(57)【要約】【課題】冷媒として二酸化炭素を用い、膨脹機及びアスピレータを用いた冷凍サイクルにおいて、成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図った冷凍システムを提供する。【解決手段】膨張機(14)とアスピレータ(20)との間に第１気液分離器(15)を設け、該第１気液分離器のガス出口側と第２圧縮機(12)の吸入側とを配管接続する一方、第１気液分離器の液出口側をアスピレータと配管接続し、アスピレータと第１圧縮機(10)との間に第２気液分離器(16)を設け、該第２気液分離器のガス出口側と第１圧縮機の吸入側とを配管接続する一方、第２気液分離器の液出口側を絞り装置(17)を介して蒸発器(18)と配管接続するとともに、該蒸発器の出口をアスピレータの吸引口(22)に配管接続してなり、第１気液分離器(15)の液出口側とアスピレータ(20)との間の配管及び蒸発器(18)の出口とアスピレータの吸引口(22)との間の配管に互いに熱交換可能な内部熱交換器(30)を設けた。【選択図】図１
2009270745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を冷媒として、該冷媒を圧縮する第１圧縮機と、該第１圧縮機に直列に接続された第２圧縮機と、該第２圧縮機で昇圧された冷媒を冷却するガス冷却器と、前記冷却された冷媒を減圧膨張させる膨張機と、アスピレータとを順次配管接続し、
前記膨張機と前記アスピレータとの間に第１気液分離器を設け、該第１気液分離器のガス出口側と前記第２圧縮機の吸入側とを配管接続する一方、前記第１気液分離器の液出口側を前記アスピレータと配管接続し、
前記アスピレータと前記第１圧縮機との間に第２気液分離器を設け、該第２気液分離器のガス出口側と前記第１圧縮機の吸入側とを配管接続する一方、前記第２気液分離器の液出口側を絞り装置を介して蒸発器と配管接続するとともに、該蒸発器の出口を前記アスピレータの吸引口に配管接続してなり、
前記第１気液分離器の液出口側と前記アスピレータとの間の配管及び前記蒸発器の出口と前記アスピレータの吸引口との間の配管に互いに熱交換可能な内部熱交換器を設けたことを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
さらに、前記ガス冷却器と前記膨張機との間の配管及び前記第１気液分離器のガス出口側と前記第２圧縮機の吸入側との間の配管に互いに熱交換可能な第２内部熱交換器を設けたことを特徴とする、請求項１記載の冷凍システム。
【請求項３】
前記膨張機で回収した動力を前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の少なくともいずれか一方の駆動に用いることを特徴とする、請求項１または２記載の冷凍システム。
【請求項４】
前記膨張機に発電機を接続したことを特徴とする、請求項１または２記載の冷凍システム。
【請求項５】
前記膨張機に前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の少なくともいずれか一方に接続された電動機を接続したことを特徴とする、請求項１または２記載の冷凍システム。
【請求項６】
前記膨張機に前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の少なくともいずれか一方に接続された回転機を接続し、互いの必要動力に応じて前記回転機を電動機または発電機として動作させることを特徴とする、請求項１または２記載の冷凍システム。
【請求項７】
前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機はスクロール式、タービン式、ロータリ式、スイング式、斜板式、スクリュ式、ベーン式のいずれかであり、前記膨張機はスクロール式、タービン式、ロータリ式、ベーン式のいずれかであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか記載の冷凍システム。
【請求項８】
二酸化炭素を冷媒として、該冷媒を圧縮するスクロール式圧縮機と、該スクロール式圧縮機で昇圧された冷媒を冷却するガス冷却器と、前記冷却された冷媒を減圧膨張させる膨張機と、アスピレータとを順次配管接続し、
前記膨張機と前記アスピレータとの間に第１気液分離器を設け、該第１気液分離器のガス出口側と前記スクロール式圧縮機の中間圧域とを配管接続する一方、前記第１気液分離器の液出口側を前記アスピレータと配管接続し、
前記アスピレータと前記スクロール式圧縮機との間に第２気液分離器を設け、該第２気液分離器のガス出口側と前記スクロール式圧縮機の吸入側とを配管接続する一方、前記第２気液分離器の液出口側を絞り装置を介して蒸発器と配管接続するとともに、該蒸発器の出口を前記アスピレータの吸引口に配管接続してなり、
