(57)【要約】【課題】膨張機の信頼性確保と膨脹時のエネルギーの回収を十分に行い、成績係数を大きく向上することができる冷凍サイクル装置とその制御方法を提供する。【解決手段】炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器よりも下流側に位置し前記冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機と、前記膨張機の下流側に設けたエジェクタとを順次配管接続し、前記エジェクタと前記圧縮機の間に気液分離器を設け、前記気液分離器のガス側と前記圧縮機の吸入側とを接続し、前記気液分離器の液側を絞り装置を介して蒸発器と接続し、前記蒸発器の出口を前記エジェクタの吸引口に接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置である。【選択図】  図１
2004251558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器よりも下流側に位置し前記冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機と、前記膨張機の下流側に設けたエジェクタとを順次配管接続し、前記エジェクタと前記圧縮機の間に気液分離器を設け、前記気液分離器のガス側と前記圧縮機の吸入側とを接続し、前記気液分離器の液側を絞り装置を介して蒸発器と接続し、前記蒸発器の出口を前記エジェクタの吸引口に接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記膨張機の出口圧力を、炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定し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】
前記膨張機と並列に副絞り装置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４】
炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器よりも下流側に位置し前記冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機と、前記膨張機の下流側に設けたエジェクタとを順次配管接続し、前記エジェクタと前記圧縮機の間に気液分離器を設け、前記気液分離器のガス側と前記圧縮機の吸入側とを接続し、前記気液分離器の液側を絞り装置を介して蒸発器と接続し、前記蒸発器の出口を前記エジェクタの吸引口に接続し、前記膨張機と並列に副絞り装置を設け、さらに前記膨張機の出口に圧力センサを設けた冷凍サイクル装置であって、前記圧力センサの検出信号に応じて前記副絞り装置の開度調整を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保つように制御することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項５】
炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を圧縮する第１圧縮機と、第２圧縮機を直列に接続し、前記第２圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器よりも下流側に位置し前記冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機と、前記膨張機の下流側に設けたエジェクタとを順次配管接続し、前記エジェクタと前記圧縮機の間に気液分離器を設け、前記気液分離器のガス側と前記圧縮機の吸入側とを接続し、前記気液分離器の液側を絞り装置を介して蒸発器と接続し、前記蒸発器の出口を前記エジェクタの吸引口に接続し、前記膨脹機と前記エジェクタとの間と前記第１圧縮機と前記第２圧縮機との間とを副絞り装置を介して接続したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記膨張機の出口圧力を、炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定したことを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を圧縮する第１圧縮機と、第２圧縮機を直列に接続し、前記第２圧縮機で昇圧された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器よりも下流側に位置し前記冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機と、前記膨張機の下流側に設けたエジェクタとを順次配管接続し、前記エジェクタと前記圧縮機の間に気液分離器を設け、前記気液分離器のガス側と前記圧縮機の吸入側とを接続し、前記気液分離器の液側を絞り装置を介して蒸発器と接続し、前記蒸発器の出口を前記エジェクタの吸引口に接続し、前記膨脹機と前記エジェクタとの間と前記第１圧縮機と前記第２圧縮機との間とを第１副絞り装置を介して接続し、前記膨張機と並列に第２副絞り装置を設け、さらに前記膨張機の出口に圧力センサを設けた冷凍サイクル装置であって、前記圧力センサの検出信号に応じて前記副絞り装置の開度調整を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保つように制御することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項８】
