(57)【要約】【課題】動力を回収する膨張機構を備えた冷凍サイクル装置において、圧縮機構と膨張機構との設計容積比を実際の運転状態での密度比より極力小さくして設計する必要があったり、あるいは、流量調整弁を設けたりして生じる製造コストの上昇と冷凍サイクル装置を効率よく運転できないという課題を解決し、価格と性能のバランスの良い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】第１圧縮機構１１と第２圧縮機構１３とが並列に接続され、利用側熱交換器１４、動力回収を行う膨張機構１５、熱源側熱交換器１７を順次接続された冷凍サイクル装置において、第１圧縮機構１１と第１駆動手段１０とが第１の軸により連結され、第２圧縮機構１３と膨張機構１５と第２駆動手段１２が第２の軸で連結されたことを特徴とする冷凍サイクル装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１圧縮機構と第２圧縮機構とが並列に接続され、利用側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、熱源側熱交換器を順次接続された冷凍サイクル装置において、前記第１圧縮機構と第１駆動手段とが第１の軸により連結され、前記第２圧縮機構と前記膨張機構と第２駆動手段が第２の軸で連結されたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第１駆動手段の回転数が、前記第２駆動手段の回転数以上で運転されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第１圧縮機構と前記第２圧縮機構のそれぞれの圧縮室の容積が略同一であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記第１駆動手段は第１電動機であり、前記第２駆動手段は第２電動機であって、前記第１圧縮機構と前記第１電動機とが第１密閉容器内に収納され、前記第２圧縮機構と前記膨張機構と前記第２電動機とが第２密閉容器内に収納されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第１密閉容器と第２密閉容器とが均油管で連結され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】
前記第２駆動手段の回転数を調整することで、冷凍サイクルの高圧側圧力、前記第１圧縮機構または前記第２圧縮機構の吐出温度、前記第１圧縮機構または前記第２圧縮機構の吸入過熱度のいずれかを調整することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第１駆動手段の回転数を調整することで、利用側熱交換器の能力を調整することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項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、動力を回収する膨張機構を備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
減圧器の代わりに膨張時の圧力エネルギーを動力として回収する膨張機構を設けた冷凍サイクルが提案されている。このような冷凍サイクル装置において、容積式の圧縮機構と膨張機構と駆動手段を一軸に連結した構成の冷凍サイクル装置では、圧縮機構のシリンダ容積をＶＣ、膨張機構のシリンダ容積をＶＥとすると、ＶＣ／ＶＥ（設計容積比）により圧縮機構、膨張機構のそれぞれを流れる体積循環量の比が決定される。
【０００３】
また、蒸発器出口の冷媒（圧縮機構に流入する冷媒）の密度をＤＣ、放熱器出口の冷媒（膨張機構に流入する冷媒）の密度をＤＥとすると、圧縮機構、膨張機構のそれぞれを流れる質量循環量は等しいことから、「ＶＣ×ＤＣ＝ＶＥ×ＤＥ」、すなわち、「ＶＣ／ＶＥ＝ＤＥ／ＤＣ」の関係が成立する。ＶＣ／ＶＥ（設計容積比）は機器の設計時に定まる定数であるので、ＤＥ／ＤＣ（密度比）が常に一定となるように冷凍サイクルはバランスしようとする。（以下、このことを、「密度比一定の制約」と呼ぶ。）
【０００４】
しかし、冷凍サイクル装置の使用条件は必ずしも一定でないので、設計時に想定した設計容積比と実際の運転状態での密度比が異なる場合には、「密度比一定の制約」のために、最良な冷凍サイクルに調整することが困難となる。
【０００５】
