JP2001194017A - 超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクル - Google Patents
超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクルInfo
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Abstract
悪化してしまうことを防止しつつ、必要な能力を発揮さ
せる。 【解決手段】 サイクルの実効率η(サイクルの理論効
率×圧縮機100の効率ηm)を高めるように、圧縮機
100の吐出冷媒量及び圧力制御弁300の開度を制御
する。これにより、サイクルの実効率ηを高めつつ、必
要な能力を発揮させることができる。
Description
が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイ
クル(以下、超臨界サイクルと略す。)に関するもの
で、空調装置に適用して有効である。
は圧縮機の吐出側から減圧手段(本明細書では圧力制御
弁)までの領域であって、減圧手段にて減圧される前の
状態を言う。
94033号公報に記載のごとく、放熱器出口側の冷媒
温度に基づいて減圧手段の開度を制御するものが一般的
である。
ごとく、減圧手段(圧力制御弁)のみにて超臨界サイク
ルの能力を制御する場合において、能力(冷凍能力又は
加熱能力)を上昇させるには減圧手段の開度を小さくし
て高圧側の冷媒圧力を上昇させる必要があるが、高圧側
の冷媒圧力が上昇すると、圧縮機の効率が低下するの
で、実際の超臨界サイクルの効率(成績係数)が悪化し
てしまうという問題が発生する。
イクルの効率(成績係数)が悪化してしまうことを防止
しつつ、必要な能力を発揮し得る超臨界サイクルを提供
することを目的とする。
成するために、請求項1に記載の発明では、冷媒を蒸発
及び圧縮することにより低温側から高温側に熱を移動さ
せるとともに、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上
となる超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクルであって、冷媒
を吸入圧縮する圧縮機(100)と、圧縮機(100)
から吐出する冷媒を冷却する放熱器(200)と、放熱
器(200)から流出する冷媒を減圧するとともに、開
度を調節することにより高圧側の冷媒圧力を制御する圧
力制御弁(300)と、圧力制御弁(300)にて減圧
された冷媒を蒸発させる蒸発器(400)と、圧縮機
(100)の吐出冷媒量及び圧力制御弁(300)の開
度を制御するサイクル制御手段(700)とを備えるこ
とを特徴とする。
(成績係数)が悪化してしまうことを防止しつつ、必要
な能力を発揮することが可能となる。
び圧縮することにより低温側から高温側に熱を移動させ
るとともに、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上と
なる超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクルであって、冷媒を
吸入圧縮する圧縮機(100)と、圧縮機(100)か
ら吐出する冷媒を冷却する放熱器(200)と、放熱器
(200)から流出する冷媒を減圧するとともに、開度
を調節することにより高圧側の冷媒圧力を制御する圧力
制御弁(300)と、圧力制御弁(300)にて減圧さ
れた冷媒を蒸発させる蒸発器(400)と、冷凍サイク
ルの理論成績係数と圧縮機(100)の効率とに基づい
て圧縮機(100)の吐出冷媒量及び圧力制御弁(30
0)の開度を制御するサイクル制御手段(700)とを
備えることを特徴とする。
と圧縮機(100)の効率とによって決定されるサイク
ルの実成績係数が悪化してしまうことを防止しつつ、必
要な能力を発揮することが可能となる。
び圧縮することにより低温側から高温側に熱を移動させ
るとともに、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上と
なる超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクルであって、冷媒を
吸入圧縮する圧縮機(100)と、圧縮機(100)か
ら吐出する冷媒を冷却する放熱器(200)と、放熱器
(200)から流出する冷媒を減圧するとともに、開度
を調節することにより高圧側の冷媒圧力を制御する圧力
制御弁(300)と、圧力制御弁(300)にて減圧さ
れた冷媒を蒸発させる蒸発器(400)と、実際に低温
側から高温側に移動した熱量及び実際に圧縮機(10
0)にて消費した消費動力から冷凍サイクルの実成績係
数を演算し、その実成績係数に基づいて圧縮機(10
0)の吐出冷媒量及び圧力制御弁(300)の開度を制
御するサイクル制御手段(700)とを備えることを特
徴とする。
(成績係数)が悪化してしまうことを防止しつつ、必要
な能力を発揮することが可能となる。
縮機(100)の吐出冷媒量を変化させた後に、圧力制
御弁(300)の開度を制御してもよい。
力制御弁(300)の開度を変化させた後に、圧縮機
(100)の吐出冷媒量を制御してもよい。
び圧縮することにより低温側から高温側に熱を移動させ
るとともに、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上と
なる超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクルであって、冷媒を
吸入圧縮する圧縮機(100)と、圧縮機(100)か
ら吐出する冷媒を冷却する放熱器(200)と、放熱器
(200)から流出する冷媒を減圧するとともに、開度
を調節することにより高圧側の冷媒圧力を制御する圧力
制御弁(300)と、圧力制御弁(300)にて減圧さ
れた冷媒を蒸発させる蒸発器(400)と、高圧側の冷
媒温度を検出する高圧冷媒温度検出手段(670)と、
高圧冷媒温度検出手段(670)の検出温度が所定温度
以下となるように、圧縮機(100)の吐出冷媒量及び
圧力制御弁(300)の開度のうち少なくとも一方を制
御するサイクル制御手段(700)とを備えることを特
徴とする。
(成績係数)が悪化してしまうことを防止しつつ、必要
な能力を発揮することが可能となるとともに、超臨界サ
イクルの構成機器が熱損傷してしまうことを防止でき
る。
求項7に記載の発明のごとく、高圧冷媒温度検出手段
(670)の検出温度が所定温度を越えたときに、圧縮
機(100)の吐出冷媒量及び圧力制御弁(300)の
開度のいずれを制御するかを決定する決定手段(S71
2〜S802)を有することが望ましい。
風の風量が少ない場合や冷却風の温度が高い場合には、
放熱器(200)出口側の冷媒圧力が上昇するので、圧
力制御弁(300)は、その開度を縮小させて放熱器
(200)出口側の冷媒圧力を上昇させていく。このた
