JP4644278B2 - Refrigeration cycle equipment - Google Patents

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本発明は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と室外側熱交換器と膨張機と室内側熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置に関する。   The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus using carbon dioxide as a refrigerant and including a compressor, an outdoor heat exchanger, an expander, and an indoor heat exchanger.

冷凍サイクル装置を循環する冷媒の質量循環量は、冷凍サイクルのどのポイントにおいても等しく、圧縮機を通る冷媒の吸入密度をDC、膨張機を通る冷媒の吸入密度をDEとすると、DE/DC(密度比)は常に一定で運転される。
一方、オゾン破壊係数がゼロでありかつ地球温暖化係数もフロン類に比べれば格段に小さい、二酸化炭素(以下、CO2という)を冷媒として用いる冷凍サイクル装置が近年着目されているが、CO2冷媒は、臨界温度が31.06℃と低く、この温度よりも高い温度を利用する場合には、冷凍サイクル装置の高圧側(圧縮機出口〜放熱器〜減圧器入口)ではCO2冷媒の凝縮が生じない超臨界状態となり、従来の冷媒に比べて、冷凍サイクル装置の運転効率が低下するといった特徴を有する。従って、CO2冷媒を用いた冷凍サイクル装置にあっては、最適なCOPを維持することが重要であり、冷媒温度が変化すると、この冷媒温度に最適な冷媒圧力とすることが必要である。
しかし、冷凍サイクル装置に膨張機を設け、この膨張機で回収した動力を圧縮機の駆動力の一部に利用する場合には、膨張機と圧縮機との回転数を同じにしなければならず、密度比一定の制約のもとでは、運転条件が変化した場合の最適なCOPを維持することは困難である。
そこで、膨張機をバイパスするバイパス管を設けて、膨張機に流入する冷媒量を制御することで、最適なCOPを維持する構成が提案されている(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
特開2000−234814号公報(段落番号(0024)(0025)図1) 特開2001−116371号公報(段落番号(0023)図1)
The mass circulation amount of the refrigerant circulating through the refrigeration cycle apparatus is the same at any point in the refrigeration cycle. If the suction density of the refrigerant passing through the compressor is DC and the suction density of the refrigerant passing through the expander is DE, DE / DC ( The density ratio is always kept constant.
On the other hand, ozone depletion is zero and global warming coefficient much smaller compared to CFCs, carbon dioxide (hereinafter, CO of 2) Although the refrigeration cycle apparatus using the refrigerant is focused in recent years, CO 2 When the refrigerant has a critical temperature as low as 31.06 ° C. and a temperature higher than this temperature is used, the CO 2 refrigerant is condensed on the high-pressure side of the refrigeration cycle apparatus (compressor outlet to radiator to decompressor inlet). This is a supercritical state in which no refrigeration occurs, and the operating efficiency of the refrigeration cycle apparatus is reduced as compared with conventional refrigerants. Therefore, in the refrigeration cycle apparatus using the CO 2 refrigerant, it is important to maintain the optimum COP, and when the refrigerant temperature changes, it is necessary to set the optimum refrigerant pressure for the refrigerant temperature.
However, when an expander is provided in the refrigeration cycle apparatus and the power recovered by the expander is used as part of the driving force of the compressor, the rotation speed of the expander and the compressor must be the same. Under the constraint of a constant density ratio, it is difficult to maintain an optimal COP when the operating conditions change.