そこで、膨張機構をバイパスするバイパス流路を設けて、膨張機構に流入する冷媒循環量を制御することで、最良な冷凍サイクルに調整する構成や制御方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
あるいは、駆動手段に軸により連結された主圧縮機構と、膨張機構に軸により連結された補助圧縮機構とを直列に接続し冷凍サイクルを構成した冷凍サイクル装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
すなわち、この冷凍サイクル装置では、膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構から吐出された冷媒は、駆動手段により駆動される主圧縮機構に吸入され、さらに圧縮される。圧縮された冷媒は放熱器（凝縮器）で放熱した後、膨張機構にて減圧される。この減圧時の回収動力は軸により連結された補助圧縮機の駆動力となる。
【０００８】
減圧された冷媒は蒸発器で吸熱した後、再び補助圧縮機構に吸入されるように構成されている。また、駆動手段に軸により連結された主圧縮機構と、膨張機構に軸により連結された補助圧縮機構とを並列に接続し冷凍サイクルを構成した冷凍サイクル装置が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００９】
すなわち、この冷凍サイクル装置では、膨張機構の回収動力により駆動される補助圧縮機構から吐出された冷媒と、駆動手段により駆動される主圧縮機構から吐出された冷媒は、ともに放熱器（凝縮器）で放熱した後、膨張機構にて減圧される。この減圧時の回収動力は軸により連結された補助圧縮機の駆動力となる。減圧された冷媒は蒸発器で吸熱した後、再び主圧縮機構、補助圧縮機構に吸入されるように構成されている。
【００１０】
しかし、上記特許文献２、３の冷凍サイクル装置は、駆動手段に軸により連結された主圧縮機構と、膨張機構に軸により連結された補助圧縮機構とから構成されているために、任意に膨張機構あるいは補助圧縮機構の回転数を調整できない。したがって、膨張機構のみでは最良な冷凍サイクルに調整できない。
【００１１】
このため、例えば、上記特許文献３には、補助圧縮機構の吐出側冷媒流路に流量調整弁を設けて、流量調整弁で補助圧縮機構が吐出する冷媒循環量を少なくすることで、補助圧縮機構および膨張機構に負荷をかけ、最良な冷凍サイクルに調整する構成や制御方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１１６３７１号公報
【特許文献２】特開昭６１−９６３７０号公報
【特許文献３】特開平４−３４００６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、上記特許文献１には、実際の運転状態での密度比が設計容積比より小さい場合には、膨張機をバイパスするバイパス流路に冷媒を流すことで、最良な冷凍サイクルに調整できる構成や制御方法が記載されているが、実際の運転状態での密度比が設計容積比より大きい場合については、最良な冷凍サイクルに調整できる構成や制御方法について、何ら記載されていない。
【００１３】
したがって、効率のよい冷凍サイクルの運転を行うには、設計容積比を実際の運転状態での密度比より極力小さくして設計する必要がある。例えば、ＣＯ２ヒートポンプ給湯機の場合を例にとると、標準的な運転条件では、圧縮機構の吸入密度は約１００ｋｇ／ｍ３、膨張機構の吸入密度は約８００ｋｇ／ｍ３であるので、設計容積比は、約８となる。
【００１４】
すなわち、膨張機構のシリンダ容積（ＶＥ）を、圧縮機構のシリンダ容積（ＶＣ）の約１／８として設計する必要がある。これは、例えば、圧縮機構のシリンダ容積（ＶＣ）が、約８ｃｃであれば、膨張機構のシリンダ容積（ＶＥ）は、約１ｃｃとして、設計する必要があることを意味する。
【００１５】
この場合には、膨張機構のシリンダを製造する上で、微細な加工が要求されるために製造コスト上昇の原因となる、あるいは、膨張機構の体積効率が低下する原因となる。このため、コストをかけなければ、冷凍サイクルを最適な状態とすることができず、冷凍サイクル装置を効率よく運転できなくなるという課題が生じていた。
【００１６】
逆に、例えば、膨張機構のシリンダ容積（ＶＥ）を約３ｃｃとして設計するならば、圧縮機構のシリンダ容積（ＶＣ）を約２４ｃｃとして設計する必要がある。この場合には、圧縮機構に連結する駆動手段の出力不足を補うために駆動手段を大きくする必要が生じ、製造コスト上昇の原因となる。このため、コストをかけなければ、冷凍サイクルを最適な状態とすることができず、冷凍サイクル装置を効率よく運転できなくなるという課題が生じていた。
