）の流入側との間に接続され、その他端が電動膨張弁（23）と第２四路切換弁（14）の第４のポートとの間に接続されている。つまり、膨張機（22）と電動膨張弁（23）とにより構成される膨張機構の流入側と流出側とは、バイパス管路（35）によって連通可能となっている。
【００５０】
上記バイパス管路（35）には、流量調節弁であるバイパス弁（36）が設けられている。このバイパス弁（36）は、上記電動膨張弁（23）と同様に、パルスモータ等で弁体を回転させることによって、その開度を変更できるように構成されている。バイパス弁（36）の開度を変更すると、バイパス管路（35）を流れる冷媒の流量が変化する。また、バイパス弁（36）を全閉すると、バイパス管路（35）が遮断状態となって全ての冷媒が膨張機（22）へ送られる。
【００５１】
本実施形態において、圧縮機（21）と膨張機（22）とは、両者の押しのけ量比が冷房標準条件に適した値となるように、それぞれの押しのけ容積が設定されている（図１参照）。つまり、冷房標準条件においては、電動膨張弁（23）を全開してバイパス弁（36）を全閉した状態で冷凍サイクルを行うことができるように、圧縮機（21）及び膨張機（22）が設計されている。
【００５２】
−運転動作−
《暖房運転》
上記空調機の暖房運転時の動作について、図２及び図３を参照しながら説明する。尚、図３は、上記空調機における冷凍サイクルを、モリエル線図（圧力−エンタルピ線図）上に表したものである。
【００５３】
暖房運転時において、第１四路切換弁（13）及び第２四路切換弁（14）は、図２に実線で示す状態に切り換わる。この状態で圧縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室内熱交換器（11）が放熱器として機能し、室外熱交換器（12）が蒸発器として機能する。
【００５４】
また、図１に示すように、通常、暖房運転時の運転条件では、圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容積比について、冷房標準条件よりも大きな値が要求される。つまり、冷房標準条件を基準に設計された膨張機（22）では、その押しのけ容積が要求値に対して大きすぎることとなる。従って、暖房運転時には、電動膨張弁（23）の開度が適宜調節され、バイパス弁（36）が全閉される。
【００５５】
具体的に、圧縮機（21）からは、図３における点１の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（13）を通って室内熱交換器（11）へ導入される。
【００５６】
室内熱交換器（11）では、導入された高圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室内空気に対して放熱し、そのエンタルピが点１の状態から点２の状態にまで低下する。そして、室内熱交換器（11）からは、点２の状態の高圧冷媒が流出する。一方、室内熱交換器（11）で高圧冷媒により加熱された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【００５７】
室内熱交換器（11）で放熱した後の点２の状態の冷媒は、膨張機（22）において膨張し、その圧力及びエンタルピが点３の状態にまで低下する。つまり、膨張機（22）では、高圧冷媒が膨張して圧力ＰＭの中間圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、その臨界圧力ＰＣよりも低圧であって、気液二相状態となっている。そして、気液二相状態の中間圧冷媒が、膨張機（22）から流出し、レシーバタンク（31）を通って電動膨張弁（23）へ送られる。
【００５８】
電動膨張弁（23）では、中間圧冷媒が減圧され、その圧力が点３の状態から点４の状態にまで低下する。つまり、電動膨張弁（23）を通過することで、中間圧冷媒が減圧されて圧力ＰＬの低圧冷媒となる。点４の状態の低圧冷媒は、第２四路切換弁（14）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。
【００５９】
室外熱交換器（12）では、導入された低圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室外空気から吸熱し、そのエンタルピが点４の状態から点７の状態にまで増大する。点７の状態の低圧冷媒は、室外熱交換器（12）から流出し、第１四路切換弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。
【００６０】
圧縮機（21）に吸入された点７の状態の冷媒は、圧縮されて点１の状態となる。つまり、圧縮機（21）では、圧力ＰＬの低圧冷媒が圧縮されて圧力ＰＨの高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（21）から室内熱交換器（11）へ送られる。
【００６１】
上述のように、膨張機（22）において、冷媒の圧力及びエンタルピが点２から点３の状態にまで低下する。そして、この膨張機（22）では、点２と点３のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（21）の駆動に利用される。
【００６２】
《冷房運転》
上記空調機の冷房運転時の動作について、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００６３】
冷房運転時において、第１四路切換弁（13）及び第２四路切換弁（14）は、図２に破線で示す状態に切り換わる。この状態で圧縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器（12）が放熱器として機能し、室内熱交換器（11）が蒸発器として機能する。
【００６４】
また、図１に示すように、冷房運転時の運転条件では、圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容積比について、冷房標準条件よりも小きな値が要求される場合もある。つまり、冷房運転中においても、冷房標準条件を基準に設計された膨張機（22）では、その押しのけ容積が要求値に対して小さすぎる場合がある。従って、冷房運転時には、電動膨張弁（23）が全開され、バイパス弁（36）の開度が適宜調節される。
【００６５】
具体的に、圧縮機（21）からは、図３における点１の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（13）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。
【００６６】
室外熱交換器（12）では、導入された高圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室外空気に対して放熱し、そのエンタルピが点１の状態から点２の状態にまで低下する。室外熱交換器（12）から流出した点２の状態の冷媒は、第２四路切換弁（14）を通過した後に二手に分流され、その一方が膨張機（22）へ送られて、残りがバイパス管路（35）へ流入する。
【００６７】
膨張機（22）へ流入した点２の状態の冷媒は、膨張して圧力及びエンタルピが低下し、点４の状態となる。つまり、膨張機（22）では、圧力ＰＨの高圧冷媒が膨張して圧力ＰＬの低圧冷媒となる。この低圧冷媒は、その臨界圧力ＰＣよりも圧力が低く、気液二相状態となっている。そして、気液二相状態の低圧冷媒が、膨張機（22）から流出し、レシーバタンク（31）へ導入される。レシーバタンク（31）から出た点４の状態の冷媒は、点４の状態に保たれたまま全開状態の電動膨張弁（23）を通過する。
【００６８】
一方、バイパス管路（35）へ流入した点２の状態の冷媒は、バイパス弁（36）を通過する。その際、点２の状態の冷媒は、バイパス弁（36）の絞り作用によって減圧され、その圧力が低下して点５の状態となる。
【００６９】
電動膨張弁（23）を通過した点４の状態の冷媒と、バイパス弁（36）を通過した点５の状態とは、混合されて点６の状態となる。この点６の状態の冷媒は、第２四路切換弁（14）を通過して室内熱交換器（11）へ導入される。
【００７０】
室内熱交換器（11）では、導入された低圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室内空気から吸熱し、そのエンタルピが点６の状態から点７の状態にまで増大する。点７の状態の低圧冷媒は、室内熱交換器（11）から流出し、第１四路切換弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。一方、室内熱交換器（11）で低圧冷媒により冷却された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【００７１】
圧縮機（21）に吸入された点７の状態の冷媒は、圧縮されて点１の状態となる。つまり、圧縮機（21）では、圧力ＰＬの低圧冷媒が圧縮されて圧力ＰＨの高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（21）から室外熱交換器（12）へ送られる。
【００７２】
上述のように、膨張機（22）において、冷媒の圧力及びエンタルピが点２から点４の状態にまで低下する。そして、この膨張機（22）では、点２と点４のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（21）の駆動に利用される。
【００７３】
また、上述した冷房運転時において、その時の運転条件で膨張機（22）に要求される押しのけ容積が設計値と一致する場合には、バイパス弁（36）が全閉される。この場合において、室外熱交換器（12）から流出した点２の状態の冷媒は、その全てが膨張機（22）及び電動膨張弁（23）を通過し、点４の状態となって室内熱交換器（11）へ流入する。
【００７４】
つまり、冷媒の一部をバイパス管路（35）へ導入する場合には点６の状態の冷媒が室内熱交換器（11）へ導入されるのに対し、この場合には、点６の状態よりもエンタルピの低い点４の状態の冷媒が室内熱交換器（11）へ導入される。従って、冷房標準条件に相当する運転条件では、その他の運転条件に比べて室内熱交換器（11）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大し、冷房能力が増大してＣＯＰが向上する。
【００７５】
−実施形態１の効果−
本実施形態１によれば、冷媒回路（10）にバイパス管路（35）を設けているため、冷媒回路（10）で循環する冷媒の一部をバイパス管路（35）へ送り込み、残りの冷媒だけを膨張機（22）へ導入することが可能となる。このため、膨張機（22）に要求される押しのけ容積がその設計値を上回る運転条件では、バイパス弁（36）を開くことによって膨張機（22）へ流入する冷媒量を削減し、冷凍サイクルを継続させることができる。
【００７６】
また、本実施形態１では、膨張機（22）と直列に電動膨張弁（23）を設けている。このため、膨張機（22）に要求される押しのけ容積がその設計値を下回る運転条件では、電動膨張弁（23）の開度を絞って膨張機（22）へ流入する冷媒の比容積を増大させることにより、膨張機（22）を通過する冷媒の体積流量を増大させて冷凍サイクルを継続させることができる。
【００７７】
このように、本実施形態１によれば、圧縮機（21）と膨張機（22）とが直結されて両者の回転速度比が固定となる場合であっても、運転条件の如何に拘わらず冷凍サイクルを円滑に行うことが可能となる。
【００７８】
また、本実施形態では、冷媒回路（10）における膨張機（22）と電動膨張弁（23）の間にレシーバタンク（31）を設けている。このため、気液二相状態の中間圧冷媒をレシーバタンク（31）一時的に貯留することで、冷媒回路（10）を循環する冷媒量の調節が可能となる。
【００７９】
ここで、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも低い一般的な冷凍装置では、冷媒回路（10）にレシーバを設け、高圧の液冷媒をレシーバに貯留することで冷媒回路（10）を循環する冷媒量を調節している。ところが、冷媒の圧力がその臨界圧力以上となると、冷媒は液相と気相の区別がない状態となる。このため、本実施形態の空調機のような冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力以上となるものでは、高圧冷媒が流入する従来のレシーバを設けても、レシーバが超臨界状態の冷媒で満たされてしまい、冷媒量の調節が不可能となる。そこで、本実施形態では、臨界圧力よりも低圧の中間圧冷媒をレシーバタンク（31）に一時的に貯留することで、冷媒回路（10）で循環する冷媒量の調節を可能としている。
【００８０】
〔発明の実施形態２〕
本発明の実施形態２は、上記実施形態１において膨張機（22）と電動膨張弁（23）の位置を入れ替え、冷媒回路（10）における膨張機（22）の上流側に電動膨張弁（23）を配置したものである。ここでは、本実施形態に係る空調機の構成について、上記実施形態１と異なる部分を説明する。
【００８１】
図４に示すように、電動膨張弁（23）は、その流入側が第２四路切換弁（14）の第３のポートに配管接続され、その流出側がレシーバタンク（31）の上部に配管接続されている。また、膨張機（22）は、その流入側がレシーバタンク（31）の下部に配管接続され、その流出側が第２四路切換弁（14）の第４のポートに配管接続されている。
【００８２】
本実施形態においても、膨張機（22）と電動膨張弁（23）とにより構成される膨張機構の流入側と流出側は、バイパス管路（35）によって連通可能となっている。つまり、このバイパス管路（35）は、その一端が第２四路切換弁（14）の第３のポートと電動膨張弁（23）との間に接続され、その他端が膨張機（22）の流出側と第２四路切換弁（14）の第４のポートとの間に接続されている。
【００８３】
−運転動作−
《暖房運転》
上記空調機の暖房運転時の動作について、図４及び図５を参照しながら説明する。尚、図５は、上記空調機における冷凍サイクルを、モリエル線図（圧力−エンタルピ線図）上に表したものである。
【００８４】
暖房運転時において、第１四路切換弁（13）及び第２四路切換弁（14）は、図４に実線で示す状態に切り換わる。また、上記実施形態１の場合と同様に、暖房運転時には、電動膨張弁（23）の開度が適宜調節され、バイパス弁（36）が全閉される。この状態で圧縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室内熱交換器（11）が放熱器として機能し、室外熱交換器（12）が蒸発器として機能する。
【００８５】
具体的に、圧縮機（21）からは、図５における点１の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（13）を通って室内熱交換器（11）へ導入される。
【００８６】
室内熱交換器（11）では、導入された高圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室内空気に対して放熱し、そのエンタルピが点１の状態から点２の状態にまで低下する。そして、室内熱交換器（11）からは、点２の状態の高圧冷媒が流出する。一方、室内熱交換器（11）で高圧冷媒により加熱された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【００８７】
室内熱交換器（11）で放熱した後の点２の状態の冷媒は、電動膨張弁（23）へ送られて減圧され、その圧力が点２の状態から点３の状態にまで低下する。つまり、電動膨張弁（23）を通過することで、高圧冷媒が減圧されて圧力ＰＭの中間圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、その臨界圧力ＰＣよりも低圧であって、気液二相状態となっている。そして、気液二相状態の中間圧冷媒が、電動膨張弁（23）から流出し、レシーバタンク（31）を通って膨張機（22）へ送られる。
【００８８】
レシーバから送り込まれた点３の状態の冷媒は、膨張機（22）において膨張し、その圧力及びエンタルピが点４の状態にまで低下する。つまり、膨張機（22）では、中間圧冷媒が膨張して圧力ＰＬの低圧冷媒となる。点４の状態の低圧冷媒は、第２四路切換弁（14）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。
【００８９】
室外熱交換器（12）では、導入された低圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室外空気から吸熱し、そのエンタルピが点４の状態から点７の状態にまで増大する。点７の状態の低圧冷媒は、室外熱交換器（12）から流出し、第１四路切換弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。
【００９０】
圧縮機（21）に吸入された点７の状態の冷媒は、圧縮されて点１の状態となる。つまり、圧縮機（21）では、圧力ＰＬの低圧冷媒が圧縮されて圧力ＰＨの高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（21）から室内熱交換器（11）へ送られる。
【００９１】
上述のように、膨張機（22）において、冷媒の圧力及びエンタルピが点３から点４の状態にまで低下する。そして、この膨張機（22）では、点３と点４のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（21）の駆動に利用される。
【００９２】
《冷房運転》
上記空調機の冷房運転時の動作について、図４及び図５を参照しながら説明する。
【００９３】
冷房運転時において、第１四路切換弁（13）及び第２四路切換弁（14）は、図４に破線で示す状態に切り換わる。また、上記実施形態１の場合と同様に、冷房運転時には、電動膨張弁（23）が全開され、バイパス弁（36）の開度が適宜調節される。この状態で圧縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器（12）が放熱器として機能し、室内熱交換器（11）が蒸発器として機能する。
【００９４】
具体的に、圧縮機（21）からは、図５における点１の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（13）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。
【００９５】
室外熱交換器（12）では、導入された高圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室外空気に対して放熱し、そのエンタルピが点１の状態から点２の状態にまで低下する。室外熱交換器（12）から流出した点２の状態の冷媒は、第２四路切換弁（14）を通過した後に二手に分流され、その一方が電動膨張弁（23）へ送られて、残りがバイパス管路（35）へ流入する。
【００９６】
電動膨張弁（23）へ送られた冷媒は、全開状態の電動膨張弁（23）を通過し、更にレシーバタンク（31）を通過して膨張機（22）へ導入される。膨張機（22）へ流入した点２の状態の冷媒は、膨張して圧力及びエンタルピが低下し、点４の状態となる。つまり、膨張機（22）では、圧力ＰＨの高圧冷媒が膨張して圧力ＰＬの低圧冷媒となる。そして、膨張機（22）からは、点４の状態の冷媒が流出する。
【００９７】
一方、バイパス管路（35）へ流入した点２の状態の冷媒は、バイパス弁（36）を通過する。その際、点２の状態の冷媒は、バイパス弁（36）の絞り作用によって減圧され、その圧力が低下して点５の状態となる。
【００９８】
膨張機（22）を通過した点４の状態の冷媒と、バイパス弁（36）を通過した点５の状態とは、混合されて点６の状態となる。この点６の状態の冷媒は、第２四路切換弁（14）を通過して室内熱交換器（11）へ導入される。