Therefore, a configuration has been proposed in which an optimum COP is maintained by providing a bypass pipe that bypasses the expander and controlling the amount of refrigerant flowing into the expander (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
JP 2000-234814 A (paragraph numbers (0024) (0025) FIG. 1) JP 2001-116371 A (paragraph number (0023) FIG. 1)

しかしながら、膨張機に流入する体積流量が設計上の最適な流量との差が大きくなるにしたがって、バイパスを通過させる冷媒量が大きくなり、その結果回収できるはずの動力が十分に回収できなくなるという問題を有している。
なお、膨張機で回収した動力を、圧縮機とは別の補助圧縮機の駆動力に利用することにより、膨張機と圧縮機との回転数を同じにしなければならない制約を取り除くことは可能である。しかし、このように膨張機で補助圧縮機を駆動する場合であっても、密度比一定の制約を受けることになり、膨張機に流入する冷媒量を制御することは依然として必要となる。
However, as the difference between the volume flow rate flowing into the expander and the optimum design flow rate increases, the amount of refrigerant passing through the bypass increases, and as a result, the power that can be recovered cannot be recovered sufficiently. have.
By using the power recovered by the expander as the driving force of an auxiliary compressor that is different from the compressor, it is possible to remove the restriction that the rotation speed of the expander and the compressor must be the same. is there. However, even when the auxiliary compressor is driven by the expander in this way, the density ratio is limited and it is still necessary to control the amount of refrigerant flowing into the expander.

そこで本発明は、密度比一定の制約を最大限回避し、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to avoid the restriction of a constant density ratio as much as possible and to obtain a high power recovery effect in a wide operation range.

請求項1記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機と並列にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする。
請求項2記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、発電機を接続したサブ膨張機を前記膨張機の吸入側に設けたことを特徴とする。
請求項3記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、発電機を接続したサブ膨張機を前記膨張機の吐出側に設けたことを特徴とする。
請求項4記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に第1サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第1サブ膨張機に並列に第2サブ膨張機を設け、前記第1サブ膨張機及び前記第2サブ膨張機にそれぞれ発電機を接続したことを特徴とする。
請求項5記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側にサブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記サブ膨張機に並列にバイパス流路を設け、前記バイパス流路にバイパス弁を設けたことを特徴とする。
請求項6記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に予膨張弁を設け、前記膨張機及び前記予膨張弁に並列にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする。
請求項7記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に第1サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第1サブ膨張機に並列に第2サブ膨張機を設け、前記第1サブ膨張機に接続する発電機を前記第2サブ膨張機に接続する発電機とし、前記発電機は前記第1サブ膨張機及び前記第2サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えたことを特徴とする。
請求項8記載の本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吐出側に第1サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第1サブ膨張機に並列に第2サブ膨張機を設け、前記第1サブ膨張機に接続する発電機を前記第2サブ膨張機に接続する発電機とし、前記発電機は前記第1サブ膨張機及び前記第2サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えことを特徴とする。
請求項9記載の本発明は、請求項1から請求項8のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吸入側又は前記圧縮機の吐出側に補助圧縮機を備え、前記膨張機で回収した動力を、前記圧縮機に代えて前記補助圧縮機を駆動する動力として用いることを特徴とする。
請求項10記載の本発明は、請求項1から請求項8のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁と、前記膨張機及び前記サブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁とを備え、前記第1四方弁によって、前記圧縮機からの吐出冷媒を前記第2の熱交換器又は前記第2の熱交換器に択一的に流し、前記第2四方弁によって前記膨張機及び前記サブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする。
請求項11記載の本発明は、請求項9に記載の冷凍サイクル装置において、前記圧縮機及び前記補助圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁と、前記膨張機及び前記サブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁とを備え、前記第1四方弁によって、前記圧縮機及び前記補助圧縮機からの吐出冷媒を前記第2の熱交換器又は前記第2の熱交換器に択一的に流し、前記第2四方弁によって前記膨張機及び前記サブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする。
The refrigeration cycle apparatus according to the first aspect of the present invention uses carbon dioxide as a refrigerant, and includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and power recovered by the expander. Is a refrigeration cycle apparatus for driving the compressor, wherein a sub-expander is provided in parallel with the expander, and a generator is connected to the sub-expander.
The refrigeration cycle apparatus of the present invention according to claim 2 uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and recovers power recovered by the expander. Is a refrigeration cycle apparatus used for driving the compressor, wherein a sub-expander connected to a generator is provided on the suction side of the expander.