【００１７】
あるいは、上記特許文献２、３のように駆動手段に軸により連結された主圧縮機構と、膨張機構に軸により連結された補助圧縮機構とから構成した冷凍サイクル装置では、任意に膨張機構あるいは補助圧縮機構の回転数を調整できないために、冷凍サイクルを最適な状態とすることができず、冷凍サイクル装置を効率よく運転できないという課題が生じていた。
【００１８】
また、上記特許文献３のように、補助圧縮機構の吐出側冷媒流路に流量調整弁を設けたとしても、冷凍サイクル装置の起動時など、主圧縮機構や補助圧縮機構が吐出する冷媒循環量が少ない場合には、流量調整弁で補助圧縮機構が吐出する冷媒循環量をさらに少なくして、補助圧縮機構および膨張機構に負荷をかけるのが困難となる。このため、冷凍サイクル装置の起動に時間がかかるなど、冷凍サイクル装置を効率よく運転できないという課題が生じていた。
【００１９】
あるいは、補助圧縮機構の吐出側冷媒流路に流量調整弁を設けると、製造コスト上昇の原因となる。このため、コストをかけなければ、冷凍サイクルを最適な状態とすることができず、冷凍サイクル装置を効率よく運転できなくなるという課題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
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、第１圧縮機構と第２圧縮機構とが並列に接続され、利用側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、熱源側熱交換器を順次接続された冷凍サイクル装置において、第１圧縮機構と第１駆動手段とが第１の軸により連結し、第２圧縮機構と膨張機構と第２駆動手段が第２の軸で連結したものである。
【００２１】
これによると、各圧縮機構の圧縮室容積を大きくすることなく膨張機構のシリンダ容積を大きく設計できることから、製造コストの低減が可能である。あるいは、膨張機構の体積効率が低下する不具合も解消し、冷凍サイクルを最適な状態とし、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００２２】
また、本発明の冷凍サイクル装置は、第１駆動手段の回転数が、第２駆動手段の回転数以上で運転されるものである。これによると、さらに各圧縮機構の圧縮室容積を大きくすることなく膨張機構のシリンダ容積を大きく設計できることから、製造コストの低減が可能である。あるいは、膨張機構の体積効率が低下する不具合も解消し、冷凍サイクルを最適な状態とし、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００２３】
また、本発明の冷凍サイクル装置は、第１圧縮機構と第２圧縮機構のそれぞれの圧縮室の容積が略同一であるものである。これによると、第１圧縮機構と第２圧縮機構の構成部品の共有化や制御方法の簡略化が可能となり、さらに製造コストの低減ができる。
【００２４】
また、本発明の冷凍サイクル装置は、第１駆動手段は第１電動機であり、第２駆動手段は第２電動機であって、第１圧縮機構と第１電動機とが第１密閉容器内に収納され、第２圧縮機構と膨張機構と第２電動機とが第２密閉容器内に収納されたことを特徴とするものである。
【００２５】
これによると、密閉容器の貫通部においてシール部を設ける必要がなくなり、さらに製造コストの低減ができる。あるいは、第２電動機を余剰な動力を電力として回収する発電機としても利用できるために、さらに製造コストの低減ができる。
【００２６】
また、本発明の冷凍サイクル装置は、第１密閉容器と第２密閉容器とが均油管で連結されたものである。これによると、冷凍機油がどちらか一方の密閉容器に偏ることを防止できるので、冷凍サイクルが不安定になることがなくなり、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００２７】
また、本発明の冷凍サイクル装置は、第２駆動手段の回転数を調整することで、冷凍サイクルの高圧側圧力、第１圧縮機構または第２圧縮機構の吐出温度、第１圧縮機構または第２圧縮機構の吸入過熱度のいずれかを調整するものである。
【００２８】
これによると、膨張機構を流れる冷媒循環量を調整し、望ましい高圧側圧力に調整できるので、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。また、第２電動機の回転数を下げることで従来より広い運転範囲で膨張機構に負荷がかけられるために、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００２９】
