(57)【要約】【課題】安全弁の閉塞を防ぎ、冷凍サイクル装置の信頼性を確保することを目的とする。【解決手段】二酸化炭素を冷媒とし、冷媒を加圧するポンプ１等、冷媒を凝縮させる低温側凝縮器３及び冷媒を蒸発させる低温側蒸発器５を配管で接続して構成した低温側密閉回路６と、低温側密閉回路６内の冷媒の圧力が吹出し圧力を超えると、弁を開いて外部と連通させて冷媒を放出する第一の安全弁７とを備え、第一の安全弁７の吹出し圧力Ｐ（ＭＰａａｂｓ）と、低温側密閉回路６の内容積Ｖ（ｍ3 ）及び低温側密閉回路６内に封入した冷媒量Ｗ（ｋｇ）とが、Ｗ／Ｖ≦Ｐ×２５．４＋２０．１の関係を満たすようにする。【選択図】図１
2013002737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を冷媒とし、前記冷媒を加圧する熱媒体搬送手段、前記冷媒を凝縮させる凝縮器及び前記冷媒を蒸発させる蒸発器を配管で接続して前記冷媒を循環させるように構成する密閉回路と、
該密閉回路と接続し、前記密閉回路内の冷媒の圧力が吹出し圧力を超えると、弁を開いて外部と連通させて冷媒を放出する安全弁と
を備え、
前記安全弁の前記吹出し圧力Ｐ（ＭＰａａｂｓ）と、前記密閉回路の内容積Ｖ（ｍ3 ）及び前記密閉回路内に封入した冷媒量Ｗ（ｋｇ）とが、Ｗ／Ｖ≦Ｐ×２５．４＋２０．１の関係を満たすようにすることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記安全弁を複数備える場合に、最も低い前記吹出し圧力Ｐに対し、Ｗ／Ｖ≦Ｐ×２５．４＋２０．１の関係を満たすようにす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】
さらに（Ｐ×２５．４＋２０．１）×０．９≦Ｗ／Ｖの関係を満たすようにすることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の密閉回路を低温側密閉回路とし、
高温側圧縮機、高温側凝縮器、高温側絞り装置及び高温側蒸発器を配管接続して、高温側冷媒を循環させる高温側密閉回路と、
前記高温側蒸発器と前記低温側密閉回路の前記凝縮器とにより構成し、前記高温側冷媒と前記低温側密閉回路の冷媒との間の熱交換を行うカスケードコンデンサとをさらに備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、温熱、冷熱を搬送することにより冷蔵、冷凍、冷房、暖房等が可能な冷凍サイクル装置に関するものである。特に、二酸化炭素を冷媒として用い、さらに安全弁を有する冷凍サイクル装置の信頼性確保に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を冷媒として用い、冷媒回路内に冷媒を循環させて熱または冷熱を搬送する冷凍サイクル装置が従来からある。ここで、二酸化炭素は常温における圧力が高いため、圧力に対する対策を行う必要がある。そこで、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクル装置に冷媒回路内外を連通させることができる安全弁を備え、設定した圧力（弁が開く圧力）を超えると弁を開いて冷媒を放出するものがある（例えば特許文献１参照）。例えば、この冷凍サイクル装置では、アンモニアを冷媒とする高温側密閉回路である一次側冷凍回路と二酸化炭素を冷媒とする低温側密閉回路である二次側冷凍回路とを有し、カスケードコンデンサで熱交換を行えるようにしている。二次側冷凍回路は、二酸化炭素の液化、気化による重力を利用して、二酸化炭素の気液の質量差から、二酸化炭素冷媒を自然循環させている。ここで、重力を利用した自然循環のほかにも、ポンプ、圧縮機等の熱媒体搬送手段を用いて循環するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３６９１７号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の冷凍サイクル装置における構成では、次のような問題がある。冷凍サイクル装置が停止しているとき（異常停止を含む）は、二酸化炭素を冷媒として封入した密閉回路内の圧力は、密閉回路内の二酸化炭素冷媒密度と周囲温度に応じて上昇する。そのため、密閉回路内の二酸化炭素の冷媒密度と周囲温度とによっては、従来例にある安全弁の吹出し圧力の設定値である３．５ＭＰａａｂｓを超えて、二酸化炭素冷媒が密閉回路から放出される。
