JP2003194432A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】内部熱交換器や膨張機を流れる冷媒の流れ方向
を運転モードにより逆転させる四方弁等を省略し、低コ
スト化で、高効率な冷凍サイクル装置を提供する。 【解決手段】二酸化炭素を冷媒として、冷凍サイクル装
置の運転モードによって内部熱交換器や膨張機を冷媒が
流れる方向が逆転する冷凍サイクル装置において、放熱
器の冷媒出口温度が比較的高温となる運転モードでは、
内部熱交換器、膨張機を作用させ、前記放熱器の冷媒出
口温度が比較的低温となる運転モードでは、内部熱交換
器、膨張機を作用させないように構成した冷凍サイクル
装置。
を運転モードにより逆転させる四方弁等を省略し、低コ
スト化で、高効率な冷凍サイクル装置を提供する。 【解決手段】二酸化炭素を冷媒として、冷凍サイクル装
置の運転モードによって内部熱交換器や膨張機を冷媒が
流れる方向が逆転する冷凍サイクル装置において、放熱
器の冷媒出口温度が比較的高温となる運転モードでは、
内部熱交換器、膨張機を作用させ、前記放熱器の冷媒出
口温度が比較的低温となる運転モードでは、内部熱交換
器、膨張機を作用させないように構成した冷凍サイクル
装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒として二酸化
炭素を使用した冷凍サイクル装置に関する。
炭素を使用した冷凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】空調機、カーエアコン、給湯器等には、
圧縮機、放熱器、減圧器、蒸発器等を接続してなる冷凍
サイクル装置が使われているが、この冷凍サイクル装置
内に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。
圧縮機、放熱器、減圧器、蒸発器等を接続してなる冷凍
サイクル装置が使われているが、この冷凍サイクル装置
内に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。
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（以下、ＣＯ2という）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、ＣＯ2冷媒を使用した冷凍サイクル装置
が提案されている（例えば特許文献１参照）。
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（以下、ＣＯ2という）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、ＣＯ2冷媒を使用した冷凍サイクル装置
が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】しかしながら、ＣＯ2冷媒は、臨界温度が
３１.０６℃と低く、通常の冷凍サイクル装置の高圧側
（圧縮機出口〜放熱器〜減圧器入口）ではＣＯ2冷媒の
凝縮が生じない超臨界サイクルとなりうる。また、ＣＯ
2冷媒は、従来の冷媒に比べて、物質のもつ理論効率が
低く、冷凍サイクル装置の運転効率が低下するといった
特徴を有する。
３１.０６℃と低く、通常の冷凍サイクル装置の高圧側
（圧縮機出口〜放熱器〜減圧器入口）ではＣＯ2冷媒の
凝縮が生じない超臨界サイクルとなりうる。また、ＣＯ
2冷媒は、従来の冷媒に比べて、物質のもつ理論効率が
低く、冷凍サイクル装置の運転効率が低下するといった
特徴を有する。
【０００６】このため、内部熱交換器や、膨張機を備え
ることで、冷凍サイクル装置の運転効率を向上させる方
法が提案されている。
ることで、冷凍サイクル装置の運転効率を向上させる方
法が提案されている。
【０００７】さらに、四方弁等を用いて、冷媒の流れ方
向を変更し、運転モードが切り替え可能な冷凍サイクル
装置、すなわち、利用側熱交換器を蒸発器、熱源側熱交
換器を放熱器として作用させる運転モードと、逆に、利
用側熱交換器を放熱器、熱源側熱交換器を蒸発器として
作用させる運転モードとを有する冷凍サイクル装置（例
えば、ヒートポンプ式冷暖房型空調機）などにおいて
も、内部熱交換器や膨張機を作用させる構成が提案され
ている（例えば特許文献２参照）。また、膨張機を備え
た冷凍サイクル装置において、暖房時と冷房時で冷媒の
流れが切り替わっても、膨張機と圧縮機の回転方向を常
に同じ方向とする四方弁を設けたものもある（例えば特
許文献３参照）。
向を変更し、運転モードが切り替え可能な冷凍サイクル
装置、すなわち、利用側熱交換器を蒸発器、熱源側熱交
換器を放熱器として作用させる運転モードと、逆に、利
用側熱交換器を放熱器、熱源側熱交換器を蒸発器として
作用させる運転モードとを有する冷凍サイクル装置（例
えば、ヒートポンプ式冷暖房型空調機）などにおいて
も、内部熱交換器や膨張機を作用させる構成が提案され
ている（例えば特許文献２参照）。また、膨張機を備え
た冷凍サイクル装置において、暖房時と冷房時で冷媒の
流れが切り替わっても、膨張機と圧縮機の回転方向を常
に同じ方向とする四方弁を設けたものもある（例えば特
許文献３参照）。
【０００８】これらの構成を、図１１を用いて説明す
る。図１１は、冷凍サイクル装置（例えば、ヒートポン
プ式冷暖房型空調機）を示す構成図であり、ＣＯ2冷媒
を用い、圧縮機１、四方弁２、４、熱源側熱交換器（例
えば、室外熱交換器）３、内部熱交換器５、減圧器６、