また、本発明の冷凍サイクル装置は、第１駆動手段の回転数を調整することで、利用側熱交換器の能力を調整するものである。これによると、第２圧縮機構の回転数が変化しても、利用側熱交換器での必要な能力を確保することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の冷凍サイクル装置は、動力を回収する膨張機構を備えた冷凍サイクル装置において、膨張機構のシリンダ容積を圧縮機構のシリンダ容積に比べて、非常に小さい容積で設計する必要がなくなり、冷凍サイクル装置の製造コストの上昇を防止しつつ、効率の良い運転が可能である冷凍サイクル装置、すなわち、価格と性能のバランスの良い冷凍サイクル装置を提供できる。
【００３１】
あるいは、冷凍サイクルを最良な状態に制御するための流量調整弁などが不要になり、冷凍サイクル装置の製造コストの上昇を防止しつつ、効率の良い運転が可能である冷凍サイクル装置、すなわち、価格と性能のバランスの良い冷凍サイクル装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
第１の発明は、第１圧縮機構と第２圧縮機構とが並列に接続され、利用側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、熱源側熱交換器を順次接続された冷凍サイクル装置において、第１圧縮機構と第１駆動手段とが第１の軸により連結し、第２圧縮機構と膨張機構と第２駆動手段が第２の軸で連結したものであり、膨張機構のシリンダ容積を大きく設計できることから、製造コストの低減が可能である。あるいは、膨張機構の体積効率が低下する不具合も解消し、冷凍サイクルを最適な状態とし、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００３３】
第２の発明は、第１駆動手段の回転数が、第２駆動手段の回転数以上で運転するものであり、さらに膨張機構のシリンダ容積を大きく設計できることから、製造コストの低減が可能である。あるいは、膨張機構の体積効率が低下する不具合も解消し、冷凍サイクルを最適な状態とし、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００３４】
第３の発明は、第１圧縮機構と第２圧縮機構のそれぞれの圧縮室の容積が略同一であるものであり、第１圧縮機構と第２圧縮機構の構成部品の共有化や制御方法の簡略化が可能となり、さらに製造コストの低減ができる。
【００３５】
第４の発明は、第１駆動手段は第１電動機であり、第２駆動手段は第２電動機であって、第１圧縮機構と第１電動機とが第１密閉容器内に収納され、第２圧縮機構と膨張機構と第２電動機とが第２密閉容器内に収納されたものであり、密閉容器の貫通部においてシール部を設ける必要がなくなり、さらに製造コストの低減ができる。あるいは、第２電動機を余剰な動力を電力として回収する発電機としても利用できるために、さらに製造コストの低減ができる。
【００３６】
第５の発明は、第１密閉容器と第２密閉容器とが均油管で連結されたものであり、冷凍機油がどちらか一方の密閉容器に偏ることを防止できるので、冷凍サイクルが不安定になることがなくなり、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００３７】
第６の発明は、第２駆動手段の回転数を調整することで、冷凍サイクルの高圧側圧力、第１圧縮機構または第２圧縮機構の吐出温度、第１圧縮機構または第２圧縮機構の吸入過熱度のいずれかを調整するものであり、膨張機構を流れる冷媒循環量を調整し、望ましい高圧側圧力に調整できるので、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。また、第２電動機の回転数を下げることで従来より広い運転範囲で膨張機構に負荷がかけられるために、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００３８】
第７の発明は、第１駆動手段の回転数を調整することで、利用側熱交換器の能力を調整するものであり、第２圧縮機構の回転数が変化しても、利用側熱交換器での必要な能力を確保することができる。
【００３９】