【０００５】
その際、放出される二酸化炭素冷媒は、相変化を起こし、固化する場合がある。安全弁において二酸化炭素の放出中に固化が生じると、安全弁の出口が閉塞され、十分に二酸化炭素を放出させることができない。密閉回路内の圧力を設定した圧力以下に維持できなくなると、密閉回路が変形したり、損傷したり等するおそれが生じる。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安全弁の閉塞を防ぎ、冷凍サイクル装置の信頼性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る冷凍サイクル装置は、二酸化炭素を冷媒とし、冷媒を加圧する熱媒体搬送手段、冷媒を凝縮させる凝縮器及び冷媒を蒸発させる蒸発器を配管で接続して冷媒を循環させるように構成する密閉回路と、密閉回路と接続し、密閉回路内の冷媒の圧力が吹出し圧力を超えると、弁を開いて外部と連通させて冷媒を放出する安全弁とを備え、安全弁の吹出し圧力Ｐ（ＭＰａａｂｓ）と、密閉回路の内容積Ｖ（ｍ3 ）及び密閉回路内に封入した冷媒量Ｗ（ｋｇ）とが、Ｗ／Ｖ≦Ｐ×２５．４＋２０．１の関係を満たすようにするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の冷凍サイクル装置は、以上のように構成しているので、冷凍サイクル装置が停止中に、密閉回路の周囲温度が上昇し、密閉回路の圧力が上昇し、安全弁が作動し放出された二酸化炭素冷媒が急激に大気圧まで低下しても、エンタルピは例えば４３０ｋＪ／ｋｇ以上となるため、二酸化炭素の固化領域にはいたらない。したがって、安全弁の出口で二酸化炭素が固化して安全弁の出口を塞ぐことはなく、密閉回路内の圧力を吹出し圧力以下に維持することができるので、密閉回路の変形、損傷等をさせるおそれはなく信頼性の確保を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１の低温側密閉回路６に係る低温側冷媒のモリエル線図である。
【図３】冷媒温度と圧力及び冷媒密度の関係を表す図である。
【図４】この発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
【図５】実施の形態２の低温側密閉回路６に係る低温側冷媒のモリエル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。  
図１は、この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成等を示す図である。実施の形態１の冷凍サイクル装置は、高温側密閉回路１４と低温側密閉回路６とでそれぞれ冷媒循環サイクル（冷媒回路）を形成している。そして、高温側密閉回路１４側の高温側蒸発器１２と低温側密閉回路６側の低温側凝縮器３との間で熱交換可能に結合したカスケードコンデンサ１３を共通に設けている。  
【００１１】
