JP2002081766A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 放熱器で超臨界状態となりうる冷媒が封入さ
れ、補助熱交換器を有する冷凍サイクル装置において、
放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれ
か一方に基づいて選定した高圧側圧力を目標値とし、高
圧側圧力を制御すると、最も効率の良い状態で運転でき
ないといった課題に着目し、効率よく運転できる冷凍サ
イクル装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 高圧側圧力検知器と、放熱器出口側温度
検知器と、減圧器入口側温度検知器とを備え、放熱器出
口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて選定した
高圧側圧力の目標値となるように高圧側圧力を制御する
制御器とを備えた冷凍サイクル装置である。
れ、補助熱交換器を有する冷凍サイクル装置において、
放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれ
か一方に基づいて選定した高圧側圧力を目標値とし、高
圧側圧力を制御すると、最も効率の良い状態で運転でき
ないといった課題に着目し、効率よく運転できる冷凍サ
イクル装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 高圧側圧力検知器と、放熱器出口側温度
検知器と、減圧器入口側温度検知器とを備え、放熱器出
口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて選定した
高圧側圧力の目標値となるように高圧側圧力を制御する
制御器とを備えた冷凍サイクル装置である。
Description
【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（ＣＯ２）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。
炭素（ＣＯ２）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（フロン類）が用いら
れてきた。
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（フロン類）が用いら
れてきた。
【０００３】しかし、フロン類は、オゾン層を破壊する
性質を有していたり、大気中での寿命が長いために温室
効果が大きいので地球温暖化に影響を与えたりと、必ず
しも満足な冷媒とはいえない。
性質を有していたり、大気中での寿命が長いために温室
効果が大きいので地球温暖化に影響を与えたりと、必ず
しも満足な冷媒とはいえない。
【０００４】そこでフロン類の代わりに、オゾン破壊係
数がゼロでありかつ地球温暖化係数もフロン類に比べれ
ば格段に小さい、二酸化炭素（ＣＯ２）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。
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（ＣＯ２）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。
【０００５】ＣＯ２を使用した冷凍サイクル装置として
は、例えば、特公平７−１８６０２号公報に提案されて
いる。
は、例えば、特公平７−１８６０２号公報に提案されて
いる。
【０００６】この冷凍サイクル装置の動作は、原理的に
は、フロン類を使用した従来の蒸気圧縮式の冷凍サイク
ル装置の動作と同じであり、図６にＣＯ２を冷媒として
用いる冷凍サイクルのモリエル線図を示す。すなわち、
図中のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機で
気相状態のＣＯ２を圧縮する圧縮行程（Ａ−Ｂ）、高温
高圧の超臨界状態となったＣＯ２を放熱器（ガスクー
ラ）にて冷却する冷却行程（Ｂ−Ｃ）、さらに、減圧器
により減圧する減圧行程（Ｃ−Ｄ）、気液二相状態とな
ったＣＯ２を蒸発させる蒸発行程（Ｄ−Ａ）により、蒸
発潜熱で空気等の外部流体から熱を奪って外部流体を冷
却する。
は、フロン類を使用した従来の蒸気圧縮式の冷凍サイク
ル装置の動作と同じであり、図６にＣＯ２を冷媒として
用いる冷凍サイクルのモリエル線図を示す。すなわち、
図中のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機で
気相状態のＣＯ２を圧縮する圧縮行程（Ａ−Ｂ）、高温
高圧の超臨界状態となったＣＯ２を放熱器（ガスクー
ラ）にて冷却する冷却行程（Ｂ−Ｃ）、さらに、減圧器
により減圧する減圧行程（Ｃ−Ｄ）、気液二相状態とな
ったＣＯ２を蒸発させる蒸発行程（Ｄ−Ａ）により、蒸
発潜熱で空気等の外部流体から熱を奪って外部流体を冷
却する。
【０００７】図６において、蒸発行程（Ｄ−Ａ）におけ
る飽和蒸気領域（気液二相領域）から加熱蒸気領域への
移行は、フロン類の場合と同様に行われるが、冷却行程
（Ｂ−Ｃ）は、臨界点ＣＰより高圧側に位置していて、
飽和液線及び飽和蒸気線に交差することはない。すなわ
ち、臨界点ＣＰを越える領域（超臨界領域）において
は、フロン類の場合のような凝縮行程が存在せず、ＣＯ
２が液化することなく冷却されるものである。
る飽和蒸気領域（気液二相領域）から加熱蒸気領域への
移行は、フロン類の場合と同様に行われるが、冷却行程
（Ｂ−Ｃ）は、臨界点ＣＰより高圧側に位置していて、
飽和液線及び飽和蒸気線に交差することはない。すなわ
ち、臨界点ＣＰを越える領域（超臨界領域）において
は、フロン類の場合のような凝縮行程が存在せず、ＣＯ
２が液化することなく冷却されるものである。
【０００８】また、放熱器出口側（点Ｃ）の状態は、高
圧側圧力（圧縮機の吐出側から減圧器の入口側までの圧
力）と放熱器出口側の冷媒の温度（以下、放熱器出口側
温度）によって決定され、放熱器出口側温度は、放熱器
の放熱能力と、放熱器で熱交換する空気や水などの外部
流体の温度とによって決定される。そして、この空気や
水などの外部流体の温度は制御することができないの
で、放熱器出口側温度は、実質的に制御することができ
ず、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、高圧側圧力を制御
することによって制御可能となる。
圧側圧力（圧縮機の吐出側から減圧器の入口側までの圧
力）と放熱器出口側の冷媒の温度（以下、放熱器出口側
温度）によって決定され、放熱器出口側温度は、放熱器
の放熱能力と、放熱器で熱交換する空気や水などの外部
流体の温度とによって決定される。そして、この空気や
水などの外部流体の温度は制御することができないの
で、放熱器出口側温度は、実質的に制御することができ
ず、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、高圧側圧力を制御
することによって制御可能となる。
【０００９】そこで、圧縮過程（Ａ−Ｂ）のエンタルピ
差ΔＬで表される圧縮機の圧縮仕事と、蒸発行程（Ｄ−
Ａ）のエンタルピ差ΔＨで表される冷凍効果により算出
される冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ＝ΔＨ／ΔＬ）
が最大となるように、放熱器出口側温度に基づいて、高
圧側圧力を制御する圧力制御手段が特開平９−２６４６
２２号公報に提案されている。すなわち、特開平９−２
６４６２２号公報には、放熱器出口側温度（または、減
圧器入口側温度）と高圧側圧力とが図６中の実線ａよう
な最適制御線上にのるように高圧側圧力を制御すること
により、効率の良い運転が可能となることが示されてい
る。
差ΔＬで表される圧縮機の圧縮仕事と、蒸発行程（Ｄ−
Ａ）のエンタルピ差ΔＨで表される冷凍効果により算出
される冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ＝ΔＨ／ΔＬ）
が最大となるように、放熱器出口側温度に基づいて、高
圧側圧力を制御する圧力制御手段が特開平９−２６４６
２２号公報に提案されている。すなわち、特開平９−２
６４６２２号公報には、放熱器出口側温度（または、減
圧器入口側温度）と高圧側圧力とが図６中の実線ａよう
な最適制御線上にのるように高圧側圧力を制御すること
により、効率の良い運転が可能となることが示されてい
る。
【００１０】一方、特公平７−１８６０２号公報などに
は、放熱器の冷媒出口側から減圧器の入口側までの冷媒
と吸熱器の冷媒出口側から圧縮機の吸入側までの冷媒と
で熱交換を行う補助熱交換器を備えた冷凍サイクルも提
案されている。
は、放熱器の冷媒出口側から減圧器の入口側までの冷媒
と吸熱器の冷媒出口側から圧縮機の吸入側までの冷媒と
で熱交換を行う補助熱交換器を備えた冷凍サイクルも提
案されている。
【００１１】このような冷凍サイクルでは、図７のＡ’