め、放熱器(200)出口側の冷媒圧力(高圧側の冷媒
圧力)の上昇と共に、圧縮機(100)を駆動するに必
要なトルクが増大してしまう。
は、圧縮機(100)の駆動トルクが所定トルク以下と
なるように、圧力制御弁(300)及び圧縮機(10
0)の吐出流量を制御することを特徴とするので、例え
ば放熱器(200)の冷却風の風量が少ない場合や冷却
風の温度が高い場合であっても、圧縮機(100)の駆
動トルクが過度に大きくなることを防止しつつ、所定の
冷凍能力を発揮することが可能となる。
きには、請求項9に記載の発明のごとく、高圧側の冷媒
圧力が放熱器(200)出口側の冷媒温度に基づいて決
定される目標高圧圧力より低くなるように圧力制御弁
(300)を制御するとともに、蒸発器(400)で発
生する冷凍能力が所定能力となるように圧縮機(10
0)の吐出流量を制御することが望ましい。
圧縮機(100)を駆動する電動モータ(M)がインバ
ータにより可変制御されているときには、駆動トルクを
インバータの電流により検出することが望ましい。
器(200)を通過した空気の温度が、放熱器(20
0)の冷媒出口側における冷媒温度より低い場合には、
冷媒から空気に与えることが可能な熱量が冷媒に残存し
ていることを意味し、暖房効率(超臨界サイクルに投入
したエネルギーに対して暖房能力として回収することが
できた熱エネルギの比)は必ずしも高くない。
器(200)内での冷媒流速が大きく空気と冷媒との熱
交換時間が短いため、十分な量の熱量を冷媒から空気に
与える(伝熱する)ことができない。一方、吐出流量を
小さくすると、冷媒が放熱器(200)内を流通する間
に空気に対して与えることができる熱量を増大させて熱
交換効率を向上させることができるものの、吐出流量が
減少しているので、室内に吹き出す空気に対して与える
ことができる熱量の絶対量が減少してしまい、暖房能力
が低下してしまう。
は、放熱器(200)出口側の冷媒温度と放熱器(20
0)内を流通する冷媒と熱交換する流体の温度との温度
差(ΔT)が所定温度差以上であるときは、温度差(Δ
T)が所定温度差未満であるときに比べて、圧縮機(1
00)の吐出流量を低下させた状態で、放熱器(20
0)出口側の冷媒温度に基づいて決定される目標高圧圧
力より高い目標圧力となるように圧力制御弁(300)
を制御することを特徴としているので、放熱器(20
0)での熱交換効率を向上させつつ、暖房能力が低下す
ることを防止でき、暖房効率を向上させることができ
る。
外気通路(810)に外気が導入されている状態におい
ては、外気の温度に基づいて決定される目標高圧圧力と
なるように圧力制御弁(300)を制御しつつ、圧縮機
(100)の吐出冷媒流量を制御することを特徴とす
る。
とく、温度差(ΔT)に基づいて圧力制御弁(300)
を制御するもに比べて、圧力制御弁300の制御を簡素
化することができる。
ごとく、二酸化炭素を用いることが望ましい。
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
本発明に係る超臨界サイクルを暖房用の空調装置に適用
したものであって、図1は本実施形態に係る超臨界サイ
クルの模式図である。図1中、100は冷媒(本実施形
態では、二酸化炭素)を吸入圧縮する圧縮機であり、こ
の圧縮機100は、同期式の電動モータ(インダクショ
ンモータ)により駆動されるもので、本実施形態では、
圧縮機100と電動モータMとが一体化された電動圧縮
機を採用している。
変制御されており、その発生トルクはインバータ電流に
制御され、回転数はインバータ電流の周波数を制御する
ことにより制御されている。
室内に吹き出す空気(空調風)とを熱交換して空調風を
加熱するとともに、内部の圧力(高圧側の圧力)が冷媒
の臨界圧力以上となる放熱器であり、300は放熱器2
00から流出する冷媒を減圧するとともに、開度を調節
することにより放熱器200出口側の冷媒圧力(高圧側
の冷媒圧力)を制御する電気式の圧力制御弁である。
冷媒を蒸発させて室外空気から熱を吸収する蒸発器であ
り、500は超臨界サイクル内の余剰冷媒を貯えるとと
もに、蒸発器400から流出する冷媒を気相冷媒と液相
冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機100側に流出させ
るアキュームレータ(気液分離手段)である。
冷媒温度を検出する冷媒温度センサ(冷媒温度検出手
段)であり、620は放熱器200出口側(高圧側)の
冷媒圧力を検出する第1圧力センサ(第1冷媒圧力検出
手段)であり、630は圧力制御弁300にて減圧され
た低圧側の冷媒圧力を検出する第2圧力センサ(第2冷
媒圧力検出手段)である。640は放熱器200に流入
する(放熱器200にて加熱される前の)空気の温度を
検出する流入空気温度センサ(流入空気温度検出手段)
であり、650は放熱器200から流出する(放熱器2
00にて加熱された)空気の温度を検出する流出空気温
度センサ(流出空気温度検出手段)であり、660は人
員が希望する室内温度を人員が設定入力するための設定
温度入力手段である。
定温度及び各センサ610〜650の検出値は、電子制
御装置(ECU)700に入力されており、ECU70
0は、設定温度入力手段660の設定温度及び各センサ
610〜650に基づいて予め設定されたプログラムに
従って圧力制御弁300の開度(放熱器200出口側の
冷媒圧力)、並びに圧縮機100(電動モータ)の回転
数(圧縮機100の吐出冷媒量)を制御する。
づいて本実施形態に係る超臨界サイクルの制御作動を述
べる。
チ(A/Cスイッチ)が投入(ON)されると(S10
0)、圧縮機100が起動する前に放熱器200出口側
の冷媒圧力(第1圧力センサ620の検出圧力)を読み
込む(S110)。
(以下、この冷媒圧力を起動前圧力Poと呼ぶ。)に基
づいて起動時における最大圧力(以下、この圧力を制御
圧力Pcと呼ぶ。)を決定するとともに(S120)、
圧力制御弁300の開度を予め設定された初期開度とす
る(S130)。なお、本実施形態では、起動前圧力P
oに約2MPaの圧力を加算した、起動前圧力Poより
大きい圧力を制御圧力Pcとしている。
機100の回転数が所定回転数に到達するまでの間は、
放熱器200出口側の冷媒圧力(高圧側)が、制御圧力
Pc以下となるように圧力制御弁300の開度を調節し
ながら、圧縮機100の回転数を所定回転数まで上昇さ
せる(S140〜S210)。なお、所定回転数とは、
電動モータが脱調することなく安定的に回転することが
できる回転数を言うものである。
40)、圧縮機100の回転数が所定回転数以下である
か否かを判定し(S150)、圧縮機100の回転数が
所定回転数以下であって、放熱器200出口側の冷媒圧
力が制御圧力Pc以下の間は、圧力制御弁300の開度
を初期開度とした状態で圧縮機100の回転数を上昇さ
せる(S150〜S180)。
下であって、放熱器200出口側の冷媒圧力が制御圧力
