JP4389699B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、膨張機を備えて冷凍サイクルを行う冷凍装置に関するものである。

従来より、冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られており、空調機等の様々な用途に広く利用されている。例えば特許文献１には、この冷凍装置であって膨張機を備えるものが開示されている。この特許文献１に開示された冷凍装置では、膨張機が１本の軸を介して圧縮機に接続されている。そして、この冷凍装置は、放熱後の高圧冷媒を膨張機で膨張させて動力回収を行い、膨張機で回収した動力を圧縮機の駆動に利用して成績係数（ＣＯＰ）の向上を図っている。

ここで、冷凍装置では、閉回路に構成された冷媒回路内を冷媒が循環するため、膨張機を通過する冷媒の質量流量が圧縮機を通過する冷媒の質量流量と常に等しくなければならない。ところが、冷凍装置の運転中には冷凍サイクルの高圧や低圧などの運転条件が変動し、それに伴って膨張機や圧縮機へ流入する冷媒の密度が変化する。一方、上記特許文献１のように膨張機が１本の軸で圧縮機と連結されていると、膨張機の回転速度は圧縮機の回転速度と常に等しくなる。このため、膨張機と圧縮機を共に容積型の流体機械で構成すると、膨張機を通過する冷媒の質量流量と圧縮機を通過する冷媒の質量流量との間に不均衡が生じ、安定した冷凍サイクルを継続できなくなるおそれがある。

これに対し、上記特許文献１の冷凍装置では、膨張機と並列にバイパス通路が設けられており、このバイパス通路に流量制御弁が設けられている。膨張機を通過できる冷媒の質量流量が圧縮機を通過する冷媒の質量流量に比べて過小となる場合には、膨張機とバイパス通路の両方で冷媒を流すようにしている。
特開２００１−１１６３７１号公報

上述のように、冷媒回路に膨張機をバイパスするバイパス通路を設け、このバイパス通路へも冷媒を導入することとすれば、膨張機を通過できる冷媒の質量流量が圧縮機を通過する冷媒の質量流量に比べて過小となる場合でも安定した運転が可能となる。しかしながら、このようにバイパス通路へ冷媒を流入させると、その分だけ膨張機を通過する冷媒量が減少することとなる。このため、膨張機で冷媒から回収される動力が減少してしまい、圧縮機を駆動するために外部から供給すべき電力の増大を招くおそれがあった。

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、膨張機で冷媒から回収される動力の減少を最小限に抑えつつ、幅広い運転条件で安定した動作が可能な冷凍装置を提供することにある。

第１の発明は、圧縮機（50）と放熱器と膨張機（60）と蒸発器とが接続される冷媒回路（20）を備え、該冷媒回路（20）内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置（10）を対象とする。そして、上記冷媒回路（20）内を放熱器から膨張機（60）へ向けて流れる冷媒の一部を該膨張機（60）の膨張過程の膨張室（66）へ導入するインジェクション通路（26）と、上記インジェクション通路（26）における冷媒流量を調節するための流量調節弁（27）とを備えるものである。

また、上記第１の発明は、上記の構成に加えて、冷媒回路（20）での冷凍サイクルの成績係数がその時の運転状態において得られる最高の値となるように上記流量調節弁（27）の開度を調節する制御手段（90）を備えるものである。

また、上記第１の発明は、上記の構成に加えて、冷媒回路（20）には、膨張機（60）の上流側と下流側を接続するバイパス通路（28）と、該バイパス通路（28）における冷媒流量を調節するためのバイパス調節弁（29）とが設けられており、制御手段（90）は、バイパス調節弁（29）を全閉に保持した状態で流量調節弁（27）を開度調節する主制御動作と、該主制御動作中に流量調節弁（27）が全開となったときに該流量調節弁（27）を全開に保持した状態でバイパス調節弁（29）を開度調節する副制御動作とを行い、該副制御動作中にバイパス調節弁（29）が全閉になると主制御動作を再開するように構成されるものである。

第２の発明は、上記第１の発明において、制御手段（90）は、運転状態を示す実測値に基づいて成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧を制御目標値として導出し、冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるように流量調節弁（27）の開度を調節するように構成されるものである。

第３の発明は、上記第１の発明において、制御手段（90）は、冷凍サイクルの高圧を増減させたときの成績係数の変化に基づいて成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧を制御目標値として導出し、冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるように流量調節弁（27）の開度を調節するように構成されるものである。

第４の発明は、上記第１〜第３の何れか１つの発明において、制御手段（90）は、運転状態を示す実測値に基づいて成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧を制御目標値として導出し、冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるようにバイパス調節弁（29）の開度を調節する動作を副制御動作として行うものである。

第５の発明は、上記第１〜第３の何れか１つの発明において、制御手段（90）は、冷凍サイクルの高圧を増減させたときの成績係数の変化に基づいて成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧を制御目標値として導出し、冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるようにバイパス調節弁（29）の開度を調節する動作を副制御動作として行うものである。

第６の発明は、上記第１〜第５の何れか１つの発明において、冷媒回路（20）には二酸化炭素が冷媒として充填されており、冷媒回路（20）で行われる冷凍サイクルの高圧が二酸化炭素の臨界圧力以上に設定されるものである。

−作用−
上記第１の発明では、冷媒回路（20）で冷凍サイクルが行われる。この冷媒回路（20）において、圧縮機（50）から吐出された冷媒は、放熱器で放熱してから膨張機（60）で減圧され、続いて蒸発器で蒸発してから圧縮機（50）へ吸入されて圧縮される。膨張機（60）では、放熱器で放熱した高圧冷媒が膨張し、この高圧冷媒から動力が回収される。膨張機（60）で冷媒から回収された動力は、圧縮機（50）を駆動するために利用される。膨張機（60）を通過する冷媒量と圧縮機（50）を通過する冷媒量とのバランスが崩れた状態に陥ると、インジェクション通路（26）からも膨張機（60）の膨張室（66）へ冷媒が導入される。インジェクション通路（26）から膨張室へ導入された冷媒は、膨張機（60）の流入ポートから膨張室へ導入された冷媒と共に膨張する。また、インジェクション通路（26）を流れる冷媒の流量は、流量調節弁（27）の開度を変更することによって変化される。

また、上記第１の発明では、流量調節弁（27）の開度制御を行う制御手段（90）が冷凍装置（10）に設けられる。ここで、この発明の冷媒回路（20）では、インジェクション通路（26）から膨張機（60）へ導入する冷媒量を変更すると例えば冷凍サイクルの高圧などが変化し、それに伴って冷凍サイクルの成績係数も変動する。そこで、この発明の制御手段（90）は、冷媒回路（20）での冷凍サイクルの成績係数がその時の冷凍装置（10）の運転状態において得られる最高の値となるように、流量調節弁（27）の開度調節を行う。

