以下、本発明の一実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ11を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4と、補助圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第3四方弁9とを備えている。室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となるように構成されている。また、第2四方弁4の切り替えによって膨張機6を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
膨張機6の流入側には、弁開度を変更可能な予膨張弁5が設けられている。また、この予膨張弁5と膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路に、バイパス回路の冷媒流量を調節するバイパス弁7が設けられている。
さらに、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 1 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to this example uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 11, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 and a third four-way valve 9 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is a radiator and the indoor heat exchanger 8 is an evaporator, the discharge of the auxiliary compressor 10 is performed by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The side is configured to be the suction side of the compressor 1. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is an evaporator and the indoor heat exchanger 8 is a radiator, the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9 are switched to switch the compressor 1. The discharge side is configured to be the suction side of the auxiliary compressor 10. Moreover, it is comprised so that the refrigerant | coolant direction which flows through the expander 6 may always become the same direction by switching of the 2nd four-way valve 4. FIG.
On the inflow side of the expander 6, a pre-expansion valve 5 capable of changing the valve opening degree is provided. Further, a bypass circuit for bypassing the pre-expansion valve 5 and the expander 6 is provided, and a bypass valve 7 for adjusting the refrigerant flow rate of the bypass circuit is provided in the bypass circuit.
Furthermore, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ11で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4、予膨張弁5を経て膨張機6に導入され、この膨張機6で減圧される。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくする方向に制御することで膨張機6に流入する体積流量を減少させ、また算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくする方向に制御することで体積流量を増加させるように、予膨張弁5またはバイパス弁7の開度調節が行われる。減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経て、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され、第3四方弁9及び第1四方弁2を経て、圧縮機1に吸入される。この補助圧縮機10の過給に膨張機6で膨張する際のエネルギーが利用され、動力回収が行われる。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 11, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 through the second four-way valve 4 and the pre-expansion valve 5 and is decompressed by the expander 6. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. Controlling the opening degree of the valve 7 in a direction to increase the volume flow rate flowing into the expander 6, and reducing the opening degree of the pre-expansion valve 5 when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The degree of opening of the pre-expansion valve 5 or the bypass valve 7 is adjusted so as to increase the volume flow rate by controlling to the above. The decompressed CO 2 refrigerant passes through the second four-way valve 4 and evaporates in the indoor heat exchanger 8 to absorb heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the third four-way valve 9, supercharged by the auxiliary compressor 10, and compressed through the third four-way valve 9 and the first four-way valve 2. Inhaled by machine 1. Energy for expansion in the expander 6 is used for supercharging the auxiliary compressor 10 to recover power.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ11で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2及び第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)される。この補助圧縮機10の過圧に、膨張機6での膨張エネルギーが利用されて動力回収される。過圧された冷媒は、第3四方弁9を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4、予膨張弁5を経て膨張機6に導入され、この膨張機6で減圧される。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくする方向に制御することで膨張機6に流入する体積流量を減少させ、また算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくする方向に制御することで体積流量を増加させるように、予膨張弁5またはバイパス弁7の開度調節が行われる。減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経て、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱する。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て、圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 11, and is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. Further overpressure (expressor) is performed by the compressor 10. The overpressure of the auxiliary compressor 10 uses the expansion energy in the expander 6 to recover power. The overpressured refrigerant is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the third four-way valve 9. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 through the second four-way valve 4 and the pre-expansion valve 5 and is decompressed by the expander 6. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the bypass is calculated. Controlling the opening degree of the valve 7 in a direction to increase the volume flow rate flowing into the expander 6, and reducing the opening degree of the pre-expansion valve 5 when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The degree of opening of the pre-expansion valve 5 or the bypass valve 7 is adjusted so as to increase the volume flow rate by controlling to the above. The decompressed CO 2 refrigerant passes through the second four-way valve 4 and evaporates in the outdoor heat exchanger 3 to absorb heat. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機1と、動力回収する膨張機6及び補助圧縮機10とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機10により過給(チャージャ)を行い、暖房運転モード時に過圧(エクスプレッサ)を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機6を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
以上のように、本実施例によって、幅広い運転範囲であっても高効率な冷凍サイクル運転が可能な冷媒としてCO2冷媒を用いて動力を回収する空気調和装置を提供することができる。
According to the present embodiment, the compressor 1 that compresses the refrigerant, the expander 6 that recovers power, and the auxiliary compressor 10 are installed separately, and supercharging (charger) is performed by the auxiliary compressor 10 in the cooling operation mode. The expander 6 can be operated as a charger-type expander suitable for cooling by using the configuration in which the refrigeration cycle is switched so as to perform overpressure (expressor) in the heating operation mode. It can also be operated as a type of expander.
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an air conditioner that recovers power using a CO 2 refrigerant as a refrigerant capable of performing a highly efficient refrigeration cycle operation even in a wide operation range.
また、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置において、膨張機6の吸入容積を1ccに、圧縮機1の吸入容積を4ccに、そして、補助圧縮機10の吸入容積を4.3ccに設定し、圧縮機1と補助圧縮機10との吸入密度比の分だけ、補助圧縮機10の吸入容積を変化させることが好ましい。本構成によって、冷房時の膨張機6と圧縮機1の両回転数(モータの場合の周波数)を、ほぼ同程度にすることができる。
また、上記吸入容積の構成において、暖房運転モードに切り替えると、補助圧縮機10の回転数を、圧縮機1の回転数より低い回転数に抑えることができる。例えば、圧縮機1の周波数を60Hz前後とした場合は、補助圧縮機10の回転数は40Hz前後とすることができる。この回転数の減少により、補助圧縮機10の機械損失(摺動抵抗や粘性抵抗)を減らすことができ、運転効率向上が図られる。
Further, in the heat pump type air conditioner according to the present embodiment, the suction volume of the expander 6 is set to 1 cc, the suction volume of the compressor 1 is set to 4 cc, and the suction volume of the auxiliary compressor 10 is set to 4.3 cc. The suction volume of the auxiliary compressor 10 is preferably changed by the amount of the suction density ratio between the compressor 1 and the auxiliary compressor 10. With this configuration, the rotational speeds (frequency in the case of a motor) of the expander 6 and the compressor 1 during cooling can be made substantially the same.
In the configuration of the suction volume, when the heating operation mode is switched, the rotational speed of the auxiliary compressor 10 can be suppressed to a rotational speed lower than the rotational speed of the compressor 1. For example, when the frequency of the compressor 1 is about 60 Hz, the rotational speed of the auxiliary compressor 10 can be about 40 Hz. By reducing this rotational speed, the mechanical loss (sliding resistance and viscous resistance) of the auxiliary compressor 10 can be reduced, and the operating efficiency can be improved.
次に、他の実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図2を参照して説明する。
図2は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、図1に示す実施例の第2四方弁4を第1逆止弁ブリッジ回路13に、第3四方弁8を第2逆止弁ブリッジ回路15に置き換えた構成であり、その他の構成は図1に示す実施例と同じである。
そして、第1逆止弁ブリッジ回路13は、四個一組の逆止弁13a,13b,13c,13dをそれぞれ連結したもの、同じく、第2逆止弁ブリッジ回路15は、四個一組の逆止弁15a,15b,15c,15dをそれぞれ連結したものである。例えば、第1逆止弁ブリッジ回路13において、冷媒は、冷房時に逆止弁13aと逆止弁13cを実線の矢印で示す方向に流れ、暖房時に逆止弁13bと逆止弁13dを破線の矢印で示す方向に流れて、第2四方弁4と同等の機能を発揮するものである。
Next, a heat pump type air conditioner according to another embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram of the heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to this embodiment has the second four-way valve 4 of the embodiment shown in FIG. 1 as the first check valve bridge circuit 13 and the third four-way valve 8 as the second. The configuration is replaced with a check valve bridge circuit 15, and the other configurations are the same as those in the embodiment shown in FIG.
The first check valve bridge circuit 13 includes a set of four check valves 13a, 13b, 13c, and 13d. Similarly, the second check valve bridge circuit 15 includes a set of four check valves. The check valves 15a, 15b, 15c, and 15d are connected to each other. For example, in the first check valve bridge circuit 13, the refrigerant flows through the check valve 13a and the check valve 13c in the directions indicated by solid arrows during cooling, and flows through the check valve 13b and the check valve 13d in broken lines during heating. It flows in the direction indicated by the arrow and exhibits the same function as the second four-way valve 4.
