(57)【要約】【課題】膨張機（30）が発電機（33）に接続され、膨張機（30）の回転数を制御する機構を備えた冷凍装置において、発電機（33）の負荷を具体的に制御する。【解決手段】圧縮機（20）の有する圧縮機構（21）に電動機（23）の回転軸が接続され、膨張機（30）の有する膨張機構（31）に発電機（33）の出力軸（32）が接続され、発電機（33）の負荷を制御して膨張機（30）の回転数を制御する発電量制御器（41）を備えた冷凍装置において、発電量制御器（41）に、起動時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う起動制御部（43）や、膨張機（30）の入口と出口の差圧が大きくなる過渡運転時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う過渡運転制御部（44）や、発電機（33）の負荷を制御するときに過電流が流れるのを防止する過電流保護制御部（45）を設ける。【選択図】図１
2007327697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（20）と放熱器（14，15）と膨張機（30）と冷却器（15，14）とが冷媒配管で順に接続された冷媒回路（11）を備え、該圧縮機（20）の有する圧縮機構（21）に電動機（23）の駆動軸（22）が接続され、該膨張機（30）の有する膨張機構（31）に発電機（33）の出力軸（32）が接続され、
上記発電機（33）の負荷を制御して膨張機（30）の回転数を制御する回転制御手段（41）を備えた冷凍装置であって、
上記回転制御手段（41）は、起動時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う起動制御部（43）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機（20）と放熱器（14，15）と膨張機（30）と冷却器（15，14）とが冷媒配管で順に接続された冷媒回路（11）を備え、該圧縮機（20）の有する圧縮機構（21）に電動機（23）の駆動軸（22）が接続され、該膨張機（30）の有する膨張機構（31）に発電機（33）の出力軸（32）が接続され、
上記発電機（33）の負荷を制御して膨張機（30）の回転数を制御する回転制御手段（41）を備えた冷凍装置であって、
上記回転制御手段（41）は、膨張機（30）の入口と出口の差圧が大きくなる過渡運転時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う過渡運転制御部（44）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
圧縮機（20）と放熱器（14，15）と膨張機（30）と冷却器（15，14）とが冷媒配管で順に接続された冷媒回路（11）を備え、該圧縮機（20）の有する圧縮機構（21）に電動機（23）の駆動軸（22）が接続され、該膨張機（30）の有する膨張機構（31）に発電機（33）の出力軸（32）が接続され、
上記発電機（33）の負荷を制御して膨張機（30）の回転数を制御する回転制御手段（41）を備えた冷凍装置であって、
上記回転制御手段（41）は、発電機（33）の負荷を制御するときに過電流が流れるのを防止する過電流保護制御部（45）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１つにおいて、
膨張機（30）の回転数を機械的に検知する機械的回転数検知手段（37）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１から３の何れか１つにおいて、
膨張機（30）の回転数を電気的に検知する電気的回転数検知手段（37）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項１から３の何れか１つにおいて、
膨張機（30）の回転数が毎秒１０回転以上で２００回転以下の範囲内に設定されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項６において、
膨張機（30）の回転数が毎秒２０回転以上で１１０回転以下の範囲内に設定されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
請求項１から３の何れか１つにおいて、
