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JP2000234811A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置

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Publication number
JP2000234811A
JP2000234811A JP3927899A JP3927899A JP2000234811A JP 2000234811 A JP2000234811 A JP 2000234811A JP 3927899 A JP3927899 A JP 3927899A JP 3927899 A JP3927899 A JP 3927899A JP 2000234811 A JP2000234811 A JP 2000234811A
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compressor
pressure
discharge
auxiliary
refrigerant
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Application number
JP3927899A
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English (en)
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Shozo Funakura
正三 船倉
Noriho Okaza
典穂 岡座
Mitsuharu Matsuo
光晴 松尾
Yuji Yoshida
雄二 吉田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二酸化炭素などの冷媒は、圧縮機の吐出側温
度が従来冷媒であるＨＣＦＣ２２のときよりも大幅に上
昇して、圧縮機などの信頼性を損なう。 【解決手段】 放熱側で超臨界状態となりうる冷媒を封
入し、吐出圧力に応じて減圧器３開度を操作する吐出圧
力制御器１０と、吐出温度に応じて減圧器開度を操作す
る吐出温度制御器８と、吐出温度に応じて吐出圧力制御
器８と吐出温度制御器１０とを切り替えて減圧器開度を
操作する減圧器開度操作器１１を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒として二酸化
炭素やエタン等の冷凍サイクルの放熱側で超臨界状態と
なりうる冷媒を用いた冷凍サイクル装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気（冷凍）冷蔵庫、空調機、カ
ーエアコン、冷蔵または冷凍倉庫、ショーケース等に
は、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器等を接続してなる
冷凍サイクル装置が応用され、封入される冷媒としては
フッ素原子を含有する炭化水素類が用いられてきた。
【０００３】特にフッ素原子と塩素原子をともに含有す
る炭化水素（ＨＣＦＣ、ハイドロクロロフルオロカーボ
ン）類は性能がよく、かつ不燃性、人体に対して無毒で
あることから、万一、閉空間に漏洩した場合にも爆発や
急性中毒等の危険性がないため、圧縮機や放熱器を経た
冷媒が、吸熱器（電気（冷凍）冷蔵庫の蒸発器や空調機
の室内熱交換器に相当する）内にも直接導入される直膨
システム方式の冷凍サイクル装置が広く用いられてき
た。
【０００４】これらの冷媒は、放熱器、吸熱器ともに臨
界点以下の状態で気液二相状態での潜熱を有効利用する
ことにより放熱作用や吸熱作用を行っていた。また、気
液二相状態では温度と圧力が互いに独立して変化するこ
とはなく、すなわち気液二相状態の温度を検知すること
により、そのときの圧力が特定できるため、冷凍サイク
ル装置の制御に圧力情報を必要とするときには高価な圧
力検知器の代わりに安価な温度検知器を気液二相状態と
なる放熱器あるいは吸熱器に設置して、検知される温度
から圧力を一意的に特定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＨＣＦＣ（ハ
イドロクロロフルオロカーボン）類は塩素原子を有して
いるがために、大気に放出されて成層圏に達してしまっ
た場合にオゾン層を破壊してしまうことが明らかにな
り、これらに代わって塩素原子を含まないＨＦＣ（ハイ
ドロフルオロカーボン）が使用されつつあるが、オゾン
層を破壊する性質は有しないものの大気中での寿命が長
いために温室効果が大きく、近年問題になっている地球
温暖化を防止する上では必ずしも満足な冷媒とはいえな
い。
【０００６】上記ハロゲン原子を含有するＨＣＦＣ類や
ＨＦＣ類の代わりに、オゾン破壊係数がゼロでありかつ
地球温暖化係数もハロゲン原子を含有する炭化水素類に
比べれば格段に小さい、二酸化炭素やエタンなどを冷媒
として用いる冷凍サイクル装置の可能性が検討されつつ
ある。ここで二酸化炭素の臨界温度は３１．１℃、臨界
圧力は７３７２ｋＰａ、エタンの臨界温度は３２．２
℃、臨界圧力は４８９１ｋＰａであり、これらを用いた
冷凍サイクル装置の放熱器では冷媒は超臨界状態となり
うる。
【０００７】そこで、冷媒として二酸化炭素やエタンが
封入された冷凍サイクル装置の評価を行った。評価の条
件は、吸熱器蒸発温度０℃、放熱器出口温度３５℃、吸
熱器出口過熱度０℃として、比較ベースにはＨＣＦＣ２
２を用いて、吸熱器蒸発温度０℃、放熱器出口温度３５
℃、放熱器凝縮温度４５℃、吸熱器出口過熱度０℃とし
た。その結果、表１に示すようなサイクル状態となり、
吐出温度が従来冷媒であるＨＣＦＣ２２のときよりも大
幅に上昇することが判明した。
【０００８】
【表１】 冷凍サイクル装置においては、吐出温度が高くなると、
圧縮機内に封入された潤滑油やモーター巻き線の絶縁材
料等の劣化が促進される可能性が高くなり、信頼性を損
なうという課題が生じる。
【０００９】また、二酸化炭素は臨界温度が約３１℃で
あり、従来のＣＦＣ冷媒（例えばＣＦＣ１２の臨界温度
は約１１２℃）やＨＣＦＣ冷媒（例えばＨＣＦＣ２２の
臨界温度は約９６℃）、ＨＦＣ冷媒（例えばＨＦＣ１３
４ａの臨界温度は約１０１℃）よりもかなり低く、特に
放熱器として作用する熱交換器においては超臨界状態と
なって気液二相状態が存在しない（すなわち飽和温度や
飽和圧力が存在しない）ため、従来のように熱交換器の
温度から圧力を求めることが不可能であり高価な圧力セ
ンサーを備えなければならず、コストアップとなる課題
が生じる。
【００１０】また、放熱器で超臨界状態となりうる冷媒
を用いていることから、放熱器で気液二相状態となる従
来の冷媒と比較して、圧力変動幅が大きく、かつ圧力変
動速度も速くなる。したがって万一異常状態での運転時
に圧力の上昇が早いため、冷凍サイクル装置を構成する
機器に及ぼす影響が従来よりも大きいという課題があ
る。
【００１１】本発明は、このような二酸化炭素やエタン
などを利用する場合の課題を考慮し、そのような絶縁材
料の劣化がなく、また、安全である冷凍サイクル装置を
提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、圧縮機、放熱器、減圧
器、吸熱器等からなる冷凍サイクルにおいて、放熱側で
超臨界状態となりうる冷媒を封入し、吐出温度制御器を
備えたことを特徴とするものである。
【００１３】また、前記吐出温度制御器は、吐出温度が
設定温度以上のときに減圧器開度を開くことを特徴とす
るものである。
【００１４】また 前記吐出温度制御器は、吐出温度が
設定温度以上のときに圧縮機運転能力を減少させること
を特徴とするものである。
【００１５】また、前記吐出温度制御器は、吐出温度が