前記第１気液分離器の液出口側と前記アスピレータとの間の配管及び前記蒸発器の出口と前記アスピレータの吸引口との間の配管に互いに熱交換可能な内部熱交換器を設けたことを特徴とする冷凍システム。
【請求項９】
前記膨張機はスクロール式、タービン式、ロータリ式、ベーン式のいずれかであることを特徴とする、請求項８記載の冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒として二酸化炭素を用い、膨脹機の膨張エネルギを動力回収し、さらにアスピレータの減圧効果を利用して高効率を実現する冷凍サイクルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用空気調和機では、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いるとともに、アスピレータを用いた冷凍サイクルや、膨張行程での膨張エネルギを動力として回収する冷凍サイクルが公知である。
このアスピレータを用いた冷凍サイクルは、圧縮機、ガス冷却器、アスピレータ、気液分離器により構成されていて、気液分離器で分離されたガス冷媒は圧縮機に吸引され、液冷媒は蒸発器へ導かれて蒸発した後、再びアスピレータに吸引される。こうすることにより、アスピレータにおける断熱膨張によりアスピレータ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（ＣＯＰ）が向上する。
【０００３】
また、蒸発器を出た冷媒ガスはアスピレータによって昇圧された後、気液分離器に流入してガス冷媒のみが圧縮機に吸入されるので、圧縮機での圧縮仕事量が低減し、さらに成績係数が向上する。
また、近年の二酸化炭素冷媒を用いた冷凍サイクル装置が注目を浴びている膨張機による動力回収システムでは、二酸化炭素冷媒の冷凍サイクル効率をさらに向上させるために、放熱器出口に膨張機を設けるようにしており、これにより冷媒が高圧から低圧に膨張して損失するエネルギを回収して成績係数を向上させることが可能である。また、膨張機による膨張を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、冷凍能力の向上を実現可能である。
【０００４】
例えば、圧縮機、放熱器、膨張機、膨張弁、蒸発器を順に配管接続することにより、放熱器出口の冷媒が膨張機で減圧膨張することにより、当該膨張機で圧力エネルギを回収して有効利用でき、これにより所要動力の低減と冷凍能力の向上を実現可能である。
また、膨張機の出口圧力を、膨張弁によって二酸化炭素の臨界圧力よりも高く設定しているため、膨張機で膨張した後も二酸化炭素を超臨界状態に保つことができ、膨張機の内部で減圧膨張により気液二相状態とならないようにでき、液冷媒が膨張機の騒音や故障の原因とならないようにできる。このように、高圧側ラインが超臨界領域となる二酸化炭素冷媒の性質を利用し、圧力エネルギ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することが可能である。
【０００５】
さらに、上記冷凍システムにおいて、圧縮機を第１圧縮機と第２圧縮機とに分け、これら第１圧縮機と第２圧縮機とを直列に設け、第２圧縮機に第１圧縮機出口からの冷媒に加えて膨張機出口からの低温冷媒を流すように図り、第２圧縮機の冷媒温度を低く抑えることの可能な冷凍サイクルを有したガスインジェクションサイクルも併せて開発されている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００３−６５６１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記冷凍システムでは、アスピレータは、冷媒を一旦減圧させた後当該アスピレータ出口のディフューザの昇圧作用により圧縮機の吸入圧を上昇させ圧縮比を減少させることで圧縮機の仕事を低減する機能を有しており、それ故、減圧作用と昇圧作用とを効果的なものとするために、蒸発器を経て再びアスピレータに吸引される冷媒は十分にガス化した状態のガス冷媒であることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、上記従来の構成では、状況によっては蒸発器が液冷媒を十分にガス化させることができないことがあり得、この場合、アスピレータには気液二相状態の冷媒が吸引されることになり、圧縮機の仕事を十分低減できず好ましいことではない。