The refrigeration cycle apparatus of the present invention according to claim 3 uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and recovers power recovered by the expander. Is a refrigeration cycle apparatus used for driving the compressor, wherein a sub-expander connected to a generator is provided on the discharge side of the expander.
The refrigeration cycle apparatus of the present invention described in claim 4 uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and recovers power recovered by the expander. Is used for driving the compressor, wherein a first sub expander is provided on the suction side of the expander, and a second sub expander is provided in parallel with the expander and the first sub expander. A generator is connected to each of the first sub expander and the second sub expander.
The refrigeration cycle apparatus of the present invention according to claim 5 uses carbon dioxide as a refrigerant, and includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and power recovered by the expander. Is used for driving the compressor, a sub-expander is provided on the suction side of the expander, a bypass flow path is provided in parallel with the expander and the sub-expander, and the bypass flow path is provided. A bypass valve is provided.
The refrigeration cycle apparatus of the present invention described in claim 6 uses carbon dioxide as a refrigerant, and includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and the power recovered by the expander. In which a pre-expansion valve is provided on the suction side of the expander, and a sub-expander is provided in parallel with the expander and the pre-expansion valve. It is characterized by connecting a generator.
The refrigeration cycle apparatus of the present invention according to claim 7 uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and recovers power recovered by the expander. Is used for driving the compressor, wherein a first sub expander is provided on the suction side of the expander, and a second sub expander is provided in parallel with the expander and the first sub expander. The generator connected to the first sub-expander is a generator connected to the second sub-expander, and the generator is connected to one of the first sub-expander and the second sub-expander. A clutch mechanism is provided.
The refrigeration cycle apparatus of the present invention according to claim 8 uses carbon dioxide as a refrigerant, and includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and power recovered by the expander. In which the first sub-expander is provided on the discharge side of the expander, and the second sub- expander is provided in parallel with the expander and the first sub-expander. The generator connected to the first sub-expander is a generator connected to the second sub-expander, and the generator is connected to one of the first sub-expander and the second sub-expander. A clutch mechanism is provided.
A ninth aspect of the present invention is the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein an auxiliary compressor is provided on the suction side of the compressor or the discharge side of the compressor, and the expander The power recovered in step 1 is used as power for driving the auxiliary compressor instead of the compressor.
A tenth aspect of the present invention is the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein the first four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor are connected; And a second four-way valve to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the expander and the sub-expander are connected, and the first four-way valve allows the refrigerant discharged from the compressor to be discharged into the second heat exchanger. Alternatively, the refrigerant flows through the second heat exchanger as an alternative, and the direction of the refrigerant flowing through the expander and the sub-expander is always the same by the second four-way valve.
The present invention according to claim 11 is the refrigeration cycle apparatus according to claim 9, wherein the first four-way valve to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor and the auxiliary compressor are connected, and the expander And a second four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the sub-expander are connected, and the first four-way valve allows the refrigerant discharged from the compressor and the auxiliary compressor to be discharged to the second Alternatively, the refrigerant flows through the heat exchanger or the second heat exchanger, and the direction of the refrigerant flowing through the expander and the sub-expander is always the same by the second four-way valve.

本発明によれば、密度比一定の制約を最大限回避し、幅広い運転範囲の中で高い動力回収効果を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to avoid the restriction of a constant density ratio as much as possible, and to obtain a high power recovery effect within a wide operation range.