設定温度以上のときに減圧器開度を開き、かつ圧縮機運
転能力を減少させることを特徴とするものである。
【００１６】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、吐出圧力に応じて減圧器開度を操作する吐出
圧力制御器と、吐出温度に応じて減圧器開度を操作する
吐出温度制御器と、吐出温度に応じて吐出圧力制御器と
吐出温度制御器とを切り替えて減圧器開度を操作する減
圧器開度操作器を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、吐出温度に応じて圧縮機運転能力を操作する
吐出温度制御器と、負荷状態に応じて圧縮機運転能力を
操作する運転能力制御器と、吐出温度に応じて吐出温度
制御器と運転能力制御器とを切り替えて圧縮機運転能力
を操作する圧縮機運転能力操作器を備えたことを特徴と
するものである。
【００１８】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、圧縮機の吸入温度と吸入圧力と吐出温度から
吐出圧力を推定する吐出圧力検知器を備えたことを特徴
とするものである。
【００１９】また、前記吐出圧力検知器は圧縮機運転能
力に応じて吐出圧力推定値を補正することを特徴とする
ものである。
【００２０】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、放熱器出口から減圧器入口までと吸熱器出口
から圧縮機吸入部までとで熱交換を行う補助熱交換器
と、放熱器出口と減圧器とを補助熱交換器をバイパスし
て接続する補助熱交換器バイパス回路、あるいは吸熱器
出口と圧縮機吸入部とを補助熱交換器をバイパスして接
続する補助熱交換器バイパス回路と、補助熱交換器バイ
パス回路に補助減圧器を備え、吐出温度に応じて補助減
圧器開度を操作する補助減圧器操作器を備えたことを特
徴とするものである。
【００２１】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、放熱器出口冷媒を分岐して一部を補助減圧器
を介して減圧し、減圧器上流側の補助熱交換器で残りの
冷媒を冷却させたのち圧縮機吸入もしくは中間圧部に導
き、吐出温度に応じて補助減圧器の開度を操作する補助
減圧器操作器を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、放熱器出口冷媒を分岐して一部を補助減圧器
を介して減圧し、減圧器上流側の補助熱交換器で残りの
冷媒を冷却させたのち圧縮機吸入もしくは中間圧部に導
き、吐出温度に応じて補助減圧器開度を操作する吐出温
度制御器と、補助減圧器を介した補助熱交換器出口の過
熱度に応じて補助減圧器開度を操作する補助熱交換器過
熱度制御器と、吐出温度に応じて吐出温度制御器と補助
熱交換器過熱度制御器を切り替えて補助減圧器開度を操
作する補助減圧器操作器を備えたことを特徴とするもの
である。
【００２３】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
は二酸化炭素であり、圧力異常上昇時の圧力保護装置と
して圧力逃がし弁を備えたことを特徴とするものであ
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図１２を用いて説明する。 （実施の形態１）本発明の実施の形態１における冷凍サ
イクル装置の概略構成を図１に示す。図１において、１
は圧縮機、２は放熱器、３は減圧器、４は吸熱器であ
り、これらを配管接続することにより冷凍サイクルを構
成し、冷媒として放熱側（圧縮機１吐出部〜放熱器２〜
減圧器３入口部）で超臨界状態となりうる冷媒、例えば
二酸化炭素が封入されている。また、５は圧縮機１から
吐出された冷媒温度あるいは吐出された冷媒が流れる配
管温度を検知する吐出温度検知器、６は吐出温度検知器
５で検知された吐出温度が設定温度以上のときに減圧器
３の開度を開方向に操作する減圧器吐出温度制御器、７
は吐出温度検知器５で検知された吐出温度が設定温度以
上のときに圧縮機１の運転能力を減少方向に操作する圧
縮機吐出温度制御器である。
【００２５】本冷凍サイクル装置の動作について説明す
る。圧縮機１で圧縮された二酸化炭素冷媒は高温高圧状
態となり、放熱器２へ導入される。放熱器２では、二酸
化炭素冷媒は超臨界状態であるので気液２相状態とはな
らずに放熱して、減圧器３で減圧されて気液二相状態と
なり吸熱器４へ導入される。吸熱器４では、外気や河川
水などから吸熱してガス状態となり、再び圧縮機１に吸
入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、
放熱器２で放熱による加熱作用、吸熱器４で吸熱による
冷却作用を行う。
【００２６】しかし、冷媒として放熱側で超臨界状態と
なる冷媒である二酸化炭素を用いているので、吐出温度
が従来冷媒である例えばＨＣＦＣ２２よりも上昇して、
圧縮機１内に封入された潤滑油（図示せず）やモーター
巻き線（図示せず）の絶縁材料等の劣化が促進され、信
頼性を損なうという事態が生じうるが、吐出温度検知器
５で吐出温度を検知し、検知された吐出温度が設定温度
Ｔ01（使用されている潤滑油や絶縁材料等の劣化する温
度を考慮して予め設定されている）以上となると、減圧
器吐出温度制御器６によって減圧器３の開度を開方向に
操作して冷媒の循環量を増大させることにより、吐出温
度を低下させる。したがって、信頼性を損なうことなく
安定して運転を継続できる。
【００２７】あるいは、吐出温度検知器５で吐出温度を
検知し、検知された吐出温度が設定温度Ｔ02（使用され
ている潤滑油や絶縁材料等の劣化する温度を考慮して予
め設定されている）以上となると、圧縮機吐出温度制御
器７によって圧縮機１の運転能力を減少方向に操作して
圧縮機１の負荷を軽減させることにより、吐出温度を低
下させる。したがって、信頼性を損なうことなく安定し
て運転を継続できる。
【００２８】あるいは、吐出温度検知器５で吐出温度を
検知し、検知された吐出温度が設定温度Ｔ03（使用され
ている潤滑油や絶縁材料等の劣化する温度を考慮して予
め設定されている）以上となると、減圧器吐出温度制御
器６によって減圧器３の開度を開方向に操作して冷媒の
循環量を増大させると同時に、圧縮機吐出温度制御器７
によって圧縮機１の運転能力を減少方向に操作して圧縮
機１の負荷を軽減させることにより、吐出温度をより確
実に低下させる。したがって、信頼性を損なうことなく
安定して運転を継続できる。
【００２９】なお、減圧器吐出温度制御器６が動作をは
じめる設定温度Ｔ01は、圧縮機吐出温度制御器７が動作
をはじめる設定温度Ｔ02よりも高く設定されていても、
低く設定されていてもかまわないが、減圧器吐出温度制
御器６と圧縮機吐出温度制御器７が同時に動作をはじめ
る設定温度Ｔ03は、設定温度Ｔ01あるいは設定温度Ｔ02
のどちらかよりも高い温度で設定されているほうが、冷
凍サイクル装置の運転状態の変化をできるだけ小さく維
持した上で吐出温度を制御できるので望ましい。 （実施の形態２）本発明の実施の形態２における冷凍サ
イクル装置の概略構成を図２に示す。図２においては、
図１と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明
を省略する。図２において、８は吐出温度検知器５で検
知された吐出温度が設定温度となるように減圧器３の開
度を制御する減圧器吐出温度制御器、９は圧縮機１から
吐出された冷媒圧力（吐出圧力）を検知する吐出圧力検
知器、１０は吐出圧力検知器９で検知された吐出圧力が
設定圧力となるように減圧器３の開度を制御する減圧器
吐出圧力制御器、１１は減圧器吐出温度制御器８と減圧
器吐出圧力制御器１０の出力を吐出温度検知器５で検知
された吐出温度に応じて切り替えあるいは融合して減圧
器３の開度を操作する減圧器開度操作器である。