本実施例によれば、切り替え操作があり、半密閉形で複雑な四方弁の構造に比べて、逆止弁の構造は、完全密閉形で単純であり、シール信頼性や制御の点から好ましい。特に、CO2冷媒を用いて超臨界域まで高圧にする場合には本実施例による逆止弁構成が好ましい。
本実施例は、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側として、補助圧縮機10によって圧縮機1に吸入される冷媒を加給(チャージャ)し、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側として、圧縮機1から吐出された冷媒を更に加圧(エクスプレッサ)するような冷凍サイクル装置とすることにより、冷媒流れ(運転モード)による密度比の差異を小さくすることで高効率を達成するものである。
本実施例による密度比について図3を用いて説明する。なお、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合を冷房運転モード、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合を暖房運転モードとし、補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となる場合をチャージャ方式と呼び、圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となる場合をエクスプレッサ方式と呼ぶ。
例えば、冷房運転モードに最適なチャージャ方式の膨張機を、固定密度比を4.09として設計する。この膨張機を用いると、1/2定格運転時の固定密度比は3.36となる。また、この膨張機をチャージャ方式として用いた場合の暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は8.50、1/2定格運転時の固定密度比は8.02となる。
一方、この膨張機をエクスプレッサ方式として用いた場合の冷房運転モードでの定格運転時の固定密度比は3.00、1/2定格運転時の固定密度比は2.65となり、暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は5.99、1/2定格運転時の固定密度比は5.29となる。
仮に、この膨張機をチャージャ方式として用いた場合には、冷房運転モードでの定格運転時の固定密度比は4.09、暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は8.50であるので、定格運転時の比較では、冷房運転モードと暖房運転モードとの固定密度比の差は4.41である。
また、この膨張機をエクスプレッサ方式として用いた場合には、冷房運転モードでの定格運転時の固定密度比は3.00、暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は5.99であるので、定格運転時の比較では、冷房運転モードと暖房運転モードとの固定密度比の差は2.99である。
これらに対して本実施例のように、膨張機6を冷房運転時にはチャージャ方式とし、暖房運転時にはエクスプレッサ方式とすることで、冷房運転モードでの定格運転時の固定密度比は4.09、暖房運転モードでの定格運転時の固定密度比は5.99となるので、定格運転時の比較では、冷房運転モードと暖房運転モードとの固定密度比の差は1.90となり、冷媒流れ(運転モード)による密度比の差異を小さくすることができる。
なお、本実施例によるチャージャとエクスプレッサの切り替え方式を本発明とし、COP値の比較を図4に示す。
比較例として、バイパス弁と予膨張弁を併用した方式と発電機方式とを用いた。ここで、バイパス弁と予膨張弁を併用した方式とは、膨張機をバイパスさせるバイパス管にバイパス弁を設けて、このバイパス弁によってバイパス管に流れる冷媒量を調整するとともに、膨張機の流入側に予膨張弁を設けて、この予膨張弁によって膨張機を流れる冷媒流量を調整するものである。また発電機方式では最適サイクル制御状態で比較し電力変換効率を考慮したものである。
図4は、冷房運転モードでの定格運転時に合わせた膨張機とした場合について、冷房運転モードの定格及び1/2定格と、暖房運転モードの定格及び1/2定格でのCOP値を示している。
図4に示すように、本実施例によればバイパス弁と予膨張弁を併用した方式と比較しても高いCOP値を得ることができる。
図5に、補助圧縮機10の冷房運転定格周波数を圧縮機1の冷房運転定格周波数と同じ40Hzの周波数に設定した場合の、圧縮機1と補助圧縮機10の周波数の関係を示す。図に示すように、補助圧縮機10の暖房運転定格周波数は39.3Hzとなり圧縮機1の暖房運転定格周波数60Hzよりも低くなり、補助圧縮機10の暖房運転時の1/2定格周波数は18.4Hzとなり圧縮機1の暖房運転時の1/2定格周波数30Hzよりも低くなり、また補助圧縮機10の冷房運転時の1/2定格周波数は19.6Hzとなり圧縮機1の冷房運転時の1/2定格周波数20Hzよりも低くなる。また、図に示すように、補助圧縮機10の定格周波数を40Hz近傍の範囲とすることで、最高効率を得ることができる。すなわち、この種の容積型圧縮機の場合には、回転数が早くなるほど漏れ損失は減るが回転数が早くなるほど機械損失が増えるため、40Hzの回転数が高効率な回転数となる。
According to the present embodiment, there is a switching operation, and the check valve structure is completely sealed and simple compared to a semi-sealed and complicated four-way valve structure, which is preferable in terms of seal reliability and control. . In particular, when the pressure is increased to a supercritical region using a CO 2 refrigerant, the check valve structure according to this embodiment is preferable.
In this embodiment, in the case of a refrigerant flow using the indoor heat exchanger 8 as an evaporator, the discharge side of the auxiliary compressor 10 is the suction side of the compressor 1, and the refrigerant sucked into the compressor 1 by the auxiliary compressor 10 In the case of a refrigerant flow using the indoor heat exchanger 8 as a radiator, the discharge side of the compressor 1 is used as the suction side of the auxiliary compressor 10, and the refrigerant discharged from the compressor 1 is further added. By adopting a refrigeration cycle apparatus that performs pressure (expressor), high efficiency is achieved by reducing the difference in density ratio due to refrigerant flow (operation mode).
The density ratio according to this embodiment will be described with reference to FIG. The refrigerant flow with the indoor heat exchanger 8 as an evaporator is in the cooling operation mode, the refrigerant flow with the indoor heat exchanger 8 as a radiator is in the heating operation mode, and the discharge side of the auxiliary compressor 10 is The case where the compressor 1 is on the suction side is called a charger system, and the case where the discharge side of the compressor 1 is the suction side of the auxiliary compressor 10 is called an expressor system.
For example, a charger type expander optimal for the cooling operation mode is designed with a fixed density ratio of 4.09. When this expander is used, the fixed density ratio at the time of 1/2 rated operation is 3.36. Further, when this expander is used as a charger system, the fixed density ratio at the rated operation in the heating operation mode is 8.50, and the fixed density ratio at the 1/2 rated operation is 8.02.
On the other hand, when this expander is used as an expresser system, the fixed density ratio at the rated operation in the cooling operation mode is 3.00, and the fixed density ratio at the half rated operation is 2.65. The fixed density ratio during rated operation is 5.99, and the fixed density ratio during 1/2 rated operation is 5.29.
If this expander is used as a charger system, the fixed density ratio during rated operation in the cooling operation mode is 4.09, and the fixed density ratio during rated operation in the heating operation mode is 8.50. Therefore, in the comparison at the rated operation, the difference in the fixed density ratio between the cooling operation mode and the heating operation mode is 4.41.
When this expander is used as an expresser system, the fixed density ratio during rated operation in the cooling operation mode is 3.00, and the fixed density ratio during rated operation in the heating operation mode is 5.99. Therefore, in the comparison at the rated operation, the difference in the fixed density ratio between the cooling operation mode and the heating operation mode is 2.99.
On the other hand, as in this embodiment, the expander 6 is set to the charger method during the cooling operation and the expresser method during the heating operation, so that the fixed density ratio in the rated operation in the cooling operation mode is 4.09, Since the fixed density ratio at the rated operation in the heating operation mode is 5.99, in the comparison at the rated operation, the difference in the fixed density ratio between the cooling operation mode and the heating operation mode is 1.90, and the refrigerant flow ( The difference in density ratio due to the operation mode) can be reduced.
The charger / expressor switching method according to this embodiment is the present invention, and the COP value comparison is shown in FIG.
As a comparative example, a method using a bypass valve and a pre-expansion valve in combination and a generator method were used. Here, the method using both the bypass valve and the pre-expansion valve is to provide a bypass valve in a bypass pipe that bypasses the expander, adjust the amount of refrigerant flowing to the bypass pipe by the bypass valve, and Is provided with a pre-expansion valve, and the flow rate of the refrigerant flowing through the expander is adjusted by the pre-expansion valve. In the generator system, power conversion efficiency is considered in comparison with the optimum cycle control state.
FIG. 4 shows the cooling operation mode rating and 1/2 rating, and the heating operation mode rating and COP value at 1/2 rating when the expander is adjusted during the rated operation in the cooling operation mode. Yes.
As shown in FIG. 4, according to the present embodiment, a high COP value can be obtained even when compared with a method using a bypass valve and a pre-expansion valve in combination.
FIG. 5 shows the relationship between the frequency of the compressor 1 and the auxiliary compressor 10 when the cooling operation rated frequency of the auxiliary compressor 10 is set to the same 40 Hz frequency as the cooling operation rated frequency of the compressor 1. As shown in the figure, the heating operation rated frequency of the auxiliary compressor 10 is 39.3 Hz, which is lower than the heating operation rated frequency 60 Hz of the compressor 1, and the half rated frequency during the heating operation of the auxiliary compressor 10 is 18 .4 Hz, which is lower than the 1/2 rated frequency 30 Hz during the heating operation of the compressor 1, and the 1/2 rated frequency during the cooling operation of the auxiliary compressor 10 is 19.6 Hz, during the cooling operation of the compressor 1. The ½ rated frequency is lower than 20 Hz. Moreover, as shown in the figure, the highest efficiency can be obtained by setting the rated frequency of the auxiliary compressor 10 in a range in the vicinity of 40 Hz. That is, in the case of this type of positive displacement compressor, the leakage loss decreases as the rotational speed increases, but the mechanical loss increases as the rotational speed increases, so the rotational speed of 40 Hz becomes a highly efficient rotational speed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図6は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
膨張機6と並列に、この膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a configuration diagram of the heat pump type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioner according to this example uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, and an indoor side. It is comprised from the refrigerant circuit which connected the heat exchanger 8 with piping.
A bypass circuit that bypasses the expander 6 is provided in parallel with the expander 6, and a sub-expander is provided in the bypass circuit, and a generator 22 is connected to a drive shaft of the sub-expander. .
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。
冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機21に導入され、膨張機6又はサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
膨張機6及びサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioner according to this embodiment will be described below.
The refrigerant is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 21 and is decompressed by the expander 6 or the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the torque (generator load) of the generator 22 is increased to reduce the refrigerant amount flowing into the bypass circuit, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate.
The CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6 and the sub expander 21 evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and higher power recovery can be achieved from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub expander 21 for power generation of the generator 22 during this bypass flow rate control. It can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図7は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4とを備えている。
膨張機6と並列に、この膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路も膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 7 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 with piping.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 is provided.
A bypass circuit that bypasses the expander 6 is provided in parallel with the expander 6, and a sub-expander is provided in the bypass circuit, and a generator 22 is connected to a drive shaft of the sub-expander. . This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the expander 6.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機21に導入され、膨張機6又はサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 21 through the second four-way valve 4, and decompressed by the expander 6 or the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the torque (generator load) of the generator 22 is increased to reduce the refrigerant amount flowing into the bypass circuit, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate.
The CO 2 refrigerant depressurized by the sub-expander 21 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4, and evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機21に導入され、膨張機6又はサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
膨張機6及びサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
Refrigerant during the heating operation mode is discharged is compressed to high temperature and high pressure by the compressor 1 which is driven by the motor 12, through the first four-way valve 2, is introduced into the indoor heat exchanger 8. In the indoor heat exchanger 8, CO 2 refrigerant, since a supercritical state, the refrigerant is not brought liquid two-phase state, and radiated to the outside fluid such as air or water, for example room by utilizing the heat radiation Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 21 through the second four-way valve 4, and decompressed by the expander 6 or the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the torque (generator load) of the generator 22 is increased to reduce the refrigerant amount flowing into the bypass circuit, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate.
CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6 and the sub-expander 21 is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the second four-way valve 4, it absorbs heat and evaporates in the outdoor side heat exchanger 3 The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and higher power recovery can be achieved from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub expander 21 for power generation of the generator 22 during this bypass flow rate control. It can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図8は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a configuration diagram of the heat pump type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioner according to this example uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, and an indoor side. It is comprised from the refrigerant circuit which connected the heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。
冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23と膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機24のトルク(発電機負荷)を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioner according to this embodiment will be described below.
The refrigerant is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23 and the expander 6, and the pressure is reduced by the sub expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 24 and increasing the high-pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing into the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 24 and reducing the high-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is evaporated by the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to this embodiment, the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) is changed to adjust the high-pressure side pressure to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図9は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 9 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
The refrigerant circuit is connected to the first four-way valve 2 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor 1 are connected, and to the suction side pipe of the sub expander 23 and the discharge side pipe of the expander 6. The second four-way valve 4 is provided.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経てサブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23と膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機24のトルク(発電機負荷)を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23 and the expander 6 through the second four-way valve 4, and is depressurized by the sub expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 24 and increasing the high-pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing into the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 24 and reducing the high-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4, and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経てサブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23と膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機24のトルク(発電機負荷)を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
Refrigerant during the heating operation mode is discharged is compressed to high temperature and high pressure by the compressor 1 which is driven by the motor 12, through the first four-way valve 2, is introduced into the indoor heat exchanger 8. In the indoor heat exchanger 8, CO 2 refrigerant, since a supercritical state, the refrigerant is not brought liquid two-phase state, and radiated to the outside fluid such as air or water, for example room by utilizing the heat radiation Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23 and the expander 6 through the second four-way valve 4, and is depressurized by the sub expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 24 and increasing the high-pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing into the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 24 and reducing the high-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant depressurized by the sub-expander 23 and the expander 6 evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3, and the evaporated refrigerant passes through the first four-way valve 2 and is compressed by the compressor 1. Inhaled.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to this embodiment, the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) is changed to adjust the high-pressure side pressure to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図10は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 10 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, and an indoor side. It is comprised from the refrigerant circuit which connected the heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 24 is connected to the drive shaft of the sub expander 23.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。
冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6とサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioner according to this embodiment will be described below.
The refrigerant is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 22 and lowering the low pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 22 and increasing the low-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is evaporated by the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the low-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 22 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図11は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吐出側配管と膨張機6の吸入側配管とが接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 11 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to this embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 24 is connected to the drive shaft of the sub expander 23.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
And in this refrigerant circuit, the discharge-side pipe of the compressor 1 and the first four-way valve 2 and the suction side pipe is connected to a discharge side pipe of the sub-expander 23 and a suction side pipe of the expander 6 are connected The second four-way valve 4 is provided.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6とサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
膨張機6及びサブ膨張機23にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 23 through the second four-way valve 4, and is decompressed by the expander 6 and the sub expander 23. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 22 and lowering the low pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 22 and increasing the low-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat by the indoor heat exchanger 8. . Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6とサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
膨張機6及びサブ膨張機23にて減圧されたCO2冷媒は、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
Refrigerant during the heating operation mode is discharged is compressed to high temperature and high pressure by the compressor 1 which is driven by the motor 12, through the first four-way valve 2, is introduced into the indoor heat exchanger 8. In the indoor heat exchanger 8, CO 2 refrigerant, since a supercritical state, the refrigerant is not brought liquid two-phase state, and radiated to the outside fluid such as air or water, for example room by utilizing the heat radiation Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 23 through the second four-way valve 4, and is decompressed by the expander 6 and the sub expander 23. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 22 and lowering the low pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 22 and increasing the low-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant depressurized by the expander 6 and the sub-expander 23 evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3, and the refrigerant that has finished evaporating passes through the first four-way valve 2 to compress the compressor 1. Inhaled.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the low-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 22 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図12は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 12 is a configuration diagram of a heat pump air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, and an indoor side. It is comprised from the refrigerant circuit which connected the heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。
冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioner according to this embodiment will be described below.
The refrigerant is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21, and decompressed by the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 CO 2 refrigerant or sub expander 21 that is decompressed by the absorbs heat to evaporate at the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21及びサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing through the sub-expander 23 can be controlled, while the high-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator). It is possible to control the amount of refrigerant flowing in the tank. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 and the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図13は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともに、バイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 13 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
The refrigerant circuit is connected to the first four-way valve 2 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor 1 are connected, and to the suction side pipe of the sub expander 23 and the discharge side pipe of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21, and decompressed by the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the indoor heat exchanger 8 through the second four-way valve 4, It evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
Refrigerant during the heating operation mode is discharged is compressed to high temperature and high pressure by the compressor 1 which is driven by the motor 12, through the first four-way valve 2, is introduced into the indoor heat exchanger 8. In the indoor heat exchanger 8, CO 2 refrigerant, since a supercritical state, the refrigerant is not brought liquid two-phase state, and radiated to the outside fluid such as air or water, for example room by utilizing the heat radiation Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21, and decompressed by the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 through the second four-way valve 4, The refrigerant that has evaporated and absorbed heat in the outdoor heat exchanger 3 and has finished evaporation is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21及びサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing through the sub-expander 23 can be controlled, while the high-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator). It is possible to control the amount of refrigerant flowing in the tank. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 and the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図14は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁7が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 14 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioner according to this example uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, and an indoor side. It is comprised from the refrigerant circuit which connected the heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and a bypass valve 7 is provided in the bypass circuit.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。
冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioner according to this embodiment will be described below.
The refrigerant is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. By increasing the opening of the valve 7 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit, the volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub expander 23 and the expander 6 evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁7の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to this embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the opening of the bypass valve 7. The amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to adjust the high-pressure side pressure. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6 and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 22 and the generator 24. Can do.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図15は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁7が設けられている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 15 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to this example uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and a bypass valve 7 is provided in the bypass circuit. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
The refrigerant circuit is connected to the first four-way valve 2 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor 1 are connected, and to the suction side pipe of the sub expander 23 and the discharge side pipe of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. By increasing the opening of the valve 7 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit, the volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. . Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. By increasing the opening of the valve 7 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit, the volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the outdoor heat exchanger 3 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁7の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to this embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the opening of the bypass valve 7. The amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to adjust the high-pressure side pressure. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図16は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側には予膨張弁5が設けられている。
また予膨張弁5及び膨張機6と並列に、予膨張弁5及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 16 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, and an indoor side. It is comprised from the refrigerant circuit which connected the heat exchanger 8 with piping.
A pre-expansion valve 5 is provided on the inflow side of the expander 6.
A bypass circuit for bypassing the pre-expansion valve 5 and the expander 6 is provided in parallel with the pre-expansion valve 5 and the expander 6, and a sub-expander is provided in the bypass circuit. Is connected to a generator 22.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。
冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、予膨張弁5、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、予膨張弁5及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁5及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioner according to this embodiment will be described below.
The refrigerant is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21, and decompressed by the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by decreasing the opening of the pre-expansion valve 5 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the pre-expansion valve 5 and the expander 6 CO 2 refrigerant or sub expander 21 that is decompressed by the absorbs heat to evaporate at the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁5の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing to the expander 6 can be controlled by changing the opening of the pre-expansion valve 5 and adjusting the high-pressure side pressure. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander 6, and higher power recovery can be performed from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub expander 21 for power generation by the generator 22 and the generator 24. Can do.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図17は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側には予膨張弁5が設けられている。
また予膨張弁5及び膨張機6と並列に、予膨張弁5及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、予膨張弁5の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 17 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to this example uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 with piping.
A pre-expansion valve 5 is provided on the inflow side of the expander 6.
A bypass circuit for bypassing the pre-expansion valve 5 and the expander 6 is provided in parallel with the pre-expansion valve 5 and the expander 6, and a sub-expander is provided in the bypass circuit. Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
The refrigerant circuit is connected to the first four-way valve 2 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor 1 are connected, and to the suction side pipe of the pre-expansion valve 5 and the discharge side pipe of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、予膨張弁5、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、予膨張弁5及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁5及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21, and decompressed by the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by decreasing the opening of the pre-expansion valve 5 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the pre-expansion valve 5 and the expander 6 CO 2 refrigerant or sub expander 21 that is decompressed by is guided to the indoor heat exchanger 8 through the second four-way valve 4, It evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、予膨張弁5、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、予膨張弁5及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁5及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21, and decompressed by the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by decreasing the opening of the pre-expansion valve 5 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the pre-expansion valve 5 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 through the second four-way valve 4, The refrigerant that has evaporated and absorbed heat in the outdoor heat exchanger 3 and has finished evaporation is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁5の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing to the expander 6 can be controlled by changing the opening of the pre-expansion valve 5 and adjusting the high-pressure side pressure. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6 and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 21 for power generation by the generator 22.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図18は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 18 is a configuration diagram of the heat pump type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, and an indoor side. It is comprised from the refrigerant circuit which connected the heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 22 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。
冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して高圧側圧力を上昇させて膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioner according to this embodiment will be described below.