発明の実施の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

本発明による第1の実施の形態は、膨張機と並列にサブ膨張機を設け、サブ膨張機に発電機を接続したものであり、サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、膨張機をバイパスさせる冷媒を利用してサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第2の実施の形態は、発電機を接続したサブ膨張機を膨張機の吸入側に設けたものであり、サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、予膨張の冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行うサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第3の実施の形態は、発電機を接続したサブ膨張機を膨張機の吐出側に設けたものであり、サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、追加膨張の冷媒量を変更し、低圧側圧力を最適に制御することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、追加膨張を行うサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第4の実施の形態は、膨張機の吸入側に第1サブ膨張機を設け、膨張機及び第1サブ膨張機に並列に第2サブ膨張機を設け、第1サブ膨張機及び第2サブ膨張機にそれぞれ発電機を接続したものであり、第1サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、予膨張の冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。また第2サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行う第1サブ膨張機、及び膨張機をバイパスさせる冷媒を利用して第2サブ膨張機においても、それぞれ膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第5の実施の形態は、膨張機の吸入側にサブ膨張機を設け、膨張機及びサブ膨張機に並列にバイパス流路を設け、バイパス流路にバイパス弁を設けたものであり、サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、予膨張の冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。またバイパス流路に設けたバイパス弁の開度を変更することで、バイパス流路を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行うサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第6の実施の形態は、膨張機の吸入側に予膨張弁を設け、膨張機及び予膨張弁に並列にサブ膨張機を設け、サブ膨張機に発電機を接続したものであり、予膨張弁の開度を変更することで、高圧側圧力を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。またサブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、膨張機をバイパスさせる冷媒を利用してサブ膨張機においても膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。
本発明による第7の実施の形態は、膨張機の吸入側に第1サブ膨張機を設け、膨張機及び第1サブ膨張機に並列に第2サブ膨張機を設け、第1サブ膨張機に接続する発電機を、第2サブ膨張機に接続する発電機とし、発電機は第1サブ膨張機及び第2サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えたものである。本実施の形態によれば、第1サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、予膨張の冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。また第2サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行う第1サブ膨張機、及び膨張機をバイパスさせる冷媒を利用して第2サブ膨張機においても、それぞれ膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。また一つの発電機によって、第1サブ膨張機及び第2サブ膨張機の膨張動力を電力に変換して回収することができる。
本発明による第8の実施の形態は、膨張機の吐出側に第1サブ膨張機を設け、膨張機及び第1サブ膨張機に並列に第2サブ膨張機を設け、第1サブ膨張機に接続する発電機を第2サブ膨張機に接続する発電機とし、発電機は第1サブ膨張機及び第2サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えたものである。本実施の形態によれば、第1サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、追加膨張の冷媒量を変更し、低圧側圧力を最適に制御することができる。また第2サブ膨張機の発電機のトルクを変更することで、サブ膨張機を流れる冷媒量を変更し、膨張機を流れる冷媒量を最適なCOPとなるように調整することができる。従って膨張機において動力回収を効率的に行えることができるとともに、予膨張を行う第1サブ膨張機、及び膨張機をバイパスさせる冷媒を利用して第2サブ膨張機においても、それぞれ膨張動力を発電機によって電力に変換して回収することができる。また一つの発電機によって、第1サブ膨張機及び第2サブ膨張機の膨張動力を電力に変換して回収することができる。
本発明による第9の実施の形態は、第1から第8の実施の形態において、膨張機で回収した動力を、補助圧縮機を駆動する動力として用いることができる。
本発明による第10の実施の形態は、第1から第8の実施の形態において、圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁と、膨張機及びサブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁とを備え、第1四方弁によって、圧縮機からの吐出冷媒を第2の熱交換器又は第2の熱交換器に択一的に流し、第2四方弁によって膨張機及びサブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことで、第から第の実施の形態を冷暖房型空気調和装置として利用することができる。
本発明による第11の実施の形態は、第9の実施の形態において、圧縮機及び補助圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁と、膨張機及びサブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁とを備え、第1四方弁によって、圧縮機及び補助圧縮機からの吐出冷媒を第2の熱交換器又は第2の熱交換器に択一的に流し、第2四方弁によって膨張機及びサブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことで、第9の実施の形態を冷暖房型空気調和装置として利用することができる。
In the first embodiment of the present invention, a sub-expander is provided in parallel with the expander, and a generator is connected to the sub-expander. By changing the torque of the generator of the sub-expander, The amount of refrigerant flowing through the expander can be changed, and the amount of refrigerant flowing through the expander can be adjusted to an optimum COP. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander, and expansion power can also be recovered by converting the expansion power into electric power by the generator using the refrigerant that bypasses the expander.
