(57)【要約】【課題】冷凍サイクルの膨張機の暴走を防止し、信頼性の向上と効率向上を図る。【解決手段】圧縮機２１と膨張機２２を個別の回転軸で構成することにより装置の運転状態にかかわらず利用可能な膨張エネルギーを回収できるとともに、膨張機２２の出力を圧縮機２１の運転がオフした状態で高低圧をバランスさせるバルブ２３を設置することにより、運転時は動力回収回路から装置の電気回路へ接続することで装置全体の消費電力を低減し、停電時でも確実に膨張機の暴走を防止できて、効率が高い運転が可能で膨張機の信頼性を高めることが出来る。【選択図】図１
2008121922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構部と電動機部を収納する密閉容器とで構成された圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を冷却するための放熱器と、膨張機構部と発電機部を収納する密閉容器とで構成された膨張機と、前記膨張機により膨張された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管と、圧縮機を駆動するための電源回路を有し、前記膨張機で発電した電力を圧縮機駆動などの電力として使用する電力回収装置を有する冷凍サイクル装置であって、前記冷媒配管の高圧部分と低圧部分はバルブを介して接続され、前記圧縮機が停止中は前記バルブを開放する構成を持つことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
圧縮機構部と電動機部を収納する密閉容器とで構成された圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を冷却するための放熱器と、膨張機構部と発電機部を収納する密閉容器とで構成された膨張機と、前記膨張機により膨張された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管と、圧縮機を駆動するための電源回路を有し、前記膨張機で発電した電力を圧縮機駆動などの電力として使用する電力回収装置を有する冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の入口配管と前記膨張機の出口配管はバルブを介して接続され、前記圧縮機が停止中は前記バルブを開放する構成を持つことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記潤滑油としてポリアルキレングリコールを主成分とする潤滑油を用いたことを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張機を有する蒸気圧縮型の冷凍空調機に使用して有効な冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、環境保護の観点から、オゾン層を破壊せず地球温暖化係数のきわめて小さい二酸化炭素の冷媒を用いた冷凍空調機が開発されている。二酸化炭素の特性上、フロンを冷媒とした冷凍空調機に比べ冷凍効率（ＣＯＰ）が不十分なため、冷凍効率を向上させる必要がある。そこで、図３（Ｂ）に示すごとく、冷媒５の膨張行程を等エンタルピーに近い膨張とする図３（Ａ）に示す膨張弁９９に代えて、冷媒５の膨張行程を等エントロピーに近い膨張とする膨張機２２を用いることにより、冷凍効率を向上させた冷凍空調機８がある（例えば、特許文献１参照）。上記膨張機２２には、冷媒５の膨張行程を制御するための負荷装置２８０が取り付けてあるものや、図４に示すように圧縮機２１に同軸で接続されたものがある。
【特許文献１】特開２００１−１４１３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、膨張機と圧縮機を同軸で連結した場合は、圧縮機入口の冷媒密度と膨張機入口の冷媒密度の比は運転条件により変化するし、設計点以外では冷媒余剰、もしくは冷媒不足が起こるため、膨張機入口前でバイパスもしくは予膨張が必要となり、冷媒の持つ膨張に寄与する動力の一部しか使われない低効率運転を余儀なくされる。一方膨張機の回転動力を負荷装置で回収する場合には圧縮機の回転数とは関係なく膨張機の回転数を設定出来るので、膨張機入口で持つ冷媒のエネルギーを無駄なく使用できるが、膨張機が得た動力で発電機を駆動して電力で回収するため、停電などで装置の電源が停止すると圧縮機は停止してしまうが冷媒の高低圧差は急に解消されず膨張機が電力を回収しないまま暴走してしまう現象が発生し、信頼性上課題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷凍サイクル装置の電源が突然切れても膨張機が暴走することなく高低圧差が解消するまで運転を継続できる、より信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、高圧部分と低圧部分はバルブを介して接続され、圧縮機が停止中はバルブを開放する構成を持つことにより急に圧縮機が停止した場合でも、バルブが開放されることにより、高圧冷媒がバルブを通して低圧冷媒側へ移動するため膨張機の暴走を防止することが出来るため信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の冷凍サイクル装置は、特にフロンと比べて冷凍効率が不十分な二酸化炭素冷媒を用いた機器を高効率化する場合において、高い信頼性と低コストを両立を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、圧縮機構部と電動機部を収納する密閉容器とで構成された圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を冷却するための放熱器と、膨張機構部と発電機部を収納
する密閉容器とで構成された膨張機と、前記膨張機により膨張された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管と、圧縮機を駆動するための電気回路を有し、前記膨張機で発電した電力を圧縮機駆動などの電力として使用する電力回収装置を有する冷凍サイクル装置であって、前記冷媒配管の高圧部分と低圧部分はバルブを介して接続され、圧縮機が停止中はバルブを開放する構成を持つことを特徴とする冷凍サイクル装置である。これによって、たとえ停電などで冷凍システムの保護装置が正常に動作しない場合であっても膨張機の回転を抑制することができ、膨張機の暴走が防止できるので、高い信頼性を確保した冷凍サイクル装置を提供することができる。
【０００８】
第２の発明は、圧縮機構部と電動機部を収納する密閉容器とで構成された圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を冷却するための放熱器と、膨張機構部と発電機部を収納する密閉容器とで構成された膨張機と、前記膨張機により膨張された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管と、圧縮機を駆動するための電気回路を有し、前記膨張機で発電した電力を圧縮機駆動などの電力として使用する電力回収装置を有する冷凍サイクル装置であって、前記膨張機の入口配管と前記膨張機の出口配管はバルブを介して接続され、圧縮機が停止中は前記バルブを開放する構成を持つことを特徴とする冷凍サイクル装置である。これによって、たとえ停電などで冷凍システムの保護装置が正常に動作しない場合であっても膨張機の回転を抑制することができ、膨張機の暴走が防止できるので、高い信頼性を確保した冷凍サイクル装置を提供することができる。
【０００９】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたものである。これによって、フロンを冷媒とした冷凍空調機に比べて膨張過程での絞り損失が大きい二酸化炭素冷媒を用いた機器においても高効率化が図れるので、地球環境を破壊することなく冷凍効率の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００１０】
第４の発明は、特に、第３の発明の、潤滑油としてポリアルキレングリコールを主成分とする潤滑油を用いたものである。これによって、二酸化炭素とポリアルキレングリコールは相溶性が低いので、密閉容器内の潤滑油の液面は冷媒が溶け込むことによる上昇を少なく抑えることができるので、定常運転時の潤滑油の循環率を小さくすることができる。結果として、放熱器や蒸発器の性能を高めることができるので、より高効率な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図を示す。圧縮機構部と電動機部と密閉容器から構成される圧縮機２１と、圧縮機２１により圧縮された冷媒５を冷却するための放熱器１６と、膨張機構部と電動機部と密閉容器から構成される膨張機２２と、膨張機２２により膨張された冷媒を蒸発させるための蒸発器１７と、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管１１と圧縮機を駆動するための電気回路３０を有し、前記膨張機で発電した電力を圧縮機駆動などの電力として使用する電力回収装置３１を有する冷凍サイクル装置である。前記冷媒配管１１の高圧部分１１ａと低圧部分１１ｂはバルブ２３を介して接続され、圧縮機２１が停止中はバルブ２３を開放する構成を持つことを特徴とする冷凍サイクル装置１であり、運転時は膨張機で得られた電力を圧縮機などの動力として利用出来て、停電などで装置の保護回路が働かない場合でも膨張機２２の駆動源である高圧冷媒がバルブ２３を通して低圧側へ移動するため膨張機が暴走することなく停止できるので、高い信頼性を確保した冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００１３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図を示す。