(57)【要約】【課題】冷凍サイクル装置の高圧側冷媒圧力を制御して、効率よく動作させる。【解決手段】冷凍サイクル装置１２は、圧縮機１と放熱器２と冷媒の圧力エネルギーを回転動力に変換する膨張機６ａと蒸発器４とを順に接続する冷凍サイクル５と、膨張機６ａで駆動されて回転動力を電力に変換する発電機６ｂと、切換機構９を介して発電機６ｂで変換された電力を蓄電する二次電池８と、冷凍サイクル５を循環する冷媒の状態を計測する冷媒状態計測手段１０と、冷媒状態計測手段１０の出力に基づき切換機構９を制御する制御手段１１とを備え、制御手段１１による切替機構９の制御によって蓄電する二次電池８の数を増減させることで、発電機６ｂに連結する膨張機６ａの駆動周波数を調節して、高圧側冷媒圧力を安価に効率よく制御する。【選択図】        図１
2007057141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、放熱器と、通過する冷媒の圧力エネルギーを回転動力に変換する膨張機と、蒸発器とを順に接続する冷凍サイクルと、
前記膨張機で生じた前記回転動力を電力に変換する発電機と、
前記発電機の出力端子に接続する交流側端子と整流後の電力を出力する直流側端子とを備えた整流器と、
前記整流器の前記直流側端子に対して並列に接続された少なくとも二つ以上で構成される二次電池と、
前記直流側端子と前記二次電池との間の接続／非接続を個別に切り替える切替機構と、
前記冷凍サイクルを循環する冷媒の状態を計測する冷媒状態計測手段と、
前記冷媒状態計測手段の出力に基づき前記放熱器側の最適高圧を算出し、前記放熱器側の冷媒の圧力を前記最適高圧に合わせるように前記切替機構を制御する制御手段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】
前記二次電池と前記切替機構とを外部蓄電装置として備えた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】
前記二次電池の蓄電状態を検知する蓄電検知手段を備え、
前記制御手段では前記蓄電検知手段の出力を用いて前記切替機構を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記蓄電検知手段として、前記各二次電池を流れる電流を計測する電流計測手段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。
【請求項５】
前記二次電池と商用電源との間にパワーコンディショナを備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記冷媒として、二酸化炭素を主成分とした冷媒を用いたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記冷媒状態計測手段では前記膨張機が吸入する冷媒温度と前記膨張機前後の冷媒圧力を検知し、
前記制御手段では前記吸入冷媒温度及び前記前後冷媒圧力から膨張機効率を算出し、該膨張機効率を考慮して前記最適高圧を算出することを特徴とする請求項１または請求項２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、冷凍サイクル装置に関し、特に冷媒が膨張する際の膨張エネルギーを回収するエネルギー回収手段を備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍サイクル装置としては、図５に示すように、圧縮機１と放熱器２と膨張機構３と蒸発器４とを順に接続した冷凍サイクル５に冷媒を封入して循環させる冷凍サイクル装置が知られている。フロンや代替フロンを冷媒として用いた冷凍サイクル装置では、膨張機構３として膨張弁やキャピラリチューブなどが使用されている。一方、冷凍サイクル装置の高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力の差が大きい場合には、回収可能な膨張エネルギーが比較的大きいため、図６と図７に示すように、膨張機構３の代わりに膨張機１３０を用いて膨張エネルギーを回収して高効率化を図る技術が提案されている。
