(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機と、放熱器と、減圧器と、吸熱器とから冷凍サイクルを構成するとともに、前記放熱器で超臨界状態となりうる冷媒を封入し、前記放熱器の冷媒出口側から前記減圧器の入口側までの冷媒と、前記吸熱器の冷媒出口側から前記圧縮機の吸入側までの冷媒とを熱交換する第１補助熱交換器と、前記圧縮機の吐出側から前記減圧器の入口側までの冷媒圧力を検知する高圧側圧力検知器と、前記放熱器の冷媒出口側の冷媒温度を検出する放熱器出口側温度検知器と、前記減圧器の入口側の冷媒温度を検出する減圧器入口側温度検知器とを備え、前記高圧側圧力検知器で検出した圧力が、前記放熱器出口側温度検知器より検知された冷媒温度に基づいてＣＯＰが最大になるように選定された目標圧力より低く、かつ、前記減圧器入口側温度検知器より検知された冷媒温度に基づいてＣＯＰが最大になるように選定された目標圧力より高くなるように、前記減圧器を制御する制御器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】
前記放熱器の冷媒出口側と前記減圧器の入口側、あるいは前記吸熱器の冷媒出口側と前記圧縮機の吸入側とを接続する第１補助熱交換器バイパス回路を備え、前記第１補助熱交換器バイパス回路に流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記圧縮機の吐出温度に応じて、前記第１補助熱交換器バイパス回路の流量調整弁を流れる冷媒流量を調整することを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
少なくとも圧縮機と、放熱器と、減圧器と、吸熱器とから冷凍サイクルを構成するとともに、前記放熱器で超臨界状態となりうる冷媒を封入し、前記放熱器の冷媒出口側の冷媒を分岐し、その一部を補助減圧器により減圧して、前記放熱器の冷媒出口側の冷媒を冷却する第２補助熱交換器を介して、前記圧縮機の吸入側もしくは中間圧部に導くバイパス回路を設け、前記圧縮機の吐出側から前記減圧器の入口側までの冷媒圧力を検知する高圧側圧力検知器と、前記放熱器の冷媒出口側の冷媒温度を検出する放熱器出口側温度検知器と、前記減圧器の入口側の冷媒温度を検出する減圧器入口側温度検知器とを備え、前記高圧側圧力検知器で検出した圧力が、前記放熱器出口側温度検知器より検知された冷媒温度に基づいてＣＯＰが最大になるように選定された目標圧力より低く、かつ、前記減圧器入口側温度検知器より検知された冷媒温度に基づいてＣＯＰが最大になるように選定された目標圧力より高くなるように、前記減圧器を制御する制御器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記圧縮機の吐出温度に応じて、前記補助減圧器の開度を調整する補助減圧器制御器を設けたことを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記放熱器出口側温度検知器を、前記放熱器の外部流体入口側の流体温度を検出する温度検知器で代用することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）やエタン等の冷凍サイクルの放熱側で超臨界状態となりうる冷媒を用いた冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気（冷凍）冷蔵庫、空調機、カーエアコン、冷蔵または冷凍倉庫、ショーケース等には、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器等を接続してなる冷凍サイクル装置が応用され、封入される冷媒としてはフッ素原子を含有する炭化水素類（フロン類）が用いられてきた。
【０００３】
しかし、フロン類は、オゾン層を破壊する性質を有していたり、大気中での寿命が長いために温室効果が大きいので地球温暖化に影響を与えたりと、必ずしも満足な冷媒とはいえない。
【０００４】
そこでフロン類の代わりに、オゾン破壊係数がゼロでありかつ地球温暖化係数もフロン類に比べれば格段に小さい、二酸化炭素（ＣＯ２）やエタンなどを冷媒として用いる冷凍サイクル装置の可能性が検討されつつある。
【０００５】
ＣＯ２を使用した冷凍サイクル装置としては、例えば、特公平７−１８６０２号公報に提案されている。
【０００６】
この冷凍サイクル装置の動作は、原理的には、フロン類を使用した従来の蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置の動作と同じであり、図６にＣＯ２を冷媒として用いる冷凍サイクルのモリエル線図を示す。すなわち、図中のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機で気相状態のＣＯ２を圧縮する圧縮行程（Ａ−Ｂ）、高温高圧の超臨界状態となったＣＯ２を放熱器（ガスクーラ）にて冷却する冷却行程（Ｂ−Ｃ）、さらに、減圧器により減圧する減圧行程（Ｃ−Ｄ）、気液二相状態となったＣＯ２を蒸発させる蒸発行程（Ｄ−Ａ）により、蒸発潜熱で空気等の外部流体から熱を奪って外部流体を冷却する。