【００３０】本冷凍サイクル装置の動作について説明す
る。圧縮機１で圧縮された二酸化炭素冷媒は高温高圧状
態となり、放熱器２へ導入される。放熱器２では、二酸
化炭素冷媒は超臨界状態であるので気液２相状態とはな
らずに放熱して、減圧器３で減圧されて気液二相状態と
なり吸熱器４へ導入される。吸熱器４では、外気や河川
水などから吸熱してガス状態となり、再び圧縮機１に吸
入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、
放熱器２で放熱による加熱作用、吸熱器４で吸熱による
冷却作用を行う。
【００３１】ここで、冷媒として放熱側で超臨界状態と
なる冷媒である二酸化炭素を用いているので、ＣＯＰ
（成績係数＝能力／入力）がピークとなる吐出圧力が存
在する。また（実施の形態１）で述べたように、吐出温
度が従来冷媒である例えばＨＣＦＣ２２よりも上昇し
て、圧縮機１内に封入された潤滑油（図示せず）やモー
ター巻き線（図示せず）の絶縁材料等の劣化が促進さ
れ、信頼性を損なうという課題が生じ、さらに吐出温度
が低い場合には圧縮機１に吸入される冷媒が液冷媒を含
んだ湿り状態であることが多く、液圧縮等によって圧縮
機１が破損するという課題も生じる。
【００３２】しかし、本実施の形態においては、減圧器
開度操作器１１によって減圧器３が適切に操作される。
【００３３】図３は本発明による減圧器開度操作器１１
の動作を示すフローチャートである。まず吐出温度検知
器５で検知された温度と第１吐出温度閾値（例えば圧縮
機１の許容使用範囲上限をもとに設定）との比較を行い
（ステップ１０１）、温度が第１吐出温度閾値よりも大
きい場合には吐出温度メンバシップ値を０に設定し（ス
テップ１０２）、温度が第１吐出温度閾値より小さい場
合には第１吐出温度閾値より小さい第２吐出温度閾値
（例えば圧縮機１の常用使用範囲上限をもとに設定）と
吐出温度検知器５で検知された温度との比較を行い（ス
テップ１０３）、温度が第２吐出温度閾値よりも大きい
場合には温度に応じて０から１までの範囲で単調で連続
した変化をする吐出温度メンバシップ値を設定し（ステ
ップ１０４）、温度が第２吐出温度閾値より小さい場合
には第２吐出温度閾値より小さい第３吐出温度閾値（例
えば圧縮機１の吸入側で僅かに過熱ガスとなるときの吐
出温度をもとに設定）と吐出温度検知器５で検知された
温度との比較を行い（ステップ１０５）、温度が第３吐
出温度閾値よりも大きい場合には吐出温度メンバシップ
値を１に設定し（ステップ１０６）、温度が第３吐出温
度閾値より小さい場合には第３吐出温度閾値より小さい
第４吐出温度閾値（例えば圧縮機１の吸入側で湿り状態
となるときの吐出温度をもとに設定）と吐出温度検知器
５で検知された温度との比較を行い（ステップ１０
７）、温度が第４吐出温度閾値よりも大きい場合には温
度に応じて１から０までの範囲で単調で連続した変化を
する吐出温度メンバシップ値を設定し（ステップ１０
８）、温度が第４吐出温度閾値より小さい場合には吐出
温度メンバシップ値を０に設定する（ステップ１０
２）。
【００３４】それから、減圧器吐出圧力制御器１０によ
る減圧器開度と吐出温度メンバシップ値との積量と、吐
出温度制御器８による減圧器開度と１から吐出温度メン
バシップ値を減じた値との積量の和として減圧器開度を
決定して減圧器３を操作する（ステップ１０９）もので
一定時間間隔で実行される。
【００３５】すなわち、吐出温度検知器５で検知される
温度がステップ１０１で第１吐出温度閾値より大きいと
判断されたときは、吐出温度が圧縮機１の許容使用範囲
をはずれており圧縮機１の信頼性を著しく損なう状態で
あることから、ステップ１０９では減圧器吐出温度制御
器８による減圧器開度を最優先にして、減圧器３の開度
を増加させて吐出温度を低下させる。あるいは吐出温度
検知器５で検知される温度がステップ１０７で第４吐出
温度閾値より小さいと判断されたときには、圧縮機１の
吸入部で湿り状態となっており圧縮機１の信頼性を著し
く損なう状態であることから、ステップ１０９では減圧
器吐出温度制御器８による減圧器開度を最優先にして、
減圧器３の開度を減少させて圧縮機１吸入部で適度の過
熱ガスとなるように、すなわち吐出温度を適度に上昇さ
せる。
【００３６】また吐出温度検知器５で検知される温度が
ステップ１０３で第２吐出温度閾値より小さいと判断さ
れ、かつステップ１０５で第３吐出温度閾値より大きい
と判断されたときには、温度は圧縮機１の常用使用範囲
内であり圧縮機１の信頼性には問題ない状態であること
から、ステップ１０９では減圧器吐出圧力制御器１０に
よる減圧器開度を最優先にして、吐出圧力検知器９で検
知された吐出圧力が設定圧力よりも高いときには減圧器
吐出圧力制御器１０により減圧器３の開度を増加方向に
決定する。この結果、放熱器２側の冷媒が吸熱器４側へ
移動して吐出圧力が低下するので、吐出圧力を設定圧力
に一致させることができ、成績係数の高い状態での運転
が実現できる。あるいは吐出圧力検知器９で検知された
圧力が設定圧力よりも低いときには、減圧器吐出圧力制
御器１０により減圧器３の開度を減少方向に決定する。
この結果、吸熱器４側の冷媒が圧縮機１を介して放熱器
２側へ移動して吐出圧力が上昇するので、吐出圧力を設
定圧力に一致させることができ、成績係数の高い状態で
の運転が実現できる。
【００３７】また吐出温度検知器５で検知される温度が
ステップ１０３で第２吐出温度閾値より大きいと判断さ
れ、あるいはステップ１０７で第４吐出温度閾値より大
きいと判断されたときには、吐出温度は圧縮機１の使用
許容範囲内ではあるが常用使用範囲外であり圧縮機１の
信頼性の面からはあまり好ましくない状態であることか
ら、ステップ１０９では減圧器吐出圧力制御器１０によ
る減圧器３の開度と吐出温度制御器８による減圧器３の
開度とを混合して減圧器３を操作することから、吐出温
度を圧縮機１の常用使用範囲内に収めつつ、吐出圧力を
設定圧力に一致させることができ、成績係数の高い状態
での運転が実現できる。
【００３８】以上のように、減圧器吐出温度制御器８、
減圧器吐出圧力制御器１０、減圧器開度操作器１１によ
って、圧縮機１の信頼性を維持しながら、効率の高い状
態で冷凍サイクル装置を運転することができるものであ
る。 （実施の形態３）本発明の実施の形態３における冷凍サ
イクル装置の概略構成を図４に示す。図４においては、
図１、図２と同じ構成要素については同一の符号を付
し、説明を省略する。図４において、１２は吐出温度検
知器５で検知された吐出温度が設定温度となるように圧
縮機１の運転能力を制御する圧縮機吐出温度制御器、１
３は吐出圧力検知器９で検知された吐出圧力が設定圧力
となるように圧縮機１の運転能力を制御する圧縮機吐出
圧力制御器、１４は圧縮機吐出温度制御器１２と圧縮機
吐出圧力制御器１３の出力を吐出温度検知器５で検知さ
れた吐出温度に応じて切り替えあるいは融合して圧縮機
１の運転能力を操作する圧縮機運転能力操作器である。
【００３９】ここで、冷媒として放熱側で超臨界状態と
なる冷媒である二酸化炭素を用いているので、ＣＯＰ
（成績係数＝能力／入力）がピークとなる吐出圧力が存
在する。また実施の形態１で述べたように、吐出温度が
従来冷媒である例えばＨＣＦＣ２２よりも上昇して、圧
縮機１内に封入された潤滑油（図示せず）やモーター巻
き線（図示せず）の絶縁材料等の劣化が促進され、信頼
性を損なうという課題が生じ、さらに吐出温度が低い場
合には圧縮機１に吸入される冷媒が液冷媒を含んだ湿り
状態であることが多く、液圧縮等によって圧縮機１が破
損するという課題も生じる。
【００４０】しかし、本実施の形態においては、圧縮機
運転能力操作器１４によって圧縮機１が適切に操作され
る。
【００４１】図５は本発明による圧縮機運転能力操作器
１４の動作を示すフローチャートである。まず吐出温度
検知器５で検知された温度と第１吐出温度閾値（例えば
圧縮機１の許容使用範囲上限をもとに設定）との比較を