The refrigerant is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow volume 25 is closed and the generator 22 is connected to the sub-expander 23 side to increase the high-pressure side pressure and flow into the expander 6. Increase the flow rate. In this case, the sub expander 21 is not operated. It is preferable to change the high-pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
Sub expander 23 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, or CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 21 and the expander 6, absorbs heat and evaporates in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the high-pressure side pressure by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 or the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図19は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 19 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to this example uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 22 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
The refrigerant circuit is connected to the first four-way valve 2 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor 1 are connected, and to the suction side pipe of the sub expander 23 and the discharge side pipe of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the high pressure side pressure is increased to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. It is preferable to change the high-pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an indoor heat exchanger through the second four-way valve 4 8 evaporates in the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the high pressure side pressure is increased to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. It is preferable to change the high-pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an outdoor heat exchanger via the second four-way valve 4 3, the refrigerant evaporating and absorbing heat in the outdoor heat exchanger 3, and the evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the high-pressure side pressure by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 or the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図20は、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 20 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, and an indoor side. It is comprised from the refrigerant circuit which connected the heat exchanger 8 with piping.
A sub-expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 22 is connected to the drive shaft of the sub-expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
本実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の動作について以下に説明する。
冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6及びサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して低圧側圧力を低下させることで、膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioner according to this embodiment will be described below.
The refrigerant is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, and the generator 22 is connected to the sub-expander 23 side to reduce the low-pressure side pressure, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate. In this case, the sub expander 21 is not operated. Moreover, it is preferable to change the low pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
Sub expander 23 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, or CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 21 and the expander 6, absorbs heat and evaporates in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the low pressure side pressure by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 or the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図21は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と圧縮機1の駆動軸とは連結されており、圧縮機1は膨張機6で回収した動力を駆動に利用している。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吐出側配管と膨張機6の流入側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 21 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to this example uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 with piping.
A sub-expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 22 is connected to the drive shaft of the sub-expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Moreover, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the compressor 1 are connected, and the compressor 1 uses the power recovered by the expander 6 for driving.
The refrigerant circuit is connected to the first four-way valve 2 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor 1 are connected, the discharge side pipe of the sub expander 23 and the inflow side pipe of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6及びサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the low pressure side pressure is lowered to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. Moreover, it is preferable to change the low pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an indoor heat exchanger through the second four-way valve 4 8 evaporates in the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The refrigerant that has been evaporated is sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6及びサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は圧縮機1の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during the decompression is used to drive the compressor 1. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the low pressure side pressure is lowered to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. Moreover, it is preferable to change the low pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an outdoor heat exchanger via the second four-way valve 4 3, the refrigerant evaporating and absorbing heat in the outdoor heat exchanger 3, and the evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the low-pressure side pressure by changing the torque of the generator 22 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander 6, and higher power recovery is performed from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub expander 21 or the sub expander 23 for power generation of the generator 22. be able to.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図22は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と補助圧縮機10の吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4とを備えている。
膨張機6と並列に、この膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路も膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 22 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
The refrigerant circuit is connected to the first four-way valve 2 to which the discharge side piping of the compressor 1 and the suction side piping of the auxiliary compressor 10 are connected, and to the discharge side piping and suction side piping of the expander 6. And a second four-way valve 4.
A bypass circuit that bypasses the expander 6 is provided in parallel with the expander 6, a sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and a generator 22 is connected to the drive shaft of the sub-expander 21. . This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機21に導入され、膨張機6又はサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 21 through the second four-way valve 4, and decompressed by the expander 6 or the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the torque (generator load) of the generator 22 is increased to reduce the refrigerant amount flowing into the bypass circuit, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 21 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is led to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機21に導入され、膨張機6又はサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
膨張機6及びサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 21 through the second four-way valve 4, and decompressed by the expander 6 or the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the torque (generator load) of the generator 22 is increased to reduce the refrigerant amount flowing into the bypass circuit, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate.
The CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6 and the sub-expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat by the outdoor heat exchanger 3. The evaporated refrigerant is led to the auxiliary compressor 10 via the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and higher power recovery can be achieved from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub expander 21 for power generation of the generator 22 during this bypass flow rate control. It can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図23は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、補助圧縮機10と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吸入側配管と補助圧縮機10の吐出側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4とを備えている。
膨張機6と並列に、この膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路も膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 23 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an auxiliary compressor 10, an outdoor heat exchanger 3, and The expander 6 and the indoor heat exchanger 8 are configured by a refrigerant circuit connected by piping.
The refrigerant circuit is connected to the first four-way valve 2 to which the suction side piping of the compressor 1 and the discharge side piping of the auxiliary compressor 10 are connected, and to the discharge side piping and suction side piping of the expander 6. The second four-way valve 4 is provided.
A bypass circuit that bypasses the expander 6 is provided in parallel with the expander 6, a sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and a generator 22 is connected to the drive shaft of the sub-expander 21. . This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機21に導入され、膨張機6又はサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 21 through the second four-way valve 4, and decompressed by the expander 6 or the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the torque (generator load) of the generator 22 is increased to reduce the refrigerant amount flowing into the bypass circuit, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 21 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機21に導入され、膨張機6又はサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
膨張機6及びサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 21 through the second four-way valve 4, and decompressed by the expander 6 or the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the torque (generator load) of the generator 22 is increased to reduce the refrigerant amount flowing into the bypass circuit, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate.
The CO 2 refrigerant depressurized by the expander 6 and the sub-expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and higher power recovery can be achieved from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub expander 21 for power generation of the generator 22 during this bypass flow rate control. It can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図24は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と補助圧縮機10の吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 24 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe of the compressor 1 and a suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the sub expander 23, and a discharge side of the expander 6. And a second four-way valve 4 connected to the pipe.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経てサブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23と膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機24のトルク(発電機負荷)を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23 and the expander 6 through the second four-way valve 4, and is depressurized by the sub expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 24 and increasing the high-pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing into the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 24 and reducing the high-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4, and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is led to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経てサブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23と膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機24のトルク(発電機負荷)を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23 and the expander 6 through the second four-way valve 4, and is depressurized by the sub expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 24 and increasing the high-pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing into the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 24 and reducing the high-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant depressurized by the sub-expander 23 and the expander 6 evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3, and the refrigerant that has finished evaporating passes through the first four-way valve 2 and serves as an auxiliary compressor. 10 is supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10 and sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to this embodiment, the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) is changed to adjust the high-pressure side pressure to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図25は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、補助圧縮機10と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吸入側配管と補助圧縮機10の吐出側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 25 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an auxiliary compressor 10, an outdoor heat exchanger 3, and The expander 6 and the indoor heat exchanger 8 are configured by a refrigerant circuit connected by piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a suction side pipe of the compressor 1 and a discharge side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the sub expander 23, and a discharge side of the expander 6. And a second four-way valve 4 connected to the pipe.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経てサブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23と膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機24のトルク(発電機負荷)を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23 and the expander 6 through the second four-way valve 4, and is depressurized by the sub expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 24 and increasing the high-pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing into the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 24 and reducing the high-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4, and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経てサブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23と膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機24のトルク(発電機負荷)を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23 and the expander 6 through the second four-way valve 4, and is depressurized by the sub expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 24 and increasing the high-pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing into the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 24 and reducing the high-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant depressurized by the sub-expander 23 and the expander 6 evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3, and the evaporated refrigerant passes through the first four-way valve 2 and is compressed by the compressor 1. Inhaled.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to this embodiment, the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) is changed to adjust the high-pressure side pressure to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図26は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と補助圧縮機10の吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吐出側配管と膨張機6の吸入側配管とが接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 26 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 24 is connected to the drive shaft of the sub expander 23.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
In this refrigerant circuit, the first four-way valve 2 to which the discharge side piping of the compressor 1 and the suction side piping of the auxiliary compressor 10 are connected, the discharge side piping of the sub expander 23 and the suction side of the expander 6 are connected. And a second four-way valve 4 connected to the pipe.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6とサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
膨張機6及びサブ膨張機23にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 23 through the second four-way valve 4, and is decompressed by the expander 6 and the sub expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 22 and lowering the low pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 22 and increasing the low-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat by the indoor heat exchanger 8. . Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is led to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6とサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
膨張機6及びサブ膨張機23にて減圧されたCO2冷媒は、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 23 through the second four-way valve 4, and is decompressed by the expander 6 and the sub expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 22 and lowering the low pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 22 and increasing the low-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23 evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3, and the refrigerant that has finished evaporating passes through the first four-way valve 2 and serves as an auxiliary compressor. 10 is supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10 and sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the low-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 22 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図27は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、補助圧縮機10と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吸入側配管と補助圧縮機10の吐出側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吐出側配管と膨張機6の吸入側配管とが接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 27 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an auxiliary compressor 10, an outdoor heat exchanger 3, and The expander 6 and the indoor heat exchanger 8 are configured by a refrigerant circuit connected by piping.