また、上記第１の発明では、バイパス通路（28）とバイパス調節弁（29）とが冷媒回路（20）に設けられる。バイパス調節弁（29）を開いた状態において、放熱器で放熱した冷媒は、その一部がバイパス通路（28）へ流入し、残りが膨張機（60）へ送られる。膨張機（60）へ送られる冷媒は、更にその一部が膨張機（60）の流入ポートへ直接に導入され、残りがインジェクション通路（26）を通って膨張機（60）の膨張室へ導入される。一方、バイパス通路（28）へ流入した冷媒は、バイパス調節弁（29）を通過する際に減圧され、その後に膨張機（60）を通過した冷媒と合流して蒸発器へ送られる。

この発明において、制御手段（90）は、主制御動作と副制御動作とを行う。主制御動作中の制御手段（90）は、バイパス調節弁（29）が全閉となった状態で流量調節弁（27）の開度調節を行い、インジェクション通路（26）における冷媒流量を調節する。主制御動作中に流量調節弁（27）が全開となった場合、即ちインジェクション通路（26）での冷媒流量をそれ以上増やせない状態になった場合には、制御手段（90）が副制御動作を開始する。副制御動作中の制御手段（90）は、流量調節弁（27）が全開となった状態でバイパス調節弁（29）の開度調節を行い、バイパス通路（28）における冷媒流量を調節する。副制御動作中にバイパス調節弁（29）が全閉となった場合、即ちバイパス通路（28）で冷媒を流通させる必要が無い状態になった場合には、制御手段（90）が主制御動作を開始する。

上記第２の発明では、制御手段（90）が冷凍サイクルの高圧についての制御目標値を設定する。その際、制御手段（90）は、運転状態を示す実測値に基づき、その運転状態において成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧の値を導出し、その値を制御目標値とする。そして、制御手段（90）は、実際の冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるように、流量調節弁（27）の開度を調節する。

上記第３の発明では、制御手段（90）が冷凍サイクルの高圧についての制御目標値を設定する。その際、制御手段（90）は、制御目標値を設定するために、冷凍サイクルの高圧を試しに増減させてみる動作を行う。冷凍サイクルの高圧を変化させると、それに伴って冷凍サイクルの成績係数も変化する。制御手段（90）は、その際の成績係数の変化に基づいて最高の成績係数が得られる冷凍サイクルの高圧の値を導出し、その値を制御目標値とする。そして、制御手段（90）は、実際の冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるように、流量調節弁（27）の開度を調節する。

上記第４の発明において、副制御動作中の制御手段（90）は、冷凍サイクルの高圧についての制御目標値を設定する。その際、制御手段（90）は、運転状態を示す実測値に基づき、その運転状態において成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧の値を導出し、その値を制御目標値とする。そして、副制御動作中の制御手段（90）は、インジェクション通路（26）の流量調節弁（27）を全開に保持した状態で、実際の冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるようにバイパス調節弁（29）の開度を調節する。

上記第５の発明において、副制御動作中の制御手段（90）は、冷凍サイクルの高圧についての制御目標値を設定する。その際、制御手段（90）は、制御目標値を設定するために、冷凍サイクルの高圧を試しに増減させてみる動作を行う。冷凍サイクルの高圧を変化させると、それに伴って冷凍サイクルの成績係数も変化する。制御手段（90）は、その際の成績係数の変化に基づいて最高の成績係数が得られる冷凍サイクルの高圧の値を導出し、その値を制御目標値とする。そして、副制御動作中の制御手段（90）は、インジェクション通路（26）の流量調節弁（27）を全開に保持した状態で、実際の冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるようにバイパス調節弁（29）の開度を調節する。

上記第６の発明では、冷媒回路（20）に二酸化炭素が冷媒として充填される。冷媒回路（20）では、冷媒としての二酸化炭素を循環させることによって冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路（20）の圧縮機（50）において、冷媒としての二酸化炭素は、その臨界圧力以上にまで圧縮される。

本発明の冷凍装置（10）では、膨張機（60）を通過する冷媒量と圧縮機（50）を通過する冷媒量とのバランスが崩れた状態に陥ると、インジェクション通路（26）からも膨張機（60）へ冷媒を導入することによって膨張機（60）と圧縮機（50）の通過冷媒量をバランスさせることができる。このため、従来であれば膨張機（60）をバイパスさせざるを得なかった冷媒が膨張機（60）へ導入されることとなり、従来は動力回収ができなかった冷媒からも動力を回収することが可能となる。従って、本発明によれば、冷媒から回収される動力の減少を殆ど減少させずに幅広い運転条件で安定した動作が可能な冷凍装置（10）を実現できる。

また、本発明において、制御手段（90）は、最高の成績係数が得られるように流量調節弁（27）の開度調節を行っている。このため、本発明によれば、単に膨張機（60）と圧縮機（50）の通過冷媒量をバランスさせて安定した冷凍サイクルを継続できるだけでなく、最高の成績係数が得られる条件で冷凍サイクルを行うことが可能となる。

また、本発明では、冷媒回路（20）にバイパス通路（28）が設けられており、放熱器から流出した冷媒を膨張機（60）とバイパス通路（28）の両方を通じて蒸発器へ送ることが可能となる。このため、インジェクション通路（26）から膨張機（60）へ冷媒を導入しても膨張機（60）と圧縮機（50）の通過冷媒量をバランスさせられない場合でも、冷媒をバイパス通路（28）へ流すことによって冷媒回路（20）での冷媒循環量を確保できる。また、この発明の制御手段（90）は、インジェクション通路（26）の流量調節弁（27）が全開となった場合にだけバイパス調節弁（29）を開くようにしている。このため、バイパス通路（28）での冷媒流量を必要最小限に抑えて膨張機（60）を通過する冷媒量を最大限確保することができ、膨張機（60）で冷媒から回収される動力の減少を最小限に留めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の空調機（10）は、本発明に係る冷凍装置によって構成されている。

〈空調機の全体構成〉
図１に示すように、上記空調機（10）は、いわゆるセパレート型のものであって、室外機（11）と室内機（13）とを備えている。室外機（11）には、室外熱交換器（23）、四路切換弁（21）、ブリッジ回路（22）、アキュームレータ（25）及び圧縮・膨張ユニット（30）が収納されている。室内機（13）には、室内熱交換器（24）が収納されている。室外機（11）は屋外に設置され、室内機（13）は屋内に設置されている。また、室外機（11）と室内機（13）とは、一対の連絡配管（15,16）で接続されている。尚、圧縮・膨張ユニット（30）の詳細は後述する。