第２圧縮機の吐出配管に温度センサーを設け、前記温度センサーの検出信号に応じて前記第１副絞り装置の開度調整を行い、第２圧縮機出口の冷媒温度をあらかじめ定めた設定温度以下に制御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の制御方法。
【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を用い、空調機や給湯機に用いる冷凍サイクル装置に関し、冷媒の膨張により失われるエネルギーを有効かつ安全に回収することにより、高い効率を実現する構成とその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用空気調和機では、エジェクタを用いた冷凍サイクルが公知であり、図３に示すように、圧縮機２０１、凝縮器２０２、エジェクタ２０３、気液分離器２０４、蒸発器２０５より構成され、気液分離器２０４で分離されたガス冷媒は圧縮機２０１に吸引され、液冷媒は蒸発器２０５へ導かれて蒸発した後、再びエジェクタ２０３に吸引される。こうすることにより、エジェクタ２０３における断熱膨張によりエジェクタ２０３の出口のエンタルピが減少し、蒸発器での冷房能力が増加して、冷凍サイクルの成績係数が向上する。また、蒸発器２０５を出た冷媒ガスはエジェクタ２０３によって昇圧されて後、気液分離器２０４に流入後、ガス冷媒が圧縮機２０１に吸入されるので、圧縮機２０１での圧縮仕事量が低減でき、さらに成績係数の向上達成される（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、近年、炭酸ガス冷媒（ＣＯ２）を用いた冷凍サイクル装置が注目を浴びているが、ＣＯ２の冷凍サイクル効率をさらに向上させるために、放熱機出口に膨張機を設け、冷媒が高圧から低圧に膨張して損失するエネルギーを回収して成績係数を向上させたり、また、断熱膨張に近づけることができるので蒸発器入口のエンタルピが減少して蒸発器での吸熱量が増加し、冷凍能力の向上が実現できるものである。
【０００４】
たとえば、図４に示すように、圧縮機３０１、放熱器３０２、膨張機３０３、膨張弁３０４、蒸発器３０５が順に配管接続されており、放熱器３０２出口の冷媒が、減圧膨張することにより膨張機３０３で、圧力エネルギーを回収し有効利用することにより、所要動力の低減と冷凍効果の増大を同時に達成し、冷凍サイクル装置の高効率化を実現できるものである。
【０００５】
また、膨張機３０３の出口圧力を、膨張弁３０４によって炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定しているため、膨張機３０３で膨張した後も超臨界状態を保つことができ、膨張機３０３の内部で減圧膨張により、気液二層状態となって液冷媒が膨張機３０３の騒音の原因や故障原因になるようなこともなく、高圧側ラインが超臨界領域となる炭酸ガス冷媒（ＣＯ２）の性質利用し、圧力エネルギーを安全に回収し有効利用することにより、所要動力の低減と冷凍効果の増大を同時に達成し、冷凍サイクル装置の高効率化を実現できるものである。（例えば特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】
特許第３２１９１０８号公報（図３）
【特許文献２】
特開２００２−２２２９８号公報（図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炭酸ガス冷媒のように高圧側が超臨界となるような冷凍サイクルにおいて、特許文献１のような構成では、エジェクタ２０３入口が超臨界冷媒で、膨張途中から二相冷媒となるような流れを駆動流とするため、エジェクタ２０３の効率を高くすることが難しく、そのため十分に蒸発器２０５の出口冷媒を昇圧することが困難で、成績係数の向上度合いが低いという課題があった。
【０００８】
一方、特許文献２のような構成では、膨脹機の信頼性は向上するものの、膨脹機を出た冷媒は膨脹弁３０４で等エンタルピ膨脹することになり、エネルギーの回収はできないため成績係数の向上が少ないという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために、膨脹時のエネルギーの回収を十分に行え、成績係数を大きく向上することができる冷凍サイクル装置とその制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる冷凍サイクル装置は、放熱器出口の高圧冷媒より動力を取り出す膨張機と、膨張機の下流側に設けたエジェクタとを直列に接続して、膨脹機でのエネルギー回収に加え、エジェクタによって膨脹機出口の中圧冷媒よりエネルギー回収することにより、成績係数を大きく向上させる冷凍サイクル装置を提供できる。