−Ｂ’−Ｃ−Ｃ’−Ｄ’−Ａ−Ａ’で示されるように放
熱器を出て減圧器に向かう比較的高温の冷媒と、吸熱器
を出て圧縮機に向かう比較的低温の冷媒とで熱交換が行
われるために、すなわち、行程（Ｃ−Ｃ’）と行程（Ａ
−Ａ’）とで熱交換が行われるために、放熱器を出た冷
媒がさらに冷却されるため、蒸発過程（Ｄ’−Ａ）のエ
ンタルピ差ΔＨが行程（Ｄ’−Ｄ）分だけ増大するため
に、吸熱能力（冷凍効果）や成績係数を向上させること
ができる。
−Ｂ’−Ｃ−Ｃ’−Ｄ’−Ａ−Ａ’で示されるように放
熱器を出て減圧器に向かう比較的高温の冷媒と、吸熱器
を出て圧縮機に向かう比較的低温の冷媒とで熱交換が行
われるために、すなわち、行程（Ｃ−Ｃ’）と行程（Ａ
−Ａ’）とで熱交換が行われるために、放熱器を出た冷
媒がさらに冷却されるため、蒸発過程（Ｄ’−Ａ）のエ
ンタルピ差ΔＨが行程（Ｄ’−Ｄ）分だけ増大するため
に、吸熱能力（冷凍効果）や成績係数を向上させること
ができる。
【００１２】このような補助熱交換器の熱交換量は、一
定ではなく、圧縮機の回転数の変化による冷媒流量の変
化や外気温、蒸発温度等により変化する。
定ではなく、圧縮機の回転数の変化による冷媒流量の変
化や外気温、蒸発温度等により変化する。
【００１３】また、本発明者の一部は、特願平１１−３
９２７８号として、圧縮機の吐出温度の過上昇を防止す
るために、補助熱交換器を流れる冷媒流量を調整し、補
助熱交換器の熱交換量を可変にする冷凍サイクルを提案
している。
９２７８号として、圧縮機の吐出温度の過上昇を防止す
るために、補助熱交換器を流れる冷媒流量を調整し、補
助熱交換器の熱交換量を可変にする冷凍サイクルを提案
している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】放熱器で超臨界状態と
なりうる冷媒が封入され、補助熱交換器を有し、放熱器
出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれか一方
に基づいて選定した高圧側圧力を目標値とし、高圧側圧
力を制御する冷凍サイクル装置の評価を行ったところ、
以下に述べる課題が生じることが判明した。
なりうる冷媒が封入され、補助熱交換器を有し、放熱器
出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれか一方
に基づいて選定した高圧側圧力を目標値とし、高圧側圧
力を制御する冷凍サイクル装置の評価を行ったところ、
以下に述べる課題が生じることが判明した。
【００１５】すなわち、図７は一例として、蒸発温度を
０℃、放熱器出口側温度を４０℃、吸熱器出口過熱度を
０℃として、補助熱交換器の熱交換量（横軸）を変化さ
せた場合の、放熱器出口側温度、または、減圧器入口側
温度のいずれか一方に基づいて選定された高圧側圧力の
目標値、および、実際にＣＯＰが最大となる高圧側圧力
（以下、最適高圧側圧力と呼ぶ。）の変化を示した図で
ある。ただし、縦軸の高圧側圧力は、補助熱交換器の熱
交換量が零であるときの高圧側圧力を基準とした差で示
している。また、横軸は左端が補助熱交換器の熱交換量
が零の場合であり、右側にいくほど熱交換量が増加して
いることを示している。
０℃、放熱器出口側温度を４０℃、吸熱器出口過熱度を
０℃として、補助熱交換器の熱交換量（横軸）を変化さ
せた場合の、放熱器出口側温度、または、減圧器入口側
温度のいずれか一方に基づいて選定された高圧側圧力の
目標値、および、実際にＣＯＰが最大となる高圧側圧力
（以下、最適高圧側圧力と呼ぶ。）の変化を示した図で
ある。ただし、縦軸の高圧側圧力は、補助熱交換器の熱
交換量が零であるときの高圧側圧力を基準とした差で示
している。また、横軸は左端が補助熱交換器の熱交換量
が零の場合であり、右側にいくほど熱交換量が増加して
いることを示している。
【００１６】図７に示すように、補助熱交換器での熱交
換量が変化すると、最適高圧側圧力は変化し、放熱器出
口側温度のみを検出して、その温度に基づいて選定した
高圧側圧力の目標値（図７中の四角プロット）は、実際
の最適高圧側圧力（図７中の三角プロット）より高い値
となる。
換量が変化すると、最適高圧側圧力は変化し、放熱器出
口側温度のみを検出して、その温度に基づいて選定した
高圧側圧力の目標値（図７中の四角プロット）は、実際
の最適高圧側圧力（図７中の三角プロット）より高い値
となる。
【００１７】これは、放熱器出口側温度は放熱器の放熱
能力と、放熱器で熱交換する空気や水などの外部流体の
温度とによって決定されるために、補助熱交換器での熱
交換量が変化しても放熱器出口側温度は略一定（この場
合には４０℃）であるために、放熱器出口側温度のみに
基づいて選定した高圧側圧力（図７中の四角プロット）
は補助熱交換器での熱交換量によらず一定値となるのに
対し、実際にＣＯＰが最大となる高圧側圧力（図７中の
三角プロット）は、補助熱交換器での熱交換量に応じ
て、若干、低下していくためである。
能力と、放熱器で熱交換する空気や水などの外部流体の
温度とによって決定されるために、補助熱交換器での熱
交換量が変化しても放熱器出口側温度は略一定（この場
合には４０℃）であるために、放熱器出口側温度のみに
基づいて選定した高圧側圧力（図７中の四角プロット）
は補助熱交換器での熱交換量によらず一定値となるのに
対し、実際にＣＯＰが最大となる高圧側圧力（図７中の
三角プロット）は、補助熱交換器での熱交換量に応じ
て、若干、低下していくためである。
【００１８】したがって、放熱器出口側温度のみに基づ
いて選定した高圧側圧力（図７中の四角プロット）を目
標値とし、高圧側圧力を制御すると、実際にＣＯＰが最
高となる高圧側圧力（図７中の三角プロット）を目標値
とした場合より、冷凍サイクル装置の効率が悪くなる。
いて選定した高圧側圧力（図７中の四角プロット）を目
標値とし、高圧側圧力を制御すると、実際にＣＯＰが最
高となる高圧側圧力（図７中の三角プロット）を目標値
とした場合より、冷凍サイクル装置の効率が悪くなる。
【００１９】また、減圧器入口側温度のみを検出して、
その温度に基づいて選定した高圧側圧力の目標値（図７
中の菱形プロット）は、実際の最適高圧側圧力（図７中
の三角プロット）より低い値となる。
その温度に基づいて選定した高圧側圧力の目標値（図７
中の菱形プロット）は、実際の最適高圧側圧力（図７中
の三角プロット）より低い値となる。
【００２０】これは、減圧器入口側温度のみに基づいて
選定した高圧側圧力の目標値は、放熱器で熱交換する空
気や水などの外部流体の温度が低下して減圧器入口温度
が低下した場合でも、外部流体の温度は一定で補助熱交
換器の熱交換量が変化して減圧器入口温度が低下した場
合でも、どちらの場合でも同じように、高圧側圧力が選
定されるために、減圧器入口側温度のみに基づいて選定
した高圧側圧力（図７中の菱形プロット）は、補助熱交
換器での熱交換量に応じる低下量以上に大幅に低下して
いくのに対し、実際にＣＯＰが最大となる高圧側圧力
（図７中の三角プロット）は、補助熱交換器での熱交換
量に応じて、若干、低下していくためである。
選定した高圧側圧力の目標値は、放熱器で熱交換する空
気や水などの外部流体の温度が低下して減圧器入口温度
が低下した場合でも、外部流体の温度は一定で補助熱交
換器の熱交換量が変化して減圧器入口温度が低下した場
合でも、どちらの場合でも同じように、高圧側圧力が選
定されるために、減圧器入口側温度のみに基づいて選定
した高圧側圧力（図７中の菱形プロット）は、補助熱交
換器での熱交換量に応じる低下量以上に大幅に低下して
いくのに対し、実際にＣＯＰが最大となる高圧側圧力
（図７中の三角プロット）は、補助熱交換器での熱交換
量に応じて、若干、低下していくためである。
【００２１】したがって、減圧器入口側温度のみに基づ
いて選定した高圧側圧力（図７中の菱形プロット）を目
標値とし、高圧側圧力を制御すると、実際にＣＯＰが最
高となる高圧側圧力（図７中の三角プロット）を目標値
とした場合より、冷凍サイクル装置の効率が悪くなる。
いて選定した高圧側圧力（図７中の菱形プロット）を目
標値とし、高圧側圧力を制御すると、実際にＣＯＰが最
高となる高圧側圧力（図７中の三角プロット）を目標値
とした場合より、冷凍サイクル装置の効率が悪くなる。
【００２２】以上述べたように、放熱器出口側温度、ま
たは、減圧器入口側温度のいずれか一方に基づいて選定
した高圧側圧力を目標値とし、高圧側圧力を制御する
と、最も効率の良い状態で冷凍サイクル装置を運転でき
ないといった課題が生じる。
たは、減圧器入口側温度のいずれか一方に基づいて選定
した高圧側圧力を目標値とし、高圧側圧力を制御する
と、最も効率の良い状態で冷凍サイクル装置を運転でき
ないといった課題が生じる。
【００２３】本発明は、このような放熱側で超臨界状態
となりうる冷媒が封入され、補助熱交換器を備えた冷凍
サイクル装置における高圧側圧力の制御方法に着目し、
効率のよい冷凍サイクル装置を提供することを目的とす
る。
となりうる冷媒が封入され、補助熱交換器を備えた冷凍
