JPH03503206A - 超臨界蒸気圧縮サイクルの運転方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 超臨界蒸気圧縮サイクル装置 先１段±１ この発明は、超臨界条件下で閉回路において作動される冷媒を利用する冷凍機、 空調ユニット及びヒートポンプのような蒸気圧縮サイクル装置に関し、特に、そ の種の装置の能力を調整及び制御する方法に関するものである。

光重量 冷凍、空調又はヒートポンプを目的とした通常の蒸気圧縮サイクル装置は、第１ 図に原理的に示される。この装置は、圧縮機（１）、凝縮熱交換器（２）、絞り 弁（３）、及び蒸発熱交換器（４）から構成される。それらの要素は流動閉回路 に連結され、そこに冷媒が循環されている。

蒸気圧縮サイクル装置の運転原理は次のとおりである：冷媒蒸気の圧力及び温度 は圧縮機（１）により増大され、次いで、その冷凍剤蒸気が凝縮器（２）に入り 、そこで冷却及び凝縮され、熱が二次冷却材に与えられる。この後、高圧液状冷 媒はｌ！張弁（３）により蒸発圧力及び温度に絞られる。蒸発器（４）において 、冷媒は沸騰し、その周囲から熱を吸収する。蒸発器流出口における蒸気は圧縮 機に吸い込まれ、サイクルが完了する。

通常の蒸気圧縮サイクル装置は、全体的に超臨界圧力で運転作動される冷媒（た とえば、Ｒ−１２、ＣＦ２１４２　）を利用する。多数の色々な物質又は物質の 混合物が、冷媒として利用される。流体の臨界温度は、凝縮が発生するための上 限を設定することから、冷媒の選択は他の要素と共に凝縮温度による影響を受け る０合理的な効率を維持するため、凝縮温度より少なくとも２０〜３０に高い臨 界温度を有する冷媒を利用することが、通常は望ましい、臨界近似温度は通常の システムの設計及び運転において、通常は避けられる。

この技術は文献中、例えば米国加熱、冷凍及び空調技術者協会ハンドブック、基 礎１９８９および冷凍１９８６（Ｈａｎｄ−ｂｏｏｋｓ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ ｎ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｈｅａｔｉｎｇ、　　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔ−ｉｎ ｇ　　ａｎｄ　　Ａｉｒ　　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ 　　Ｉｎｃ、、　　Ｆｕｎｄａｍｅｎ−ｔｉｌｓ　１９８９　ａｎｄ　Ｒｅｆｒ ｉｇｅｒａｔｉｏｎ　１９８６）　、において詳細に記載されている。

今日一般的な冷媒（へロカーボン）のオゾン破壊作用により、これらの冷媒の利 用の禁止又は縮少について強力な国際的活動がなされている。その結果、現行技 術の代替技術を見出すことが緊急な要求事項となっている。

通常の蒸気圧縮サイクル装置の能力制御は主として、蒸発器を通過する冷媒の質 量流量を調整することにより達成される。これはたとえば、圧縮機容量、絞り制 御又はバイパス操作により行われる。これらの方法には、より複雑な流れ回路や 構成要素、付加装置や付属品の必要性、部分負荷効率の低下、及び他の複雑性、 という問題が包含される。

通常のタイプの流体調整装置はサーモスタット式膨張弁であり、これは蒸発器流 出口における過熱により制御される。変動する運転条件における適切なバルブ作 動は、かなりの部分の蒸発器を冷媒を過熱するために利用することにより達成さ れ、その結果、熱伝達係数が低下することとなる。

さらに、通常の蒸気圧縮サイクル装置の凝縮器における熱排除は、主として一定 温度において生ずる。したがって、熱力学的損失が、ヒートポンプ適用時におけ るように、大きな温度増加により２次冷却材に熱を付与する時、あるいは有効２ 次冷却材流量が小さい時に発生する。