上記空調機（10）には、冷媒回路（20）が設けられている。この冷媒回路（20）は、圧縮・膨張ユニット（30）や室内熱交換器（24）などが接続された閉回路である。また、この冷媒回路（20）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）が充填されている。

上記室外熱交換器（23）と室内熱交換器（24）とは、何れもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。室外熱交換器（23）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室外空気と熱交換する。室内熱交換器（24）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室内空気と熱交換する。

上記四路切換弁（21）は、４つのポートを備えている。四路切換弁（21）は、その第１のポートが圧縮・膨張ユニット（30）の吐出管（36）に、第２のポートがアキュームレータ（25）を介して圧縮・膨張ユニット（30）の吸入ポート（32）に、第３のポートが室外熱交換器（23）の一端に、第４のポートが連絡配管（15）を介して室内熱交換器（24）の一端にそれぞれ接続されている。この四路切換弁（21）は、第１のポートと第３のポートとが連通し且つ第２のポートと第４のポートとが連通する状態（図１に示す状態）と、第１のポートと第４のポートとが連通し且つ第２のポートと第３のポートとが連通する状態（図２に示す状態）とに切り換わる。

上記ブリッジ回路（22）は、４つの逆止弁（CV-1〜CV-4）をブリッジ状に接続したものである。このブリッジ回路（22）は、第１逆止弁（CV-1）及び第４逆止弁（CV-4）の流入側が圧縮・膨張ユニット（30）の流出ポート（35）に、第２逆止弁（CV-2）及び第３逆止弁（CV-3）の流出側が圧縮・膨張ユニット（30）の流入ポート（34）に、第１逆止弁（CV-1）の流出側及び第２逆止弁（CV-2）の流入側が連絡配管（16）を介して室内熱交換器（24）の他端に、第３逆止弁（CV-3）の流入側及び第４逆止弁（CV-4）の流出側が室外熱交換器（23）の他端にそれぞれ接続されている。

上記冷媒回路（20）には、インジェクション配管（26）が設けられている。このインジェクション配管（26）は、インジェクション通路を構成している。具体的に、インジェクション配管（26）は、その一端がブリッジ回路（22）と圧縮・膨張ユニット（30）の流入ポート（34）との間に、他端が圧縮・膨張ユニット（30）のインジェクションポート（37）にそれぞれ接続されている。インジェクション配管（26）には、インジェクション弁（27）が設けられている。このインジェクション弁（27）は、インジェクション配管（26）における冷媒流量を調節するための電動弁であって、流量調節弁を構成している。

また、上記冷媒回路（20）には、バイパス配管（28）が設けられている。このバイパス配管（28）は、バイパス通路を構成している。具体的に、バイパス配管（28）は、その一端がブリッジ回路（22）と圧縮・膨張ユニット（30）の流入ポート（34）との間に、他端が圧縮・膨張ユニット（30）の流出ポート（35）とブリッジ回路（22）との間にそれぞれ接続されている。バイパス配管（28）には、バイパス弁（29）が設けられている。このバイパス弁（29）は、バイパス配管（28）における冷媒流量を調節するための電動弁であって、バイパス調節弁を構成している。

上記空調機（10）の冷媒回路（20）には、温度や圧力のセンサが設けられている。具体的に、高圧圧力センサ（95）は、圧縮・膨張ユニット（30）の吐出管（36）と四路切換弁（21）を繋ぐ配管に接続されており、圧縮・膨張ユニット（30）から吐出された高圧冷媒の圧力を検出する。低圧圧力センサ（96）は、四路切換弁（21）と圧縮・膨張ユニット（30）の吸入ポート（32）を繋ぐ配管に接続されており、圧縮・膨張ユニット（30）へ吸入される低圧冷媒の圧力を検出する。室外側冷媒温度センサ（97）は、室外熱交換器（23）におけるブリッジ回路（22）寄りの端部近傍に取り付けられている。室内側冷媒温度センサ（98）は、室内熱交換器（24）における連絡配管（16）寄りの端部近傍に取り付けられている。

上記空調機（10）には、制御手段を構成するコントローラ（90）が設けられている。このコントローラ（90）には、高圧圧力センサ（95）、低圧圧力センサ（96）、室外側冷媒温度センサ（97）、及び室内側冷媒温度センサ（98）で得られた検出値が入力される。このコントローラ（90）は、これらセンサで得られた検出値に基づいて冷凍サイクルの高圧の制御目標値を設定し、高圧圧力センサ（95）の検出値が制御目標値となるようにインジェクション弁（27）やバイパス弁（29）の開度制御を行うように構成されている。

〈圧縮・膨張ユニットの構成〉
図３に示すように、圧縮・膨張ユニット（30）は、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング（31）を備えている。このケーシング（31）の内部には、下から上に向かって順に、圧縮機構部（50）と、電動機（45）と、膨張機構部（60）とが配置されている。

上記ケーシング（31）には、吐出管（36）が取り付けられている。この吐出管（36）は、電動機（45）と膨張機構部（60）の間に配置され、ケーシング（31）の内部空間に連通している。

上記電動機（45）は、ケーシング（31）の長手方向の中央部に配置されている。この電動機（45）は、ステータ（46）とロータ（47）とにより構成されている。ステータ（46）は、上記ケーシング（31）に固定されている。ロータ（47）は、ステータ（46）の内側に配置されている。また、ロータ（47）には、該ロータ（47）と同軸にシャフト（40）の主軸部（44）が貫通している。

上記シャフト（40）の下端側には、２つの下側偏心部（58,59）が形成されている。これら２つの下側偏心部（58,59）は、主軸部（44）よりも大径に形成されており、下側のものが第１下側偏心部（58）を、上側のものが第２下側偏心部（59）をそれぞれ構成している。第１下側偏心部（58）と第２下側偏心部（59）とでは、主軸部（44）の軸心に対する偏心方向が逆になっている。

また、上記シャフト（40）の上端側には、２つの大径偏心部（41,42）が形成されている。これら２つの大径偏心部（41,42）は、主軸部（44）よりも大径に形成されており、下側のものが第１大径偏心部（41）を構成し、上側のものが第２大径偏心部（42）を構成している。第１大径偏心部（41）と第２大径偏心部（42）とは、何れも同じ方向へ偏心している。第２大径偏心部（42）の外径は、第１大径偏心部（41）の外径よりも大きくなっている。また、主軸部（44）の軸心に対する偏心量は、第２大径偏心部（42）の方が第１大径偏心部（41）よりも大きくなっている。