サイクル装置における高圧側圧力の制御方法に着目し、
効率のよい冷凍サイクル装置を提供することを目的とす
る。
【００２４】
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するため、本発明は圧縮機の吐出側から減圧器の入口側
までの冷媒圧力を検知する高圧側圧力検知器と、放熱器
の冷媒出口側の冷媒温度を検出する放熱器出口側温度検
知器と、減圧器の入口側の冷媒温度を検出する減圧器入
口側温度検知器とを備え、前記高圧側圧力検知器で検出
した圧力が、前記放熱器出口側温度検知器と前記減圧器
入口側温度検知器により検知された冷媒温度の両者に基
づいて選定された目標圧力となるように、前記減圧器を
制御する制御器とを備えた冷凍サイクル装置である。
するため、本発明は圧縮機の吐出側から減圧器の入口側
までの冷媒圧力を検知する高圧側圧力検知器と、放熱器
の冷媒出口側の冷媒温度を検出する放熱器出口側温度検
知器と、減圧器の入口側の冷媒温度を検出する減圧器入
口側温度検知器とを備え、前記高圧側圧力検知器で検出
した圧力が、前記放熱器出口側温度検知器と前記減圧器
入口側温度検知器により検知された冷媒温度の両者に基
づいて選定された目標圧力となるように、前記減圧器を
制御する制御器とを備えた冷凍サイクル装置である。
【００２５】また、本発明は放熱器の冷媒出口側の冷媒
を分岐し、その一部を補助減圧器により減圧して、前記
放熱器の冷媒出口側の冷媒を冷却する第２補助熱交換器
を介して、圧縮機の吸入側もしくは中間圧部に導くバイ
パス回路を設け、前記圧縮機の吐出側から減圧器の入口
側までの冷媒圧力を検知する高圧側圧力検知器と、前記
放熱器の冷媒出口側の冷媒温度を検出する放熱器出口側
温度検知器と、前記減圧器の入口側の冷媒温度を検出す
る減圧器入口側温度検知器とを備え、前記高圧側圧力検
知器で検出した圧力が、前記放熱器出口側温度検知器と
前記減圧器入口側温度検知器により検知された冷媒温度
の両者に基づいて選定された目標圧力となるように、前
記減圧器を制御する制御器とを備えた冷凍サイクル装置
である。
を分岐し、その一部を補助減圧器により減圧して、前記
放熱器の冷媒出口側の冷媒を冷却する第２補助熱交換器
を介して、圧縮機の吸入側もしくは中間圧部に導くバイ
パス回路を設け、前記圧縮機の吐出側から減圧器の入口
側までの冷媒圧力を検知する高圧側圧力検知器と、前記
放熱器の冷媒出口側の冷媒温度を検出する放熱器出口側
温度検知器と、前記減圧器の入口側の冷媒温度を検出す
る減圧器入口側温度検知器とを備え、前記高圧側圧力検
知器で検出した圧力が、前記放熱器出口側温度検知器と
前記減圧器入口側温度検知器により検知された冷媒温度
の両者に基づいて選定された目標圧力となるように、前
記減圧器を制御する制御器とを備えた冷凍サイクル装置
である。
【００２６】また、本発明は前記放熱器出口側温度検知
器を、放熱器の外部流体入口側の流体温度を検出する温
度検知器で代用することを特徴とする冷凍サイクル装置
である。
器を、放熱器の外部流体入口側の流体温度を検出する温
度検知器で代用することを特徴とする冷凍サイクル装置
である。
【００２７】さらに、本発明は冷媒として二酸化炭素を
用いる冷凍サイクル装置である。
用いる冷凍サイクル装置である。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。
て、図面を用いて説明する。
【００２９】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における冷凍サイクル装置の概略構成図であり、同
図において、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、図
中矢印の方向に冷媒が循環する冷凍サイクルを構成し、
冷媒として放熱側となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱
器２〜減圧器３入口側までの流路）で超臨界状態となり
得る冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）が封入されてい
る。また、放熱器２の冷媒出口側から減圧器３の入口側
までの冷媒流路である放熱側冷媒流路を流れる冷媒と、
吸熱器４の冷媒出口側から圧縮機１の吸入側までの冷媒
流路である吸熱側冷媒流路を流れる冷媒とを熱交換する
補助熱交換器５を備えている。
態１における冷凍サイクル装置の概略構成図であり、同
図において、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、図
中矢印の方向に冷媒が循環する冷凍サイクルを構成し、
冷媒として放熱側となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱
器２〜減圧器３入口側までの流路）で超臨界状態となり
得る冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）が封入されてい
る。また、放熱器２の冷媒出口側から減圧器３の入口側
までの冷媒流路である放熱側冷媒流路を流れる冷媒と、
吸熱器４の冷媒出口側から圧縮機１の吸入側までの冷媒
流路である吸熱側冷媒流路を流れる冷媒とを熱交換する
補助熱交換器５を備えている。
【００３０】さらに、前記吸熱側冷媒流路には、補助熱
交換器５をバイパスするバイパス回路６が設けられてい
る。すなわち、このバイパス回路６は、吸熱器４と補助
熱交換器５との間に一端を接続し、他端を補助熱交換器
５と圧縮機１との間に接続されており、吸熱器４出口側
の冷媒を直接圧縮機１へ送ることができるようになって
いる。
交換器５をバイパスするバイパス回路６が設けられてい
る。すなわち、このバイパス回路６は、吸熱器４と補助
熱交換器５との間に一端を接続し、他端を補助熱交換器
５と圧縮機１との間に接続されており、吸熱器４出口側
の冷媒を直接圧縮機１へ送ることができるようになって
いる。
【００３１】また、前記バイパス回路６には、ここを流
れる冷媒流量を調節する流量調整弁７が設けられてお
り、この流量調整弁７は、図示しない流量制御器によっ
て開度が制御され、圧縮機１の吸入過熱度や吐出温度に
応じて補助熱交換器５での熱交換量を調節するようにな
っている。
れる冷媒流量を調節する流量調整弁７が設けられてお
り、この流量調整弁７は、図示しない流量制御器によっ
て開度が制御され、圧縮機１の吸入過熱度や吐出温度に
応じて補助熱交換器５での熱交換量を調節するようにな
っている。
【００３２】また、１１は前記圧縮機１の吐出側から減
圧器３の入口側までの高圧側冷媒流路の冷媒圧力を検知
する高圧側圧力検知器であり、本実施例では減圧器３の
入口側に設けられている。
圧器３の入口側までの高圧側冷媒流路の冷媒圧力を検知
する高圧側圧力検知器であり、本実施例では減圧器３の
入口側に設けられている。
【００３３】また、１２は補助熱交換器５出口側から減
圧器３入口側までの冷媒温度あるいは冷媒が流れる配管
温度を検知する減圧器入口側温度検知器、１３は放熱器
２出口側から補助熱交換器５入口側までの冷媒温度ある
いは冷媒が流れる配管温度を検知する放熱器出口側温度
検知器である。
圧器３入口側までの冷媒温度あるいは冷媒が流れる配管
温度を検知する減圧器入口側温度検知器、１３は放熱器
２出口側から補助熱交換器５入口側までの冷媒温度ある
いは冷媒が流れる配管温度を検知する放熱器出口側温度
検知器である。
【００３４】さらに、１４は圧力制御器であり、減圧器
入口側温度検知器１２や放熱器出口側温度検知器１３か
らの出力信号に基づき減圧器３の開度の調節を行うよう
構成されている。
入口側温度検知器１２や放熱器出口側温度検知器１３か
らの出力信号に基づき減圧器３の開度の調節を行うよう
構成されている。
【００３５】前記圧力制御器１４は図示されていないＣ
ＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、ＲＯ
Ｍ等には、放熱器出口側温度と減圧器入口側温度と、Ｃ
ＯＰが最大となる圧力（最適高圧側圧力）の関係を予め
記憶している。
ＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、ＲＯ
Ｍ等には、放熱器出口側温度と減圧器入口側温度と、Ｃ
ＯＰが最大となる圧力（最適高圧側圧力）の関係を予め
記憶している。
【００３６】ここで、ＲＯＭ等に記憶する放熱器出口側
温度と減圧器入口側温度と最適高圧側圧力の関係は、
温度と減圧器入口側温度と最適高圧側圧力の関係は、
【００３７】
【表１】
【００３８】（表１）に示すような放熱器出口側温度と
減圧器入口側温度に応じた最適高圧側圧力を示すデータ
テーブルを記憶させても良いし、最適高圧側圧力を放熱
器出口側温度と減圧器入口側温度の関数として示す近似
関数を記憶させて算出するようにしても良い。
減圧器入口側温度に応じた最適高圧側圧力を示すデータ
テーブルを記憶させても良いし、最適高圧側圧力を放熱
器出口側温度と減圧器入口側温度の関数として示す近似
関数を記憶させて算出するようにしても良い。