【０００７】
図６において、蒸発行程（Ｄ−Ａ）における飽和蒸気領域（気液二相領域）から加熱蒸気領域への移行は、フロン類の場合と同様に行われるが、冷却行程（Ｂ−Ｃ）は、臨界点ＣＰより高圧側に位置していて、飽和液線及び飽和蒸気線に交差することはない。すなわち、臨界点ＣＰを越える領域（超臨界領域）においては、フロン類の場合のような凝縮行程が存在せず、ＣＯ２が液化することなく冷却されるものである。
【０００８】
また、放熱器出口側（点Ｃ）の状態は、高圧側圧力（圧縮機の吐出側から減圧器の入口側までの圧力）と放熱器出口側の冷媒の温度（以下、放熱器出口側温度）によって決定され、放熱器出口側温度は、放熱器の放熱能力と、放熱器で熱交換する空気や水などの外部流体の温度とによって決定される。そして、この空気や水などの外部流体の温度は制御することができないので、放熱器出口側温度は、実質的に制御することができず、放熱器出口側（Ｃ点）の状態は、高圧側圧力を制御することによって制御可能となる。
【０００９】
そこで、圧縮過程（Ａ−Ｂ）のエンタルピ差ΔＬで表される圧縮機の圧縮仕事と、蒸発行程（Ｄ−Ａ）のエンタルピ差ΔＨで表される冷凍効果により算出される冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ＝ΔＨ／ΔＬ）が最大となるように、放熱器出口側温度に基づいて、高圧側圧力を制御する圧力制御手段が特開平９−２６４６２２号公報に提案されている。すなわち、特開平９−２６４６２２号公報には、放熱器出口側温度（または、減圧器入口側温度）と高圧側圧力とが図６中の実線ａような最適制御線上にのるように高圧側圧力を制御することにより、効率の良い運転が可能となることが示されている。
【００１０】
一方、特公平７−１８６０２号公報などには、放熱器の冷媒出口側から減圧器の入口側までの冷媒と吸熱器の冷媒出口側から圧縮機の吸入側までの冷媒とで熱交換を行う補助熱交換器を備えた冷凍サイクルも提案されている。
【００１１】
このような冷凍サイクルでは、図７のＡ’−Ｂ’−Ｃ−Ｃ’−Ｄ’−Ａ−Ａ’で示されるように放熱器を出て減圧器に向かう比較的高温の冷媒と、吸熱器を出て圧縮機に向かう比較的低温の冷媒とで熱交換が行われるために、すなわち、行程（Ｃ−Ｃ’）と行程（Ａ−Ａ’）とで熱交換が行われるために、放熱器を出た冷媒がさらに冷却されるため、蒸発過程（Ｄ’−Ａ）のエンタルピ差ΔＨが行程（Ｄ’−Ｄ）分だけ増大するために、吸熱能力（冷凍効果）や成績係数を向上させることができる。
【００１２】
このような補助熱交換器の熱交換量は、一定ではなく、圧縮機の回転数の変化による冷媒流量の変化や外気温、蒸発温度等により変化する。
【００１３】
また、本発明者の一部は、特願平１１−３９２７８号として、圧縮機の吐出温度の過上昇を防止するために、補助熱交換器を流れる冷媒流量を調整し、補助熱交換器の熱交換量を可変にする冷凍サイクルを提案している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
放熱器で超臨界状態となりうる冷媒が封入され、補助熱交換器を有し、放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれか一方に基づいて選定した高圧側圧力を目標値とし、高圧側圧力を制御する冷凍サイクル装置の評価を行ったところ、以下に述べる課題が生じることが判明した。
【００１５】
すなわち、図７は一例として、蒸発温度を０℃、放熱器出口側温度を４０℃、吸熱器出口過熱度を０℃として、補助熱交換器の熱交換量（横軸）を変化させた場合の、放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれか一方に基づいて選定された高圧側圧力の目標値、および、実際にＣＯＰが最大となる高圧側圧力（以下、最適高圧側圧力と呼ぶ。）の変化を示した図である。ただし、縦軸の高圧側圧力は、補助熱交換器の熱交換量が零であるときの高圧側圧力を基準とした差で示している。また、横軸は左端が補助熱交換器の熱交換量が零の場合であり、右側にいくほど熱交換量が増加していることを示している。
【００１６】
図７に示すように、補助熱交換器での熱交換量が変化すると、最適高圧側圧力は変化し、放熱器出口側温度のみを検出して、その温度に基づいて選定した高圧側圧力の目標値（図７中の四角プロット）は、実際の最適高圧側圧力（図７中の三角プロット）より高い値となる。
【００１７】
これは、放熱器出口側温度は放熱器の放熱能力と、放熱器で熱交換する空気や水などの外部流体の温度とによって決定されるために、補助熱交換器での熱交換量が変化しても放熱器出口側温度は略一定（この場合には４０℃）であるために、放熱器出口側温度のみに基づいて選定した高圧側圧力（図７中の四角プロット）は補助熱交換器での熱交換量によらず一定値となるのに対し、実際にＣＯＰが最大となる高圧側圧力（図７中の三角プロット）は、補助熱交換器での熱交換量に応じて、若干、低下していくためである。