圧縮機構部（50）は、揺動ピストン型のロータリ圧縮機を構成している。この圧縮機構部（50）は、シリンダ（51,52）とピストン（57）を２つずつ備えている。圧縮機構部（50）では、下から上へ向かって順に、リアヘッド（55）と、第１シリンダ（51）と、中間プレート（56）と、第２シリンダ（52）と、フロントヘッド（54）とが積層された状態となっている。

第１及び第２シリンダ（51,52）の内部には、円筒状のピストン（57）が１つずつ配置されている。図示しないが、ピストン（57）の側面には平板状のブレードが突設されており、このブレードは揺動ブッシュを介してシリンダ（51,52）に支持されている。第１シリンダ（51）内のピストン（57）は、シャフト（40）の第１下側偏心部（58）と係合する。一方、第２シリンダ（52）内のピストン（57）は、シャフト（40）の第２下側偏心部（59）と係合する。各ピストン（57,57）は、その内周面が下側偏心部（58,59）の外周面と摺接し、その外周面がシリンダ（51,52）の内周面と摺接する。そして、ピストン（57,57）の外周面とシリンダ（51,52）の内周面との間に圧縮室（53）が形成される。

第１及び第２シリンダ（51,52）には、それぞれ吸入ポート（33）が１つずつ形成されている。各吸入ポート（33）は、シリンダ（51,52）を半径方向に貫通し、その終端がシリンダ（51,52）の内周面に開口している。また、各吸入ポート（33）は、配管によってケーシング（31）の外部へ延長されている。

フロントヘッド（54）及びリアヘッド（55）には、それぞれ吐出ポートが１つずつ形成されている。フロントヘッド（54）の吐出ポートは、第２シリンダ（52）内の圧縮室（53）をケーシング（31）の内部空間と連通させる。リアヘッド（55）の吐出ポートは、第１シリンダ（51）内の圧縮室（53）をケーシング（31）の内部空間と連通させる。また、各吐出ポートは、その終端にリード弁からなる吐出弁が設けられており、この吐出弁によって開閉される。尚、図３において、吐出ポート及び吐出弁の図示は省略する。そして、圧縮機構部（50）からケーシング（31）の内部空間へ吐出されたガス冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮・膨張ユニット（30）から送り出される。

上記膨張機構部（60）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ膨張機を構成している。この膨張機構部（60）には、対になったシリンダ（71,81）及びピストン（75,85）が二組設けられている。また、膨張機構部（60）には、フロントヘッド（61）と、中間プレート（63）と、リアヘッド（62）とが設けられている。

上記膨張機構部（60）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）、リアヘッド（62）が積層された状態となっている。この状態において、第１シリンダ（71）は、その下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、その上側端面が中間プレート（63）により閉塞されている。一方、第２シリンダ（81）は、その下側端面が中間プレート（63）により閉塞され、その上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。また、第２シリンダ（81）の内径は、第１シリンダ（71）の内径よりも大きくなっている。

上記シャフト（40）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（63）、第２シリンダ（81）、及びリアヘッド（62）を貫通している。また、シャフト（40）は、その第１大径偏心部（41）が第１シリンダ（71）内に位置し、その第２大径偏心部（42）が第２シリンダ（81）内に位置している。

図４，図５及び図６に示すように、第１シリンダ（71）内には第１ピストン（75）が、第２シリンダ（81）内には第２ピストン（85）がそれぞれ設けられている。第１及び第２ピストン（75,85）は、何れも円環状あるいは円筒状に形成されている。第１ピストン（75）の外径と第２ピストン（85）の外径とは、互いに等しくなっている。第１ピストン（75）の内径は第１大径偏心部（41）の外径と、第２ピストン（85）の内径は第２大径偏心部（42）の外径とそれぞれ概ね等しくなっている。そして、第１ピストン（75）には第１大径偏心部（41）が、第２ピストン（85）には第２大径偏心部（42）がそれぞれ貫通している。

上記第１ピストン（75）は、その外周面が第１シリンダ（71）の内周面に、一方の端面がフロントヘッド（61）に、他方の端面が中間プレート（63）にそれぞれ摺接している。第１シリンダ（71）内には、その内周面と第１ピストン（75）の外周面との間に第１膨張室（72）が形成される。一方、上記第２ピストン（85）は、その外周面が第２シリンダ（81）の内周面に、一方の端面がリアヘッド（62）に、他方の端面が中間プレート（63）にそれぞれ摺接している。第２シリンダ（81）内には、その内周面と第２ピストン（85）の外周面との間に第２膨張室（82）が形成される。

上記第１及び第２ピストン（75,85）のそれぞれには、ブレード（76,86）が１つずつ一体に設けられている。ブレード（76,86）は、ピストン（75,85）の半径方向へ延びる板状に形成されており、ピストン（75,85）の外周面から外側へ突出している。

上記各シリンダ（71,81）には、一対のブッシュ（77,87）が一組ずつ設けられている。各ブッシュ（77,87）は、内側面が平面となって外側面が円弧面となるように形成された小片である。一対のブッシュ（77,87）は、ブレード（76,86）を挟み込んだ状態で設置されている。各ブッシュ（77,87）は、その内側面がブレード（76,86）と、その外側面がシリンダ（71,81）と摺動する。そして、ピストン（75,85）と一体のブレード（76,86）は、ブッシュ（77,87）を介してシリンダ（71,81）に支持され、シリンダ（71,81）に対して回動自在で且つ進退自在となっている。

第１シリンダ（71）内の第１膨張室（72）は、第１ピストン（75）と一体の第１ブレード（76）によって仕切られており、図５における第１ブレード（76）の左側が高圧側の第１高圧室（73）となり、その右側が低圧側の第１低圧室（74）となっている。第２シリンダ（81）内の第２膨張室（82）は、第２ピストン（85）と一体の第２ブレード（86）によって仕切られており、図５における第２ブレード（86）の左側が高圧側の第２高圧室（83）となり、その右側が低圧側の第２低圧室（84）となっている。

上記第１シリンダ（71）と第２シリンダ（81）とは、それぞれの周方向におけるブッシュ（77,87）の位置が一致する姿勢で配置されている。言い換えると、第２シリンダ（81）の第１シリンダ（71）に対する配置角度が０°となっている。上述のように、第１大径偏心部（41）と第２大径偏心部（42）とは、主軸部（44）の軸心に対して同じ方向へ偏心している。従って、第１ブレード（76）が第１シリンダ（71）の外側へ最も退いた状態になるのと同時に、第２ブレード（86）が第２シリンダ（81）の外側へ最も退いた状態になる。