超臨界条件下における蒸気圧縮サイクルの運転は、従来ある程度は実施されてい た。へロカーボンが利用されるようになった時（４０〜５０年前）までは、Ｃｏ ２が食料及び積荷のための船舶冷凍において、冷媒として一般的に利用されてい た。そのシステムは蒸発及び凝縮により、通常は臨界未満圧力において運転され るように設計されていた。一般的には船舶が熱帯地域を通過する場合、冷却用海 水温度は高すぎ、通常の凝縮をもたらすことができず、装置は高サイドにおいて 、超臨界条件において運転されることがある。（Ｃｏ、についての臨界温度は一 ３１℃）、この場合において、高サイドにおける冷媒の充填量を、圧縮機の流出 部における圧力が９０〜１００バールに上昇されて、冷却能力を合理的レベルに 維持する点まで増大することが行われていた。ＣＯ，による冷凍技術は古典的文 献、たとえば、ピー・オスタータグ著、「冷凍処理（Ｋａｌｔｅｐｒｏｇｅｓｓ ｅ）　Ｊスプリンガ−１９３３年発行、又はエイチ・ジェー・マクインタイア「 冷凍−工学」ワイプ−１９３フ年発行、に記載されている。

古典的なＣＯ□システムにおける通常の実施慣行は、別個の貯蔵シリンダから必 要な特別の充填量を追加するというものであった０通常の方法において凝縮器の 後に装着されるレシーバないし受液部は、この発明が意図している機能を提供す ることはできない。

超臨界高サイド圧力において運転される、所定の蒸気圧縮サイクル装置の能力及 び効率を増大する別の方法は、西独特許第２７８０９５号（１９１２年）明細書 に示されている通り、周知である。この方法は、超臨界領域における中間冷却を 行う２段階圧縮を包含する。標準的システムに比較して、これは付加的な圧縮機 又はポンプ、及び熱交換器の装着を必要とする。

ダブりニー・ビー・ゴスニイによる［冷凍理論（Ｐｒｉｎ−ｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ 　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）Ｊ　　（ケンブリッジ大学１９８２年発行）は 、臨界近似圧力運転の特性のいくつかを指摘している。そこでは、高圧サイドに おける冷媒充填量の増大は、膨張弁を一時的に遮断し、蒸発器からある程度の充 填量を移転することにより達成され得ること、が示唆されている。しかし、これ は蒸発器を液体不足にし、最も望まれる時点での能力低下の原因になる。

ｌ−二１１ したがって、この発明の目的は、従来技術における前述の問題点及び不利を回避 すると共に、超臨界蒸気圧縮サイクル装置の能力を調整及び制御することのでき る新規で、改良され、かつ単純で効率的な装置を提供することである。

この発明の別の目的は、ＣＦＣ冷媒の利用を避けると同時に、安全、環境危機及 び価格に関していくつかの魅力的な冷媒を適用することのできる、蒸気圧縮サイ クルを提供することである。

この発明のさらに別の目的は、主として一定の冷媒の質量流量における運転、及 びバルブ操作による単純な能力調整を包含する、新規な能力制御方法を提供する ことである。

さらにまた、この発明の別の目的は、滑り温度ないしブライディング温度（ｇｌ ｉｄｉｎｇ　ｔｅｓｐｅｒａｔｕｒｅ）において熱を排除（ｒｅｊｅｃｔｉｎｇ ＞するサイクルを提供し、２次冷却材流量が小さい場合、あるいは２次冷却材が 比較的高温まで加熱される時、熱交換損失を低減することである。

１帆立１１ この発明の前述及び他の目的は、装置の冷凍及び加熱能力を制御するにあたり、 超臨界状態における熱力学的特性が利用されるようにした、超臨界条件（すなわ ち、超臨界高サイド圧力、臨界未満低サイド圧力）において通常的に運転される 方法、を提供することにより達成される。

この発明は、能力制御のための絞り操作前の圧力及び／又は温度の慎重利用によ る、蒸発器流入口における比エンタルピの調整を包含する。能力は、蒸発器にお ける冷媒のエンタルピ差を変動させることにより、かつ絞り操作前の冷媒の比エ ンタルピを変化させることにより制御される。これは超臨界状態においては、圧 力及び温度を独立して変化させることにより実施され得る。好ましい実施例にお いて、この比エンタルピの調整は、絞り操作前の圧力を変化させることにより実 施される。冷媒は、有効な冷却媒体により、可能な限り冷却され、また圧力が必 要なエンタルピを与えるように調整される。別の実施例は、絞り操作前の冷媒温 度の変動によるエンタルピの調整を包含している。これは、装置からの熱の排除 量を制御することにより実施される。

