(57)【要約】【課題】膨張時の圧力エネルギーを回収可能な膨張機構を備えた冷凍サイクル装置において、最適な高圧側圧力に制御し冷凍サイクル装置を効率よく運転させること。【解決手段】圧縮機構１、熱源側熱交換器６、動力回収を行う膨張機構５、利用側熱交換器７、膨張機構５に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器１２を備え、内部熱交換器１２内の冷媒流路を経て、膨張機構５をバイパスする流路１４を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置で、内部熱交換１２とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる冷凍サイクル装置を実現できる。【選択図】図１
2007212024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、前記膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備え、前記内部熱交換器内の冷媒流路を経て、前記膨張機構をバイパスする流路を設けたたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、前記膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、前記内部熱交換器で熱交換させ、前記膨張機構をバイパスさせ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３】
少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、前記膨張機構に流入する冷媒を減圧する予減圧器、前記膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器、前記内部熱交換器の冷媒流路を経て前記膨張機構をバイパスする流路、前記バイパス流路上に設けられた流量調整弁を備えた冷凍サイクル装置において、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値に略一致するように、前記予減圧器と前記流量調整弁の開度を調整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４】
高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値に達しない場合には、前記流量調整弁の開度を略全閉とし、前記予減圧器の開度を閉方向に調整することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項５】
高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値を超える場合には、前記予減圧器の開度を略全開とし、前記流量調整弁の開度を開方向に調整することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項６】
少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、前記膨張機構に流入する冷媒を減圧する予減圧器、前記膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、前記内部熱交換器の熱交換量をできるかぎり小さくしても、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値に達しない場合には、前記予減圧器で冷媒を減圧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７】
少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、前記膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器、前記膨張機構をバイパスするバイパス流路を備えた冷凍サイクル装置において、前記内部熱交換器の熱交換量をできるかぎり大きくしても、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値を超える場合には、前記バイパス流路に一部の冷媒をバイパスさせ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】
少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、前記膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、熱源側流体温度、あるいは、利用側流体温度が低いときには、前記内部熱交換器を実質的に作用させないことを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項９】
請求項２〜８のいずれか１項に記載の制御方法を用いることを特徴とする冷凍サイクル装
置。
【請求項１０】
冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１または９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および冷凍サイクル装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
減圧器の代わりに膨張機構を設けて、膨張時の圧力エネルギーを動力として回収し、ＣＯＰを向上させる冷凍サイクル装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような膨張機構は、動力回収方法の違いにより、二つに大別できる。
【０００３】
一つは、膨張機構と圧縮機構の回転軸を一軸に連結し、膨張機構で発生した動力を機械エネルギ（回転エネルギ）として圧縮機構に伝達する形式（以下、機械エネルギ回収型と呼ぶ）である。もう一つは、膨張機構の回転軸に発電機を連結し、膨張機構で発生した動力を電気エネルギとして回収する形式（以下、電気エネルギ回収型と呼ぶ）である。
【０００４】
電気エネルギ回収型の場合には、膨張機構の回転数は、圧縮機構の回転数と無関係に設定できるので、膨張機構の回転数（すなわち、発電機のトルク）を調整し、冷凍サイクル装置の高圧側圧力を最良に調整する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
機械エネルギ回収型の場合には、圧縮機構と膨張機構は同一回転数で回転する。また、圧縮機構と膨張機構はともに容積式であり、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冷媒体積循環量の比が決定される。
【０００６】