また、このように圧縮機の吸入圧を上昇させると、特に二酸化炭素冷媒を用いた冷凍サイクルでは二酸化炭素の持つ特性として比熱比が大きいために吐出ガス温度が高くなる傾向にあり、殊に二酸化炭素冷媒を低温冷凍機に使用する場合には、蒸発温度が低いために著しく吐出ガス温度が上昇し、機器の信頼性を低下させ、成績係数が低下し易いという問題もある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、冷媒として二酸化炭素を用い、膨脹機及びアスピレータを用いた冷凍サイクルにおいて、成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図った冷凍システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するべく、請求項１の冷凍システムは、二酸化炭素を冷媒として、該冷媒を圧縮する第１圧縮機と、該第１圧縮機に直列に接続された第２圧縮機と、該第２圧縮機で昇圧された冷媒を冷却するガス冷却器と、前記冷却された冷媒を減圧膨張させる膨張機と、アスピレータとを順次配管接続し、前記膨張機と前記アスピレータとの間に第１気液分離器を設け、該第１気液分離器のガス出口側と前記第２圧縮機の吸入側とを配管接続する一方、前記第１気液分離器の液出口側を前記アスピレータと配管接続し、前記アスピレータと前記第１圧縮機との間に第２気液分離器を設け、該第２気液分離器のガス出口側と前記第１圧縮機の吸入側とを配管接続する一方、前記第２気液分離器の液出口側を絞り装置を介して蒸発器と配管接続するとともに、該蒸発器の出口を前記アスピレータの吸引口に配管接続してなり、前記第１気液分離器の液出口側と前記アスピレータとの間の配管及び前記蒸発器の出口と前記アスピレータの吸引口との間の配管に互いに熱交換可能な内部熱交換器を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の冷凍システムでは、請求項１において、さらに、前記ガス冷却器と前記膨張機との間の配管及び前記第１気液分離器のガス出口側と前記第２圧縮機の吸入側との間の配管に互いに熱交換可能な第２内部熱交換器を設けたことを特徴とする。
また、請求項３の冷凍システムでは、請求項１または２において、前記膨張機で回収した動力を前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の少なくともいずれか一方の駆動に用いることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の冷凍システムでは、請求項１または２において、前記膨張機に発電機を接続したことを特徴とする。
また、請求項５の冷凍システムでは、請求項１または２において、前記膨張機に前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の少なくともいずれか一方に接続された電動機を接続したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６の冷凍システムでは、請求項１または２において、前記膨張機に前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の少なくともいずれか一方に接続された回転機を接続し、互いの必要動力に応じて前記回転機を電動機または発電機として動作させることを特徴とする。
また、請求項７の冷凍システムでは、請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機はスクロール式、タービン式、ロータリ式、スイング式、斜板式、スクリュ式、ベーン式のいずれかであり、前記膨張機はスクロール式、タービン式、ロータリ式、ベーン式のいずれかであることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８の冷凍システムでは、二酸化炭素を冷媒として、該冷媒を圧縮するスクロール式圧縮機と、該スクロール式圧縮機で昇圧された冷媒を冷却するガス冷却器と、前記冷却された冷媒を減圧膨張させる膨張機と、アスピレータとを順次配管接続し、前記膨張機と前記アスピレータとの間に第１気液分離器を設け、該第１気液分離器のガス出口側と前記スクロール式圧縮機の中間圧域とを配管接続する一方、前記第１気液分離器の液出口側を前記アスピレータと配管接続し、前記アスピレータと前記スクロール式圧縮機との間に第２気液分離器を設け、該第２気液分離器のガス出口側と前記スクロール式圧縮機の吸入側とを配管接続する一方、前記第２気液分離器の液出口側を絞り装置を介して蒸発器と配管接続するとともに、該蒸発器の出口を前記アスピレータの吸引口に配管接続してなり、前記第１気液分離器の液出口側と前記アスピレータとの間の配管及び前記蒸発器の出口と前記アスピレータの吸引口との間の配管に互いに熱交換可能な内部熱交換器を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９の冷凍システムでは、請求項８において、前記膨張機はスクロール式、タービン式、ロータリ式、ベーン式のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