Pcを越えたときには、圧力制御弁300の開度を増大
させて放熱器200出口側の冷媒圧力が制御圧力Pc以
下となるようにしながら、圧縮機100の回転数を上昇
させる(S190〜S210)。
数を越えたときには、設定温度Ts及び放熱器200に
流入する空気の温度(流入空気温度センサ640の検出
温度Tiから目標とする吹出空気の温度(目標吹出空気
温度Tt)を演算する(S220)。なお、本実施形態
では、S100〜S210まで制御を起動時制御と呼
び、S220以降の制御を通常制御と呼ぶ。
媒温度(冷媒温度センサ610の検出温度)Tgを読み
込み、冷媒温度Tgと放熱器200出口側の冷媒圧力と
が図6の太線(最適制御線η)で示される関係となり、
かつ、室内に吹き出す空気の温度(流出空気温度センサ
650の検出温度)Trが目標吹出空気温度Ttとなる
ように、圧力制御弁300の開度及び圧縮機100の回
転数を制御する(S220〜S270)。
11248号に記載のごとく、放熱器200出口側の冷
媒温度と成績係数が最大となる放熱器200出口側の冷
媒圧力との関係を示すものである。
冷媒温度Tg、放熱器200出口側(高圧側)の冷媒圧
力(第1圧力センサ620の検出圧力)PH、及び圧力
制御弁300にて減圧された低圧側の冷媒圧力(第2圧
力センサ630の検出圧力)PLから超臨界サイクルの
成績係数(COP)、並びに高圧側圧力PH、低圧側冷
媒圧力PL及び圧縮機100の回転数Nから圧縮機の効
率ηmを演算する(S280)。
ルの理論成績係数(理論効率)とは、周知のごとく、冷
媒の単位質量流量当たりの理論圧縮仕事量に対する放熱
器200にて放熱された熱量の比(図7において、Δh
g/Δhcomp)で表されるもので、理論成績係数と
圧縮機の効率ηmとの積がサイクルの実効率ηである。
に示す圧縮効率ηw(=理論圧縮仕事/実際に必要な冷
媒圧縮仕事)と電動モータの効率との積であり、圧縮機
100毎に異なる固有値である。因みに、ηm=理論圧
縮仕事/消費動力Wiの関係がある。
(例えば、100rpm)低下させて吐出冷媒量を低下
させたと仮定したときに、現状の暖房能力(放熱器20
0の放熱量)を維持するに必要な高圧側(放熱器200
出口側)の冷媒圧力を(超臨界サイクルの挙動)をシミ
レーション(演算)するとともに、そのシミレーション
(演算)結果に基づいてサイクルの理論効率及び圧縮機
100の効率ηmを演算する(S290)。なお、圧縮
機100の回転数変化や高圧側圧力(吐出圧)の変化に
より圧縮機の体積効率ηvが変化すると、冷媒流量が変
化するので、冷媒圧力を(超臨界サイクルの挙動)をシ
ミレーション(演算)する際には、体積効率ηvも考慮
する。因みに、体積効率ηvとは、圧縮機100の吸入
容積の回転数から計算させる理論吸入質量流量Miに対
する吐出質量流量Mdの比(Md/Mi)を言う。
実効率ηと、現状のサイクルの実効率ηとを比較し(S
300)、S290にて演算したサイクルの実効率ηが
現状のサイクルの実効率ηより大きいときには、圧縮機
100の回転数を実際に所定回転数だけ低下させるとと
もに、高圧側の冷媒圧力がS290にて演算した冷媒圧
力となるように圧力制御弁300の開度を制御する(S
310)。
サイクルの実効率ηが現状のサイクルの実効率η以下で
あると判定されたときには、圧縮機100の回転数を所
定回転数(例えば、100rpm)増大させて吐出冷媒
量を増大させたと仮定したときに、現状(S280で)
の暖房能力を維持するに必要な高圧側の冷媒圧力をシミ
レーション(演算)するとともに、そのシミレーション
(演算)結果に基づいてサイクルの理論効率及び圧縮機
100の効率ηmを演算する(S320)。
実効率ηと、現状のサイクルの実効率ηとを比較し(S
330)、S320にて演算したサイクルの実効率ηが
現状のサイクルの実効率ηより大きいときには、圧縮機
100の回転数を実際に所定回転数だけ増大させるとと
もに、高圧側の冷媒圧力がS320にて演算した冷媒圧
力となるように圧力制御弁300の開度を制御する(S
310)。一方、S320にて演算したサイクルの実効
率ηが現状のサイクルの実効率η以下であるときには、
圧力制御弁300の開度及び圧縮機100の回転数を現
状(S280で)のままとする(S340)。
つ、室内に吹き出す空気の温度Trを再び検出するとと
もに(S350、S360)、目標吹出空気温度Ttと
室内に吹き出す空気の温度Trとを比較する(S37
0)。そして、目標吹出空気温度Ttと室内に吹き出す
空気の温度Trとが等しいときには、圧力制御弁300
の開度及び圧縮機100の回転数を現状(S280)の
ままとし(S340)、目標吹出空気温度Ttと室内に
吹き出す空気の温度Trとが相違するときには、高圧側
の冷媒温度Tgを読み込み、その冷媒温度Tgと放熱器
200出口側の冷媒圧力とが最適制御線ηで示される関
係となり、かつ、再度検出された室内に吹き出す空気の
温度Trが再度演算された目標吹出空気温度Ttとなる
ように、圧力制御弁300の開度及び圧縮機100の回
転数を制御する(S380〜S430)。そして、S2
80に戻り、S280〜S430を繰り返す。
冷媒量及び圧力制御弁300の開度を制御するので、サ
イクルの理論効率及び圧縮機100の効率ηmの両効率
を制御することができる。したがって、サイクルの実効
率ηを高めつつ、必要な能力を発揮させることができ
る。
る圧力制御が描く最適制御線η(図6の太線に相当)で
あり、図10の実線は本実施形態に係る圧力制御が描く
最適制御線ηであり、図10から明らかなように、本実
施形態では、常に従来に比べてサイクルの実効率ηが向
上していることが判る。
クルの理論効率及び圧縮機100の効率ηmからサイク
ルの実効率ηを求めたが、本実施形態は、サイクルの実
効率ηを実測した後、その実測したサイクルの実効率η
に基づいて圧縮機100の吐出冷媒量及び圧力制御弁3
00の開度を制御するものである。
に基づいて本実施形態の作動を述べる。
チ(A/Cスイッチ)が投入(ON)されると(S50
0)、圧縮機100が起動する前に放熱器200出口側
の冷媒圧力(第1圧力センサ620の検出圧力)を読み
込む(S510)。
力Poに基づいて起動時における制御圧力Pcを決定す
るとともに(S520)、圧力制御弁300の開度を予
め設定された初期開度とする(S530)。なお、本実
施形態では、起動前圧力Poに約2MPaの圧力を加算
した、起動前圧力Poより大きい圧力を制御圧力Pcと
している。
機100の回転数が所定回転数に到達するまでの間は、
放熱器200出口側の冷媒圧力(高圧側)が、制御圧力
Pc以下となるように圧力制御弁300の開度を調節し
ながら、圧縮機100の回転数を所定回転数まで上昇さ
せる(S540〜S610)。
40)、圧縮機100の回転数が所定回転数以下である
か否かを判定し(S550)、圧縮機100の回転数が
所定回転数以下であって、放熱器200出口側の冷媒圧
力が制御圧力Pc以下の間は、圧力制御弁300の開度
を初期開度とした状態で圧縮機100の回転数を上昇さ