そして、膨張機の構成としては、図６に示すように、膨張機１３０で回収した動力をシャフト（図示せず）で圧縮機１に伝達して、圧縮機１の入力を低減する方式と、図７に示すように、膨張機１３０で回収した動力を発電機３００で電力に変換して二次電池（図示せず）に蓄えて、圧縮機１の入力や放熱器２や蒸発器４に設けたファンの動力を補助する方式がある。
また、上記のような冷凍サイクル装置において、放熱器２の位置する高圧側冷媒圧力が臨界圧力を超える冷媒（例えば二酸化炭素）を使用する場合は、冷凍サイクル装置の運転条件に応じて、冷凍サイクル装置の冷却効率または加熱効率が理論上最も良くなる理論最適高圧が変動するため、高圧側冷媒圧力を制御する手段が必要となる。この高圧側冷媒圧力を制御するための手段として、以下のものがある。
図６に示すシャフトで動力を伝達する方式の場合、一般的に設計時に吸入容積が決まる圧縮機１と膨張機１３０は、シャフトで連結されて同一の駆動回転数ｆで駆動する。この場合、圧縮機１と膨張機１３０の単位時間当たりの吸入冷媒質量のバランスを、（式１）で表すことができる。ここで、Ｖｃは圧縮機１の吸入容積を、Ｖｅは膨張機１３０の吸入容積を、ｆｃは圧縮機１の駆動回転数を、ｆｅは膨張機１３０の駆動回転数を、ρｃは圧縮機１の吸入前冷媒密度を、ρｅは膨張機１３０の吸入前冷媒密度をそれぞれ意味する。
【０００３】
【数１】
2007057141.tif 000003
【０００４】
ここで、ｆｃとｆｅが同値であるから、（式１）のρｃとρｅは、設計時のＶｃとＶｅとによって（式２）の関係を持つ。
【０００５】
【数２】
2007057141.tif 000004
【０００６】
つまり、圧縮機１が吸入する冷媒の密度ρｃが、蒸発器４側の熱源温度ＴＬから決まる冷媒の蒸発圧力Ｐｅｖａや、圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔｃから決まれば、膨張機１３０が吸入する冷媒の密度ρｅはρｃ×Ｖｃ／Ｖｅに固定される。そのため、放熱器２側の熱源温度ＴＨに依存する膨張機１３０の吸入冷媒温度Ｔｅによって高圧側冷媒圧力が自動的に決まり、最適高圧に制御できなくなるか、もしくは、高圧側冷媒圧力を最適高圧に合わせるために、放熱器２の放熱能力を低下させて膨張機１３０の吸入冷媒温度Ｔｅが上昇するかのいずれかになる（膨張機１３０の吸入冷媒温度Ｔｅを放熱器２側の熱源温度Ｔｇよりも下げる方向の調節はできない）。
そして、高圧側冷媒圧力が自由に調節できない場合は、冷凍サイクル装置の冷却効率または加熱効率が悪化し、膨張機１３０の吸入冷媒温度Ｔｅを上昇させる場合は、放熱器２の放熱量と蒸発器４の吸熱量とが減少するので、同様に冷凍サイクル装置の冷却効率または加熱効率が悪化する。
そこで、図６に示されるように、膨張機１３０の吸入容積Ｖｅを吸入冷媒密度ρｅが最も高くなる条件に合わせて設計し、吸入冷媒密度ρｅが小さくなる条件において、膨張機１３０を通過しきれない冷媒をバイパス通路１７０に導き、このバイパス通路１７０に設けた制御弁１８０の開度を、圧力センサ４０１や温度センサ４０２からの検出信号に基づいて電子制御装置（ＥＣＵ）４００にて制御する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
また、図７に示す発電機３００で動力を電力に変換する方式の場合には、ＥＣＵ４００が両センサ４０１，４０２からの検出信号に基づいて発電機３００の印加電圧（励磁電流）を制御する。即ち、図８に示すように発電機３００のロータのロータコイル３０３ｂに、ブラシおよびスリップリングを介して制御回路３１０から励磁電流を供給して、励磁電流の制御で発電機３００および膨張機１３０の回転数を制御する。このように、膨張機１３０の吸入冷媒密度ρｅに対する制約をなくして、冷凍サイクル装置の高圧側冷媒圧力を制御する方法がある（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
また、膨張機により駆動される発電機の回転数制御には、サイリスタ・インバータ（図示せず）を用いる方法がある（例えば、特許文献３参照）。
また、冷凍サイクル装置の運転条件に応じて圧縮機１の圧縮機効率が変わるため、冷却効率または加熱効率を最大にするためには、冷凍サイクル装置の運転条件による圧縮機効率の変動を考慮して、最適高圧を導出する必要がある（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２０００−３２９４１６号公報
【特許文献２】特開平１−１６８５１８号公報