図１において、低温側密閉回路６は、熱媒体搬送手段となるポンプ１と、低温側凝縮器３と、低温側蒸発器５とを配管で直列に接続している。低温側凝縮器３は、熱交換を行って低温側冷媒を凝縮液化させるものである。例えば、ここではカスケードコンデンサ１３において低温側冷媒が通過する伝熱管等が低温側凝縮器３となって、高温側冷媒との熱交換が行われるものとする。また、低温側蒸発器５は、熱交換により低温側冷媒を蒸発ガス化させるものである。そして、冷却対象物等は、低温側蒸発器５において低温側冷媒との熱交換により、直接又は間接に冷却されることになる。また、ここでは第一の安全弁７が低温側密閉回路６に接続されている。第一の安全弁７は、通常は弁が閉じており、例えば低温側密閉回路６内が吹出し圧力より高くなると弁を開いて低温側冷媒を排出する。また、低温側冷媒の排出により低温側密閉回路６内が吹き出し圧力以下になると弁を閉じる。
【００１２】
一方、高温側密閉回路１４は、高温側圧縮機９と、高温側凝縮器１０と、高温側絞り装置１１と、高温側蒸発器１２とを配管で直列に接続している。高温側圧縮機９は、高温側冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。ここで、例えばインバータ回路等により回転数を制御し、高温側冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成するとよい。高温側凝縮器１０は、例えば送風機、ポンプ等（図示せず）から供給される空気、水等と高温側冷媒との間で熱交換を行い、高温側冷媒を凝縮液化させるものである。
【００１３】
減圧弁、膨張弁等の高温側絞り装置１１は、高温側冷媒を減圧して膨張させるものである。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段で構成することが最適であるが、毛細管（キャピラリ）、感温式膨張弁等の冷媒流量調節手段で構成してもよい。高温側蒸発器１２は、熱交換により高温側冷媒を蒸発ガス化させるものである。例えば、ここではカスケードコンデンサ１３において高温側冷媒が通過する伝熱管等が高温側蒸発器１２となって、低温側冷媒との熱交換が行われるものとする。
【００１４】
また、カスケードコンデンサ１３は、前述した低温側凝縮器３と高温側蒸発器１２との機能を有し、高温側冷媒と低温側冷媒とを熱交換可能にする冷媒間熱交換器である。例えばプレート熱交換器、二重管熱交換器等で構成する。カスケードコンデンサ１３を介して低温側密閉回路６と高温側密閉回路１４とを多段構成にし、冷媒間の熱交換を行うようにすることで、独立した冷媒循環回路を連携させることができる。
【００１５】
このように構成された冷凍サイクル装置において、高温側密閉回路１４を循環する高温側冷媒として、たとえばＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ４０４Ａ、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）等のテトラフルオロプロペン、またはこのテトラフルオロプロペンを含む混合冷媒、プロパン、イソブタン、二酸化炭素、アンモニアなどを用いる。ここでは、高温側冷媒にＨＦＯ−１２３４ｙｆを用いた場合について説明する。低温側密閉回路６を循環する低温側冷媒には二酸化炭素を用いる。
【００１６】
次に、本実施の形態の冷凍サイクル装置の冷却運転時における各構成機器の動作等を、各密閉回路を循環する冷媒の流れに基づいて説明する。冷媒は図１で示す矢印の方向に循環する。まず、高温側密閉回路１４の冷却運転時の動作について説明する。高温側圧縮機９は、高温側冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した高温側冷媒は高温側凝縮器１０へ流入する。高温側凝縮器１０は、送風機、ポンプ等（図示せず）から供給される空気、水等と高温側冷媒との間で熱交換を行い、高温側冷媒を凝縮液化させる。凝縮液化した高温側冷媒は高温側絞り装置１１を通過する。高温側絞り装置１１は、通過する凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は高温側蒸発器１２（カスケードコンデンサ１３）に流入する。高温側蒸発器１２は、低温側冷媒との熱交換により高温側冷媒を蒸発ガス化する。蒸発ガス化した高温側冷媒を高温側圧縮機９が吸入する。