【００１８】
したがって、放熱器出口側温度のみに基づいて選定した高圧側圧力（図７中の四角プロット）を目標値とし、高圧側圧力を制御すると、実際にＣＯＰが最高となる高圧側圧力（図７中の三角プロット）を目標値とした場合より、冷凍サイクル装置の効率が悪くなる。
【００１９】
また、減圧器入口側温度のみを検出して、その温度に基づいて選定した高圧側圧力の目標値（図７中の菱形プロット）は、実際の最適高圧側圧力（図７中の三角プロット）より低い値となる。
【００２０】
これは、減圧器入口側温度のみに基づいて選定した高圧側圧力の目標値は、放熱器で熱交換する空気や水などの外部流体の温度が低下して減圧器入口温度が低下した場合でも、外部流体の温度は一定で補助熱交換器の熱交換量が変化して減圧器入口温度が低下した場合でも、どちらの場合でも同じように、高圧側圧力が選定されるために、減圧器入口側温度のみに基づいて選定した高圧側圧力（図７中の菱形プロット）は、補助熱交換器での熱交換量に応じる低下量以上に大幅に低下していくのに対し、実際にＣＯＰが最大となる高圧側圧力（図７中の三角プロット）は、補助熱交換器での熱交換量に応じて、若干、低下していくためである。
【００２１】
したがって、減圧器入口側温度のみに基づいて選定した高圧側圧力（図７中の菱形プロット）を目標値とし、高圧側圧力を制御すると、実際にＣＯＰが最高となる高圧側圧力（図７中の三角プロット）を目標値とした場合より、冷凍サイクル装置の効率が悪くなる。
【００２２】
以上述べたように、放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれか一方に基づいて選定した高圧側圧力を目標値とし、高圧側圧力を制御すると、最も効率の良い状態で冷凍サイクル装置を運転できないといった課題が生じる。
【００２３】
本発明は、このような放熱側で超臨界状態となりうる冷媒が封入され、補助熱交換器を備えた冷凍サイクル装置における高圧側圧力の制御方法に着目し、効率のよい冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するため、本発明は圧縮機の吐出側から減圧器の入口側までの冷媒圧力を検知する高圧側圧力検知器と、放熱器の冷媒出口側の冷媒温度を検出する放熱器出口側温度検知器と、減圧器の入口側の冷媒温度を検出する減圧器入口側温度検知器とを備え、前記高圧側圧力検知器で検出した圧力が、前記放熱器出口側温度検知器より検知された冷媒温度に基づいてＣＯＰが最大になるように選定された目標圧力より低く、かつ、前記減圧器入口側温度検知器より検知された冷媒温度に基づいてＣＯＰが最大になるように選定された目標圧力より高くなるように、前記減圧器を制御する制御器とを備えた冷凍サイクル装置である。
【００２５】
また、本発明は放熱器の冷媒出口側の冷媒を分岐し、その一部を補助減圧器により減圧して、前記放熱器の冷媒出口側の冷媒を冷却する第２補助熱交換器を介して、圧縮機の吸入側もしくは中間圧部に導くバイパス回路を設け、前記圧縮機の吐出側から減圧器の入口側までの冷媒圧力を検知する高圧側圧力検知器と、前記放熱器の冷媒出口側の冷媒温度を検出する放熱器出口側温度検知器と、前記減圧器の入口側の冷媒温度を検出する減圧器入口側温度検知器とを備え、前記高圧側圧力検知器で検出した圧力が、前記放熱器出口側温度検知器より検知された冷媒温度に基づいてＣＯＰが最大になるように選定された目標圧力より低く、かつ、前記減圧器入口側温度検知器より検知された冷媒温度に基づいてＣＯＰが最大になるように選定された目標圧力より高くなるように、前記減圧器を制御する制御器とを備えた冷凍サイクル装置である。
【００２６】
また、本発明は前記放熱器出口側温度検知器を、放熱器の外部流体入口側の流体温度を検出する温度検知器で代用することを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００２７】
さらに、本発明は冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクル装置である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の概略構成図であり、同図において、１は圧縮機、２は放熱器、３は減圧器、４は吸熱器であり、これらを配管接続することにより、図中矢印の方向に冷媒が循環する冷凍サイクルを構成し、冷媒として放熱側となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱器２〜減圧器３入口側までの流路）で超臨界状態となり得る冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）が封入されている。また、放熱器２の冷媒出口側から減圧器３の入口側までの冷媒流路である放熱側冷媒流路を流れる冷媒と、吸熱器４の冷媒出口側から圧縮機１の吸入側までの冷媒流路である吸熱側冷媒流路を流れる冷媒とを熱交換する補助熱交換器５を備えている。