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。例えば、以下の実施の形態では、給湯機を例にとり説明するが、本発明が給湯機に限定されるものではなく、空気調和機などであってもよい。
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置を、図１に概略構成図を示し、説明する。図１の冷凍サイクル装置は、冷媒回路Ａと流体回路Ｂより構成されている。冷媒回路Ａは、第１駆動手段としての第１電動機１０により駆動される第１圧縮機構１１、および、第２駆動手段としての第２電動機１２により駆動される第２圧縮機構１３、利用側熱交換器としての給湯用熱交換器（放熱器）１４の冷媒流路１４ａ、動力回収を行う膨張機構１５、熱源側熱交換器としての蒸発器１７などからなる。
【００４０】
第１圧縮機構１１と第２圧縮機構１３とは、ともに蒸発器１７を流出した冷媒を吸入し、放熱器１４に圧縮した冷媒を吐出するように構成されている。第１電動機１０と第１圧縮機構１１とは第１の軸２０により連結され、第１密閉容器３０内に収納されている。第２電動機１２と第２圧縮機構１３と膨張機構１５とは第２の軸２１により連結され、第２密閉容器３１内に収納されている。
【００４１】
さらに、第１密閉容器３０と第２密閉容器３１は、それぞれの容器内の冷凍機油が滞留する位置どうしを均油管３２で連結されている。また、本冷凍サイクル装置は、蒸発器１７に流体（例えば、外気）を搬送する熱源側流体搬送手段としての送風装置（ファン）１６、第１圧縮機構１１または第２圧縮機構１３の吐出温度を検出する吐出温度検出手段４０とを備えている。
【００４２】
吐出温度検出手段４０は、例えば、第１圧縮機構１１、あるいは、第２圧縮機構１３の吐出から放熱器１４の冷媒流路１４ａの入口までの配管上に設けられ配管の温度を検出する温度サーミスタである。
【００４３】
また、吐出温度検出手段４０の検出値に応じて膨張機構１５の目標回転数、すなわち、第２電動機１２の目標回転数を演算する第２電動機目標回転数演算手段４１、さらに、第２電動機目標回転数演算手段４１が演算した第２電動機目標回転数に応じて、第２電動機１２の回転数を操作する第２電動機回転数操作手段４２を備えている。
【００４４】
さらに、利用側熱交換器能力演算手段４３は、外気温度検知手段（図示せず）、入水温度検知手段（図示せず）などが検知した外気温度や入水温度、利用者等が設定した目標沸上温度（給湯タンク６１に貯める流体（例えば、お湯）の温度、または、放熱器１４の流体出口温度の目標値）などから利用側熱交換器１４の必要能力を演算する。第１電動機目標回転数演算手段４４は、利用側熱交換器能力演算手段４３が演算した利用側熱交換器１４の必要能力と、第２電動機回転数操作手段４２が操作した第２電動機１２の回転数に基づき、第１電動機１０の回転数を演算する。
【００４５】
また、第１電動機回転数操作手段４５は第１電動機目標回転数演算手段４４が演算した第１電動機目標回転数に基づき、第１電動機１０の回転数を操作する。
【００４６】
一方、流体回路Ｂは、利用側流体搬送手段としての給水ポンプ６０、放熱器１４の流体流路１４ｂ、給湯タンク６１などからなる。
【００４７】
次に、上述のように構成された冷凍サイクル装置の運転時の動作について説明する。冷媒回路Ａでは、冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）を、第１駆動手段１０により駆動される第１圧縮機構１１、および、第２駆動手段１２により駆動される第２圧縮機構１３で臨界圧力を越える圧力まで圧縮し、高温高圧状態とする。第１圧縮機構１１、および、第２圧縮機構１３を吐出された冷媒は、混合され、放熱器１４の冷媒流路１４ａに流入する。これらの冷媒は、放熱器１４の冷媒流路１４ａを流れる際に、流体流路１４ｂを流れる流体（例えば、水）に放熱して冷却される。
【００４８】
その後、冷媒は膨張機構１５で減圧され低温低圧の気液二相状態となる。この際、膨張機構１５では冷媒の圧力エネルギーを動力に変換し、その動力は第２の軸２１を介して、第２駆動手段１２が第２圧縮機構１３を駆動するのを補助する動力として用いられる。
【００４９】
このように、膨張時の圧力エネルギーを動力として回収し、圧縮動力として利用することでＣＯＰを向上させることができる。膨張機構１５で減圧された冷媒は蒸発器１７に供給される。蒸発器１７では、冷媒は送風装置（ファン）１６によって送り込まれた外気によって加熱され、気液二相またはガス状態となる。
【００５０】