【００１７】
次に低温側密閉回路６の冷却運転時の動作について説明する。熱媒体搬送手段となるポンプ１は、低温側冷媒を吸入し、加圧して循環させる。この循環の中で、低温側冷媒は低温側凝縮器３（カスケードコンデンサ１３）へ流入する。低温側凝縮器３は、高温側冷媒との熱交換により低温側冷媒を凝縮液化させる。そして、低温側冷媒は低温側蒸発器５に流入する。低温側蒸発器５は、冷却対象と低温側冷媒との間で熱交換を行い、低温側冷媒を蒸発ガス化する。低温側蒸発器５を通過した低温側冷媒は再びポンプ１が吸入する。
【００１８】
さらに、冷凍サイクル装置が停止中における第一の安全弁７を中心とする動作について説明する。ここで、停止中とは、例えば、低温側密閉回路６のポンプ１および高温側密閉回路１４の高温側圧縮機９が運転を停止している場合を含め、異常停止や停電により低温側密閉回路６および高温側密閉回路１４の機器がすべて停止している場合も含まれるものとする。冷凍サイクル装置が停止中の場合、低温側密閉回路６内の圧力は、低温側冷媒の冷媒密度と低温側密閉回路６の周囲温度とに応じて上昇する。
【００１９】
図２は実施の形態１の低温側密閉回路６に係る低温側冷媒（二酸化炭素）のモリエル線図である。ここでは、周囲温度等と固化との関係について説明する。図２において、Ａは飽和液線、Ｂは飽和ガス線を表し、飽和液線Ａより左側に位置する低温側冷媒は液相の状態である。また、飽和ガス線Ｂよりも右側に位置する低温側冷媒はガス相の状態である。そして、飽和液線Ａと飽和ガス線Ｂに囲まれた内側に位置する低温側冷媒は気液二相状態となっている。ここで、図３に示すように、７．３ＭＰａａｂｓ以上の低温側冷媒（二酸化炭素）は超臨界状態となっている。
【００２０】
固化領域Ｃは、エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇ以下及び圧力が０．５２ＭＰａａｂｓ以下の低温側冷媒が位置する領域である。固化領域Ｃにおける低温側冷媒は固化し、いわゆるドライアイスの状態となる。等密度線Ｄ、等密度線Ｅは、それぞれ二酸化炭素の冷媒密度が１５０ｋｇ／ｍ3 、１００ｋｇ／ｍ3 における等密度線を表す。また、Ｆ点は等密度線Ｄと圧力３．５ＭＰａａｂｓを表す線との交点である。さらに、Ｈ点、Ｇ点は、それぞれ等密度線Ｄ、等密度線Ｅとエンタルピ４３０ｋＪ／ｋｇを表す線との交点である。
【００２１】
ここで、例えば低温側冷媒の冷媒密度Ｗ／Ｖ（ｋｇ／ｍ3 ）が、１００ｋｇ／ｍ3 の場合を考える。冷凍サイクル装置が停止中に、低温側密閉回路６の周囲温度が上昇すると、図２において等密度線Ｅを右上に向かって上昇するように低温側密閉回路６内の圧力が上昇する。そして、周囲温度がおよそ０．７℃を超えると、低温側密閉回路６内の圧力は３．５ＭＰａａｂｓを超えるようになり、等密度線Ｅ上のＧ点に到達する。ここで、第一の安全弁７の吹出し圧力が３．５ＭＰａａｂとなるようにしておけば、低温側密閉回路６内の圧力が３．５ＭＰａａｂより高くなると第一の安全弁７が作動して弁が開き、低温側冷媒を放出する。
【００２２】
この場合は、放出された低温側冷媒のエンタルピは４３０ｋＪ／ｋｇ以上であるので、放出により急激に大気圧（約０．１ＭＰａａｂｓ）まで低下しても（モリエル線図上で真下に移動しても）、固化領域Ｃにいたらない。そのため、第一の安全弁７の冷媒出口付近で低温側冷媒（二酸化炭素）が固化せず、第一の安全弁７の出口を塞ぐことはない。したがって、低温側密閉回路６内の圧力を吹出し圧力以下に維持することができ、低温側密閉回路６を変形させたり、損傷させるおそれはない。
【００２３】