【００１１】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、膨張機の出口圧力を、炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定したので、信頼性の高い膨脹機を提供できる。
【００１２】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、膨張機と並列に副絞り装置を設け、膨張機の出口に圧力センサを設け、圧力センサの検出信号に応じて前記副絞り装置の開度調整を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保つように制御する圧力制御器を設けたので、膨張機内部で減圧膨張により、気液二相状態となることを防止できるので、騒音発生の防止や膨脹機の信頼性向上に大きく貢献できる。
【００１３】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、第１圧縮機と第２圧縮機を直列に設け、放熱器出口の高圧冷媒より動力を取り出す膨張機と、膨張機の下流側に設けたエジェクタとを直列に接続して、膨脹機でのエネルギー回収に加え、エジェクタによって膨脹機出口の中圧冷媒よりエネルギー回収することにより、成績係数を大きく向上させることができ、また、第２圧縮機の吸入に、第１圧縮機出口の冷媒に加え、膨脹機出口の低温冷媒を流すことができるので、第２圧縮機出口の冷媒温度を低く抑える冷凍サイクル装置を提供できる。
【００１４】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、膨張機の出口圧力を、炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定したので、第２圧縮機に液冷媒が吸入することがなく信頼性の高い圧縮機および膨脹機を提供できる。
【００１５】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、膨張機と並列に副絞り装置を設け、膨張機の出口に圧力センサを設け、圧力センサの検出信号に応じて前記副絞り装置の開度調整を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保つように制御する圧力制御器を設けたので、膨張機内部で減圧膨張により、気液二相状態となることを防止できるので、騒音発生の防止や膨脹機の信頼性向上に大きく貢献できると共に、第２圧縮機に液冷媒が吸入することがなく信頼性の高い圧縮機を提供できる。
【００１６】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、第２圧縮機の吐出配管に温度センサーを設け、第２圧縮機出口の冷媒温度をあらかじめ定めた設定温度以下に制御する温度制御器を設けたので、第２圧縮機の吐出温度を常に安全な温度以下にして運転することができ、信頼性が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（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構成図である。
【００１９】
図１において、炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で昇圧された冷媒を冷却する放熱器２と、放熱器２よりも下流側に位置し、放熱器２で冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機３と、膨張機３の下流側に設けたエジェクタ４とを順に配管接続している。
【００２０】
また、エジェクタ４と１圧縮機の間に気液分離器５を設け、気液分離器５のガス側（図中では気液分離器５上部）と圧縮機１の吸入側とを接続し、気液分離器５の液側（図中では気液分離器５下部）を絞り装置６を介して蒸発器７と接続し、蒸発器７の出口をエジェクタ４の吸引口に接続している。
【００２１】
さらに、膨張機３と並列に副絞り装置８を設けて膨張機３をバイパスできるように配管接続している。
【００２２】
また、膨張機３の出口に圧力センサ９を設け、外部に設けた圧力制御器１０により圧力センサ９の検出信号に応じて副絞り装置８の開度調整を行い、膨張機３出口圧力を制御できるようにしている。
【００２３】
圧力制御器１０を用いて、副絞り装置８を開く方向に開度調整すれば、副絞り装置８を通過する冷媒量が増加するため膨張機３の出口圧力が上昇し、逆に副絞り装置８を閉じる方向に開度調整すれば副絞り装置８を通過する冷媒量が減少するため膨張機３の出口圧力が低下する性質を利用して、膨張機３の出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保つように制御する。
【００２４】
なお、エジェクタ４は膨張機３の出口冷媒あるいは副絞り装置８の出口冷媒がエジェクタ４の駆動流となり、蒸発器７の出口冷媒を吸引して昇圧する作用をなす。
【００２５】
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。
【００２６】
圧縮機１によって圧縮された冷媒（炭酸ガス）は、高温高圧の超臨界状態の冷媒となって放熱器２に入り、ここで放熱して冷却する。放熱器２を出た冷媒は分岐して、一方は膨張機３に導かれ、ここで高圧から中間圧程度まで膨張することにより、機械エネルギーを発生すると共に、自らも断熱膨張して温度低下し、エンタルピを減少させる。