【００３９】なお、厳密には、ＣＯＰが最大となる放熱
器出口側温度と減圧器入口側温度と最適高圧側圧力の関
係は、放熱器出口側温度や減圧器入口側温度のみで決定
されるものでなく、吸熱器側の圧力（低圧側圧力）の変
動によっても変動する。しかし、冷房運転のみ行う単純
なＣＯ２サイクルでは、吸熱器側の圧力変動を無視する
ことができる。また、圧力制御器に予め、圧縮機吸入過
熱度や低圧側圧力に応じた複数の放熱器出口側温度と減
圧器入口側温度と、最適高圧側圧力の関係を記憶させ
て、検出された低圧側圧力に応じて、それらのいずれか
の関係を用いるようにしても良い。
器出口側温度と減圧器入口側温度と最適高圧側圧力の関
係は、放熱器出口側温度や減圧器入口側温度のみで決定
されるものでなく、吸熱器側の圧力（低圧側圧力）の変
動によっても変動する。しかし、冷房運転のみ行う単純
なＣＯ２サイクルでは、吸熱器側の圧力変動を無視する
ことができる。また、圧力制御器に予め、圧縮機吸入過
熱度や低圧側圧力に応じた複数の放熱器出口側温度と減
圧器入口側温度と、最適高圧側圧力の関係を記憶させ
て、検出された低圧側圧力に応じて、それらのいずれか
の関係を用いるようにしても良い。
【００４０】以上のように構成された冷凍サイクル装置
について、以下、その動作を説明する。
について、以下、その動作を説明する。
【００４１】圧縮機１で圧縮されたＣＯ２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、ＣＯ
２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て、補助熱交換器
５の放熱側冷媒流路においてさらに冷却される。減圧器
３では減圧されて、低圧の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、空気や水などの外部流体
から吸熱して、補助熱交換器５の吸熱側冷媒流路におい
てガス状態となり、再び圧縮機１に吸入される。
態となり、放熱器２へ導入される。放熱器２では、ＣＯ
２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て、補助熱交換器
５の放熱側冷媒流路においてさらに冷却される。減圧器
３では減圧されて、低圧の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、空気や水などの外部流体
から吸熱して、補助熱交換器５の吸熱側冷媒流路におい
てガス状態となり、再び圧縮機１に吸入される。
【００４２】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。
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。
【００４３】ここで、補助熱交換器５で、放熱器２を出
たＣＯ２がさらに冷却されて減圧器３で減圧されるた
め、吸熱器４の入口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
（冷凍効果）やＣＯＰが増大する。
たＣＯ２がさらに冷却されて減圧器３で減圧されるた
め、吸熱器４の入口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
（冷凍効果）やＣＯＰが増大する。
【００４４】次に、本実施の形態の特徴である減圧器３
の制御について、図２に示すフローチャートに基づいて
説明する。
の制御について、図２に示すフローチャートに基づいて
説明する。
【００４５】冷凍サイクル装置の運転時には、放熱器出
口側温度検出器１３からの検出値（放熱器出口側温度）
（１００）、および、減圧器入口側温度検出器１２から
の検出値（減圧器入口側温度）（１１０）が取り込ま
れ、その取り込んだ放熱器出口側温度と減圧器入口側温
度に対応する最適高圧側圧力が、予めＲＯＭに記憶され
ている温度と圧力との関係から選定され、その選定され
た圧力（以下、目標高圧側圧力と呼ぶ。）はＲＡＭ等の
メモリで記憶される（１２０）。
口側温度検出器１３からの検出値（放熱器出口側温度）
（１００）、および、減圧器入口側温度検出器１２から
の検出値（減圧器入口側温度）（１１０）が取り込ま
れ、その取り込んだ放熱器出口側温度と減圧器入口側温
度に対応する最適高圧側圧力が、予めＲＯＭに記憶され
ている温度と圧力との関係から選定され、その選定され
た圧力（以下、目標高圧側圧力と呼ぶ。）はＲＡＭ等の
メモリで記憶される（１２０）。
【００４６】次に、高圧側圧力検知器１１からの検出値
（高圧側圧力）が取り込まれ（１３０）、目標高圧側圧
力と（１３０）で取り込んだ高圧側圧力とが比較される
（１４０）。そして、目標高圧側圧力が高圧側圧力を上
回った場合には、減圧器３の開度を小さくし（１５
０）、目標高圧側圧力が高圧側圧力以下の場合には、減
圧器３の開度を大きくする（１６０）。そして、ステッ
プ１００に戻り、以後ステップ１００から１６０まで繰
り返す。
（高圧側圧力）が取り込まれ（１３０）、目標高圧側圧
力と（１３０）で取り込んだ高圧側圧力とが比較される
（１４０）。そして、目標高圧側圧力が高圧側圧力を上
回った場合には、減圧器３の開度を小さくし（１５
０）、目標高圧側圧力が高圧側圧力以下の場合には、減
圧器３の開度を大きくする（１６０）。そして、ステッ
プ１００に戻り、以後ステップ１００から１６０まで繰
り返す。
【００４７】これにより、補助熱交換器５での熱交換量
が変化しても、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器
入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力とな
るように制御されるので、従来の制御方法のように放熱
器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれかに
基づいて選定された高圧側圧力で運転される冷凍サイク
ル装置よりも、効率良く冷凍サイクル装置を運転するこ
とができる。
が変化しても、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器
入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力とな
るように制御されるので、従来の制御方法のように放熱
器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれかに
基づいて選定された高圧側圧力で運転される冷凍サイク
ル装置よりも、効率良く冷凍サイクル装置を運転するこ
とができる。
【００４８】さらに、圧縮機１の吸入過熱度や吐出温度
に応じて、図示していない流量制御器により流量調節弁
７の開度を調節することで、補助熱交換器での熱交換量
が、調整されているため、圧縮機１内の潤滑油や絶縁材
料等の劣化を防止することができ、圧縮機の信頼性を向
上させることができる。
に応じて、図示していない流量制御器により流量調節弁
７の開度を調節することで、補助熱交換器での熱交換量
が、調整されているため、圧縮機１内の潤滑油や絶縁材
料等の劣化を防止することができ、圧縮機の信頼性を向
上させることができる。
【００４９】このような場合には、補助熱交換器での熱
交換量の変化が大きいために、本実施の形態のように、
高圧側圧力を放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両
者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御す
ることにより、従来の制御方法に比較して冷凍サイクル
装置の効率を大きく向上させることができる。
交換量の変化が大きいために、本実施の形態のように、
高圧側圧力を放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両
者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御す
ることにより、従来の制御方法に比較して冷凍サイクル
装置の効率を大きく向上させることができる。
【００５０】なお、本実施の形態では、バイパス回路６
や流量調節弁７により、補助熱交換器での熱交換量が変
化するものとして説明しているが、バイパス回路６や流
量調節弁７を廃止しても、本発明の冷凍サイクルを実施
することができる。
や流量調節弁７により、補助熱交換器での熱交換量が変
化するものとして説明しているが、バイパス回路６や流
量調節弁７を廃止しても、本発明の冷凍サイクルを実施
することができる。
【００５１】この場合には、補助熱交換器５での熱交換
量を調節することができないが、圧縮機１の運転周波数
の変化等により、補助熱交換器での熱交換量が変化する
ものである。
量を調節することができないが、圧縮機１の運転周波数
の変化等により、補助熱交換器での熱交換量が変化する
ものである。
【００５２】なお、補助熱交換器５をバイパスするバイ