【００３０】
さらに、前記吸熱側冷媒流路には、補助熱交換器５をバイパスするバイパス回路６が設けられている。すなわち、このバイパス回路６は、吸熱器４と補助熱交換器５との間に一端を接続し、他端を補助熱交換器５と圧縮機１との間に接続されており、吸熱器４出口側の冷媒を直接圧縮機１へ送ることができるようになっている。
【００３１】
また、前記バイパス回路６には、ここを流れる冷媒流量を調節する流量調整弁７が設けられており、この流量調整弁７は、図示しない流量制御器によって開度が制御され、圧縮機１の吸入過熱度や吐出温度に応じて補助熱交換器５での熱交換量を調節するようになっている。
【００３２】
また、１１は前記圧縮機１の吐出側から減圧器３の入口側までの高圧側冷媒流路の冷媒圧力を検知する高圧側圧力検知器であり、本実施例では減圧器３の入口側に設けられている。
【００３３】
また、１２は補助熱交換器５出口側から減圧器３入口側までの冷媒温度あるいは冷媒が流れる配管温度を検知する減圧器入口側温度検知器、１３は放熱器２出口側から補助熱交換器５入口側までの冷媒温度あるいは冷媒が流れる配管温度を検知する放熱器出口側温度検知器である。
【００３４】
さらに、１４は圧力制御器であり、減圧器入口側温度検知器１２や放熱器出口側温度検知器１３からの出力信号に基づき減圧器３の開度の調節を行うよう構成されている。
【００３５】
前記圧力制御器１４は図示されていないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、ＲＯＭ等には、放熱器出口側温度と減圧器入口側温度と、ＣＯＰが最大となる圧力（最適高圧側圧力）の関係を予め記憶している。
【００３６】
ここで、ＲＯＭ等に記憶する放熱器出口側温度と減圧器入口側温度と最適高圧側圧力の関係は、
【００３７】
【表１】
0003838008.tif 000002
【００３８】
（表１）に示すような放熱器出口側温度と減圧器入口側温度に応じた最適高圧側圧力を示すデータテーブルを記憶させても良いし、最適高圧側圧力を放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の関数として示す近似関数を記憶させて算出するようにしても良い。
【００３９】
なお、厳密には、ＣＯＰが最大となる放熱器出口側温度と減圧器入口側温度と最適高圧側圧力の関係は、放熱器出口側温度や減圧器入口側温度のみで決定されるものでなく、吸熱器側の圧力（低圧側圧力）の変動によっても変動する。しかし、冷房運転のみ行う単純なＣＯ２サイクルでは、吸熱器側の圧力変動を無視することができる。また、圧力制御器に予め、圧縮機吸入過熱度や低圧側圧力に応じた複数の放熱器出口側温度と減圧器入口側温度と、最適高圧側圧力の関係を記憶させて、検出された低圧側圧力に応じて、それらのいずれかの関係を用いるようにしても良い。
【００４０】
以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下、その動作を説明する。
【００４１】
圧縮機１で圧縮されたＣＯ２は高温高圧状態となり、放熱器２へ導入される。放熱器２では、ＣＯ２は超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱して、補助熱交換器５の放熱側冷媒流路においてさらに冷却される。減圧器３では減圧されて、低圧の気液二相状態となり吸熱器４へ導入される。吸熱器４では、空気や水などの外部流体から吸熱して、補助熱交換器５の吸熱側冷媒流路においてガス状態となり、再び圧縮機１に吸入される。
【００４２】
このようなサイクルを繰り返すことにより、放熱器２で放熱による加熱作用、吸熱器４で吸熱による冷却作用を行う。
【００４３】
ここで、補助熱交換器５で、放熱器２を出たＣＯ２がさらに冷却されて減圧器３で減圧されるため、吸熱器４の入口エンタルピが減少して、吸熱器４の入口と出口でのエンタルピ差が大きくなり、吸熱能力（冷凍効果）やＣＯＰが増大する。
【００４４】
次に、本実施の形態の特徴である減圧器３の制御について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４５】
冷凍サイクル装置の運転時には、放熱器出口側温度検出器１３からの検出値（放熱器出口側温度）（１００）、および、減圧器入口側温度検出器１２からの検出値（減圧器入口側温度）（１１０）が取り込まれ、その取り込んだ放熱器出口側温度と減圧器入口側温度に対応する最適高圧側圧力が、予めＲＯＭに記憶されている温度と圧力との関係から選定され、その選定された圧力（以下、目標高圧側圧力と呼ぶ。）はＲＡＭ等のメモリで記憶される（１２０）。
【００４６】