上記回転制御手段（41）は、上記発電機（33）を電動機として機能させるための電気入力機構（51，53）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１つにおいて、
冷媒回路（11）の冷媒が二酸化炭素により構成されていることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルの膨張機構として動力回収用の膨張機を備え、該膨張機と圧縮機とが軸で機械的に連結されずに、膨張機に発電機が連結されているタイプの冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷媒回路で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られており、空調機等の用途に広く利用されている。例えば特許文献１には、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を膨張させる動力回収用の膨張機とを備えた冷凍装置が開示されている。この特許文献１の図１に記載された冷凍装置では、膨張機が圧縮機に１本の軸で機械的に連結され、膨張機で得られた動力が圧縮機の駆動に利用されるようになっている。
【０００３】
また、特許文献１の図６に記載された冷凍装置では、圧縮機と膨張機は機械的に連結されておらず、圧縮機に電動機が、膨張機に発電機がそれぞれ連結されて、圧縮機と膨張機が互いに独立している。この冷凍装置は、圧縮機が電動機により駆動されて冷媒を圧縮する一方、発電機が膨張機より駆動されて発電を行っている。
【特許文献１】特開２０００−２４１０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、圧縮機と膨張機が１本の軸で連結されていない場合、膨張機の回転数は該膨張機の前後の差圧で決まるため、狙いとする運転条件で冷凍サイクルを運転するのが困難であった。そこで、上記特許文献１の図１に記載された冷凍装置では、膨張機の回転数を制御する回転数制御手段を設け、冷媒回路の圧力を制御するようにしている。
【０００５】
しかし、上記冷凍装置では、実際にどのような運転状態において発電機の回転数を制御するかが不明であり、発電機の負荷を具体的に制御できない問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、膨張機が圧縮機に軸で機械的に連結されずに発電機に接続されるとともに、膨張機の回転数を制御する機構を備えた冷凍装置において、発電機の負荷を具体的に制御する機構を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１から第３の発明は、圧縮機（20）と放熱器（14，15）と膨張機（30）と冷却器（15，14）とが冷媒配管で順に接続された冷媒回路（11）を備え、該圧縮機（20）の有する圧縮機構（21）に電動機（23）の駆動軸（22）が接続され、該膨張機（30）の有する膨張機構（31）に発電機（33）の出力軸（32）が接続され、上記発電機（33）の負荷を制御して膨張機（30）の回転数を制御する回転制御手段（41）を備えた冷凍装置を前提としている。
【０００８】
そして、第１の発明の冷凍装置は、上記回転制御手段（41）が、起動時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う起動制御部（43）を備えていることを特徴としている。
【０００９】
また、第２の発明の冷凍装置は、上記回転制御手段（41）が、膨張機（30）の入口と出口の差圧が大きくなる過渡運転時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う過渡運転制御部（44）を備えていることを特徴としている。
【００１０】
また、第３の発明の冷凍装置は、上記回転制御手段（41）が、発電機（33）の負荷を制御するときに過電流が流れるのを防止する過電流保護制御部（45）を備えていることを特徴としている。
【００１１】
第４の発明は、第１から第３の発明の何れか１つにおいて、膨張機（30）の回転数を機械的に検知する機械的回転数検知手段（37）を備えていることを特徴としている。
【００１２】
第５の発明は、第１から第３の発明の何れか１つにおいて、膨張機（30）の回転数を電気的に検知する電気的回転数検知手段（37）を備えていることを特徴としている。
【００１３】
第６の発明は、第１から第３の発明の何れか１つにおいて、膨張機（30）の回転数が毎秒１０回転以上で２００回転以下の範囲内に設定されていることを特徴としている。