利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）７を基本構成
要素としている。
る。図１１は、冷凍サイクル装置（例えば、ヒートポン
プ式冷暖房型空調機）を示す構成図であり、ＣＯ2冷媒
を用い、圧縮機１、四方弁２、４、熱源側熱交換器（例
えば、室外熱交換器）３、内部熱交換器５、減圧器６、
利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）７を基本構成
要素としている。
【０００９】図中において、四方弁２、４の切り替え方
向、および、それに対応した冷媒の流れを、利用側熱交
換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モ
ード）時を実線で、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時を破線で、それ
ぞれ示している。
向、および、それに対応した冷媒の流れを、利用側熱交
換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モ
ード）時を実線で、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時を破線で、それ
ぞれ示している。
【００１０】まず、利用側熱交換器を蒸発器とする運転
モード（例えば、冷房運転モード）時の動作について説
明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧状
態となり、四方弁２を経て、熱源側熱交換器（例えば、
室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３で
は、ＣＯ2冷媒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する。そ
の後、ＣＯ2冷媒は、四方弁４を経て、内部熱交換器５
の高圧側流路（図示せず）においてさらに冷却される。
さらに、減圧器６では減圧されて、低圧の気液二相状態
となり、再び四方弁４を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、空気や水などの外部流体を冷却する。さらに、再
び四方弁２を経て、内部熱交換器５の低圧側流路（図示
せず）においてガス状態となり、再び圧縮機１に吸入さ
れる。このようなサイクルを繰り返すことにより、利用
側熱交換器７で吸熱による冷却作用、例えば、冷房を行
う。
モード（例えば、冷房運転モード）時の動作について説
明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧状
態となり、四方弁２を経て、熱源側熱交換器（例えば、
室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３で
は、ＣＯ2冷媒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する。そ
の後、ＣＯ2冷媒は、四方弁４を経て、内部熱交換器５
の高圧側流路（図示せず）においてさらに冷却される。
さらに、減圧器６では減圧されて、低圧の気液二相状態
となり、再び四方弁４を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、空気や水などの外部流体を冷却する。さらに、再
び四方弁２を経て、内部熱交換器５の低圧側流路（図示
せず）においてガス状態となり、再び圧縮機１に吸入さ
れる。このようなサイクルを繰り返すことにより、利用
側熱交換器７で吸熱による冷却作用、例えば、冷房を行
う。
【００１１】次に、利用側熱交換器を放熱器とする運転
モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について説
明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧状
態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例えば、
室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７で
は、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気液
二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱する。
その後、ＣＯ2冷媒は、四方弁４を経て、内部熱交換器
５の高圧側流路（図示せず）においてさらに冷却され
る。さらに、減圧器６では減圧されて、低圧の気液二相
状態となり、再び四方弁４を経て、熱源側熱交換器（例
えば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器
３では、空気や水などの外部流体から吸熱する。さら
に、再び四方弁２を経て、内部熱交換器５の低圧側流路
（図示せず）においてガス状態となり、再び圧縮機１に
吸入される。このようなサイクルを繰り返すことによ
り、利用側熱交換器７で放熱による加熱作用、例えば、
暖房を行う。
モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について説
明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧状
態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例えば、