を 以下、この発明について、第１図〜第８図を参照して、詳細に説明する。

第一１図は通常の（臨界未満）蒸気圧縮サイクル装置の概略図である。

第２図はこの発明の好ましい実施例により構成された超臨界蒸気圧縮サイクル装 置の概略図である。この実施例は蒸発器システムの一体部分として、冷媒を液体 状態に保持する容積を包含している。

第３図はこの発明の第２実施例により構成された超臨界蒸気圧縮サイクル装置の 概略図である。この実施例は、２つのバルブの間で流れ回路に直接連結される中 間圧力レシーバを包含している。

第４図はこの発明の第３実施例により構成された超臨界蒸気圧縮サイクル装置の 概略図である。この実施例は、冷媒を液体状態に、あるいは超臨界状態に保持す る特別のレシーバを包含している。

第５図は異なる運転条件における第２図、第３図又は第４図の超臨界蒸気圧縮サ イクル装置における圧力及びエンタルどの関係を示すグラフである。

第６図はこの発明による圧力制御方法による冷凍能力の制御を示すグラフ群であ る６図示される結果は、この発明の好ましい実施例に従って組立てられた研究室 実験システムにおいて測定された。

第７国はこの発明による熱排除量の制御による冷凍能力の制御を示すグラフ群で ある０図示される結果は、この発明の好ましい実施例に従って組立てられた研究 室実験システムにおいて測定された。

第８図は二酸化炭素を冷媒として利用すると共に、異なる高サイド圧力において 運転される第２図の超臨界蒸気圧縮サイクル装置における温度及びエントロピの 関係を示すテスト結果である。

の　　　　ｔ この発明の超臨界蒸気圧縮サイクル装置は、臨界温度が熱流入口温度と熱流出口 の平均温度との間にある冷媒、及び冷媒が循環される作動流体閉回路とを包含す る。

適切な作動流体は、たとえば、エチレン（Ｃ２ｌ１４）　、ディボラン（Ｂ２Ｏ ，）１．２酸化炭素（Ｃｏｔ）−エタン（ＣＪｓ）及び酸化窒素（８，０）、と することができる。

作動流体閉回路は、一体貯蔵セグメントを備える冷媒流れループから構成されて いる。第２図はこの発明の好ましい実施例を示し、ここでは貯蔵セグメントが蒸 発器システムの一体部分となっている。流れ回路は、熱交換器１１に直列連結さ れる圧縮機１０と、向流型熱交換器１２と、絞り弁１３とを包含する。絞り弁は 任意の膨張装置に置換され得る。蒸発熱交換器１４と、液体分離器／レシーバ１ ６と、向流型熱交換器１２の低圧側とが、絞り弁１３及び圧縮機１０の流入口１ ９の中間に、流通可能に連結されている。液体レシーバ１６は蒸発器流出口１５ に連結され、またレシーバ１６のガス相流出口は向流型熱交換器１２に連結され ている。

自流型熱交換器１２はこの装置の機能を達成するために絶対に必要であるという ものではないが、その効率、特に能力増大要件に対する応答速度を改善する。こ れはまた、油を圧縮機に戻す作用も有する。そのため、レシーバ１６からの液相 ライン（第２図に破線で示される）が、向流型熱交換器１２の前で点１７におい て、あるいはその後で点１８において、あるいはこれらの点の間の任意の位置に おいて、吸引ラインに連結される。液体流量、すなわち冷媒および油は、適切な 通常の液体流量制限装置（図示されない）により制御される。ある程度過剰の液 体冷媒を蒸気ラインに流入させることにより、蒸発器流出口における流体過剰状 態が達成される。

第３区に示されるこの発明の第２実施例において、作動流体回路の貯蔵セグメン トは、弁２１及び絞り弁１３間で、流れ回路に組み込まれたレシーバ２２を包含 する。

流動回路の他の構成要素１０〜１４は前記実施例における要素と同一であるが、 熱交換器１２は重大な結果をもたらすことなく、省略することができる。レシー バ２２内の圧力は流れ回路の高サイド圧力及び低サイド圧力の中間に保持される 。