パス回路６は、補助熱交換器５の放熱側冷媒流路をバイ
パスするように設けても良い。すなわち、放熱器２と補
助熱交換器５との間に一端を接続し、他端を補助熱交換
器５と減圧器３との間に接続するものとしてもよい。
パス回路６は、補助熱交換器５の放熱側冷媒流路をバイ
パスするように設けても良い。すなわち、放熱器２と補
助熱交換器５との間に一端を接続し、他端を補助熱交換
器５と減圧器３との間に接続するものとしてもよい。
【００５３】また、本発明は、四方弁等を追加して、放
熱器と吸熱器を切り替えられるようにしたヒートポンプ
サイクルにも適応できることは明らかである。
熱器と吸熱器を切り替えられるようにしたヒートポンプ
サイクルにも適応できることは明らかである。
【００５４】さらに、冷媒はＣＯ２に限定されるもので
はなく、例えば、エタン等の超臨界域で使用する冷媒を
用いてもよい。
はなく、例えば、エタン等の超臨界域で使用する冷媒を
用いてもよい。
【００５５】また、アキュームレータを吸熱器４と補助
熱交換器５の間や、補助熱交換器５と圧縮機１の間に追
加しても、本発明の冷凍サイクルを実施することができ
る。この場合には、余剰冷媒を蓄積したり、圧縮機１に
液冷媒を吸入することを防止したりすることが可能とな
り、さらに、余剰冷媒を蓄えることができるために、高
圧側圧力を選定した最適高圧側圧力とすることが容易と
なる。
熱交換器５の間や、補助熱交換器５と圧縮機１の間に追
加しても、本発明の冷凍サイクルを実施することができ
る。この場合には、余剰冷媒を蓄積したり、圧縮機１に
液冷媒を吸入することを防止したりすることが可能とな
り、さらに、余剰冷媒を蓄えることができるために、高
圧側圧力を選定した最適高圧側圧力とすることが容易と
なる。
【００５６】なお、本実施例においては、高圧側圧力検
知器１１は減圧器３の入口側の冷媒圧力を検知するもの
としているが、放熱側となる経路（圧縮機１の吐出側〜
放熱器２〜減圧器３入口側までの流路）のいずれかにあ
っても良い。さらに、そのような場合には、高圧側圧力
検知器１１での検出圧力から減圧器３入口側に至るまで
の圧力損失分を差し引く補正を行ってもよい。
知器１１は減圧器３の入口側の冷媒圧力を検知するもの
としているが、放熱側となる経路（圧縮機１の吐出側〜
放熱器２〜減圧器３入口側までの流路）のいずれかにあ
っても良い。さらに、そのような場合には、高圧側圧力
検知器１１での検出圧力から減圧器３入口側に至るまで
の圧力損失分を差し引く補正を行ってもよい。
【００５７】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形
態２における冷凍サイクル装置の概略構成図であり、同
図においては、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。
態２における冷凍サイクル装置の概略構成図であり、同
図においては、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。
【００５８】なお、以下の説明では、簡単のために、冷
房装置や冷蔵装置のように、吸熱器を利用側熱交換器と
みなし、放熱器を熱源側熱交換器とみなす冷凍サイクル
について説明するが、暖房装置や給湯装置などのよう
に、放熱器を利用側熱交換器とみなし、吸熱器を熱源側
熱交換器とみなす冷凍サイクルについても、本発明は適
用できる。さらに、四方弁等を追加して、放熱器と吸熱
器を切り替えられる場合にも、同様に適用できる。
房装置や冷蔵装置のように、吸熱器を利用側熱交換器と
みなし、放熱器を熱源側熱交換器とみなす冷凍サイクル
について説明するが、暖房装置や給湯装置などのよう
に、放熱器を利用側熱交換器とみなし、吸熱器を熱源側
熱交換器とみなす冷凍サイクルについても、本発明は適
用できる。さらに、四方弁等を追加して、放熱器と吸熱
器を切り替えられる場合にも、同様に適用できる。
【００５９】図３において、１５は吸熱器４の空気や水
などの外部流体の出口側（吹出側）の温度（以下、簡単
のために吸熱器を利用側熱交換器とみなし、利用側熱交
換器吹出温度と呼ぶ）を検知する利用側熱交換器吹出温
度検知器、１６は吸熱器４の空気や水などの外部流体の
入口側（吸込側）の温度（以下、簡単のために吸熱器を
利用側熱交換器とみなし、利用側熱交換器吸込温度と呼
ぶ）を検知する利用側熱交換器吸込温度検知器である。
などの外部流体の出口側（吹出側）の温度（以下、簡単
のために吸熱器を利用側熱交換器とみなし、利用側熱交
換器吹出温度と呼ぶ）を検知する利用側熱交換器吹出温
度検知器、１６は吸熱器４の空気や水などの外部流体の
入口側（吸込側）の温度（以下、簡単のために吸熱器を
利用側熱交換器とみなし、利用側熱交換器吸込温度と呼
ぶ）を検知する利用側熱交換器吸込温度検知器である。
【００６０】また、１７は放熱器２の空気や水などの外
部流体の入口側（吸込側）の温度（以下、簡単のために
放熱器を熱源側熱交換器とみなし、熱源側熱交換器吸込
温度と呼ぶ）を検知する熱源側熱交換器吸込温度検知器
である。さらに、１８は制御器であり、減圧器入口側温
度検知器１２、放熱器出口側温度検知器１３、利用側熱
交換器吹出温度検知器１５、利用側熱交換器吸込温度検
知器１６、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７からの出
力信号に基づき減圧器３の開度や、圧縮機１の回転数の
調節を行う。
部流体の入口側（吸込側）の温度（以下、簡単のために
放熱器を熱源側熱交換器とみなし、熱源側熱交換器吸込
温度と呼ぶ）を検知する熱源側熱交換器吸込温度検知器
である。さらに、１８は制御器であり、減圧器入口側温
度検知器１２、放熱器出口側温度検知器１３、利用側熱
交換器吹出温度検知器１５、利用側熱交換器吸込温度検
知器１６、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７からの出
力信号に基づき減圧器３の開度や、圧縮機１の回転数の
調節を行う。
【００６１】また、２１は吸熱器４と補助熱交換器５と
の間に設けられた、液相冷媒と気相冷媒を分離して冷媒
を蓄えるタンク手段であるアキュームレータである。
の間に設けられた、液相冷媒と気相冷媒を分離して冷媒
を蓄えるタンク手段であるアキュームレータである。
【００６２】制御器１８は図示されていないＣＰＵ、Ｒ
ＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、ＲＯＭ等に
は、（実施の形態１）で説明したような、放熱器出口側
温度と減圧器入口側温度とＣＯＰが最大となる圧力（最
適高圧側圧力）の関係を予め記憶している。
ＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、ＲＯＭ等に
は、（実施の形態１）で説明したような、放熱器出口側
温度と減圧器入口側温度とＣＯＰが最大となる圧力（最
適高圧側圧力）の関係を予め記憶している。
【００６３】以上のような構成を有する、本実施の形態
による冷凍サイクル装置の基本的な動作については、
（実施の形態１）と同様であるので説明を省略し、本実
施の形態の特徴である圧縮機１と減圧器３の制御につい
て、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
による冷凍サイクル装置の基本的な動作については、
（実施の形態１）と同様であるので説明を省略し、本実
施の形態の特徴である圧縮機１と減圧器３の制御につい
て、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００６４】冷凍サイクル装置の運転時には、図示して
いない温度設定手段からの出力信号や、利用側熱交換器
吸込温度検知器１６で検知される利用側熱交換器吸込温
度（たとえば、冷房装置の場合には室内熱交換器の吸込
空気温度、すなわち、室内空気温度）や、熱源側熱交換
器吸込温度検知器１７で検知される熱源側熱交換器吸込
温度（たとえば、冷房装置の場合には室外熱交換器の吸
込空気温度、すなわち、外気温度）などに基づいて、利
用側熱交換器吹出温度（たとえば、冷房装置の場合には
室内熱交換器の吹出空気温度）の目標値である目標吹出
温度を演算し記憶する（２００）。
いない温度設定手段からの出力信号や、利用側熱交換器
吸込温度検知器１６で検知される利用側熱交換器吸込温
度（たとえば、冷房装置の場合には室内熱交換器の吸込
空気温度、すなわち、室内空気温度）や、熱源側熱交換
器吸込温度検知器１７で検知される熱源側熱交換器吸込
温度（たとえば、冷房装置の場合には室外熱交換器の吸
込空気温度、すなわち、外気温度）などに基づいて、利
用側熱交換器吹出温度（たとえば、冷房装置の場合には
室内熱交換器の吹出空気温度）の目標値である目標吹出
温度を演算し記憶する（２００）。
【００６５】次に、利用側熱交換器吹出温度検知器１５
により、実際の利用側熱交換器吹出温度（たとえば、冷
房装置の場合には室内熱交換器の吹出空気温度）を検出
し一時的に記憶する（２１０）。そして、ステップ２１