【００９９】
室内熱交換器（11）では、導入された低圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室内空気から吸熱し、そのエンタルピが点６の状態から点７の状態にまで増大する。点７の状態の低圧冷媒は、室内熱交換器（11）から流出し、第１四路切換弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。一方、室内熱交換器（11）で低圧冷媒により冷却された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【０１００】
圧縮機（21）に吸入された点７の状態の冷媒は、圧縮されて点１の状態となる。つまり、圧縮機（21）では、圧力ＰＬの低圧冷媒が圧縮されて圧力ＰＨの高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒が圧縮機（21）から室外熱交換器（12）へ送られる。
【０１０１】
上述のように、膨張機（22）において、冷媒の圧力及びエンタルピが点２から点４の状態にまで低下する。そして、この膨張機（22）では、点２と点４のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（21）の駆動に利用される。
【０１０２】
また、上述した冷房運転時において、その時の運転条件で膨張機（22）に要求される押しのけ容積が設計値と一致する場合には、バイパス弁（36）が全閉される。この場合において、室外熱交換器（12）から流出した点２の状態の冷媒は、その全てが膨張機（22）及び電動膨張弁（23）を通過し、点４の状態となって室内熱交換器（11）へ流入する。
【０１０３】
つまり、冷媒の一部をバイパス管路（35）へ導入する場合には点６の状態の冷媒が室内熱交換器（11）へ導入されるのに対し、この場合には、点６の状態よりもエンタルピの低い点４の状態の冷媒が室内熱交換器（11）へ導入される。従って、冷房標準条件に相当する運転条件では、その他の運転条件に比べて室内熱交換器（11）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大し、冷房能力が増大してＣＯＰが向上する。
【０１０４】
−実施形態２の効果−
本実施形態によれば、上記実施形態１で発揮される効果に加え、以下のような効果が得られる。つまり、本実施形態では、冷媒回路（10）において、膨張機（22）を電動膨張弁（23）の下流側に設置している。このため、本実施形態によれば、上記実施形態１のように膨張機（22）を電動膨張弁（23）の上流側に設置する場合に比べ、膨張機（22）において冷媒の内部エネルギを機械的な動力へ確実に変換することが可能となる。
【０１０５】
この点について説明する。冷媒の圧力が臨界圧力以上である状態では、比体積が僅かに変化しただけでも圧力が大きく変動する。そのため、高圧ＰＨの冷媒を中間圧ＰＭにまで膨張させる過程で膨張機（22）を用いると、膨張機（22）としての流体機械の内部で僅かな漏れが生じただけでも、膨張機（22）において得られる動力は大幅に減少してしまう。
【０１０６】
一方、冷媒がその臨界圧力よりも低圧の場合、該冷媒は気液二相状態となっており、圧力の変動と共に比体積も大きく変動する。そのため、中間圧ＰＭの冷媒を低圧ＰＬにまで膨張させる過程で膨張機（22）を用いると、膨張機（22）としての流体機械の内部でいくらか漏れが生じても、それに伴う圧力の低下は僅かであって膨張機（22）で得られる動力もさほど減少しない。そして、実際の流体機械では、加工精度等の問題から、作動流体の漏れを完全に防止するのは極めて困難である。
【０１０７】
これに対し、本実施形態では、電動膨張弁（23）の下流に膨張機（22）を設け、主として暖房運転時に中間圧ＰＭの冷媒を低圧ＰＬにまで膨張させる過程で膨張機（22）を用いている。このため、本実施形態によれば、膨張機（22）の内部における冷媒の漏れが生じても、これに起因する発生動力の減少を最小限に留めることができ、膨張する冷媒の内部エネルギを確実に動力として回収することが可能となる。
【０１０８】
〔発明の実施形態３〕
本発明の実施形態３は、上記実施形態１の構成を変更し、いわゆる多効式冷凍サイクルを行うようにしたものである。つまり、本実施形態では、多効式冷凍サイクルを行うことにより、圧縮機モータ（24）の消費電力の低減を図っている。ここでは、本実施形態に係る空調機の構成について、上記実施形態１と異なる部分を説明する。
【０１０９】
図６に示すように、本実施形態の冷媒回路（10）には、上記実施形態１のレシーバタンク（31）に代えて気液分離器（32）が設けられている。この気液分離器（32）は、縦長で円筒状の密閉容器により構成され、膨張機（22）の流出側と配管接続されている。気液分離器（32）には、気液二相状態の中間圧冷媒が膨張機（22）から送り込まれる。気液分離器（32）へ送り込まれた中間圧冷媒は、そのうちの液冷媒が気液分離器（32）内の下部に溜まり、ガス冷媒が気液分離器（32）内の上部に溜まる。
【０１１０】
上記気液分離器（32）の底部は、電動膨張弁（23）の流入側と配管接続されている。気液分離器（32）に貯留する中間圧の液冷媒は、電動膨張弁（23）へと送られる。一方、気液分離器（32）の上端部は、圧縮機（21）と配管接続されている。気液分離器（32）に貯留する中間圧のガス冷媒は、圧縮機（21）へと送られる。つまり、気液分離器（32）と圧縮機（21）を接続する配管は、ガス管路（33）を構成している。
【０１１１】
本実施形態の圧縮機（21）へは、室外熱交換器（12）又は室内熱交換器（11）からの低圧のガス冷媒と、気液分離器（32）からの中間圧のガス冷媒とが供給されている。この圧縮機（21）は、吸入した低圧ガス冷媒を圧縮する一方、その圧縮行程の途中で中間圧ガス冷媒を吸入するように構成されている。
【０１１２】
尚、本実施形態において、気液分離器（32）に貯留する液冷媒の量を増減させれば、冷媒回路（10）を循環する冷媒量を変化させることができる。従って、本実施形態の気液分離器（32）は、上記実施形態１のレシーバタンク（31）の機能を兼ね備えている。
【０１１３】
−運転動作−
《暖房運転》
上記空調機の暖房運転時の動作について、図６及び図７を参照しながら説明する。尚、図７は、上記空調機における冷凍サイクルを、モリエル線図（圧力−エンタルピ線図）上に表したものである。
【０１１４】
暖房運転時において、第１四路切換弁（13）及び第２四路切換弁（14）は、図６に実線で示す状態に切り換わる。この状態で圧縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室内熱交換器（11）が放熱器として機能し、室外熱交換器（12）が蒸発器として機能する。
【０１１５】
また、図１に示すように、通常、暖房運転時の運転条件では、圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容積比について、冷房標準条件よりも大きな値が要求される。つまり、冷房標準条件を基準に設計された膨張機（22）では、その押しのけ容積が要求値に対して大きすぎることとなる。従って、暖房運転時には、電動膨張弁（23）の開度が適宜調節され、バイパス弁（36）が全閉される。
【０１１６】
具体的に、圧縮機（21）からは、図７における点１の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（13）を通って室内熱交換器（11）へ導入される。
【０１１７】
室内熱交換器（11）では、導入された高圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室内空気に対して放熱し、そのエンタルピが点１の状態から点２の状態にまで低下する。そして、室内熱交換器（11）からは、点２の状態の高圧冷媒が流出する。一方、室内熱交換器（11）で高圧冷媒により加熱された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【０１１８】
室内熱交換器（11）で放熱した後の点２の状態の冷媒は、膨張機（22）において膨張し、その圧力及びエンタルピが点３の状態にまで低下する。つまり、膨張機（22）では、高圧冷媒が膨張して圧力ＰＭの中間圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、その臨界圧力ＰＣよりも低圧であって、気液二相状態となっている。膨張機（22）から流出した中間圧冷媒は、気液分離器（32）へ送られる。
【０１１９】
気液分離器（32）へ流入した中間圧冷媒は、点３'の状態の液冷媒と点３''の状態のガス冷媒に分離される。点３'の状態の液冷媒は、気液分離器（32）から電動膨張弁（23）へと送られる。一方、点３''の状態のガス冷媒は、気液分離器（32）から圧縮機（21）へと送られる。
【０１２０】
電動膨張弁（23）では、中間圧の液冷媒が減圧され、その圧力が点３'の状態から点４の状態にまで低下する。つまり、電動膨張弁（23）を通過することで、中間圧冷媒が減圧されて圧力ＰＬの低圧冷媒となる。点４の状態の低圧冷媒は、第２四路切換弁（14）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。
【０１２１】
室外熱交換器（12）では、導入された低圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室外空気から吸熱し、そのエンタルピが点４の状態から点７の状態にまで増大する。点７の状態の低圧冷媒は、室外熱交換器（12）から流出し、第１四路切換弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。
【０１２２】
上述のように、圧縮機（21）へは、点７の状態の低圧ガス冷媒と、点３''の状態の中間圧ガス冷媒とが供給されている。先ず、圧縮機（21）では、点７の状態のガス冷媒の圧縮が開始される。この圧縮過程にある冷媒は、点８の状態となった時点、即ちその圧力が圧力ＰＭに達した時点で、点３''の状態のガス冷媒と混合される。混合後のガス冷媒は、点８'の状態となる。この点８'の状態の冷媒は、圧縮機（21）において引き続き圧縮されて点１の状態となる。そして、点１の状態の高圧冷媒が圧縮機（21）から室内熱交換器（11）へ送られる。
【０１２３】
また、膨張機（22）において、冷媒の圧力及びエンタルピが点２から点３の状態にまで低下する。そして、この膨張機（22）では、点２と点３のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（21）の駆動に利用される。
【０１２４】
《冷房運転》
上記空調機の冷房運転時の動作について、図６及び図７を参照しながら説明する。
【０１２５】
冷房運転時において、第１四路切換弁（13）及び第２四路切換弁（14）は、図５に破線で示す状態に切り換わる。この状態で圧縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器（12）が放熱器として機能し、室内熱交換器（11）が蒸発器として機能する。
【０１２６】
また、図１に示すように、冷房運転時の運転条件では、圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容積比について、冷房標準条件よりも小きな値が要求される場合もある。つまり、冷房運転中においても、冷房標準条件を基準に設計された膨張機（22）では、その押しのけ容積が要求値に対して小さすぎる場合がある。従って、冷房運転時には、電動膨張弁（23）及びバイパス弁（36）の開度が適宜調節される。
【０１２７】
具体的に、圧縮機（21）からは、図７における点１の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（13）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。
【０１２８】
室外熱交換器（12）では、導入された高圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室外空気に対して放熱し、そのエンタルピが点１の状態から点２の状態にまで低下する。室外熱交換器（12）から流出した点２の状態の冷媒は、第２四路切換弁（14）を通過した後に二手に分流され、その一方が膨張機（22）へ送られて、残りがバイパス管路（35）へ流入する。
【０１２９】
膨張機（22）へ流入した点２の状態の冷媒は、膨張して圧力及びエンタルピが低下し、点３の状態となる。つまり、膨張機（22）では、高圧冷媒が膨張して圧力ＰＭの中間圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、その臨界圧力ＰＣよりも低圧であって、気液二相状態となっている。膨張機（22）から流出した中間圧冷媒は、気液分離器（32）へ送られる。
【０１３０】
気液分離器（32）へ流入した中間圧冷媒は、点３'の状態の液冷媒と点３''の状態のガス冷媒に分離される。点３'の状態の液冷媒は、気液分離器（32）から電動膨張弁（23）へと送られる。一方、点３''の状態のガス冷媒は、気液分離器（32）から圧縮機（21）へと送られる。
【０１３１】
電動膨張弁（23）では、中間圧の液冷媒が減圧され、その圧力が点３'の状態から点４の状態にまで低下する。つまり、電動膨張弁（23）を通過することで、中間圧の液冷媒が減圧されて圧力ＰＬの低圧冷媒となる。
【０１３２】
一方、バイパス管路（35）へ流入した点２の状態の冷媒は、バイパス弁（36）を通過する。その際、点２の状態の冷媒は、バイパス弁（36）の絞り作用によって減圧され、その圧力が低下して点５の状態となる。
【０１３３】
電動膨張弁（23）を通過した点４の状態の冷媒と、バイパス弁（36）を通過した点５の状態とは、混合されて点６の状態となる。この点６の状態の冷媒は、第２四路切換弁（14）を通過して室内熱交換器（11）へ導入される。
【０１３４】
室内熱交換器（11）では、導入された低圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室内空気から吸熱し、そのエンタルピが点６の状態から点７の状態にまで増大する。点７の状態の低圧冷媒は、室内熱交換器（11）から流出し、第１四路切換弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。一方、室内熱交換器（11）で低圧冷媒により冷却された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【０１３５】
上述のように、圧縮機（21）へは、点７の状態の低圧ガス冷媒と、点３''の状態の中間圧ガス冷媒とが供給されている。先ず、圧縮機（21）では、点７の状態のガス冷媒の圧縮が開始される。この圧縮過程にある冷媒は、点８の状態となった時点、即ちその圧力が圧力ＰＭに達した時点で、点３''の状態のガス冷媒と混合される。混合後のガス冷媒は、点８'の状態となる。この点８'の状態の冷媒は、圧縮機（21）において引き続き圧縮されて点１の状態となる。そして、点１の状態の高圧冷媒が圧縮機（21）から室外熱交換器（12）へ送られる。
【０１３６】
また、膨張機（22）においては、冷媒の圧力及びエンタルピが点２から点３の状態にまで低下する。そして、この膨張機（22）では、点２と点３のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（21）の駆動に利用される。
【０１３７】
また、上述した冷房運転時において、その時の運転条件で膨張機（22）に要求される押しのけ容積が設計値と一致する場合には、バイパス弁（36）が全閉される。この場合において、室外熱交換器（12）から流出した点２の状態の冷媒は、その全てが膨張機（22）及び電動膨張弁（23）を通過し、点４の状態となって室内熱交換器（11）へ流入する。
【０１３８】
つまり、冷媒の一部をバイパス管路（35）へ導入する場合には点６の状態の冷媒が室内熱交換器（11）へ導入されるのに対し、この場合には、点６の状態よりもエンタルピの低い点４の状態の冷媒が室内熱交換器（11）へ導入される。従って、冷房標準条件に相当する運転条件では、その他の運転条件に比べて室内熱交換器（11）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大し、冷房能力が増大してＣＯＰが向上する。
【０１３９】
〔発明の実施形態４〕
本発明の実施形態４は、上記実施形態２の構成を変更し、いわゆる多効式冷凍サイクルを行うようにしたものである。つまり、本実施形態では、多効式冷凍サイクルを行うことにより、圧縮機モータ（24）の消費電力の低減を図っている。ここでは、本実施形態に係る空調機の構成について、上記実施形態２と異なる部分を説明する。
【０１４０】
図８に示すように、本実施形態の冷媒回路（10）には、上記実施形態２のレシーバタンク（31）に代えて気液分離器（32）が設けられている。この気液分離器（32）は、縦長で円筒状の密閉容器により構成され、電動膨張弁（23）の流出側と配管接続されている。気液分離器（32）には、気液二相状態の中間圧冷媒が電動膨張弁（23）から送り込まれる。気液分離器（32）へ送り込まれた中間圧冷媒は、そのうちの液冷媒が気液分離器（32）内の下部に溜まり、ガス冷媒が気液分離器（32）内の上部に溜まる。
【０１４１】
上記気液分離器（32）の底部は、膨張機（22）の流入側と配管接続されている。気液分離器（32）に貯留する中間圧の液冷媒は、膨張機（22）へと送られる。一方、気液分離器（32）の上端部は、圧縮機（21）と配管接続されている。気液分離器（32）に貯留する中間圧のガス冷媒は、圧縮機（21）へと送られる。つまり、気液分離器（32）と圧縮機（21）を接続する配管は、ガス管路（33）を構成している。
【０１４２】
本実施形態の圧縮機（21）へは、室外熱交換器（12）又は室内熱交換器（11）からの低圧のガス冷媒と、気液分離器（32）からの中間圧のガス冷媒とが供給されている。この圧縮機（21）は、吸入した低圧ガス冷媒を圧縮する一方、その圧縮行程の途中で中間圧ガス冷媒を吸入するように構成されている。
【０１４３】
尚、本実施形態において、気液分離器（32）に貯留する液冷媒の量を増減させれば、冷媒回路（10）を循環する冷媒量を変化させることができる。従って、本実施形態の気液分離器（32）は、上記実施形態２のレシーバタンク（31）の機能を兼ね備えている。
【０１４４】
−運転動作−
《暖房運転》
本実施形態の空調機における暖房運転時の動作について、図８及び図９を参照しながら説明する。尚、図９は、上記空調機における冷凍サイクルを、モリエル線図（圧力−エンタルピ線図）上に表したものである。
【０１４５】
暖房運転時において、第１四路切換弁（13）及び第２四路切換弁（14）は、図８に実線で示す状態に切り換わる。また、上記実施形態３の場合と同様に、暖房運転時には、電動膨張弁（23）の開度が適宜調節され、バイパス弁（36）が全閉される。この状態で圧縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室内熱交換器（11）が放熱器として機能し、室外熱交換器（12）が蒸発器として機能する。
【０１４６】
具体的に、圧縮機（21）からは、図９における点１の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（13）を通って室内熱交換器（11）へ導入される。
【０１４７】
室内熱交換器（11）では、導入された高圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室内空気に対して放熱し、そのエンタルピが点１の状態から点２の状態にまで低下する。そして、室内熱交換器（11）からは、点２の状態の高圧冷媒が流出する。一方、室内熱交換器（11）で高圧冷媒により加熱された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【０１４８】