行い（ステップ２０１）、温度が第１吐出温度閾値より
も大きい場合には吐出温度メンバシップ値を０に設定し
（ステップ２０２）、温度が第１吐出温度閾値より小さ
い場合には第１吐出温度閾値より小さい第２吐出温度閾
値（例えば圧縮機１の常用使用範囲上限をもとに設定）
と吐出温度検知器５で検知された温度との比較を行い
（ステップ２０３）、温度が第２吐出温度閾値よりも大
きい場合には温度に応じて０から１までの範囲で単調で
連続した変化をする吐出温度メンバシップ値を設定し
（ステップ２０４）、温度が第２吐出温度閾値より小さ
い場合には第２吐出温度閾値より小さい第３吐出温度閾
値（例えば圧縮機１の吸入側で僅かに過熱ガスとなると
きの吐出温度をもとに設定）と吐出温度検知器５で検知
された温度との比較を行い（ステップ２０５）、温度が
第３吐出温度閾値よりも大きい場合には吐出温度メンバ
シップ値を１に設定し（ステップ２０６）、温度が第３
吐出温度閾値より小さい場合には第３吐出温度閾値より
小さい第４吐出温度閾値（例えば圧縮機１の吸入側で湿
り状態となるときの吐出温度をもとに設定）と吐出温度
検知器５で検知された温度との比較を行い（ステップ２
０７）、温度が第４吐出温度閾値よりも大きい場合には
温度に応じて１から０までの範囲で単調で連続した変化
をする吐出温度メンバシップ値を設定し（ステップ２０
８）、温度が第４吐出温度閾値より小さい場合には吐出
温度メンバシップ値を０に設定する（ステップ２０
２）。それから、圧縮機吐出圧力制御器１３による圧縮
機運転能力と吐出温度メンバシップ値との積量と、圧縮
機吐出温度制御器１２による圧縮機運転能力と１から吐
出温度メンバシップ値を減じた値との積量の和として圧
縮機運転能力を決定して圧縮機３を操作する（ステップ
２０９）もので一定時間間隔で実行される。
【００４２】すなわち、吐出温度検知器５で検知される
温度がステップ２０１で第１吐出温度閾値より大きいと
判断されたときは、吐出温度が圧縮機１の許容使用範囲
をはずれており圧縮機１の信頼性を著しく損なう状態で
あることから、ステップ２０９では圧縮機吐出温度制御
器１２による圧縮機運転能力を最優先にして、圧縮機１
の運転能力を減少させて吐出温度を低下させる。あるい
は吐出温度検知器５で検知される温度がステップ２０７
で第４吐出温度閾値より小さいと判断されたときには、
圧縮機１の吸入部で湿り状態となっており圧縮機１の信
頼性を著しく損なう状態であることから、ステップ２０
９では圧縮機吐出温度制御器１２による圧縮機運転能力
を最優先にして、圧縮機１の運転能力を増加させて吸熱
器圧力を低下させて吸熱器４での吸熱を促進して圧縮機
１吸入部で適度の過熱ガスとなるように、すなわち吐出
温度を適度に上昇させる。
【００４３】また吐出温度検知器５で検知される温度が
ステップ２０３で第２吐出温度閾値より小さいと判断さ
れ、かつステップ２０５で第３吐出温度閾値より大きい
と判断されたときには、温度は圧縮機１の常用使用範囲
内であり圧縮機１の信頼性には問題ない状態であること
から、ステップ２０９では圧縮機吐出圧力制御器１３に
よる圧縮機運転能力を最優先にして、吐出圧力検知器９
で検知された吐出圧力が設定圧力よりも高いときには圧
縮機吐出圧力制御器１３により圧縮機１の運転能力を減
少方向に決定する。この結果、放熱器２側の冷媒が吸熱
器４側へ移動して吐出圧力が低下するので、吐出圧力を
設定圧力に一致させることができ、成績係数の高い状態
での運転が実現できる。あるいは吐出圧力検知器９で検
知された圧力が設定圧力よりも低いときには、圧縮機吐
出圧力制御器１３により圧縮機１の運転能力を増加方向
に決定する。この結果、吸熱器４側の冷媒が圧縮機１を
介して放熱器２側へ移動して吐出圧力が上昇するので、
吐出圧力を設定圧力に一致させることができ、成績係数
の高い状態での運転が実現できる。
【００４４】また吐出温度検知器５で検知される温度が
ステップ２０３で第２吐出温度閾値より大きいと判断さ
れ、あるいはステップ２０７で第４吐出温度閾値より大
きいと判断されたときには、吐出温度は圧縮機１の使用
許容範囲内ではあるが常用使用範囲外であり圧縮機１の
信頼性の面からはあまり好ましくない状態であることか
ら、ステップ２０９では圧縮機吐出圧力制御器１３によ
る圧縮機１の運転能力と圧縮機吐出温度制御器１２によ
る圧縮機１の運転能力とを混合して圧縮機１を操作する
ことから、吐出温度を圧縮機１の常用使用範囲内に収め
つつ、吐出圧力を設定圧力に一致させることができ、成
績係数の高い状態での運転が実現できる。
【００４５】以上のように、圧縮機吐出温度制御器１
２、圧縮機吐出圧力制御器１３、圧縮機運転能力操作器
１４によって、圧縮機１の信頼性を維持しながら、効率
の高い状態で冷凍サイクル装置を運転することができる
ものである。 （実施の形態４）本発明の実施の形態４における冷凍サ
イクル装置の概略構成を図６に示す。図６においては、
図１〜図５と同じ構成要素については同一の符号を付
し、説明を省略する。図６において、１５は圧縮機１の
吸入部での冷媒温度を検知する吸入温度検知器、１６は
圧縮機１の吸入圧力を検知する吸入圧力検知器である。
また１７は、吸入温度検知器１５と吸入圧力検知器１６
とで検知された吸入温度および吸入圧力と、吐出温度検
知器５で検知された吐出温度をもとに吐出圧力を推定す
る吐出圧力推定器である。
【００４６】本（実施の形態４）と（実施の形態２）と
の相違点は、吐出圧力の検知方法が異なる点である。す
なわち、（実施の形態２）では圧縮機１の吐出側に吐出
圧力検知器９を設けたが、本（実施の形態４）では、圧
縮機１の吸入側に吸入温度検知器１５と吸入圧力検知器
１６と吐出圧力推定器１７により吐出圧力を求める。以
下にその詳細について模式的な圧力−エンタルピ線図で
ある図７を用いて説明する。図７中の点線は等温線、一
点鎖線は等エントロピ線あるいは等エントロピ線と圧縮
機１の特性を考慮して求めた圧縮特性線、二点鎖線は飽
和線を表す。
【００４７】まず、吸入温度検知器１５が吸入温度Ｔa
を、吸入圧力検知器１６が吸入圧力Ｐaを検知すると、
吐出圧力推定器１７では点Ａ（Ｔ＝Ｔa、Ｐ＝Ｐa）を通
る等エントロピ線あるいは圧縮特性線を選択する。そし
て吐出温度検知器５が検知した吐出温度Ｔcにより選択
した等エントロピ線あるいは圧縮特性線上の点Ｄを特定
することにより、このときの吐出圧力Ｐdが推定でき
る。この吐出圧力Ｐdが設定圧力となるように減圧器吐
出圧力制御器１０で減圧器３の開度を求め、（実施の形
態２）で説明したように減圧器開度操作器１１で減圧器
吐出温度制御器８による減圧器３の開度と減圧器吐出圧
力制御器１０による減圧器３の開度を吐出温度によって
適切に切り替えあるいは融合して減圧器３を操作する。
【００４８】また、吸入温度検知器１５が吸入温度Ｔ
a、吸入圧力検知器１６が吸入圧力Ｐb（Ｐa≠Ｐb）を検
知すると、吐出圧力推定器１７では点Ｂ（Ｔ＝Ｔa、Ｐ
＝Ｐb）を通る等エントロピ線あるいは圧縮特性線を選
択する。そして吐出温度検知器５が検知した吐出温度Ｔ
bにより選択した等エントロピ線あるいは圧縮特性線上
の点Ｃを特定することにより、このときの吐出圧力Ｐc
が推定できる。
【００４９】以上のように、吸入圧力に比べて広い圧力
範囲が必要であり高価となる吐出圧力検知器９を備える
ことなく、吐出圧力を推定することにより、効率よく冷
凍サイクル装置が運転できる。
【００５０】なお、従来のＨＣＦＣ２２を冷媒として用
いる冷凍サイクル装置と同様に吸熱器４では気液二相状
態が存在するので、蒸発飽和温度を温度検知器により検
知して蒸発圧力（＝吸入圧力）を求めることにより、吸
入圧力検知器１６を代用させることも可能であり、さら
にコストダウンが可能となる。
【００５１】また、圧縮機特性線を予め複数種類を用意
しておいて圧縮機１の運転能力（例えば回転数）に応じ
て選択することにより、吐出圧力推定器１７で推定され