【００１４】
第７の発明は、第１から第３の発明の何れか１つにおいて、膨張機（30）の回転数が毎秒２０回転以上で１１０回転以下の範囲内に設定されていることを特徴としている。
【００１５】
第８の発明は、第１から第３の発明の何れか１つにおいて、上記回転制御手段（41）が、上記発電機（33）を電動機として機能させるための電気入力機構（51，53）を備えていることを特徴としている。
【００１６】
第９の発明は、第１から第８の発明の何れか１つにおいて、冷媒回路（11）の冷媒が二酸化炭素により構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、発電量制御器（41）は、起動制御部（43）により、起動時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う。このためには、膨張機（30）の回転数を高くすることになる。そうすると、回転抵抗が小さくなるため、起動トルクを小さくできるとともに、膨張機（30）の流量が増えるため、冷媒回路（11）の高圧圧力が異常に上昇することを防止できる。
【００１８】
上記第２の発明によれば、発電量制御器（41）は、過渡運転制御部（44）により、膨張機（30）の入口と出口の差圧が大きくなる過渡運転時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う。過渡運転時としては、冷凍サイクルを起動した後の立ち上がり制御や、デフロスト制御などが考えられる。このようなとき、発電機（33）の負荷を小さくすると、上記と同様に起動トルクを小さくできるし、冷媒回路（11）の高圧圧力が異常に上昇することもない。
【００１９】
上記第３の発明によれば、発電量制御器（41）は、過電流保護制御部（45）により、発電機（33）の負荷を制御するときに過電流が流れるのを防止する制御を行う。発電機（33）の負荷を制御するときは、抵抗値が変動して過電流が流れるおそれがあるが、このようにすると発電機（33）を保護できる。
【００２０】
上記第４，第５の発明によれば、膨張機（30）の回転数を機械的に検知する機械的回転数検知手段（37）や、膨張機（30）の回転数を電気的に検知する電気的回転数検知手段（37）を設けることにより、膨張機（30）の回転数制御を確実に行える。したがって、発電量を確実に制御できる。
【００２１】
上記第６，第７の発明によれば、膨張機（30）の回転数を、毎秒１０回転以上で２００回転以下の範囲内、特に毎秒２０回転以上で１１０回転以下の範囲内に設定している。一般に膨張機（30）は出力軸の軸方向に沿って設けた給油通路の遠心ポンプ作用で膨張機構（31）への給油を行う構造が採用されているが、膨張機（30）の回転数が低すぎると潤滑不良が起こるおそれがあり、回転数が高すぎると機械損失が大きくなりすぎるのに対して、上記の範囲内であればそのような問題を防止できる。
【００２２】
上記第８の発明によれば、発電量制御器（41）に上記発電機（33）を電動機として機能させるための電気入力機構（51，53）を設けたことにより、例えば起動時に電気入力機構（51，53）により発電機（33）を電動機として機能させることができる。そして、圧縮機（20）と膨張機（30）が別体の場合は、一般に装置の起動時に圧縮機（20）を電動機（23）により動作させると膨張機（30）の前後で差圧は発生するものの、膨張機（30）の起動トルクが不足して膨張機（30）が動作しないことがあるが、起動時に発電機（33）が電動機として機能すると、膨張機（30）の前後の差圧には関係なく膨張機（30）が自ら回転する。したがって、装置が正常に起動する。
【００２３】
上記第９の発明によれば、冷媒回路（11）の冷媒が二酸化炭素により構成されているので、従来の一般的な冷媒を用いる装置よりＣＯＰが低くなるのに対して、膨張機（30）を用いて該膨張機（30）の運転制御を行うことでＣＯＰの向上を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態は、本発明に係る冷凍装置によって構成された空調機（10）に関するものである。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の空調機（10）は、冷媒回路（11）を備えている。この冷媒回路（11）には、圧縮機（20）と、膨張機（30）と、室外熱交換器（14）と、室内熱交換器（15）と、四路切換弁（12）と、ブリッジ回路（13）とが接続されている。冷媒回路（11）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2）が充填されている。