０で記憶した利用側熱交換器吹出温度と目標吹出温度と
を比較し（２２０）、目標吹出温度の方が利用側熱交換
器吹出温度より小さい場合は、圧縮機１の回転数を増加
させて冷凍能力の増大を図り（２３０）、一方、目標吹
出温度が利用側熱交換器吹出温度以上の場合は、圧縮機
１の回転数を減少させて冷凍能力の減少を図る（２４
０）。
により、実際の利用側熱交換器吹出温度（たとえば、冷
房装置の場合には室内熱交換器の吹出空気温度）を検出
し一時的に記憶する（２１０）。そして、ステップ２１
０で記憶した利用側熱交換器吹出温度と目標吹出温度と
を比較し（２２０）、目標吹出温度の方が利用側熱交換
器吹出温度より小さい場合は、圧縮機１の回転数を増加
させて冷凍能力の増大を図り（２３０）、一方、目標吹
出温度が利用側熱交換器吹出温度以上の場合は、圧縮機
１の回転数を減少させて冷凍能力の減少を図る（２４
０）。
【００６６】そして、放熱器出口側温度検出器１３から
の検出値（放熱器出口側温度）（２５０）、および、減
圧器入口側温度検出器１２からの検出値（減圧器入口側
温度）（２６０）が取り込まれ、その取り込んだ放熱器
出口側温度と減圧器入口側温度に対応する最適高圧側圧
力が、予めＲＯＭに記憶されている温度と圧力との関係
から選定され、その選定された圧力（以下、目標高圧側
圧力と呼ぶ。）はＲＡＭ等のメモリで記憶される（２７
０）。
の検出値（放熱器出口側温度）（２５０）、および、減
圧器入口側温度検出器１２からの検出値（減圧器入口側
温度）（２６０）が取り込まれ、その取り込んだ放熱器
出口側温度と減圧器入口側温度に対応する最適高圧側圧
力が、予めＲＯＭに記憶されている温度と圧力との関係
から選定され、その選定された圧力（以下、目標高圧側
圧力と呼ぶ。）はＲＡＭ等のメモリで記憶される（２７
０）。
【００６７】次に、高圧側圧力検知器１１からの検出値
（高圧側圧力）が取り込まれ（２８０）、目標高圧側圧
力とステップ２８０で取り込んだ高圧側圧力とが比較さ
れる（２９０）。そして、目標高圧側圧力が高圧側圧力
を上回った場合には、減圧器３の開度を小さくし（３０
０）、目標高圧側圧力が高圧側圧力以下の場合には、減
圧器３の開度を大きくする（３１０）。そして、ステッ
プ２１０に戻り、以後ステップ２１０から３１０まで繰
り返す。
（高圧側圧力）が取り込まれ（２８０）、目標高圧側圧
力とステップ２８０で取り込んだ高圧側圧力とが比較さ
れる（２９０）。そして、目標高圧側圧力が高圧側圧力
を上回った場合には、減圧器３の開度を小さくし（３０
０）、目標高圧側圧力が高圧側圧力以下の場合には、減
圧器３の開度を大きくする（３１０）。そして、ステッ
プ２１０に戻り、以後ステップ２１０から３１０まで繰
り返す。
【００６８】これにより、補助熱交換器５での熱交換量
が変化しても、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器
入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力とな
るように制御されるので、従来のように放熱器出口側温
度、または、減圧器入口側温度のいずれかに基づいて選
定された高圧側圧力で運転される冷凍サイクル装置より
も、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができ
る。
が変化しても、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器
入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力とな
るように制御されるので、従来のように放熱器出口側温
度、または、減圧器入口側温度のいずれかに基づいて選
定された高圧側圧力で運転される冷凍サイクル装置より
も、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができ
る。
【００６９】さらに、減圧器３のみを制御する場合に
は、高圧側圧力が変化することにより、余剰な冷凍能力
を生じる場合があったが、同時に圧縮機１の回転数も制
御することにより、余剰な冷凍能力を生じさせることな
く、その分、圧縮機１への入力を低減することができる
ために、さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転する
ことができる。
は、高圧側圧力が変化することにより、余剰な冷凍能力
を生じる場合があったが、同時に圧縮機１の回転数も制
御することにより、余剰な冷凍能力を生じさせることな
く、その分、圧縮機１への入力を低減することができる
ために、さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転する
ことができる。
【００７０】また、アキュームレータ２１を備えている
ことにより、余剰冷媒を蓄えることができるために、ア
キュームレータ２１を備えていない場合に比べて、高圧
側圧力の調整可能な範囲が拡大することから、高圧側圧
力を選定した最適高圧側圧力とすることが容易となり、
さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転することがで
きる。
ことにより、余剰冷媒を蓄えることができるために、ア
キュームレータ２１を備えていない場合に比べて、高圧
側圧力の調整可能な範囲が拡大することから、高圧側圧
力を選定した最適高圧側圧力とすることが容易となり、
さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転することがで
きる。
【００７１】なお、冷媒はＣＯ２に限定されるものでは
なく、例えば、エタン等の超臨界域で使用する冷媒を用
いてもよい。
なく、例えば、エタン等の超臨界域で使用する冷媒を用
いてもよい。
【００７２】さらに、高圧側圧力検知器１１は減圧器３
入口側の冷媒圧力を検知するものとしているが、放熱側
となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱器２〜減圧器３入
口側までの流路）のいずれかにあっても良い。さらに、
そのような場合には、高圧側圧力検知器１１での検出圧
力から減圧器３入口側に至るまでの圧力損失分を差し引
く補正を行ってもよい。
入口側の冷媒圧力を検知するものとしているが、放熱側
となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱器２〜減圧器３入
口側までの流路）のいずれかにあっても良い。さらに、
そのような場合には、高圧側圧力検知器１１での検出圧
力から減圧器３入口側に至るまでの圧力損失分を差し引
く補正を行ってもよい。
【００７３】また、放熱器出口側温度は、放熱器の放熱
能力と、放熱器で熱交換する空気や水などの外部流体の
温度とによって推定できることから、冷房装置や冷蔵装
置のように、吸熱器を利用側熱交換器とみなし、放熱器
を熱源側熱交換器とみなす冷凍サイクルの場合には、放
熱器出口側温度検出器１３を、熱源側熱交換器吸込温度
検知器１７で代用し、放熱器出口側温度は、熱源側熱交
換器吸込温度検知器１７の検出値から推定することがで
きる。暖房装置や給湯装置などのように、放熱器を利用
側熱交換器とみなし、吸熱器を熱源側熱交換器とみなす
冷凍サイクルの場合には、放熱器出口側温度検出器１３
を、利用側熱交換器吸込温度検知器１６で代用し、放熱
器出口側温度は、利用側熱交換器吸込温度検知器１６の
検出値から推定することができる。
能力と、放熱器で熱交換する空気や水などの外部流体の
温度とによって推定できることから、冷房装置や冷蔵装
置のように、吸熱器を利用側熱交換器とみなし、放熱器
を熱源側熱交換器とみなす冷凍サイクルの場合には、放
熱器出口側温度検出器１３を、熱源側熱交換器吸込温度
検知器１７で代用し、放熱器出口側温度は、熱源側熱交
換器吸込温度検知器１７の検出値から推定することがで
きる。暖房装置や給湯装置などのように、放熱器を利用
側熱交換器とみなし、吸熱器を熱源側熱交換器とみなす
冷凍サイクルの場合には、放熱器出口側温度検出器１３
を、利用側熱交換器吸込温度検知器１６で代用し、放熱
器出口側温度は、利用側熱交換器吸込温度検知器１６の
検出値から推定することができる。
【００７４】さらに、四方弁等を追加して、放熱器と吸
熱器を切り替えられる場合にも、利用側熱交換器吸込温
度検知器１６の検出値と熱源側熱交換器吸込温度検知器
１７の検出値を選択して推定することができる。
熱器を切り替えられる場合にも、利用側熱交換器吸込温
度検知器１６の検出値と熱源側熱交換器吸込温度検知器
１７の検出値を選択して推定することができる。
【００７５】したがって、この放熱器出口側温度の推定
値を用い、（実施の形態１）や本実施の形態に述べた減
圧器３の開度の制御を行っても、効率良く冷凍サイクル
装置を運転することができ、さらに、放熱器出口側温度
検知器１３を、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７ある