る吐出圧力がより正確になるものである。 （実施の形態５）本発明の実施の形態５における冷凍サ
イクル装置の概略構成を図８に示す。図８においては、
図１〜７と同じ構成要素については同一の符号を付し、
説明を省略する。図８において、１８は放熱器２出口〜
減圧器３入口の間の冷媒と吸熱器４出口〜圧縮機１吸入
部の間の冷媒を熱交換させる補助熱交換器、１９は補助
熱交換器１８をバイパスするように接続された補助熱交
換器バイパス管２０に設けられた補助減圧器、２１は吐
出温度検知器５に検知される吐出温度に応じて補助減圧
器１９の開度を制御する補助減圧器吐出温度制御器であ
る。
【００５２】本冷凍サイクル装置の動作について説明す
る。圧縮機１で圧縮された二酸化炭素冷媒は高温高圧状
態となり、放熱器２へ導入される。放熱器２では、二酸
化炭素冷媒は超臨界状態であるので気液２相状態とはな
らずに放熱して、補助熱交換器１８を経て、減圧器３で
減圧されて気液二相状態となり吸熱器４へ導入される。
吸熱器４では、外気や河川水などから吸熱してガス状態
となり、補助熱交換器１８を経て、再び圧縮機１に吸入
される。このようなサイクルを繰り返すことにより、放
熱器２で放熱による加熱作用、吸熱器４で吸熱による冷
却作用を行う。ここで、補助熱交換器１８では、放熱器
２を出て減圧器３に向かう比較的高温の冷媒と、吸熱器
４を出て圧縮機１に向かう比較的低温の冷媒とで熱交換
が行われる。このため、放熱器２を出た冷媒が冷却され
て減圧器３で減圧されるため、吸熱器４入口でのエンタ
ルピが減少して、吸熱器４の入口と出口でのエンタルピ
差が大きくなり、吸熱能力（冷却能力）が増大する。し
かし、吸熱器４を出た冷媒は補助熱交換器１８で加熱さ
れることとなり、圧縮機１に吸入される冷媒の温度が上
昇し、圧縮機１の吐出温度が上昇する。二酸化炭素やエ
タン等の放熱側で超臨界状態となりうる冷媒は、従来冷
媒より吐出温度が高くなるため、より一層吐出温度が高
くなり、圧縮機１の信頼性を損なう危険性が高まるもの
である。
【００５３】そこで、本実施の形態５では、吐出温度検
知器５で吐出温度を検知し、吐出温度が圧縮機１の信頼
性に悪影響を与えないように設定された設定温度以下で
あれば、補助減圧器吐出温度制御器２１によって補助減
圧器１９を閉方向に操作して、補助熱交換器１８を流れ
る冷媒量を多くすることにより、補助熱交換器１８での
熱交換量を増大させ、減圧器３入口の冷媒温度を低下さ
せ、吸熱器４入口の冷媒エンタルピを減少させて、吸熱
能力が増大して結果的に効率の高い状態で冷凍サイクル
装置を運転することができる。
【００５４】また、吐出温度が設定温度以上となると、
補助減圧器吐出温度制御器２１によって補助減圧器１９
を開方向に操作して、補助熱交換器１８を流れる冷媒量
を少なくすることにより、補助熱交換器１８での熱交換
量を減少させ、吸熱器４を出た冷媒の補助熱交換器１８
での加熱量を減少させ、圧縮機１に吸入される冷媒温度
を低下させるので、圧縮機１の吐出温度も低下して、結
果的に冷凍サイクル装置を圧縮機１の信頼性を維持でき
る運転状態を実現できる。
【００５５】以上のように、補助熱交換器１８、補助減
圧器１９、補助熱交換器バイパス管２０、補助減圧器吐
出温度制御器２１によって、圧縮機１の信頼性を維持し
ながら、効率の高い状態で冷凍サイクル装置を運転する
ことができるものである。
【００５６】なお、図８においては、補助熱交換器バイ
パス管２０を吸熱器４出口〜圧縮機１吸入部の側で補助
熱交換器１８をバイパスする構成とし、また補助減圧器
１９を補助熱交換器バイパス管２０に設ける構成として
説明したが、これにこだわるものではなく、補助熱交換
器バイパス管２０は放熱器２出口〜減圧器３入口の側で
補助熱交換器１８をバイパスする構成や補助減圧器１９
を補助熱交換器１８の入口側あるいは出口側に設置して
もよく、吐出温度に応じて補助熱交換器１８での熱交換
量が調整できればよい。また、補助減圧器１９および補
助熱交換器バイパス管２０を吸熱器４出口〜圧縮機１吸
入部の側に設けたときには、放熱器２出口〜減圧器３入
口の側よりも圧力が低いので、補助減圧器１９の設計圧
力が低くできるのでコストアップを抑制できるというメ
リットや、吐出温度が高いときに補助熱交換器バイパス
管を流れる冷媒流量を増加させるので吸熱器４出口〜圧
縮機１吸入部間での流路抵抗が減少して圧力損失による
吸入圧力低下も抑制でき、圧縮比減少による吐出温度低
下の効果も得られるというメリットがある。 （実施の形態６）本発明の実施の形態６における冷凍サ
イクル装置の概略構成を図９に示す。図９においては、
図１〜８と同じ構成要素については同一の符号を付し、
説明を省略する。図９において、２２は放熱器２出口〜
減圧器３入口の間に設けられた補助熱交換器であり、放
熱器２出口〜減圧器３入口の間で一部の冷媒を補助減圧
器２３で減圧して、補助熱交換器２２を経て圧縮機１の
吸入部あるいは中間圧部へ導くように構成される。ま
た、２４は吐出温度検知器５に検知される吐出温度に応
じて補助減圧器２３の開度を操作する補助減圧器吐出温
度制御器である。
【００５７】本冷凍サイクル装置の動作について説明す
る。圧縮機１で圧縮された二酸化炭素冷媒は高温高圧状
態となり、放熱器２へ導入される。放熱器２では、二酸
化炭素冷媒は超臨界状態であるので気液２相状態とはな
らずに放熱して、補助熱交換器２２を経て、減圧器３で
減圧されて気液二相状態となり吸熱器４へ導入される。
吸熱器４では、外気や河川水などから吸熱してガス状態
となり、再び圧縮機１に吸入される。また、放熱器２出
口〜減圧器３入口の間の冷媒の一部は補助減圧器２３で
減圧されて低温となり、補助熱交換器２２で放熱器２を
出て減圧器３に向かう比較的高温の冷媒と熱交換して加
熱され、圧縮機１の吸入部あるいは中間圧部へ導入され
る。一方、放熱器２を出た冷媒は補助熱交換器２２で冷
却されて減圧器３で減圧されるため、吸熱器４入口での
エンタルピが減少して、吸熱器４の入口と出口でのエン
タルピ差が大きくなり、一部の冷媒が補助減圧器２３の
側に流れるため吸熱器４の冷媒流量が減少しても同等の
吸熱能力（冷却能力）を維持しながら、吸熱器４の冷媒
流量減少により、吸熱器４出口〜圧縮機１吸入部の間の
圧力損失が低減して吸入圧力が上昇し、効率の高い運転
ができる。
【００５８】しかし、補助減圧器２３を出た冷媒は補助
熱交換器２２で加熱されることとなり、圧縮機１に吸入
される冷媒の温度が上昇し、圧縮機１の吐出温度が上昇
する。二酸化炭素やエタン等の放熱側で超臨界状態とな
りうる冷媒は、従来冷媒より吐出温度が高くなるため、
より一層吐出温度が高くなり、圧縮機１の信頼性を損な
う危険性が高まるものである。
【００５９】そこで、本実施の形態６では、吐出温度検
知器５で吐出温度を検知し、吐出温度が圧縮機１の信頼
性に悪影響を与えないように設定された設定温度以下で
あれば、補助減圧器吐出温度制御器２４によって補助減
圧器２３はあらかじめ設定された開度に操作され、補助
減圧器２３を経て補助熱交換器２２を流れる冷媒量を適
切に維持して、補助熱交換器２２で減圧器３入口の冷媒
温度を低下させ、吸熱器４入口の冷媒エンタルピを減少
させて、吸熱器４を流れる冷媒流量が減少しても吸熱能
力を維持しながら、吸熱器４出口〜圧縮機１吸入部の間
の圧力損失の低減により効率の高い状態で冷凍サイクル
装置を運転することができる。
【００６０】また、吐出温度が設定温度以上となると、
補助減圧器吐出温度制御器２４によって補助減圧器２３
を開方向に操作して、補助減圧器２３を経て補助熱交換
器２２を流れる冷媒量を多くすることにより、補助熱交
換器２２での補助減圧器２３を経た冷媒の温度上昇を減
少させ、圧縮機１に吸入される冷媒温度を低下させるの
で、圧縮機１の吐出温度も低下して、結果的に冷凍サイ
クル装置を圧縮機１の信頼性を維持できる運転状態を実
現できる。
【００６１】以上のように、補助熱交換器２２、補助減
圧器２３、補助減圧器吐出温度制御器２４によって、圧