次に、高圧側圧力検知器１１からの検出値（高圧側圧力）が取り込まれ（１３０）、目標高圧側圧力と（１３０）で取り込んだ高圧側圧力とが比較される（１４０）。そして、目標高圧側圧力が高圧側圧力を上回った場合には、減圧器３の開度を小さくし（１５０）、目標高圧側圧力が高圧側圧力以下の場合には、減圧器３の開度を大きくする（１６０）。そして、ステップ１００に戻り、以後ステップ１００から１６０まで繰り返す。
【００４７】
これにより、補助熱交換器５での熱交換量が変化しても、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御されるので、従来の制御方法のように放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれかに基づいて選定された高圧側圧力で運転される冷凍サイクル装置よりも、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００４８】
さらに、圧縮機１の吸入過熱度や吐出温度に応じて、図示していない流量制御器により流量調節弁７の開度を調節することで、補助熱交換器での熱交換量が、調整されているため、圧縮機１内の潤滑油や絶縁材料等の劣化を防止することができ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
このような場合には、補助熱交換器での熱交換量の変化が大きいために、本実施の形態のように、高圧側圧力を放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御することにより、従来の制御方法に比較して冷凍サイクル装置の効率を大きく向上させることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、バイパス回路６や流量調節弁７により、補助熱交換器での熱交換量が変化するものとして説明しているが、バイパス回路６や流量調節弁７を廃止しても、本発明の冷凍サイクルを実施することができる。
【００５１】
この場合には、補助熱交換器５での熱交換量を調節することができないが、圧縮機１の運転周波数の変化等により、補助熱交換器での熱交換量が変化するものである。
【００５２】
なお、補助熱交換器５をバイパスするバイパス回路６は、補助熱交換器５の放熱側冷媒流路をバイパスするように設けても良い。すなわち、放熱器２と補助熱交換器５との間に一端を接続し、他端を補助熱交換器５と減圧器３との間に接続するものとしてもよい。
【００５３】
また、本発明は、四方弁等を追加して、放熱器と吸熱器を切り替えられるようにしたヒートポンプサイクルにも適応できることは明らかである。
【００５４】
さらに、冷媒はＣＯ２に限定されるものではなく、例えば、エタン等の超臨界域で使用する冷媒を用いてもよい。
【００５５】
また、アキュームレータを吸熱器４と補助熱交換器５の間や、補助熱交換器５と圧縮機１の間に追加しても、本発明の冷凍サイクルを実施することができる。この場合には、余剰冷媒を蓄積したり、圧縮機１に液冷媒を吸入することを防止したりすることが可能となり、さらに、余剰冷媒を蓄えることができるために、高圧側圧力を選定した最適高圧側圧力とすることが容易となる。
【００５６】
なお、本実施例においては、高圧側圧力検知器１１は減圧器３の入口側の冷媒圧力を検知するものとしているが、放熱側となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱器２〜減圧器３入口側までの流路）のいずれかにあっても良い。さらに、そのような場合には、高圧側圧力検知器１１での検出圧力から減圧器３入口側に至るまでの圧力損失分を差し引く補正を行ってもよい。
【００５７】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の概略構成図であり、同図においては、図１と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
なお、以下の説明では、簡単のために、冷房装置や冷蔵装置のように、吸熱器を利用側熱交換器とみなし、放熱器を熱源側熱交換器とみなす冷凍サイクルについて説明するが、暖房装置や給湯装置などのように、放熱器を利用側熱交換器とみなし、吸熱器を熱源側熱交換器とみなす冷凍サイクルについても、本発明は適用できる。さらに、四方弁等を追加して、放熱器と吸熱器を切り替えられる場合にも、同様に適用できる。
【００５９】
図３において、１５は吸熱器４の空気や水などの外部流体の出口側（吹出側）の温度（以下、簡単のために吸熱器を利用側熱交換器とみなし、利用側熱交換器吹出温度と呼ぶ）を検知する利用側熱交換器吹出温度検知器、１６は吸熱器４の空気や水などの外部流体の入口側（吸込側）の温度（以下、簡単のために吸熱器を利用側熱交換器とみなし、利用側熱交換器吸込温度と呼ぶ）を検知する利用側熱交換器吸込温度検知器である。
【００６０】