これらの冷媒は、第１圧縮機構１１に吸入される冷媒と、第２圧縮機構１３に吸入される冷媒の２つに分流され、再び第１圧縮機構１１、および、第２圧縮機構１３に吸入される。
【００５１】
一方、流体回路Ｂでは、給水ポンプ６０により給湯タンク６１の底部から放熱器１４の流体流路１４ｂへ送り込まれた水は、冷媒流路１４ａを流れる冷媒により加熱され、高温の湯となり、その湯を給湯タンク６１の頂部から貯める。このような動作を繰り返すことにより、本実施の形態の冷凍サイクル装置は給湯機として利用できる。
【００５２】
さらに、第１駆動手段１０の回転数が、第２駆動手段１２の回転数以上で運転されることが望ましい。また、第１圧縮機構１１と第２圧縮機構１３のそれぞれの圧縮室の容積が略同一であることが望ましい。
【００５３】
このような構成の冷凍サイクル装置の効果を以下に述べる。第１圧縮機構１１のシリンダ容積をＶＣ１、第２圧縮機構１３のシリンダ容積をＶＣ２、膨張機構１５のシリンダ容積をＶＥ、第１駆動手段１０の回転数をＨｚ１、第２駆動手段１２の回転数をＨｚ２、蒸発器１７出口の冷媒の密度（第１圧縮機構１１、および、第２圧縮機構１３に流入する冷媒の密度）をＤＣ、放熱器１４出口の冷媒の密度（膨張機構１５に流入する冷媒の密度）をＤＥとすると、第１圧縮機構１１を吐出される冷媒と第２圧縮機構１３をそれぞれ吐出される冷媒を合わせた冷媒の質量循環量と膨張機構１５を流れる冷媒の質量循環量は等しいことから、「（ＶＣ１×Ｈｚ１＋ＶＣ２×Ｈｚ２）×ＤＣ＝ＶＥ×Ｈｚ２×ＤＥ」、すなわち、「ＤＥ／ＤＣ＝（ＶＣ１×Ｈｚ１＋ＶＣ２×Ｈｚ２）／（ＶＥ×Ｈｚ２）」の関係が成立する。
【００５４】
ここで、仮に、第１駆動手段１０の回転数と第２駆動手段１２の回転数が等しい、すなわち、「Ｈｚ１＝Ｈｚ２」とすると、「ＤＥ／ＤＣ＝（ＶＣ１＋ＶＣ２）／ＶＥ」の関係が成立する。例えば、設計容積比が約８となるＣＯ２ヒートポンプ給湯機の場合では、膨張機構１５のシリンダ容積（ＶＥ）を、第１圧縮機構１１のシリンダ容積と第２圧縮機構１３の和（ＶＣ１＋ＶＣ２）の約１／８として設計すればよく、これは、例えば、第１圧縮機構１１のシリンダ容積（ＶＣ１）、第２圧縮機構１３のシリンダ容積（ＶＣ２）がともに、約８ｃｃであれば、膨張機構１５のシリンダ容積（ＶＥ）は、約２ｃｃとして、設計すればよい。
【００５５】
このように、第１圧縮機構１１のシリンダ容積（ＶＣ１）、第２圧縮機構１３のシリンダ容積（ＶＣ２）を従来のものより大きくすることなく、膨張機構１５のシリンダ容積（ＶＥ）を大きくすることが可能となるので、膨張機構１５を製造する上でのコスト上昇が、従来の構成に比べて低減できる。さらに、シリンダ容積を大きく設計できることで、膨張機構の体積効率が低下する不具合も解消し、冷凍サイクルを最適な状態とし、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００５６】
逆に、例えば、膨張機構１５のシリンダ容積（ＶＥ）を約３ｃｃとして設計するならば、第１圧縮機構１１のシリンダ容積と第２圧縮機構１３の和（ＶＣ１＋ＶＣ２）を約２４ｃｃとして設計すれば良く、例えば、第１圧縮機構１１のシリンダ容積（ＶＣ１）、第２圧縮機構１３のシリンダ容積（ＶＣ２）ともに、１２ｃｃとすればよいので、従来の構成に比べて第１圧縮機構１１のシリンダ容積（ＶＣ１）、第２圧縮機構１３のシリンダ容積（ＶＣ２）を大きくする必要がないので、第１圧縮機構１１や第２圧縮機構１３に連結する第１駆動手段１０や第２駆動手段１２の出力不足を補うために駆動手段を大きくする必要性が従来の構成に比べて低減され、製造コスト上昇が低減できる。
【００５７】
さらに、従来の課題であった第１駆動手段１０や第２駆動手段１２が出力不足となる不具合も解消し、冷凍サイクルを最適な状態とし、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００５８】
また、「ＤＥ／ＤＣ＝（ＶＣ１×Ｈｚ１＋ＶＣ２×Ｈｚ２）／（ＶＥ×Ｈｚ２）」の関係から、「Ｈｚ１＞Ｈｚ２」とすれば、さらに、膨張機構１５のシリンダ容積（ＶＥ）は、大きく設計できるので、上述の効果が大きい。
【００５９】