いは利用側熱交換器吸込温度検知器１６で代用すること
で、放熱器出口側温度検出器１３を省略できるために、
コストを削減することができる。
値を用い、（実施の形態１）や本実施の形態に述べた減
圧器３の開度の制御を行っても、効率良く冷凍サイクル
装置を運転することができ、さらに、放熱器出口側温度
検知器１３を、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７ある
いは利用側熱交換器吸込温度検知器１６で代用すること
で、放熱器出口側温度検出器１３を省略できるために、
コストを削減することができる。
【００７６】（実施の形態３）図５は本発明の実施の形
態３における冷凍サイクル装置の概略構成図であり、同
図においては、図３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。
態３における冷凍サイクル装置の概略構成図であり、同
図においては、図３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。
【００７７】図５において、３１は放熱器２の冷媒出口
側から減圧器３の入口側の間に設けられた補助熱交換器
であり、放熱器２の冷媒出口側から減圧器３の入口側の
間の冷媒の一部を、補助減圧器３２で減圧して、補助熱
交換器３１を経て圧縮機１の吸入側あるいは中間圧部へ
導くようなバイパス回路３３が構成されている。
側から減圧器３の入口側の間に設けられた補助熱交換器
であり、放熱器２の冷媒出口側から減圧器３の入口側の
間の冷媒の一部を、補助減圧器３２で減圧して、補助熱
交換器３１を経て圧縮機１の吸入側あるいは中間圧部へ
導くようなバイパス回路３３が構成されている。
【００７８】また、補助減圧器３２は、図示しない補助
減圧器制御器によって開度が制御され、圧縮機１の吸入
過熱度や吐出温度に応じて補助熱交換器３１での熱交換
量を調節するようになっている。
減圧器制御器によって開度が制御され、圧縮機１の吸入
過熱度や吐出温度に応じて補助熱交換器３１での熱交換
量を調節するようになっている。
【００７９】以上のように構成された冷凍サイクル装置
について、以下、その動作を説明する。
について、以下、その動作を説明する。
【００８０】圧縮機１で圧縮されたＣＯ２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、ＣＯ
２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３１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、空気や水などの外部流体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。
態となり、放熱器２へ導入される。放熱器２では、ＣＯ
２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３１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、空気や水などの外部流体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。
【００８１】また、放熱器２の冷媒出口側から減圧器３
の入口側の間の冷媒の一部は、補助減圧器３２で減圧さ
れて低温となり、補助熱交換器３１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の吸入側あるいは中間圧部へ導入される。
の入口側の間の冷媒の一部は、補助減圧器３２で減圧さ
れて低温となり、補助熱交換器３１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の吸入側あるいは中間圧部へ導入される。
【００８２】一方、放熱器２を出た冷媒は補助熱交換器
３１で冷却されたのち減圧器３で減圧されるため、吸熱
器４の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３２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の冷媒出口側
から圧縮機１の吸入側、あるいは、中間圧部の間の圧力
損失が低減できＣＯＰを向上できる。
３１で冷却されたのち減圧器３で減圧されるため、吸熱
器４の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３２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の冷媒出口側
から圧縮機１の吸入側、あるいは、中間圧部の間の圧力
損失が低減できＣＯＰを向上できる。
【００８３】また、圧縮機１と減圧器３の制御について
は（実施の形態２）と同様であるので、説明を省略する
が、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器入口側温度
の両者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制
御されるので、従来の制御方法のように放熱器出口側温
度、または、減圧器入口側温度のいずれかに基づいて選
定された高圧側圧力で運転される冷凍サイクル装置より
も、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができ
る。
は（実施の形態２）と同様であるので、説明を省略する
が、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器入口側温度
の両者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制
御されるので、従来の制御方法のように放熱器出口側温
度、または、減圧器入口側温度のいずれかに基づいて選
定された高圧側圧力で運転される冷凍サイクル装置より
も、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができ
る。
【００８４】さらに、圧縮機１の吸入過熱度や吐出温度
に応じて、図示していない補助減圧器制御器により補助
減圧器３２の開度を調節することで、補助熱交換器での
熱交換量が、調整されているため、圧縮機１内の潤滑油
や絶縁材料等の劣化を防止することができ、圧縮機の信
頼性を向上させることができる。
に応じて、図示していない補助減圧器制御器により補助
減圧器３２の開度を調節することで、補助熱交換器での
熱交換量が、調整されているため、圧縮機１内の潤滑油
や絶縁材料等の劣化を防止することができ、圧縮機の信
頼性を向上させることができる。
【００８５】このような場合には、補助熱交換器での熱
交換量の変化が大きいために、本実施の形態のように、
高圧側圧力を放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両
者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御す
ることにより、従来の制御方法に比較して冷凍サイクル
装置の効率を大きく向上させることができる。
交換量の変化が大きいために、本実施の形態のように、
高圧側圧力を放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両
者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御す
ることにより、従来の制御方法に比較して冷凍サイクル
装置の効率を大きく向上させることができる。
【００８６】さらに、減圧器３のみを制御する場合に
は、高圧側圧力が変化することにより、余剰な冷凍能力
を生じる場合があったが、同時に圧縮機１の回転数も制
御することにより、余剰な冷凍能力を生じさせることな
く、その分、圧縮機１への入力を低減することができる
ために、さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転する
ことができる。
は、高圧側圧力が変化することにより、余剰な冷凍能力
を生じる場合があったが、同時に圧縮機１の回転数も制
御することにより、余剰な冷凍能力を生じさせることな
く、その分、圧縮機１への入力を低減することができる
ために、さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転する
ことができる。
【００８７】また、アキュームレータ２１を備えている
ことにより、余剰冷媒を蓄えることができるために、ア
キュームレータ２１を備えていない場合に比べて、高圧
側圧力の調整可能な範囲が拡大することから、高圧側圧
力を選定した最適高圧側圧力とすることが容易となり、
さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転することがで
きる。
ことにより、余剰冷媒を蓄えることができるために、ア
キュームレータ２１を備えていない場合に比べて、高圧