また、１７は放熱器２の空気や水などの外部流体の入口側（吸込側）の温度（以下、簡単のために放熱器を熱源側熱交換器とみなし、熱源側熱交換器吸込温度と呼ぶ）を検知する熱源側熱交換器吸込温度検知器である。さらに、１８は制御器であり、減圧器入口側温度検知器１２、放熱器出口側温度検知器１３、利用側熱交換器吹出温度検知器１５、利用側熱交換器吸込温度検知器１６、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７からの出力信号に基づき減圧器３の開度や、圧縮機１の回転数の調節を行う。
【００６１】
また、２１は吸熱器４と補助熱交換器５との間に設けられた、液相冷媒と気相冷媒を分離して冷媒を蓄えるタンク手段であるアキュームレータである。
【００６２】
制御器１８は図示されていないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって構成されており、ＲＯＭ等には、（実施の形態１）で説明したような、放熱器出口側温度と減圧器入口側温度とＣＯＰが最大となる圧力（最適高圧側圧力）の関係を予め記憶している。
【００６３】
以上のような構成を有する、本実施の形態による冷凍サイクル装置の基本的な動作については、（実施の形態１）と同様であるので説明を省略し、本実施の形態の特徴である圧縮機１と減圧器３の制御について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００６４】
冷凍サイクル装置の運転時には、図示していない温度設定手段からの出力信号や、利用側熱交換器吸込温度検知器１６で検知される利用側熱交換器吸込温度（たとえば、冷房装置の場合には室内熱交換器の吸込空気温度、すなわち、室内空気温度）や、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７で検知される熱源側熱交換器吸込温度（たとえば、冷房装置の場合には室外熱交換器の吸込空気温度、すなわち、外気温度）などに基づいて、利用側熱交換器吹出温度（たとえば、冷房装置の場合には室内熱交換器の吹出空気温度）の目標値である目標吹出温度を演算し記憶する（２００）。
【００６５】
次に、利用側熱交換器吹出温度検知器１５により、実際の利用側熱交換器吹出温度（たとえば、冷房装置の場合には室内熱交換器の吹出空気温度）を検出し一時的に記憶する（２１０）。そして、ステップ２１０で記憶した利用側熱交換器吹出温度と目標吹出温度とを比較し（２２０）、目標吹出温度の方が利用側熱交換器吹出温度より小さい場合は、圧縮機１の回転数を増加させて冷凍能力の増大を図り（２３０）、一方、目標吹出温度が利用側熱交換器吹出温度以上の場合は、圧縮機１の回転数を減少させて冷凍能力の減少を図る（２４０）。
【００６６】
そして、放熱器出口側温度検出器１３からの検出値（放熱器出口側温度）（２５０）、および、減圧器入口側温度検出器１２からの検出値（減圧器入口側温度）（２６０）が取り込まれ、その取り込んだ放熱器出口側温度と減圧器入口側温度に対応する最適高圧側圧力が、予めＲＯＭに記憶されている温度と圧力との関係から選定され、その選定された圧力（以下、目標高圧側圧力と呼ぶ。）はＲＡＭ等のメモリで記憶される（２７０）。
【００６７】
次に、高圧側圧力検知器１１からの検出値（高圧側圧力）が取り込まれ（２８０）、目標高圧側圧力とステップ２８０で取り込んだ高圧側圧力とが比較される（２９０）。そして、目標高圧側圧力が高圧側圧力を上回った場合には、減圧器３の開度を小さくし（３００）、目標高圧側圧力が高圧側圧力以下の場合には、減圧器３の開度を大きくする（３１０）。そして、ステップ２１０に戻り、以後ステップ２１０から３１０まで繰り返す。
【００６８】
これにより、補助熱交換器５での熱交換量が変化しても、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御されるので、従来のように放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれかに基づいて選定された高圧側圧力で運転される冷凍サイクル装置よりも、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００６９】
さらに、減圧器３のみを制御する場合には、高圧側圧力が変化することにより、余剰な冷凍能力を生じる場合があったが、同時に圧縮機１の回転数も制御することにより、余剰な冷凍能力を生じさせることなく、その分、圧縮機１への入力を低減することができるために、さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００７０】
また、アキュームレータ２１を備えていることにより、余剰冷媒を蓄えることができるために、アキュームレータ２１を備えていない場合に比べて、高圧側圧力の調整可能な範囲が拡大することから、高圧側圧力を選定した最適高圧側圧力とすることが容易となり、さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００７１】