室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７で
は、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気液
二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱する。
その後、ＣＯ2冷媒は、四方弁４を経て、内部熱交換器
５の高圧側流路（図示せず）においてさらに冷却され
る。さらに、減圧器６では減圧されて、低圧の気液二相
状態となり、再び四方弁４を経て、熱源側熱交換器（例
えば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器
３では、空気や水などの外部流体から吸熱する。さら
に、再び四方弁２を経て、内部熱交換器５の低圧側流路
（図示せず）においてガス状態となり、再び圧縮機１に
吸入される。このようなサイクルを繰り返すことによ
り、利用側熱交換器７で放熱による加熱作用、例えば、
暖房を行う。
【００１２】このように、運転モードによって内部熱交
換器５と減圧器６とをＣＯ2冷媒が流れる順序が逆転し
ないように、四方弁４を追加、構成することにより、利
用側熱交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷
房運転モード）、利用側熱交換器７を放熱器とする運転
モード（例えば、暖房運転モード）のいずれにおいて
も、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器を出た冷媒を
さらに冷却することで、蒸発器の入口エンタルピを減少
させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させること、ま
た、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下することか
ら、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイクル装置
の運転効率を向上させることができる。
換器５と減圧器６とをＣＯ2冷媒が流れる順序が逆転し
ないように、四方弁４を追加、構成することにより、利
用側熱交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷
房運転モード）、利用側熱交換器７を放熱器とする運転
モード（例えば、暖房運転モード）のいずれにおいて
も、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器を出た冷媒を
さらに冷却することで、蒸発器の入口エンタルピを減少
させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させること、ま
た、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下することか
ら、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイクル装置
の運転効率を向上させることができる。
【００１３】また、図１１の減圧器６を膨張機に変更す
ることで、利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モード
（例えば、冷房運転モード）、利用側熱交換器７を放熱
器とする運転モード（例えば、暖房運転モード）のいず
れにおいても、膨張機における膨張行程のエンタルピ差
に相当する動力が回収されること、また、ＣＯＰが最大
となる高圧側圧力も低下することから、ＣＯＰを向上さ
せることができ、冷凍サイクル装置の運転効率を向上さ
せることができる。
ることで、利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モード
（例えば、冷房運転モード）、利用側熱交換器７を放熱
器とする運転モード（例えば、暖房運転モード）のいず
れにおいても、膨張機における膨張行程のエンタルピ差
に相当する動力が回収されること、また、ＣＯＰが最大
となる高圧側圧力も低下することから、ＣＯＰを向上さ
せることができ、冷凍サイクル装置の運転効率を向上さ
せることができる。
【００１４】
【特許文献１】特公平７−１８６０２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０８３１７号公報
【特許文献３】特開２００１−６６００６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図１１に示
したような従来の構成の冷凍サイクル装置の場合には、
内部熱交換器や膨張機を流れる冷媒の流れ方向が運転モ
ードにより異なるのを防止するように構成しているため
に、新たに四方弁４が必要となり、構成も複雑で、コス
トが高いといった課題がある。
したような従来の構成の冷凍サイクル装置の場合には、
内部熱交換器や膨張機を流れる冷媒の流れ方向が運転モ
ードにより異なるのを防止するように構成しているため
に、新たに四方弁４が必要となり、構成も複雑で、コス
トが高いといった課題がある。
【００１６】本発明は、上述した課題に対して、ＣＯ2
冷媒を使用した空調冷凍装置において、ＣＯ2冷媒の特
性を考慮して、高コストの課題を解決し、かつ、運転効
率の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的とする