圧縮機構に流入する冷媒の密度をＤＣ、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冷媒（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。）
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、最良な高圧側圧力に調整することが困難となる。
【０００７】
そこで、膨張機構に流入する冷媒を減圧し、冷媒の密度を大きくする予減圧器を設けて、最良な高圧側圧力に調整する方法、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、最良な高圧側圧力に調整する方法が提案されている。あるいは、内部熱交換器で熱交換させることで膨張機構に流入する冷媒の密度を変更し、膨張機構に流入する冷媒循環量を制御することで、最良な高圧側圧力に調整する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭５６−１１２８９６号公報
【特許文献２】特開２０００−３２９４１６号公報
【特許文献３】特開２００４−１０８６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１には、具体的な高圧側圧力の調整方法は何ら記載されていない。上記特許文献２には、高圧側圧力の調整方法として、内部熱交換器での熱交換量
の変化を利用した方法、膨張機構の前に予減圧器を設ける方法、膨張機構をバイパスさせるバイパス流路を設ける方法、などが記載されているが、これらの方法をどのように使い分けるか、あるいは、組み合わせるかといった事柄については記載されていない。このため、最良な方法で高圧側圧力を調整できず、冷凍サイクル装置を効率よく運転できない場合が生じる課題があった。
【０００９】
また、上記特許文献３には、内部熱交換器での熱交換量の変化を利用した方法と、膨張機構をバイパスさせるバイパス流路を設ける方法との最良な組み合わせとして、膨張機構の流動抵抗を非常に小さくしたい場合（すなわち、高圧側圧力を低下させたい場合）には、内部熱交換器での熱交換量を最大となるようにした上で、さらにバイパス流路へバイパスさせる方法が記載されている。
【００１０】
しかし、それ以外の場合、例えば、膨張機構の流動抵抗を非常に大きくしたい場合（すなわち、高圧側圧力を上昇させたい場合）の最良な組み合わせについては記載されていない。
【００１１】
特に、バイパス流路へ冷媒をバイパスさせず、かつ、内部熱交換器での熱交量を最小とした上で、さらに膨張機構の流動抵抗を大きくし、高圧側圧力を上昇させたい場合の制御方法について、何ら記載されていない。このため、このような場合には、冷凍サイクル装置を効率よく運転できないといった課題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題を解決するため、膨張機構を備えた冷凍サイクル装置において、膨張機構に流入する冷媒循環量を調整する最適な方法を選択、あるいは、組み合わせることで、従来の技術より広い条件下で、最適な高圧側圧力に制御し冷凍サイクル装置を効率よく運転させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備え、内部熱交換器内の冷媒流路を経て、膨張機構をバイパスする流路を設けた冷凍サイクル装置である。これによると、内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる冷凍サイクル装置を実現できる。
【００１４】
また、本発明の冷凍サイクル装置の制御方法は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、内部熱交換器で熱交換させ、膨張機構をバイパスさせる冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００１５】
また、本発明の冷凍サイクル装置の制御方法は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を減圧する予減圧器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器、内部熱交換器の冷媒流路を経機構をバイパスする流路、バイパス流路上に設けられた流量調整弁を備えた冷凍サイクル装置において、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値に略一致するように、予減圧器と流量調整弁の開度を調整する冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、予減圧と内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００１６】
また、本発明の冷凍サイクル装置の制御方法は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を減圧する予減圧器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、内部熱交換器の熱交換量をできるかぎり小さくしても、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値に達しない場合には、予減圧器で冷媒を減圧する冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、予減圧と内部熱交換させないことを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００１７】
また、本発明の冷凍サイクル装置の制御方法は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器、膨張機構をバイパスするバイパス流路を備えた冷凍サイクル装置において、内部熱交換器の熱交換量をできるかぎり大きくしても、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値を超える場合には、バイパス流路に一部の冷媒をバイパスさせる冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００１８】
また、本発明の冷凍サイクル装置の制御方法は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、熱源側流体温度、あるいは、利用側流体温度が低いときには、内部熱交換器を実質的に作用させない冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、熱源側流体温度、あるいは、利用側流体温度が低いか、高いかを用いてサイクル状態を判断することで、より簡易的な制御方法で、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の冷凍サイクル装置および冷凍サイクル装置の制御方法によれば、膨張機構を備えた冷凍サイクル装置において、膨張機構に流入する冷媒循環量を調整する最適な方法を選択、あるいは、組み合わせることで、最適な高圧側圧力に制御し冷凍サイクル装置を効率よく運転できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