【特許文献３】特開昭６０−４２５５７号公報
【特許文献４】特開２００４−５３１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、圧縮機とシャフトで連結して動力回収を行う膨張機を備えた冷凍サイクル装置では、高圧側冷媒圧力に制御するために、膨張機と並列に設けたバイパス通路に冷媒を流すので、圧力エネルギーを持った冷媒をバイパスさせることで回収動力を減らしてしまっていた。
また、発電機によって動力を回収する冷凍サイクル装置では、ロータコイルに通電する励磁電流によって発電機と膨張機の回転数を制御して高圧側冷媒圧力を制御しているので、ロータコイルに通電することによる電力の損失が生じていた。
また、発電機と膨張機の回転数を制御するサイリスタ・インバータは、複雑な回路を有して高価なために冷凍サイクル装置の製造コストを上げていた。また、膨張機を用いた冷凍サイクル装置の性能を向上させるためには、圧縮機の効率だけでなく、さらに膨張機の効率を考慮しなければ最適高圧が算出できなかった。
また、地球温暖化防止のために太陽電池や風力発電装置等の創エネルギー装置が広く普及してきているが、付属の蓄電装置を太陽電池や風力発電装置以外の用途に十分利用することができていなかった。
【０００８】
したがって本発明は、上記問題を解決するためのものであり、膨張機を用いた超臨界冷凍サイクル装置であって、高圧側冷媒圧力を安価に制御できる高効率な冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、放熱器と、通過する冷媒の圧力エネルギーを回転動力に変換する膨張機と、蒸発器とを順に接続する冷凍サイクルと、膨張機で生じた回転動力を電力に変換する発電機と、発電機の出力端子に接続する交流側端子と整流後の電力を出力する直流側端子とを備えた整流器と、整流器の直流側端子に対して並列に接続された少なくとも二つ以上で構成される二次電池と、直流側端子と二次電池との間の接続／非接続を個別に切り替える切替機構と、冷凍サイクルを循環する冷媒の状態を計測する冷媒状態計測手段と、冷媒状態計測手段の出力に基づき放熱器側の最適高圧を算出し、放熱器側の冷媒の圧力を最適高圧に合わせるように切替機構を制御する制御手段とを備えたものである。
第１の発明によれば、膨張機で回収する動力を電力に変換する発電機の出力端子に、
整流器を通して複数の二次電池を並列に接続し、接続する二次電池の数を切替機構によって増減させることで、発電機の負荷を調節して、発電機とつながる膨張機の駆動周波数を制御できる。これにより、膨張機を通過する冷媒の容積循環量を可変として、膨張機に吸引する冷媒の密度および圧力を可変にできる。つまり、バイパス等の手段を用いずに膨張機の回転数を調節することで、冷媒状態計測手段に基づいて算出された最適高圧に放熱器側の冷媒圧力を合わせることができるので、効率的に冷凍サイクル装置を動作させることができる。さらに、冷媒状態計測手段によって膨張機が吸入する冷媒の温度と膨張機前後の冷媒圧力を検知することができ、膨張機が吸入する冷媒の密度とエンタルピーとエントロピーとを算出することができる。これにより、膨張機が理想的な断熱膨張をした場合の理論回収動力を算出することができ、発電機の発電機効率を考慮して、発電機の発電電力から膨張機の膨張機効率を算出することができる。よって、従来の圧縮機の圧縮機効率を考慮した最適高圧の算出方法に、さらに膨張機の膨張機効率を加味することで、さらに冷凍サイクル装置を効率的に動作させることができる。また、回収した動力を電力として二次電池へ貯めることにより、安価な夜間電力によって冷凍サイクル装置を運転して、電力需要が大きく電力の単価が高い昼間に膨張機で回収した動力を電力として利用できるので、ランニングコストが低く抑えられる。このため、発電機で生じる発電損失を考慮に入れても、圧縮機と膨張機を一軸で連結して膨張機で回収した動力を圧縮機のアシストに直接利用する場合より、本発明の冷凍サイクル装置の利用者のコストメリットは大きくなる。
第２の発明に係る冷凍サイクル装置は、第１の発明に係る冷凍サイクル装置において、二次電池と切替機構とを外部蓄電装置として備えたものである。
第２の発明によれば、太陽電池や風力発電装置などが備える外部蓄電装置を共通利用することにより、冷凍サイクル装置を安価に製造できる。