第４図におけるこの発明の第３実施例において、作動流体回路の貯蔵セグメント は特別のレシーバ２５を包含し、そこでは圧力が流動回路の高サイド圧力及び低 サイド圧力間に保持される。貯蔵セグメントはさらに、流動回路の高圧部及び低 圧部にそれぞれ連結される弁２３及び弁２４を備える。

作用について説明する。冷媒は圧縮機１０において適切な超臨界圧力まで圧縮さ れ、圧縮機流出口２０は、第５図において状態’ａ」として示される。冷媒は熱 交換器１１を通って循環され、そこで状態「ｂ」まで冷却されて、熱を適切な冷 却材、たとえば冷却空気又は水に放出する。所望により、冷媒は、状態ｒｄ、ま で絞り操作される前に、向流型熱交換器１２において状態「Ｃ」まで、さらに冷 却されても良い。絞り弁１３での圧力低下により、第３図に状Ｒ’　ｄ　Ｊとし て示されるように、ガス／液体の２相混合体が形成される。冷媒は蒸発器１４に おいて、液相の蒸発により熱を吸収する。蒸発器流出口における状態「ｅ」から 冷媒の蒸気は、向流型熱交換器１２において、圧縮機流入口１９に流入する前に 、状態「ｆ」まで過熱されても良く、圧縮機流入口１９の流入によりサイクルが 完成される。この発明の好ましい実施例におていは第２図に示されるように、蒸 発器流出口の状態「ｅ」は、蒸発器流出口における液体過剰状態により、２相領 域状態にある。

超臨界サイクル装置の能力調整は、蒸発器流入口、すなわち第５図の点ｒｄＪに おける冷媒の状態を変動させることにより達成される。冷媒の単位質量流１当た りの冷凍能力は、状態「ｄ」および状態「ｅ」間のエンタルピ差に対応する。こ のエンタルピ差は、第５図において、エンタルピ・圧力線図の水平長さとして示 されている。

絞り操作は定エンタルと処理であり、従って点ｒｄＪにおけるエンタルピは、点 「Ｃ」におけるエンタルピに等しい、その結果、定冷媒質量流量における冷凍能 力（ｋＷ）は、点「ｃ」におけるエンタルピを変動させることにより制御され得 る。

超臨界サイクルにおいては、高圧単相冷媒蒸気は凝縮されないが、熱交換器１１ において温度が低下されることに注目すべきである。熱交換器（点「ｂ」〉にお ける冷媒の終端温度は、自流が利用される場合、流入冷却空気又は水温より数度 高い、そして、高圧蒸気は向流型熱交換器において、数度低い点「Ｃ」まで冷却 されることができる。しかし、その結果、定冷却空気又は水流入温度において、 点「ｃ」における温度は、高サイドにおける圧力レベルとは無間係に、主として 一定になる。

したがって、装置能力の調整は、点「Ｃ」における温度をほぼ一定の状態として 、高サイドにおける圧力を変動することにより達成される。臨界点付近での等濃 緑のカーブは、第５図に示されるように、圧力によるエンタルピの変動をもたら す０図は基準サイクル（ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ）、高サイド圧力が低下された ことによる低能力のサイクル（ａ’−ｂ′−ｃ′−ｄ’−ｅ−ｆ　）、及び高サ イドにおける高圧による高能力のサイクル（ａ″−ｂ−〇〜−ｄ〜−ｅ−ｆ）　 　を示している。蒸発器圧力は一定であると仮定される。

高圧サイドの圧力は、単相流体により充満されていることから、温度とは無関係 である。

圧力を変動させるには、高サイドにおける冷媒の質量を変動させること、すなわ ち、高サイドにおける瞬間的冷媒充填量の所定量を、付加又は除去することが必 要である。これらの変動は液体のオーバーフロー又は蒸発器の乾燥化を避けるた め、＃！衡装置ないしバッファにより処理されなければならない。

第２図に示されるこの発明の好ましい実施例において、高サイドの冷媒質量は絞 り弁１３の開度を一時的に低減することにより、増大され得る。蒸発器に対する 付随して低減される冷媒流量により、蒸発器流出口１５における余剰液体量は低 減される。しかし、レシーバ１６から吸引ラインへの液体冷媒流量は一定である 。その結果、レシーバに流入及びそこから流、出する液体流量間のバランスはシ フトされ、その結果、レシーバの液体正味内容量は減少し、対応して流れ回路の 高圧サイドに冷媒が蓄積される。