第１の発明は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備え、内部熱交換器内の冷媒流路を経て、膨張機構をバイパスする流路を設けた冷凍サイクル装置である。これによると、内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる冷凍サイクル装置を実現できる。
【００２１】
第２の発明は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、内部熱交換器で熱交換させ、膨張機構をバイパスさせる冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００２２】
第３の発明は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を減圧する予減圧器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器、内部熱交換器の冷媒流路を経機構をバイパスする流路、バイパス流路上に設けられた流量調整弁を備えた冷凍サイクル装置において、高圧側圧力、あるいは
、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値に略一致するように、予減圧器と流量調整弁の開度を調整する冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、予減圧と内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００２３】
第４の発明は、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値に達しない場合には、流量調整弁の開度を略全閉とし、予減圧器の開度を閉方向に調整する上記の冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、予減圧と内部熱交換させないことを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００２４】
第５の発明は、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値を超える場合には、予減圧器の開度を略全開とし、流量調整弁の開度を開方向に調整する上記の冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００２５】
第６の発明は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を減圧する予減圧器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、内部熱交換器の熱交換量をできるかぎり小さくしても、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値に達しない場合には、予減圧器で冷媒を減圧する冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、予減圧と内部熱交換させないことを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００２６】
第７の発明は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器、膨張機構をバイパスするバイパス流路を備えた冷凍サイクル装置において、内部熱交換器の熱交換量をできるかぎり大きくしても、高圧側圧力、あるいは、高圧側圧力と相関のある冷凍サイクル装置上の温度の検知値が、予め定められた目標値を超える場合には、バイパス流路に一部の冷媒をバイパスさせる冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００２７】
第８の発明は、少なくとも圧縮機構、熱源側熱交換器、動力回収を行う膨張機構、利用側熱交換器、膨張機構に流入する冷媒を冷却する内部熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、熱源側流体温度、あるいは、利用側流体温度が低いときには、内部熱交換器を実質的に作用させない冷凍サイクル装置の制御方法である。これによると、熱源側流体温度、あるいは、利用側流体温度が低いか、高いかを用いてサイクル状態を判断することで、より簡易的な制御方法で、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００２８】
第９の発明は、上記の制御方法を用いる冷凍サイクル装置である。これによると、予減圧と内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる冷凍サイクル装置を実現できる。
【００２９】
第１０の発明は、冷媒が二酸化炭素である上記の冷凍サイクル装置である。これによると、内部熱交換による冷媒の密度変化が大きいために、より効果的に内部熱交換を用いた高圧側圧力の調整が可能である。
【００３０】
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。
【００３１】
（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を示す概略構成図である。
【００３２】
図１の冷凍サイクル装置は、電動機１により駆動される圧縮機構２、利用側熱交換器としての放熱器３の冷媒流路、圧縮機構２および電動機１と一本の軸で連結され、動力回収される膨張機構５、熱源側熱交換器としての蒸発器６などからなり、冷媒として例えばＣＯ２冷媒が封入されている冷媒回路Ａと、利用流体搬送手段としての給水ポンプ７、放熱器３の流体流路、および給湯タンク８などからなる流体回路Ｂとから構成されている。さらに、この冷凍サイクル装置は熱源流体搬送手段としての送風装置９を備えており、送風装置９は、蒸発器５に熱源流体（例えば、外気）を送風する。
【００３３】