上記第１シリンダ（71）には、流入ポート（34）が形成されている。流入ポート（34）は、第１シリンダ（71）の内周面のうち、図４及び図５におけるブッシュ（77）のやや左側の箇所に開口している。流入ポート（34）は、第１高圧室（73）（即ち第１膨張室（72）の高圧側）と連通可能となっている。一方、上記第２シリンダ（81）には、流出ポート（35）が形成されている。流出ポート（35）は、第２シリンダ（81）の内周面のうち、図４及び図５におけるブッシュ（87）のやや右側の箇所に開口している。流出ポート（35）は、第２低圧室（84）（即ち第２膨張室（82）の低圧側）と連通可能となっている。

上記中間プレート（63）には、連通路（64）が形成されている。この連通路（64）は、中間プレート（63）を厚み方向へ貫通している。中間プレート（63）における第１シリンダ（71）側の面では、第１ブレード（76）の右側の箇所に連通路（64）の一端が開口している。中間プレート（63）における第２シリンダ（81）側の面では、第２ブレード（86）の左側の箇所に連通路（64）の他端が開口している。そして、図４に示すように、連通路（64）は、中間プレート（63）の厚み方向に対して斜めに延びており、第１低圧室（74）（即ち第１膨張室（72）の低圧側）と第２高圧室（83）（即ち第２膨張室（82）の高圧側）とを互いに連通させている。

上記中間プレート（63）には、インジェクションポート（37）が形成されている（図３を参照）。インジェクションポート（37）は、概ね水平方向へ延びるように形成され、その終端が連通路（64）に開口している。インジェクションポート（37）の始端側は、配管を介してケーシング（31）の外部へ延びている。上述したように、このインジェクションポート（37）にはインジェクション配管（26）が接続されている。

以上のように構成された本実施形態の膨張機構部（60）では、第１シリンダ（71）と、そこに設けられたブッシュ（77）と、第１ピストン（75）と、第１ブレード（76）とが第１ロータリ機構部（70）を構成している。また、第２シリンダ（81）と、そこに設けられたブッシュ（87）と、第２ピストン（85）と、第２ブレード（86）とが第２ロータリ機構部（80）を構成している。

上述のように、上記膨張機構部（60）では、第１ブレード（76）が第１シリンダ（71）の外側へ最も退くタイミングと、第２ブレード（86）が第２シリンダ（81）の外側へ最も退くタイミングとが同期している。つまり、第１ロータリ機構部（70）において第１低圧室（74）の容積が減少してゆく過程と、第２ロータリ機構部（80）において第２高圧室（83）の容積が増加してゆく過程とが同期している（図６参照）。また、上述のように、第１ロータリ機構部（70）の第１低圧室（74）と、第２ロータリ機構部（80）の第２高圧室（83）とは、連通路（64）を介して互いに連通している。そして、第１低圧室（74）と連通路（64）と第２高圧室（83）とによって１つの閉空間が形成され、この閉空間が膨張室（66）を構成する。この点について、図７を参照しながら説明する。

この図７では、第１ブレード（76）が第１シリンダ（71）の外周側へ最も退いた状態におけるシャフト（40）の回転角を０°としている。また、ここでは、第１膨張室（72）の最大容積が３ml(ミリリットル)であり、第２膨張室（82）の最大容積が１０mlであると仮定して説明する。

図７に示すように、シャフト（40）の回転角が０°の時点では、第１低圧室（74）の容積が最大値である３mlとなり、第２高圧室（83）の容積が最小値である０mlとなっている。第１低圧室（74）の容積は、同図に一点鎖線で示すように、シャフト（40）が回転するにつれて次第に減少し、その回転角が３６０°に達した時点で最小値の０mlとなる。一方、第２高圧室（83）の容積は、同図に二点鎖線で示すように、シャフト（40）が回転するにつれて次第に増加し、その回転角が３６０°に達した時点で最大値の１０mlとなる。そして、連通路（64）の容積を無視すると、ある回転角における膨張室（66）の容積は、その回転角における第１低圧室（74）の容積と第２高圧室（83）の容積とを足し合わせた値となる。つまり、膨張室（66）の容積は、同図に実線で示すように、シャフト（40）の回転角が０°の時点で最小値の３mlとなり、シャフト（40）が回転するにつれて次第に増加し、その回転角が３６０°に達した時点で最大値の１０mlとなる。

−運転動作−
上記空調機（10）の動作について説明する。ここでは、空調機（10）の冷房運転時及び暖房運転時の動作について説明し、続いて膨張機構部（60）の動作について説明する。

〈冷房運転〉
冷房運転時には、四路切換弁（21）が図１に示す状態に設定される。この状態で圧縮・膨張ユニット（30）の電動機（45）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器（23）が放熱器となり、室内熱交換器（24）が蒸発器となる。尚、ここでは、インジェクション弁（27）とバイパス弁（29）とが全閉されていると仮定して説明する。

圧縮機構部（50）で圧縮された冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮・膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、その臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、四路切換弁（21）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気へ放熱する。

室外熱交換器（23）で放熱した冷媒は、ブリッジ回路（22）の第３逆止弁（CV-3）を通過し、流入ポート（34）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の膨張機構部（60）へ流入する。膨張機構部（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換される。膨張後の低圧冷媒は、流出ポート（35）を通って圧縮・膨張ユニット（30）から流出し、ブリッジ回路（22）の第１逆止弁（CV-1）を通過して室内熱交換器（24）へ送られる。

室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。室内熱交換器（24）から出た低圧ガス冷媒は、四路切換弁（21）を通過し、吸入ポート（32）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の圧縮機構部（50）へ吸入される。圧縮機構部（50）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。

〈暖房運転〉
暖房運転時には、四路切換弁（21）が図２に示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮・膨張ユニット（30）の電動機（45）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。その際、室内熱交換器（24）が放熱器となり、室外熱交換器（23）が蒸発器となる。尚、ここでは、インジェクション弁（27）とバイパス弁（29）とが全閉されていると仮定して説明する。

圧縮機構部（50）で圧縮された冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮・膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、その臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、四路切換弁（21）を通過して室内熱交換器（24）へ送られる。室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。