一方、例えば低温側冷媒の冷媒密度Ｗ／Ｖ（ｋｇ／ｍ3 ）が、１５０ｋｇ／ｍ3 の場合を考える。冷凍サイクル装置が停止中に、低温側密閉回路６の周囲温度が上昇すると、図２において等密度線Ｄを右上に向かって上昇するように低温側密閉回路６内の圧力が上昇する。そして、周囲温度がおよそ０℃を超えると、低温側密閉回路６内の圧力は３．５ＭＰａａｂｓを超えるようになり、等密度線Ｅ上のＦ点に到達する。第一の安全弁７の吹出し圧力が３．５ＭＰａａｂとなるようにしておくと、低温側密閉回路６内の圧力が３．５ＭＰａａｂより高くなると第一の安全弁７が作動して弁が開き、低温側冷媒を放出することになる。
【００２４】
この場合は、放出された低温側冷媒のエンタルピは４３０ｋＪ／ｋｇより小さいので、放出により急激に大気圧に低下すると（モリエル線図上で真下に移動すると）、固化領域Ｃに至る。このため、低温側冷媒である二酸化炭素の圧力が０．５２ＭＰａａｂｓから安全弁７出口の大気圧である０．１ＭＰａａｂｓにいたる過程で低温側冷媒が固化し、安全弁７の出口を塞ぐ。したがって、低温側冷媒を十分に放出することができず、低温側密閉回路６内の圧力を安全弁７で設定した圧力以下に維持できず、低温側密閉回路６を変形させたり、損傷させるおそれが生じる。
【００２５】
そこで、冷媒密度Ｗ／Ｖ（ｋｇ／ｍ3 ）が、１５０ｋｇ／ｍ3 の場合には、第一の安全弁７の吹出し圧力が５．２ＭＰａａｂｓとなるようにしておく。図２より、周囲温度がおよそ２１．６℃で等密度線Ｄ上のＨ点に到達する。低温側密閉回路６内の圧力が５．２ＭＰａａｂより高くなると第一の安全弁７が作動して弁が開き、低温側冷媒を放出する。この場合も放出された低温側冷媒のエンタルピは４３０ｋＪ／ｋｇ以上であるので、放出により急激に大気圧に低下しても（モリエル線図上で真下に移動しても）、固化領域Ｃにいたらない。
【００２６】
このように、例えば第一の安全弁７の吹出し圧力に応じて、低温側密閉回路６内における低温側冷媒（二酸化炭素）の冷媒密度の上限を決めておけば、冷凍サイクル装置停止中に第一の安全弁７が作動しても、放出される二酸化炭素が固化しないため、第一の安全弁７の閉塞問題は生じない。
【００２７】
図３は二酸化炭素を冷媒としたとき、エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇにおける冷媒の温度（℃）と圧力Ｐ（ＭＰａａｂｓ）と冷媒密度Ｗ／Ｖ（ｋｇ／ｍ3 ）との関係を表す図である。エンタルピが４３０ｋＪ／ｋｇにおいては、近似的に次式（１）の関係が成立する。
Ｗ／Ｖ≦Ｐ×２５．４＋２０．１                        …（１）
【００２８】
ここで、一般的に、密閉回路内の冷媒密度Ｗ／Ｖ（ｋｇ／ｍ3 ）を下げる手段として、密閉回路の一部に容器等により冷媒ガス空間を設け、密閉回路内容積Ｖ（ｍ3 ）を拡大することが行われる。この場合は、そのための容器の追加が必要になるため、機器内のスペース確保やコスト上昇といった問題が発生する。従って、冷媒密度は可能な限り大きく設定することになるので、冷媒密度Ｗ／Ｖが（Ｐ×２５．４＋２０．１）に近いことが望ましい。冷媒封入の封入精度を考慮すると、次式（２）で示す関係を満たすように、低温側密閉回路６内に低温側冷媒を封入することが有効であると考えられる。
（Ｐ×２５．４＋２０．１）×０．９≦Ｗ／Ｖ≦Ｐ×２５．４＋２０．１  …（２）
【００２９】
例えば、既存の密閉回路等において、あらかじめ第一の安全弁７における吹出し圧力Ｐが決まっている場合には、封入する冷媒量を調整して（１）、（２）式の関係を満たすようにすればよい。一方、能力等との関係で冷媒量が決まっているような場合には、（１）、（２）式の関係を満たすように吹出し圧力Ｐ、低温側密閉回路６の内容積Ｖの設計を行うようにすればよい。
【００３０】
以上のように、実施の形態１の冷凍サイクル装置によれば、二酸化炭素を低温側冷媒として封入した低温側密閉回路６に第一の安全弁７を接続し、第一の安全弁７の吹出し圧力の設定値Ｐ（ＭＰａａｂｓ）と、密閉回路内容積Ｖ（ｍ3 ）及び低温側冷媒の冷媒量Ｗ（ｋｇ）との関係が、Ｗ／Ｖ≦（Ｐ×２５．４＋２０．１）となるようにしているので、第一の安全弁７が作動して、低温側密閉回路６内から低温側冷媒である二酸化炭素が放出されても、第一の安全弁７の出口付近で固化しない。このため、第一の安全弁７の出口を塞ぐことはなく、低温側密閉回路６内の圧力を吹出し圧力以下に維持することができる。このため、低温側密閉回路６を変形させたり、損傷させるおそれがなく、冷凍サイクル装置の信頼性を確保することができる。