【００２６】
圧縮機（20）は、その吐出管（26）が四路切換弁（12）の第１ポート（P1）に接続され、その吸入管（25）が四路切換弁（12）の第２ポート（P2）に接続されている。膨張機（30）は、その流出管（36）がブリッジ回路（13）の第１ポート（P1）に接続され、その流入管（35）がブリッジ回路（13）の第２ポート（P2）に接続されている。室外熱交換器（14）は、その一端が四路切換弁（12）の第３ポート（P3）に接続され、その他端がブリッジ回路（13）の第４ポート（P4）に接続されている。室内熱交換器（15）は、その一端がブリッジ回路（13）の第３ポート（P3）に接続され、その他端が四路切換弁（12）の第４ポート（P4）に接続されている。
【００２７】
室外熱交換器（14）は、冷媒を室外空気と熱交換させるための空気熱交換器である。また、室内熱交換器（15）は、冷媒を室内空気と熱交換させるための空気熱交換器である。
【００２８】
四路切換弁（12）は、第１ポート（P1）と第３ポート（P3）が連通し且つ第２ポート（P2）と第４ポート（P4）が連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）が連通し且つ第２ポート（P2）と第３ポート（P3）が連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。
【００２９】
ブリッジ回路（13）は、４つの管路をブリッジ状に接続して構成され、上記の４つのポート(P1,P2,P3,P4) を有している。上記４つの管路には、それぞれ逆止弁（CV）が設けられている。上記逆止弁(CV)は、第１ポート(P1)から第３ポート(P3)へ向かう冷媒流れと、第４ポート(P4)から第２ポート(P2)へ向かう冷媒流れと、第３ポート(P3)から第２ポート(P2)へ向かう冷媒流れと、第１ポート(P1)から第４ポート(P4)へ向かう冷媒流れとを許容するように、各管路に設けられている。
【００３０】
圧縮機（20）は、いわゆる高圧ドームタイプの全密閉型圧縮機である。この圧縮機（20）は、縦長の円筒形に形成された圧縮機ケーシング（24）を備えている。圧縮機ケーシング（24）の内部には、圧縮機構（21）と電動機（23）と駆動軸（22）とが収容されている。圧縮機構（21）は、いわゆるロータリ式の容積型流体機械を構成している。圧縮機ケーシング（24）内では、圧縮機構（21）の上方に電動機（23）が配置されている。駆動軸（22）は、上下方向へ延びる姿勢で配置され、圧縮機構（21）と電動機（23）を連結している。
【００３１】
圧縮機ケーシング（24）には、吸入管（25）と吐出管（26）が設けられている。吸入管（25）は、圧縮機ケーシング（24）の胴部の下端付近を貫通しており、その終端が圧縮機構（21）へ直接に接続されている。吐出管（26）は、圧縮機ケーシング（24）の胴部の上端付近を貫通しており、その始端が圧縮機ケーシング（24）内における電動機（23）の上側の空間に開口している。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。
【００３２】
膨張機（30）は、縦長の円筒形に形成された膨張機ケーシング（34）を備えている。膨張機ケーシング（34）の内部には、膨張機構（31）と発電機（33）と出力軸（32）とが収容されている。膨張機構（31）は、いわゆるロータリ式の容積型流体機械を構成している。膨張機ケーシング（34）内では、発電機（33）の下方に膨張機構（31）が配置されている。出力軸（32）は、上下方向へ延びる姿勢で配置され、膨張機構（31）と発電機（33）を連結している。
【００３３】
膨張機ケーシング（34）には、流入管（35）と流出管（36）が設けられている。流入管（35）は、膨張機ケーシング（34）の頂部付近を貫通している。流入管（35）は、その終端が膨張機ケーシング（34）内の空間に開放されている。流出管（36）は、その始端が膨張機構（31）へ直接に接続されている。膨張機構（31）は、流入管（35）を通って膨張機ケーシング（34）内に流入した冷媒を吸入して膨張させ、膨張後の冷媒を流出管（36）へ送り出す。
【００３４】
上記構成の冷媒回路（11）において、圧縮機（20）と膨張機（30）と室外熱交換器（14）と四路切換弁（12）とブリッジ回路（13）とが室外機（16）の室外ケーシング（17）内に収納されている。また、室内熱交換器（15）が室内機（18）の室内ケーシング（19）内に収納されている。図示していないが、室外熱交換器（14）の近傍には室外ファンが配置され、室内熱交換器（15）の近傍には室内ファンが配置されている。