室内熱交換器（24）で放熱した冷媒は、ブリッジ回路（22）の第２逆止弁（CV-2）を通過し、流入ポート（34）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の膨張機構部（60）へ流入する。膨張機構部（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換される。膨張後の低圧冷媒は、流出ポート（35）を通って圧縮・膨張ユニット（30）から流出し、ブリッジ回路（22）の第４逆止弁（CV-4）を通過して室外熱交換器（23）へ送られる。

室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（23）から出た低圧ガス冷媒は、四路切換弁（21）を通過し、吸入ポート（32）を通って圧縮・膨張ユニット（30）の圧縮機構部（50）へ吸入される。圧縮機構部（50）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。

〈膨張機構部の動作〉
膨張機構部（60）の動作について説明する。

先ず、第１ロータリ機構部（70）の第１高圧室（73）へ超臨界状態の高圧冷媒が流入する過程について、図６を参照しながら説明する。回転角が０°の状態からシャフト（40）が僅かに回転すると、第１ピストン（75）と第１シリンダ（71）の接触位置が流入ポート（34）の開口部を通過し、流入ポート（34）から第１高圧室（73）へ高圧冷媒が流入し始める。その後、シャフト（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれて、第１高圧室（73）へ高圧冷媒が流入してゆく。この第１高圧室（73）への高圧冷媒の流入は、シャフト（40）の回転角が３６０°に達するまで続く。

次に、膨張機構部（60）において冷媒が膨張する過程について、図６を参照しながら説明する。回転角が０°の状態からシャフト（40）が僅かに回転すると、第１低圧室（74）と第２高圧室（83）が連通路（64）を介して互いに連通し、第１低圧室（74）から第２高圧室（83）へと冷媒が流入し始める。その後、シャフト（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなるにつれ、第１低圧室（74）の容積が次第に減少すると同時に第２高圧室（83）の容積が次第に増加し、結果として膨張室（66）の容積が次第に増加してゆく。この膨張室（66）の容積増加は、シャフト（40）の回転角が３６０°に達する直前まで続く。そして、膨張室（66）の容積が増加する過程で膨張室（66）内の冷媒が膨張し、この冷媒の膨張によってシャフト（40）が回転駆動される。このように、第１低圧室（74）内の冷媒は、連通路（64）を通って第２高圧室（83）へ膨張しながら流入してゆく。

冷媒が膨張する過程において、膨張室（66）内における冷媒圧力は、図７に破線で示すように、シャフト（40）の回転角が大きくなるにつれて次第に低下してゆく。具体的に、第１低圧室（74）を満たす超臨界状態の冷媒は、シャフト（40）の回転角が約５５°に達するまでの間に急激に圧力低下し、飽和液の状態となる。その後、膨張室（66）内の冷媒は、その一部が蒸発しながら緩やかに圧力低下してゆく。

続いて、第２ロータリ機構部（80）の第２低圧室（84）から冷媒が流出してゆく過程について、図６を参照しながら説明する。第２低圧室（84）は、シャフト（40）の回転角が０°の時点から流出ポート（35）に連通し始める。つまり、第２低圧室（84）から流出ポート（35）へと冷媒が流出し始める。その後、シャフト（40）の回転角が９０°,１８０°,２７０°と次第に大きくなってゆき、その回転角が３６０°に達するまでの間に亘って、第２低圧室（84）から膨張後の低圧冷媒が流出してゆく。

〈コントローラの制御動作〉
上記コントローラ（90）では、主制御動作と副制御動作とが行われる。主制御動作中のコントローラ（90）は、バイパス弁（29）を全閉に保持した状態でインジェクション弁（27）を開度調節する。主制御動作中にインジェクション弁（27）が全開になり、インジェクション配管（26）での冷媒流量をそれ以上増やせない状態になった場合には、コントローラ（90）が副制御動作を開始する。副制御動作中のコントローラ（90）は、インジェクション弁（27）が全開となった状態でバイパス弁（29）の開度調節を行い、バイパス配管（28）における冷媒流量を調節する。副制御動作中にバイパス弁（29）が全閉となった場合、即ちバイパス配管（28）内で冷媒を流通させる必要が無い状態になった場合には、コントローラ（90）が主制御動作を再開する。

上記コントローラ（90）の制御動作について、図８のフロー図を参照しながら更に説明する。同図に示すコントローラ（90）の制御動作は、バイパス弁（29）が全閉された状態で開始される。

ステップST10において、コントローラ（90）は、空調機（10）の運転状態を計測する。具体的には、高圧圧力センサ（95）、低圧圧力センサ（96）、室外側冷媒温度センサ（97）、及び室内側冷媒温度センサ（98）からの出力信号をコントローラ（90）が受信する。続くステップST11において、コントローラ（90）は、ステップST11で受信した各センサ（95〜98）の検出値を用いて冷凍サイクルの高圧の制御目標値Ｐd_objを算出する。この制御目標値Ｐd_objを算出する過程については後述する。

次のステップST12において、コントローラ（90）は、高圧圧力センサ（95）の検出値、即ち冷凍サイクルの高圧の実測値Ｐdを、ステップST11で算出した制御目標値Ｐd_objと比較する。そして、冷凍サイクルの高圧の実測値Ｐdが制御目標値Ｐd_obj以上であればステップST13へ移り、冷凍サイクルの高圧の実測値Ｐdが制御目標値Ｐd_obj未満であればステップST16へ移る。

Ｐd≧Ｐd_objである場合には、ステップST13において、インジェクション弁（27）が全開であるか否かが判断される。

ステップST13でインジェクション弁（27）が既に全開になっていると判断された場合は、ステップST14へ移る。ステップST14において、コントローラ（90）は、インジェクション弁（27）を全開に保持したままバイパス弁（29）の開度を拡大し、バイパス配管（28）への冷媒の導入を開始し、あるいはバイパス配管（28）での冷媒流量を増大させる。つまり、この状態では、インジェクション配管（26）での冷媒流量をそれ以上増やせないにも拘わらず、冷凍サイクルの高圧の実測値Ｐdが制御目標値Ｐd_obj以上となっている。そこで、コントローラ（90）は、冷凍サイクルの高圧を低下させるためにバイパス配管（28）へ流入する冷媒量を増大させる。

ステップST13でインジェクション弁（27）が未だ全開になっていないと判断された場合は、ステップST15へ移る。ステップST15において、コントローラ（90）は、バイパス弁（29）を全閉に保持したままインジェクション弁（27）の開度を拡大し、インジェクション配管（26）における冷媒流量を増大させる。つまり、この状態では、ステップST14の状態とは異なり、インジェクション配管（26）での冷媒流量を増大させることが可能である。そこで、コントローラ（90）は、冷凍サイクルの高圧を低下させるためにインジェクション配管（26）へ流入する冷媒量を増大させる。