せる(S550〜S580)。
下であって、放熱器200出口側の冷媒圧力が制御圧力
Pcを越えたときには、圧力制御弁300の開度を増大
させて放熱器200出口側の冷媒圧力が制御圧力Pc以
下となるようにしながら、圧縮機100の回転数を上昇
させる(S590〜S610)。
数を越えたときには、設定温度Ts及び放熱器200に
流入する空気の温度(流入空気温度センサ640の検出
温度Tiから目標とする吹出空気の温度(目標吹出空気
温度Tt)を演算する(S620)。なお、本実施形態
では、S500〜S610まで制御を起動時制御と呼
び、S620以降の制御を通常制御と呼ぶ。
媒温度(冷媒温度センサ610の検出温度)Tgを読み
込み、冷媒温度Tgと放熱器200出口側の冷媒圧力と
が図6の太線(最適制御線η)で示される関係となり、
かつ、室内に吹き出す空気の温度(流出空気温度センサ
650の検出温度)Trが目標吹出空気温度Ttとなる
ように、圧力制御弁300の開度及び圧縮機100の回
転数を制御する(S620〜S670)。
度と放熱器200から流出する空気の温度との差(流入
空気温度センサ640の検出温度と流出空気温度センサ
650の検出温度との差)及び放熱器200を通過する
風量等から実際に空気中に放熱された熱量を演算すると
ともに、圧縮機100が実際にて消費した消費動力(本
実施形態では、圧縮機100の消費電力)を検出して、
サイクルの実効率(実成績係数)ηを演算する(S68
0)。
の実効率ηは、放熱器200及び蒸発器400における
冷媒の圧力損失、圧縮機100(特に、電動モータ)で
のジュール損、及び圧縮機100における熱損失等の超
臨界サイクルの稼働に伴って発生する全ての損失が含ま
れたサイクルの実効率ηで、第1実施形態にて演算した
サイクルの実効率ηより実際の効率に近いものである。
と放熱器200から流出する空気の温度との差及び放熱
器200を通過する風量等から演算された放熱量とは、
低温側(蒸発器400)側から高温側(放熱器200
側)に移動した熱量に加えて、圧縮機100から冷媒に
与えられた圧縮仕事を含む熱量である。
回転数(例えば、100rpm)増大させた後に、現状
(S680で)の暖房能力を維持するように圧力制御弁
300の開度を大きくし(S690)、そのときのサイ
クルの実効率ηをS680と同様な手法にて演算する
(S700)。そして、前回(この場合は、S680)
にて演算したサイクルの実効率η(以下、この実効率η
を前回実効率ηと呼ぶ。)とS700にて演算したサイ
クルの実効率η(以下、この実効率ηを今回実効率ηと
呼ぶ。)とを比較し(S710)、今回実効率ηが前回
実効率ηより大きいときには、再び圧縮機100の回転
数を実際に所定回転数増大させた後に、現状(S680
で)の暖房能力を維持するように圧力制御弁300の開
度を大きくして(S690)、そのときのサイクルの実
効率ηをS680と同様な手法にて演算する(S70
0)。
前回のS700にて演算したサイクルの実効率η)と今
回実効率η(この場合は、今回のS700にて演算した
サイクルの実効率η)とを比較して(S710)、今回
実効率ηが前回実効率η以下となるまでS690〜S7
10を繰り返す。
なったときには、圧縮機100の回転数を実際に所定回
転数(例えば、100rpm)低下させた後に、現状
(S680で)の暖房能力を維持するように圧力制御弁
300の開度を小さくし(S720)、そのときのサイ
クルの実効率ηをS680と同様な手法にて演算する
(S730)。
00にて演算したサイクルの実効率η)とS730にて
演算した今回実効率ηとを比較し(S740)、今回実
効率ηが前回実効率ηより大きいときには、再び圧縮機
100の回転数を所定回転数低下させた後に、現状(S
680で)の暖房能力を維持するように圧力制御弁30
0の開度を小さくして(S720)、そのときのサイク
ルの実効率ηをS680と同様な手法にて演算する(S
730)。
前回のS730にて演算したサイクルの実効率η)と今
回実効率η(この場合は、今回のS730にて演算した
サイクルの実効率η)とを比較して(S740)、今回
実効率ηが前回実効率η以下となるまでS720〜S7
40を繰り返す。
つ、室内に吹き出す空気の温度Trを再び検出するとと
もに(S750、S760)、目標吹出空気温度Ttと
室内に吹き出す空気の温度Trとを比較する(S77
0)。そして、目標吹出空気温度Ttと室内に吹き出す
空気の温度Trとが等しいときには、圧力制御弁300
の開度及び圧縮機100の回転数を現状(S720)の
ままとし、目標吹出空気温度Ttと室内に吹き出す空気
の温度Trとが相違するときには、高圧側の冷媒温度T
gを読み込み、その冷媒温度Tgと放熱器200出口側
の冷媒圧力とが最適制御線ηで示される関係となり、か
つ、再度検出された室内に吹き出す空気の温度Trが再
度演算された目標吹出空気温度Ttとなるように、圧力
制御弁300の開度及び圧縮機100の回転数を制御す
る(S780〜S830)。そして、S680に戻り、
S680〜S830を繰り返す。
率(実成績係数)ηを演算し、その実効率ηに基づいて
圧縮機100の吐出冷媒量(回転数)及び圧力制御弁3
00の開度(高圧側の冷媒圧力)を制御するので、サイ
クルの実効率ηを高めつつ、必要な能力を発揮させるこ
とができる。
機100の吐出冷媒量を変化させた後に、圧力制御弁3
00の開度を制御したが、本実施形態では、圧力制御弁
300の開度を変化させた後に、圧縮機100の吐出冷
媒量を制御するものである。
におけるS690〜S740を変更したのみであるの
で、第2実施形態に対して変更された点のみを図15に
示すフローチャートに基づいて述べる。
を(圧力換算で0.1MPa)大きくして高圧側の冷媒
圧力を低下させた後に、現状(S680)の暖房能力を
維持するように圧縮機100の回転数を増大し(S69
1)、そのときのサイクルの実効率ηをS680と同様
な手法にて演算する(S701)。そして、前回実効率
η(この場合は、S680にて演算したサイクルの実効
率η)とS701にて演算した今回実効率ηとを比較し
(S711)、今回実効率ηが前回実効率ηより大きい
ときには、再び圧力制御弁300の開度を(圧力換算で
0.1MPa)大きくした後に、現状(S680)の暖
房能力を維持するように圧縮機100の回転数を増大し
(S691)、そのときのサイクルの実効率ηをS68
0と同様な手法にて演算する(S701)。
前回のS701にて演算したサイクルの実効率η)と今
回実効率η(この場合は、今回のS701にて演算した
サイクルの実効率η)とを比較して(S711)、今回
実効率ηが前回実効率η以下となるまでS691〜S7
11を繰り返す。
なったときには、圧力制御弁300の開度を(圧力換算
で0.1MPa)小さくして高圧側の冷媒圧力を増大さ
せた後に、現状(S680で)の暖房能力を維持するよ
うに圧縮機100の回転数を低下し(S691)、その
ときのサイクルの実効率ηをS680と同様な手法にて