第３の発明に係る冷凍サイクル装置は、第１または第２の発明に係る冷凍サイクル装置において、二次電池の蓄電状態を検知する蓄電検知手段を備え、制御手段では蓄電検知手段の出力を用いて切替機構を制御するものである。
第３の発明によれば、蓄電状況の違いを検知することにより、発電機に接続する複数の二次電池の組み合わせを制御手段が決定する場合に、発電機に対する負荷を段階的にではなく滑らかに変動させることができる。これにより冷凍サイクル装置の運転条件が変動した場合に、膨張機の回転数を連続的に変化させて対応させることができるので、急激な圧力などの変動を回避できる。また冷凍サイクルの放熱器側の冷媒圧力を最適高圧に正確に一致させることができる。
第４の発明に係る冷凍サイクル装置は、第３の発明に係る冷凍サイクル装置において、蓄電検知手段として、各二次電池を流れる電流を計測する電流計測手段を用いたものである。
第４の発明によれば、二次電池の起電力が蓄電状態によって異なり、発電機に並列接続される二次電池の端子に加わる電圧が等しいことから、各二次電池を通過する電流を計測することで、各二次電池の蓄電状態を簡便に推定することができる。
第５の発明に係る冷凍サイクル装置は、第１から第４の発明に係る冷凍サイクル装置において、二次電池と商用電源との間にパワーコンディショナを備えたものである。
第５の発明によれば、冷凍サイクル装置の膨張機による動力回収で二次電池に蓄えた電力を、商用電源と共に一般の電気機器で利用することができる。
第６の発明に係る冷凍サイクル装置は、第１から第５の発明に係る冷凍サイクル装置において、冷媒として二酸化炭素を主成分とした冷媒を用いたものである。
第６の発明によれば、一般的な用途で放熱器側の冷媒圧力が臨界圧力を超えて超臨界状態になる二酸化炭素を冷媒とすることで、冷凍サイクル装置の運転状態が変化した場合に、放熱器側の冷媒圧力に最適高圧が存在する。これにより本発明を用いた場合に、冷凍サイクル装置を効率的に運用することができる。
第７の発明に係る冷凍サイクル装置は、第１または第２の発明に係る冷凍サイクル装置において、冷媒状態計測手段では膨張機が吸入する冷媒温度と膨張機前後の冷媒圧力を検知し、制御手段では吸入冷媒温度及び前後冷媒圧力から膨張機効率を算出し該膨張機効率を考慮して最適高圧を算出するものである。
第７の発明によれば、従来の圧縮機効率を考慮した最適高圧の算出方法に、膨張機効率を加味することで、さらに冷凍サイクル装置を効率的に動作させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、膨張機で回収する動力を電力に変換する発電機の出力端子に、整流器を通して複数の二次電池を並列に接続し、接続する二次電池の数を切替機構によって増減させることで、発電機の負荷を調節して、発電機とつながる膨張機の駆動周波数を制御できる。これにより、膨張機を通過する冷媒の容積循環量を可変として、膨張機に吸引する冷媒の密度および圧力を可変にできる。つまり、冷媒状態計測手段に基づいて算出された最適高圧に放熱器側の冷媒圧力を合わせるように膨張機の回転数を調節することができるので、効率的に冷凍サイクル装置を動作させることができる。また、回収した動力を電力として二次電池へ貯めることにより、安価な夜間電力によって冷凍サイクル装置を運転して、電力需要が大きく電力の単価が高い昼間に膨張機で回収した動力を電力として利用できるので、ランニングコストが低く抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成図である。
本実施の形態の冷凍サイクル装置１２は、圧縮機１と放熱器２と通過する冷媒の圧力エネルギーを回転動力に変換する膨張機６ａと蒸発器４とを順に接続する冷凍サイクル５と、膨張機６ａと膨張機６ａで生じた回転動力を電力に変換する発電機６ｂとで構成される動力回収機構６と、発電機６ｂの出力端子６ｂａに接続する交流側端子７ａと整流後の電力を出力する直流側端子７ｂとを備えた整流器７と、整流器７の直流側端子７ｂに対して並列に接続された少なくとも二つ以上で構成される二次電池８と、直流側端子７ｂと二次電池８との間に設けてそれらの間の接続／非接続を個別に切り替える切替機構９と、冷凍サイクル５を循環する冷媒の状態を計測する冷媒状態計測手段１０と、冷媒状態計測手段１０の出力に基づいて放熱器２側の最適高圧を算出し、放熱器２側の冷媒の圧力を最適高圧に合わせるように切替機構９を制御する制御手段１１とを備えている。