一方、Ｐd＜Ｐd_objである場合には、ステップST16において、バイパス弁（29）が全閉であるか否かが判断される。

ステップST16でバイパス弁（29）が未だ全閉のままであると判断された場合は、ステップST17へ移る。ステップST17において、コントローラ（90）は、バイパス弁（29）を全閉に保持したままインジェクション弁（27）の開度を縮小し、インジェクション配管（26）における冷媒流量を減少させる。つまり、この状態では、未だバイパス配管（28）へ冷媒が導入されておらず、インジェクション弁（27）が未だ全開にはなっていない状態である。そこで、コントローラ（90）は、冷凍サイクルの高圧を上昇させるためにインジェクション配管（26）へ流入する冷媒量を減少させる。

ステップST16でバイパス弁（29）が全閉になっていないと判断された場合は、ステップST18へ移る。ステップST18において、コントローラ（90）は、インジェクション弁（27）を全開に保持したままバイパス弁（29）の開度を縮小し、バイパス配管（28）での冷媒流量を減少させ、あるいはバイパス配管（28）への冷媒の導入を停止する。つまり、この状態では、バイパス弁（29）が既に開かれている状態で、冷凍サイクルの高圧の実測値Ｐdが制御目標値Ｐd_objよりも低くなっている。そこで、コントローラ（90）は、冷凍サイクルの高圧を上昇させるためにバイパス配管（28）へ流入する冷媒量を減少させる。

上記コントローラ（90）では、図８のステップST10,11,12からステップST13を経てステップST15へ至る動作及びステップST16を経てステップST17へ至る動作が主制御動作となっている。また、このコントローラ（90）では、同図のステップST10,11,12からステップST13を経てステップST14へ至る動作及びステップST16を経てステップST18へ至る動作が副制御動作となっている。

図８のステップST11において冷凍サイクルの高圧の制御目標値Ｐd_objを算出する過程について説明する。

ここで、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界サイクルにおいて、冷媒の蒸発温度（又は蒸発圧力）と放熱器の出口における冷媒温度とを固定すると、図９に示すように、冷凍サイクルの高圧に応じて冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が変化し、冷凍サイクルの高圧が特定の値となった場合に冷凍サイクルの成績係数が最高となる。

空調機（10）の設計段階には、冷媒の蒸発温度（又は蒸発圧力）と放熱器の出口における冷媒温度とを様々な値に設定した性能試験を行い、これら各値の組合せ毎に最高の成績係数が得られる冷凍サイクルの高圧の値が決定される。上記コントローラ（90）には、冷媒の蒸発温度（又は蒸発圧力）及び放熱器出口での冷媒温度と成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧の値との対応が、マトリックスや相関式として記憶されている。

そして、コントローラ（90）は、冷房運転時であれば低圧圧力センサ（96）の検出値と室外側冷媒温度センサ（97）の検出値とを記憶するマトリックスや相関式に当てはめ、その運転状態で最高の成績係数が得られる冷凍サイクルの高圧の値を制御目標値Ｐd_objに設定する。また、コントローラ（90）は、暖房運転時であれば低圧圧力センサ（96）の検出値と室内側冷媒温度センサ（98）の検出値とを記憶するマトリックスや相関式に当てはめ、その運転状態で最高の成績係数が得られる冷凍サイクルの高圧の値を制御目標値Ｐd_objに設定する。

このように、上記コントローラ（90）は、その時の運転状態において最高の成績係数が得られる冷凍サイクルの高圧の値を制御目標値Ｐd_objに設定している。そして、コントローラ（90）は、高圧圧力センサ（95）が検出する冷凍サイクルの高圧の実測値Ｐdが制御目標値Ｐd_objとなるように、インジェクション弁（27）やバイパス弁（29）の開度制御を行う。

−実施形態の効果−
本実施形態の空調機（10）では、膨張機構部（60）を通過する冷媒量と圧縮機構部（50）を通過する冷媒量とのバランスが崩れた状態に陥ると、インジェクション配管（26）からも膨張機構部（60）へ冷媒を導入することによって膨張機構部（60）と圧縮機構部（50）の通過冷媒量をバランスさせることができる。このため、従来であれば膨張機構部（60）をバイパスさせざるを得なかった冷媒が膨張機構部（60）へ導入されることとなり、従来は動力回収ができなかった冷媒からも動力を回収することが可能となる。従って、本実施形態によれば、冷媒から回収される動力の減少を殆ど減少させずに幅広い運転条件で安定した動作が可能な空調機（10）を実現できる。

また、本実施形態において、コントローラ（90）は、最高の成績係数が得られるようにインジェクション弁（27）の開度調節を行っている。このため、本実施形態によれば、単に膨張機構部（60）と圧縮機構部（50）の通過冷媒量をバランスさせて安定した冷凍サイクルを継続できるだけでなく、最高の成績係数が得られる条件で冷凍サイクルを行うことが可能となる。

また、本実施形態では、冷媒回路（20）にバイパス配管（28）が設けられており、放熱後の高圧冷媒を膨張機構部（60）とバイパス配管（28）の両方を通じて蒸発器となっている方の熱交換器（23,24）へ送ることが可能となる。このため、インジェクション配管（26）から膨張機構部（60）へ冷媒を導入しても膨張機構部（60）と圧縮機構部（50）の通過冷媒量をバランスさせられない場合でも、冷媒をバイパス配管（28）へ流すことによって冷媒回路（20）での冷媒循環量を確保できる。また、本実施形態のコントローラ（90）は、インジェクション配管（26）のインジェクション弁（27）が全開となった場合にだけバイパス弁（29）を開くようにしている。このため、バイパス配管（28）での冷媒流量を必要最小限に抑えて膨張機構部（60）を通過する冷媒量を最大限確保することができ、膨張機構部（60）で冷媒から回収される動力の減少を最小限に留めることができる。