演算する(S731)。そして、前回実効率η(この場
合は、S701にて演算したサイクルの実効率η)とS
731にて演算した今回実効率ηとを比較し(S74
1)、今回実効率ηが前回実効率ηより大きいときに
は、再び圧力制御弁300の開度を(圧力換算で0.1
MPa)大きくした後に、現状(S680で)の暖房能
力を維持するように圧縮機100の回転数を増大し(S
691)、そのときのサイクルの実効率ηをS680と
同様な手法にて演算する(S731)。
前回のS731にて演算したサイクルの実効率η)と今
回実効率η(この場合は、今回のS731にて演算した
サイクルの実効率η)とを比較して(S741)、今回
実効率ηが前回実効率η以下となるまでS720〜S7
40を繰り返す。
示すように、高圧側の冷媒温度(本実施形態では、圧縮
機100から吐出した直後の冷媒温度)を検出する高圧
冷媒温度センサ(高圧冷媒温度検出手段)670を設け
るとともに、高圧冷媒温度センサ670温度が所定温度
(本実施形態では、約150℃)Tdo以下となるよう
にしつつ、サイクルの実効率ηができるだけ高く維持さ
れるように圧縮機100の吐出冷媒量(回転数)、及び
圧力制御弁300の開度を制御するものである。
作動を述べる。なお、本実施形態の作動は、第2実施形
態におけるS680以降を変更したのみであるので、第
2実施形態に対して変更された点のみを図17に示すフ
ローチャートに基づいて述べる。
冷媒温度センサ670の検出温度)Tdを読み込み(S
682)、高圧側の冷媒温度Tdが所定温度Tdo以下
であるか否かを判定し(S702)、高圧側の冷媒温度
Tdが所定温度Tdo以下のときには、第2実施形態の
S680以降を実施する(S702)。
doより高いときには、サイクルの実効率η(第1実施
形態に示された手法にて求めた実効率η)を演算し(S
712)、仮に圧縮機100の吐出冷媒量(回転数)は
変化させないで、圧力制御弁300の開度を拡大して所
定圧力(例えば、0.2MPa)低下させたときに、高
圧側の冷媒温度Tdが何度になるかをシミレーション
(演算)する(S722、S732)。
1理論冷媒温度Tdth1と所定温度Tdoとを比較し
(S742)、第1理論冷媒温度Tdth1が所定温度
Tdoより大きい場合には、第1理論冷媒温度Tdth
1が所定温度Tdo以下となるまでS722〜S742
を繰り返す。その後、第1理論冷媒温度Tdth1が所
定温度Tdo以下となったときには、第1理論冷媒温度
Tdth1が所定温度Tdo以下となったときのシミレ
ーション上の条件を用いてS712と同様な手法にてサ
イクルの実効率η1を演算する(S722)。
いで、圧縮機100の回転数を(例えば、500rp
m)低下させて吐出冷媒量を低下させたときに、高圧側
の冷媒温度Tdが何度になるかをシミレーション(演
算)する(S762、S772)。
2理論冷媒温度Tdth2と所定温度Tdoとを比較し
(S782)、第2理論冷媒温度Tdth2が所定温度
Tdoより大きい場合には、第2理論冷媒温度Tdth
2が所定温度Tdo以下となるまでS762〜S782
を繰り返す。その後、第2理論冷媒温度Tdth2が所
定温度Tdo以下となったときには、第2理論冷媒温度
Tdth2が所定温度Tdo以下となったときのシミレ
ーション上の条件を用いてS712と同様な手法にてサ
イクルの実効率η2を演算する(S792)。
効率η1とS792にて演算したサイクルの実効率η2
とを比較し(S802)、サイクルの実効率η1がサイ
クルの実効率η2より大きいときには、圧力制御弁30
0の開度を拡大して高圧側冷媒圧力を低下させ(S81
2)、一方、サイクルの実効率η1がサイクルの実効率
η2以下のときには、圧縮機100の回転数(吐出冷媒
量)を低下させる(S822)。そして、その後S68
2に戻る。
所定温度Tdo以下となるようにしつつ、サイクルの実
効率ηができるだけ高く維持されるように圧縮機100
の吐出冷媒量(回転数)、及び圧力制御弁300の開度
を制御するので、超臨界サイクルの構成機器が熱損傷し
てしまうことを防止しつつ、サイクルの実効率ηを高く
維持することができる。
係る超臨界冷凍サイクルを冷房用の空調装置に適用した
もので、冷房用の空調装置では、蒸発器400にて冷媒
と室内に吹き出す空気(空調風)とを熱交換して空調風
を冷却し、放熱器200にて冷媒と室外空気とを熱交換
して蒸発器400で吸熱した熱を外気中に放熱する点、
流出空気温度センサ650が蒸発器400から流出する
(蒸発器400にて冷却された)空気の温度を検出する
点、及びS230〜S270に示す高圧側冷媒圧力の制
御以外は、暖房用の空調装置(第1実施形態に係る空調
装置)と同様であるので、以下、S240との相違点を
中心に本実施形態を説明する。
界冷凍サイクル)の制御フローのうち、暖房用の空調装
置(第1実施形態に係る空調装置)の制御フローと相違
する部分(同じ部分は、同じ符号を記した。)を示した
フローチャートであり、S220にて目標吹出空気温度
Ttを演算した後、放熱器200の冷媒出口側での冷媒
温度(冷媒温度センサ610の検出温度)Tgを読み込
むとともに(S230)、インバータ電流から圧縮機1
00の駆動トルク(電動モータMの駆動トルク)が所定
トルク以下であるか否か判定する(S232)。
ータMの駆動トルク)とは、実際に発生している駆動ト
ルクは勿論、ECU700の制御目標駆動トルク(実際
には発生していない駆動トルク)も含むものである。ま
た、所定トルクは、圧縮機100(電動モータM)が発
揮し得る最大トルクに基づいて決定されるトルクであ
る。
トルク以下である場合には、冷媒温度Tgと放熱器20
0出口側の冷媒圧力とが図6に示す最適制御線ηで示さ
れる関係となるように圧力制御弁300を制御するとと
もに(第1高圧制御)、室内に吹き出す空気の温度(流
出空気温度センサ650の検出温度)Trが目標吹出空
気温度Ttとなるように圧縮機100の回転数を制御す
る(S241〜S270)。
ルクより大きい場合には、放熱器200出口側の冷媒圧
力が、最適制御線ηと冷媒温度Tgとの関係に基づいて
決定される目標高圧圧力Tpより低い圧力(本実施形態
では、例えば目標高圧圧力に対して1.1MPa低い圧
力)となるように圧力制御弁300の開度を制御すると
ともに(第2高圧制御)、室内に吹き出す空気の温度T
rが目標吹出空気温度Ttとなるように圧縮機100の
回転数を制御する(S242〜S270)。
冷凍能力)は、周知のごとく、蒸発器400の冷媒出口
側と冷媒入口側との比エンタルピ差と蒸発器400を流
通する冷媒の質量流量との積に等しいので、「室内に吹
き出す空気の温度Trが目標吹出空気温度Ttとなるよ
うに圧縮機100の回転数を制御する」とは、蒸発器4
00を流通する冷媒の質量流量を制御して蒸発器400
で発生する冷凍能力が所定能力となるように制御するこ
とに等しい。
い場合や冷却風の温度が高い場合には、放熱器200出
口側の冷媒圧力が上昇するので、圧力制御弁300は、