縮機１の信頼性を維持しながら、効率の高い状態で冷凍
サイクル装置を運転することができるものである。
【００６２】なお、図９においては、補助熱交換器２２
の下流側で冷媒を分岐した構成としたが、これにこだわ
るものではなく、放熱器２出口〜補助熱交換器２２入口
の間で分岐して一部の冷媒を補助減圧器２３で減圧した
後補助熱交換器２２に導入して残りの冷媒と熱交換させ
る構成でも同様の効果が得られる。 （実施の形態７）本発明の実施の形態７における冷凍サ
イクル装置の概略構成を図１０に示す。図１０において
は、図１〜９と同じ構成要素については同一の符号を付
し、説明を省略する。図１０において、２４は吐出温度
検知器５で検知された吐出温度が設定温度となるように
補助減圧器２３の開度を操作する補助減圧器吐出温度制
御器、２５は補助減圧器２３を経た冷媒の補助熱交換器
２２出口側での過熱度を検知する過熱度検知器、２６は
過熱度検知器２５で検知された過熱度が設定過熱度とな
るように補助減圧器２３の開度を操作する補助減圧器過
熱度制御器、２７は補助減圧器吐出温度制御器２４と補
助減圧器過熱度制御器２６の出力を吐出温度検知器５で
検知された吐出温度に応じて切り替えあるいは融合して
補助減圧器２３の開度を操作する補助減圧器開度操作器
である。また、２８は、圧力の異常上昇時に動作する圧
力逃がし弁である。
【００６３】本冷凍サイクル装置の動作について説明す
る。圧縮機１で圧縮された二酸化炭素冷媒は高温高圧状
態となり、放熱器２へ導入される。放熱器２では、二酸
化炭素冷媒は超臨界状態であるので気液２相状態とはな
らずに放熱して、補助熱交換器２２を経て、減圧器３で
減圧されて気液二相状態となり吸熱器４へ導入される。
吸熱器４では、外気や河川水などから吸熱してガス状態
となり、再び圧縮機１に吸入される。また、放熱器２出
口〜減圧器３入口の間の冷媒の一部は補助減圧器２３で
減圧されて低温となり、補助熱交換器２２で放熱器２を
出て減圧器３に向かう比較的高温の冷媒と熱交換して加
熱され、圧縮機１の吸入部あるいは中間圧部へ導入され
る。一方、放熱器２を出た冷媒は補助熱交換器２２で冷
却されて減圧器３で減圧されるため、吸熱器４入口での
エンタルピが減少して、吸熱器４の入口と出口でのエン
タルピ差が大きくなり、一部の冷媒が補助減圧器２３の
側に流れるため吸熱器４の冷媒流量が減少しても同等の
吸熱能力（冷却能力）を維持しながら、吸熱器４の冷媒
流量減少により、吸熱器４出口〜圧縮機１吸入部の間の
圧力損失が低減して吸入圧力が上昇し、効率の高い運転
ができる。
【００６４】しかし、補助減圧器２３を出た冷媒は補助
熱交換器２２で加熱されることとなり、圧縮機１に吸入
される冷媒の温度が上昇し、圧縮機１の吐出温度が上昇
する。二酸化炭素やエタン等の放熱側で超臨界状態とな
りうる冷媒は、従来冷媒より吐出温度が高くなるため、
より一層吐出温度が高くなり、圧縮機１の信頼性を損な
う危険性が高まるものである。
【００６５】しかし、本実施の形態においては、補助減
圧器開度操作器２７によって補助減圧器２３が適切に操
作される。
【００６６】図１１は本発明による補助減圧器開度操作
器２７の動作を示すフローチャートである。まず吐出温
度検知器５で検知された温度と第１吐出温度閾値（例え
ば圧縮機１の許容使用範囲上限をもとに設定）との比較
を行い（ステップ３０１）、温度が第１吐出温度閾値よ
りも大きい場合には吐出温度メンバシップ値を０に設定
し（ステップ３０２）、温度が第１吐出温度閾値より小
さい場合には第１吐出温度閾値より小さい第２吐出温度
閾値（例えば圧縮機１の常用使用範囲上限をもとに設
定）と吐出温度検知器５で検知された温度との比較を行
い（ステップ３０３）、温度が第２吐出温度閾値よりも
大きい場合には温度に応じて０から１までの範囲で単調
で連続した変化をする吐出温度メンバシップ値を設定し
（ステップ３０４）、温度が第２吐出温度閾値より小さ
い場合には第２吐出温度閾値より小さい第３吐出温度閾
値（例えば圧縮機１の吸入側で僅かに過熱ガスとなると
きの吐出温度をもとに設定）と吐出温度検知器５で検知
された温度との比較を行い（ステップ３０５）、温度が
第３吐出温度閾値よりも大きい場合には吐出温度メンバ
シップ値を１に設定し（ステップ３０６）、温度が第３
吐出温度閾値より小さい場合には第３吐出温度閾値より
小さい第４吐出温度閾値（例えば圧縮機１の吸入側で湿
り状態となるときの吐出温度をもとに設定）と吐出温度
検知器５で検知された温度との比較を行い（ステップ３
０７）、温度が第４吐出温度閾値よりも大きい場合には
温度に応じて１から０までの範囲で単調で連続した変化
をする吐出温度メンバシップ値を設定し（ステップ３０
８）、温度が第４吐出温度閾値より小さい場合には吐出
温度メンバシップ値を０に設定する（ステップ３０
２）。それから、補助減圧器過熱度制御器２６による補
助減圧器開度と吐出温度メンバシップ値との積量と、補
助減圧器吐出温度制御器２４による補助減圧器開度と１
から吐出温度メンバシップ値を減じた値との積量の和と
して補助減圧器開度を決定して補助減圧器２３を操作す
る（ステップ３０９）もので一定時間間隔で実行され
る。
【００６７】すなわち、吐出温度検知器５で検知される
温度がステップ３０１で第１吐出温度閾値より大きいと
判断されたときは、吐出温度が圧縮機１の許容使用範囲
をはずれており圧縮機１の信頼性を著しく損なう状態で
あることから、ステップ３０９では補助減圧器吐出温度
制御器２４による補助減圧器開度を最優先にして、補助
減圧器２３の開度を開方向に操作して補助熱交換器２２
を経て圧縮機１の吸入部あるいは中間圧部に合流する冷
媒温度を低下させて、吐出温度を低下させる。あるいは
吐出温度検知器５で検知される温度がステップ３０７で
第４吐出温度閾値より小さいと判断されたときには、圧
縮機１の吸入部で湿り状態となっており圧縮機１の信頼
性を著しく損なう状態であることから、ステップ３０９
では補助減圧器吐出温度制御器２４による補助減圧器開
度を最優先にして、補助減圧器２３の開度を閉方向に操
作して補助熱交換器２２を経て圧縮機１の吸入部あるい
は中間圧部に合流する冷媒温度を上昇させて、湿り状態
の冷媒が圧縮されるのを防止する。すなわち吐出温度を
適度に上昇させる。
【００６８】また吐出温度検知器５で検知される温度が
ステップ３０３で第２吐出温度閾値より小さいと判断さ
れ、かつステップ３０５で第３吐出温度閾値より大きい
と判断されたときには、温度は圧縮機１の常用使用範囲
内であり圧縮機１の信頼性には問題ない状態であること
から、ステップ３０９では補助減圧器過熱度制御器２６
による補助減圧器開度を最優先にする。例えば、過熱度
検知器２５で検知された過熱度が設定過熱度よりも高い
ときには補助減圧器過熱度制御器２６により補助減圧器
２３の開度を開方向に決定する。この結果、補助減圧器
２３を経た冷媒の補助熱交換器２２出口での過熱度が低
下するので、補助熱交換器２２で効率よく熱交換が行わ
れ、補助減圧器２３を流れる冷媒量と減圧器３を経て吸
熱器４を流れる冷媒量が適切に調整され、成績係数の高
い状態での運転が実現できる。あるいは過熱度検知器２
５で検知された過熱度が設定過熱度よりも低いときには
補助減圧器過熱度制御器２６により補助減圧器２３の開
度を閉方向に決定する。この結果、補助減圧器２３を経
た冷媒の補助熱交換器２２出口での過熱度が適切となる
ので、補助熱交換器２２で効率よく熱交換が行われ、補
助減圧器２３を流れる冷媒量と減圧器３を経て吸熱器４
を流れる冷媒量が適切に調整され、成績係数の高い状態
での運転が実現できる。
【００６９】また吐出温度検知器５で検知される温度が
ステップ３０３で第２吐出温度閾値より大きいと判断さ
れ、あるいはステップ３０７で第４吐出温度閾値より大
きいと判断されたときには、吐出温度は圧縮機１の使用
許容範囲内ではあるが常用使用範囲外であり圧縮機１の