従って、請求項１の冷凍システムによれば、冷媒として二酸化炭素を用い、冷媒を圧縮する第１圧縮機と、該第１圧縮機に直列に接続された第２圧縮機と、該第２圧縮機で昇圧された冷媒を冷却するガス冷却器と、該冷却された冷媒を減圧膨張させる膨張機と、アスピレータとを順次配管接続し、膨張機とアスピレータとの間に設けた第１気液分離器のガス出口側と第２圧縮機の吸入側とを配管接続してガスインジェクションサイクルを構成する一方、第１気液分離器の液出口側をアスピレータと配管接続し、アスピレータと第１圧縮機との間に設けた第２気液分離器のガス出口側と第１圧縮機の吸入側とを配管接続する一方、第２気液分離器の液出口側を絞り装置を介して蒸発器と配管接続するとともに、該蒸発器の出口をアスピレータの吸引口に配管接続してなる冷凍サイクルにおいて、第１気液分離器の液出口側とアスピレータとの間の配管及び蒸発器の出口とアスピレータの吸引口との間の配管に互いに熱交換可能な内部熱交換器を設けるようにしているので、蒸発器で液冷媒を十分にガス化させることができなくて蒸発器出口側の冷媒が気液二相状態となった場合であっても、当該蒸発器出口側の液冷媒を内部熱交換器により第１気液分離器のガス出口からの液冷媒の熱でもって十分にガス化することができる。
【００１６】
これにより、ガスインジェクションサイクルにより第２圧縮機に流入する冷媒温度を低く抑えつつ、圧縮機全体の仕事を十分に低減でき、成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図ることができる。
さらに、内部熱交換器によって蒸発器からの冷媒を十分にガス化できることになると、蒸発器においては気液二相状態（乾き度１００％以下）で使用できることになるため、蒸発器における熱交換率を最高に保ち、冷凍能力を高く保つことが可能であり、これによっても成績係数ひいては冷凍能力の向上を図ることができる。
【００１７】
また、請求項２の冷凍システムによれば、ガス冷却器と膨張機との間の配管及び第１気液分離器のガス出口側と第２圧縮機の吸入側との間の配管に互いに熱交換可能な第２内部熱交換器を設けるようにしているので、ガス冷却器から膨張機に流れる液冷媒を第２内部熱交換器により第１気液分離器のガス出口からのガス冷媒でもって冷却させることができる。
【００１８】
そして、第１気液分離器の液出口からの液冷媒は低温となり、内部熱交換器によってさらに低温となることから、アスピレータに流入する液冷媒、即ちアスピレータの駆動流をさらに低温にでき、最終的に蒸発器に流入する液冷媒をさらに低温化し減圧して蒸発器における冷凍性能を促進することが可能である。
また、第１気液分離器のガス出口からのガス冷媒は、第１圧縮機出口の冷媒と混合する場合に冷媒の液化が進行し、第２圧縮機において液圧縮が発生し易いのであるが、第１気液分離器のガス出口からのガス冷媒を第２内部熱交換器で昇温することにより、このような液圧縮を防止することができ、圧縮機を保護することができる。
【００１９】
これにより、成績係数ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
また、請求項３の冷凍システムによれば、膨張機で回収した動力を第１圧縮機及び第２圧縮機の少なくともいずれか一方の駆動に用いることにより、膨張機において損失するエネルギを回収して第１圧縮機または第２圧縮機の駆動力に充当でき、成績係数のさらなる向上を図ることができる。
【００２０】
また、請求項４の冷凍システムによれば、膨張機に発電機を接続することにより、膨張機で回収した動力を電力に変換し、例えば蓄電することで、膨張機において損失するエネルギを回収して有効に利用することができ、成績係数のさらなる向上を図ることができる。
また、請求項５の冷凍システムによれば、膨張機に第１圧縮機及び第２圧縮機の少なくともいずれか一方に接続された電動機を接続することにより、膨張機において損失するエネルギを回収して電動機を経て直接に第１圧縮機または第２圧縮機の駆動力に充当できるとともに、不足分を電動機の駆動力で充当するようにでき、成績係数ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
【００２１】
また、請求項６の冷凍システムによれば、膨張機に第１圧縮機及び第２圧縮機の少なくともいずれか一方に接続された回転機を接続し、当該回転機を電動機または発電機として動作させることにより、膨張機において損失するエネルギを回収して回転機を経て直接に第１圧縮機または第２圧縮機の駆動力に充当できるとともに、不足分を電動機の駆動力で充当するようにでき、或いは、余剰分を電力に変換して有効に利用することができ、成績係数ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
【００２２】
また、請求項７の冷凍システムによれば、第１圧縮機及び第２圧縮機はスクロール式、タービン式、ロータリ式、スイング式、斜板式、スクリュ式、ベーン式のいずれかであって、膨張機はスクロール式、タービン式、ロータリ式、ベーン式のいずれかであるので、第１圧縮機及び第２圧縮機と膨張機とを自由に組み合わせながら、成績係数ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