その開度を縮小させて放熱器200出口側の冷媒圧力を
最適制御線ηに沿って上昇させていく。
(高圧側の冷媒圧力)の上昇と共に、圧縮機100を駆
動するに必要なトルクが増大してくと、圧縮機100の
駆動源である電動モータMに通電するインバータ電流が
増加し、インバータ回路に過電流が流れるおそれがあ
る。
きい値を超えた時に)保護回路が働き、インバータ電流
が増大しなくなるので、放熱器200出口側の冷媒圧力
が上昇しなくなり、益々、圧力制御弁300の開度が縮
小していきく。このため、循環する冷媒の質量流量が低
下するので、所定の冷凍能力を発揮することができなく
なる。
大きくして保護回路が働くしきい値を大きくする、又は
電動モータMを大型化する等の手段が考えられるが、こ
の手段では空調装置の製造原価上昇を招いてしまう。
00の駆動トルクが所定トルク以下となるように圧力制
御弁300及び圧縮機100の吐出流量(回転数)を制
御するので、空調装置(超臨界冷凍サイクル)の製造原
価上昇を招くことなく、例えば放熱器200の冷却風の
風量が少ない場合や冷却風の温度が高い場合であっても
所定の冷凍能力を発揮することができる。
下の数式1により表される。
00の出口側から圧縮機100の吸入側までの圧力) PH:超臨界冷凍サイクルの高圧側圧力(圧縮機100
の出口側から圧力制御弁300の入口側までの圧力) このとき、圧力制御弁300の開度が大きくなり高圧側
圧力PHが低下すると、これに連動して低圧側圧力が上
昇するが、圧縮比αが小さくなるので、駆動トルクTは
小さくなる。一方、この状態で圧縮機100の回転数を
上昇させると、圧力制御弁300での圧力損失(減圧
度)が大きくなり低圧側圧力PLが低下するが、圧縮比
αが大きくなるので、駆動トルクTが増大する。
達した状態では、図19に示すように、インバータ電流
(駆動トルクT)が一定状態で圧縮機100の回転数が
上昇することにより必要とする目標冷凍能力を発揮して
いることが判る。
する駆動トルクが大きい領域(第2高圧制御)では、高
圧側圧力と放熱器200出口側の冷媒圧力とが最適制御
線ηに示す関係となっていなくても、成績係数(CO
P)は大きく悪化しない。
の駆動トルクTは高圧側圧力の上昇に応じて大きくなり
(数式1参照)、また、放熱器200の放熱能力が大き
く変化しないならば、高圧側圧力が上昇すると放熱器2
00出口側の冷媒温度が上昇する。
うに、放熱器200出口側の冷媒温度Tgが所定温度
(本実施形態では、45℃)より大きくなったときに
は、駆動トルクTが所定トルクを上回ったものと見なし
て、第2高圧制御を実行するものである。
く、駆動トルクTは低圧側圧力が変動しても変動するの
で、例えば蒸発器400に流入する空気の温度や風量が
変化すると、低圧側圧力が変動して駆動トルクTが変動
する。このため、第6実施形態のごとく、放熱器200
出口側の冷媒圧力Tgのみをパラメータとする制御で
は、必ずしも超臨界冷凍サイクルを最適に制御すること
ができない。
うに、放熱器200出口側の冷媒温度Tgが所定温度
(本実施形態では、45℃)より大きくなったときに
は、低圧側の圧力が高くなるほど、最適制御線ηと冷媒
温度Tgとの関係に基づいて決定される目標高圧圧力に
対して低下させる圧力の大きさ(以下、この低下させる
圧力の大きさを圧力補正量と呼ぶ。)が大きくなるよう
に補正する。
駆動トルクTが所定トルクより大きくなったとき、又は
放熱器200出口側の冷媒温度Tgが所定温度より大き
くなったときに第2高圧制御を実施したが、本実施形態
は、電動モータMに通電するインバータ電流(実際の通
電量ではなく、制御目標インバータ電流値)が所定電流
より大きくなって駆動トルクTが所定トルクより大きく
なるときは、図22に示すように、その制御目標インバ
ータ電流値に対する圧力補正量ΔPhを決定し、その決
定された圧力補正量ΔPhとなるように圧力制御弁30
0を制御するものである。
制御弁300にて高圧側圧力を補正した後、第5〜7実
施形態と同様に、室内に吹き出す空気の温度Trが目標
吹出空気温度Ttとなるように圧縮機100の回転数を
制御する。
形態と同様に、制御目標インバータ電流値に基づいて圧
力補正量ΔPhを決定する際に、図23に示すように、
低圧側の圧力が高くなるほど、圧力補正量ΔPhが大き
くなるように補正するものである。
施形態に係る空調装置とS230〜S270に示す高圧
側冷媒圧力の制御以外は同様であるので、以下、S24
0との相違点を中心に本実施形態を説明する。
ように、暖房運転時において、放熱器200出口側の冷
媒温度Tgと放熱器200内を流通する冷媒と熱交換す
る流体(つまり、室内に吹き出す空気)の温度Taとの
温度差ΔT(Tg−Ta)が所定温度差ΔTo以上であ
るときは、温度差ΔTが所定温度差ΔTo未満であると
きに比べて、圧縮機100の回転数を低下させて吐出流
量を低下させた状態で、最適制御線ηに従って放熱器2
00出口側の冷媒温度に基づいて決定される目標高圧圧
力Tpより高い目標圧力となるように圧力制御弁300
を補正制御するものである。
が、放熱器200の冷媒出口側における冷媒温度より低
い場合には、冷媒から空気に与えることが可能な熱量が
冷媒に残存していることを意味し、暖房効率(超臨界サ
イクルに投入したエネルギーに対して暖房能力として回
収することができた熱エネルギの比)は必ずしも高くな
い。
器200内での冷媒流速が大きく空気と冷媒との熱交換
時間が短いため、十分な量の熱量を冷媒から空気に与え
る(伝熱する)ことができない。一方、吐出流量を小さ
くすると、冷媒が放熱器200内を流通する間に空気に
対して与えることができる熱量を増大させて熱交換効率
を向上させることができるものの、吐出流量が減少して
いるので、室内に吹き出す空気に対して与えることがで
きる熱量の絶対量が減少してしまい、暖房能力が低下し
ていしまう。
時において、温度差ΔTが所定温度差ΔTo以上である
ときは、温度差ΔTが所定温度差ΔTo未満であるとき
に比べて、圧縮機100の回転数を低下させて吐出流量
を低下させた状態で、最適制御線ηに従って放熱器20
0出口側の冷媒温度に基づいて決定される目標高圧圧力
Tpより高い目標圧力となるように圧力制御弁300を
補正制御するので、放熱器200での熱交換効率を向上
させつつ、暖房能力が低下することを防止でき、暖房効
率を向上させることができる。
からも明らかなように、室内に吹き出す空気の温度は、
放熱器200の空気流れ下流側で検出することがの望ま
しいが、適切な値を温度差ΔToとして選定することに
より放熱器200の空気流れ上流側で室内に吹き出す空
気の温度を検出してもよい。
に示すように、第1実施形態に係る空調装置に対して、
空調ケーシング800のうち放熱器200より空気流れ
上流側を2つの通路に仕切ることにより、車室外の空気
を導入して放熱器200に導く外気通路810及び車室
内の空気を導入して放熱器200に導く内気通路820
を設けるとともに、放熱器200の冷媒出口側を外気通