A sub expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 24 is connected to the drive shaft of the sub expander 23.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a suction side pipe of the compressor 1 and a discharge side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a discharge side pipe of the sub expander 23, and a suction side of the expander 6. And a second four-way valve 4 connected to the pipe.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6とサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
膨張機6及びサブ膨張機23にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 23 through the second four-way valve 4, and is decompressed by the expander 6 and the sub expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 22 and lowering the low pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 22 and increasing the low-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat by the indoor heat exchanger 8. . Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6とサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
膨張機6及びサブ膨張機23にて減圧されたCO2冷媒は、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 23 through the second four-way valve 4, and is decompressed by the expander 6 and the sub expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 22 and lowering the low pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 22 and increasing the low-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant depressurized by the expander 6 and the sub-expander 23 evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3, and the refrigerant that has finished evaporating passes through the first four-way valve 2 to compress the compressor 1. Inhaled.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the low-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 22 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図28は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と補助圧縮機10の吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともに、バイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 28 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe of the compressor 1 and a suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the sub expander 23, and a discharge side of the expander 6. A pipe is connected, and a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected is provided.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21, and decompressed by the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the indoor heat exchanger 8 through the second four-way valve 4, It evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21, and decompressed by the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 through the second four-way valve 4, The refrigerant that evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3 and is evaporated is led to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2, and is supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10. 1 is inhaled.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21及びサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing through the sub-expander 23 can be controlled, while the high-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator). It is possible to control the amount of refrigerant flowing in the tank. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 and the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図29は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、補助圧縮機10と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吸入側配管と補助圧縮機10の吐出側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともに、バイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 29 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an auxiliary compressor 10, an outdoor heat exchanger 3, and The expander 6 and the indoor heat exchanger 8 are configured by a refrigerant circuit connected by piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a suction side pipe of the compressor 1 and a discharge side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the sub expander 23, and a discharge side of the expander 6. A pipe is connected, and a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected is provided.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経て圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21, and decompressed by the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the indoor heat exchanger 8 through the second four-way valve 4, It evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21, and decompressed by the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 through the second four-way valve 4, The refrigerant that has evaporated and absorbed heat in the outdoor heat exchanger 3 and has finished evaporation is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21及びサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing through the sub-expander 23 can be controlled, while the high-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator). It is possible to control the amount of refrigerant flowing in the tank. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 and the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図30は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁7が設けられている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と補助圧縮機10の吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 30 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and a bypass valve 7 is provided in the bypass circuit. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe of the compressor 1 and a suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the sub expander 23, and a discharge side of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. By increasing the opening of the valve 7 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit, the volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. . Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is led to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. By increasing the opening of the valve 7 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit, the volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the outdoor heat exchanger 3 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 via the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁7の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to this embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the opening of the bypass valve 7. The amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to adjust the high-pressure side pressure. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図31は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、補助圧縮機10と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁7が設けられている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吸入側配管と補助圧縮機10の吐出側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 31 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an auxiliary compressor 10, an outdoor heat exchanger 3, and The expander 6 and the indoor heat exchanger 8 are configured by a refrigerant circuit connected by piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and a bypass valve 7 is provided in the bypass circuit. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a suction side pipe of the compressor 1 and a discharge side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the sub expander 23, and a discharge side of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. By increasing the opening of the valve 7 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit, the volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. . Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. By increasing the opening of the valve 7 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit, the volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the outdoor heat exchanger 3 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁7の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to this embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the opening of the bypass valve 7. The amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to adjust the high-pressure side pressure. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図32は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側には予膨張弁5が設けられている。
また予膨張弁5及び膨張機6と並列に、予膨張弁5及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と補助圧縮機10の吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、予膨張弁5の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 32 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A pre-expansion valve 5 is provided on the inflow side of the expander 6.
A bypass circuit for bypassing the pre-expansion valve 5 and the expander 6 is provided in parallel with the pre-expansion valve 5 and the expander 6, and a sub-expander is provided in the bypass circuit. Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe of the compressor 1 and a suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the pre-expansion valve 5 and a discharge side of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、予膨張弁5、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、予膨張弁5及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁5及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21, and decompressed by the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by decreasing the opening of the pre-expansion valve 5 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the pre-expansion valve 5 and the expander 6 CO 2 refrigerant or sub expander 21 that is decompressed by is guided to the indoor heat exchanger 8 through the second four-way valve 4, It evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is led to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、予膨張弁5、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、予膨張弁5及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁5及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21, and decompressed by the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by decreasing the opening of the pre-expansion valve 5 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the pre-expansion valve 5 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 through the second four-way valve 4, The refrigerant that evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3 and is evaporated is led to the auxiliary compressor 10 via the first four-way valve 2 and is supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10. 1 is inhaled.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁5の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing to the expander 6 can be controlled by changing the opening of the pre-expansion valve 5 and adjusting the high-pressure side pressure. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6 and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 21 for power generation by the generator 22.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図33は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、補助圧縮機10と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側には予膨張弁5が設けられている。
また予膨張弁5及び膨張機6と並列に、予膨張弁5及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吸入側配管と補助圧縮機10の吐出側配管とが接続される第1四方弁2と、予膨張弁5の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 33 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an auxiliary compressor 10, an outdoor heat exchanger 3, and The expander 6 and the indoor heat exchanger 8 are configured by a refrigerant circuit connected by piping.
A pre-expansion valve 5 is provided on the inflow side of the expander 6.
A bypass circuit for bypassing the pre-expansion valve 5 and the expander 6 is provided in parallel with the pre-expansion valve 5 and the expander 6, and a sub-expander is provided in the bypass circuit. Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a suction side pipe of the compressor 1 and a discharge side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the pre-expansion valve 5 and a discharge side of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、予膨張弁5、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、予膨張弁5及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁5及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21, and decompressed by the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by decreasing the opening of the pre-expansion valve 5 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the pre-expansion valve 5 and the expander 6 CO 2 refrigerant or sub expander 21 that is decompressed by is guided to the indoor heat exchanger 8 through the second four-way valve 4, It evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、予膨張弁5、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、予膨張弁5及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁5及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21, and decompressed by the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by decreasing the opening of the pre-expansion valve 5 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the pre-expansion valve 5 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 through the second four-way valve 4, The refrigerant that has evaporated and absorbed heat in the outdoor heat exchanger 3 and has finished evaporation is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁5の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing to the expander 6 can be controlled by changing the opening of the pre-expansion valve 5 and adjusting the high-pressure side pressure. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6 and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 21 for power generation by the generator 22.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図34は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と補助圧縮機10の吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 34 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 22 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe of the compressor 1 and a suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the sub expander 23, and a discharge side of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the high pressure side pressure is increased to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. It is preferable to change the high-pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an indoor heat exchanger through the second four-way valve 4 8 evaporates in the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is led to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the high pressure side pressure is increased to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. It is preferable to change the high-pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an outdoor heat exchanger via the second four-way valve 4 3, the refrigerant that has evaporated and absorbed heat in the outdoor heat exchanger 3 and has been evaporated is led to the auxiliary compressor 10 via the first four-way valve 2 and is supercharged by the auxiliary compressor 10 ( And is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the high-pressure side pressure by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 or the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図35は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、補助圧縮機10と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吸入側配管と補助圧縮機10の吐出側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吸入側配管と膨張機6の吐出側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 35 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an auxiliary compressor 10, an outdoor heat exchanger 3, and The expander 6 and the indoor heat exchanger 8 are configured by a refrigerant circuit connected by piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 22 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a suction side pipe of the compressor 1 and a discharge side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a suction side pipe of the sub expander 23, and a discharge side of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the high pressure side pressure is increased to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. It is preferable to change the high-pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an indoor heat exchanger through the second four-way valve 4 8 evaporates in the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the high pressure side pressure is increased to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. It is preferable to change the high-pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an outdoor heat exchanger via the second four-way valve 4 3, the refrigerant evaporating and absorbing heat in the outdoor heat exchanger 3, and the evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the high-pressure side pressure by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 or the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図36は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と補助圧縮機10の吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吐出側配管と膨張機6の流入側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 36 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub-expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 22 is connected to the drive shaft of the sub-expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
In this refrigerant circuit, the first four-way valve 2 to which the discharge side pipe of the compressor 1 and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, the discharge side pipe of the sub expander 23 and the inflow side of the expander 6 are connected. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6及びサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the low pressure side pressure is lowered to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. Moreover, it is preferable to change the low pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an indoor heat exchanger through the second four-way valve 4 8 evaporates in the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is led to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6及びサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the low pressure side pressure is lowered to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. Moreover, it is preferable to change the low pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an outdoor heat exchanger via the second four-way valve 4 3, the refrigerant that has evaporated and absorbed heat in the outdoor heat exchanger 3 and has been evaporated is led to the auxiliary compressor 10 via the first four-way valve 2 and is supercharged by the auxiliary compressor 10 ( And is sucked into the compressor 1.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the low-pressure side pressure by changing the torque of the generator 22 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander 6, and higher power recovery is performed from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub expander 21 or the sub expander 23 for power generation of the generator 22. be able to.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図37は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、補助圧縮機10と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吸入側配管と補助圧縮機10の吐出側配管とが接続される第1四方弁2と、サブ膨張機23の吐出側配管と膨張機6の流入側配管とが接続されるとともにバイパス回路が接続される第2四方弁4とを備えている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 37 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an auxiliary compressor 10, an outdoor heat exchanger 3, and The expander 6 and the indoor heat exchanger 8 are configured by a refrigerant circuit connected by piping.
A sub-expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 22 is connected to the drive shaft of the sub-expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a suction side pipe of the compressor 1 and a discharge side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected, a discharge side pipe of the sub expander 23 and an inflow side of the expander 6. And a second four-way valve 4 to which a bypass circuit is connected.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6及びサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第1四方弁2を経て圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the low pressure side pressure is lowered to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. Moreover, it is preferable to change the low pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an indoor heat exchanger through the second four-way valve 4 8 evaporates in the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)された後に、第1四方弁2を経て、室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6及びサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, guided to the auxiliary compressor 10, and further overpressure (expressor) by the auxiliary compressor 10. Then, it is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the first four-way valve 2. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the low pressure side pressure is lowered to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. Moreover, it is preferable to change the low pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an outdoor heat exchanger via the second four-way valve 4 3, the refrigerant evaporating and absorbing heat in the outdoor heat exchanger 3, and the evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the low pressure side pressure by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander 6, and higher power recovery is performed from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub expander 21 or the sub expander 23 for power generation of the generator 22. be able to.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図38は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4と、補助圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第3四方弁9とを備えている。室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となるように構成されている。また、第2四方弁4の切り替えによって膨張機6を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
膨張機6と並列に、この膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路も膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 38 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 and a third four-way valve 9 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is a radiator and the indoor heat exchanger 8 is an evaporator, the discharge of the auxiliary compressor 10 is performed by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The side is configured to be the suction side of the compressor 1. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is an evaporator and the indoor heat exchanger 8 is a radiator, the compressor 1 is switched by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The discharge side is configured to be the suction side of the auxiliary compressor 10. Further, the direction of the refrigerant flowing through the expander 6 is always set to the same direction by switching the second four-way valve 4.