高サイド充填量の増大は、圧力の増大、したがって、冷凍能力の増大を伴う、こ の回路の低圧サイドから高圧サイドへの質量移転は、冷凍能力と負荷と間のバラ ンスが見出されるまで継続される。

絞り弁１３の開放により、冷媒の蒸発量はほぼ一定であることから、蒸発器流出 口１５における余剰液体量が増大される。このレシーバへ流入する液体流量と、 レシーバから吸引ラインへの液体流量との差の流量が、蓄積される。その結果、 冷媒充填量が流れ回路の高サイドから低サイドへ移送され、レシーバにおいて液 体状態で貯蔵される高サイド充填量は低減される。高サイド充填量、したがって 圧力を低減することにより、装置の能力は、バランスが見出されるまで減少され る。

レシーバから圧縮機吸引ラインへのある程度の液体移送が、レシーバの液相にお ける潤滑剤の蓄積を避けるために必要になる。

第３図に示されるこの発明の第２実施例において、高サイドにおける冷媒質量は 、蒸発器への十分な液体流量を提供するために弁２１の遮断及び絞り弁１３の調 整を同時に行うことにより、増大され得る。これは高サイドから弁２１を介して レシーバへの冷媒の流量を減少させ、その場合、冷媒質量が圧縮機により低サイ ドから高サイドへ移転される。

高サイド充填量の低減が、絞り弁１３を通る流量をほぼ一定に保持しながら弁２ １を開放することにより、達成される。これは質量を流れ回路の高サイドからレ シーバ２２へ移す。

第４図に示されるこの発明の第３実施例において、高サイドの冷媒質量は、弁２ ４を開放し、同時に絞り弁１３を通る流量を低減することにより増大され得る。

これにより、冷媒充填量は絞り弁１３を通る流量の低減により、高圧サイドに蓄 積される。蒸発器に対する十分な液体流量が、弁２４を開放することにより得ら れる。

高サイド充填量の低減は、弁２３を開放し、冷媒充填量のいくらかを高サイドか らレシーバへ移送することにより、達成され得る。したがって、装置の能力制御 は、弁２３及び弁２４を調整すると同時に、絞り弁１３を操作することにより達 成される。

第２図に示されるように、この発明の好ましい実施例は、能力制御が単一弁のみ の操作により行われる単純性という利点を有している。さらに、この実施例によ り組立てられた超臨界蒸気圧縮サイクル装置は、高サイド充填量、したがって冷 却能力の変化を伴うレシーバ１６の液体内容量の変化による冷却負荷の変化に適 用できるようにすることにより、ある程度の自己調整能力を有する。

さらに、蒸発器流出口において余剰液体を有する運転により、好ましい伝熱特性 が与えられる。

第３図に示されるように、第２実施例は、単純な弁操作という利点を有する。弁 ２１のみが装置の高サイドの圧力を調整し、絞り弁１３だけで蒸発器の十分な供 給が確保される。したがって、通常のサーモスタット式弁が絞り操作のために利 用される。圧縮機に対する油の還流は、冷媒をレシーバに流動させることにより 容易に達成される。しかし、この実施例は、臨界圧力より低い高サイド圧力にお いては、能力制御機能を与えない、レシーバ２２の容積は、流出圧力及び液体ラ イン圧力間で運転されるだけであることから、比較的大きくされなければならな い。

第４図に示されるように、さらに別の実施例は、安定状態で運転されている時、 通常の蒸気圧縮サイクル装置として運転されるという利点を有する。レシーバ２ ５を流動回路に連結する弁２３及び弁２４は、能力制御中のみ作動される。この 実施例は、能力変化中、３つの異なる弁の使用を必要とする。

この後者の２つの実施例は、第１の好ましい実施例に比較して、レシーバの圧力 が高いという欠点を有する。

しかし、設計及び運転特性に関する個々のシステム間の差は、それ程重大なもの ではない。

これまで説明した実施例により組立てられた超臨界蒸気圧縮サイクル装置は、色 々な分野において適用される。

その技術は、小型及び中型の固定空調ユニットや可動空調ユニット、小型及び中 型冷凍機／冷蔵装置、小型ヒートポンプ・ユニットにおいて極めて適している。

最も有望な適用例の一つは自動車用空調装置におけるものであり、そこでは新規 な非ＣＦＣ性の軽量かつ効率的な、Ｒ１２システムの代替物の必要性が緊急事項 となっている。