また、冷媒回路Ａは、膨張機構５に流入する冷媒を予め減圧する予減圧器としての第１電動膨張弁１１、高圧側流路１２ａを流れる放熱器３の冷媒出口から膨張機構５の入口までの冷媒が、低圧側流路１２ｂを流れる冷媒により冷却されるように構成された第１内部熱交換器１２を備えている。さらに、放熱器３の冷媒出口から膨張機構５の入口までの冷媒の一部を分岐し、流量調整弁としての第２電動膨張弁１３、第１内部熱交換器１２の低圧側流路１２ｂを経て、膨張機構５の出口から圧縮機構２の入口までの間に接続され、膨張機構５をバイパスする第１バイパス流路１４を備えている。
【００３４】
また、第１電動膨張弁１１の開度を調整する第１膨張弁開度制御手段２０、第２電動膨張弁１３の開度を調整する第２膨張弁開度制御手段２１を備えている。吐出温度検知手段２２は、圧縮機構２の吐出から放熱器３の冷媒入口までの冷媒配管上に備えられており、圧縮機構２の吐出温度を検知する。熱源流体入口温度検知手段としての外気温度検知手段２３は、蒸発器６のフィン等に固定されており、蒸発器６に流入する外気の温度を検知する。利用流体温度検知手段としての入水温度検知手段２４は、給湯タンク８の底部から放熱器６の流体入口までの流体配管上に備えられており、放熱器６に流入する利用流体（例えば、水）の温度を検知する。電子制御手段２５は、吐出温度検知手段２２、外気温度検知手段２３、入水温度検知手段２４などからの信号により、冷凍サイクルの状態を判断し、圧縮機構制御手段（図示せず）、第１膨張弁開度制御手段２０、第２膨張弁開度制御手段２１などに指示を与える。
【００３５】
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、圧縮機構２のシリンダ容積をＶＣ、膨張機構５のシリンダ容積をＶＥ、圧縮機構２に流入する冷媒の密度をＤＣ、膨張機構５に流入する冷媒の密度をＤＥとして説明する。まず、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）と略同等である場合について説明する。
【００３６】
冷媒回路Ａでは、ＣＯ２冷媒を、圧縮機構２で臨界圧力を越える圧力（高圧側圧力）まで圧縮する。その圧縮された冷媒は、高温高圧状態となり、放熱器３の冷媒流路を流れる際に、放熱器３の流体流路を流れる水に放熱し冷却される。第２電動膨張弁１３は全閉状態であり、冷媒は第１内部熱交換器１２の低圧側流路１２ｂや第１バイパス流路１４を流れず、すべての冷媒は全開状態の第１電動膨張弁１１を経て、膨張機構５に流入する。その後、冷媒は膨張機構５で減圧され低温低圧の気液二相状態となる。
【００３７】
この際、膨張機構５では冷媒の圧力エネルギーを動力に変換し、その動力は軸により発電機１に伝達される。この伝達された動力により発電機１の入力は低減される。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ＣＯＰを向上させることができる。膨張機構５で減圧された冷媒は蒸発器６に供給される。蒸発器６では、冷媒は送風装置９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。蒸発器６を流出した冷媒は、再び、圧縮機構２に吸入される。
【００３８】
一方、流体回路Ｂでは、給湯タンク８の底部から給水ポンプ７により放熱器３の流体流路へ送り込まれた利用流体（例えば、水）は、放熱器３の冷媒流路を流れる冷媒により加熱され、高温の流体（例えば、お湯）となり、その高温流体を給湯タンク８の頂部から貯める。このようなサイクル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。
【００３９】
次に、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）と異なる場合について説明する。まず、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より大きい場合の動作について説明する。この場合には、密度比一定の制約のために、膨張機構５入口の冷媒密度（ＤＥ）が小さくなるように、冷凍サイクルは高圧側圧力を低下させた状態でバランスしようとする。
【００４０】
ところが、高圧側圧力が望ましい圧力より低下した状態では、吐出温度が低下し冷凍サイクル装置の加熱能力が低下したり、冷凍サイクル装置の効率が低下したりする。このため、第１電動膨張弁１１を閉方向に操作し膨張機構５に流入する冷媒を減圧する。これにより、冷媒密度（ＤＥ）が小さくなり、高圧側圧力は低下せず最適な状態を維持できる。また、第２電動膨張弁１３は全閉状態のままであるので、第１内部熱交換器１２の低圧側流路１２ｂには冷媒は実質的には流れておらず、高圧側流路１２ｂを流れる冷媒は冷却されていないので、第１内部熱交換器１２で冷媒密度（ＤＥ）が大きくなることはない。
【００４１】
したがって、第１電動膨張弁１１で減圧する減圧量を小さくでき、膨張機構５で減圧する圧力差が大きいので、より多くの動力を回収できるために効率の良い運転が可能である。すなわち、予減圧による効果と内部熱交換をしない効果の２つの効果により、高圧側圧力を望ましい圧力に調整できるので、従来の技術より効率の良い運転を行うことができる。
【００４２】
逆に、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より小さい場合の動作について説明する。この場合には、密度比一定の制約のために、膨張機構５入口の冷媒密度（ＤＥ）が大きくなるように、冷凍サイクルは高圧側圧力を上昇させた状態でバランスしようとする。ところが、高圧側圧力が望ましい圧力より上昇した状態では、冷凍サイクル装置の運転効率が低下してしまう。
【００４３】
このため、第２電動膨張弁１３を開方向に操作する。すなわち、第１内部熱交換器１２の高圧側流路１２ａを流出した冷媒は、一部分岐され、第２電動膨張弁１３により減圧されて、低温低圧の冷媒となり第１内部熱交換器１２の低圧側流路１２ｂに流入する。第１内部熱交換器１２では、高圧側流路１２ａを流れる高温高圧の冷媒は、低圧側流路１２ｂを流れる低温低圧の冷媒に放熱し、冷却される。
【００４４】
これにより、膨張機構５入口の冷媒密度（ＤＥ）は大きくなり、高圧側圧力は上昇せず最適な状態を維持できる。また、一部の冷媒を第１バイパス流路１４に流すことでも、膨張機構５に流入する冷媒循環量を減少させ、不必要に高圧を上昇させることを防止できる
。すなわち、内部熱交換による効果とバイパスによる効果の２つの効果により、高圧側圧力を望ましい圧力に調整できるので、従来の技術より広い条件下で効率の良い運転を行うことができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態の構成の冷凍サイクル装置では、動力回収を行う膨張機構を用いた冷凍サイクル装置において、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より大きい場合には、内部熱交換させないことと予減圧を組み合わせて実施し、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より小さい場合には、内部熱交換とバイパスを組み合わせて実施することで、従来の技術より広い条件下で、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００４６】