室内熱交換器（11）から流出した点２の状態の冷媒は、電動膨張弁（23）において減圧され、その圧力が点２の状態から点３の状態にまで低下する。つまり、電動膨張弁（23）を通過することで、高圧冷媒が減圧されて圧力ＰＭの中間圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、その臨界圧力ＰＣよりも低圧であって、気液二相状態となっている。電動膨張弁（23）から流出した中間圧冷媒は、気液分離器（32）へ送られる。
【０１４９】
気液分離器（32）へ流入した中間圧冷媒は、点３'の状態の液冷媒と点３''の状態のガス冷媒に分離される。点３'の状態の液冷媒は、気液分離器（32）から膨張機（22）へと送られる。一方、点３''の状態のガス冷媒は、気液分離器（32）から圧縮機（21）へと送られる。
【０１５０】
膨張機（22）では、中間圧冷媒が膨張し、その圧力及びエンタルピが点４の状態にまで低下する。つまり、膨張機（22）では、中間圧冷媒が膨張して圧力ＰＬの低圧冷媒となる。点４の状態の低圧冷媒は、第２四路切換弁（14）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。
【０１５１】
室外熱交換器（12）では、導入された低圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室外空気から吸熱し、そのエンタルピが点４の状態から点７の状態にまで増大する。点７の状態の低圧冷媒は、室外熱交換器（12）から流出し、第１四路切換弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。
【０１５２】
上述のように、圧縮機（21）へは、点７の状態の低圧ガス冷媒と、点３''の状態の中間圧ガス冷媒とが供給されている。先ず、圧縮機（21）では、点７の状態のガス冷媒の圧縮が開始される。この圧縮過程にある冷媒は、点８の状態となった時点、即ちその圧力が圧力ＰＭに達した時点で、点３''の状態のガス冷媒と混合される。混合後のガス冷媒は、点８'の状態となる。この点８'の状態の冷媒は、圧縮機（21）において引き続き圧縮されて点１の状態となる。そして、点１の状態の高圧冷媒が圧縮機（21）から室内熱交換器（11）へ送られる。
【０１５３】
また、膨張機（22）においては、冷媒の圧力及びエンタルピが点３'から点４の状態にまで低下する。そして、この膨張機（22）では、点３'と点４のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（21）の駆動に利用される。
【０１５４】
《冷房運転》
上記空調機の冷房運転時の動作について、図８及び図９を参照しながら説明する。
【０１５５】
冷房運転時において、第１四路切換弁（13）及び第２四路切換弁（14）は、図８に破線で示す状態に切り換わる。また、上記実施形態３の場合と同様に、冷房運転時には、電動膨張弁（23）及びバイパス弁（36）の開度が適宜調節される。この状態で圧縮機（21）を駆動すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器（12）が放熱器として機能し、室内熱交換器（11）が蒸発器として機能する。
【０１５６】
具体的に、圧縮機（21）からは、図９における点１の状態の高圧冷媒が吐出される。この高圧冷媒の圧力ＰＨは、その臨界圧力ＰＣよりも高くなっている。圧縮機（21）から吐出された冷媒は、第１四路切換弁（13）を通って室外熱交換器（12）へ導入される。
【０１５７】
室外熱交換器（12）では、導入された高圧冷媒が室外空気と熱交換を行う。この熱交換により、高圧冷媒は室外空気に対して放熱し、そのエンタルピが点１の状態から点２の状態にまで低下する。室外熱交換器（12）から流出した点２の状態の冷媒は、第２四路切換弁（14）を通過した後に二手に分流され、その一方が電動膨張弁（23）へ送られて、残りがバイパス管路（35）へ流入する。
【０１５８】
電動膨張弁（23）では、高圧冷媒が減圧され、その圧力が点２の状態から点３の状態にまで低下する。つまり、電動膨張弁（23）を通過することで、高圧冷媒が減圧されて圧力ＰＭの中間圧冷媒となる。この中間圧冷媒は、その臨界圧力ＰＣよりも低圧であって、気液二相状態となっている。そして、電動膨張弁（23）から流出した中間圧冷媒は、気液分離器（32）へ送られる。
【０１５９】
気液分離器（32）へ流入した中間圧冷媒は、点３'の状態の液冷媒と点３''の状態のガス冷媒に分離される。点３'の状態の液冷媒は、気液分離器（32）から膨張機（22）へと送られる。一方、点３''の状態のガス冷媒は、気液分離器（32）から圧縮機（21）へと送られる。
【０１６０】
膨張機（22）では、中間圧の液冷媒が膨張し、その圧力及びエンタルピが点４の状態にまで低下する。つまり、膨張機（22）では、中間圧の液冷媒が膨張して圧力ＰＬの低圧冷媒となる。
【０１６１】
一方、バイパス管路（35）へ流入した点２の状態の冷媒は、バイパス弁（36）を通過する。その際、点２の状態の冷媒は、バイパス弁（36）の絞り作用によって減圧され、その圧力が低下して点５の状態となる。
【０１６２】
膨張機（22）を通過した点４の状態の冷媒と、バイパス弁（36）を通過した点５の状態とは、混合されて点６の状態となる。この点６の状態の冷媒は、第２四路切換弁（14）を通過して室内熱交換器（11）へ導入される。
【０１６３】
室内熱交換器（11）では、導入された低圧冷媒が室内空気と熱交換を行う。この熱交換により、低圧冷媒が室内空気から吸熱し、そのエンタルピが点６の状態から点７の状態にまで増大する。点７の状態の低圧冷媒は、室内熱交換器（11）から流出し、第１四路切換弁（13）を通って圧縮機（21）へ送られる。一方、室内熱交換器（11）で低圧冷媒により冷却された室内空気は、調和空気として室内へ送り返される。
【０１６４】
上述のように、圧縮機（21）へは、点７の状態の低圧ガス冷媒と、点３''の状態の中間圧ガス冷媒とが供給されている。先ず、圧縮機（21）では、点７の状態のガス冷媒の圧縮が開始される。この圧縮過程にある冷媒は、点８の状態となった時点、即ちその圧力が圧力ＰＭに達した時点で、点３''の状態のガス冷媒と混合される。混合後のガス冷媒は、点８'の状態となる。この点８'の状態の冷媒は、圧縮機（21）において引き続き圧縮されて点１の状態となる。そして、点１の状態の高圧冷媒が圧縮機（21）から室外熱交換器（12）へ送られる。
【０１６５】
また、膨張機（22）においては、冷媒の圧力及びエンタルピが点３'から点４の状態にまで低下する。そして、この膨張機（22）では、点３'と点４のエンタルピ差に相当する動力が得られ、この得られた動力が圧縮機（21）の駆動に利用される。
【０１６６】
また、上述した冷房運転時において、その時の運転条件で膨張機（22）に要求される押しのけ容積が設計値と一致する場合には、バイパス弁（36）が全閉される。この場合において、室外熱交換器（12）から流出した点２の状態の冷媒は、その全てが膨張機（22）及び電動膨張弁（23）を通過し、点４の状態となって室内熱交換器（11）へ流入する。
【０１６７】
つまり、冷媒の一部をバイパス管路（35）へ導入する場合には点６の状態の冷媒が室内熱交換器（11）へ導入されるのに対し、この場合には、点６の状態よりもエンタルピの低い点４の状態の冷媒が室内熱交換器（11）へ導入される。従って、冷房標準条件に相当する運転条件では、その他の運転条件に比べて室内熱交換器（11）の出入口における冷媒のエンタルピ差が拡大し、冷房能力が増大してＣＯＰが向上する。
【０１６８】
〔参考技術〕
本発明の参考技術について説明する。この参考技術は、上記実施形態１において、冷媒回路（10）と膨張機（22）の構成を変更したものである。
【０１６９】
図１０に示すように、本参考技術に係る空調機の冷媒回路（10）では、電動膨張弁（23）とバイパス管路（35）とが省略されている。この冷媒回路（10）において、循環する冷媒は、その全てが常に膨張機（22）へ導入される。そして、冷媒の膨張は、常に膨張機（22）のみにおいて行われる。
【０１７０】
図１１に示すように、本参考技術の膨張機（22）は、押しのけ容積が可変のベーン式流体機械により構成されている。つまり、この膨張機（22）は、いわゆるベーンポンプとほぼ同様に構成されている。
【０１７１】
具体的に、この膨張機（22）では、ハウジング（61）内に可動リング（62）とロータ（63）とが収納されている。可動リング（62）は、やや肉厚の円筒状に形成され、図１１における左右へ移動可能な状態で設置されている。ロータ（63）は、円板状あるいは円柱状に形成され、可動リング（62）の内側に設置されている。このロータ（63）は、その中心が可動リング（62）の中心と距離ｅだけずれるように、偏心した状態で設置されている。また、ロータ（63）には、圧縮機（21）に連結される駆動軸が同軸に取り付けられている。
【０１７２】
更に、上記ロータ（63）には、多数のベーン（64）が放射状に設けられている。これらのベーン（64）は、何れも可動リング（62）の内周面に押圧されている。そして、可動リング（62）の内周面、ロータ（63）の外周面、及び各ベーン（64）によって閉空間の流体室（65）が区画される。また、上記ハウジング（61）には、流体室（65）へ冷媒を導入するための流入口（66）と、流体室（65）から冷媒を送り出すための流出口（67）とが、所定の位置に形成されている。
【０１７３】
上記膨張機（22）では、ロータ（63）が回転するにつれて流体室（65）の容積が増減する。具体的に、図１１における左下の部分では、ロータ（63）が時計方向へ回転するに従って流体室（65）の容積が次第に大きくなる。また、図１１における左上の部分では、ロータ（63）が時計方向へ回転するに従って流体室（65）の容積が次第に小さくなる。一方、上記膨張機（22）において、可動リング（62）を移動させると、可動リング（62）とロータ（63）の偏心量ｅ（即ち距離ｅ）が増減する。そして、偏心量ｅを変化させると、閉じ込み直後と、冷媒の流出が開始する直前とにおける流体室（65）の容積差が増減し、押しのけ容積が変動する。
【０１７４】
本参考技術の冷媒回路（10）において、室内熱交換器（11）又は室外熱交換器（12）で放熱した高圧冷媒は、膨張機（22）へ導入される。膨張機（22）において、高圧冷媒は、流入口（66）を通って流体室（65）へ導入される。膨張機（22）では、流体室（65）へ流入した高圧冷媒が膨張することで、ロータ（63）が回転駆動される。つまり、膨張機（22）では、高圧冷媒の内部エネルギが回転動力に変換される。膨張して低圧となった冷媒は、流出口（67）を通って流体室（65）から送り出される。
【０１７５】
また、運転条件の変動に伴って要求される圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容積比が変化した場合には、可動リング（62）を移動させて膨張機（22）の押しのけ容積を増減させ、運転条件に適合した押しのけ容積比に設定して冷凍サイクルを継続させる。
【０１７６】
−参考技術の効果−
本参考技術では、膨張機（22）を押しのけ容積が可変のベーン式流体機械によって構成している。従って、圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容積比を運転条件に応じて変化させることが可能となる。そして、想定される運転条件に合わせて膨張機（22）における押しのけ容積の変動範囲を設定しておけば、如何なる運転条件においても冷凍装置の運転を継続させることができる。
【０１７７】
−参考技術の変形例−
本参考技術では、膨張機（22）をベーン式流体機械によって構成しているが、膨張機（22）を構成する流体機械は押しのけ容積が可変のものであればよく、ベーン式流体機械に限定されるものではない。従って、膨張機（22）を構成する流体機械は、例えば斜板式のアキシャルピストン型流体機械であってもよい。
【０１７８】
ここでは、斜板式のアキシャルピストン型流体機械で構成される膨張機（22）について、図１２を参照しながら説明する。この膨張機（22）では、円柱状のシリンダブロック（71）と円板状の弁板（72）とが同軸に設置されている。シリンダブロック（71）は、駆動軸が同軸に接続されて、回転自在に設けられている。一方、弁板（72）は、図１２におけるシリンダブロック（71）の左端側に配置され、シリンダブロック（71）の端面と摺動する状態で固定されている。また、図１２におけるシリンダブロック（71）の右端側には、斜板（73）が配置されている。この斜板（73）は、その傾斜面の角度θを変更可能に構成されている。
【０１７９】
上記シリンダブロック（71）には、その軸と平行に複数のシリンダ（74）が形成されている。各シリンダ（74）には、図１２におけるシリンダブロック（71）の右端側から、円柱状あるいは棒状のピストン（75）が挿入されている。シリンダ（74）にピストン（75）を挿入することで、流体室（76）が区画される。
【０１８０】
図１２における各ピストン（75）の右端は、斜板（73）に当接している。シリンダブロック（71）が回転するに従い、各ピストン（75）は右端が斜板（73）に当接した状態でシリンダ（74）内を進退し、流体室（76）の容積が増減する。その際のピストン（75）のストロークは「Ｓt」となり、その値は斜板（73）の角度θを変更することによって変化する。つまり、斜板（73）の角度θを変更することにより、膨張機（22）の押しのけ容積が変化する。
【０１８１】
上記膨張機（22）では、図１２における下側の流体室（76）へ高圧冷媒が流入し、ピストン（75）の右端が斜板（73）に押しつけられる。そして、シリンダブロック（71）は、斜板（73）に対するピストン（75）の押圧力によって回転駆動される。流体室（76）へ導入された高圧冷媒は、シリンダブロック（71）が１８０°回転する間に膨張を続け、その後にシリンダブロック（71）が１８０°回転する間に流体室（76）から送り出される。また、運転条件の変動に伴って圧縮機（21）と膨張機（22）の間の押しのけ量比が変化した場合には、斜板（73）の角度θを変化させて膨張機（22）の押しのけ容積を増減させ、運転条件に適合した押しのけ量比に設定して冷凍サイクルを継続させる。
【０１８２】
【発明のその他の実施の形態】
上記実施形態１〜４では、膨張機（22）と電動膨張弁（23）の両方を冷媒がバイパスするように、バイパス管路（35）を冷媒回路（10）に設けているが、これに代えて、次のような構成としてもよい。
【０１８３】
つまり、図１３に示すように、膨張機（22）だけを冷媒がバイパスするように、バイパス管路（35）を冷媒回路（10）に設けてもよい。尚、図１３は、上記実施形態２に対して本変形例を適用したものである。この場合、バイパス管路（35）は、その一端が電動膨張弁（23）とレシーバタンク（31）との間に接続され、その他端が膨張機（22）の流出側と第２四路切換弁（14）の第４のポートとの間に接続されている。そして、電動膨張弁（23）で減圧された中間圧冷媒が二手に分流され、その一方が膨張機（22）で膨張し、他方がバイパス弁（36）において減圧される。
【０１８４】
また、上記参考技術では、膨張機（22）を押しのけ容積が可変の流体機械によって構成しているが、これに代えて、圧縮機（21）を押しのけ容積が可変の流体機械によって構成してもよい。本変形例において、運転条件の変動に伴って要求される圧縮機（21）と膨張機（22）の押しのけ容積比が変化した場合には、圧縮機（21）の押しのけ容積を増減させ、運転条件に適合した押しのけ容積比に設定して冷凍サイクルを継続させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 空調機の運転条件を示す押しのけ量比と冷媒蒸発温度の関係図である。
【図２】 実施形態１に係る空調機の概略構成図である。
【図３】 実施形態１に係る空調機の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
【図４】 実施形態２に係る空調機の概略構成図である。
【図５】 実施形態２に係る空調機の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
【図６】 実施形態３に係る空調機の概略構成図である。
【図７】 実施形態３に係る空調機の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
【図８】 実施形態４に係る空調機の概略構成図である。
【図９】 実施形態４に係る空調機の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
【図１０】 参考技術に係る空調機の概略構成図である。
【図１１】 参考技術に係る膨張機の概略構成図である。
【図１２】 参考技術の変形例に係る膨張機の概略構成図である。
【図１３】 その他の実施形態に係る空調機の概略構成図である。
【符号の説明】
（10） 冷媒回路
（11） 室内熱交換器
（12） 室外熱交換器
（13） 第１四路切換弁
（14） 第２四路切換弁
（21） 圧縮機
（22） 膨張機
（23） 電動膨張弁
（31） レシーバタンク（容器部材）
（32） 気液分離器
（33） ガス管路
（35） バイパス管路
（36） バイパス弁（流量調節弁）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a refrigeration apparatus that performs a vapor compression refrigeration cycle, and particularly relates to a refrigeration cycle in which the high pressure of the refrigeration cycle is equal to or higher than the critical pressure of the refrigerant.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, refrigeration apparatuses that perform a vapor compression refrigeration cycle by circulating a refrigerant in a closed circuit are known and widely used as air conditioners and the like. As this kind of refrigeration apparatus, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-107881, an apparatus in which the high pressure of the refrigeration cycle is set to be equal to or higher than the critical pressure of the refrigerant is known. This refrigeration apparatus includes an expander constituted by a scroll type fluid machine as a refrigerant expansion mechanism. The expander and the compressor are connected by a shaft, and the power obtained by the expander is used for driving the compressor to improve COP (coefficient of performance).