【００３５】
この空調機（10）には、制御ユニット（40）が設けられている。この制御ユニット（40）は、膨張機（30）の発電量（負荷）を制御して膨張機（30）の回転数を制御する発電量制御器（回転制御手段）（50）と、圧縮機（20）の回転数を制御する圧縮機制御器（42）とを備えている。発電量制御器（41）は、膨張機（30）の発電機（33）に接続され、圧縮機制御器（42）は圧縮機（20）の電動機（23）と外部交流電源（50）とに接続されている。また、発電量制御器（41）に対応して、膨張機（30）には、該膨張機（30）の回転数を機械的に検知する、エンコーダなどの回転数検知手段（37）が設けられている。なお、機械的回転数検知手段（37）の代わりに、膨張機（30）の回転数を電気的に検知する電気的回転数検知手段（37）を設けてもよい。
【００３６】
上記発電量制御器（回転制御手段）（41）は、起動時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う起動制御部（43）を備えている。また、上記発電量制御器（41）は、膨張機（30）の入口と出口の差圧が大きくなる過渡運転時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う過渡運転制御部（44）を備えている。さらに、上記発電量制御器（41）は、発電機（33）の負荷を制御するときに過電流が流れるのを防止する過電流保護制御部（45）を備えている。
【００３７】
上記発電量制御器（41）は、膨張機（30）の回転数が毎秒１０回転以上で２００回転以下の範囲内になるように、より好ましくは、膨張機（30）の回転数が毎秒２０回転以上で１１０回転以下の範囲内になるように設定されている。本実施形態では出力軸（32）の軸方向に設けた給油通路を通して遠心ポンプの作用で膨張機構（31）の給油を行う構造を採用しているが（図示せず）、回転数が低すぎると給油が行われず、回転数が高すぎると摺動部の機械損失が大きくなりすぎるためである。
【００３８】
制御ユニット（40）の具体的な構成について、図２のブロック図を用いて説明する。制御ユニット（40）には、第１変換器（51）と、第２変換器（52）と、第３変換器（53）とが設けられている。第１変換器（51）は、交流電流を直流電流に変換するＡ−Ｄコンバータの機能を有している。第２変換器（52）は、直流電流を周波数制御した交流電流に変換するインバータの機能を有している。第３変換器（53）は、Ａ−Ｄコンバータの機能を有している。
【００３９】
外部交流電源（50）は、第１変換器（51）に交流電流を供給するように接続されている。第１変換器（51）は、第２変換器（52）に直流電流を供給するように接続されている。第２変換器（52）は、圧縮機（20）の電動機（23）に周波数制御した交流電流を供給するように接続されている。このことにより、電動機（23）の回転数を制御し、圧縮機（20）構（20）の運転容量を調整することができる。
【００４０】
第１変換器（51）には、第２変換器（52）と並列に、第３変換器（53）も接続されている。第３変換器（53）は、膨張機（30）の発電機（33）に電気的に接続されている。第３変換器（53）のＡ−Ｄコンバータでは、発電機（33）で発電された交流電流が直流電流に変換され、第１変換器（51）からの直流電流とともに第２変換器（52）に供給される。第２変換器（52）のインバータでは、外部交流電源（50）から供給されて第１変換器（51）で処理された直流電流とともに、第３変換器（53）からの直流電流を交流電流に変換し、圧縮機（20）の電動機（23）に供給する。こうすることにより、外部交流電源（50）からの供給電力量を削減することができる。
【００４１】
なお、第３変換器（53）には、第１変換器（51）で変換された直流電流を交流電流に変換して発電機（33）に供給するインバータの機能を持たせてもよい。このようにすると、装置（10）の起動時に、外部交流電源（50）の交流電流を圧縮機（20）の電動機（23）に供給するとともに、破線の矢印で示すように膨張機（30）の発電機（33）にも供給できる。その際、第１変換器（51）のＡ−Ｄコンバータにより変換された直流電流が、第２変換器（52）のインバータと第３変換器（53）のインバータの両方で周波数制御された交流に変換される。そして、これらの交流電流が、圧縮機（20）の電動機（23）と膨張機（30）の発電機（33）に供給される。つまり、上記制御ユニット（40）は、上記発電機（33）を電動機として機能させるための電気入力機構（51，53）を備えたものとなる。