A bypass circuit that bypasses the expander 6 is provided in parallel with the expander 6, a sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and a generator 22 is connected to the drive shaft of the sub-expander 21. . This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機21に導入され、膨張機6又はサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第2四方弁9を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 21 through the second four-way valve 4, and decompressed by the expander 6 or the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the torque (generator load) of the generator 22 is increased to reduce the refrigerant amount flowing into the bypass circuit, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 21 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the second four-way valve 9, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2及び第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)される。補助圧縮機10によって過圧された冷媒は、第3四方弁9を経て室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機21に導入され、膨張機6又はサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を減少させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
膨張機6及びサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9 to assist. The compressor 10 further overpressures (expressor). The refrigerant overpressured by the auxiliary compressor 10 is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the third four-way valve 9. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 21 through the second four-way valve 4, and decompressed by the expander 6 or the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the torque (generator load) of the generator 22 is increased to reduce the refrigerant amount flowing into the bypass circuit, thereby flowing into the expander 6. Increase the volume flow rate.
The CO 2 refrigerant depressurized by the expander 6 and the sub-expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、このバイパス流量制御中に、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機1と、動力回収する膨張機6及び補助圧縮機10とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機10により過給(チャージャ)を行い、暖房運転モード時に過圧(エクスプレッサ)を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機6を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and higher power recovery can be achieved from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub expander 21 for power generation of the generator 22 during this bypass flow rate control. It can be performed.
Further, according to the present embodiment, the compressor 1 that compresses the refrigerant, the expander 6 that recovers power, and the auxiliary compressor 10 are installed separately, and supercharged (charger) by the auxiliary compressor 10 in the cooling operation mode. The expansion unit 6 can be operated as a charger-type expansion unit suitable for cooling, and can be operated as an expansion unit suitable for heating. It can also be operated as a presser type expander.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図39は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4と、補助圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第3四方弁9とを備えている。室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となるように構成されている。また、第2四方弁4の切り替えによって膨張機6を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 39 is a configuration diagram of the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 and a third four-way valve 9 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is a radiator and the indoor heat exchanger 8 is an evaporator, the discharge of the auxiliary compressor 10 is performed by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The side is configured to be the suction side of the compressor 1. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is an evaporator and the indoor heat exchanger 8 is a radiator, the compressor 1 is switched by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The discharge side is configured to be the suction side of the auxiliary compressor 10. Further, the direction of the refrigerant flowing through the expander 6 is always set to the same direction by switching the second four-way valve 4.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経てサブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23と膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機24のトルク(発電機負荷)を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第2四方弁9を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23 and the expander 6 through the second four-way valve 4, and is depressurized by the sub expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 24 and increasing the high-pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing into the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 24 and reducing the high-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4, and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the second four-way valve 9, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2及び第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)される。補助圧縮機10によって過圧された冷媒は、第3四方弁9を経て室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経てサブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23と膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機24のトルク(発電機負荷)を小さくして高圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9 to assist. The compressor 10 further overpressures (expressor). The refrigerant overpressured by the auxiliary compressor 10 is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the third four-way valve 9. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23 and the expander 6 through the second four-way valve 4, and is depressurized by the sub expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 24 and increasing the high-pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing into the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 24 and reducing the high-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant depressurized by the sub-expander 23 and the expander 6 evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3, and the evaporated refrigerant passes through the first four-way valve 2 and is compressed by the compressor 1. Inhaled.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機1と、動力回収する膨張機6及び補助圧縮機10とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機10により過給(チャージャ)を行い、暖房運転モード時に過圧(エクスプレッサ)を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機6を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
As described above, according to this embodiment, the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) is changed to adjust the high-pressure side pressure to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
Further, according to the present embodiment, the compressor 1 that compresses the refrigerant, the expander 6 that recovers power, and the auxiliary compressor 10 are installed separately, and supercharged (charger) by the auxiliary compressor 10 in the cooling operation mode. The expansion unit 6 can be operated as a charger-type expansion unit suitable for cooling, and can be operated as an expansion unit suitable for heating. It can also be operated as a presser type expander.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図40は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4と、補助圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第3四方弁9とを備えている。室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となるように構成されている。また、第2四方弁4の切り替えによって膨張機6を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 40 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 24 is connected to the drive shaft of the sub expander 23.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 and a third four-way valve 9 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is a radiator and the indoor heat exchanger 8 is an evaporator, the discharge of the auxiliary compressor 10 is performed by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The side is configured to be the suction side of the compressor 1. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is an evaporator and the indoor heat exchanger 8 is a radiator, the compressor 1 is switched by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The discharge side is configured to be the suction side of the auxiliary compressor 10. Further, the direction of the refrigerant flowing through the expander 6 is always set to the same direction by switching the second four-way valve 4.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6とサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
膨張機6及びサブ膨張機23にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第2四方弁9を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 23 through the second four-way valve 4, and is decompressed by the expander 6 and the sub expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 22 and lowering the low pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 22 and increasing the low-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat by the indoor heat exchanger 8. . Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the second four-way valve 9, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2及び第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)される。補助圧縮機10によって過圧された冷媒は、第3四方弁9を経て室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、第2四方弁4を経て膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6とサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機22のトルク(発電機負荷)を大きくして低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。また、膨張機6に流れる最適冷媒量が算出した最適冷媒量よりも多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくして低圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。
膨張機6及びサブ膨張機23にて減圧されたCO2冷媒は、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9 to assist. The compressor 10 further overpressures (expressor). The refrigerant overpressured by the auxiliary compressor 10 is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the third four-way valve 9. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub expander 23 through the second four-way valve 4, and is decompressed by the expander 6 and the sub expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the machine 22 and lowering the low pressure side pressure. Further, when the optimum refrigerant amount flowing through the expander 6 is larger than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 by decreasing the torque (generator load) of the generator 22 and increasing the low-pressure side pressure. Decrease.
The CO 2 refrigerant depressurized by the expander 6 and the sub-expander 23 evaporates and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3, and the refrigerant that has finished evaporating passes through the first four-way valve 2 to compress the compressor 1. Inhaled.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機23に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機1と、動力回収する膨張機6及び補助圧縮機10とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機10により過給(チャージャ)を行い、暖房運転モード時に過圧(エクスプレッサ)を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機6を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the low-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 22 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to flow into the expander 6. The amount of refrigerant can be controlled. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
Further, according to the present embodiment, the compressor 1 that compresses the refrigerant, the expander 6 that recovers power, and the auxiliary compressor 10 are installed separately, and supercharged (charger) by the auxiliary compressor 10 in the cooling operation mode. The expansion unit 6 can be operated as a charger-type expansion unit suitable for cooling, and can be operated as an expansion unit suitable for heating. It can also be operated as a presser type expander.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図41は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4と、補助圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第3四方弁9とを備えている。室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となるように構成されている。また、第2四方弁4の切り替えによって膨張機6を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 41 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 and a third four-way valve 9 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is a radiator and the indoor heat exchanger 8 is an evaporator, the discharge of the auxiliary compressor 10 is performed by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The side is configured to be the suction side of the compressor 1. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is an evaporator and the indoor heat exchanger 8 is a radiator, the compressor 1 is switched by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The discharge side is configured to be the suction side of the auxiliary compressor 10. Further, the direction of the refrigerant flowing through the expander 6 is always set to the same direction by switching the second four-way valve 4.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第2四方弁9を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21, and decompressed by the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the indoor heat exchanger 8 through the second four-way valve 4, It evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the second four-way valve 9, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2及び第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)される。補助圧縮機10によって過圧された冷媒は、第3四方弁9を経て室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9 to assist. The compressor 10 further overpressures (expressor). The refrigerant overpressured by the auxiliary compressor 10 is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the third four-way valve 9. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21, and decompressed by the sub expander 23, the expander 6, and the sub expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 through the second four-way valve 4, The refrigerant that has evaporated and absorbed heat in the outdoor heat exchanger 3 and has finished evaporation is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21及びサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機1と、動力回収する膨張機6及び補助圧縮機10とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機10により過給(チャージャ)を行い、暖房運転モード時に過圧(エクスプレッサ)を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機6を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing through the sub-expander 23 can be controlled, while the high-pressure side pressure is adjusted by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator). It is possible to control the amount of refrigerant flowing in the tank. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 and the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
Further, according to the present embodiment, the compressor 1 that compresses the refrigerant, the expander 6 that recovers power, and the auxiliary compressor 10 are installed separately, and supercharged (charger) by the auxiliary compressor 10 in the cooling operation mode. The expansion unit 6 can be operated as a charger-type expansion unit suitable for cooling, and can be operated as an expansion unit suitable for heating. It can also be operated as a presser type expander.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図42は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機24が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にバイパス弁7が設けられている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4と、補助圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第3四方弁9とを備えている。室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となるように構成されている。また、第2四方弁4の切り替えによって膨張機6を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 42 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 24 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and a bypass valve 7 is provided in the bypass circuit. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 and a third four-way valve 9 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is a radiator and the indoor heat exchanger 8 is an evaporator, the discharge of the auxiliary compressor 10 is performed by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The side is configured to be the suction side of the compressor 1. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is an evaporator and the indoor heat exchanger 8 is a radiator, the compressor 1 is switched by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The discharge side is configured to be the suction side of the auxiliary compressor 10. Further, the direction of the refrigerant flowing through the expander 6 is always set to the same direction by switching the second four-way valve 4.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第2四方弁9を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. By increasing the opening of the valve 7 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit, the volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the indoor heat exchanger 8 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. . Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the second four-way valve 9, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2及び第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)される。補助圧縮機10によって過圧された冷媒は、第3四方弁9を経て室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときにはバイパス弁7の開度を大きくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには発電機24のトルク(発電機負荷)を大きくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9 to assist. The compressor 10 further overpressures (expressor). The refrigerant overpressured by the auxiliary compressor 10 is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the third four-way valve 9. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, bypass is performed. By increasing the opening of the valve 7 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit, the volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by increasing the torque (generator load) of the generator 24 and increasing the high-pressure side pressure.
The CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6 is guided to the outdoor heat exchanger 3 via the second four-way valve 4 and is evaporated and absorbs heat in the outdoor heat exchanger 3. The evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、バイパス弁7の開度を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方でサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機23から回収した動力を発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機1と、動力回収する膨張機6及び補助圧縮機10とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機10により過給(チャージャ)を行い、暖房運転モード時に過圧(エクスプレッサ)を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機6を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
As described above, according to this embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the opening of the bypass valve 7. The amount of refrigerant flowing through the expander 6 can be controlled by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (that is, the load of the generator) to adjust the high-pressure side pressure. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6, and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 23 for power generation by the generator 24.
Further, according to the present embodiment, the compressor 1 that compresses the refrigerant, the expander 6 that recovers power, and the auxiliary compressor 10 are installed separately, and supercharged (charger) by the auxiliary compressor 10 in the cooling operation mode. The expansion unit 6 can be operated as a charger-type expansion unit suitable for cooling, and can be operated as an expansion unit suitable for heating. It can also be operated as a presser type expander.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図43は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側には予膨張弁5が設けられている。
また予膨張弁5及び膨張機6と並列に、予膨張弁5及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4と、補助圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第3四方弁9とを備えている。室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となるように構成されている。また、第2四方弁4の切り替えによって膨張機6を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 43 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A pre-expansion valve 5 is provided on the inflow side of the expander 6.
A bypass circuit for bypassing the pre-expansion valve 5 and the expander 6 is provided in parallel with the pre-expansion valve 5 and the expander 6, and a sub-expander is provided in the bypass circuit. Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 and a third four-way valve 9 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is a radiator and the indoor heat exchanger 8 is an evaporator, the discharge of the auxiliary compressor 10 is performed by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The side is configured to be the suction side of the compressor 1. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is an evaporator and the indoor heat exchanger 8 is a radiator, the compressor 1 is switched by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The discharge side is configured to be the suction side of the auxiliary compressor 10. Further, the direction of the refrigerant flowing through the expander 6 is always set to the same direction by switching the second four-way valve 4.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、予膨張弁5、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、予膨張弁5及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁5及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第2四方弁9を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21, and decompressed by the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by decreasing the opening of the pre-expansion valve 5 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the pre-expansion valve 5 and the expander 6 CO 2 refrigerant or sub expander 21 that is decompressed by is guided to the indoor heat exchanger 8 through the second four-way valve 4, It evaporates and absorbs heat in the indoor heat exchanger 8. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the second four-way valve 9, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2及び第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)される。補助圧縮機10によって過圧された冷媒は、第3四方弁9を経て室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、予膨張弁5、膨張機6、及びサブ膨張機21に導入され、予膨張弁5及び膨張機6とサブ膨張機21で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには発電機22のトルク(発電機負荷)を小さくしてバイパス回路に流す冷媒量を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには予膨張弁5の開度を小さくして高圧側圧力を増加させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。
予膨張弁5及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9 to assist. The compressor 10 further overpressures (expressor). The refrigerant overpressured by the auxiliary compressor 10 is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the third four-way valve 9. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21, and decompressed by the pre-expansion valve 5, the expander 6, and the sub-expander 21. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and power generation is performed when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount. The volume flow rate flowing into the expander 6 is decreased by decreasing the torque (generator load) of the machine 22 and increasing the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the volume flow rate flowing into the expander 6 is increased by decreasing the opening of the pre-expansion valve 5 and increasing the high-pressure side pressure.
CO 2 refrigerant decompressed by the pre-expansion valve 5 and the expander 6 CO reduced in pressure by second refrigerant or sub expander 21 is guided to the outdoor heat exchanger 3 through the second four-way valve 4, The refrigerant that has evaporated and absorbed heat in the outdoor heat exchanger 3 and has finished evaporation is sucked into the compressor 1 via the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、サブ膨張機21に連結する発電機22のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させてバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で予膨張弁5の開度を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21から回収した動力を発電機22の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機1と、動力回収する膨張機6及び補助圧縮機10とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機10により過給(チャージャ)を行い、暖房運転モード時に過圧(エクスプレッサ)を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機6を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the expander is configured by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by changing the torque of the generator 22 connected to the sub expander 21 (that is, the load of the generator). The amount of refrigerant flowing to the expander 6 can be controlled by changing the opening of the pre-expansion valve 5 and adjusting the high-pressure side pressure. Therefore, power can be recovered efficiently in the expander 6 and higher power can be recovered from the refrigeration cycle by using the power recovered from the sub-expander 21 for power generation by the generator 22.
Further, according to the present embodiment, the compressor 1 that compresses the refrigerant, the expander 6 that recovers power, and the auxiliary compressor 10 are installed separately, and supercharged (charger) by the auxiliary compressor 10 in the cooling operation mode. The expansion unit 6 can be operated as a charger-type expansion unit suitable for cooling, and can be operated as an expansion unit suitable for heating. It can also be operated as a presser type expander.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図44は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の流入側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4と、補助圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第3四方弁9とを備えている。室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となるように構成されている。また、第2四方弁4の切り替えによって膨張機6を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 44 is a configuration diagram of a heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub expander 23 is provided on the inflow side of the expander 6, and a generator 22 is connected to a drive shaft of the sub expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 and a third four-way valve 9 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is a radiator and the indoor heat exchanger 8 is an evaporator, the discharge of the auxiliary compressor 10 is performed by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The side is configured to be the suction side of the compressor 1. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is an evaporator and the indoor heat exchanger 8 is a radiator, the compressor 1 is switched by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The discharge side is configured to be the suction side of the auxiliary compressor 10. Further, the direction of the refrigerant flowing through the expander 6 is always set to the same direction by switching the second four-way valve 4.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第2四方弁9を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the high pressure side pressure is increased to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. It is preferable to change the high-pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an indoor heat exchanger through the second four-way valve 4 8 evaporates in the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the second four-way valve 9, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2及び第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)される。補助圧縮機10によって過圧された冷媒は、第3四方弁9を経て室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、サブ膨張機23及び膨張機6に導入され、サブ膨張機23及び膨張機6で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して高圧側圧力を上昇させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで高圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9 to assist. The compressor 10 further overpressures (expressor). The refrigerant overpressured by the auxiliary compressor 10 is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the third four-way valve 9. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the sub-expander 23 and the expander 6 and decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the high pressure side pressure is increased to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. It is preferable to change the high-pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an outdoor heat exchanger via the second four-way valve 4 3, the refrigerant evaporating and absorbing heat in the outdoor heat exchanger 3, and the evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて高圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機1と、動力回収する膨張機6及び補助圧縮機10とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機10により過給(チャージャ)を行い、暖房運転モード時に過圧(エクスプレッサ)を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機6を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the high-pressure side pressure by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 or the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
Further, according to the present embodiment, the compressor 1 that compresses the refrigerant, the expander 6 that recovers power, and the auxiliary compressor 10 are installed separately, and supercharged (charger) by the auxiliary compressor 10 in the cooling operation mode. The expansion unit 6 can be operated as a charger-type expansion unit suitable for cooling, and can be operated as an expansion unit suitable for heating. It can also be operated as a presser type expander.
以下、本発明の他の実施例による冷凍サイクル装置を、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置について、図面を参照して説明する。
図45は、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の構成図である。
図に示すように、本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置は、冷媒としてCO2冷媒を使用し、モータ12を有する圧縮機1と、室外側熱交換器3と、膨張機6と、室内側熱交換器8と、補助圧縮機10とを配管で接続した冷媒回路から構成される。
また膨張機6の吐出側にはサブ膨張機23が設けられ、このサブ膨張機23の駆動軸には発電機22が接続されている。
またサブ膨張機23及び膨張機6と並列に、サブ膨張機23及び膨張機6をバイパスするバイパス回路が設けられ、このバイパス回路にサブ膨張機21が設けられ、このサブ膨張機21の駆動軸には発電機22が接続されている。なお、このバイパス回路もサブ膨張機23及び膨張機6と同様に第2四方弁4に接続されている。
ここで、発電機22はサブ膨張機21及びサブ膨張機23のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えている。また、バイパス回路の流入側には流路弁25が設けられている。
また、膨張機6の駆動軸と補助圧縮機10の駆動軸とは連結されており、補助圧縮機10は膨張機6で回収した動力によって駆動される。
そしてこの冷媒回路には、圧縮機1の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁2と、膨張機6の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁4と、補助圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第3四方弁9とを備えている。室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって補助圧縮機10の吐出側が圧縮機1の吸入側となるように構成されている。また、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器とする冷媒流れの場合には、第1四方弁2と第3四方弁9とを切り替えることによって圧縮機1の吐出側が補助圧縮機10の吸入側となるように構成されている。また、第2四方弁4の切り替えによって膨張機6を流れる冷媒方向を常に同じ方向となるように構成されている。
Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings for a heat pump type air conditioning apparatus.
FIG. 45 is a configuration diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to the present embodiment.
As shown in the figure, the heat pump air-conditioning type air conditioner according to the present embodiment uses a CO 2 refrigerant as a refrigerant, a compressor 1 having a motor 12, an outdoor heat exchanger 3, an expander 6, It is comprised from the refrigerant circuit which connected the indoor side heat exchanger 8 and the auxiliary compressor 10 with piping.
A sub-expander 23 is provided on the discharge side of the expander 6, and a generator 22 is connected to the drive shaft of the sub-expander 23.