[0003]
  However, in the refrigeration apparatus disclosed in the above publication, a fluid machine with a fixed displacement is used as a compressor or an expander, and the rotation speed of the expander and the compressor is always the same. There was a problem that difficult driving was difficult. This problem will be described.
[0004]
  In the refrigerant circuit of the refrigeration apparatus, since all of the circulating refrigerant passes through the compressor and the expander, the mass flow rates of the refrigerant in the compressor and the expander are always equal. On the other hand, the specific volume of the refrigerant varies depending on the temperature and pressure of the refrigerant. For this reason, the displacement volume required for the compressor and the displacement volume required for the expander are usually different.
[0005]
  Further, in the refrigeration apparatus, the temperature and pressure of the refrigerant at the inlet / outlet of the compressor and the expander vary depending on the operating conditions. For example, when an air conditioner is constituted by a refrigeration apparatus, as shown in FIG. 1, the ratio of the displacement required for the compressor and the displacement required for the expander (hereinafter referred to as “displacement volume ratio”). , Greatly differ depending on the operating conditions. Note that the pressure values shown in parentheses in FIG. 1 indicate the high pressure of the refrigeration cycle under the respective operating conditions.
[0006]
  On the other hand, in the refrigeration apparatus of the above publication, the displacement volume of the compressor and the expander does not change, and the compressor and the expander always rotate at the same rotational speed. For this reason, in this refrigeration apparatus, the displacement ratio between the compressor and the expander cannot be changed according to the operating conditions, and smooth operation suitable for the operating conditions cannot be performed.
[0007]
  For this problem, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-116371, a countermeasure has been proposed in which a bypass pipe for bypassing the expander is provided in the refrigerant circuit. That is, if the volume flow rate of the refrigerant flowing into the expander is reduced by bypassing a part of the refrigerant, the displacement required for the expander can be reduced. Therefore, in this refrigeration apparatus, a part of the refrigerant is bypassed so that smooth refrigeration cycle operation can be performed even if the displacement ratio between the compressor and the expander cannot be changed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
  However, even in the above-described refrigeration apparatus in which a bypass pipe is provided in the refrigerant circuit, a smooth refrigeration cycle operation may still be difficult depending on operating conditions.
[0009]
  That is, in the example shown in FIG. 1, if the compressor and the expander are designed based on the heating low temperature condition where the required displacement volume ratio is the largest, the above-described bypass is provided, so that smooth refrigeration can be achieved under all operating conditions. Cycle operation is possible. However, when a compressor or an expander is actually designed, it is usual to use the standard cooling conditions that require the highest COP. For this reason, although it is possible to operate in an operating condition in which the displacement volume ratio required is smaller than that in the cooling standard condition such as an intermediate cooling condition, the displacement volume required in comparison to the cooling standard condition such as in the heating standard condition is possible. Under operating conditions with a large ratio, even if the bypass pipe is closed, the displacement of the expander becomes excessive with respect to the required value, and smooth operation cannot be performed.
[0010]
  The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to enable a smooth refrigeration cycle under any operating condition in a refrigeration apparatus in which an expander is provided in a refrigerant circuit. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention has takenFirstThe refrigeration apparatus includes a refrigerant circuit (10) filled with a refrigerant, and performs a refrigeration cycle by compressing the refrigerant to a critical pressure or higher by a compressor (21) provided in the refrigerant circuit (10). Is targeted. The refrigerant expansion mechanism provided in the refrigerant circuit (10) includes an expander (22) constituted by a fluid machine having a constant displacement volume, and an opening degree connected in series with the expander (22). A variable expansion valve (23), and the compressor (21) and the expander (22) are connected to each other so that the rotational speed of the compressor (21) and the rotational speed of the expander (22) While the ratio is constant, the refrigerant circuit (10) includes a bypass pipe (35) for bypassing the expander (22) and flowing the refrigerant, and a refrigerant flow rate in the bypass pipe (35). And a flow control valve (36) for adjustingAnd the expansion valve ( twenty three ) To adjust the opening of the flow control valve ( 36 ) Is fully closed, the above flow control valve ( 36 ) To adjust the opening of the expansion valve ( twenty three ) When fully openIs.
[0012]
  The second solution taken by the present invention is:In the first solution, the bypass pipe line ( 35 ) Is the expander ( twenty two ) And expansion valve ( twenty three ) To bypass the refrigerant.
[0013]
  The present invention has takenThirdThe solution of1st or 2ndIn the solution means, in the refrigerant circuit (10), the expansion valve (23) is arranged upstream of the expander (22).
[0014]
  The present invention has taken4thThe solution of1st or 2ndIn this solution, a container member (31) for temporarily storing the refrigerant is provided between the expander (22) and the expansion valve (23) in the refrigerant circuit (10).
[0015]
  The present invention has taken5thThe solution of1st or 2ndThe gas-liquid separator (32) provided between the expander (22) and the expansion valve (23) in the refrigerant circuit (10) for separating the intermediate pressure refrigerant into liquid refrigerant and gas refrigerant. And a gas pipe (33) for supplying the gas refrigerant separated by the gas-liquid separator (32) to the compressor (21).
[0016]
  The present invention has taken6thThe solution of the above is from the first5thIn any one of the above solutions, the indoor heat exchanger (11) that exchanges heat between the refrigerant in the refrigerant circuit (10) and room air, and the outdoor heat that exchanges heat between the refrigerant in the refrigerant circuit (10) and outdoor air. The refrigerant compressed in the exchanger (12) and the compressor (21) is sent to the outdoor heat exchanger (12), and the refrigerant evaporated in the indoor heat exchanger (11) is sent to the compressor (21). The refrigerant sucked and the refrigerant compressed by the compressor (21) are sent to the indoor heat exchanger (11), and the refrigerant evaporated by the outdoor heat exchanger (12) is sucked into the compressor (21). And the refrigerant expanded by the expander (22) are sent to the indoor heat exchanger (11) to be switched by the outdoor heat exchanger (12). The state where the radiated refrigerant flows into the expander (22) and the refrigerant expanded by the expander (22) are sent to the outdoor heat exchanger (12). Radiating refrigerant is one and a second four-way switching valve (14) for switching between a state in which flows into the expander (22) in the indoor heat exchanger (11).
[0017]
  The present invention has taken7thThe solution of the above is from the first6thIn any one of the above solutions, the refrigerant circuit (10) is filled with carbon dioxide as a refrigerant.
[0018]
      -Action-
  the above1st and 2ndIn this solution, the refrigeration cycle is performed by circulating the refrigerant in the refrigerant circuit (10). Specifically, in the compressor (21) of the refrigerant circuit (10), the sucked refrigerant is compressed to the critical pressure or higher. The high-pressure refrigerant discharged from the compressor (21) expands after radiating heat, and its pressure decreases. The decompressed low-pressure refrigerant absorbs heat and evaporates, and then is sucked into the compressor (21) and compressed again.
[0019]
  the above1st and 2ndIn this solution, expansion of the refrigerant in the refrigeration cycle is performed by the expander (22) or the expansion valve (23). For example, when an expansion valve (23) is provided downstream of the expander (22), the high-pressure refrigerant after heat dissipation first expands in the expander (22) to become an intermediate pressure refrigerant, and then expands in the expansion valve (23). Furthermore, it expands to become a low-pressure refrigerant.
[0020]
  these1st and 2ndIn the above solution, in the expander (22), the internal energy of the introduced refrigerant is converted into power. Further, the expander (22) and the compressor (21) are connected to each other in a state where the ratio of the rotational speeds of both is constant. That is, the expander (22) and the compressor (21) may be directly connected to each other so as to have the same rotational speed, or may be connected via gears or the like so as to have different rotational speeds. Good. However, the ratio of the rotational speeds of the expander (22) and the compressor (21) is fixed, and the ratio of the rotational speeds of the two is not changed using a transmission or the like.
[0021]
  the aboveFirstIn this solution, the refrigerant circuit (10) is provided with a bypass pipe (35) and a flow rate adjusting valve (36). The bypass pipe (35) allows communication between the inflow side and the outflow side of the expander (22). On the other hand, the flow control valve (36) is provided in the bypass pipe (35). When this flow control valve (36) is opened, a part of the refrigerant flowing toward the expander (22) flows into the bypass pipe (35) and flows bypassing the expander (22). Moreover, when the opening degree of the flow control valve (36) is adjusted, the amount of refrigerant that bypasses the expander (22) through the bypass pipe (35) changes. Further, when the flow control valve (36) is fully closed, the bypass pipe (35) is shut off and all the refrigerant flows into the expander (22).
[0022]
  the aboveSecondIn this solution, the refrigerant circuit (10) is provided with a bypass pipe (35) and a flow rate adjusting valve (36). The bypass pipe (35) allows communication between the inflow side and the outflow side of the expansion mechanism. On the other hand, the flow control valve (36) is provided in the bypass pipe (35). When this flow control valve (36) is opened, a part of the refrigerant flowing toward the expander (22) or the expansion valve (23) of the expansion mechanism flows into the bypass pipe (35), bypassing the expansion mechanism. Then flow. Further, when the opening degree of the flow control valve (36) is adjusted, the amount of refrigerant that bypasses the expansion mechanism through the bypass pipe (35) changes. Further, when the flow control valve (36) is fully closed, the bypass pipe (35) is shut off and all the refrigerant flows into the expansion mechanism.
[0023]
  the aboveThirdIn this solution, the expander (22) is provided downstream of the expansion valve (23). The high-pressure refrigerant after heat dissipation is first expanded by the expansion valve (23) to become an intermediate-pressure refrigerant, and then further expanded by the expander (22) to become a low-pressure refrigerant.
[0024]
  the above4thIn this solution, the container member (31) is provided between the expander (22) and the expansion valve (23). The intermediate pressure refrigerant after passing through either the expander (22) or the expansion valve (23) flows into the container member (31). That is, the refrigerant having a pressure lower than the critical pressure flows into the container member (31). Then, by adjusting the amount of liquid refrigerant stored in the container member (31), the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit (10) is adjusted.
[0025]
  the above5thIn this solution, a gas-liquid separator (32) is provided between the expander (22) and the expansion valve (23). The intermediate-pressure refrigerant after passing through either the expander (22) or the expansion valve (23) flows into the gas-liquid separator (32). That is, the refrigerant having a pressure lower than the critical pressure flows into the gas-liquid separator (32). In the gas-liquid separator (32), the intermediate-pressure refrigerant that has flowed into the gas-liquid two-phase state is separated into a liquid refrigerant and a gas refrigerant.
[0026]
  In this solution, the intermediate-pressure liquid refrigerant in the gas-liquid separator (32) passes through the expander (22) or the expansion valve (23) to become a low pressure, and then absorbs heat and evaporates before the compressor ( 21). On the other hand, the intermediate-pressure gas refrigerant in the gas-liquid separator (32) flows through the gas pipe (33) and is sucked into the compressor (21). That is, the compressor (21) sucks the low-pressure gas refrigerant and the intermediate-pressure gas refrigerant.
[0027]
  the above6thIn this solution, an air conditioner is constituted by the refrigeration apparatus according to the present invention. Specifically, in this solution, the indoor heat exchanger (11), the outdoor heat exchanger (12), the first four-way switching valve (13), and the second four-way switching valve (14) are connected to the refrigerant circuit (10 ). During the cooling operation for cooling the indoor air, the indoor heat exchanger (11) serves as an evaporator into which low-pressure refrigerant is introduced, and the outdoor heat exchanger (12) serves as a radiator into which high-pressure refrigerant is introduced. On the other hand, during the heating operation for heating indoor air, the indoor heat exchanger (11) serves as a radiator into which high-pressure refrigerant is introduced, and the outdoor heat exchanger (12) serves as an evaporator into which low-pressure refrigerant is introduced. Then, by switching between the first four-way switching valve (13) and the second four-way switching valve (14), the refrigerant circulation path in the refrigerant circuit (10) is changed, and the cooling operation and the heating operation are switched. .
[0028]
  the above7thIn this solution, carbon dioxide (CO2) is used as the refrigerant in the refrigerant circuit (10).2) Is used.
[0029]
【The invention's effect】
  According to the present invention, even when the compressor (21) and the expander (22) are connected in a state where the rotation speed ratio between them is fixed, the refrigeration cycle is smoothly performed regardless of the operating conditions. It becomes possible.
[0030]
  That is,The present inventionThen, a part of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (10) can be sent to the bypass pipe (35), and only the remaining refrigerant can be introduced into the expander (22). For this reason, under operating conditions where the displacement required for the expander (22) exceeds its design value, the amount of refrigerant flowing into the expander (22) is reduced by opening the flow control valve (36), and the expander The operation of the refrigeration apparatus can be continued by reducing the volume flow rate of the refrigerant passing through (22).
[0031]
  Also,The present inventionThen, the expansion valve (23) is provided in series with the expander (22). For this reason, under operating conditions where the displacement required for the expander (22) is below its design value, the opening of the expansion valve (23) is reduced to increase the specific volume of refrigerant flowing into the expander (22). The operation of the refrigeration apparatus can be continued by increasing the volume flow rate of the refrigerant passing through the expander (22).
[0032]
  the aboveThirdIn this solution, the expander (22) is installed on the downstream side of the expansion valve (23). Therefore, according to this solution, compared with the case where the expander (22) is installed on the upstream side of the expansion valve (23), the internal energy of the refrigerant is reliably converted into mechanical power in the expander (22). It becomes possible.
[0033]
  This point will be described. When the pressure of the refrigerant is equal to or higher than the critical pressure, the refrigerant has no distinction between the liquid phase and the gas phase, and the pressure fluctuates greatly even if the specific volume slightly changes. Therefore, if the expander (22) is used in the process of expanding the high-pressure refrigerant to an intermediate pressure, even if a slight leak occurs inside the fluid machine as the expander (22), the expander (22) The power obtained is greatly reduced.
[0034]
  On the other hand, when the refrigerant has a pressure lower than the critical pressure, the refrigerant becomes a gas-liquid two-phase state, and the specific volume fluctuates greatly with the pressure fluctuation. Therefore, when the expander (22) is used in the process of expanding the intermediate pressure refrigerant to a low pressure, even if some leakage occurs inside the fluid machine as the expander (22), the accompanying pressure drop is slight. Therefore, the power obtained by the expander (22) does not decrease so much.
[0035]
  On the other hand, in this solution, the expander (22) is provided downstream of the expansion valve (23) in the refrigerant circuit (10), and the expander (22) is used in the process of expanding the intermediate pressure refrigerant to a low pressure. ing. For this reason, according to this solution, even if the refrigerant leaks somewhat in the fluid machine used as the expander (22), the power recovery in the expander (22) can be reliably performed.
[0036]
  the above4thAccording to this solution, the amount of refrigerant circulating through the refrigerant circuit (10) can be adjusted by temporarily storing the intermediate pressure refrigerant in the container member (31). Here, in a refrigeration system that performs a normal refrigeration cycle where the high pressure is lower than the critical pressure of the refrigerant, a receiver is provided in the refrigerant circuit (10), and the refrigerant circuit (10) is circulated by storing high-pressure liquid refrigerant in the receiver. The amount of refrigerant to be adjusted is adjusted. However, when the refrigerant pressure becomes equal to or higher than the critical pressure, the refrigerant is in a state where there is no distinction between the liquid phase and the gas phase. For this reason, when the high pressure of the refrigeration cycle is equal to or higher than the critical pressure of the refrigerant as in the refrigeration apparatus of the present solution, the receiver is always a single-phase refrigerant even if a conventional receiver into which the high-pressure refrigerant flows is provided. The refrigerant amount cannot be adjusted because the state is satisfied. Therefore, in this solution, the amount of refrigerant circulating through the refrigerant circuit (10) can be adjusted by introducing an intermediate pressure refrigerant having a pressure lower than the critical pressure into the container member (31).