路810側に位置させ、かつ、S230〜S270に示
す高圧側冷媒圧力の制御時に、下記に示すように圧力制
御弁300及び圧縮機100を制御するものである。な
お、空調ケーシング800は、放熱器200を収納する
とともに、室内に吹き出す空気の通路を構成するもので
ある。
気が導入されている状態においては、外気の温度(流入
空気温度センサ640の検出温度)に基づいて決定され
る目標高圧圧力となるように圧力制御弁300を制御し
つつ、室内に吹き出す空気の温度Trが目標吹出空気温
度Ttとなるように圧縮機100の回転数を制御するも
のである。
置において、外気通路810を流通する風量と内気通路
820を流通する風量とが略等しい状態において、外気
温度毎の成績係数(COP)と暖房能力(Qw)との関
係を示す試験結果であり、図26(b)〜28(b)か
ら明らかなように、圧縮機100の回転数(吐出流量)
によらず、外気温度に対して成績係数が最大となる高圧
側の冷媒圧力は、ほぼ一義的に決定することが判る。
とも外気通路810に外気が導入されている状態におい
ては、外気の温度に基づいて決定される目標高圧圧力と
なるように圧力制御弁300を制御しつつ、室内に吹き
出す空気の温度Trが目標吹出空気温度Ttとなるよう
に圧縮機100の回転数を制御すれば、第10実施形態
のごとく、温度差ΔTに基づいて圧力制御弁300を制
御するものに比べて、圧力制御弁300の制御を簡素化
することができる。
は、本発明に係る超臨界サイクルを暖房用の空調装置に
適用したが、冷房用の空調装置又は冷暖房切換可能な空
調装置にも適用することができる。
超臨界サイクルを空調装置に適用したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、給湯器や冷凍機等のその他
のものにも適用することができる。
度所定温度Tdoを越えたときに、圧縮機100の吐出
冷媒量及び圧力制御弁300の開度のいずれを制御する
かを決定した後にいずれか一方を制御したが、両者を同
時に制御してもよい。
酸化炭素を用いたが本発明に係る超臨界冷凍サイクルの
冷媒はこれに限定されるものではなく、例えば、エチレ
ン、エタン、酸化窒素等でもよい。
冷媒温度でなく、配管や熱交換器の表面温度から換算し
てもよい。同様に、他の検出値についても直接測るので
はなく、換算可能な信号を用いてもよい。
模式図である。
作動を示すフローチャートである。
作動を示すフローチャートである。
作動を示すフローチャートである。
作動を示すフローチャートである。
る。
る。
係を示すグラフである。
の作動を示すフローチャートである。
の作動を示すフローチャートである。
の作動を示すフローチャートである。
の作動を示すフローチャートである。
の作動を示すフローチャートである。
の模式図である。
の作動を示すフローチャートである。
の作動を示すフローチャートである。
における高圧側圧力と、成績係数(COP)、冷房能
力、圧縮機の回転数及びインバータ電流との関係を示す
グラフである。
における放熱器出口側の冷媒温度と高圧側圧力との関係
を示すグラフである。
における放熱器出口側の冷媒温度と高圧側圧力との関係
を示すグラフである。
における制御目標インバータ電流と圧力補正量との関係
を示すグラフである。
における制御目標インバータ電流と圧力補正量との関係
を示すグラフである。
におけるp−h線図である。
式図である。
暖房能力と高圧側圧力との関係を示すグラフであり、
(b)は外気温度が−20℃の場合における成績係数
(COP)と高圧側圧力との関係を示すグラフである。
暖房能力と高圧側圧力との関係を示すグラフであり、
(b)は外気温度が−10℃の場合における成績係数
(COP)と高圧側圧力との関係を示すグラフである。
能力と高圧側圧力との関係を示すグラフであり、(b)
は外気温度が0℃の場合における成績係数(COP)と
高圧側圧力との関係を示すグラフである。
弁、400…蒸発器、500…アキュムレータ、610
…冷媒温度センサ、620…第1圧力センサ、630…
第2圧力センサ、640…流入空気温度センサ、650
…流出空気温度センサ、660…設定温度入力手段
Claims (13)
- 【請求項1】 冷媒を蒸発及び圧縮することにより低温
側から高温側に熱を移動させるとともに、高圧側の冷媒
圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮機式冷
凍サイクルであって、 冷媒を吸入圧縮する圧縮機(100)と、 前記圧縮機(100)から吐出する冷媒を冷却する放熱
器(200)と、 前記放熱器(200)から流出する冷媒を減圧するとと
もに、開度を調節することにより高圧側の冷媒圧力を制
御する圧力制御弁(300)と、 前記圧力制御弁(300)にて減圧された冷媒を蒸発さ
せる蒸発器(400)と、 前記圧縮機(100)の吐出冷媒量及び前記圧力制御弁
(300)の開度を制御するサイクル制御手段(70
0)とを備えることを特徴とする超臨界蒸気圧縮機式冷
凍サイクル。 - 【請求項2】 冷媒を蒸発及び圧縮することにより低温
側から高温側に熱を移動させるとともに、高圧側の冷媒
圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮機式冷
凍サイクルであって、 冷媒を吸入圧縮する圧縮機(100)と、 前記圧縮機(100)から吐出する冷媒を冷却する放熱
器(200)と、 前記放熱器(200)から流出する冷媒を減圧するとと
もに、開度を調節することにより高圧側の冷媒圧力を制
御する圧力制御弁(300)と、 前記圧力制御弁(300)にて減圧された冷媒を蒸発さ
せる蒸発器(400)と、 冷凍サイクルの理論成績係数と前記圧縮機(100)の
効率とに基づいて前記圧縮機(100)の吐出冷媒量及
び前記圧力制御弁(300)の開度を制御するサイクル
制御手段(700)とを備えることを特徴とする超臨界
蒸気圧縮機式冷凍サイクル。 - 【請求項3】 冷媒を蒸発及び圧縮することにより低温
側から高温側に熱を移動させるとともに、高圧側の冷媒
圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮機式冷
凍サイクルであって、 冷媒を吸入圧縮する圧縮機(100)と、 前記圧縮機(100)から吐出する冷媒を冷却する放熱
器(200)と、 前記放熱器(200)から流出する冷媒を減圧するとと
もに、開度を調節することにより高圧側の冷媒圧力を制
御する圧力制御弁(300)と、 前記圧力制御弁(300)にて減圧された冷媒を蒸発さ
せる蒸発器(400)と、 実際に低温側から高温側に移動した熱量及び実際に前記
圧縮機(100)にて消費した消費動力から冷凍サイク
ルの実成績係数を演算し、その実成績係数に基づいて前
記圧縮機(100)の吐出冷媒量及び前記圧力制御弁
(300)の開度を制御するサイクル制御手段(70
0)とを備えることを特徴とする超臨界蒸気圧縮機式冷
凍サイクル。 - 【請求項4】 前記サイクル制御手段(700)は、前