【００２７】
放熱器２を出て分岐した冷媒のもう一方は副絞り装置８に流入して膨張機３の出口冷媒と合流する。
【００２８】
ここで、膨張機３の出口圧力は圧力センサ９により検知し、この圧力と炭酸ガスの臨界圧力とを圧力制御器１０で比較して、圧力が臨界圧力より高ければ副絞り装置８の開度を閉止する方向に動作させて副絞り装置８を通過する冷媒量を減少させる。こうすることにより、膨張機３を通過する冷媒量が増加するため、膨張機３での抵抗が増加して膨張機３の出口圧力は低下すると共に、取り出せる動力を増加させる。
【００２９】
一方、膨張機３の出口圧力が臨界圧力より低ければ副絞り装置８の開度を開放する方向に動作させて副絞り装置８を通過する冷媒量を増加させる。こうすることにより、膨張機３を通過する冷媒量が減少するため、膨張機３での抵抗が減少して膨張機３の出口圧力は増加する。
【００３０】
こうすることにより、膨張機３での出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保ちながら動力を最大限に取り出すことができる。さらにまた、膨張機３内部で減圧膨張により、気液二相状態となることを防止できるので、騒音発生の防止や膨脹機３の信頼性が向上するものである。
【００３１】
一方、膨張機３を出た冷媒は、エジェクタ４に流入し、気液二相の駆動流となって減圧しながら、蒸発器７出口の冷媒を吸引、昇圧して気液分離器５に流入する。
【００３２】
気液分離器５では気液二相冷媒をガスと液体に分離し、気液分離器５の主に上部に位置するガス冷媒は圧縮機１に流入し、気液分離器５の主に下部に位置する液冷媒は、絞り装置６において蒸発圧力までやや減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器５において、ここを通過する空気と熱交換してガス状となり、エジェクタ４へ吸引され、昇圧される。
【００３３】
すなわち、エジェクタ４の作用により、蒸発器７での蒸発圧力よりも高い圧力になって気液分離器５に入るため、圧縮機１の吸入圧力が上昇し、圧縮に必要な動力を減少させることができ、冷凍サイクル装置の成績係数を向上させることができる。
【００３４】
なお、エジェクタ４では駆動流の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換するため、エジェクタ４の出口冷媒のエンタルピーは減少し、蒸発器７での冷凍能力の向上にも貢献できるものである。
【００３５】
また、エジェクタ４は機械部がないため、内部に二相冷媒が流れても信頼性には影響することはない。
【００３６】
すなわち、本冷凍サイクル装置においては、膨張機３の騒音発生防止や信頼性向上を維持しながら、最大限に動力を取り出す作用と、気液二相冷媒となっても信頼性には影響しないエジェクタ４の圧縮機吸入圧力の向上作用の両方により、成績係数の向上と冷凍能力の向上が実現できるものである。
【００３７】
なお、膨張機３で回収した機械エネルギーは、たとえば圧縮機１を回転するための補助動力として利用される。
【００３８】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成図である。
【００３９】
図２において、炭酸ガスを冷媒とし、冷媒を圧縮する第１圧縮機２１と、第１圧縮機２１で中間圧力まで昇圧された冷媒をさらに昇圧する第２圧縮機２２と、ここで昇圧された冷媒を冷却する放熱器２３と、放熱器２３よりも下流側に位置し、放熱器２３で冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機２４と、膨張機２４の下流側に設けたエジェクタ２５とを順に配管接続している。
【００４０】
また、エジェクタ２５と第１圧縮機２１の間に気液分離器２６を設け、気液分離器２６のガス側（図中では気液分離器２６上部）と第１圧縮機２１の吸入側とを接続し、気液分離器２６の液側（図中では気液分離器２６下部）を絞り装置２７を介して蒸発器２８と接続し、蒸発器２８の出口をエジェクタ２５の吸引口に接続している。
【００４１】
さらに、膨張機２４と並列に副絞り装置２９を設けて膨張機２４をバイパスできるように配管接続している。
【００４２】
また、膨張機２４の出口は副絞り装置３０を介して、第１圧縮機２１の出口配管に接続している。
【００４３】
また、膨張機２４の出口に圧力センサ３１を設け、外部に設けた圧力制御器３２により圧力センサ３１の検出信号に応じて副絞り装置２９の開度調整を行い、膨張機２４出口圧力を制御できるようにしている。
【００４４】
圧力制御器３２を用いて、副絞り装置２９を開く方向に開度調整すれば、副絞り装置２９を通過する冷媒量が増加するため膨張機２４の出口圧力が上昇し、逆に副絞り装置２９を閉じる方向に開度調整すれば副絞り装置２９を通過する冷媒量が減少するため膨張機２４の出口圧力が低下する性質を利用して、膨張機２４の出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保つように制御する。
【００４５】
なお、エジェクタ２５は膨張機２４の出口冷媒と副絞り装置２９の出口冷媒との合流冷媒がエジェクタ２５の駆動流となり、蒸発器２８の出口冷媒を吸引して昇圧する作用をなす。