【００１２】
次に、冷凍サイクル装置１２の動作について説明する。
冷凍サイクル装置１２において、冷媒は矢印に示す方向に循環する。気相状態にある冷媒の二酸化炭素は、圧縮機１においてその臨界点を超える高温高圧の超臨界状態にまで圧縮され、放熱器２に送られる。高温高圧の超臨界状態の冷媒は、放熱器２において圧力を保ったまま放熱しながら温度低下する。放熱器２を出た高圧の冷媒は動力回収機構６に入り、動力回収機構６において膨張仕事をして電力を発生させる。
具体的には、動力回収機構６の膨張機６ａで冷媒の膨張による容積変化を回転動力に変換し、膨張機６ａとシャフトで連結された発電機６ｂによって電力を発生させる。膨張機６ａの具体例としては、スクロール型膨張機、ベーンロータリ型膨張機、ロータリ型膨張機、二段ロータリ型膨張機などがある。
そして、膨張機６ａで減圧された冷媒は蒸発器４に導かれて蒸発し、再び圧縮機１に吸引される。
【００１３】
一方、発電機６ｂで発生した電力は、発電機６ｂの出力端子６ｂａから整流器７の交流側端子７ａを経て整流器７に供給され、整流器７で直流に変換される。そして、整流器７の直流側端子７ｂに対して並列に接続された複数の二次電池８に蓄えられる。
これらの二次電池８は整流器７の直流側端子７ｂに対して切替機構９によって接続／非接続を個別に切り替え可能に接続されており、発電機６ｂに対する二次電池８の並列接続数を増やすと、二次電池８で構成される回路の電気抵抗が減少するため、発電機６ｂの起電力により流れる電流が増加する。ここで膨張機６ａによって回収される動力が増減しなければ、発電機６ｂを流れる電流の増加によるブレーキ力が増大して発電機６ｂと膨張機６ａの駆動回転数が減少する。
逆に、発電機６ｂに対する二次電池８の並列接続数を減らすと、二次電池８で構成される回路の電気抵抗が増加するため、発電機６ｂの起電力により流れる電流が減少する。ここで膨張機６ａによって回収される動力が増減しなければ、発電機６ｂを流れる電流の減少によるブレーキ力が低下して発電機６ｂと膨張機６ａの駆動回転数が増加する。
この切替機構９の制御は、冷凍サイクル５を循環する冷媒の状態を計測する冷媒状態計測手段１０の出力に基づいて、放熱器２側の冷媒圧力を最適高圧に合わせるように制御手段１１が行う。
【００１４】
以上のような本実施の形態の冷凍サイクル装置１２では、膨張機６ａで回収する動力を電力に変換する発電機６ｂの出力端子６ｂａに、整流器７を通して複数の二次電池８を並列に接続し、接続する二次電池８の数を切替機構９によって増減させることで、発電機６ｂの負荷を調節して、発電機６ｂとつながる膨張機６ａの駆動周波数を制御できる。これにより、膨張機６ａを通過する冷媒の容積循環量を可変として、膨張機６ａに吸引する冷媒の密度および圧力を可変できる。つまり、バイパス等の手段を用いずに膨張機６ａの回転数を調節することで、冷媒状態計測手段１０に基づいて算出された最適高圧に放熱器２側の冷媒圧力を合わせることが可能となり、効率的に冷凍サイクル装置１２を動作させることができる。すなわち、冷媒をバイパスさせることで回収動力を減らしたり、ロータコイルに通電して電力を損失したりすることも無く、高圧側冷媒圧力を効率よく制御できる。
【００１５】
さらに、本実施の形態の冷媒状態計測手段１０によって、膨張機６ａが吸入する冷媒の温度と膨張機６ａ前後の冷媒圧力を検知することができるので、膨張機６ａが吸入する冷媒の密度とエンタルピーとエントロピーとを算出することができる。これにより、膨張機６ａが理想的な断熱膨張をした場合の理論回収動力を算出することができ、発電機６ｂの発電機効率を考慮して、発電機６ｂの発電電力から膨張機６ａの膨張機効率を算出することができる。本構成によって、従来の圧縮機１の圧縮機効率を考慮した最適高圧の算出方法に、膨張機６ａの膨張機効率を加味することで、さらに冷凍サイクル装置１２を効率的に動作させることができる。
また、回収した動力を電力として二次電池８に蓄えることにより、安価な夜間電力によって冷凍サイクル装置１２を運転して、電力需要が大きく電力の単価が高い昼間に二次電池８に蓄えた電力を利用できるので、ランニングコストが低く抑えられる。このため、発電機６ｂで生じる発電損失を考慮に入れても、圧縮機１と膨張機６ａを一軸で連結して膨張機６ａで回収した動力を圧縮機１のアシストに直接利用する場合より、本実施の形態の冷凍サイクル装置１２の利用者のメリットは大きくなる。