−実施形態の変形例１−
上記実施形態のコントローラ（90）では、冷凍サイクルの高圧に関する制御目標値Ｐd_objを、次のようにして設定してもよい。

制御目標値Ｐd_objを設定するのに際し、本変形例のコントローラ（90）は、インジェクション弁（27）あるいはバイパス弁（29）の開度を変更して冷凍サイクルの高圧を試しに増減させてみる動作を行う。このコントローラ（90）は、バイパス弁（29）が全閉となってインジェクション弁（27）だけが開いている状態であればインジェクション弁（27）の開度を変更して冷凍サイクルの高圧を増減させ、インジェクション弁（27）が全開となってバイパス弁（29）も開いている状態であればバイパス弁（29）の開度を変更して冷凍サイクルの高圧を増減させる。このコントローラ（90）は、冷凍サイクルの高圧を増減させた際の冷凍サイクルの成績係数を実測する。そして、コントローラ（90）は、冷凍サイクルの高圧の変化と成績係数の変化との相関関係を導出し、この相関関係を用いて最高の成績係数が得られる冷凍サイクルの高圧の値を見出し、その値を制御目標値Ｐd_objに設定する。

−実施形態の変形例２−
上記実施形態のコントローラ（90）では、圧縮機構部（50）から吐出される冷媒の温度（吐出冷媒温度）をパラメータとしてインジェクション弁（27）やバイパス弁（29）の開度制御を行ってもよい。つまり、その時の運転条件において最高の成績係数が得られる吐出冷媒温度を制御目標値として設定し、吐出冷媒温度の実測値が制御目標値となるようにインジェクション弁（27）やバイパス弁（29）を開度制御するようにしてもよい。具体的に、図８におけるステップST11では、冷凍サイクルの高圧に関する制御目標値に代えて吐出冷媒温度の制御目標値を設定し、続くステップST12では吐出冷媒温度の実測値が制御目標値以上となるか否かを判断する。

−実施形態の変形例３−
上記実施形態のコントローラ（90）では、放熱器となっている熱交換器を通過した空気の温度をパラメータとしてインジェクション弁（27）やバイパス弁（29）の開度制御を行ってもよい。

本変形例のコントローラ（90）には、暖房運転時に放熱器となる室内熱交換器（24）を通過した空気の温度、即ち暖房運転中に室内機（13）から吹き出される空気の温度についての設定値がユーザーによって入力される。そして、このコントローラ（90）は、暖房運転時に室内熱交換器（24）を通過した空気の温度の実測値が入力された目標値となるように、インジェクション弁（27）やバイパス弁（29）の開度制御することによって冷凍サイクルの高圧を調節する。

−実施形態の変形例４−
上記実施形態では、冷媒回路（20）に高圧圧力センサ（95）を設けて冷凍サイクルの高圧を実測しているが、冷凍サイクルの高圧を直接に測定するのではなく、他のセンサの検出値から冷凍サイクルの高圧を推測するようにしてもよい。例えば、圧縮機構部（50）の回転速度と、圧縮機構部（50）を駆動する電動機（45）での消費電力と、放熱器出口での冷媒温度とを実測すれば、これらの実測値から冷凍サイクルの高圧を推定することが可能である。

以上説明したように、本発明は、膨張機を備える冷凍装置について有用である。

空調機の構成と冷房運転時の動作を示す概略構成図である。 空調機の構成と暖房運転時の動作を示す概略構成図である。 圧縮・膨張ユニットの概略断面図である。 膨張機構部の要部拡大図である。 膨張機構部の各ロータリ機構部を個別に図示した断面図である。 膨張機構部におけるシャフトの回転角９０°毎の各ロータリ機構部の状態を示す断面図である。 膨張機構部におけるシャフトの回転角と膨張室等の容積及び膨張室の内圧との関係を示す関係図である。 コントローラの制御動作を示すフロー図である。 高圧が冷媒の臨界圧力以上となる冷凍サイクルでの高圧と成績係数の関係図である。

（10） 冷凍装置
（20） 冷媒回路
（23） 室外熱交換器
（24） 室内熱交換器
（26） インジェクション配管（インジェクション通路）
（27） インジェクション弁（流量調節弁）
（28） バイパス配管（バイパス通路）
（29） バイパス弁（バイパス調節弁）
（50） 圧縮機構部（圧縮機）
（60） 膨張機構部（膨張機）
（66） 膨張室
（90） 制御手段

Claims (6)

1. 圧縮機（50）と放熱器と膨張機（60）と蒸発器とが接続される冷媒回路（20）を備え、該冷媒回路（20）内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
   上記冷媒回路（20）内を放熱器から膨張機（60）へ向けて流れる冷媒の一部を該膨張機（60）の膨張過程の膨張室（66）へ導入するインジェクション通路（26）と、
   上記インジェクション通路（26）における冷媒流量を調節するための流量調節弁（27）と、
   上記冷媒回路（20）での冷凍サイクルの成績係数がその時の運転状態において得られる最高の値となるように上記流量調節弁（27）の開度を調節する制御手段（90）とを備える一方、
   上記冷媒回路（20）には、膨張機（60）の上流側と下流側を接続するバイパス通路（28）と、該バイパス通路（28）における冷媒流量を調節するためのバイパス調節弁（29）とが設けられており、
   上記制御手段（90）は、バイパス調節弁（29）を全閉に保持した状態で流量調節弁（27）を開度調節する主制御動作と、該主制御動作中に流量調節弁（27）が全開となったときに該流量調節弁（27）を全開に保持した状態でバイパス調節弁（29）を開度調節する副制御動作とを行い、該副制御動作中にバイパス調節弁（29）が全閉になると主制御動作を再開するように構成されている冷凍装置。
2. 請求項１に記載の冷凍装置において、
   制御手段（90）は、運転状態を示す実測値に基づいて成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧を制御目標値として導出し、冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるように流量調節弁（27）の開度を調節するように構成されている冷凍装置。
3. 請求項１に記載の冷凍装置において、
   制御手段（90）は、冷凍サイクルの高圧を増減させたときの成績係数の変化に基づいて成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧を制御目標値として導出し、冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるように流量調節弁（27）の開度を調節するように構成されている冷凍装置。
4. 請求項１，２または３に記載の冷凍装置において、
   制御手段（90）は、運転状態を示す実測値に基づいて成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧を制御目標値として導出し、冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるようにバイパス調節弁（29）の開度を調節する動作を副制御動作として行う冷凍装置。
5. 請求項１，２または３に記載の冷凍装置において、
   制御手段（90）は、冷凍サイクルの高圧を増減させたときの成績係数の変化に基づいて成績係数が最高となる冷凍サイクルの高圧を制御目標値として導出し、冷凍サイクルの高圧が制御目標値となるようにバイパス調節弁（29）の開度を調節する動作を副制御動作として行う冷凍装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の冷凍装置において、
   冷媒回路（20）には二酸化炭素が冷媒として充填されており、冷媒回路（20）で行われる冷凍サイクルの高圧が二酸化炭素の臨界圧力以上に設定されている冷凍装置。

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