In the second embodiment of the present invention, the sub-expander connected to the generator is provided on the suction side of the expander, and the pre-expansion refrigerant is changed by changing the torque of the generator of the sub-expander. The amount can be changed and the amount of refrigerant flowing through the expander can be adjusted to an optimum COP. Accordingly, power recovery can be efficiently performed in the expander, and expansion power can also be recovered and converted into electric power by the generator in the sub-expander that performs pre-expansion.
In the third embodiment of the present invention, a sub-expander connected to a generator is provided on the discharge side of the expander, and a refrigerant for additional expansion is obtained by changing the torque of the generator of the sub-expander. The amount can be changed to optimally control the low pressure side pressure. Accordingly, power recovery can be efficiently performed in the expander, and expansion power can be recovered by converting the expansion power into electric power by the generator even in the sub-expander that performs additional expansion.
According to a fourth embodiment of the present invention, a first sub expander is provided on the suction side of the expander, a second sub expander is provided in parallel with the expander and the first sub expander, and the first sub expander and A generator is connected to each of the second sub expanders. By changing the torque of the generator of the first sub expander, the amount of pre-expansion refrigerant is changed, and the amount of refrigerant flowing through the expander is optimized. It can be adjusted to be COP. Further, by changing the torque of the generator of the second sub-expander, the amount of refrigerant flowing through the sub-expander can be changed, and the amount of refrigerant flowing through the expander can be adjusted to an optimum COP. Accordingly, power recovery can be performed efficiently in the expander, and the first sub-expander that performs pre-expansion and the second sub-expander using the refrigerant that bypasses the expander also generate expansion power. It can be converted into electric power and recovered by the machine.
In the fifth embodiment of the present invention, a sub expander is provided on the suction side of the expander, a bypass flow path is provided in parallel with the expander and the sub expander, and a bypass valve is provided in the bypass flow path. By changing the torque of the generator of the sub-expander, the amount of refrigerant for pre-expansion can be changed, and the amount of refrigerant flowing through the expander can be adjusted to an optimum COP. Further, by changing the opening degree of the bypass valve provided in the bypass passage, the amount of refrigerant flowing through the bypass passage can be changed and the amount of refrigerant flowing through the expander can be adjusted to be an optimum COP. Accordingly, power recovery can be efficiently performed in the expander, and expansion power can also be recovered and converted into electric power by the generator in the sub-expander that performs pre-expansion.
In the sixth embodiment of the present invention, a pre-expansion valve is provided on the suction side of the expander, a sub-expander is provided in parallel with the expander and the pre-expansion valve, and a generator is connected to the sub-expander. By changing the opening degree of the pre-expansion valve, the high-pressure side pressure can be changed and the amount of refrigerant flowing through the expander can be adjusted to an optimum COP. In addition, by changing the torque of the generator of the sub-expander, the amount of refrigerant flowing through the sub-expander can be changed and the amount of refrigerant flowing through the expander can be adjusted to an optimum COP. Therefore, power can be efficiently recovered in the expander, and expansion power can also be recovered by converting the expansion power into electric power by the generator using the refrigerant that bypasses the expander.