次に、制御方法について説明する。圧縮機構２、実質的には駆動源である電動機１は、外気温度検知手段２３、入水温度検知手段２４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、放熱器３の流体出口温度の目標値）などから電子制御装置２５が算出した回転数となるように、圧縮機構制御手段（図示せず）により制御されている。
【００４７】
また、第１電動膨張弁１１と第２電動膨張弁１３の具体的な操作方法として、電子制御装置２５、および、第１膨張弁開度制御手段２０と第２膨張弁開度制御手段２１が行う制御について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。本実施の形態の制御では、高圧側圧力と吐出温度には相関関係があり、計測するには高コストなセンサーが必要な高圧側圧力を計測せず、比較的安価に計測の可能な吐出温度により第１電動膨張弁１１と第２電動膨張弁１３の制御を行う。
【００４８】
冷凍サイクル装置の運転時には、吐出温度検知手段２２からの検出値（吐出温度）（１００）が取り込まれる。予めＲＯＭ等に記憶されている目標吐出温度と（１００）で取り込んだ吐出温度とを比較する（１１０）。吐出温度が目標吐出温度より低い場合には、高圧側圧力が最適な圧力より低い傾向にあるため、まず、第２電動膨張弁１３が全閉となっているか否かを判定する（１２０）。第２電動膨張弁１３が全閉である場合には、第１電動膨張弁１１を閉方向に操作し（１３０）、膨張機構５に流入する冷媒を減圧し、冷媒密度を低下させ、高圧側圧力および吐出温度を上昇させる。
【００４９】
あるいは、第２電動膨張弁１３が全閉でない場合には、第２電動膨張弁１３を閉方向に操作し（１４０）、第１内部熱交換器１２の低圧側流路１２ｂを流れる冷媒循環量を減少させ、内部熱交換量を低減するとともに、膨張機構５をバイパスする第１バイパス流路１４に流入す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。
【００５０】
逆に、吐出温度が目標吐出温度より高い場合には、高圧側圧力が最適な圧力より高い傾向にあるため、まず、第１電動膨張弁１１が開となっているか否かを判定する（１５０）。第１電動膨張弁１１が全開である場合には、第２電動膨張弁１３を開方向に操作し（１６０）、第１内部熱交換器１２の低圧側流路１２ｂを流れる冷媒循環量を増加させ、内部熱交換量を増加するとともに、膨張機構５をバイパスする第１バイパス流路１４に流入す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。
【００５１】
あるいは、第１電動膨張弁１１が全開でない場合には、第１電動膨張弁１１を開方向に操作し（１７０）、膨張機構５に流入する冷媒を減圧しないようにして、冷媒密度を低下させないようにすることで、高圧側圧力および吐出温度を低下させる。以上のステップの後、ステップ１００に戻り、以後ステップ１００から１７０まで繰り返すことにより、図３に示すように、第１電動膨張弁１１と第２電動膨張弁１３とを連携させた制御を行う。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態の構成の冷凍サイクル装置では、最適な高圧側圧力を維持することが困難である動力回収を行う膨張機構を用いた冷凍サイクル装置において、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より大きい場合、すなわち、吐出温度が目標吐出温度に達しない場合には、吐出温度に基づいて、流量調整弁である第２電動膨張弁１３の開度を略全閉とし、予減圧器である第１電動膨張弁１１の開度を閉方向に調整することで、望ましい高圧側圧力に調整し、冷凍サイクル装置の運転効率や能力の低下させることなく運転できる。
【００５３】
逆に、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より小さい場合、すなわち、吐出温度が目標吐出温度を超える場合には、吐出温度に基づいて、予減圧器である第１電動膨張弁１１の開度を略全開とし、流量調整弁である第２電動膨張弁１３の開度を開方向に調整することで、望ましい高圧側圧力に調整し、冷凍サイクル装置の運転効率や能力の低下させることなく運転できる。
【００５４】
なお、第１電動膨張弁１１、第２電動膨張弁１３が全開、または、全閉であるとの判定は、物理的に弁が全開、または、全閉となっていなくてもよく、弁の信頼性等を考慮して予め定めた全開、または、全閉に近い最大開度、または、最小開度となったことで判定してもよい。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に微少値を加算または減算して制御してもよい。
【００５５】
さらに、本実施の形態の制御では、吐出温度により第１電動膨張弁１１と第２電動膨張弁１３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、高圧側圧力と相関関係がある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、圧縮機構２の吸入過熱度や、蒸発器３出口の過熱度を用いて制御してもよい。
【００５６】
また、本実施の形態の冷媒は二酸化炭素（ＣＯ２）であるとして説明したが、他の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【００５７】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置について、図４の構成図を用いて説明する。なお、図４の構成図において、図１の第１の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態における冷凍サイクル装置の冷媒回路Ａは、高圧側流路３０ａを流れる放熱器３の冷媒出口から膨張機構５の入口までの冷媒が、低圧側流路３０ｂを流れる蒸発器６の冷媒出口から圧縮機構２の入口までの冷媒により冷却されるように構成された第２内部熱交換器３０を備えている。
【００５９】
さらに、放熱器３の冷媒出口から膨張機構５の入口までの冷媒の一部を分岐し、膨張機構５をバイパスする第２バイパス流路３１、および、第２バイパス流路上に備えられ、第２バイパス流路３１に流れる冷媒循環量を調整する流量調整弁としての第３電動膨張弁３２を備えている。また、第２内部熱交換器３０の低圧側流路３０ｂをバイパスする内部熱交換器バイパス流路３３、および、内部熱交換器バイパス流路３３上に設けられ、内部熱交換器バイパス流路３３に流れる冷媒循環量を調整する内部熱交換器バイパス弁として第４電動膨張弁３４を備えている。また、電子制御手段２５からの指示により第３電動膨張弁３２の開度を調整する第３膨張弁開度制御手段４０、第４電動膨張弁３４の開度を調整する第４膨張弁開度制御手段４１を備えている。