【００２３】
また、請求項８の冷凍システムによれば、冷媒として二酸化炭素を用い、該冷媒を圧縮するスクロール式圧縮機と、該スクロール式圧縮機で昇圧された冷媒を冷却するガス冷却器と、該冷却された冷媒を減圧膨張させる膨張機と、アスピレータとを順次配管接続し、膨張機とアスピレータとの間に設けた第１気液分離器のガス出口側とスクロール式圧縮機の中間圧域とを配管接続してガスインジェクションサイクルを構成する一方、第１気液分離器の液出口側をアスピレータと配管接続し、アスピレータとスクロール式圧縮機との間に設けた第２気液分離器のガス出口側とスクロール式圧縮機の吸入側とを配管接続する一方、第２気液分離器の液出口側を絞り装置を介して蒸発器と配管接続するとともに、該蒸発器の出口をアスピレータの吸引口に配管接続してなる冷凍サイクルにおいて、第１気液分離器の液出口側とアスピレータとの間の配管及び蒸発器の出口とアスピレータの吸引口との間の配管に互いに熱交換可能な内部熱交換器を設けるようにしているので、蒸発器で液冷媒を十分にガス化させることができなくて蒸発器出口側の冷媒が気液二相状態となった場合であっても、当該蒸発器出口側の液冷媒を内部熱交換器により第１気液分離器のガス出口からの液冷媒の熱でもって十分にガス化することができる。
【００２４】
これにより、一つのスクロール式圧縮機だけでガスインジェクションサイクルを簡易に構成し当該スクロール式圧縮機の中間圧域に流入する冷媒温度を低く抑えつつ、圧縮機全体の仕事を十分に低減できるとともに、蒸発器における熱交換率を最高に保つことができ、成績係数ひいては冷凍能力の向上を図ることができる。
また、請求項９の冷凍システムによれば、膨張機はスクロール式、タービン式、ロータリ式、ベーン式のいずれかであるので、スクロール式圧縮機に対し膨張機を自由に組み合わせながら、成績係数ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
先ず、実施例１について説明する。
図１には、本発明の実施例１に係る冷凍システムの概略構成図が示されている。
なお、本発明に係る冷凍システムは、車両用空調装置、業務用空調装置、家庭用ヒートポンプ、給湯器、及び暖房器等の種々の冷凍・空調サイクルに適用されるものである。
【００２６】
同図に示すように、本発明の実施例１に係る冷凍システムでは、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒としており、当該冷媒を圧縮する第１圧縮機１０と、第１圧縮機１０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１２と、当該昇圧された冷媒を冷却するガス冷却器（ガスクーラ）１３と、ガス冷却器１３よりも下流側に位置し、ガス冷却器１３で冷却された冷媒を減圧膨張する膨張機１４と、アスピレータ２０とが順に配管接続されている。なお、第１圧縮機１０及び第２圧縮機１２としては、例えばスクロール式、タービン式、ロータリ式、スイング式、斜板式、スクリュ式、ベーン式のいずれかが採用され、膨張機１４としては、例えばスクロール式、タービン式、ロータリ式、ベーン式のいずれかが採用され、これらを自由に組み合わせ可能である。
【００２７】
そして、膨張機１４とアスピレータ２０との間には第１気液分離器１５が設けられており、該第１気液分離器１５のガス出口側と第２圧縮機１２の吸入側とが配管接続されて所謂ガスインジェクションサイクルが構成されている。一方、第１気液分離器１５の液出口側がアスピレータ２０と配管接続されている。
また、アスピレータ２０と第１圧縮機１０の間には第２気液分離器１６が設けられており、第２気液分離器１６のガス出口側と第１圧縮機１０の吸入側とが配管接続される一方、第２気液分離器１６の液出口側が絞り装置１７を介して蒸発器１８と配管接続されている。
【００２８】
アスピレータ２０は、膨張機１４からの液冷媒を吸入口２１から駆動流として取り込み、蒸発器１８からのガス冷媒を吸引口２２から吸引しつつ、冷媒全体をディフューザにより冷媒を減速させることで昇圧しながら吐出口２３から吐出する機能を有している。故に、蒸発器１８の出口はアスピレータ２０の吸引口２２に接続されている。
そして、第１気液分離器１５の液出口側とアスピレータ２０との間の配管及び蒸発器１８の出口とアスピレータ２０の吸引口２２との間の配管には、互いに熱交換可能なように内部熱交換器３０が設けられている。
【００２９】
以下、このように構成された本発明の実施例１に係る冷凍システムの作用効果を説明する。
第１圧縮機１０によって圧縮された冷媒は、第１気液分離器１５からのガス冷媒とともに第２圧縮機１２で圧縮され、高温高圧の超臨界状態の冷媒となってガス冷却器１３に流入し、当該ガス冷却器１３にて放熱して冷却される。
【００３０】