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0038]
    Embodiment 1 of the Invention
  As shown in FIG. 2, this Embodiment 1 is an air conditioner comprised by the freezing apparatus which concerns on this invention. This air conditioner is configured to circulate refrigerant in the refrigerant circuit (10) and switch between cooling operation and heating operation.
[0039]
  The refrigerant circuit (10) includes an indoor heat exchanger (11), an outdoor heat exchanger (12), a first four-way switching valve (13), a second four-way switching valve (14), and a compressor (21). An expander (22), an electric expansion valve (23), and a receiver tank (31) are provided. In this refrigerant circuit (10), an expander (22) and an electric expansion valve (23) are arranged in series, and these constitute a refrigerant expansion mechanism. The refrigerant circuit (10) includes carbon dioxide (CO2) As a refrigerant.
[0040]
  The indoor heat exchanger (11) is a so-called cross fin type fin-and-tube heat exchanger. Indoor air is supplied to the indoor heat exchanger (11) by a fan (not shown). In the indoor heat exchanger (11), heat is exchanged between the supplied indoor air and the refrigerant in the refrigerant circuit (10). In the refrigerant circuit (10), the indoor heat exchanger (11) has one end connected to the first port of the first four-way switching valve (13) and the other end connected to the second four-way switching valve ( The pipe is connected to the first port of 14).
[0041]
  The outdoor heat exchanger (12) is a so-called cross fin type fin-and-tube heat exchanger. Outdoor air is supplied to the outdoor heat exchanger (12) by a fan (not shown). In the outdoor heat exchanger (12), heat exchange between the supplied outdoor air and the refrigerant in the refrigerant circuit (10) is performed. In the refrigerant circuit (10), one end of the outdoor heat exchanger (12) is connected to the second port of the first four-way switching valve (13), and the other end is connected to the second four-way switching valve ( The pipe is connected to the second port of 14).
[0042]
  The compressor (21) is a rolling piston type fluid machine. That is, the compressor (21) is configured by a positive displacement fluid machine having a constant displacement volume. The compressor (21) has a refrigerant (CO2) To above its critical pressure. In the refrigerant circuit (10), the compressor (21) has a discharge side connected to the third port of the first four-way switching valve (13) and a suction side connected to the first four-way switching valve (13). The fourth port is connected by piping.
[0043]
  The expander (22) is a scroll type fluid machine. That is, the expander (22) is constituted by a positive displacement fluid machine having a constant displacement volume. In the refrigerant circuit (10), the expander (22) has an inflow side connected to the third port of the second four-way selector valve (14) and an outflow side connected to the receiver tank (31). Has been. The fluid machine constituting the expander (22) is not limited to the scroll type as long as the displacement volume is constant, and may be, for example, a screw type, a gear type, or a roots type.
[0044]
  The receiver tank (31) is a vertically long and cylindrical sealed container, and constitutes a container member for storing intermediate pressure refrigerant. In the refrigerant circuit (10), the receiver tank (31) is connected to the inflow side of the electric expansion valve (23) by piping. Thus, in the refrigerant circuit (10), the electric expansion valve (23) is provided on the downstream side of the expander (22).
[0045]
  The said electric expansion valve (23) is comprised so that the opening degree can be changed by rotating a valve body with a pulse motor etc. FIG. In the refrigerant circuit (10), the outflow side of the electric expansion valve (23) is connected to the fourth port of the second four-way switching valve (14).
[0046]
  As described above, the first four-way selector valve (13) has a first port that is an indoor heat exchanger (11), a second port that is an outdoor heat exchanger (12), and a third port that is compressed. The discharge side of the machine (21) and the fourth port are connected to the suction side of the compressor (21), respectively. The first four-way selector valve (13) has a state in which the first port communicates with the third port and the second port communicates with the fourth port (state shown by a solid line in FIG. 2), The first port communicates with the fourth port and the second port communicates with the third port (state indicated by a broken line in FIG. 2).
[0047]
  On the other hand, in the second four-way selector valve (14), the first port is the indoor heat exchanger (11), the second port is the outdoor heat exchanger (12), and the third port is the expander (22). ) And the fourth port are connected to the outflow side of the electric expansion valve (23). thisSecond four-way selector valve ( 14 )The first port communicates with the third port and the second port communicates with the fourth port (shown by a solid line in FIG. 2), and the first port communicates with the fourth port. In addition, the second port is configured to switch to a state where it communicates with the third port (a state indicated by a broken line in FIG. 2).
[0048]
  In the present embodiment, the expander (22) and the compressor motor (24) are connected to the drive shaft of the compressor (21). The compressor (21) is rotationally driven by both power obtained by expansion of the refrigerant in the expander (22) and power obtained by energizing the compressor motor (24). The compressor motor (24) is supplied with AC power having a predetermined frequency from an inverter (not shown). And the capacity | capacitance of the said compressor (21) is comprised by changing the frequency of the electric power supplied to a compressor motor (24). Further, the compressor (21) and the expander (22) always rotate at the same rotational speed.
[0049]
  The refrigerant circuit (10) is further provided with a bypass pipe (35). The bypass pipe (35) has one end connected between the third port of the second four-way selector valve (14) and the inflow side of the expander (22), and the other end connected to the electric expansion valve (23 ) And the fourth port of the second four-way selector valve (14). That is, the inflow side and the outflow side of the expansion mechanism constituted by the expander (22) and the electric expansion valve (23) can communicate with each other through the bypass pipe (35).
[0050]
  The bypass pipe (35) is provided with a bypass valve (36) that is a flow rate adjusting valve. Similar to the electric expansion valve (23), the bypass valve (36) is configured such that its opening degree can be changed by rotating the valve body with a pulse motor or the like. When the opening degree of the bypass valve (36) is changed, the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass pipe (35) changes. When the bypass valve (36) is fully closed, the bypass pipe (35) is shut off and all the refrigerant is sent to the expander (22).
[0051]
  In the present embodiment, the displacement volume of the compressor (21) and the expander (22) is set so that the displacement ratio between the compressor (21) and the expander (22) is a value suitable for the cooling standard condition (see FIG. 1). ). That is, in the cooling standard conditions, the compressor (21) and the expander (22) are configured so that the refrigeration cycle can be performed with the electric expansion valve (23) fully opened and the bypass valve (36) fully closed. Is designed.
[0052]
      -Driving action-
  《Heating operation》
  The operation of the air conditioner during heating operation will be described with reference to FIGS. In addition, FIG. 3 represents the refrigeration cycle in the said air conditioner on a Mollier diagram (pressure-enthalpy diagram).
[0053]
  During the heating operation, the first four-way selector valve (13) and the second four-way selector valve (14) are switched to the state shown by the solid line in FIG. When the compressor (21) is driven in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (10) to perform a refrigeration cycle. At that time, the indoor heat exchanger (11) functions as a radiator and the outdoor heat exchanger (12) functions as an evaporator.
[0054]
  Moreover, as shown in FIG. 1, normally, under the operating conditions during the heating operation, the displacement volume ratio between the compressor (21) and the expander (22) requires a larger value than the cooling standard condition. That is, in the expander (22) designed on the basis of the cooling standard conditions, the displacement volume is too large for the required value. Therefore, during the heating operation, the opening degree of the electric expansion valve (23) is appropriately adjusted, and the bypass valve (36) is fully closed.
[0055]
  Specifically, from the compressor (21), the point in FIG.1The high-pressure refrigerant in the state is discharged. The pressure P of this high-pressure refrigerantHIs its critical pressure PCHigher than. The refrigerant discharged from the compressor (21) is introduced into the indoor heat exchanger (11) through the first four-way switching valve (13).
[0056]
  In the indoor heat exchanger (11), the introduced high-pressure refrigerant exchanges heat with room air. By this heat exchange, the high-pressure refrigerant dissipates heat to the room air, and its enthalpy is1Point from the state of2To a state of. And from the indoor heat exchanger (11)2The high-pressure refrigerant in the state of On the other hand, the indoor air heated by the high-pressure refrigerant in the indoor heat exchanger (11) is sent back to the room as conditioned air.
[0057]
  Points after radiating heat with the indoor heat exchanger (11)2The refrigerant in the state is expanded in the expander (22), and its pressure and enthalpy are pointed.3To a state of. That is, in the expander (22), the high-pressure refrigerant expands and the pressure PMIntermediate pressure refrigerant. This intermediate pressure refrigerant has its critical pressure PCThe pressure is lower than that of the gas-liquid two-phase state. Then, the intermediate-pressure refrigerant in the gas-liquid two-phase state flows out of the expander (22), and is sent to the electric expansion valve (23) through the receiver tank (31).
[0058]
  In the electric expansion valve (23), the intermediate pressure refrigerant is depressurized and the pressure3Point from the state of4To a state of. That is, by passing through the electric expansion valve (23), the intermediate pressure refrigerant is reduced and the pressure PLLow pressure refrigerant. point4The low-pressure refrigerant in the state is introduced into the outdoor heat exchanger (12) through the second four-way switching valve (14).
[0059]
  In the outdoor heat exchanger (12), the introduced low-pressure refrigerant exchanges heat with outdoor air. This heat exchange causes the low-pressure refrigerant to absorb heat from the outdoor air,4Point from the state of7It increases to the state of. point7The low-pressure refrigerant in the state flows out of the outdoor heat exchanger (12), and is sent to the compressor (21) through the first four-way switching valve (13).
[0060]
  Points sucked into the compressor (21)7The refrigerant in the state of1It becomes the state of. That is, in the compressor (21), the pressure PLThe low-pressure refrigerant is compressed and pressure PHIt becomes a high-pressure refrigerant. Then, the high-pressure refrigerant is sent from the compressor (21) to the indoor heat exchanger (11).
[0061]
  As described above, in the expander (22), the refrigerant pressure and enthalpy2From point3To a state of. And in this expander (22)2And point3Power corresponding to the difference in enthalpy is obtained, and this obtained power is used for driving the compressor (21).
[0062]
  《Cooling operation》
  The operation of the air conditioner during the cooling operation will be described with reference to FIGS.
[0063]
  During the cooling operation, the first four-way switching valve (13) and the second four-way switching valve (14) are switched to a state indicated by a broken line in FIG. When the compressor (21) is driven in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (10) to perform a refrigeration cycle. At that time, the outdoor heat exchanger (12) functions as a radiator, and the indoor heat exchanger (11) functions as an evaporator.
[0064]
  In addition, as shown in FIG. 1, the operating conditions during the cooling operation may require a smaller value than the cooling standard conditions for the displacement ratio between the compressor (21) and the expander (22). . That is, even during the cooling operation, in the expander (22) designed based on the cooling standard conditions, the displacement volume may be too small with respect to the required value. Therefore, during the cooling operation, the electric expansion valve (23) is fully opened, and the opening degree of the bypass valve (36) is adjusted as appropriate.
[0065]
  Specifically, from the compressor (21), the point in FIG.1The high-pressure refrigerant in the state is discharged. The pressure P of this high-pressure refrigerantHIs its critical pressure PCHigher than. The refrigerant discharged from the compressor (21) is introduced into the outdoor heat exchanger (12) through the first four-way switching valve (13).
[0066]
  In the outdoor heat exchanger (12), the introduced high-pressure refrigerant exchanges heat with outdoor air. By this heat exchange, the high-pressure refrigerant dissipates heat to the outdoor air, and its enthalpy is1Point from the state of2To a state of. Outflow point from outdoor heat exchanger (12)2After passing through the second four-way selector valve (14), the refrigerant in this state is split into two hands, one of which is sent to the expander (22), and the rest flows into the bypass pipe (35).
[0067]
  Points that flow into the expander (22)2The refrigerant in this state expands and the pressure and enthalpy decrease,4It becomes the state of. That is, in the expander (22), the pressure PHPressure refrigerant PLLow pressure refrigerant. This low pressure refrigerant has its critical pressure PCThe pressure is lower than that of the gas-liquid two-phase state. Then, the low-pressure refrigerant in the gas-liquid two-phase state flows out of the expander (22) and is introduced into the receiver tank (31). Points coming from the receiver tank (31)4The refrigerant in the state of4Passing through the fully-expanded electric expansion valve (23) while being maintained in this state.
[0068]
  On the other hand, the point that flowed into the bypass line (35)2The refrigerant in the state passes through the bypass valve (36). In that case, point2The refrigerant in this state is depressurized by the throttling action of the bypass valve (36), and the pressure drops.5It becomes the state of.
[0069]
  Point that passed through the electric expansion valve (23)4Refrigerant and the point of passing the bypass valve (36)5The state is a mixed point6It becomes the state of. This point6The refrigerant in the state passes through the second four-way switching valve (14) and is introduced into the indoor heat exchanger (11).
[0070]
  In the indoor heat exchanger (11), the introduced low-pressure refrigerant exchanges heat with room air. This heat exchange causes the low-pressure refrigerant to absorb heat from the room air, and its enthalpy6Point from the state of7It increases to the state of. point7In this state, the low-pressure refrigerant flows out of the indoor heat exchanger (11), and is sent to the compressor (21) through the first four-way switching valve (13). On the other hand, the room air cooled by the low-pressure refrigerant in the indoor heat exchanger (11) is sent back to the room as conditioned air.
[0071]
  Points sucked into the compressor (21)7The refrigerant in the state of1It becomes the state of. That is, in the compressor (21), the pressure PLThe low pressure refrigerant is compressed and pressure PHIt becomes a high-pressure refrigerant. Then, this high-pressure refrigerant is sent from the compressor (21) to the outdoor heat exchanger (12).
[0072]
  As described above, in the expander (22), the refrigerant pressure and enthalpy2From point4To a state of. And in this expander (22)2And point4Power corresponding to the difference in enthalpy is obtained, and this obtained power is used for driving the compressor (21).
[0073]
  Further, during the cooling operation described above, when the displacement required for the expander (22) matches the design value under the operating conditions at that time, the bypass valve (36) is fully closed. In this case, the point that has flowed out of the outdoor heat exchanger (12)2All of the refrigerant in the state passes through the expander (22) and the electric expansion valve (23)4In this state, it flows into the indoor heat exchanger (11).
[0074]
  In other words, when introducing part of the refrigerant into the bypass line (35),6In this case, the refrigerant in the state is introduced into the indoor heat exchanger (11).6Points with lower enthalpy than the state of4The refrigerant in the state is introduced into the indoor heat exchanger (11). Therefore, under the operating conditions corresponding to the cooling standard conditions, the enthalpy difference of the refrigerant at the inlet / outlet of the indoor heat exchanger (11) is increased as compared with other operating conditions, the cooling capacity is increased, and the COP is improved.
[0075]
      -Effect of Embodiment 1-
  According to the first embodiment, since the bypass pipe (35) is provided in the refrigerant circuit (10), a part of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit (10) is sent to the bypass pipe (35), and the rest Only the refrigerant can be introduced into the expander (22). For this reason, under operating conditions where the displacement required for the expander (22) exceeds its design value, the amount of refrigerant flowing into the expander (22) is reduced by opening the bypass valve (36), and the refrigeration cycle is reduced. Can continue.
[0076]
  Moreover, in this Embodiment 1, the electric expansion valve (23) is provided in series with the expander (22). Therefore, under operating conditions where the displacement required for the expander (22) is below its design value, the opening of the electric expansion valve (23) is reduced to increase the specific volume of refrigerant flowing into the expander (22). By doing so, the volume flow rate of the refrigerant passing through the expander (22) can be increased and the refrigeration cycle can be continued.
[0077]
  Thus, according to the first embodiment, even when the compressor (21) and the expander (22) are directly connected and the rotational speed ratio between them is fixed, regardless of the operating conditions. The refrigeration cycle can be performed smoothly.
[0078]
  In the present embodiment, a receiver tank (31) is provided between the expander (22) and the electric expansion valve (23) in the refrigerant circuit (10). For this reason, it is possible to adjust the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit (10) by temporarily storing the intermediate pressure refrigerant in the gas-liquid two-phase state in the receiver tank (31).
[0079]
  Here, in a general refrigeration system in which the high pressure of the refrigeration cycle is lower than the critical pressure of the refrigerant, a receiver is provided in the refrigerant circuit (10), and the refrigerant circuit (10) is circulated by storing high-pressure liquid refrigerant in the receiver. The amount of refrigerant to be adjusted is adjusted. However, when the refrigerant pressure becomes equal to or higher than the critical pressure, the refrigerant is in a state where there is no distinction between the liquid phase and the gas phase. For this reason, when the high pressure of the refrigeration cycle such as the air conditioner of the present embodiment is equal to or higher than the critical pressure of the refrigerant, the receiver is filled with the supercritical refrigerant even if a conventional receiver into which the high-pressure refrigerant flows is provided. As a result, the amount of refrigerant cannot be adjusted. Therefore, in the present embodiment, the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit (10) can be adjusted by temporarily storing the intermediate-pressure refrigerant having a pressure lower than the critical pressure in the receiver tank (31).