この発明の詳細な説明された実施例は例示のためのものであり、限定するもので はない、また、高サイド圧力を主として一定に保持すると共に、絞り操作（状態 ’ｅ」）する前の冷媒温度を、冷却空気又は水の循環速度を変動させることによ って調整することにより、超臨界サイクル装置の能力の調整が可能であることも 明らかであろう。

冷却流体、すなわち空気又は水の流量を低減することにより、絞り操作前の温度 は増大し、能力は低下する。冷却流体の流量が増大すると、絞り操作前の温度が 低下し、したがって装置の能力が増大する。圧力及び温度制御を組合せることも 可能である。

え−１ 冷凍又はヒートポンプに対するこの発明の実際の適用例が以下の実例により示さ れており、この実例では、第２図に示されるこの発明の実施例に従って組立てら れた超臨界蒸気圧縮サイクル装置からのテスト結果が与えられ、かつ冷媒として 二酸化炭素（ＣＯ２）を利用している。

研究室テスト装置は熱源として水を利用しており、すなわち水が、蒸発器１４に おける沸騰ＣＯ２による熱交換により冷凍される。水は冷却材としても利用され 、熱交換器１１においてＣＯ□により加熱される。テスト装置は６１ｃｃｍの往 復圧縮機１０及び４１の総容積を有するレシーバ１６を包含する。このシステム は第２図に示されるように、向流型熱交換器１２及びレシーバから点１７への液 体ライン連結部を包含する。絞り弁１３は手動操作される。

実例１ この例は、絞り弁１３の位置を変動させることにより、したがって流れ回路の高 サイドにおける圧力を変動することにより、冷凍能力の制御が達成される方法を 示している。高サイド圧力を変動することにより、蒸発器流入口における冷媒の 比エンタルピが制御され、定質量流量における冷凍能力の調整が行われる。

蒸発器１４に対する水流入口温度は２０℃で一定に保持され、また熱交換器１１ に対する水流入口温度は、３５℃で一定に保持される。水の循環は蒸発器１４及 び熱交換器１１の両者において、一定である。圧縮機は一定速度で運転されてい る。

第６図は、絞り弁１３が図面上部に示されるように操作される時の、冷凍能力（ Ｑ）の変動、圧縮機シャフト仕事量（Ｗ）、高サイド圧力（ＰＨ）、ＣＯ，質量 流量（ｍ）、蒸発器流出口におけるＣＯ２温度（Ｔｅ）、熱交換器１１の流出口 におけるＣＯ７温度（Ｔ　ｂ）、及びレシーバ内の液体レベル（ｈ）を示してい る。絞り弁の位置の調整のみが操作されるものである。

図示のように、能力（Ｑ）は絞り弁（１３）を操作することにより、容易に制御 される。さらに、図から、安定状態において、循環ＣＯ２質量流量（ｍ）はほぼ 一定であり、かつ冷却能力から独立していることが明らかであろう。

また、熱交換器１１の出口でのＣＯ２温度（Ｔｂ）もほぼ一定である。グラフは 、能力の変動が高サイド圧力（ＰＨ）のみの変動の結果であることを示している 。

さらに、図から、増大された高サイド圧力が、回路の高圧サイドへのＣＯ２充填 量の移転により、レシーバ液体レベル（ｈ）の低減を伴っていることも分かるで あろう。

最後に、能力増大中の過渡期間は蒸発器流出口における重大な過熱を包含するこ とはなく、すなわちＴｅはほんの小さな変動にすぎないことが示されている。

実例２ 熱交換器１１に対する水流入口温度が高い（たとえば、周囲温度が高い）場合は 、一定の冷凍能力を維持するために、高サイド圧力を増大することが必要になる ５表１は、熱交換器１１に対する水流入口温度（ｔｗ）が異なる状態で運転され るテストからの結果を示している。