信頼性の面からはあまり好ましくない状態であることか
ら、ステップ３０９では補助減圧器過熱度制御器２６に
よる補助減圧器開度と補助減圧器吐出温度制御器２４に
よる補助減圧器開度とを混合して補助減圧器２３を操作
することから、吐出温度を圧縮機１の常用使用範囲内に
収めつつ、補助減圧器２３を経た冷媒の補助熱交換器２
２出口での過熱度が適切となるので、圧縮機１の信頼性
を維持しながら成績係数の高い状態での運転が実現でき
る。
【００７０】以上のように、補助減圧器吐出温度制御器
２４、補助減圧器過熱度制御器２６、補助減圧器開度操
作器２７によって、圧縮機１の信頼性を維持しながら、
効率の高い状態で冷凍サイクル装置を運転することがで
きるものである。
【００７１】また、放熱器２で超臨界状態となりうる冷
媒を用いていることから、放熱器２で気液二相状態とな
る従来の冷媒と比較して、圧力変動幅が大きく、かつ圧
力変動速度も早くなる。したがって万一冷媒過充填など
の異常状態での運転時に圧力の上昇が早いため、冷凍サ
イクル装置を構成する機器に及ぼす影響が従来よりも大
きいという課題がある。しかし、二酸化炭素を冷媒とし
て、図１０のように圧力逃がし弁２８を設けることによ
り、圧力異常上昇時には無害である二酸化炭素を冷凍サ
イクル装置外に適量放出することにより、圧力を低下さ
せることができる。また、冷凍サイクル装置内の圧力の
高い状態から大気圧下に放出された二酸化炭素は膨張し
て低温となるため、冷凍サイクル装置内の放熱側（圧縮
機１吐出部〜減圧器３入口あるいは補助減圧器２３入
口）の冷媒配管や放熱器２や補助熱交換器２２などに向
けて放出することにより、放熱側での放熱が促進され、
圧力を低下できるという効果も得られる。あるいは、冷
凍サイクル装置内の吸熱側（減圧器３出口あるいは補助
減圧器２３出口〜圧縮機１吸入部）の冷媒配管や吸熱器
４や補助熱交換器２２などに向けて放出することによ
り、吸熱側での吸熱が妨げられ、吸熱能力が低下するた
め、吸熱側の気液二相状態での蒸発が抑制されて液の割
合が増加するため、放熱側の冷媒量が減少して放熱側圧
力が低下するという効果も得られる。さらに吸熱能力が
減少することにより、図１２に示す様に吸熱器４入口と
出口でのエンタルピ差が小さくなるため、放熱器２では
放熱器出口温度がほぼ一定のまま放熱側圧力が低下する
という効果も併せて得られる。
【００７２】すなわち、二酸化炭素を用いた場合には無
害であるので、圧力逃がし弁を介して適量を冷凍サイク
ル装置外に放出して圧力の異常上昇を抑えることができ
る。
【００７３】なお、図１０においては、補助熱交換器２
２の下流側で冷媒を分岐した構成としたが、これにこだ
わるものではなく、放熱器２出口〜補助熱交換器２２入
口の間で分岐して一部の冷媒を補助減圧器２３で減圧し
た後補助熱交換器２２に導入して残りの冷媒と熱交換さ
せる構成でも同様の効果が得られる。
【００７４】
【発明の効果】以上述べたことから明らかなように、本
発明は、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器等からなる冷
凍サイクルにおいて、放熱側で超臨界状態となりうる冷
媒を封入し、吐出温度制御器を備え、前記吐出温度制御
器は、吐出温度が設定温度以上のときに減圧器開度を開
く、あるいは前記吐出温度制御器は、吐出温度が設定温
度以上のときに圧縮機運転能力を減少させることによ
り、あるいは前記吐出温度制御器は、吐出温度が設定温
度以上のときに減圧器開度を開き、かつ圧縮機運転能力
を減少させることにより、吐出温度をより確実に低下さ
せて、圧縮機などの信頼性を損なうことなく安定して運
転を継続できる。
【００７５】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、吐出圧力に応じて減圧器開度を操作する吐出
圧力制御器と、吐出温度に応じて減圧器開度を操作する
吐出温度制御器と、吐出温度に応じて吐出圧力制御器と
吐出温度制御器とを切り替えて減圧器開度を操作する減
圧器開度操作器を備えたことにより、圧縮機の信頼性を
維持しながら、効率の高い状態で冷凍サイクル装置を運
転することができるものである。
【００７６】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、吐出温度に応じて圧縮機運転能力を操作する
吐出温度制御器と、負荷状態に応じて圧縮機運転能力を
操作する運転能力制御器と、吐出温度に応じて吐出温度
制御器と運転能力制御器とを切り替えて圧縮機運転能力
を操作する圧縮機運転能力操作器を備えたことにより、
圧縮機の信頼性を維持しながら、効率の高い状態で冷凍
サイクル装置を運転することができるものである。
【００７７】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、圧縮機の吸入温度と吸入圧力と吐出温度から
吐出圧力を推定する吐出圧力検知器を備えたことによ
り、高価となる吐出圧力検知器を備えることなく、吐出
圧力を推定することにより、効率よく冷凍サイクル装置
が運転できる。
【００７８】また、前記吐出圧力検知器は圧縮機運転能
力に応じて吐出圧力推定値を補正することにより、吐出
圧力推定器で推定される吐出圧力がより正確になるもの
である。
【００７９】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、放熱器出口から減圧器入口までと吸熱器出口
から圧縮機吸入部までとで熱交換を行う補助熱交換器
と、放熱器出口と減圧器とを補助熱交換器をバイパスし
て接続する補助熱交換器バイパス回路、あるいは吸熱器
出口と圧縮機吸入部とを補助熱交換器をバイパスして接
続する補助熱交換器バイパス回路と、補助熱交換器バイ
パス回路に補助減圧器を備え、吐出温度に応じて補助減
圧器開度を操作する補助減圧器操作器を備えたことによ
り、圧縮機の信頼性を維持しながら、効率の高い状態で
冷凍サイクル装置を運転することができるものである。
【００８０】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、放熱器出口冷媒を分岐して一部を補助減圧器
を介して減圧し、減圧器上流側の補助熱交換器で残りの
冷媒を冷却させたのち圧縮機吸入もしくは中間圧部に導
き、吐出温度に応じて補助減圧器の開度を操作する補助
減圧器操作器を備えたことにより、圧縮機の信頼性を維
持しながら、効率の高い状態で冷凍サイクル装置を運転
することができるものである。
【００８１】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
を封入し、放熱器出口冷媒を分岐して一部を補助減圧器
を介して減圧し、減圧器上流側の補助熱交換器で残りの
冷媒を冷却させたのち圧縮機吸入もしくは中間圧部に導
き、吐出温度に応じて補助減圧器開度を操作する吐出温
度制御器と、補助減圧器を介した補助熱交換器出口の過
熱度に応じて補助減圧器開度を操作する補助熱交換器過
熱度制御器と、吐出温度に応じて吐出温度制御器と補助
熱交換器過熱度制御器を切り替えて補助減圧器開度を操
作する補助減圧器操作器を備えたことにより、圧縮機の
信頼性を維持しながら、効率の高い状態で冷凍サイクル
装置を運転することができるものである。
【００８２】また、放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
は二酸化炭素であり、圧力異常上昇時の圧力保護装置と
して圧力逃がし弁を備えたことにより、圧力逃がし弁を
介して適量を冷凍サイクル装置外に放出して圧力の異常
上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル装
置の概略構成図
【図２】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル装
置の概略構成図
【図３】本発明による減圧器開度操作器１１の動作を示