[0080]
    Embodiment 2 of the Invention
  In the second embodiment of the present invention, the positions of the expander (22) and the electric expansion valve (23) are switched in the first embodiment, and the electric expansion valve (23) is arranged upstream of the expander (22) in the refrigerant circuit (10). ). Here, about the structure of the air conditioner which concerns on this embodiment, a different part from the said Embodiment 1 is demonstrated.
[0081]
  As shown in FIG. 4, the electric expansion valve (23) has an inflow side connected to the third port of the second four-way switching valve (14) and an outflow side connected to the upper part of the receiver tank (31). Has been. The expander (22) has an inflow side connected to the lower part of the receiver tank (31) and an outflow side connected to the fourth port of the second four-way selector valve (14).
[0082]
  Also in this embodiment, the inflow side and the outflow side of the expansion mechanism constituted by the expander (22) and the electric expansion valve (23) can communicate with each other by the bypass pipe (35). That is, the bypass pipe (35) has one end connected between the third port of the second four-way switching valve (14) and the electric expansion valve (23), and the other end connected to the expander (22). Between the second outlet and the fourth port of the second four-way selector valve (14).
[0083]
      -Driving action-
  《Heating operation》
  The operation of the air conditioner during the heating operation will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the refrigeration cycle in the air conditioner on a Mollier diagram (pressure-enthalpy diagram).
[0084]
  During the heating operation, the first four-way switching valve (13) and the second four-way switching valve (14) are switched to the state shown by the solid line in FIG. Further, as in the case of the first embodiment, during the heating operation, the opening degree of the electric expansion valve (23) is appropriately adjusted, and the bypass valve (36) is fully closed. When the compressor (21) is driven in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (10) to perform a refrigeration cycle. At that time, the indoor heat exchanger (11) functions as a radiator and the outdoor heat exchanger (12) functions as an evaporator.
[0085]
  Specifically, from the compressor (21), the point in FIG.1The high-pressure refrigerant in the state is discharged. The pressure P of this high-pressure refrigerantHIs its critical pressure PCHigher than. The refrigerant discharged from the compressor (21) is introduced into the indoor heat exchanger (11) through the first four-way switching valve (13).
[0086]
  In the indoor heat exchanger (11), the introduced high-pressure refrigerant exchanges heat with room air. By this heat exchange, the high-pressure refrigerant dissipates heat to the room air, and its enthalpy is1Point from the state of2To a state of. And from the indoor heat exchanger (11)2The high-pressure refrigerant in the state of On the other hand, the indoor air heated by the high-pressure refrigerant in the indoor heat exchanger (11) is sent back to the room as conditioned air.
[0087]
  Points after radiating heat with the indoor heat exchanger (11)2The refrigerant in the state of is sent to the electric expansion valve (23) and depressurized.2Point from the state of3To a state of. That is, by passing through the electric expansion valve (23), the high-pressure refrigerant is decompressed and the pressure PMIntermediate pressure refrigerant. This intermediate pressure refrigerant has its critical pressure PCThe pressure is lower than that in a gas-liquid two-phase state. Then, the gas-liquid two-phase intermediate pressure refrigerant flows out of the electric expansion valve (23) and is sent to the expander (22) through the receiver tank (31).
[0088]
  Points sent from the receiver3The refrigerant in the state is expanded in the expander (22), and its pressure and enthalpy are pointed.4To a state of. That is, in the expander (22), the intermediate pressure refrigerant expands and the pressure PLLow pressure refrigerant. point4The low-pressure refrigerant in the state is introduced into the outdoor heat exchanger (12) through the second four-way switching valve (14).
[0089]
  In the outdoor heat exchanger (12), the introduced low-pressure refrigerant exchanges heat with outdoor air. This heat exchange causes the low-pressure refrigerant to absorb heat from the outdoor air,4Point from the state of7It increases to the state of. point7The low-pressure refrigerant in the state flows out of the outdoor heat exchanger (12), and is sent to the compressor (21) through the first four-way switching valve (13).
[0090]
  Points sucked into the compressor (21)7The refrigerant in the state of1It becomes the state of. That is, in the compressor (21), the pressure PLThe low-pressure refrigerant is compressed and pressure PHIt becomes a high-pressure refrigerant. Then, the high-pressure refrigerant is sent from the compressor (21) to the indoor heat exchanger (11).
[0091]
  As described above, in the expander (22), the refrigerant pressure and enthalpy3From point4To a state of. And in this expander (22)3And point4Power corresponding to the difference in enthalpy is obtained, and this obtained power is used for driving the compressor (21).
[0092]
  《Cooling operation》
  The operation of the air conditioner during the cooling operation will be described with reference to FIGS.
[0093]
  During the cooling operation, the first four-way switching valve (13) and the second four-way switching valve (14) are switched to a state indicated by a broken line in FIG. As in the case of the first embodiment, during the cooling operation, the electric expansion valve (23) is fully opened, and the opening degree of the bypass valve (36) is adjusted as appropriate. When the compressor (21) is driven in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (10) to perform a refrigeration cycle. At that time, the outdoor heat exchanger (12) functions as a radiator, and the indoor heat exchanger (11) functions as an evaporator.
[0094]
  Specifically, from the compressor (21), the point in FIG.1The high-pressure refrigerant in the state is discharged. The pressure P of this high-pressure refrigerantHIs its critical pressure PCHigher than. The refrigerant discharged from the compressor (21) is introduced into the outdoor heat exchanger (12) through the first four-way switching valve (13).
[0095]
  In the outdoor heat exchanger (12), the introduced high-pressure refrigerant exchanges heat with outdoor air. By this heat exchange, the high-pressure refrigerant dissipates heat to the outdoor air, and its enthalpy is1Point from the state of2To a state of. Outflow point from outdoor heat exchanger (12)2After passing through the second four-way switching valve (14), the refrigerant in this state is split into two hands, one of which is sent to the electric expansion valve (23), and the rest flows into the bypass pipe (35).
[0096]
  The refrigerant sent to the electric expansion valve (23) passes through the fully-expanded electric expansion valve (23), further passes through the receiver tank (31), and is introduced into the expander (22). Points that flow into the expander (22)2The refrigerant in this state expands and the pressure and enthalpy decrease,4It becomes the state of. That is, in the expander (22), the pressure PHPressure refrigerant PLLow pressure refrigerant. And from the expander (22)4The refrigerant in the state flows out.
[0097]
  On the other hand, the point that flowed into the bypass line (35)2The refrigerant in the state passes through the bypass valve (36). In that case, point2The refrigerant in this state is depressurized by the throttling action of the bypass valve (36), and the pressure drops.5It becomes the state of.
[0098]
  Points that passed through the expander (22)4Refrigerant and the point of passing through the bypass valve (36)5The state is a mixed point6It becomes the state of. This point6The refrigerant in the state passes through the second four-way switching valve (14) and is introduced into the indoor heat exchanger (11).
[0099]
  In the indoor heat exchanger (11), the introduced low-pressure refrigerant exchanges heat with room air. This heat exchange causes the low-pressure refrigerant to absorb heat from the room air, and its enthalpy6Point from the state of7It increases to the state of. point7In this state, the low-pressure refrigerant flows out of the indoor heat exchanger (11), and is sent to the compressor (21) through the first four-way switching valve (13). On the other hand, the room air cooled by the low-pressure refrigerant in the indoor heat exchanger (11) is sent back to the room as conditioned air.
[0100]
  Points sucked into the compressor (21)7The refrigerant in the state of1It becomes the state of. That is, in the compressor (21), the pressure PLThe low-pressure refrigerant is compressed and pressure PHIt becomes a high-pressure refrigerant. Then, this high-pressure refrigerant is sent from the compressor (21) to the outdoor heat exchanger (12).
[0101]
  As described above, in the expander (22), the refrigerant pressure and enthalpy2From point4To a state of. And in this expander (22)2And point4Power corresponding to the difference in enthalpy is obtained, and this obtained power is used for driving the compressor (21).
[0102]
  Further, during the cooling operation described above, when the displacement required for the expander (22) matches the design value under the operating conditions at that time, the bypass valve (36) is fully closed. In this case, the point that has flowed out of the outdoor heat exchanger (12)2All of the refrigerant in the state of passes through the expander (22) and the electric expansion valve (23)4In this state, it flows into the indoor heat exchanger (11).
[0103]
  In other words, when introducing part of the refrigerant into the bypass line (35),6In this case, the refrigerant in the state is introduced into the indoor heat exchanger (11).6Points with lower enthalpy than the state of4The refrigerant in the state is introduced into the indoor heat exchanger (11). Therefore, under the operating conditions corresponding to the cooling standard conditions, the enthalpy difference of the refrigerant at the inlet / outlet of the indoor heat exchanger (11) is increased as compared with other operating conditions, the cooling capacity is increased, and the COP is improved.
[0104]
      -Effect of Embodiment 2-
  According to the present embodiment, in addition to the effects exhibited in the first embodiment, the following effects can be obtained. That is, in this embodiment, the expander (22) is installed downstream of the electric expansion valve (23) in the refrigerant circuit (10). For this reason, according to this embodiment, compared with the case where the expander (22) is installed on the upstream side of the electric expansion valve (23) as in Embodiment 1, the internal energy of the refrigerant in the expander (22) is reduced. It is possible to reliably convert to mechanical power.
[0105]
  This point will be described. In a state where the pressure of the refrigerant is equal to or higher than the critical pressure, the pressure fluctuates greatly even if the specific volume slightly changes. Therefore, high pressure PHIntermediate pressure PMWhen the expander (22) is used in the process of expanding to a maximum, the power obtained in the expander (22) is greatly reduced even if a slight leak occurs inside the fluid machine as the expander (22). End up.
[0106]
  On the other hand, when the refrigerant has a pressure lower than the critical pressure, the refrigerant is in a gas-liquid two-phase state, and the specific volume fluctuates greatly as the pressure varies. Therefore, intermediate pressure PMThe refrigerant of low pressure PLWhen the expander (22) is used in the process of expanding to a level of 2, even if some leakage occurs inside the fluid machine as the expander (22), the pressure drop is slight and the expander (22) The power gained does not decrease much. In an actual fluid machine, it is extremely difficult to completely prevent the working fluid from leaking due to problems such as machining accuracy.
[0107]
  In contrast, in the present embodiment, the expander (22) is provided downstream of the electric expansion valve (23), and the intermediate pressure P is mainly used during heating operation.MThe refrigerant of low pressure PLThe expander (22) is used in the process of expanding to. For this reason, according to this embodiment, even if the refrigerant leaks inside the expander (22), the reduction in generated power caused by this can be minimized, and the internal energy of the expanding refrigerant is reduced. It can be reliably recovered as power.
[0108]
    Embodiment 3 of the Invention
  In the third embodiment of the present invention, the configuration of the first embodiment is changed to perform a so-called multi-effect refrigeration cycle. That is, in this embodiment, the power consumption of the compressor motor (24) is reduced by performing a multi-effect refrigeration cycle. Here, about the structure of the air conditioner which concerns on this embodiment, a different part from the said Embodiment 1 is demonstrated.
[0109]
  As shown in FIG. 6, the refrigerant circuit (10) of the present embodiment is provided with a gas-liquid separator (32) instead of the receiver tank (31) of the first embodiment. The gas-liquid separator (32) is constituted by a vertically long and cylindrical sealed container, and is connected to the outflow side of the expander (22) by piping. A gas-liquid two-phase intermediate pressure refrigerant is sent from the expander (22) to the gas-liquid separator (32). Among the intermediate pressure refrigerant sent to the gas-liquid separator (32), the liquid refrigerant is accumulated in the lower part in the gas-liquid separator (32), and the gas refrigerant is accumulated in the upper part in the gas-liquid separator (32).
[0110]
  The bottom of the gas-liquid separator (32) is connected to the inflow side of the electric expansion valve (23) by piping. The intermediate-pressure liquid refrigerant stored in the gas-liquid separator (32) is sent to the electric expansion valve (23). On the other hand, the upper end of the gas-liquid separator (32) is connected to the compressor (21) by piping. The intermediate-pressure gas refrigerant stored in the gas-liquid separator (32) is sent to the compressor (21). That is, the pipe connecting the gas-liquid separator (32) and the compressor (21) constitutes a gas pipe (33).
[0111]
  The compressor (21) of the present embodiment includes a low-pressure gas refrigerant from the outdoor heat exchanger (12) or the indoor heat exchanger (11), and an intermediate-pressure gas refrigerant from the gas-liquid separator (32). Is supplied. The compressor (21) is configured to compress the sucked low-pressure gas refrigerant and suck the intermediate-pressure gas refrigerant in the middle of the compression stroke.
[0112]
  In the present embodiment, the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit (10) can be changed by increasing or decreasing the amount of liquid refrigerant stored in the gas-liquid separator (32). Therefore, the gas-liquid separator (32) of the present embodiment also has the function of the receiver tank (31) of the first embodiment.
[0113]
      -Driving action-
  《Heating operation》
  The operation of the air conditioner during the heating operation will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the refrigeration cycle in the air conditioner on a Mollier diagram (pressure-enthalpy diagram).
[0114]
  During the heating operation, the first four-way switching valve (13) and the second four-way switching valve (14) are switched to the state shown by the solid line in FIG. When the compressor (21) is driven in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (10) to perform a refrigeration cycle. At that time, the indoor heat exchanger (11) functions as a radiator and the outdoor heat exchanger (12) functions as an evaporator.
[0115]
  Moreover, as shown in FIG. 1, normally, under the operating conditions during the heating operation, the displacement volume ratio between the compressor (21) and the expander (22) requires a larger value than the cooling standard condition. That is, in the expander (22) designed on the basis of the cooling standard conditions, the displacement volume is too large for the required value. Therefore, during the heating operation, the opening degree of the electric expansion valve (23) is appropriately adjusted, and the bypass valve (36) is fully closed.
[0116]
  Specifically, from the compressor (21), the point in FIG.1The high-pressure refrigerant in the state is discharged. The pressure P of this high-pressure refrigerantHIs its critical pressure PCHigher than. The refrigerant discharged from the compressor (21) is introduced into the indoor heat exchanger (11) through the first four-way switching valve (13).
[0117]
  In the indoor heat exchanger (11), the introduced high-pressure refrigerant exchanges heat with room air. By this heat exchange, the high-pressure refrigerant dissipates heat to the room air, and its enthalpy1Point from the state of2To a state of. And from the indoor heat exchanger (11)2The high-pressure refrigerant in the state of On the other hand, the indoor air heated by the high-pressure refrigerant in the indoor heat exchanger (11) is sent back to the room as conditioned air.
[0118]
  Points after radiating heat with the indoor heat exchanger (11)2The refrigerant in the state is expanded in the expander (22), and its pressure and enthalpy are pointed.3To a state of. That is, in the expander (22), the high-pressure refrigerant expands and the pressure PMIntermediate pressure refrigerant. This intermediate pressure refrigerant has its critical pressure PCThe pressure is lower than that of the gas-liquid two-phase state. The intermediate pressure refrigerant that has flowed out of the expander (22) is sent to the gas-liquid separator (32).
[0119]
  The intermediate pressure refrigerant flowing into the gas-liquid separator (32)3'Liquid refrigerant and point in state3It is separated into gas refrigerant in the state ''. point3The liquid refrigerant in the state 'is sent from the gas-liquid separator (32) to the electric expansion valve (23). On the other hand3The gas refrigerant in the state of '' is sent from the gas-liquid separator (32) to the compressor (21).
[0120]
  In the electric expansion valve (23), the intermediate-pressure liquid refrigerant is depressurized and the pressure is3Point from 'state4To a state of. That is, by passing through the electric expansion valve (23), the intermediate pressure refrigerant is reduced and the pressure PLLow pressure refrigerant. point4The low-pressure refrigerant in the state is introduced into the outdoor heat exchanger (12) through the second four-way switching valve (14).
[0121]
  In the outdoor heat exchanger (12), the introduced low-pressure refrigerant exchanges heat with outdoor air. This heat exchange causes the low-pressure refrigerant to absorb heat from the outdoor air,4Point from the state of7It increases to the state of. point7The low-pressure refrigerant in the state flows out of the outdoor heat exchanger (12), and is sent to the compressor (21) through the first four-way switching valve (13).