側圧力の調整可能な範囲が拡大することから、高圧側圧
力を選定した最適高圧側圧力とすることが容易となり、
さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転することがで
きる。
【００８８】なお、冷媒はＣＯ２ に限定されるもので
はなく、例えば、エタン等の超臨界域で使用する冷媒を
用いてもよい。
はなく、例えば、エタン等の超臨界域で使用する冷媒を
用いてもよい。
【００８９】さらに、高圧側圧力検知器１１は減圧器３
入口側の冷媒圧力を検知するものとしているが、放熱側
となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱器２〜減圧器３入
口側までの流路）のいずれかにあっても良い。さらに、
そのような場合には、高圧側圧力検知器１１での検出圧
力から減圧器３入口側に至るまでの圧力損失分を差し引
く補正を行ってもよい。
入口側の冷媒圧力を検知するものとしているが、放熱側
となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱器２〜減圧器３入
口側までの流路）のいずれかにあっても良い。さらに、
そのような場合には、高圧側圧力検知器１１での検出圧
力から減圧器３入口側に至るまでの圧力損失分を差し引
く補正を行ってもよい。
【００９０】
【発明の効果】以上述べたことから明らかなように、補
助熱交換器５での熱交換量が変化しても、高圧側圧力は
放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて
選定された高圧側圧力となるように制御されるので、従
来のように放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温
度のいずれかに基づいて選定された高圧側圧力で運転さ
れる冷凍サイクル装置よりも、効率良く冷凍サイクル装
置を運転することができる。
助熱交換器５での熱交換量が変化しても、高圧側圧力は
放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて
選定された高圧側圧力となるように制御されるので、従
来のように放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温
度のいずれかに基づいて選定された高圧側圧力で運転さ
れる冷凍サイクル装置よりも、効率良く冷凍サイクル装
置を運転することができる。
【００９１】特に、圧縮機１内の潤滑油や絶縁材料等の
劣化を防止し、圧縮機の信頼性を向上させるために、補
助熱交換器での熱交換量を、圧縮機１の吸入過熱度や吐
出温度に応じて流量制御器により調節する場合には、補
助熱交換器での熱交換量の変化が大きいために、高圧側
圧力は放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基
づいて選定された高圧側圧力となるように制御すること
により、従来の制御方法に比較して冷凍サイクル装置の
効率を大きく向上させることができる。
劣化を防止し、圧縮機の信頼性を向上させるために、補
助熱交換器での熱交換量を、圧縮機１の吸入過熱度や吐
出温度に応じて流量制御器により調節する場合には、補
助熱交換器での熱交換量の変化が大きいために、高圧側
圧力は放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基
づいて選定された高圧側圧力となるように制御すること
により、従来の制御方法に比較して冷凍サイクル装置の
効率を大きく向上させることができる。
【００９２】さらに、この放熱器出口側温度検知器１３
を、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７あるいは利用側
熱交換器吸込温度検知器１６で代用することで、放熱器
出口側温度検出器１３を省略できるために、コストを削
減することができる。
を、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７あるいは利用側
熱交換器吸込温度検知器１６で代用することで、放熱器
出口側温度検出器１３を省略できるために、コストを削
減することができる。
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装
置の概略構成図
置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における制御器動作を示
すフローチャート
すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装
置の概略構成図
置の概略構成図
【図４】本発明の実施の形態２における制御動作を示す
フローチャート
フローチャート
【図５】本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装
置の概略構成図
置の概略構成図
【図６】ＣＯ２を冷媒とした冷凍サイクルのモリエル線
図
図
【図７】補助熱交換器での熱交換量と最適高圧側圧力の
関係図
関係図
１ 圧縮機 ２ 放熱器 ３ 減圧器 ４ 吸熱器 ５ 補助熱交換器 ６ バイパス流路 ７ 流量調整弁 １１ 高圧側圧力検知器 １２ 減圧器入口側温度検知器 １３ 放熱器出口側温度検知器 １４ 圧力制御器 １５ 利用側熱交換器吹出温度検知器 １６ 利用側熱交換器吸込温度検知器 １７ 熱源側熱交換器吸込温度検知器 １８ 制御器 ２１ アキュームレータ ３１ 補助熱交換器 ３２ 補助減圧器 ３３ バイパス流路
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも圧縮機と、放熱器と、減圧器
と、吸熱器とから冷凍サイクルを構成するとともに、前
記放熱器で超臨界状態となりうる冷媒を封入し、前記放
熱器の冷媒出口側から前記減圧器の入口側までの冷媒
と、前記吸熱器の冷媒出口側から前記圧縮機の吸入側ま
での冷媒とを熱交換する第１補助熱交換器と、前記圧縮
機の吐出側から前記減圧器の入口側までの冷媒圧力を検
知する高圧側圧力検知器と、前記放熱器の冷媒出口側の
冷媒温度を検出する放熱器出口側温度検知器と、前記減
圧器の入口側の冷媒温度を検出する減圧器入口側温度検
知器とを備え、前記高圧側圧力検知器で検出した圧力
が、前記放熱器出口側温度検知器と前記減圧器入口側温
度検知器により検知された冷媒温度の両者に基づいて選
定された目標圧力となるように、前記減圧器を制御する
制御器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 【請求項２】 前記放熱器の冷媒出口側と前記減圧器の
入口側、あるいは前記吸熱器の冷媒出口側と前記圧縮機
の吸入側とを接続する第１補助熱交換器バイパス回路を
備え、前記第１補助熱交換器バイパス回路に流量調整弁
を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル
装置。 - 【請求項３】 前記圧縮機の吐出温度に応じて、前記第
１補助熱交換器バイパス回路の流量調整弁を流れる冷媒
流量を調整することを特徴とする請求項２記載の冷凍サ
イクル装置。 - 【請求項４】 少なくとも圧縮機と、放熱器と、減圧器
と、吸熱器とから冷凍サイクルを構成するとともに、前
記放熱器で超臨界状態となりうる冷媒を封入し、前記放
熱器の冷媒出口側の冷媒を分岐し、その一部を補助減圧
器により減圧して、前記放熱器の冷媒出口側の冷媒を冷
却する第２補助熱交換器を介して、前記圧縮機の吸入側
もしくは中間圧部に導くバイパス回路を設け、前記圧縮
機の吐出側から前記減圧器の入口側までの冷媒圧力を検
知する高圧側圧力検知器と、前記放熱器の冷媒出口側の
冷媒温度を検出する放熱器出口側温度検知器と、前記減
圧器の入口側の冷媒温度を検出する減圧器入口側温度検
知器とを備え、前記高圧側圧力検知器で検出した圧力
が、前記放熱器出口側温度検知器と前記減圧器入口側温
度検知器により検知された冷媒温度の両者に基づいて選
定された目標圧力となるように、前記減圧器を制御する
制御器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 【請求項５】 前記圧縮機の吐出温度に応じて、前記補
助減圧器の開度を調整する補助減圧器制御器を設けたこ
とを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。 - 【請求項６】 前記放熱器出口側温度検知器を、前記放
熱器の外部流体入口側の流体温度を検出する温度検知器
で代用することを特徴とする請求項１から５のいずれか
に記載の冷凍サイクル装置。 - 【請求項７】 前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴
とする請求項１から６のいずれかに記載の冷凍サイクル
装置。
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