【００６０】
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、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）と略同等である場合について説明する。第４電動膨張弁３４は全閉状態であり、蒸発器６を流出した冷媒は第２内部熱交換器３０の低圧側流路３０ｂを流れ、高圧側流路３０ａを流れる冷媒を冷却する。つまり、放熱器３を流出した冷媒は、第２内部熱交換器３０で放熱する。
【００６１】
その後、内部熱交換器３０の高圧側流路３０ａを流出した冷媒は全開状態の第１電動膨張弁１１を経て、膨張機構５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５では冷媒の圧力エネルギーを動力に変換し、その動力は軸により発電機１に伝達される。この伝達された動力により発電機１の入力は低減される。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ＣＯＰを向上させることができる。
【００６２】
次に、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）と異なる場合について説明する。まず、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より大きい場合の動作について説明する。この場合には、密度比一定の制約のために、膨張機構５入口の冷媒密度（ＤＥ）が小さくなるように、冷凍サイクルは高圧側圧力を低下させた状態でバランスしようとする。ところが、高圧側圧力が望ましい圧力より低下した状態では、吐出温度が低下し冷凍サイクル装置の加熱能力が低下したり、冷凍サイクル装置の効率が低下したりする。
【００６３】
このため、まず、第４電動膨張弁３４を開方向に操作し、第２内部熱交換器３０の低圧側流路３０ｂを流れる冷媒循環量を減少させる。つまり、放熱器３を流出した冷媒が、第２内部熱交換器３０で冷却される量が低下し、膨張機構５入口の冷媒密度（ＤＥ）が小さくなるため、高圧側圧力は低下せず最適な状態を維持できる。第４電動膨張弁３４がほぼ全開状態となった状態、すなわち、第２内部熱交換器３０の熱交換量をできるかぎり小さくしても、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より大きい場合には、予減圧器としての第１電動膨張弁１１を閉方向に操作し膨張機構５に流入する冷媒を減圧する。
【００６４】
これにより、冷媒密度（ＤＥ）が小さくなり、高圧側圧力は低下せず最適な状態を維持できる。このように、第２内部熱交換器３０での熱交換量をできるかぎり小さくしてから、予減圧器である第１電動膨張弁１１を作用されるようにすると、内部熱交換により冷媒密度（ＤＥ）が大きくなることを防止できるので、第１電動膨張弁１１で減圧する減圧量を小さくでき、膨張機構５で減圧する圧力差が大きいので、より多くの動力を回収できるために効率の良い運転が可能である。すなわち、予減圧による効果と内部熱交換をしない効果の２つの効果により、高圧側圧力を望ましい圧力に調整できるので、従来の技術より効率の良い運転を行うことができる。
【００６５】
逆に、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より小さい場合の動作について説明する。この場合には、密度比一定の制約のために、膨張機構５入口の冷媒密度（ＤＥ）が大きくなるように、冷凍サイクルは高圧側圧力を上昇させた状態でバランスしようとする。ところが、高圧側圧力が望ましい圧力より上昇した状態では、冷凍サイクル装置の運転効率が低下してしまう。
【００６６】
このため、まず、第４電動膨張弁３４を開方向に操作し、第２内部熱交換器３０の低圧側流路３０ｂを流れる冷媒循環量を増加させる。つまり、放熱器３を流出した冷媒が、第２内部熱交換器３０で冷却される量が増加し、膨張機構５入口の冷媒密度（ＤＥ）が大きくなるため、高圧側圧力は上昇せず最適な状態を維持できる。第４電動膨張弁３４がほぼ全閉状態となった状態、すなわち、第２内部熱交換器３０の熱交換量をできるかぎり大きくしても、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（
ＶＣ／ＶＥ）より小さい場合には、第３電動膨張弁３２を開方向に操作し、一部の冷媒を第２バイパス流路３１に流す。
【００６７】
これにより、膨張機構５に流入する冷媒循環量を減少させ、高圧側圧力は上昇せず最適な状態を維持できる。このように、第２内部熱交換器３０での熱交換量をできるかぎり大きくしてから、膨張機構５をバイパスさせるようにすると、内部熱交換により冷媒密度（ＤＥ）が大きくすることを利用できるので、膨張機構５をバイパスする冷媒循環量を小さくでき、より多くの動力を回収できるために効率の良い運転が可能である。すなわち、内部熱交換による効果とバイパスによる効果の２つの効果により、高圧側圧力を望ましい圧力に調整できるので、従来の技術より広い条件下で効率の良い運転を行うことができる。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態の構成の冷凍サイクル装置では、動力回収を行う膨張機構を用いた冷凍サイクル装置において、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より大きい場合には、内部熱交換させないことと予減圧を順次、実施し、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より小さい場合には、内部熱交換とバイパスを順次、実施することで、従来の技術より広い条件下で、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００６９】
次に、第１電動膨張弁１１、第３電動膨張弁３２、第４電動膨張弁３４の具体的な操作方法として、電子制御装置２５、および、第１膨張弁開度制御手段２０、第３膨張弁開度制御手段４０、第４膨張弁開度制御手段４１が行う制御について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００７０】
冷凍サイクル装置の運転時には、吐出温度検知手段２２からの検出値（吐出温度）（２００）が取り込まれる。予めＲＯＭ等に記憶されている目標吐出温度と（２００）で取り込んだ吐出温度とを比較する（２１０）。吐出温度が目標吐出温度より低い場合には、高圧側圧力が最適な圧力より低い傾向にあるため、まず、第３電動膨張弁３２が全閉となっているか否かを判定する（２２０）。第３電動膨張弁３２が全閉である場合には、第４電動膨張弁３４が全開となっているか否かを判定する（２３０）。第４電動膨張弁３４が全開である場合には、第１電動膨張弁１１を閉方向に操作し（２４０）、膨張機構５に流入する冷媒を減圧し、冷媒密度を低下させ、高圧側圧力および吐出温度を上昇させる。