In the seventh embodiment of the present invention, a first sub-expander is provided on the suction side of the expander, a second sub-expander is provided in parallel with the expander and the first sub-expander, and the first sub-expander is provided. The generator to be connected is a generator that is connected to the second sub-expander, and the generator is provided with a clutch mechanism that is connected to either the first sub-expander or the second sub-expander. According to the present embodiment, by changing the torque of the generator of the first sub-expander, the amount of pre-expansion refrigerant is changed, and the amount of refrigerant flowing through the expander is adjusted to be an optimal COP. Can do. Further, by changing the torque of the generator of the second sub-expander, the amount of refrigerant flowing through the sub-expander can be changed, and the amount of refrigerant flowing through the expander can be adjusted to an optimum COP. Accordingly, power recovery can be efficiently performed in the expander, and the first sub-expander that performs pre-expansion and the second sub-expander using the refrigerant that bypasses the expander also generate expansion power. It can be converted into electric power and recovered by the machine. In addition, the expansion power of the first sub-expander and the second sub-expander can be converted into electric power and recovered by one generator.
In an eighth embodiment of the present invention, a first sub expander is provided on the discharge side of the expander, a second sub expander is provided in parallel with the expander and the first sub expander, and the first sub expander is provided in the first sub expander. The generator to be connected is a generator that is connected to the second sub-expander, and the generator includes a clutch mechanism that connects to either the first sub-expander or the second sub-expander. According to the present embodiment, by changing the torque of the generator of the first sub-expander, the amount of additional expansion refrigerant can be changed, and the low-pressure side pressure can be optimally controlled. Further, by changing the torque of the generator of the second sub-expander, the amount of refrigerant flowing through the sub-expander can be changed, and the amount of refrigerant flowing through the expander can be adjusted to an optimum COP. Accordingly, power recovery can be efficiently performed in the expander, and the first sub-expander that performs pre-expansion and the second sub-expander using the refrigerant that bypasses the expander also generate expansion power. It can be converted into electric power and recovered by the machine. In addition, the expansion power of the first sub-expander and the second sub-expander can be converted into electric power and recovered by one generator.
In the ninth embodiment according to the present invention, the power recovered by the expander in the first to eighth embodiments can be used as power for driving the auxiliary compressor.
According to a tenth embodiment of the present invention, in the first to eighth embodiments, the first four-way valve to which the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor are connected, the expander, and the sub-expander A second four-way valve connected to the discharge-side pipe and the suction-side pipe, and the refrigerant discharged from the compressor is selectively used as the second heat exchanger or the second heat exchanger by the first four-way valve. The first to eighth embodiments can be used as a cooling / heating type air conditioner by always flowing the refrigerant through the expander and the sub-expander by the second four-way valve.
An eleventh embodiment of the present invention is the same as the ninth embodiment except that the first four-way valve, the expander, and the sub-expander are connected to the discharge side pipe and the suction side pipe of the compressor and the auxiliary compressor. And a second four-way valve to which the discharge-side pipe and the suction-side pipe are connected, and the first four-way valve allows the refrigerant discharged from the compressor and the auxiliary compressor to be transferred to the second heat exchanger or the second heat exchanger. The ninth embodiment can be used as an air-conditioning / cooling air conditioner by flowing the refrigerant alternatively through the chamber and always using the second four-way valve so that the direction of refrigerant flowing through the expander and the sub-expander is always the same. .

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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO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、CO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CO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CO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CO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒又はサブ膨張機21にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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CO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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、CO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CO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CO冷媒、又はサブ膨張機21及び膨張機6にて減圧されたCO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.