ものである。
冷媒を使用した空調冷凍装置において、ＣＯ2冷媒の特
性を考慮して、高コストの課題を解決し、かつ、運転効
率の高い冷凍サイクル装置を提供することを目的とする
ものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
冷凍サイクル装置は、内部熱交換器と減圧器における二
酸化炭素冷媒の流れる順序が運転モードによって逆転す
る冷凍サイクル装置において、放熱器の冷媒出口温度が
他の運転モードの時よりも高温となる運転モードでは前
記内部熱交換器による熱交換を機能させ、前記放熱器の
冷媒出口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運
転モードでは前記内部熱交換器による熱交換を機能させ
ないように構成したことを特徴とする。請求項２記載の
本発明の冷凍サイクル装置は、内部熱交換器と減圧器に
おける二酸化炭素冷媒の流れる順序が運転モードによっ
て逆転する冷凍サイクル装置において、放熱器の冷媒出
口温度が他の運転モードの時よりも高温となる運転モー
ドでは圧縮機、放熱器、内部熱交換器、減圧器、蒸発
器、内部熱交換器の順に前記二酸化炭素冷媒を循環さ
せ、前記放熱器の冷媒出口温度が他の運転モードの時よ
りも低温となる運転モードでは圧縮機、放熱器、減圧
器、内部熱交換器、蒸発器、内部熱交換器の順に前記二
酸化炭素冷媒を循環させるように構成したことを特徴と
する。請求項３記載の本発明は、請求項２記載の冷凍サ
イクル装置において、前記内部熱交換器の高圧側流路を
バイパスするバイパス流路、および前記バイパス流路に
設けられた逆止弁とをさらに有し、前記放熱器の冷媒出
口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運転モー
ドでは前記内部熱交換器をバイパスさせて前記二酸化炭
素冷媒を循環させるように構成したことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項２記載の冷凍サイクル
装置において、前記内部熱交換器の低圧側流路をバイパ
スするバイパス流路、および前記バイパス流路に設けら
れた電磁弁とをさらに有し、放熱器の冷媒出口温度が他
の運転モードの時よりも低温となる運転モードでは、前
記内部熱交換器をバイパスさせて前記二酸化炭素冷媒を
循環させるように構成したことを特徴とする。請求項５
記載の本発明の冷凍サイクル装置は、第一減圧器、内部
熱交換器、第二減圧器における二酸化炭素冷媒が流れる
順序が運転モードによって逆転する冷凍サイクル装置に
おいて、前記第一減圧器及び前記第二減圧器のうち、前
記内部熱交換器の高圧側流路の下流側に位置する方の減
圧器で減圧させるように構成し、放熱器の冷媒出口温度
が他の運転モードの時よりも高温となる運転モードでは
前記内部熱交換器の高圧側流路と低圧側流路のそれぞれ
の冷媒流れ方向が対向流となるように構成し、前記放熱
器の冷媒出口温度が他の運転モードの時よりも低温とな
る運転モードでは前記内部熱交換器の高圧側流路と低圧
側流路のそれぞれの冷媒流れ方向が並行流となるように
構成したことを特徴とする。請求項６記載の本発明の冷
凍サイクル装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機と
利用側熱交換器とを有し、前記圧縮機から吐出される二
酸化炭素冷媒が流れる方向が運転モードによって逆転す
る冷凍サイクル装置において、前記熱源側熱交換器を放
熱器として用いる運転モード及び前記利用側熱交換器を
放熱器として用いる運転モードのうち、前記放熱器の冷
媒出口温度が、より低温となる方の運転モードでは、前
記膨張機をバイパスさせて前記二酸化炭素冷媒を循環さ
せる構成としたことを特徴とする。請求項７記載の本発
明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と膨
張機と利用側熱交換器とを有し、前記圧縮機から吐出さ
れる二酸化炭素冷媒が流れる方向が運転モードによって
逆転する冷凍サイクル装置において、前記膨張機の前後
の圧力差が小さい運転モードでは、前記膨張機をバイパ
スさせて前記二酸化炭素冷媒を循環させる構成としたこ
とを特徴とする。請求項８記載の本発明の冷凍サイクル
装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機と利用側熱交
換器とを有し、前記圧縮機から吐出される二酸化炭素冷
媒が流れる方向が運転モードによって逆転する冷凍サイ
クル装置において、前記利用側熱交換器を放熱器とする
運転モードでは、前記膨張機をバイパスさせて前記二酸
化炭素冷媒を循環させる構成としたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項６から請求項８のいず
れかに記載の冷凍サイクル装置において、前記熱源側熱
交換器と前記膨張機との間の流路と、前記圧縮機に導入
される側の低圧側流路とを熱交換させる内部熱交換器を
有することを特徴とする。請求項１０記載の本発明は、
請求項６から請求項８のいずれかに記載の冷凍サイクル
装置において、前記膨張機をバイパスさせるバイパス回
路に減圧器を有し、前記減圧器の開度を調整することで
前記膨張機に流入する二酸化炭素冷媒量を変更すること
を特徴とする。請求項１１記載の本発明は、請求項６か
ら請求項８のいずれかに記載の冷凍サイクル装置におい
て、前記膨張機の流入側に予膨張弁を設けることを特徴
とする。請求項１２記載の本発明は、請求項１１に記載