【００７１】
あるいは、第４電動膨張弁３４が全開でない場合には、第４電動膨張弁３４を開方向に操作し（２５０）、第２内部熱交換器３０の低圧側流路３０ｂを流れる冷媒循環量を減少させ、内部熱交換量を低減し冷媒密度を低下させ、高圧側圧力および吐出温度を上昇させる。また、ステップ２２０で、第３電動膨張弁３２が全閉でない場合には、第３電動膨張弁３２を閉方向に操作し（２６０）、膨張機構５をバイパスする第２バイパス流路３１に流入す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。
【００７２】
逆に、ステップ２００で、吐出温度が目標吐出温度より高い場合には、高圧側圧力が最適な圧力より高い傾向にあるため、まず、第１電動膨張弁１１が開となっているか否かを判定する（２７０）。第１電動膨張弁１１が全開である場合には、第４電動膨張弁３４が全閉となっているか否かを判定する（２８０）。第４電動膨張弁３４が全閉である場合には、第３電動膨張弁３２を開方向に操作し（２９０）、膨張機構５をバイパスする第２バイパス流路３１に流入す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。第４電動膨張弁３４が全閉でない場合には、第４電動膨張弁３４を閉方向に操作し（３００）、第２内部熱交換器３０の低圧側流路３０ｂを流れる冷媒循環量を増加させ、内部熱交換量を増加し冷媒密度を増加させ、高圧側圧力および吐出温度を低下させる。
【００７３】
あるいは、ステップ２７０で、第１電動膨張弁１１が全開でない場合には、第１電動膨張弁１１を開方向に操作し（３１０）、膨張機構５に流入する冷媒を減圧しないようにして、冷媒密度を低下させないようにすることで、高圧側圧力および吐出温度を低下させる。以上のステップの後、ステップ２００に戻り、以後ステップ２００から３１０まで繰り返すことにより、図６に示すように、第１電動膨張弁１１、第３電動膨張弁３２、第４電動膨張弁３４とを連携させた制御を行う。
【００７４】
以上説明したように、本実施の形態の構成の冷凍サイクル装置では、最適な高圧側圧力を維持することが困難である動力回収を行う膨張機構を用いた冷凍サイクル装置において、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より大きい場合、すなわち、第２内部熱交換器３０の熱交換量をできるかぎり小さくしても、吐出温度が目標吐出温度に達しない場合には、吐出温度に基づいて予減圧器である第１電動膨張弁を閉方向に操作し、冷媒を減圧することで、望ましい高圧側圧力に調整し、冷凍サイクル装置の運転効率や能力の低下させることなく運転できる。
【００７５】
逆に、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より小さい場合、すなわち、第２内部熱交換器３０の熱交換量をできるかぎり大きくしても、吐出温度が目標吐出温度を超える場合には、吐出温度に基づいて第３電動膨張弁３２を開方向に操作し、一部の冷媒を第２バイパス流路３１に流すことで、膨張機構５に流入する冷媒循環量を減少させ、望ましい高圧側圧力に調整し、冷凍サイクル装置の運転効率や能力の低下させることなく運転できる。
【００７６】
なお、内部熱交換器バイパス流路３３は第２内部熱交換器３０の低圧側流路３０ｂをバイパスするように設けられているが、高圧側流路３０ａをバイパスするように設けてもよい。また、内部熱交換器バイパス弁（第４電動膨張弁）３４は開度の調整が可能な電動膨張弁として説明したが、開閉のみが可能な電磁弁であってもよい。
【００７７】
また、第１電動膨張弁１１、第３電動膨張弁３２、第４電動膨張弁３４が全開、または、全閉であるとの判定は、物理的に弁が全開、または、全閉となっていなくてもよく、弁の信頼性等を考慮して予め定めた全開、または、全閉に近い最大開度、または、最小開度となったことで判定してもよい。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に微少値を加算または減算して制御してもよい。
【００７８】
さらに、本実施の形態の制御では、吐出温度により第１電動膨張弁１１と第２電動膨張弁１３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、高圧側圧力と相関関係がある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、圧縮機構２の吸入過熱度や、蒸発器３出口の過熱度を用いて制御してもよい。
【００７９】
また、本実施の形態の冷媒は二酸化炭素（ＣＯ２）であるとして説明したが、他の冷媒、例えば、Ｒ４１０Ａ等でも同様の効果が得られる。
【００８０】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態における冷凍サイクル装置について、図７の構成図を用いて説明する。なお、図７の構成図において、図４の第２の実施の形態と同様の構成要素は同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００８１】
本実施の形態における冷凍サイクル装置の冷媒回路Ａで、図４の第２の実施の形態と異なる点は、膨張機構５が圧縮機構２および電動機１と一軸で直結されておらず、発電機４
に軸で接続されている点である。この場合には、従来の技術に開示されているように、圧縮機構２と膨張機構５の回転数を異ならせることが可能なために、高圧側圧力を望ましい圧力に調整できる条件が広くなる。
【００８２】
本実施の形態における冷凍サイクル装置の運転時の動作について説明する。熱源側熱交換器に流入する熱源側流体の温度、あるいは、利用側熱交換器に流入する利用側流体の温度が低い場合には、冷凍サイクルは高圧側圧力は低下しやすい。このため、熱源側流体検出手段としての外気温度検出手段２３、あるいは、利用側流体検出手段としての入水温度検出手段２４の検出値が予め定められた値より低い場合には、第４電動膨張弁３４を開方向に操作し、第２内部熱交換器３０の低圧側流路３０ｂを流れる冷媒循環量を減少させる。
【００８３】
つまり、放熱器３を流出した冷媒が、第２内部熱交換器３０で冷却される量が低下し、膨張機構５入口の冷媒密度（ＤＥ）が小さくなるため、高圧側圧力は低下せず最適な状態を維持できる。内部熱交換器バイパス弁３４がほぼ全開状態となった状態でも、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より大きい場合、すなわち、高圧側圧力が低下している場合には、第１電動膨張弁１１を閉方向に操作し膨張機構５に流入する冷媒を減圧する。
【００８４】