本発明の一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1 is a block diagram of a heat pump type air conditioning apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 補助圧縮機の吐出側が圧縮機の吸入側となるチャージャ方式と圧縮機の吐出側が補助圧縮機の吸入側となるエクスプレッサ方式における冷房時と暖房時での固定密度比の一例を示す図The figure which shows an example of the fixed density ratio at the time of air_conditioning | cooling and heating in the charger system in which the discharge side of an auxiliary compressor becomes the suction side of a compressor, and the expresser system in which the discharge side of a compressor becomes the suction side of an auxiliary compressor 本発明によるチャージャとエクスプレッサの切り替え方式と、比較例との最適なCOP比の比較を示す図The figure which shows the comparison of the optimal COP ratio of the switching system of the charger and expressor by this invention, and a comparative example 補助圧縮機の冷房運転定格周波数を圧縮機の冷房運転定格周波数と同じ37Hzの周波数に設定した場合の、圧縮機と補助圧縮機の周波数の関係を示す図The figure which shows the relationship between the frequency of a compressor and an auxiliary compressor at the time of setting the cooling operation rated frequency of an auxiliary compressor to the same frequency of 37 Hz as the cooling operation rated frequency of a compressor. 本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioner by the other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioner by the other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioner by the other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioner by the other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioner by the other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioner by the other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioner by the other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の他の実施例によるヒートポンプ式空気調和装置の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioner by the other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention 本発明の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の構成図The block diagram of the heat pump type air conditioning air conditioner by other Example of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 圧縮機
2 第1四方弁
3 室外熱交換器
4 第2四方弁
5 予膨張弁
6 膨張機
7 バイパス弁
8 室内熱交換器
9 第3四方弁
10 補助圧縮機
11 モータ
13 第1逆止弁組装置
13a,13b,13c,13d 逆止弁
15 第2逆止弁組装置
15a,15b,15c,15d 逆止弁
21 第1補助膨張機
22、24 発電機
23 第2補助膨張機
25 予膨張弁
26 バイパス膨張弁
27 共用発電機
28 入口流路弁
36 スライディングベーン形膨張機
37 ベーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 1st 4 way valve 3 Outdoor heat exchanger 4 2nd 4 way valve 5 Pre-expansion valve 6 Expander 7 Bypass valve 8 Indoor heat exchanger 9 3rd 4 way valve 10 Auxiliary compressor 11 Motor 13 1st check valve Assembly device 13a, 13b, 13c, 13d Check valve 15 Second check valve assembly device 15a, 15b, 15c, 15d Check valve 21 First auxiliary expander 22, 24 Generator 23 Second auxiliary expander 25 Pre-expansion Valve 26 Bypass expansion valve 27 Common generator 28 Inlet flow path valve 36 Sliding vane expander 37 Vane

Claims (11)

冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機と並列にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。   A refrigeration cycle apparatus that uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and uses the power recovered by the expander to drive the compressor. A refrigeration cycle apparatus comprising a sub-expander in parallel with the expander, and a generator connected to the sub-expander. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、発電機を接続したサブ膨張機を前記膨張機の吸入側に設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 A refrigeration cycle apparatus that uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and uses the power recovered by the expander to drive the compressor. Te, refrigerating cycle apparatus characterized in that the sub-expander is provided on the suction side of the expander connected to a generator. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、発電機を接続したサブ膨張機を前記膨張機の吐出側に設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 A refrigeration cycle apparatus that uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and uses the power recovered by the expander to drive the compressor. Te, refrigerating cycle apparatus characterized in that the sub-expander is provided on the discharge side of the expander connected to a generator. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に第1サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第1サブ膨張機に並列に第2サブ膨張機を設け、前記第1サブ膨張機及び前記第2サブ膨張機にそれぞれ発電機を接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。   A refrigeration cycle apparatus that uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and uses the power recovered by the expander to drive the compressor. A first sub expander is provided on the suction side of the expander, a second sub expander is provided in parallel with the expander and the first sub expander, and the first sub expander and the second sub expander are provided. A refrigeration cycle apparatus in which a generator is connected to each machine. 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側にサブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記サブ膨張機に並列にバイパス流路を設け、前記バイパス流路にバイパス弁を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。   