なお、冷媒はＣＯ２に限定されるものではなく、例えば、エタン等の超臨界域で使用する冷媒を用いてもよい。
【００７２】
さらに、高圧側圧力検知器１１は減圧器３入口側の冷媒圧力を検知するものとしているが、放熱側となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱器２〜減圧器３入口側までの流路）のいずれかにあっても良い。さらに、そのような場合には、高圧側圧力検知器１１での検出圧力から減圧器３入口側に至るまでの圧力損失分を差し引く補正を行ってもよい。
【００７３】
また、放熱器出口側温度は、放熱器の放熱能力と、放熱器で熱交換する空気や水などの外部流体の温度とによって推定できることから、冷房装置や冷蔵装置のように、吸熱器を利用側熱交換器とみなし、放熱器を熱源側熱交換器とみなす冷凍サイクルの場合には、放熱器出口側温度検出器１３を、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７で代用し、放熱器出口側温度は、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７の検出値から推定することができる。暖房装置や給湯装置などのように、放熱器を利用側熱交換器とみなし、吸熱器を熱源側熱交換器とみなす冷凍サイクルの場合には、放熱器出口側温度検出器１３を、利用側熱交換器吸込温度検知器１６で代用し、放熱器出口側温度は、利用側熱交換器吸込温度検知器１６の検出値から推定することができる。
【００７４】
さらに、四方弁等を追加して、放熱器と吸熱器を切り替えられる場合にも、利用側熱交換器吸込温度検知器１６の検出値と熱源側熱交換器吸込温度検知器１７の検出値を選択して推定することができる。
【００７５】
したがって、この放熱器出口側温度の推定値を用い、（実施の形態１）や本実施の形態に述べた減圧器３の開度の制御を行っても、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができ、さらに、放熱器出口側温度検知器１３を、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７あるいは利用側熱交換器吸込温度検知器１６で代用することで、放熱器出口側温度検出器１３を省略できるために、コストを削減することができる。
【００７６】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の概略構成図であり、同図においては、図３と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７７】
図５において、３１は放熱器２の冷媒出口側から減圧器３の入口側の間に設けられた補助熱交換器であり、放熱器２の冷媒出口側から減圧器３の入口側の間の冷媒の一部を、補助減圧器３２で減圧して、補助熱交換器３１を経て圧縮機１の吸入側あるいは中間圧部へ導くようなバイパス回路３３が構成されている。
【００７８】
また、補助減圧器３２は、図示しない補助減圧器制御器によって開度が制御され、圧縮機１の吸入過熱度や吐出温度に応じて補助熱交換器３１での熱交換量を調節するようになっている。
【００７９】
以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下、その動作を説明する。
【００８０】
圧縮機１で圧縮されたＣＯ２は高温高圧状態となり、放熱器２へ導入される。放熱器２では、ＣＯ２は超臨界状態であるので気液２相状態とはならずに放熱して、補助熱交換器３１を経て、減圧器３で減圧されて気液二相状態となり吸熱器４へ導入される。吸熱器４では、空気や水などの外部流体から吸熱してガス状態となり、再び圧縮機１に吸入される。
【００８１】
また、放熱器２の冷媒出口側から減圧器３の入口側の間の冷媒の一部は、補助減圧器３２で減圧されて低温となり、補助熱交換器３１で放熱器２を出て減圧器３に向かう比較的高温の冷媒と熱交換して加熱され、圧縮機１の吸入側あるいは中間圧部へ導入される。
【００８２】
一方、放熱器２を出た冷媒は補助熱交換器３１で冷却されたのち減圧器３で減圧されるため、吸熱器４の入口でのエンタルピが減少して、吸熱器４の入口と出口でのエンタルピ差が大きくなり、一部の冷媒が補助減圧器３２の側に流れるため吸熱器４の冷媒流量が減少しても同等の吸熱能力（冷却能力）を維持しながら、吸熱器４の冷媒流量減少により、吸熱器４の冷媒出口側から圧縮機１の吸入側、あるいは、中間圧部の間の圧力損失が低減できＣＯＰを向上できる。
【００８３】
また、圧縮機１と減圧器３の制御については（実施の形態２）と同様であるので、説明を省略するが、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御されるので、従来の制御方法のように放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれかに基づいて選定された高圧側圧力で運転される冷凍サイクル装置よりも、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００８４】