すフローチャート
【図４】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル装
置の概略構成図
【図５】本発明による圧縮機運転能力操作器１４の動作
を示すフローチャート
【図６】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル装
置の概略構成図
【図７】模式的な圧力−エンタルピ線図
【図８】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル装
置の概略構成図
【図９】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル装
置の概略構成図
【図１０】本発明の一実施の形態における冷凍サイクル
装置の概略構成図
【図１１】本発明による補助減圧器開度操作器２７の動
作を示すフローチャート
【図１２】模式的な圧力−エンタルピ線図
【符号の説明】
１：圧縮機 ２：放熱器 ３：減圧器 ４：吸熱器 ５：吐出温度検知器 ６：減圧器吐出温度制御器 ７：圧縮機吐出温度制御器 ８：減圧器吐出温度制御器 ９：吐出圧力検知器 １０：減圧器吐出圧力制御器 １１：減圧器開度操作器 １２：圧縮機吐出温度制御器 １３：圧縮機吐出圧力制御器 １４：圧縮機運転能力操作器 １５：吸入温度検知器 １６：吸入圧力検知器 １７：吐出圧力推定器 １８：補助熱交換器 １９：補助減圧器 ２０：補助熱交換器バイパス管 ２１：補助減圧器吐出温度制御器 ２２：補助熱交換器 ２３：補助減圧器 ２４：補助減圧器吐出温度制御器 ２５：過熱度検知器 ２６：補助減圧器過熱度制御器 ２７：補助減圧器開度操作器 ２８：圧力逃がし弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 光晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉田 雄二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも圧縮機、放熱器、減圧器、吸
    熱器を有する冷凍サイクルにおいて、放熱側で超臨界状
    態となりうる冷媒が封入され、前記圧縮機の吐出側温度
    を制御する吐出温度制御器を備えた冷凍サイクル装置。
  2. 【請求項２】 前記吐出温度制御器は、前記吐出温度が
    設定温度以上のときに前記減圧器開度を開くことを特徴
    とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
  3. 【請求項３】 前記吐出温度制御器は、前記吐出温度が
    設定温度以上のときに前記圧縮機運転能力を減少させる
    ことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
  4. 【請求項４】 前記吐出温度制御器は、前記吐出温度が
    設定温度以上のときに前記減圧器開度を開き、かつ前記
    圧縮機運転能力を減少させることを特徴とする請求項１
    記載の冷凍サイクル装置。
  5. 【請求項５】 少なくとも圧縮機、放熱器、減圧器、吸
    熱器を有する冷凍サイクルにおいて、放熱側で超臨界状
    態となりうる冷媒が封入され、前記圧縮機の吐出側圧力
    に応じて前記減圧器開度を操作する減圧器吐出圧力制御
    器と、前記圧縮機の吐出側温度に応じて前記減圧器開度
    を操作する減圧器吐出温度制御器と、前記吐出温度に応
    じて前記減圧器吐出圧力制御器と前記減圧器吐出温度制
    御器とを切り替えて前記減圧器開度を操作する減圧器開
    度操作器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装
    置。
  6. 【請求項６】 少なくとも圧縮機、放熱器、減圧器、吸
    熱器を有する冷凍サイクルにおいて、放熱側で超臨界状
    態となりうる冷媒が封入され、前記圧縮機の吐出側温度
    に応じて前記圧縮機運転能力を操作する圧縮機吐出温度
    制御器と、負荷状態に応じて前記圧縮機運転能力を操作
    する圧縮機運転能力制御器と、前記吐出温度に応じて前
    記圧縮機吐出温度制御器と前記圧縮機運転能力制御器と
    を切り替えて前記圧縮機運転能力を操作する圧縮機運転
    能力操作器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装
    置。
  7. 【請求項７】 少なくとも圧縮機、放熱器、減圧器、吸
    熱器を有する冷凍サイクルにおいて、放熱側で超臨界状
    態となりうる冷媒が封入され、前記圧縮機の吸入温度と
    吸入圧力と吐出温度に基づいて、前記圧縮機の吐出側圧
    力を推定する吐出圧力検知を備えた冷凍サイクル装置。
  8. 【請求項８】 前記吐出圧力検知器は前記圧縮機運転能
    力に応じて前記吐出圧力推定値を補正することを特徴と
    する請求項７記載の冷凍サイクル装置。
  9. 【請求項９】 少なくとも圧縮機、放熱器、減圧器、吸
    熱器を有する冷凍サイクルにおいて、放熱側で超臨界状
    態となりうる冷媒が封入され、前記放熱器出口から前記
    減圧器入口までと前記吸熱器出口から前記圧縮機吸入部
    までとで熱交換を行う補助熱交換器と、前記放熱器出口
    と前記減圧器入口とを前記補助熱交換器をバイパスして
    接続する補助熱交換器バイパス回路、あるいは前記吸熱
    器出口と前記圧縮機吸入部とを前記補助熱交換器をバイ
    パスして接続する補助熱交換器バイパス回路と、前記補
    助熱交換器バイパス回路に設けられた補助減圧器と、前
    記圧縮機の吐出側温度に応じて前記補助減圧器開度を操
    作する補助減圧器吐出温度制御器とを備えたことを特徴
    とする冷凍サイクル装置。
  10. 【請求項１０】 少なくとも圧縮機、放熱器、減圧器、
    吸熱器を有する冷凍サイクルにおいて、 放熱側で超臨界状態となりうる冷媒が封入され、前記放
    熱器出口冷媒を分岐して一部を補助減圧器を介して減圧
    し、前記減圧器上流側の補助熱交換器で残りの冷媒を冷
    却させたのち前記圧縮機吸入部もしくは中間圧部に導く
    構成を有し、 前記圧縮機の吐出側温度に応じて前記補助減圧器の開度
    を操作する補助減圧器吐出温度制御器を備えたことを特
    徴とする冷凍サイクル装置。
  11. 【請求項１１】 少なくとも圧縮機、放熱器、減圧器、
    吸熱器を有する冷凍サイクルにおいて、 放熱側で超臨界状態となりうる冷媒が封入され、前記放
    熱器出口冷媒を分岐して一部を補助減圧器を介して減圧
    し、前記減圧器上流側の補助熱交換器で残りの冷媒を冷
    却させたのち前記圧縮機吸入もしくは中間圧部に導く構
    成を有し、 前記圧縮機の吐出側温度に応じて前記補助減圧器開度を
    操作する補助減圧器吐出温度制御器と、前記補助減圧器
    を介した前記補助熱交換器出口の過熱度に応じて前記補
    助減圧器開度を操作する補助減圧器過熱度制御器と、前
    記圧縮機の吐出側温度に応じて前記補助減圧器吐出温度
    制御器と前記補助減圧器過熱度制御器を切り替えて補助
    減圧器開度を操作する補助減圧器操作器とを備えたこと
    を特徴とする冷凍サイクル装置。
  12. 【請求項１２】 前記冷媒は二酸化炭素であり、圧力異
    常上昇時の圧力保護装置として圧力逃がし弁を備えたこ
    とを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の冷凍
    サイクル装置。
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