【００３１】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成等を示す図である。図３において、図１と同じ番号を付している機器等については、実施の形態１で説明したことと同様の動作等を行う。
【００３２】
図４に示すように、本実施の形態の低温側密閉回路６は、熱媒体搬送手段となる低温側圧縮機２と、減圧弁、膨張弁等の低温側絞り装置４とをさらに備え、低温側の冷媒回路を構成している。また、低温側圧縮機２の吸入側（低温側密閉回路６の低圧側）には第二の安全弁８が接続されている。第二の安全弁８についても、例えば低温側密閉回路６内が吹出し圧力より高くなると弁を開いて低温側冷媒を排出する。ここで、第二の安全弁８は低温側密閉回路６の低圧側に接続されるため、第二の安全弁８が開く吹出し圧力は、第一の安全弁７が開く吹出し圧力よりも低くなるようにしている。
【００３３】
本実施の形態においても、高温側冷媒にＨＦＯ−１２３４ｙｆを用い、低温側冷媒に二酸化炭素を用いているものとする。本実施の形態における低温側密閉回路６を構成する機器の動作、低温側冷媒の流れ等については、実施の形態１で説明した高温側密閉回路１４における機器の動作、低温側冷媒の流れ等と同じである。
【００３４】
図５は実施の形態２の低温側密閉回路６に係る低温側冷媒（二酸化炭素）のモリエル線図である。次に、冷凍サイクル装置が停止中における第二の安全弁８を中心とする動作について、図５を参照して説明する。図５において、図２と同じ符号等を付した線及び点については、実施の形態１で説明したことと同様である。等密度線Ｊ、等密度線Ｋは、それぞれ二酸化炭素の冷媒密度が２３０ｋｇ／ｍ3 、１７０ｋｇ／ｍ3 における等密度線を表す。また、Ｌ点、Ｍ点は、それぞれ等密度線Ｊ、等密度線Ｋとエンタルピ４３０ｋＪ／ｋｇを表す線との交点である。
【００３５】
例えば熱媒体搬送手段として低温側圧縮機２を有する冷媒回路の場合は、高圧側の設計圧力が高くなり、密閉回路内に封入される冷媒量は相対的に大きくなる。このため、低温側密閉回路６内の冷媒密度Ｗ／Ｖ（ｋｇ／ｍ3 ）も大きくなる。そのため、本実施の形態では、より大きな等密度線Ｊ及び等密度線Ｋも考慮することとする。
【００３６】
例えば、冷凍サイクル装置の低温側密閉回路６内における低温側冷媒の冷媒密度Ｗ／Ｖ（ｋｇ／ｍ3 ）が、２３０ｋｇ／ｍ3 の場合を考える。冷凍サイクル装置が停止中に、低温側密閉回路６の周囲温度が上昇すると、図２において等密度線Ｊを右上に上昇するように低温側密閉回路６内の圧力が上昇する。そして周囲温度がおよそ４８℃を超えると、圧力は８．０ＭＰａａｂｓを超えるようになり、等密度線Ｊ上のＬ点に到達する。ここで、第二の安全弁８の吹出し圧力が８．０ＭＰａａｂｓとなるようにしておけば、低温側密閉回路６内の圧力が８．０ＭＰａａｂより高くなると第二の安全弁８が作動して弁が開き、低温側冷媒を放出する。
【００３７】
この場合は、放出された低温側冷媒のエンタルピは４３０ｋＪ／ｋｇ以上であるので、放出により急激に大気圧に低下しても（モリエル線図上で真下に移動しても）、固化領域Ｃにいたらない。そのため、第一の安全弁７の冷媒出口付近で低温側冷媒（二酸化炭素）が固化せず、第二の安全弁８の出口を塞ぐことはない。したがって、低温側密閉回路６内の圧力を吹出し圧力以下に維持することができ、低温側密閉回路６を変形させたり、損傷させるおそれはない。
【００３８】