ガス冷却器１３を出た冷媒は、膨張機１４により高圧から中間圧程度にまで膨張され、この際、断熱膨張されることで温度低下し、エンタルピが減少することで、動力としてエネルギを放出する。
膨張機１４を出た冷媒は、気液二相状態であるため、第１気液分離器１５に流入してガス冷媒と液冷媒とに分離され、ガス冷媒については上記の如く第２圧縮機１２に流入する一方、液冷媒については内部熱交換器３０を通過してアスピレータ２０の吸入口２１に流入する。そして、アスピレータ２０に流入した冷媒は、駆動流となり、減圧することで蒸発器１８出口からのガス冷媒を吸引し、冷媒全体がディフューザで昇圧されつつ吐出口２３から吐出された後、第２気液分離器１６に流入する。
【００３１】
アスピレータ２０の吐出口２３から吐出された冷媒は、気液二相状態であるため、第２気液分離器１６においてガス冷媒と液冷媒とに分離され、ガス冷媒については第１圧縮機１０に流入する一方、液冷媒については絞り装置１７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１８に流入する。
蒸発器１８に流入した冷媒は、大気と熱交換してガス化して行き、さらに内部熱交換器３０で完全にガス化し吸引口２２からアスピレータ２０内に吸引され、上述の如く内部熱交換器３０からの冷媒とともにディフューザにより昇圧される。
【００３２】
詳しくは、アスピレータ２０の作用により、冷媒は蒸発器１８での蒸発圧力よりも高い圧力になって第２気液分離器１６に流入することになる。故に、第１圧縮機１０の吸入圧力が上昇し、圧縮に必要な第１圧縮機１０及び第２圧縮機１２の動力を減少させることができる。これにより、冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。
さらに、本発明に係る冷凍システムでは、第１気液分離器１５の液出口側とアスピレータ２０との間の配管及び蒸発器１８の出口とアスピレータ２０の吸引口２２との間の配管には内部熱交換器３０が設けられていることから、蒸発器１８からの冷媒は、第１気液分離器１５からの冷媒の熱により昇温されることになり、ガス化が促進される。
【００３３】
従って、例えば蒸発器１８において大気との熱交換が十分でないとアスピレータ２０内に吸引される冷媒が気液二相状態となる場合があるのであるが、このような場合であっても、蒸発器１８からの冷媒を内部熱交換器３０によって十分にガス化したガス冷媒としてアスピレータ２０内に吸引させ、第１気液分離器１５からの冷媒とともに良好に昇圧させることができる。
【００３４】
また、ここでは、第１気液分離器１５のガス出口側と第２圧縮機１２の吸入側とが配管接続されて所謂ガスインジェクションサイクルが構成されていることから、併せて第２圧縮機１２に流入する冷媒の温度を低く抑えることが可能である。これにより、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いる場合には、蒸発温度が低いために著しく第２圧縮機１２からの吐出ガス温度が上昇し易い傾向にあるのであるが、このような冷媒の温度上昇を抑え、機器の信頼性の低下を防止し、やはり冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。
【００３５】
これにより、ガスインジェクションサイクルにより第２圧縮機１２に流入する冷媒温度を低く抑えつつ、第１圧縮機１０の吸入圧力を十分に上昇させて、第１圧縮機１０及び第２圧縮機１２の動力を確実に減少させることができ、冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図ることができる。
また、このように内部熱交換器３０によって蒸発器１８からの冷媒を十分にガス化できることになると、蒸発器１８においては気液二相状態（乾き度１００％以下）で使用できることになり、蒸発器１８における熱交換率を最高に保ち、冷凍能力を高く保つことが可能となり、やはり、冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図ることができる。
【００３６】
ここで、図２を参照すると、上記のように構成された本発明に係る冷凍システムのｐ−ｈ線図（圧力−エンタルピ線図、モリエル線図）が示されている。
同図において、符号ａ〜ｎはそれぞれ図１の符号ａ〜ｎを付した各部位と対応しており、符号a、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈがガスインジェクションサイクルを示し、符号ｇ〜ｎがアスピレータ２０の吸入口２１から第２気液分離器１６、蒸発器１８、内部熱交換器３０を経てアスピレータ２０の吸引口２２までのサイクル、即ちアスピレータサイクルを示している。
【００３７】
このようにガスインジェクションサイクル及びアスピレータサイクルが構成されることで、冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力の向上を図ることができる。