【００４６】
また、第２圧縮機２２の吐出配管に温度センサー３３を設けてあり、外部に設けた温度制御器３４により温度センサー３３の検出信号に応じて副絞り装置３０の開度調整を行い、第２圧縮機２２の出口温度を制御できるようにしている。
【００４７】
温度制御器３４を用いて、副絞り装置３０を開く方向に開度調整すれば、膨張機２４出口のエンタルピの低い冷媒が副絞り装置３０を通過して第１圧縮機２１の吐出冷媒と合流して、その温度を低下させる性質を利用して、第２圧縮機２２の出口温度をあらかじめ定めた設定温度以下に保つように制御する。
【００４８】
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。
【００４９】
第１圧縮機２１によって圧縮された冷媒（炭酸ガス）は、副絞り装置３０を通過して流入した冷媒と合流して、引き続き第２圧縮機２２で圧縮され、高温高圧の超臨界状態の冷媒となって放熱器２３に入り、ここで放熱して冷却する。放熱器２３を出た冷媒は分岐して、一方は膨張機２４に導かれ、ここで高圧から中間圧程度まで膨張することにより、機械エネルギーを発生すると共に、自らも断熱膨張して温度低下し、エンタルピを減少させる。
【００５０】
放熱器２３を出て分岐した冷媒のもう一方は副絞り装置２９に流入して膨張機２４の出口冷媒と合流する。
【００５１】
ここで、膨張機２４の出口圧力は圧力センサ３１により検知し、この圧力と炭酸ガスの臨界圧力とを圧力制御器３２で比較して、圧力が臨界圧力より高ければ副絞り装置２９の開度を閉止する方向に動作させて副絞り装置２９を通過する冷媒量を減少させる。こうすることにより、膨張機２４を通過する冷媒量が増加するため、膨張機２４での抵抗が増加して膨張機２４の出口圧力は低下すると共に、取り出せる動力を増加させる。
【００５２】
一方、膨張機２４の出口圧力が臨界圧力より低ければ副絞り装置２９の開度を開放する方向に動作させて副絞り装置２９を通過する冷媒量を増加させる。こうすることにより、膨張機２４を通過する冷媒量が減少するため、膨張機２４での抵抗が減少して膨張機２４の出口圧力は増加する。
【００５３】
こうすることにより、膨張機２４での出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保ちながら動力を最大限に取り出すことができる。さらにまた、膨張機２４内部で減圧膨張により、気液二相状態となることを防止できるので、騒音発生の防止や膨脹機２４の信頼性が向上するものである。
【００５４】
一方、膨張機２４を出た冷媒は、エジェクタ２５に流入し、気液二相の駆動流となって減圧しながら、蒸発器２８出口の冷媒を吸引、昇圧して気液分離器２６に流入する。
【００５５】
気液分離器２６では気液二相冷媒をガスと液体に分離し、気液分離器２６の主に上部に位置するガス冷媒は第１圧縮機２１に流入し、気液分離器２６の主に下部に位置する液冷媒は、絞り装置２７において蒸発圧力までやや減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器２８において、ここを通過する空気と熱交換してガス状態となり、エジェクタ２５へ吸引され、昇圧される。
【００５６】
すなわち、エジェクタ２５の作用により、蒸発器２８での蒸発圧力よりも高い圧力になって気液分離器２６に入るため、第１圧縮機２１の吸入圧力が上昇し、圧縮に必要な動力を減少させることができ、冷凍サイクル装置の成績係数を向上させることができる。
【００５７】
なお、エジェクタ２５では駆動流の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換するため、エジェクタ２５の出口冷媒のエンタルピーは減少し、蒸発器２８での冷凍能力の向上にも貢献できるものである。
【００５８】
また、エジェクタ２５は機械部がないため、内部に二相冷媒が流れても信頼性には影響することはない。
【００５９】
一方、第１圧縮機２１の吸入圧力と第２圧縮機２２の吐出圧力に大きな差が生じる様な運転の場合には、第２圧縮機２２の吐出温度が異常に上昇する。
【００６０】
本実施例では、温度センサー３３によって第２圧縮機２２の吐出温度を検知し、外部に設けた温度制御器３４により温度センサー３３の温度があらかじめ設定した温度よりも高いときには副絞り装置３０を開方向に制御することにより、膨張機２４出口のエンタルピの低い冷媒が副絞り装置３０を通過して第１圧縮機２１の吐出冷媒と合流して、第２圧縮機２２の吸入ガス温度を低下させることにより第２圧縮機２２出口温度を低下させることができ、このような運転条件でも第２圧縮機２２の温度が異常に上昇することがなく、安全に運転することができる。
【００６１】
また、膨張機２４の出口圧力を、炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定したので二相冷媒とはならず、第２圧縮機２２に液冷媒が吸入することがないので、第２圧縮機２２の信頼性が向上する。
【００６２】
また、放熱器２３を通過する冷媒循環量が増加するため特に放熱器２３での能力を増大することができ、給湯負荷の増大時などにおいても効果を発揮するものである。
【００６３】