（実施の形態２）
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成図である。
本実施の形態の冷凍サイクル装置１１２は、圧縮機１と放熱器２と通過する冷媒の圧力エネルギーを回転動力に変換する膨張機６ａと蒸発器４とを順に接続する冷凍サイクル５と、膨張機６ａと膨張機６ａで生じた回転動力を電力に変換する発電機６ｂとで構成される動力回収機構６と、発電機６ｂの出力端子６ｂａに接続する交流側端子１０７ａと整流後の電力を出力する直流側端子１０７ｂとを備えた整流器１０７と、整流器１０７の直流側端子１０７ｂに対して並列に接続された少なくとも二つ以上で構成される二次電池１０８と個々の二次電池１０８の接続／非接続を個別に切り替える切替機構１０９とを有する外部蓄電装置１２０と、冷凍サイクル５を循環する冷媒の状態を計測する冷媒状態計測手段１０と、冷媒状態計測手段１０の出力に基づいて放熱器２側の最適高圧を算出し、放熱器２側の冷媒の圧力を最適高圧に合わせるように切替機構１０９を制御する制御手段１１１とを備えている。
即ち、本実施の形態の冷凍サイクル装置１１２は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１２と比較して、発電機６ｂで発電した電力を、整流器１０７の直流側端子１０７ｂを介して、二次電池１０８と切替機構１０９を有した外部蓄電装置１２０に送る点が異なる。そして、基本的な動作に関しては、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
【００１７】
以上のような本実施の形態の冷凍サイクル装置１１２では、外部蓄電装置１２０が独立した装置となっているので、実施の形態１の効果に加えて、家庭への普及が進んでいる太陽電池や風力発電装置などを備える家庭用蓄電装置（の二次電池）と、外部蓄電装置１２０（の二次電池）を共通利用することが可能となり、冷凍サイクル装置１１２を安価に製造できる効果が得られる。
そして、家庭用蓄電装置への外部蓄電装置１２０の導入は、災害による電力インフラの障害時に太陽電池で発電した電力を夜間利用したり、夜間に風力発電装置が発電する電力を電力の単価が高い昼間に利用したりするための電力貯蔵を目的とする。また、安価な夜間電力を電力会社から購入して外部蓄電装置１２０に蓄え、昼間利用することもできる。このうち、災害時に備えて外部蓄電装置１２０を用いる場合は、災害時以外には冷凍サイクル装置１１２で外部蓄電装置１２０を有効利用することで、総合的なコストメリットが得られる。
（実施の形態３）
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態３の冷凍サイクル装置の構成図である。
本実施の形態の冷凍サイクル装置２１２は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１２と比較して、個々の二次電池８の蓄電状態を検知する蓄電検知手段２２１を備え、制御手段２１１が蓄電検知手段２２１の出力を用いて切替機構９を制御する点が異なる。
次に、冷凍サイクル装置２１２の動作について説明する。冷凍サイクル装置２１２の基本的な動作は実施の形態１の冷凍サイクル装置１２と同様であるので、上記の異なる部分について説明する。
冷凍サイクル装置２１２の制御手段２１１は、個々の二次電池８の蓄電状態を検知する蓄電検知手段２２１の出力に基づいて、発電機６ｂに対する負荷が急激に変化しないように、切替手段９を用いて二次電池８を発電機６ｂに選択的に接続する。これは、蓄電状態の違いにより、個々の二次電池８の端子電圧が変化して電気抵抗が異なることを利用している。つまり、発電機６ｂを流れる電流を滑らかに変化させるために、個々の二次電池８の蓄電状態から二次電池８の最適な接続の組み合わせを導出する。
【００１９】
以上のような本実施の形態の冷凍サイクル装置２１２では、実施の形態１の効果に加えて、蓄電検知手段２２１で二次電池８の蓄電状況の違いを検知することにより、発電機６ｂに接続する複数の二次電池８の組み合わせを制御手段２１１が決定する場合に、発電機６ｂに対する負荷を段階的にではなく滑らかに変動させることができる。これにより冷凍サイクル装置２１２の運転条件が変動した場合に、膨張機６ａの回転数を連続的に変化させて対応させることができるので、急激な圧力などの変動を回避できる。