A refrigeration cycle apparatus that uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and uses the power recovered by the expander to drive the compressor. A refrigeration cycle apparatus comprising a sub-expander on the suction side of the expander, a bypass flow path provided in parallel with the expander and the sub-expander, and a bypass valve provided in the bypass flow path. . 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に予膨張弁を設け、前記膨張機及び前記予膨張弁に並列にサブ膨張機を設け、前記サブ膨張機に発電機を接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。   A refrigeration cycle apparatus that uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and uses the power recovered by the expander to drive the compressor. A refrigeration cycle apparatus comprising: a pre-expansion valve on the suction side of the expander; a sub-expander in parallel with the expander and the pre-expansion valve; and a generator connected to the sub-expander. . 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吸入側に第1サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第1サブ膨張機に並列に第2サブ膨張機を設け、前記第1サブ膨張機に接続する発電機を前記第2サブ膨張機に接続する発電機とし、前記発電機は前記第1サブ膨張機及び前記第2サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。   A refrigeration cycle apparatus that uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and uses the power recovered by the expander to drive the compressor. A first sub-expander on the suction side of the expander, a second sub-expander in parallel with the expander and the first sub-expander, and a generator connected to the first sub-expander. A refrigeration cycle apparatus comprising: a generator connected to the second sub expander, wherein the generator includes a clutch mechanism connected to one of the first sub expander and the second sub expander. . 冷媒として二酸化炭素を用い、圧縮機と第1の熱交換器と膨張機と第2の熱交換器とを備え、前記膨張機で回収した動力を前記圧縮機の駆動に用いる冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の吐出側に第1サブ膨張機を設け、前記膨張機及び前記第1サブ膨張機に並列に第2サブ膨張機を設け、前記第1サブ膨張機に接続する発電機を前記第2サブ膨張機に接続する発電機とし、前記発電機は前記第1サブ膨張機及び前記第2サブ膨張機のいずれか一方と接続するクラッチ機構を備えことを特徴とする冷凍サイクル装置。 A refrigeration cycle apparatus that uses carbon dioxide as a refrigerant, includes a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a second heat exchanger, and uses the power recovered by the expander to drive the compressor. A first sub-expander on the discharge side of the expander, a second sub- expander in parallel with the expander and the first sub-expander, and a generator connected to the first sub-expander. A refrigeration cycle apparatus comprising: a generator connected to the second sub expander, wherein the generator includes a clutch mechanism connected to one of the first sub expander and the second sub expander. 前記圧縮機の吸入側又は前記圧縮機の吐出側に補助圧縮機を備え、前記膨張機で回収した動力を、前記圧縮機に代えて前記補助圧縮機を駆動する動力として用いることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。   An auxiliary compressor is provided on the suction side of the compressor or the discharge side of the compressor, and the power recovered by the expander is used as power for driving the auxiliary compressor instead of the compressor. The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 8. 前記圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁と、前記膨張機及び前記サブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁とを備え、前記第1四方弁によって、前記圧縮機からの吐出冷媒を前記第1の熱交換器又は前記第2の熱交換器に択一的に流し、前記第2四方弁によって前記膨張機及び前記サブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。   A first four-way valve connected to a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor; and a second four-way valve connected to a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander and the sub-expander. The refrigerant discharged from the compressor is selectively flowed to the first heat exchanger or the second heat exchanger by the first four-way valve, and the expander and the sub-flow are flown by the second four-way valve. The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the direction of the refrigerant flowing through the expander is always the same direction. 前記圧縮機及び前記補助圧縮機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第1四方弁と、前記膨張機及び前記サブ膨張機の吐出側配管と吸入側配管とが接続される第2四方弁とを備え、前記第1四方弁によって、前記圧縮機及び前記補助圧縮機からの吐出冷媒を前記第2の熱交換器又は前記第2の熱交換器に択一的に流し、前記第2四方弁によって前記膨張機及び前記サブ膨張機を流れる冷媒方向を常に同じ方向としたことを特徴とする請求項9に記載の冷凍サイクル装置。   A first four-way valve to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the compressor and the auxiliary compressor are connected, and a second side to which a discharge side pipe and a suction side pipe of the expander and the sub expander are connected. And a refrigerant discharged from the compressor and the auxiliary compressor is selectively flowed to the second heat exchanger or the second heat exchanger by the first four-way valve, and the first 10. The refrigeration cycle apparatus according to claim 9, wherein the direction of the refrigerant flowing through the expander and the sub expander is always set to the same direction by a two-way valve.
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