蒸発器に対する水流入口温度は２０℃で一定に保持され、また圧縮機は一定速度 で運転される。

表が示すように、周囲温度が上昇する時、冷却能力は高サイド圧力を増大するこ とにより、はぼ一定に保持され得る。冷媒質量流量は表示されるように、はぼ一 定である。増大された高サイド圧力は、液体レベルの読みにより示されるように 、レシーバの液体内容量の低減を伴表　　１ 実例３ この実例は、高サイド圧力を一定に維持し、熱交換器１１を通って循環する冷却 材（たとえば、空気又は水）の流量を調整することにより、装置の能力を調整及 び制御する可能性を示している。

第７図は、図面の上部に示されるように冷却水の循環速度（ｍ、）が調整される 時の、冷凍能力の変動（Ｑ）を示している。ＣＯ２の質量流量（ｍ）、高サイド 圧力（ＰＲ）及び熱交換器１１に対する水流入口温度（ｔｉ）は、一定に保持さ れる。圧縮機は一定速度で運転され、また蒸発器に流入する水の温度及び流量率 は一定に保持される。

冷凍能力は図示されるように、水流量の変動により容易に制御される。　ＣＯｘ の質量流量はほぼ一定である。

実例４ 第８図は、エントロピ・温度線図における超臨界サイクルのグラフである０図示 されるサイクルは異なる５つの高サイド圧力における運転中の、研究室テスト装 置における測定値に基づくものである。蒸発器の圧力は一定に保持される。冷媒 はＣｏ２である。

図は、高サイド圧力の変動によりもたらされる蒸発器流入口における比エンタル ピ（ｈ）の変化を示し、能力制御理論が良く分かるであろう。

ＯＩｏ　　　　　２０　　　　３０　　　　４０　　　　５０　　　　６０　　 　　７６時間（分） Ｆｉｇ、　７ Ｆｉｇ、　８ 温　度、Ｔ　ケルビン 補正書の翻訳文提出書く特許法第１８４条の７第１項）平成　２年　９月１０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．超臨界条件において機能する冷媒を連用する一体的な閉回路を形成するよう に直列連結された圧縮機（１０）、熱交換器（１１）、絞り手段（１３）及び蒸 発熱交換器（１４）から戻る蒸気圧縮サイクル装置の加熱／冷却能力の調整方法 において、 絞り手段（１３）の流入口における超臨界的に加圧された冷媒の比エンタルビの 変動により、前記能力を超整及び制御することを特徴とする方法。 ２．回路の高圧サイドにおける一時冷媒充填量を変動させることによって、絞り 手段（１３）の流入口における超臨界冷媒圧力を変動させることにより、能力超 整を行うことを特徴とする、請求項１記載の方法。 ３．熱交換器（１１）におい熱を吸収する熱交換媒体の流量を制御することによ って、絞り手段（１３）の流入口における冷媒温度を変動させることにより、能 力超整を行うことを特徴とする、請求項１記載の方法。 ４．絞り手段（１３）が、回路の低圧サイドで蒸発器（１４）と圧縮機（１０） との間に連結されるレシーバ（２０）の液体冷媒インベントリを変動させる操作 手段として連用され、かつ熱交換器（１２）がレシーバ（２０）と圧縮機（１０ ）との間に設けられて、高圧ガスからの熱を交換してレシーバ（２０）から供給 される液体を蒸発させて、蒸発器（１４）を乾燥化させることなく、高圧サイド に蓄積される充填量を急速に増大させると同時に、油を圧縮機（１０）に戻すこ とを特徴とする、請求項２記載の方法。 ６．流れ回路の高圧サイドにおける一時冷媒充填量の変動が、弁（２１）及び絞 り手段（１３）を調整して、弁（２１）及び絞り手段（１３）間で流れ回路に装 着されたレシーバ（２２）における、超臨界的に加圧された冷媒充填量を変動す ることにより達成されることを特徴とする、請求項２記載の方法。 ７．流れ回路の高圧サイドにおける一時冷媒充填量の変動が、弁（２３，２４） を備えるバイアにより流れ回路の高圧サイド及び低圧サイドに連結される貯蔵手 段（２５）に対する冷媒の充填又はそれからの除去量を識続的に調整すると共に 、貯蔵手段（２５）における圧力を高サイド圧力及び低サイド圧力の中間植に保 持することにより連成されることを特徴とする、請求項２記載の方法。 ８．冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に 記載の方法。 ９．超臨界蒸気圧縮サイクル装置が自動車用空調装置に連用されることを特徴と する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。