【００４２】
このとき、第２変換器（52）には圧縮機（20）の回転数指令が入力され、第３変換器（53）には膨張機（30）の回転数指令が入力される。そして、これらの入力指令に基づいて、電動機（23）及び発電機（33）に供給される交流電流の周波数が制御される。
【００４３】
−運転動作−
次に、上記空調機（10）の動作について説明する。
【００４４】
〈冷房運転〉
冷房運転時には、四路切換弁（12）が図１に実線で示す状態に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。この冷媒回路（11）で行われる冷凍サイクルは、その高圧圧力が、冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。
【００４５】
圧縮機（20）では、電動機（23）によって圧縮機構（21）が回転駆動される。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。圧縮機ケーシング（24）内の高圧冷媒は、吐出管（26）を通って圧縮機（20）から吐出される。圧縮機（20）から吐出された冷媒は、四路切換弁（12）を通って室外熱交換器（14）へ送られて室外空気へ放熱する。室外熱交換器（14）で放熱した高圧冷媒は、ブリッジ回路（13）を通って膨張機（30）へ流入する。
【００４６】
膨張機（30）では、流入管（35）から膨張機ケーシング（34）内を通って膨張機構（31）へ流入した高圧冷媒が膨張し、それによって発電機（33）が回転駆動される。発電機（33）で発生した電力は、発電量制御器（41）から圧縮機制御器（42）へ入力され、圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張機（30）から送り出される。膨張機（30）から送出された冷媒は、室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。室内熱交換器（15）から出た低圧冷媒は、四路切換弁（12）を通って圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。
【００４７】
〈暖房運転〉
暖房運転時には、四路切換弁（12）が図１に破線で示す状態に設定され、冷媒回路（11）で冷媒が循環して蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。冷房運転時と同様に、この冷媒回路（11）で行われる冷凍サイクルは、その高圧圧力が、冷媒である二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。
【００４８】
圧縮機（20）では、電動機（23）によって圧縮機構（21）が回転駆動される。圧縮機構（21）は、吸入管（25）から吸い込んだ冷媒を圧縮して圧縮機ケーシング（24）内へ吐出する。圧縮機ケーシング（24）内の高圧冷媒は、吐出管（26）を通って圧縮機（20）から吐出される。圧縮機（20）から吐出された冷媒は、四路切換弁（12）を通って室内熱交換器（15）へ送られる。室内熱交換器（15）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。室内熱交換器（15）で放熱した高圧冷媒は、ブリッジ回路（13）を通って膨張機（30）へ流入する。
【００４９】
膨張機（30）では、流入管（35）から膨張機ケーシング（34）内を通って膨張機構（31）へ流入した高圧冷媒が膨張し、それによって発電機（33）が回転駆動される。発電機（33）で発生した電力は、発電量制御器（41）から圧縮機制御器（42）へ入力され、圧縮機（20）の電動機（23）へ供給される。膨張機構（31）で膨張した冷媒は、流出管（36）を通って膨張機（30）から送り出される。膨張機（30）から送出された冷媒は、室外熱交換器（14）へ送られる。室外熱交換器（14）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（14）から出た低圧冷媒は、四路切換弁（12）を通って圧縮機（20）の吸入管（25）へ流入する。
【００５０】
−実施形態の効果−