図３を参照すると、実施例１に係る冷凍システムの変形例の概略構成図が示されており、以下実施例１に係る冷凍システムの変形例について説明する。なお、上記図１と同一部分については説明を省略する。
【００３８】
上述したように、膨張機１４は、冷却された冷媒を減圧膨張させることにより動力としてエネルギを放出することが可能に構成されており、当該変形例では、冷凍システムは、膨張機１４と例えば第２圧縮機１２とがモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）（回転機、電動機）６０を介して駆動軸５０により連結され、モータ・ジェネレータ６０を介して膨張機１４により回収した動力で第２圧縮機１２を駆動させることが可能に構成されている。即ち、膨張機１４で第２圧縮機１２の駆動力の一部を担うようにしている。
【００３９】
詳しくは、第２圧縮機１２に要求される駆動力に応じ、膨張機１４の動力だけでは第２圧縮機１２に要求される駆動力が不足する場合には、モータ・ジェネレータ６０はモータとして機能してその不足分の駆動力を第２圧縮機１２に供給可能であり、一方、膨張機１４の動力が第２圧縮機１２に要求される駆動力に対し過剰である場合には、モータ・ジェネレータ６０はジェネレータとして機能して余剰分の駆動力で発電を行い、膨張機１４で回収した動力を電力に変換し、例えば蓄電することが可能である。
【００４０】
このように、当該変形例に係る冷凍システムでは、膨張機１４により回収した動力を、モータ・ジェネレータ６０のモータ機能により不足分を補いながら第２圧縮機１２の駆動力に充当するようにでき、或いはモータ・ジェネレータ６０のジェネレータ機能により電気エネルギに変換するようにでき、膨張機１４において損失するエネルギを回収して有効に利用することが可能である。
【００４１】
なお、モータ・ジェネレータ６０は、モータ（電動機）としての機能だけを有して膨張機１４により回収した動力の不足分を補うだけのものであってもよく、この場合であっても膨張機１４において損失するエネルギを回収して有効に利用することが可能である。
これにより、冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
【００４２】
なお、ここでは膨張機１４と例えば第２圧縮機１２とを連結するようにしているが、膨張機１４と例えば第１圧縮機１０とを駆動軸により連結するようにしてもよい。
また、他の変形例として、図４に構成の一部を示すように、膨張機１４に駆動軸５０’を介してジェネレータ（Ｇ）（発電機）７０を連結し、膨張機１４により回収した動力でジェネレータ７０を作動させて発電を行い、発電電力を例えば蓄電するようにしてもよい。
【００４３】
また、膨張機１４の動力だけで例えば第２圧縮機１２を十分に駆動させることができる場合には、さらに他の変形例として、図５に構成の一部を示すように、膨張機１４と例えば第２圧縮機１２とを駆動軸５０”により直接に連結し、膨張機１４により回収した動力で第２圧縮機１２を直接駆動させるようにしてもよい。
このようにしても、膨張機１４において損失するエネルギを回収して有効に利用することが可能であり、冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
【００４４】
次に、実施例２について説明する。
図６には、本発明の実施例２に係る冷凍システムの概略構成図が示されている。
当該実施例２に係る冷凍システムでは、第２内部熱交換器４０を有している点が上記実施例１と異なっており、以下、実施例１と同一部分については説明を省略し、実施例１と異なる部分を中心に説明する。
【００４５】
同図に示すように、本発明の実施例２に係る冷凍システムでは、ガス冷却器１３と膨張機１４との間の配管及び第１気液分離器１５のガス出口側と前記第２圧縮機の吸入側との間の配管に互いに熱交換可能な第２内部熱交換器４０が設けられている。
このように第２内部熱交換器４０が設けられていると、ガス冷却器１３から膨張機１４に流れる液冷媒は、第１気液分離器１５からのガス冷媒により冷却させられ、結果的に第１気液分離器１５からの内部熱交換器３０入口の液冷媒が冷却させられる。
【００４６】
第１気液分離器１５からの液冷媒が冷却されることになると、当該液冷媒は内部熱交換器３０によりさらに低温化し、アスピレータ２０の駆動流をより低温にすることができる。このようにアスピレータ２０の駆動流をより低温にすることができると、最終的に蒸発器１８に流入する液冷媒をさらに低温化し減圧することが可能であり、蒸発器１８による冷凍性能をより一層促進することができる。
【００４７】
また、第１気液分離器１５のガス出口からのガス冷媒は、第１圧縮機１０出口の冷媒と混合する場合に冷媒の液化が進行し、第２圧縮機１２において液圧縮が発生し易いのであるが、第１気液分離器１５のガス出口からのガス冷媒を第２内部熱交換器４０で昇温することにより、このような液圧縮を防止することができ、第２圧縮機１２を保護することができる。