記圧縮機(100)の吐出冷媒量を変化させた後に、前
記圧力制御弁(300)の開度を制御することを特徴と
する請求項1ないし3のいずれか1つに記載の超臨界蒸
気圧縮機式冷凍サイクル。 - 【請求項5】 前記サイクル制御手段(700)は、前
記圧力制御弁(300)の開度を変化させた後に、前記
圧縮機(100)の吐出冷媒量を制御することを特徴と
する請求項1ないし3のいずれか1つに記載の超臨界蒸
気圧縮機式冷凍サイクル。 - 【請求項6】 冷媒を蒸発及び圧縮することにより低温
側から高温側に熱を移動させるとともに、高圧側の冷媒
圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮機式冷
凍サイクルであって、 冷媒を吸入圧縮する圧縮機(100)と、 前記圧縮機(100)から吐出する冷媒を冷却する放熱
器(200)と、 前記放熱器(200)から流出する冷媒を減圧するとと
もに、開度を調節することにより高圧側の冷媒圧力を制
御する圧力制御弁(300)と、 前記圧力制御弁(300)にて減圧された冷媒を蒸発さ
せる蒸発器(400)と、 高圧側の冷媒温度を検出する高圧冷媒温度検出手段(6
70)と、 前記高圧冷媒温度検出手段(670)の検出温度が所定
温度以下となるように、前記圧縮機(100)の吐出冷
媒量及び前記圧力制御弁(300)の開度のうち少なく
とも一方を制御するサイクル制御手段(700)とを備
えることを特徴とする超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイク
ル。 - 【請求項7】 前記サイクル制御手段(700)は、前
記高圧冷媒温度検出手段(670)の検出温度が前記所
定温度を越えたときに、前記圧縮機(100)の吐出冷
媒量及び前記圧力制御弁(300)の開度のいずれを制
御するかを決定する決定手段(S712〜S802)を
有していることを特徴とする請求項6に記載の超臨界蒸
気圧縮機式冷凍サイクル。 - 【請求項8】 冷媒を蒸発及び圧縮することにより低温
側から高温側に熱を移動させるとともに、高圧側の冷媒
圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮機式冷
凍サイクルであって、 冷媒を吸入圧縮する圧縮機(100)と、 前記圧縮機(100)から吐出する冷媒を冷却する放熱
器(200)と、 前記放熱器(200)から流出する冷媒を減圧するとと
もに、前記放熱器(200)出口側の冷媒温度に基づい
て高圧側の冷媒圧力を制御する圧力制御弁(300)
と、 前記圧力制御弁(300)にて減圧された冷媒を蒸発さ
せる蒸発器(400)と、 前記圧縮機(100)の駆動トルクが所定トルク以下と
なるように、前記圧力制御弁(300)及び前記圧縮機
(100)の吐出流量を制御するサイクル制御手段(7
00)とを備えることを特徴とする超臨界蒸気圧縮機式
冷凍サイクル。 - 【請求項9】 前記サイクル制御手段(700)は、前
記駆動トルクが所定トルクとなったときには、高圧側の
冷媒圧力が前記放熱器(200)出口側の冷媒温度に基
づいて決定される目標高圧圧力より低くなるように前記
圧力制御弁(300)を制御するとともに、前記蒸発器
(400)で発生する冷凍能力が所定能力となるように
前記圧縮機(100)の吐出流量を制御することを特徴
とする請求項8に記載の超臨界蒸気圧縮式冷凍サイク
ル。 - 【請求項10】 前記圧縮機(100)は、インバータ
により可変制御され電動モータ(M)により駆動されて
おり、 前記駆動トルクを前記インバータの電流により検出する
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の超臨界蒸気圧
縮機式冷凍サイクル。 - 【請求項11】 冷媒を蒸発及び圧縮することにより低
温側から高温側に熱を移動させるとともに、高圧側の冷
媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮機式
冷凍サイクルを用いた空調装置であって、 冷媒を吸入圧縮する圧縮機(100)と、 前記圧縮機(100)から吐出する冷媒を冷却する放熱
器(200)と、 前記放熱器(200)から流出する冷媒を減圧するとと
もに、前記放熱器(200)出口側の冷媒温度に基づい
て高圧側の冷媒圧力を制御する圧力制御弁(300)
と、 前記圧力制御弁(300)にて減圧された冷媒を蒸発さ
せる蒸発器(400)と、 前記放熱器(200)出口側の冷媒温度と前記放熱器
(200)内を流通する冷媒と熱交換する流体の温度と
の温度差(ΔT)が所定温度差以上であるときは、前記
温度差(ΔT)が前記所定温度差未満であるときに比べ
て、前記圧縮機(100)の吐出流量を低下させた状態
で、前記放熱器(200)出口側の冷媒温度に基づいて
決定される目標高圧圧力より高い目標圧力となるように
前記圧力制御弁(300)を制御するサイクル制御手段
(700)とを備えることを特徴とする空調装置。 - 【請求項12】 冷媒を蒸発及び圧縮することにより低
温側から高温側に熱を移動させるとともに、高圧側の冷
媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮機式
冷凍サイクルを用いた空調装置であって、 冷媒を吸入圧縮する圧縮機(100)と、 前記圧縮機(100)から吐出する冷媒と室内に吹き出
す空気とを熱交換する放熱器(200)と、 前記放熱器(200)から流出する冷媒を減圧するとと
もに、前記放熱器(200)出口側の冷媒温度に基づい
て高圧側の冷媒圧力を制御する圧力制御弁(300)
と、 前記圧力制御弁(300)にて減圧された冷媒を蒸発さ
せて、室外空気から熱を回収する蒸発器(400)と、 前記放熱器(200)を収納するとともに、室内に吹き
出す空気の通路を形成する空調ケーシング(800)
と、 前記空調ケーシング(800)内のうち前記放熱器(2
00)より空気流れ上流側に設けられ、室外の空気を導
入して前記放熱器(200)に導く外気通路(810)
と、 前記空調ケーシング(800)内のうち前記放熱器(2
00)より空気流れ上流側に設けられ、室内の空気を導
入して前記放熱器(200)に導く内気通路(820)
とを備え、 前記放熱器(200)の冷媒出口側は、前記外気通路
(810)側に位置しており、 さらに、少なくとも前記外気通路(810)に外気が導
入されている状態においては、外気の温度に基づいて決
定される目標高圧圧力となるように前記圧力制御弁(3
00)を制御しつつ、前記圧縮機(100)の吐出冷媒
流量を制御することを特徴とする空調装置。 - 【請求項13】 冷媒として二酸化炭素を用いたことを
特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の
超臨界蒸気圧縮機式冷凍サイクル。
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