すなわち、本冷凍サイクル装置においては、膨張機３の騒音発生防止や膨張機３や第２圧縮機３３の信頼性を維持しながら、最大限に動力を取り出す作用と、気液二相冷媒となっても信頼性には影響しないエジェクタ４の圧縮機吸入圧力の向上作用の両方により、高い信頼性を持って、成績係数の向上と冷凍能力の向上が実現できるものである。
【００６４】
なお、膨張機３で回収した機械エネルギーは、たとえば圧縮機１を回転するための補助動力として利用される。
【００６５】
なお、本実施例では圧縮機を第１圧縮機２１と第２圧縮機２２に分割して、その途中に副絞り装置３０を通過した冷媒を合流させたが、圧縮機を１台として、圧縮途中のシリンダ内に副絞り装置３０を通過した冷媒を噴射させるように構成しても同様な効果を有し、これらも本発明に含まれるものである。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の発明は、放熱器出口の高圧冷媒より動力を取り出す膨張機と、膨張機の下流側に設けたエジェクタとを直列に接続して、膨脹機でのエネルギー回収に加え、エジェクタによって膨脹機出口の中圧冷媒よりエネルギー回収することにより、成績係数の向上と冷凍能力の向上が実現できる冷凍サイクル装置を提供できる。
【００６７】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、膨張機の出口圧力を、炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定したので、膨張機の内部で二相冷媒となることなく、膨張機の騒音発生防止や信頼性向上を維持しながら最大限に動力を取り出し、また、気液二相冷媒となっても信頼性には影響しないエジェクタによる圧縮機吸入圧力の向上作用により、成績係数の向上と冷凍能力の向上が実現できる冷凍サイクル装置を提供できる。
【００６８】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、膨張機と並列に副絞り装置を設け、膨張機の出口に圧力センサを設け、圧力センサの検出信号に応じて前記副絞り装置の開度調整を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保つように制御する圧力制御器を設けたので、膨張機内部で減圧膨張により、気液二相状態となることを簡単に防止できるので、騒音発生の防止や膨脹機の信頼性向上に大きく貢献できる。
【００６９】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、第１圧縮機と第２圧縮機を直列に設け、放熱器出口の高圧冷媒より動力を取り出す膨張機と、膨張機の下流側に設けたエジェクタとを直列に接続して、膨脹機でのエネルギー回収に加え、エジェクタによって膨脹機出口の中圧冷媒よりエネルギー回収することにより、成績係数を大きく向上させることができ、また、第２圧縮機の吸入に、第１圧縮機出口の冷媒に加え、膨脹機出口の低温冷媒を流すことができるので、第２圧縮機出口の冷媒温度を低く抑える冷凍サイクル装置を提供できる。
【００７０】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、膨張機の出口圧力を、炭酸ガスの臨界圧力よりも高く設定したので、第２圧縮機に液冷媒が吸入することがなく信頼性の高い圧縮機および膨脹機を提供できる。
【００７１】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、膨張機と並列に副絞り装置を設け、膨張機の出口に圧力センサを設け、圧力センサの検出信号に応じて前記副絞り装置の開度調整を行い、膨張機出口圧力を炭酸ガスの臨界圧力以上に保つように制御する圧力制御器を設けたので、膨張機内部で減圧膨張により、気液二相状態となることを防止できるので、騒音発生の防止や膨脹機の信頼性向上に大きく貢献できると共に、第２圧縮機に液冷媒が吸入することがなく信頼性の高い圧縮機を提供できる。
【００７２】
また、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、第２圧縮機の吐出配管に温度センサーを設け、第２圧縮機出口の冷媒温度をあらかじめ定めた設定温度以下に制御する温度制御器を設けたので、第２圧縮機の吐出温度を常に安全な温度以下にして運転することができ、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示す冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２を示す冷凍サイクル装置の構成図
【図３】従来の冷凍サイクル装置の構成図
【図４】従来の冷凍サイクル装置の構成図
【符号の説明】
１    圧縮機
２，２３    放熱器
３，２４    膨張機
４，２５    エジェクタ
５，２６    気液分離器
６，２７    絞り装置
７，２８  蒸発器
８，２９，３０  副絞り装置
９，３１  圧力センサー
１０，３２  圧力制御器
２１  第１圧縮機
２２  第２圧縮機
３３  温度センサー
３４  温度制御器
【図１】
2004251558.tif 000003
【図２】
2004251558.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004251558.tif 000006