これにより、冷媒密度（ＤＥ）が小さくなり、高圧側圧力は低下せず最適な状態を維持できる。このように、第２内部熱交換器３０での熱交換量をできるかぎり小さくしてから、予減圧器としての第１電動膨張弁１１を作用させるようにすると、内部熱交換により冷媒密度（ＤＥ）が大きくなることを防止できるので、第１電動膨張弁１１で減圧する減圧量を小さくでき、膨張機構５で減圧する圧力差が大きいので、より多くの動力を回収できるために効率の良い運転が可能である。すなわち、予減圧による効果と内部熱交換をしない効果の２つの効果により、高圧側圧力を望ましい圧力に調整できるので、従来の技術より効率の良い運転を行うことができる。
【００８５】
逆に、熱源側流体検出手段としての外気温度検出手段２３、あるいは、利用側流体検出手段としての入水温度検出手段２４の検出値が予め定められた値より高い場合には、内部第４電動膨張弁３４を開方向に操作し、第２内部熱交換器３０の低圧側流路３０ｂを流れる冷媒循環量を増加させる。
【００８６】
つまり、放熱器３を流出した冷媒が、第２内部熱交換器３０で冷却される量が増加し、膨張機構５入口の冷媒密度（ＤＥ）が大きくなるため、高圧側圧力は上昇せず最適な状態を維持できる。内部熱交換器バイパス弁３４がほぼ全開状態となった状態でも、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より小さい場合、すなわち、高圧側圧力が上昇している場合には、第３電動膨張弁３２を開方向に操作し、一部の冷媒を第２バイパス流路３１に流す。
【００８７】
これにより、膨張機構５に流入する冷媒循環量を減少させ、高圧側圧力は低下せず最適な状態を維持できる。このように、第２内部熱交換器３０での熱交換量をできるかぎり大きくしてから、膨張機構５をバイパスさせるようにすると、内部熱交換により冷媒密度（ＤＥ）が大きくすることを利用できるので、膨張機構５をバイパスする冷媒循環量を小さくでき、より多くの動力を回収できるために効率の良い運転が可能である。すなわち、内部熱交換による効果とバイパスによる効果の２つの効果により、高圧側圧力を望ましい圧力に調整できるので、従来の技術より広い条件下で効率の良い運転を行うことができる。
【００８８】
以上説明したように、本実施の形態の構成の冷凍サイクル装置では、動力回収を行う膨張機構を用いた冷凍サイクル装置において、実際の運転状態での密度比（ＤＥ／ＤＣ）が
、設計時に想定した設計容積比（ＶＣ／ＶＥ）より大きいか、小さいかを熱源側流体温度、あるいは、利用側流体温度が低いか、高いかを用いて判断することで、より簡易的な制御方法で、冷凍サイクル装置の運転効率や能力を低下させることなく運転できる。
【００８９】
なお、熱源側流体温度検出手段２３は、熱源側流体温度の入口温度を検出するものとして説明したが、中間部の温度や出口温度を検出するものとしてもよい。同様に、利用側流体温度検出手段２４は、利用側流体温度の入口温度を検出するものとして説明したが、中間部の温度や出口温度を検出するものとしてもよい。特に、利用側温度の出口温度、本実施の形態の場合には、給湯器における実際のお湯の沸上温度、さらには、利用者等が設定したお湯の沸上温度を用いてもよい。
【００９０】
また、第２の実施の形態のように、膨張機構５と圧縮機構２は一軸で直結された構成であってもよい。
【００９１】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態における冷凍サイクル装置について、第１から第３の実施において、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられているものである。
【００９２】
図８に内部熱交換器３０による膨張機構５の入口温度変化（温度低下量）と膨張機構５の入口密度変化率の一例を示す。図８に示すように、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いた場合には、Ｒ４１０Ａより、内部熱交換による冷媒の密度変化が大きいために、より効果的に内部熱交換を用いた高圧側圧力の調整が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の冷凍サイクル装置の制御方法およびそれを用いた冷凍サイクル装置は、膨張機構を備えた冷凍サイクル装置において、最適な高圧側圧力に制御し冷凍サイクル装置を効率よく運転させることが可能となるため、膨張機構を備えた給湯機、空気調和機などの用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【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１における制御方法のフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１における制御の制御手段の関連を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図５】本発明の実施の形態２における制御方法のフローチャート
【図６】本発明の実施の形態２における制御の制御手段の関連を示す模式図
【図７】本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図８】本発明の実施の形態４における内部熱交換による冷媒の密度変化の比較図
【符号の説明】
【００９５】
１  電動機
２  圧縮機構
３  利用側熱交換器（放熱器）
４  発電機
５  膨張機構
６  熱源側熱交換器（蒸発器）
７  利用流体搬送手段（給水ポンプ）
８  給湯タンク
９  熱源流体搬送手段（送風装置）
１１  予減圧器（第１電動膨張弁）
１２  第１内部熱交換器
１２ａ  高圧側流路
１２ｂ  低圧側流路
１３  流量調整弁（第２電動膨張弁）
１４  第１バイパス流路
２０  第１膨張弁開度制御手段
２１  第２膨張弁開度制御手段
２２  吐出温度検知手段
２３  熱源側流体温度検出手段（外気温度検知手段）
２４  利用側流体温度検出手段（入水温度検知手段）
２５  電子制御手段
３０  第２内部熱交換器
３０ａ  高圧側流路
３０ｂ  低圧側流路
３１  第２バイパス流路
３２  流量調整弁（第３電動膨張弁）
３３  内部熱交換器バイパス流路
３４  内部熱交換器バイパス弁（第４電動膨張弁）
４０  第３膨張弁開度制御手段
４１  第４膨張弁開度制御手段
Ａ  冷媒回路
Ｂ  流体回路
【図１】
2007212024.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007212024.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007212024.tif 000009
【図８】
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