発電量制御器（41）は、起動制御部（43）により、起動時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う。このためには、膨張機（30）の回転数を高くすることになる。そうすると、回転抵抗が小さくなるため、起動トルクを小さくできるとともに、膨張機（30）の流量が増えるため、冷媒回路（11）の高圧圧力が異常に上昇することを防止できる。
【００５１】
また、発電量制御器（41）は、過渡運転制御部（44）により、膨張機（30）の入口と出口の差圧が大きくなる過渡運転時に発電機（33）の負荷を小さくする制御を行う。過渡運転時としては、冷凍サイクルを起動した後の立ち上がり制御や、デフロスト制御などが考えられる。このようなとき、発電機（33）の負荷を小さくすると、上記と同様に起動トルクを小さくできるし、冷媒回路（11）の高圧圧力が異常に上昇することもない。
【００５２】
さらに、発電量制御器（41）は、過電流保護制御部（45）により、発電機（33）の負荷を制御するときに過電流が流れるのを防止する制御を行う。発電機（33）の負荷を制御するときは、抵抗値が変動して過電流が流れるおそれがあるが、このようにすると発電機（33）を保護できる。
【００５３】
また、膨張機（30）の回転数を機械的に検知する機械的回転数検知手段（37）や、膨張機（30）の回転数を電気的に検知する電気的回転数検知手段（37）を設けることにより、膨張機（30）の回転数制御を確実に行える。したがって、発電量を確実に制御できる。
【００５４】
また、膨張機（30）の回転数を、毎秒１０回転以上で２００回転以下の範囲内、特に毎秒２０回転以上で１１０回転以下の範囲内に設定している。一般に膨張機（30）は出力軸に設けた給油通路の遠心ポンプ作用で膨張機構（31）への給油を行う構造が採用されているが、膨張機（30）の回転数が低すぎると潤滑不良が起こるおそれがあり、回転数が高すぎると機械損失が大きくなりすぎるのに対して、上記の範囲内であればそのような問題を防止できる。
【００５５】
また、発電量制御器（41）に上記発電機（33）を電動機として機能させるための電気入力機構（51，53）を設けたことにより、例えば起動時に電気入力機構（51，53）により発電機（33）を電動機として機能させることができる。そして、装置の起動時には、圧縮機を電動機により動作させると膨張機（30）の前後で差圧は発生するものの、膨張機（30）の起動トルクが不足して、膨張機（30）が動作しないことがあるが、起動時に発電機（33）が電動機として機能すると、膨張機（30）の前後の差圧には関係なく膨張機（30）が自ら回転する。したがって、装置が正常に起動する。
【００５６】
また、冷媒回路（11）の冷媒が二酸化炭素により構成されて、従来の一般的な冷媒を用いる装置に比べてＣＯＰの低い装置で膨張機（30）を用いる場合に、膨張機（30）の運転制御を行うことでＣＯＰを高められる。
【００５７】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００５８】
例えば、上記実施形態では冷媒の循環方向が反転可能な冷媒回路（11）について説明したが、本発明は、冷媒が一方向にのみ循環する冷媒回路（11）に適用してもよい。また、実施形態における冷媒回路（11）は基本的な回路構成のみを示したものであって、製品設計の際には種々の付属機器を用いて回路が構成される。
【００５９】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように、本発明は、冷凍サイクルの膨張機構として動力回収用の膨張機を備え、該膨張機と圧縮機とが軸で機械的に連結されずに、膨張機に発電機が連結されているタイプの冷凍装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に係る空調機（冷凍装置）の回路図である。
【図２】制御ユニットのブロック図である。
【符号の説明】
【００６２】
10  空調機（冷凍装置）
11  冷媒回路
14  室外熱交換器（放熱器、冷却器）
15  室内熱交換器（冷却器、放熱器）
20  圧縮機
21  圧縮機構
22  駆動軸
23  電動機
30  膨張機
31  膨張機構
32  出力軸
33  発電機
37  回転数検知手段
40  制御ユニット
41  発電量制御器（回転制御手段）
42  圧縮機制御器
43  起動制御部
44  過渡運転制御部
45  過電流保護制御部
51  第１変換器（電気入力機構）
52  第２変換器
53  第３変換器（電気入力機構）
【図１】
2007327697.tif 000003
【図２】
2007327697.tif 000004