A bypass circuit that bypasses the sub-expander 23 and the expander 6 is provided in parallel with the sub-expander 23 and the expander 6, and the sub-expander 21 is provided in the bypass circuit, and the drive shaft of the sub-expander 21 Is connected to a generator 22. This bypass circuit is also connected to the second four-way valve 4 in the same manner as the sub-expander 23 and the expander 6.
Here, the generator 22 includes a clutch mechanism connected to either the sub-expander 21 or the sub-expander 23. A flow path valve 25 is provided on the inflow side of the bypass circuit.
Further, the drive shaft of the expander 6 and the drive shaft of the auxiliary compressor 10 are connected, and the auxiliary compressor 10 is driven by the power recovered by the expander 6.
The refrigerant circuit includes a first four-way valve 2 to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor 1 are connected, and a second four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander 6 are connected. 4 and a third four-way valve 9 to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the auxiliary compressor 10 are connected. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is a radiator and the indoor heat exchanger 8 is an evaporator, the discharge of the auxiliary compressor 10 is performed by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The side is configured to be the suction side of the compressor 1. In the case of a refrigerant flow in which the outdoor heat exchanger 3 is an evaporator and the indoor heat exchanger 8 is a radiator, the compressor 1 is switched by switching between the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9. The discharge side is configured to be the suction side of the auxiliary compressor 10. Further, the direction of the refrigerant flowing through the expander 6 is always set to the same direction by switching the second four-way valve 4.
本実施例によるヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置の動作について以下に説明する。
まず、室外側熱交換器3を放熱器、室内側熱交換器8を蒸発器として用いる冷房運転モードについて説明する。この冷房運転モードでの冷媒流れを、図中実線矢印で示す。
冷房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2を経て、室外側熱交換器3に導入される。室外側熱交換器3では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6及びサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室外側熱交換器3の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室内側熱交換器8に導かれ、室内側熱交換器8にて蒸発して吸熱する。この吸熱によって室内の冷房が行われる。蒸発を終えた冷媒は、第2四方弁9を経て補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって過給(チャージャ)され圧縮機1に吸入される。
The operation of the heat pump type air conditioning apparatus according to this embodiment will be described below.
First, the cooling operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as a radiator and the indoor heat exchanger 8 as an evaporator will be described. The refrigerant flow in the cooling operation mode is indicated by solid line arrows in the figure.
The refrigerant in the cooling operation mode is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is introduced into the outdoor heat exchanger 3 through the first four-way valve 2. In the outdoor heat exchanger 3, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected on the outlet side of the outdoor heat exchanger 3, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the low pressure side pressure is lowered to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. Moreover, it is preferable to change the low pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an indoor heat exchanger through the second four-way valve 4 8 evaporates in the indoor heat exchanger 8 and absorbs heat. Indoor cooling is performed by this heat absorption. The evaporated refrigerant is guided to the auxiliary compressor 10 through the second four-way valve 9, supercharged (charged) by the auxiliary compressor 10, and sucked into the compressor 1.
次に、室外側熱交換器3を蒸発器、室内側熱交換器8を放熱器として用いる暖房運転モードについて説明する。この暖房運転モードでの冷媒流れを、図中波線矢印で示す。
暖房運転モード時の冷媒は、モータ12で駆動される圧縮機1により高温高圧に圧縮されて吐出され、第1四方弁2及び第3四方弁9を経て、補助圧縮機10に導かれ、補助圧縮機10によって更に過圧(エクスプレッサ)される。補助圧縮機10によって過圧された冷媒は、第3四方弁9を経て室内側熱交換器8に導入される。室内側熱交換器8では、CO2冷媒は、超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱し、この放熱を利用して例えば室内暖房が行われる。その後CO2冷媒は、膨張機6及びサブ膨張機23に導入され、膨張機6及びサブ膨張機23で減圧される。この減圧時に膨張機6で回収した動力は補助圧縮機10の駆動に用いられる。このとき、例えば室内側熱交換器8の出口側で検出した高圧冷媒温度と高圧冷媒圧力とから膨張機6に流れる最適冷媒量を算出し、算出した最適冷媒量よりも体積流量が多いときには、流路弁25を開とし、発電機22をサブ膨張機21側と接続してバイパス回路に冷媒を流すことで膨張機6に流入する体積流量を減少させる。この場合にはサブ膨張機23は作動させない。また発電機22のトルクを調整することでバイパス量を変更することが好ましい。一方、算出した最適冷媒量よりも体積流量が少ないときには、流路弁25を閉とし、発電機22をサブ膨張機23側と接続して低圧側圧力を低下させることで膨張機6に流入する体積流量を増加させる。この場合にはサブ膨張機21は作動させない。また発電機22のトルクを調整することで低圧側圧力を変更することが好ましい。
サブ膨張機23及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO2冷媒は、第2四方弁4を経由して室外側熱交換器3に導かれ、室外側熱交換器3にて蒸発して吸熱し、蒸発を終えた冷媒は第1四方弁2を経由して圧縮機1に吸入される。
Next, a heating operation mode using the outdoor heat exchanger 3 as an evaporator and the indoor heat exchanger 8 as a radiator will be described. The refrigerant flow in the heating operation mode is indicated by a wavy arrow in the figure.
The refrigerant in the heating operation mode is compressed and discharged at a high temperature and high pressure by the compressor 1 driven by the motor 12, and is guided to the auxiliary compressor 10 through the first four-way valve 2 and the third four-way valve 9 to assist. The compressor 10 further overpressures (expressor). The refrigerant overpressured by the auxiliary compressor 10 is introduced into the indoor heat exchanger 8 through the third four-way valve 9. In the indoor heat exchanger 8, since the CO 2 refrigerant is in a supercritical state, the CO 2 refrigerant does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Heating is performed. Thereafter, the CO 2 refrigerant is introduced into the expander 6 and the sub-expander 23 and decompressed by the expander 6 and the sub-expander 23. The power recovered by the expander 6 during this decompression is used to drive the auxiliary compressor 10. At this time, for example, the optimum refrigerant amount flowing to the expander 6 is calculated from the high-pressure refrigerant temperature and the high-pressure refrigerant pressure detected at the outlet side of the indoor heat exchanger 8, and when the volume flow rate is larger than the calculated optimum refrigerant amount, The flow rate valve 25 is opened, the generator 22 is connected to the sub-expander 21 side, and the refrigerant flows through the bypass circuit to reduce the volume flow rate flowing into the expander 6. In this case, the sub expander 23 is not operated. Further, it is preferable to change the bypass amount by adjusting the torque of the generator 22. On the other hand, when the volume flow rate is smaller than the calculated optimum refrigerant amount, the flow path valve 25 is closed, the generator 22 is connected to the sub expander 23 side, and the low pressure side pressure is lowered to flow into the expander 6. Increase volume flow. In this case, the sub expander 21 is not operated. Moreover, it is preferable to change the low pressure side pressure by adjusting the torque of the generator 22.
CO 2 refrigerant decompressed by the sub-expander 23 and the expander 6, or the sub-expander 21 and CO 2 refrigerant decompressed by the expander 6, an outdoor heat exchanger via the second four-way valve 4 3, the refrigerant evaporating and absorbing heat in the outdoor heat exchanger 3, and the evaporated refrigerant is sucked into the compressor 1 through the first four-way valve 2.
以上のように、本実施例によれば、開閉弁25を開としてサブ膨張機21に発電機22を連結することでバイパス回路を流れる冷媒量を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができ、一方で開閉弁25を閉としてサブ膨張機23に連結する発電機24のトルク(即ち、発電機の負荷)を変化させて低圧側圧力を調節することで、膨張機6に流れる冷媒量を制御することができる。従って、膨張機6において動力回収を効率的に行えるとともに、サブ膨張機21又はサブ膨張機23から回収した動力を発電機22と発電機24の発電に利用することによって、冷凍サイクルから、より高い動力回収を行うことができる。
また本実施例によれば、冷媒を圧縮する圧縮機1と、動力回収する膨張機6及び補助圧縮機10とを分離して設置し、冷房運転モード時に補助圧縮機10により過給(チャージャ)を行い、暖房運転モード時に過圧(エクスプレッサ)を行うように冷凍サイクルを切り替える構成によって、膨張機6を冷房に適したチャージャタイプの膨張機として動作させることができ、また暖房に適したエクスプレッサタイプの膨張機としても動作させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the amount of refrigerant flowing through the expander 6 is adjusted by adjusting the amount of refrigerant flowing through the bypass circuit by opening the on-off valve 25 and connecting the generator 22 to the sub-expander 21. On the other hand, by adjusting the low pressure side pressure by changing the torque of the generator 24 connected to the sub-expander 23 (ie, the load of the generator) by closing the on-off valve 25, the expander 6 can be controlled. Accordingly, power can be efficiently recovered in the expander 6, and the power recovered from the sub-expander 21 or the sub-expander 23 is used for power generation by the generator 22 and the generator 24. Power recovery can be performed.
Further, according to the present embodiment, the compressor 1 that compresses the refrigerant, the expander 6 that recovers power, and the auxiliary compressor 10 are installed separately, and supercharged (charger) by the auxiliary compressor 10 in the cooling operation mode. The expansion unit 6 can be operated as a charger-type expansion unit suitable for cooling, and can be operated as an expansion unit suitable for heating. It can also be operated as a presser type expander.
上記実施例では、ヒートポンプ式冷暖房型空気調和装置を用いて説明したが、室外側熱交換器3を第1の熱交換器、室内側熱交換器8を第2の熱交換器とし、これら第1の熱交換器や第2の熱交換器を、温冷水器や蓄冷熱器などに利用したその他の冷凍サイクル装置であってもよい。
In the said Example, although demonstrated using the heat pump type air conditioning air conditioner, the outdoor side heat exchanger 3 was made into the 1st heat exchanger, the indoor side heat exchanger 8 was made into the 2nd heat exchanger, and these 1st The other refrigeration cycle apparatus using the heat exchanger 1 or the second heat exchanger for a hot / cold water heater or a regenerator may be used.