【００４８】
これにより、冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
また、実施例２においても、上記実施例１と同様、変形例として膨張機１４と例えば第２圧縮機１２とをモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）６０を介し駆動軸５０により連結して冷凍システムを構成するようにしてもよく、他の変形例として膨張機１４に駆動軸５０’を介してジェネレータ（Ｇ）７０を連結し、或いはさらに他の変形例として膨張機１４と第２圧縮機１２とを直接に駆動軸５０”で連結して冷凍システムを構成するようにしてもよい。また、膨張機１４と例えば第１圧縮機１０とを駆動軸により連結するようにしてもよい。
【００４９】
これにより、やはり膨張機１４において損失するエネルギを回収して有効に利用することが可能であり、冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
次に、実施例３について説明する。
図７には、本発明の実施例３に係る冷凍システムの概略構成図が示されている。
【００５０】
当該実施例３に係る冷凍システムでは、上記第１圧縮機１０、第２圧縮機１２に代えて一つのスクロール式圧縮機１００だけが設けられている点が上記実施例１、２と異なっており、以下、実施例１、２と同一部分については説明を省略し、実施例１、２と異なる部分を中心に説明する。
同図に示すように、本発明の実施例３に係る冷凍システムでは、第１気液分離器１５のガス出口側とスクロール式圧縮機１００の中間圧域とが配管接続により連通されて所謂ガスインジェクションサイクルが構成されている。即ち、スクロール式圧縮機１００を用いることにより、上記第１圧縮機１０、第２圧縮機１２を一つの圧縮機で実現するようにしている。
【００５１】
なお、膨張機１４としては、例えばスクロール式、タービン式、ロータリ式、ベーン式のいずれかが採用され、これらを自由に組み合わせ可能である。
これにより、一つのスクロール式圧縮機１００を設けただけの簡易な構成でありながら、上記同様、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いる場合であっても、冷媒の温度上昇を抑え、機器の信頼性の低下を防止し、やはり冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。
【００５２】
また、実施例３においても、上記実施例１、２と同様、変形例として膨張機１４とスクロール式圧縮機１００とをモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）６０を介し駆動軸５０により連結して冷凍システムを構成するようにしてもよく、他の変形例として膨張機１４に駆動軸５０’を介してジェネレータ（Ｇ）７０を連結し、或いはさらに他の変形例として膨張機１４とスクロール式圧縮機１００とを直接に駆動軸５０”で連結して冷凍システムを構成するようにしてもよい。
【００５３】
これにより、やはり膨張機１４において損失するエネルギを回収して有効に利用することが可能であり、冷凍システムの成績係数（ＣＯＰ）ひいては冷凍能力のさらなる向上を図ることができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１に係る冷凍システムの概略構成図である。
【図２】本発明に係る冷凍システムのｐ−ｈ線図である。
【図３】実施例１の変形例に係る冷凍システムの概略構成図である。
【図４】実施例１の他の変形例に係る冷凍システムの構成の一部を示す図である。
【図５】実施例１のさらに他の変形例に係る冷凍システムの構成の一部を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る冷凍システムの概略構成図である。
【図７】本発明の実施例３に係る冷凍システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  第１圧縮機
１２  第２圧縮機
１３  ガス冷却器
１４  膨張機
１５  第１気液分離器
１６  第２気液分離器
１８  蒸発器
２０  アスピレータ
３０  内部熱交換器
４０  第２内部熱交換器
６０  モータ・ジェネレータ
７０  ジェネレータ
１００  スクロール式圧縮機
【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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【図６】
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【図７】
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