また、膨張機６ａを通過する冷媒の容積循環量を段階的にではなく滑らかに変化させることができるので、冷凍サイクル装置２１２の放熱器２側の冷媒圧力を最適高圧に正確に一致させることができる。
なお、蓄電検知手段２２１として、二次電池８を流れるそれぞれの電流を計測する電流計測手段（例えば、一般的な電流計）を用いる構成でもよい。このような構成であれば、二次電池８の起電力が蓄電状態によって異なり、発電機６ｂに並列接続される二次電池８の端子に加わる電圧が等しいことから、各二次電池８を通過する電流を計測することで、各二次電池８の蓄電状態を簡便に推定することができる。
（実施の形態４）
【００２０】
図４は、本発明の実施の形態４の冷凍サイクル装置の構成図である。
本実施の形態の冷凍サイクル装置３１２は、実施の形態３の冷凍サイクル装置２１２と比較して、二次電池８と商用電源３２３との間にパワーコンディショナ３２２を備えるものである。即ち、二次電池８に蓄えた電力を、パワーコンディショナ３２２を介して商用電源３２３につなぐ点が異なる。そして、基本的な動作に関しては、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
以上のような本実施の形態の冷凍サイクル装置３１２では、実施の形態３の効果に加えて、冷凍サイクル装置３１２の動力回収機構６による動力回収で二次電池８に蓄えた電力を、商用電源３２３と共に一般の電気機器で利用することができる。つまり、二次電池８の直流電源を直接利用できる機器だけでなく、幅広い電気機器で電力を利用することができるので、二次電池８の電力を利用しやすくなる。
【００２１】
なお、実施の形態１から実施の形態４の作用効果は、冷媒の種類に関らず生じるが、特に、二酸化炭素を冷媒とする場合に、より有効に働くものである。
即ち、二酸化炭素を主成分とした冷媒を用いる冷凍サイクル装置の場合、圧縮機構部から吐出される冷媒の圧力が臨界圧力を越えるため、放熱器での冷却過程において、相変化が生じない。つまり、加熱用途に用いる場合に優れた特性を示すので、夜間電力を利用したヒートポンプ給湯器や蓄熱式の暖房器具に利用しやすく、膨張機で夜間回収した動力を電力として二次電池に蓄えて昼間に電力を利用する実施の形態１から実施の形態４の冷凍サイクル装置に適している。また、オゾン破壊係数０、地球温暖化係数１で可燃性や毒性の無い環境に優しい冷媒としての二酸化炭素が使用できるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の冷凍サイクル装置は、容易に冷凍サイクル装置の高圧側冷媒圧力を制御することができ、効率よく冷凍サイクル装置を動作させるため、空気調和装置、給湯機、冷蔵庫などの用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態３の冷凍サイクル装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態４の冷凍サイクル装置の構成図
【図５】従来の冷凍サイクル装置の構成図
【図６】従来の動力伝達型膨張機を用いた冷凍サイクル装置の構成図
【図７】従来の電力伝達型膨張機を用いた冷凍サイクル装置の構成図
【図８】図７に示す冷凍サイクル装置の発電機の励磁回路図
【符号の説明】
【００２４】
１    圧縮機
２    放熱器
３    膨張機構
４    蒸発器
５    冷凍サイクル
６    動力回収機構
６ａ  膨張機
６ｂ  発電機
６ｂａ  出力端子
７，１０７  整流器
７ａ，１０７ａ  交流側端子
７ｂ，１０７ｂ  直流側端子
８，１０８  二次電池
９，１０９  切替機構
１０    冷媒状態計測手段
１１，１１１，２１１  制御手段
１２，１１２，２１２，３１２  冷凍サイクル装置
１２０  外部蓄電装置
２２１  蓄電検知手段
３２２  パワーコンディショナ
３２３  商用電源
【図１】
2007057141.tif 000005
【図２】
2007057141.tif 000006
【図３】
2007057141.tif 000007
【図４】
2007057141.tif 000008
【図５】
2007057141.tif 000009
【図６】
2007057141.tif 000010
【図７】
2007057141.tif 000011
【図８】
2007057141.tif 000012