さらに、圧縮機１の吸入過熱度や吐出温度に応じて、図示していない補助減圧器制御器により補助減圧器３２の開度を調節することで、補助熱交換器での熱交換量が、調整されているため、圧縮機１内の潤滑油や絶縁材料等の劣化を防止することができ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００８５】
このような場合には、補助熱交換器での熱交換量の変化が大きいために、本実施の形態のように、高圧側圧力を放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御することにより、従来の制御方法に比較して冷凍サイクル装置の効率を大きく向上させることができる。
【００８６】
さらに、減圧器３のみを制御する場合には、高圧側圧力が変化することにより、余剰な冷凍能力を生じる場合があったが、同時に圧縮機１の回転数も制御することにより、余剰な冷凍能力を生じさせることなく、その分、圧縮機１への入力を低減することができるために、さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００８７】
また、アキュームレータ２１を備えていることにより、余剰冷媒を蓄えることができるために、アキュームレータ２１を備えていない場合に比べて、高圧側圧力の調整可能な範囲が拡大することから、高圧側圧力を選定した最適高圧側圧力とすることが容易となり、さらに、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００８８】
なお、冷媒はＣＯ２ に限定されるものではなく、例えば、エタン等の超臨界域で使用する冷媒を用いてもよい。
【００８９】
さらに、高圧側圧力検知器１１は減圧器３入口側の冷媒圧力を検知するものとしているが、放熱側となる経路（圧縮機１の吐出側〜放熱器２〜減圧器３入口側までの流路）のいずれかにあっても良い。さらに、そのような場合には、高圧側圧力検知器１１での検出圧力から減圧器３入口側に至るまでの圧力損失分を差し引く補正を行ってもよい。
【００９０】
【発明の効果】
以上述べたことから明らかなように、補助熱交換器５での熱交換量が変化しても、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御されるので、従来のように放熱器出口側温度、または、減圧器入口側温度のいずれかに基づいて選定された高圧側圧力で運転される冷凍サイクル装置よりも、効率良く冷凍サイクル装置を運転することができる。
【００９１】
特に、圧縮機１内の潤滑油や絶縁材料等の劣化を防止し、圧縮機の信頼性を向上させるために、補助熱交換器での熱交換量を、圧縮機１の吸入過熱度や吐出温度に応じて流量制御器により調節する場合には、補助熱交換器での熱交換量の変化が大きいために、高圧側圧力は放熱器出口側温度と減圧器入口側温度の両者に基づいて選定された高圧側圧力となるように制御することにより、従来の制御方法に比較して冷凍サイクル装置の効率を大きく向上させることができる。
【００９２】
さらに、この放熱器出口側温度検知器１３を、熱源側熱交換器吸込温度検知器１７あるいは利用側熱交換器吸込温度検知器１６で代用することで、放熱器出口側温度検出器１３を省略できるために、コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における制御器動作を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の概略構成図
【図４】本発明の実施の形態２における制御動作を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の概略構成図
【図６】ＣＯ２を冷媒とした冷凍サイクルのモリエル線図
【図７】補助熱交換器での熱交換量と最適高圧側圧力の関係図
【符号の説明】
１  圧縮機
２  放熱器
３  減圧器
４  吸熱器
５  補助熱交換器
６  バイパス流路
７  流量調整弁
１１  高圧側圧力検知器
１２  減圧器入口側温度検知器
１３  放熱器出口側温度検知器
１４  圧力制御器
１５  利用側熱交換器吹出温度検知器
１６  利用側熱交換器吸込温度検知器
１７  熱源側熱交換器吸込温度検知器
１８  制御器
２１  アキュームレータ
３１  補助熱交換器
３２  補助減圧器
３３  バイパス流路
【図１】
0003838008.tif 000003
【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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