[0122]
  As mentioned above, the compressor (21)7Low pressure gas refrigerant in the state of3The intermediate-pressure gas refrigerant in the state '' is supplied. First, in the compressor (21)7The compression of the gas refrigerant in the state is started. The refrigerant in this compression process is8That is, the pressure is the pressure PMWhen the point is reached3It is mixed with the gas refrigerant in the state of ''. The gas refrigerant after mixing is8It becomes the state of '. This point8The refrigerant in the 'state continues to be compressed in the compressor (21).1It becomes the state of. And point1The high-pressure refrigerant in the state is sent from the compressor (21) to the indoor heat exchanger (11).
[0123]
  In the expander (22), the refrigerant pressure and enthalpy2From point3To a state of. And in this expander (22)2And point3Power corresponding to the difference in enthalpy is obtained, and this obtained power is used for driving the compressor (21).
[0124]
  《Cooling operation》
  The operation of the air conditioner during the cooling operation will be described with reference to FIGS.
[0125]
  During the cooling operation, the first four-way switching valve (13) and the second four-way switching valve (14) are switched to a state indicated by a broken line in FIG. When the compressor (21) is driven in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (10) to perform a refrigeration cycle. At that time, the outdoor heat exchanger (12) functions as a radiator, and the indoor heat exchanger (11) functions as an evaporator.
[0126]
  In addition, as shown in FIG. 1, the operating conditions during the cooling operation may require a smaller value than the cooling standard conditions for the displacement ratio between the compressor (21) and the expander (22). . That is, even during the cooling operation, in the expander (22) designed based on the cooling standard conditions, the displacement volume may be too small with respect to the required value. Therefore, during the cooling operation, the opening degrees of the electric expansion valve (23) and the bypass valve (36) are adjusted as appropriate.
[0127]
  Specifically, from the compressor (21), the point in FIG.1The high-pressure refrigerant in the state is discharged. The pressure P of this high-pressure refrigerantHIs its critical pressure PCHigher than. The refrigerant discharged from the compressor (21) is introduced into the outdoor heat exchanger (12) through the first four-way switching valve (13).
[0128]
  In the outdoor heat exchanger (12), the introduced high-pressure refrigerant exchanges heat with outdoor air. By this heat exchange, the high-pressure refrigerant dissipates heat to the outdoor air, and its enthalpy is1Point from the state of2To a state of. Outflow point from outdoor heat exchanger (12)2After passing through the second four-way selector valve (14), the refrigerant in this state is split into two hands, one of which is sent to the expander (22), and the rest flows into the bypass pipe (35).
[0129]
  Points that flow into the expander (22)2The refrigerant in this state expands and the pressure and enthalpy decrease,3It becomes the state of. That is, in the expander (22), the high-pressure refrigerant expands and the pressure PMIntermediate pressure refrigerant. This intermediate pressure refrigerant has its critical pressure PCThe pressure is lower than that of the gas-liquid two-phase state. The intermediate pressure refrigerant that has flowed out of the expander (22) is sent to the gas-liquid separator (32).
[0130]
  The intermediate pressure refrigerant flowing into the gas-liquid separator (32)3'Liquid refrigerant and point in state3It is separated into gas refrigerant in the state ''. point3The liquid refrigerant in the state 'is sent from the gas-liquid separator (32) to the electric expansion valve (23). On the other hand3The gas refrigerant in the state of '' is sent from the gas-liquid separator (32) to the compressor (21).
[0131]
  In the electric expansion valve (23), the intermediate-pressure liquid refrigerant is depressurized and the pressure is3Point from 'state4To a state of. That is, by passing through the electric expansion valve (23), the intermediate-pressure liquid refrigerant is depressurized, and the pressure PLLow pressure refrigerant.
[0132]
  On the other hand, the point that flowed into the bypass line (35)2The refrigerant in the state passes through the bypass valve (36). In that case, point2The refrigerant in this state is depressurized by the throttling action of the bypass valve (36), and the pressure drops.5It becomes the state of.
[0133]
  Points that passed through the electric expansion valve (23)4Refrigerant and the point of passing the bypass valve (36)5The state is a mixed point6It becomes the state of. This point6The refrigerant in the state passes through the second four-way switching valve (14) and is introduced into the indoor heat exchanger (11).
[0134]
  In the indoor heat exchanger (11), the introduced low-pressure refrigerant exchanges heat with room air. This heat exchange causes the low-pressure refrigerant to absorb heat from the room air, and its enthalpy6Point from the state of7It increases to the state of. point7In this state, the low-pressure refrigerant flows out of the indoor heat exchanger (11), and is sent to the compressor (21) through the first four-way switching valve (13). On the other hand, the room air cooled by the low-pressure refrigerant in the indoor heat exchanger (11) is sent back to the room as conditioned air.
[0135]
  As mentioned above, the compressor (21)7Low pressure gas refrigerant in the state of3The intermediate-pressure gas refrigerant in the state '' is supplied. First, in the compressor (21)7The compression of the gas refrigerant in the state is started. The refrigerant in this compression process is8That is, the pressure is the pressure PMWhen the point is reached3It is mixed with the gas refrigerant in the state of ''. The gas refrigerant after mixing is8It becomes the state of '. This point8The refrigerant in the 'state continues to be compressed in the compressor (21).1It becomes the state of. And point1The high-pressure refrigerant in the state is sent from the compressor (21) to the outdoor heat exchanger (12).
[0136]
  In the expander (22), the refrigerant pressure and enthalpy2From point3To a state of. And in this expander (22)2And point3Power corresponding to the difference in enthalpy is obtained, and this obtained power is used for driving the compressor (21).
[0137]
  Further, during the cooling operation described above, when the displacement required for the expander (22) matches the design value under the operating conditions at that time, the bypass valve (36) is fully closed. In this case, the point that has flowed out of the outdoor heat exchanger (12)2All of the refrigerant in the state passes through the expander (22) and the electric expansion valve (23)4In this state, it flows into the indoor heat exchanger (11).
[0138]
  In other words, when introducing part of the refrigerant into the bypass line (35),6In this case, the refrigerant in the state is introduced into the indoor heat exchanger (11).6Points with lower enthalpy than the state of4The refrigerant in the state is introduced into the indoor heat exchanger (11). Therefore, under the operating conditions corresponding to the cooling standard conditions, the difference in the enthalpy of the refrigerant at the inlet / outlet of the indoor heat exchanger (11) is increased as compared with other operating conditions, the cooling capacity is increased, and the COP is improved.
[0139]
    Embodiment 4 of the Invention
  In the fourth embodiment of the present invention, the configuration of the second embodiment is changed to perform a so-called multi-effect refrigeration cycle. That is, in this embodiment, the power consumption of the compressor motor (24) is reduced by performing a multi-effect refrigeration cycle. Here, about the structure of the air conditioner which concerns on this embodiment, a different part from the said Embodiment 2 is demonstrated.
[0140]
  As shown in FIG. 8, the refrigerant circuit (10) of the present embodiment is provided with a gas-liquid separator (32) instead of the receiver tank (31) of the second embodiment. The gas-liquid separator (32) is constituted by a vertically long and cylindrical sealed container, and is connected to the outflow side of the electric expansion valve (23) by piping. A gas-liquid two-phase intermediate pressure refrigerant is fed into the gas-liquid separator (32) from the electric expansion valve (23). Among the intermediate pressure refrigerant sent to the gas-liquid separator (32), the liquid refrigerant is accumulated in the lower part in the gas-liquid separator (32), and the gas refrigerant is accumulated in the upper part in the gas-liquid separator (32).
[0141]
  The bottom of the gas-liquid separator (32) is connected to the inflow side of the expander (22) by piping. The intermediate-pressure liquid refrigerant stored in the gas-liquid separator (32) is sent to the expander (22). On the other hand, the upper end of the gas-liquid separator (32) is connected to the compressor (21) by piping. The intermediate-pressure gas refrigerant stored in the gas-liquid separator (32) is sent to the compressor (21). That is, the pipe connecting the gas-liquid separator (32) and the compressor (21) constitutes a gas pipe (33).
[0142]
  The compressor (21) of the present embodiment includes a low-pressure gas refrigerant from the outdoor heat exchanger (12) or the indoor heat exchanger (11), and an intermediate-pressure gas refrigerant from the gas-liquid separator (32). Is supplied. The compressor (21) is configured to compress the sucked low-pressure gas refrigerant and suck the intermediate-pressure gas refrigerant in the middle of the compression stroke.
[0143]
  In the present embodiment, the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit (10) can be changed by increasing or decreasing the amount of liquid refrigerant stored in the gas-liquid separator (32). Therefore, the gas-liquid separator (32) of the present embodiment also has the function of the receiver tank (31) of the second embodiment.
[0144]
      -Driving action-
  《Heating operation》
  The operation | movement at the time of the heating operation in the air conditioner of this embodiment is demonstrated, referring FIG.8 and FIG.9. In addition, FIG. 9 represents the refrigeration cycle in the said air conditioner on a Mollier diagram (pressure-enthalpy diagram).
[0145]
  During the heating operation, the first four-way switching valve (13) and the second four-way switching valve (14) are switched to the state shown by the solid line in FIG. Further, as in the case of the third embodiment, during the heating operation, the opening degree of the electric expansion valve (23) is appropriately adjusted, and the bypass valve (36) is fully closed. When the compressor (21) is driven in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (10) to perform a refrigeration cycle. At that time, the indoor heat exchanger (11) functions as a radiator and the outdoor heat exchanger (12) functions as an evaporator.
[0146]
  Specifically, from the compressor (21), the point in FIG.1The high-pressure refrigerant in the state is discharged. The pressure P of this high-pressure refrigerantHIs its critical pressure PCHigher than. The refrigerant discharged from the compressor (21) is introduced into the indoor heat exchanger (11) through the first four-way switching valve (13).
[0147]
  In the indoor heat exchanger (11), the introduced high-pressure refrigerant exchanges heat with room air. By this heat exchange, the high-pressure refrigerant dissipates heat to the room air, and its enthalpy is1Point from the state of2To a state of. And from the indoor heat exchanger (11)2The high-pressure refrigerant in the state of On the other hand, the indoor air heated by the high-pressure refrigerant in the indoor heat exchanger (11) is sent back to the room as conditioned air.
[0148]
  Outflow point from indoor heat exchanger (11)2The refrigerant in the state is reduced in pressure by the electric expansion valve (23), and the pressure is2Point from the state of3To a state of. That is, by passing through the electric expansion valve (23), the high-pressure refrigerant is decompressed and the pressure PMIntermediate pressure refrigerant. This intermediate pressure refrigerant has its critical pressure PCThe pressure is lower than that of the gas-liquid two-phase state. The intermediate pressure refrigerant flowing out from the electric expansion valve (23) is sent to the gas-liquid separator (32).
[0149]
  The intermediate pressure refrigerant flowing into the gas-liquid separator (32)3'Liquid refrigerant and point in state3It is separated into gas refrigerant in the state ''. point3The liquid refrigerant in the state 'is sent from the gas-liquid separator (32) to the expander (22). On the other hand3The gas refrigerant in the state of '' is sent from the gas-liquid separator (32) to the compressor (21).
[0150]
  In the expander (22), the intermediate pressure refrigerant expands, and its pressure and enthalpy4To a state of. That is, in the expander (22), the intermediate pressure refrigerant expands and the pressure PLLow pressure refrigerant. point4The low-pressure refrigerant in the state is introduced into the outdoor heat exchanger (12) through the second four-way switching valve (14).
[0151]
  In the outdoor heat exchanger (12), the introduced low-pressure refrigerant exchanges heat with outdoor air. This heat exchange causes the low-pressure refrigerant to absorb heat from the outdoor air,4Point from the state of7It increases to the state of. point7The low-pressure refrigerant in the state flows out of the outdoor heat exchanger (12), and is sent to the compressor (21) through the first four-way switching valve (13).
[0152]
  As mentioned above, the compressor (21)7Low pressure gas refrigerant in the state of3The intermediate-pressure gas refrigerant in the state '' is supplied. First, in the compressor (21)7The compression of the gas refrigerant in the state is started. The refrigerant in this compression process is8That is, the pressure is the pressure PMWhen the point is reached3It is mixed with the gas refrigerant in the state of ''. The gas refrigerant after mixing is8It becomes the state of '. This point8The refrigerant in the state of 'is continuously compressed in the compressor (21).1It becomes the state of. And point1The high-pressure refrigerant in the state is sent from the compressor (21) to the indoor heat exchanger (11).
[0153]
  In the expander (22), the refrigerant pressure and enthalpy3Point from4To a state of. And in this expander (22)3'And dot4Power corresponding to the difference in enthalpy is obtained, and this obtained power is used for driving the compressor (21).
[0154]
  《Cooling operation》
  The operation of the air conditioner during the cooling operation will be described with reference to FIGS.
[0155]
  During the cooling operation, the first four-way switching valve (13) and the second four-way switching valve (14) are switched to a state indicated by a broken line in FIG. As in the case of the third embodiment, the opening degrees of the electric expansion valve (23) and the bypass valve (36) are appropriately adjusted during the cooling operation. When the compressor (21) is driven in this state, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit (10) to perform a refrigeration cycle. At that time, the outdoor heat exchanger (12) functions as a radiator, and the indoor heat exchanger (11) functions as an evaporator.
[0156]
  Specifically, from the compressor (21), the point in FIG.1The high-pressure refrigerant in the state is discharged. The pressure P of this high-pressure refrigerantHIs its critical pressure PCHigher than. The refrigerant discharged from the compressor (21) is introduced into the outdoor heat exchanger (12) through the first four-way switching valve (13).
[0157]
  In the outdoor heat exchanger (12), the introduced high-pressure refrigerant exchanges heat with outdoor air. By this heat exchange, the high-pressure refrigerant dissipates heat to the outdoor air, and its enthalpy is1Point from the state of2To a state of. Outflow point from outdoor heat exchanger (12)2After passing through the second four-way switching valve (14), the refrigerant in the state is split into two hands, one of which is sent to the electric expansion valve (23), and the other flows into the bypass pipe (35).
[0158]
  In the electric expansion valve (23), the high-pressure refrigerant is depressurized and the pressure2Point from the state of3To a state of. That is, by passing through the electric expansion valve (23), the high-pressure refrigerant is decompressed and the pressure PMIntermediate pressure refrigerant. This intermediate pressure refrigerant has its critical pressure PCThe pressure is lower than that in a gas-liquid two-phase state. Then, the intermediate pressure refrigerant flowing out of the electric expansion valve (23) is sent to the gas-liquid separator (32).
[0159]
  The intermediate pressure refrigerant flowing into the gas-liquid separator (32)3'Liquid refrigerant and point in state3It is separated into gas refrigerant in the state ''. point3The liquid refrigerant in the state 'is sent from the gas-liquid separator (32) to the expander (22). On the other hand3The gas refrigerant in the state of '' is sent from the gas-liquid separator (32) to the compressor (21).
[0160]
  In the expander (22), the intermediate-pressure liquid refrigerant expands, and its pressure and enthalpy4To a state of. That is, in the expander (22), the intermediate-pressure liquid refrigerant expands and the pressure PLLow pressure refrigerant.
[0161]
  On the other hand, the point that flowed into the bypass line (35)2The refrigerant in the state passes through the bypass valve (36). In that case, point2The refrigerant in this state is depressurized by the throttling action of the bypass valve (36), and the pressure drops.5It becomes the state of.
[0162]
  Points that passed through the expander (22)4Refrigerant and the point of passing the bypass valve (36)5The state is a mixed point6It becomes the state of. This point6The refrigerant in the state passes through the second four-way switching valve (14) and is introduced into the indoor heat exchanger (11).
[0163]
  In the indoor heat exchanger (11), the introduced low-pressure refrigerant exchanges heat with room air. This heat exchange causes the low-pressure refrigerant to absorb heat from the room air, and its enthalpy6Point from the state of7It increases to the state of. point7In this state, the low-pressure refrigerant flows out of the indoor heat exchanger (11), and is sent to the compressor (21) through the first four-way switching valve (13). On the other hand, the room air cooled by the low-pressure refrigerant in the indoor heat exchanger (11) is sent back to the room as conditioned air.