さらに、第１圧縮機構１１と第２圧縮機構１３のそれぞれの圧縮室の容積が略同一である、すなわち、「ＶＣ１＝ＶＣ２」とすることで、第１圧縮機構１１と第２圧縮機構１３の構成部品の共有化が可能となり、さらに製造コストの低減ができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、第１圧縮機構１１と第１駆動手段である第１電動機１０とが第１密閉容器３０内に収納され、第２圧縮機構１３と膨張機構１５と第２駆動手段である第２電動機１２とが第２密閉容器３１内に収納されているので、第１圧縮機構１１と第１電動機１０とを連結する第１の軸２０、および、第２圧縮機構１２と膨張機構１５と第２電動機１３とを連結する第２の軸２１を第１密閉容器３０や第２密閉容器３１を貫通させる必要が無いために、密閉容器の貫通部において冷媒と大気が混合しないようにするシール部を設ける必要がなくなり、さらに製造コストの低減ができる。あるいは、第２駆動手段１２は第２電動機であるので、膨張機構１５の回収動力が第２圧縮機構１３の駆動力を上回った場合でも、余剰な動力を電力として回収する発電機としても利用できるために、さらに製造コストの低減ができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、第１密閉容器３０と第２密閉容器３１とが均油管３２で連結されていることから、第１密閉容器３０と第２密閉容器３１に封入された冷凍機油が、どちらか一方の密閉容器に偏ることを防止できるので、冷凍サイクルが不安定になることが防止可能で冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００６２】
なお、さらに、第１密閉容器３０と第２密閉容器３１とのそれぞれの容器内の冷凍機油が滞留する位置より上部どうしを均圧管３３で連結すると、より冷凍サイクルが不安定になること防止可能となり、さらに望ましい。
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる制御方法を追加したものである。本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置を、図１の概略構成図、および、図２に示すフローチャートを用いて説明する。本実施の形態の制御では、比較的安価に計測の可能な吐出温度により、第１駆動手段である第１電動機１０および第２駆動手段である第２電動機１２の回転数制御を行う。
【００６３】
冷凍サイクル装置の運転時には、利用側熱交換器能力演算手段４３が、外気温度検知手段（図示せず）、入水温度検知手段（図示せず）などが検知した外気温度や入水温度、利用者等が設定した目標沸上温度（給湯タンクに貯めるお湯の温度、または、利用側熱交換器１４の流体出口温度の目標値）などから利用側熱交換器１４の必要能力を演算する（１００）。
【００６４】
次に、第１電動機目標回転数演算手段４４が、利用側熱交換器能力演算手段４３が演算した利用側熱交換器１４の必要能力と、後述する第２電動機回転数操作手段４２が操作した第２電動機１２の回転数にもとづき、第１電動機１０の回転数を演算する（ステップ１１０）。次に、第１電動機回転数操作手段４５は第１電動機目標回転数演算手段４４が演算した第１電動機目標回転数（Ｈｚ１）にもとづき、第１電動機１０の回転数を操作する（ステップ１２０）。
【００６５】
さらに、吐出温度検知手段４０からの検出値（吐出温度：Ｔｄ）が取り込まれる（ステップ１３０）。予めＲＯＭ等に記憶されている目標吐出温度（目標Ｔｄ）とステップ１３０で取り込んだ吐出温度（Ｔｄ）とを比較する（ステップ１４０）。
【００６６】
吐出温度（Ｔｄ）が目標吐出温度（目標Ｔｄ）より低い場合には、高圧側圧力が最適な圧力より低い傾向にあるため、膨張機構１５、すなわち、第２電動機１２の回転数（Ｈｚ２）を低下方向に操作し（ステップ１５０）、膨張機構１５を流れる冷媒循環量を減少させ、高圧側圧力および吐出温度を上昇させる。
【００６７】
逆に、ステップ１４０で、吐出温度（Ｔｄ）が目標吐出温度（目標Ｔｄ）より高い場合には、高圧側圧力が最適な圧力より高い傾向にあるため膨張機構１５、すなわち、第２電動機１２の回転数（Ｈｚ２）を増加方向に操作し（ステップ１６０）、膨張機構１５を流れる冷媒循環量を増加させ、高圧側圧力および吐出温度を低下させる。
【００６８】
ステップ１５０、あるいは、ステップ１６０で、第２電動機１２の回転数（Ｈｚ２）を操作すると、膨張機構１５の回転数だけではなく、第２圧縮機構１３の回転数も変化する。このため、ステップ１１０にもどり、再び、利用側熱交換器能力演算手段４３が演算した利用側熱交換器１４の必要能力と、第２電動機回転数操作手段４２が操作した第２電動機１２の回転数にもとづき、第１電動機１０の回転数を演算することで、第２電動機１２の回転数変化による第２圧縮機構１３の冷媒循環量の変化を調整する。以上のように、第１電動機１０の回転数と、第２電動機１２の回転数とを連携させた制御を行う。
【００６９】