また、冷媒密度Ｗ／Ｖ（ｋｇ／ｍ3 ）が、１７０ｋｇ／ｍ3 の場合には、第二の安全弁８の吹出し圧力が５．９ＭＰａａｂｓとなるようにしておく。図２より、周囲温度がおよそ２９℃で等密度線Ｋ上のＭ点に到達する。低温側密閉回路６内の圧力が５．９ＭＰａａｂより高くなると第二の安全弁８が作動して弁が開き、低温側冷媒を放出する。この場合も放出された低温側冷媒のエンタルピは４３０ｋＪ／ｋｇ以上であるので、放出により急激に大気圧に低下しても（モリエル線図上で真下に移動しても）、固化領域Ｃにいたらない。
【００３９】
このように、第二の安全弁８の吹出し圧力に対応する低温側密閉回路６内における低温側冷媒（二酸化炭素）の冷媒密度の上限を決めておけば、冷凍サイクル装置停止中に第二の安全弁８が作動しても、放出される二酸化炭素が固化しないため、第二の安全弁８の閉塞問題は生じない。ここで、低圧側の設計圧力を高圧側と共通にすることで、第一の安全弁７、第二の安全弁８のどちらか一方の接続を省略し、低温側密閉回路６に接続される安全弁を１個に統合することができる。
【００４０】
以上のように、実施の形態２の冷凍サイクル装置によれば、二酸化炭素を低温側冷媒として封入した低温側密閉回路６の低温側圧縮機２の吸入側（低温側密閉回路６の低圧側）に第二の安全弁８を接続し、第二の安全弁８の吹出し圧力の設定値Ｐ（ＭＰａａｂｓ）と、密閉回路内容積Ｖ（ｍ3 ）及び低温側冷媒の冷媒量Ｗ（ｋｇ）との関係が、Ｗ／Ｖ≦（Ｐ×２５．４＋２０．１）となるようにしているので、第二の安全弁８が作動して、低温側密閉回路６内から低温側冷媒である二酸化炭素が放出されても、第二の安全弁８の出口付近で固化しない。このため、第二の安全弁８の出口を塞ぐことはなく、低温側密閉回路６内の圧力を吹出し圧力以下に維持することができる。このため、低温側密閉回路６を変形させたり、損傷させるおそれがなく、冷凍サイクル装置の信頼性を確保することができる。
【００４１】
実施の形態３．
実施の形態１、実施の形態２では、冷凍サイクル装置の動作として、冷蔵、冷凍および冷房を行う場合について説明したが、ポンプ１、低温側圧縮機２が送り出した低温側冷媒の流れる方向を四方弁（図示せず）等により流路を変更するようにすれば、冷蔵、冷凍および冷房だけでなく、暖房、加熱等に使用することができる。このような密閉回路においても、実施の形態１、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、実施の形態１、実施の形態２では、高温側密閉回路１４の高温側冷媒にＨＦＯ−１２３４ｙｆを用いた例を示したが、低温側密閉回路６と同様に二酸化炭素を用いてもよい。この場合は、低温側密閉回路６と同様に安全弁を設け、安全弁の吹出し圧力Ｐ（ＭＰａａｂｓ）と密閉回路内容積Ｖ（ｍ3 ）と二酸化炭素冷媒量Ｗ（ｋｇ）の関係を、上述の実施の形態１、実施の形態２で示した関係となるように設定すれば、高温側密閉回路１４も低温側密閉回路６と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、実施の形態１、実施の形態２では、高温側密閉回路１４と低温側密閉回路６とをカスケードコンデンサ１３で接続した二元冷媒回路を例として説明した。単一の密閉回路に二酸化炭素を用いた一元回路の場合でも同様に安全弁を設け、安全弁の吹出し圧力Ｐ（ＭＰａａｂｓ）と密閉回路内容積Ｖ（ｍ3 ）と二酸化炭素冷媒量Ｗ（ｋｇ）の関係を設定すれば、二元回路の低温側密閉回路と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ポンプ、２  低温側圧縮機、３  低温側凝縮器、４  低温側絞り装置、５  低温側蒸発器、６  低温側密閉回路、７  第一の安全弁、８  第二の安全弁、９  高温側圧縮機、１０  高温側凝縮器、１１  高温側絞り装置、１２  高温側蒸発器、１３  カスケードコンデンサ、１４  高温側密閉回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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