[0164]
  As mentioned above, the compressor (21)7Low pressure gas refrigerant in the state of3The intermediate-pressure gas refrigerant in the state '' is supplied. First, in the compressor (21)7The compression of the gas refrigerant in the state is started. The refrigerant in this compression process is8That is, the pressure is the pressure PMWhen the point is reached3It is mixed with the gas refrigerant in the state of ''. The gas refrigerant after mixing is8It becomes the state of '. This point8The refrigerant in the 'state continues to be compressed in the compressor (21).1It becomes the state of. And point1The high-pressure refrigerant in the state is sent from the compressor (21) to the outdoor heat exchanger (12).
[0165]
  In the expander (22), the refrigerant pressure and enthalpy3Point from4To a state of. And in this expander (22)3'And dot4Power corresponding to the difference in enthalpy is obtained, and this obtained power is used for driving the compressor (21).
[0166]
  Further, during the cooling operation described above, when the displacement required for the expander (22) matches the design value under the operating conditions at that time, the bypass valve (36) is fully closed. In this case, the point that has flowed out of the outdoor heat exchanger (12)2All of the refrigerant in the state of passes through the expander (22) and the electric expansion valve (23)4In this state, it flows into the indoor heat exchanger (11).
[0167]
  In other words, when introducing part of the refrigerant into the bypass line (35),6In this case, the refrigerant in the state is introduced into the indoor heat exchanger (11).6Points with lower enthalpy than the state of4The refrigerant in the state is introduced into the indoor heat exchanger (11). Therefore, under the operating conditions corresponding to the cooling standard conditions, the enthalpy difference of the refrigerant at the inlet / outlet of the indoor heat exchanger (11) is increased as compared with other operating conditions, the cooling capacity is increased, and the COP is improved.
[0168]
    [Reference technology]
  Of the present inventionReference technology will be described. This reference technologyIs a modification of the configuration of the refrigerant circuit (10) and the expander (22) in the first embodiment.
[0169]
  As shown in FIG.Reference technologyIn the refrigerant circuit (10) of the air conditioner according to the above, the electric expansion valve (23) and the bypass pipe (35) are omitted. In the refrigerant circuit (10), all of the circulating refrigerant is always introduced into the expander (22). The refrigerant is always expanded only in the expander (22).
[0170]
  As shown in FIG.Reference technologyThe expander (22) is composed of a vane fluid machine having a variable displacement volume. That is, the expander (22) is configured in substantially the same manner as a so-called vane pump.
[0171]
  Specifically, in the expander (22), a movable ring (62) and a rotor (63) are housed in a housing (61). The movable ring (62) is formed in a slightly thick cylindrical shape, and is installed in a state in which it can move to the left and right in FIG. The rotor (63) is formed in a disk shape or a columnar shape, and is installed inside the movable ring (62). The rotor (63) is installed in an eccentric state so that the center thereof is displaced from the center of the movable ring (62) by a distance e. In addition, a drive shaft connected to the compressor (21) is coaxially attached to the rotor (63).
[0172]
  Further, the rotor (63) is provided with a large number of vanes (64) radially. These vanes (64) are all pressed against the inner peripheral surface of the movable ring (62). A fluid chamber (65) in a closed space is defined by the inner peripheral surface of the movable ring (62), the outer peripheral surface of the rotor (63), and each vane (64). The housing (61) has an inlet (66) for introducing the refrigerant into the fluid chamber (65) and an outlet (67) for sending the refrigerant out of the fluid chamber (65). Formed in position.
[0173]
  In the expander (22), the volume of the fluid chamber (65) increases and decreases as the rotor (63) rotates. Specifically, in the lower left portion in FIG. 11, the volume of the fluid chamber (65) gradually increases as the rotor (63) rotates clockwise. Further, in the upper left portion in FIG. 11, the volume of the fluid chamber (65) gradually decreases as the rotor (63) rotates clockwise. On the other hand, in the expander (22), when the movable ring (62) is moved, the eccentricity e (that is, the distance e) between the movable ring (62) and the rotor (63) increases or decreases. When the amount of eccentricity e is changed, the volume difference between the fluid chamber (65) immediately after closing and immediately before the refrigerant starts to flow out increases and decreases, and the displacement volume fluctuates.
[0174]
  BookReference technologyIn the refrigerant circuit (10), the high-pressure refrigerant radiated by the indoor heat exchanger (11) or the outdoor heat exchanger (12) is introduced into the expander (22). In the expander (22), the high-pressure refrigerant is introduced into the fluid chamber (65) through the inflow port (66). In the expander (22), the high-pressure refrigerant that has flowed into the fluid chamber (65) expands, so that the rotor (63) is rotationally driven. That is, in the expander (22), the internal energy of the high-pressure refrigerant is converted into rotational power. The refrigerant that has expanded to a low pressure is sent out from the fluid chamber (65) through the outlet (67).
[0175]
  In addition, when the displacement ratio between the compressor (21) and the expander (22) required as the operating conditions change, the movable ring (62) is moved to displace the expander (22). Increase or decrease the volume, set the displacement ratio to match the operating conditions, and continue the refrigeration cycle.
[0176]
      −Reference technologyEffect of
  BookReference technologyThen, the expander (22) is constituted by a vane type fluid machine having a variable displacement volume. Accordingly, the displacement ratio between the compressor (21) and the expander (22) can be changed according to the operating conditions. And if the fluctuation range of the displacement volume in the expander (22) is set according to the assumed operating conditions, the operation of the refrigeration apparatus can be continued under any operating conditions.
[0177]
        −Reference technologyVariation of-
  BookReference technologyThen, although the expander (22) is comprised by the vane type fluid machine, the fluid machine which comprises the expander (22) should just have a variable displacement volume, and is limited to a vane type fluid machine is not. Therefore, the fluid machine constituting the expander (22) may be, for example, a swash plate type axial piston fluid machine.
[0178]
  Here, an expander (22) constituted by a swash plate type axial piston type fluid machine will be described with reference to FIG. In this expander (22), a cylindrical cylinder block (71) and a disc-shaped valve plate (72) are installed coaxially. The cylinder block (71) is rotatably provided with a drive shaft connected coaxially. On the other hand, the valve plate (72) is disposed on the left end side of the cylinder block (71) in FIG. 12, and is fixed in a state of sliding with the end face of the cylinder block (71). A swash plate (73) is disposed on the right end side of the cylinder block (71) in FIG. The swash plate (73) is configured such that the angle θ of the inclined surface can be changed.
[0179]
  The cylinder block (71) is formed with a plurality of cylinders (74) parallel to the axis thereof. A cylindrical or rod-like piston (75) is inserted into each cylinder (74) from the right end side of the cylinder block (71) in FIG. The fluid chamber (76) is defined by inserting the piston (75) into the cylinder (74).
[0180]
  The right end of each piston (75) in FIG. 12 is in contact with the swash plate (73). As the cylinder block (71) rotates, each piston (75) advances and retreats in the cylinder (74) with the right end in contact with the swash plate (73), and the volume of the fluid chamber (76) increases or decreases. The stroke of the piston (75) at that time is “St”, and the value is changed by changing the angle θ of the swash plate (73). That is, the displacement volume of the expander (22) changes by changing the angle θ of the swash plate (73).
[0181]
  In the expander (22), the high-pressure refrigerant flows into the lower fluid chamber (76) in FIG. 12, and the right end of the piston (75) is pressed against the swash plate (73). The cylinder block (71) is rotationally driven by the pressing force of the piston (75) against the swash plate (73). The high-pressure refrigerant introduced into the fluid chamber (76) continues to expand while the cylinder block (71) rotates by 180 °, and then is sent out from the fluid chamber (76) while the cylinder block (71) rotates by 180 °. It is. Further, when the displacement ratio between the compressor (21) and the expander (22) changes with the change of the operating conditions, the angle θ of the swash plate (73) is changed to change the expander (22). Increase / decrease the displacement volume and set the displacement ratio to the operating conditions and continue the refrigeration cycle.
[0182]
Other Embodiments of the Invention
  In the first to fourth embodiments, the bypass pipe (35) is provided in the refrigerant circuit (10) so that the refrigerant bypasses both the expander (22) and the electric expansion valve (23). Instead, the following configuration may be used.
[0183]
  That is, as shown in FIG. 13, the bypass pipe (35) may be provided in the refrigerant circuit (10) so that the refrigerant bypasses only the expander (22). In addition, FIG. 13 applies this modification to the second embodiment. In this case, the bypass pipe (35) has one end connected between the electric expansion valve (23) and the receiver tank (31), and the other end connected to the outflow side of the expander (22) and the second four-way switching. Connected between the fourth port of the valve (14). And the intermediate pressure refrigerant decompressed by the electric expansion valve (23) is divided into two hands, one of which is expanded by the expander (22), and the other is decompressed by the bypass valve (36).
[0184]
  Also, aboveReference technologyThen, although the expander (22) is comprised by the fluid machine with variable displacement, it may replace with this and you may comprise the compressor (21) with the fluid machine with variable displacement. In this modification, if the displacement ratio between the compressor (21) and the expander (22) required as the operating conditions change, the displacement of the compressor (21) is increased or decreased. Set the displacement volume ratio to meet the conditions and continue the refrigeration cycle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a relationship diagram of displacement ratio and refrigerant evaporation temperature showing operating conditions of an air conditioner.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an air conditioner according to the first embodiment.
FIG. 3 is a Mollier diagram showing a refrigeration cycle of the air conditioner according to the first embodiment.
4 is a schematic configuration diagram of an air conditioner according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a Mollier diagram showing a refrigeration cycle of an air conditioner according to a second embodiment.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an air conditioner according to a third embodiment.
7 is a Mollier diagram showing a refrigeration cycle of an air conditioner according to Embodiment 3. FIG.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an air conditioner according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a Mollier diagram showing a refrigeration cycle of an air conditioner according to a fourth embodiment.
FIG. 10Reference technologyIt is a schematic block diagram of the air conditioner which concerns on.
FIG. 11Reference technologyIt is a schematic block diagram of the expander which concerns on.
FIG.Reference technologyIt is a schematic block diagram of the expander which concerns on the modification of.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an air conditioner according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
  (10) Refrigerant circuit
  (11) Indoor heat exchanger
  (12) Outdoor heat exchanger
  (13) First four-way selector valve
  (14) Second four-way selector valve
  (21) Compressor
  (22) Expander
  (23) Electric expansion valve
  (31) Receiver tank (container member)
  (32) Gas-liquid separator
  (33) Gas pipeline
  (35) Bypass pipeline
  (36) Bypass valve (flow control valve)

Claims (7)

冷媒が充填された冷媒回路（10）を備え、該冷媒回路（10）に設けられた圧縮機（21）で冷媒をその臨界圧力以上に圧縮して冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
上記冷媒回路（10）に設けられた冷媒の膨張機構は、押しのけ容積が一定の流体機械により構成される膨張機（22）と、該膨張機（22）と直列に接続された開度可変の膨張弁（23）とにより構成され、
上記圧縮機（21）と上記膨張機（22）は互いに連結されて該圧縮機（21）の回転速度と該膨張機（22）の回転速度の比が一定となる一方、
上記冷媒回路（10）には、上記膨張機（22）をバイパスして冷媒を流すためのバイパス管路（35）と、該バイパス管路（35）における冷媒の流量を調節するための流量調節弁（36）とが設けられており、
上記膨張弁（23）の開度調節を上記流量調節弁（36）が全閉となっているときに行い、上記流量調節弁（36）の開度調節を上記膨張弁（23）が全開となっているときに行う冷凍装置。A refrigeration apparatus comprising a refrigerant circuit (10) filled with a refrigerant, and performing a refrigeration cycle by compressing the refrigerant above its critical pressure with a compressor (21) provided in the refrigerant circuit (10),
The refrigerant expansion mechanism provided in the refrigerant circuit (10) includes an expander (22) constituted by a fluid machine having a constant displacement volume, and a variable opening degree connected in series with the expander (22). Expansion valve (23) and
While the compressor (21) and the expander (22) are connected to each other, the ratio of the rotational speed of the compressor (21) and the rotational speed of the expander (22) becomes constant,
The refrigerant circuit (10) includes a bypass line (35) for allowing the refrigerant to flow by bypassing the expander (22), and a flow rate adjustment for adjusting the flow rate of the refrigerant in the bypass line (35). A valve (36) is provided,
The opening adjustment of the expansion valve (23) is performed when the flow control valve (36) is fully closed, and the opening adjustment of the flow control valve (36) is performed when the expansion valve (23) is fully opened. A refrigeration unit that performs when 請求項１において、In claim 1,
上記バイパス管路（Above bypass line ( 3535 ）は、上記膨張機（) The above expander ( 22twenty two ）及び膨張弁（) And expansion valve ( 23twenty three ）をバイパスして冷媒を流すように構成されている冷凍装置。) Is a refrigeration apparatus configured to flow refrigerant. 請求項１又は２に記載の冷凍装置において、
冷媒回路（10）では、膨張機（22）の上流に膨張弁（23）が配置されている冷凍装置。The refrigeration apparatus according to claim 1 or 2,
In the refrigerant circuit (10), the refrigeration apparatus in which the expansion valve (23) is arranged upstream of the expander (22). 請求項１又は２に記載の冷凍装置において、
冷媒回路（10）における膨張機（22）と膨張弁（23）の間には、冷媒を一時的に貯留するための容器部材（31）が設けられている冷凍装置。The refrigeration apparatus according to claim 1 or 2,
A refrigeration apparatus in which a container member (31) for temporarily storing refrigerant is provided between an expander (22) and an expansion valve (23) in the refrigerant circuit (10). 請求項１又は２に記載の冷凍装置において、
冷媒回路（10）における膨張機（22）と膨張弁（23）の間に設けられて中間圧の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離器（32）と、
上記気液分離器（32）で分離されたガス冷媒を圧縮機（21）へ供給するためのガス管路（33）と
を備えている冷凍装置。The refrigeration apparatus according to claim 1 or 2,
A gas-liquid separator (32) provided between the expander (22) and the expansion valve (23) in the refrigerant circuit (10) to separate the intermediate-pressure refrigerant into liquid refrigerant and gas refrigerant;
A refrigeration apparatus comprising: a gas pipe (33) for supplying the gas refrigerant separated by the gas-liquid separator (32) to the compressor (21). 請求項１，２，３，４又は５に記載の冷凍装置において、
冷媒回路（10）の冷媒を室内空気と熱交換させる室内熱交換器（11）と、
上記冷媒回路（10）の冷媒を室外空気と熱交換させる室外熱交換器（12）と、
圧縮機（21）で圧縮された冷媒が上記室外熱交換器（12）へ送られて上記室内熱交換器（11）で蒸発した冷媒が上記圧縮機（21）へ吸入される状態と、上記圧縮機（21）で圧縮された冷媒が上記室内熱交換器（11）へ送られて上記室外熱交換器（12）で蒸発した冷媒が圧縮機（21）へ吸入される状態とを切り換えるための第１四路切換弁（13）と、
膨張機（22）で膨張した冷媒が上記室内熱交換器（11）へ送られて上記室外熱交換器（12）で放熱した冷媒が上記膨張機（22）へ流入する状態と、上記膨張機（22）で膨張した冷媒が上記室外熱交換器（12）へ送られて上記室内熱交換器（11）で放熱した冷媒が上記膨張機（22）へ流入する状態とを切り換えるための第２四路切換弁（14）と
を備えている冷凍装置。The refrigeration apparatus according to claim 1, 2, 3, 4 or 5,
An indoor heat exchanger (11) for exchanging heat between the refrigerant in the refrigerant circuit (10) and room air;
An outdoor heat exchanger (12) for exchanging heat between the refrigerant in the refrigerant circuit (10) and outdoor air;
The refrigerant compressed in the compressor (21) is sent to the outdoor heat exchanger (12) and the refrigerant evaporated in the indoor heat exchanger (11) is sucked into the compressor (21); In order to switch between the state in which the refrigerant compressed by the compressor (21) is sent to the indoor heat exchanger (11) and the refrigerant evaporated in the outdoor heat exchanger (12) is sucked into the compressor (21) First four-way selector valve (13),
A state in which the refrigerant expanded in the expander (22) is sent to the indoor heat exchanger (11) and the heat dissipated in the outdoor heat exchanger (12) flows into the expander (22), and the expander A second state for switching the state in which the refrigerant expanded in (22) is sent to the outdoor heat exchanger (12) and the refrigerant radiated in the indoor heat exchanger (11) flows into the expander (22). A refrigeration apparatus comprising a four-way selector valve (14). 請求項１，２，３，４，５又は６に記載の冷凍装置において、
冷媒回路（10）には、二酸化炭素が冷媒として充填されている冷凍装置。The refrigeration apparatus according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6,
A refrigerating apparatus in which the refrigerant circuit (10) is filled with carbon dioxide as a refrigerant.
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