これにより、本実施の形態の構成の冷凍サイクル装置では、従来のように流量調整弁を設けることなく、第２電動機１２の回転数を調整することにより、膨張機構１５を流れる冷媒循環量を調整し、望ましい高圧側圧力に調整できるので、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。また、従来のように冷媒循環量が少なく流量調整弁で負荷がかけられない場合でも、第２電動機１２の回転数を下げることで、従来より負荷がかけられるために、冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【００７０】
さらに、第２電動機１２の回転数を調整したのち、利用側熱交換器１４の必要能力から、再度、第１圧縮機構１１の回転数を調整しているために、第２圧縮機構１３の回転数が変化しても、利用側熱交換器１４での必要な能力を確保することができる。
【００７１】
さらに、第１圧縮機構１１と第２圧縮機構１３のそれぞれの圧縮室の容積が略同一である場合には、制御方法が簡略化できるので、さらに製造コストの低減ができるので望ましい。
【００７２】
すなわち、この場合に利用側熱交換器１４での能力を同等に維持するには、例えば、ステップ１５０で第１電動機１０の回転数を２Ｈｚ低下させた場合には、ステップ１１０で第２電動機１２の目標回転数を２Ｈｚ増加させればよく、逆に、ステップ１６０で第１電動機１０の回転数を２Ｈｚ増加させた場合には、ステップ１１０で第２電動機１２の目標回転数を２Ｈｚ低下させればよいので、ステップ１１０での演算を簡略化できる。
【００７３】
なお、第２電動機１２の回転数は、第２電動機回転数操作手段４２の操作値から求めるものとして説明したが、実際の回転数をセンサ等で測定するものとしてもよいし、第２電動機目標回転数４１の目標値から求めるものとしてもよい。また、冷凍サイクルの状態の安定性を増すために、吐出温度がある一定の温度範囲となるように目標吐出温度（目標Ｔｄ）に微少値を加算または減算して制御してもよい。
【００７４】
さらに、本実施の形態の制御では、吐出温度により第２電動機１２の回転数の制御を行うとして説明したが、高圧側圧力を直接検知して、その値を用いて制御しても良いし、あるいは、冷凍サイクル装置上の温度を検知した検知値やそれらの検知値を用いた計算値を用いて制御してもよい。例えば、第１圧縮機構１１、あるいは、第２圧縮機構１３の吸入過熱度や、蒸発器１７出口の過熱度を用いて制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の冷凍サイクル装置は、動力回収を行う膨張機構を備えた冷凍サイクル装置において、膨張機構のシリンダ容積を圧縮機構のシリンダ容積に比べて、非常に小さい容積で設計する必要がなくなり、あるいは、冷凍サイクルを最良な状態に制御するための流量調整弁などが不要となり、冷凍サイクル装置の製造コストの上昇を防止しつつ、効率の良い運転が可能である冷凍サイクル装置、すなわち、価格と性能のバランスの良い冷凍サイクル装置となるので、膨張機構１５を備えた給湯機、空気調和機などの用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置を示す構成図
【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制御のフローチャート
【符号の説明】
【００７７】
１０    第１駆動手段（第１電動機）
１１    第１圧縮機構
１２    第２駆動手段（第２電動機）
１３    第２圧縮機構
１４    利用側熱交換器（放熱器、給湯用熱交換器）
１４ａ    冷媒流路
１４ｂ    流体流路
１５    膨張機構
１６    熱源側流体搬送手段（送風装置、ファン）
１７    熱源側熱交換器（蒸発器）
２０    第１の軸
２１    第２の軸
３０    第１密閉容器
３１    第２密閉容器
３２    均油管
３３    均圧管
４０    吐出温度検出手段
４１    第２電動機目標回転数演算手段
４２    第２電動機回転数操作手段
４３    利用側熱交換器能力演算手段
４４    第１電動機目標回転数演算手段
４５    第１電動機回転数操作手段
６０    利用側流体搬送手段（給水ポンプ）
６１    給湯タンク
Ａ    冷媒回路
Ｂ    流体回路
【図１】
2008039237.tif 000003
【図２】
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