圧縮機構部と電動機部と密閉容器から構成される圧縮機２１と、圧縮機２１により圧縮された冷媒５を冷却するための放熱器１６と、膨張機構部と電動機部と密閉容器から構成される膨張機２２と、膨張機２２により膨張された冷媒を蒸発させるための蒸発器１７と、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管１１と圧縮機を駆動するための電気回路３０を有し、前記膨張機で発電した電力を圧縮機駆動などの電力として使用する電力回収装置３１を有する冷凍サイクル装置である。前記膨張機２２の入口配管１１ａと前記膨張機２２の出口配管１１ｂはバルブ２３を介して接続され、圧縮機が停止中は前記バルブを開放する構成を持つことを特徴とする冷凍サイクル装置であり、運転時は膨張機で得られた電力を圧縮機などの動力として利用出来て、停電などの装置の保護回路が働かない場合でも膨張機２２の駆動源である高圧冷媒がバルブ２３を通して低圧側へ移動するため膨張機が暴走することなく停止できるので、高い信頼性を確保した冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００１４】
なお、冷媒を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とした場合には、フロンを冷媒とした冷凍空調機に比べて膨張過程での絞り損失が大きい。この場合において、膨張機２２の信頼性を高めて運転できる本構成を用いれば、二酸化炭素冷媒を用いても機器の高効率化が図れるので、地球環境を破壊することなく冷凍効率の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００１５】
なお、潤滑油としてポリアルキレングリコールを主成分とする潤滑油を用いた場合には、二酸化炭素とポリアルキレングリコールは相溶性が低いので、冷媒の溶け込みによる密閉容器内の潤滑油の液面の上昇を抑えることができるので、運転条件や圧力によって潤滑油溜りの液面が変化することを少なくすることが出来る。よって、相溶性が高い潤滑油の場合に想定される、圧縮機２１と膨張機２２のどちらの潤滑油溜り２１ｄ、２２ｄの液面も上昇して密閉容器外で循環する潤滑油の総量が増えて、放熱器１６や蒸発器１７の性能を低下させるといった問題を回避することができるので、より高効率な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、圧縮機構部と電動機部を収納する密閉容器とで構成された圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を冷却するための放熱器と、膨張機構部と発電機部を収納する密閉容器とで構成された膨張機と、前記膨張機により膨張された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、これらの間に冷媒を循環させる冷媒配管と、圧縮機を駆動するための電気回路を有し、前記膨張機で発電した電力を圧縮機駆動などの電力として使用する電力回収装置を有する冷凍サイクル装置であって、前記冷媒配管１１の高圧部分１１ａと低圧部分１１ｂはバルブ２３を介して接続され、圧縮機２１が停止中はバルブ２３を開放する構成を持つことを特徴とする冷凍サイクル装置１であり、運転時は膨張機で得られた電力を圧縮機などの動力として利用出来て、停電などで装置の保護回路が働かない場合でも膨張機２２の駆動源である高圧冷媒がバルブ２３を通して低圧側へ移動するため膨張機が暴走することなく停止できるので、高い信頼性を確保した冷凍サイクル装置を提供することができるので、空調機、給湯機、カークーラー等の冷凍サイクル装置の用途に適応できる。また、圧縮機及び膨張機としては、例えばレシプロタイプ、スクリュータイプ、ベーンロータリタイプ、スクロールタイプ、ローリングピストンタイプ、スイングピストンタイプ等のさまざまな様式に用いても共通に適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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冷凍サイクル図
【図２】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図
【図３】従来の冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図
【図４】従来の冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図
【符号の説明】
【００１８】
１  冷凍サイクル
１１  冷媒配管
１６  放熱器
１７  蒸発器
２１  圧縮機
２２  膨張機
２３  バルブ
３０  電源回路
３１  動力回収回路
【図１】
2008121922.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008121922.tif 000006