の冷凍サイクル装置において、ＣＯＰが最大となるよう
に、前記圧縮機の出口から前記膨張機の入口までの圧力
を、前記膨張機をバイパスさせるバイパス回路に備えら
れた減圧器、かつ／または、前記予膨張弁の開度調節に
より制御することを特徴とする。請求項１３記載の本発
明は、請求項６から請求項８のいずれかに記載の冷凍サ
イクル装置において、前記膨張機の駆動軸と前記圧縮機
の駆動軸とを連結することを特徴とする。請求項１４記
載の本発明は、請求項６から請求項８のいずれかに記載
の冷凍サイクル装置において、前記膨張機の駆動軸に発
電機の駆動軸を連結することを特徴とする。請求項１５
記載の本発明は、請求項１４に記載の冷凍サイクル装置
において、前記発電機によって発生する電力によってペ
ルチェ素子を作動させることを特徴とする。請求項１６
記載の本発明の冷凍サイクル装置は、二酸化炭素冷媒の
流れる順序が運転モードによって逆転する冷凍サイクル
装置において、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張機、利用
側熱交換器の順に前記二酸化炭素冷媒を循環させ、前記
利用側熱交換器を蒸発器として利用する運転モードで
は、前記膨張機で回収した動力で発電し、この発電した
電力によってペルチェ素子を作動させ、前記ペルチェ素
子を用いて前記利用側熱交換器の入口側の冷媒を冷却す
ることを特徴とする。請求項１７記載の本発明の冷凍サ
イクル装置は、二酸化炭素冷媒の流れる順序が運転モー
ドによって逆転する冷凍サイクル装置において、圧縮
機、熱源側熱交換器、膨張機、利用側熱交換器の順に前
記二酸化炭素冷媒を循環させ、前記利用側熱交換器を蒸
発器として利用する運転モードでは、前記膨張機で回収
した動力で発電し、この発電した電力によってペルチェ
素子を作動させ、前記ペルチェ素子を用いて冷却又は除
湿を行うことを特徴とする。請求項１８記載の本発明
は、請求項１から請求項４及び請求項９のいずれかに記
載の冷凍サイクル装置において、放熱器の冷媒出口温度
が高温となる運転モードで、前記内部熱交換器の高圧側
流路と低圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方向が対向流と
なるように構成したことを特徴とする。請求項１９記載
の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の
冷凍サイクル装置において、放熱器の冷媒出口温度が他
の運転モードの時よりも高温となる運転モードが冷房運
転モードであり、前記放熱器の冷媒出口温度が他の運転
モードの時よりも低温となる運転モードが暖房運転モー
ドであることを特徴とする。
冷凍サイクル装置は、内部熱交換器と減圧器における二
酸化炭素冷媒の流れる順序が運転モードによって逆転す
る冷凍サイクル装置において、放熱器の冷媒出口温度が
他の運転モードの時よりも高温となる運転モードでは前
記内部熱交換器による熱交換を機能させ、前記放熱器の
冷媒出口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運
転モードでは前記内部熱交換器による熱交換を機能させ
ないように構成したことを特徴とする。請求項２記載の
本発明の冷凍サイクル装置は、内部熱交換器と減圧器に
おける二酸化炭素冷媒の流れる順序が運転モードによっ
て逆転する冷凍サイクル装置において、放熱器の冷媒出
口温度が他の運転モードの時よりも高温となる運転モー
ドでは圧縮機、放熱器、内部熱交換器、減圧器、蒸発
器、内部熱交換器の順に前記二酸化炭素冷媒を循環さ
せ、前記放熱器の冷媒出口温度が他の運転モードの時よ
りも低温となる運転モードでは圧縮機、放熱器、減圧
器、内部熱交換器、蒸発器、内部熱交換器の順に前記二
酸化炭素冷媒を循環させるように構成したことを特徴と
する。請求項３記載の本発明は、請求項２記載の冷凍サ
イクル装置において、前記内部熱交換器の高圧側流路を
バイパスするバイパス流路、および前記バイパス流路に
設けられた逆止弁とをさらに有し、前記放熱器の冷媒出
口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運転モー
ドでは前記内部熱交換器をバイパスさせて前記二酸化炭
素冷媒を循環させるように構成したことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項２記載の冷凍サイクル
装置において、前記内部熱交換器の低圧側流路をバイパ
スするバイパス流路、および前記バイパス流路に設けら
れた電磁弁とをさらに有し、放熱器の冷媒出口温度が他
の運転モードの時よりも低温となる運転モードでは、前
記内部熱交換器をバイパスさせて前記二酸化炭素冷媒を
循環させるように構成したことを特徴とする。請求項５
記載の本発明の冷凍サイクル装置は、第一減圧器、内部
熱交換器、第二減圧器における二酸化炭素冷媒が流れる
順序が運転モードによって逆転する冷凍サイクル装置に
おいて、前記第一減圧器及び前記第二減圧器のうち、前
記内部熱交換器の高圧側流路の下流側に位置する方の減
圧器で減圧させるように構成し、放熱器の冷媒出口温度
が他の運転モードの時よりも高温となる運転モードでは
前記内部熱交換器の高圧側流路と低圧側流路のそれぞれ
の冷媒流れ方向が対向流となるように構成し、前記放熱
器の冷媒出口温度が他の運転モードの時よりも低温とな
る運転モードでは前記内部熱交換器の高圧側流路と低圧
側流路のそれぞれの冷媒流れ方向が並行流となるように
構成したことを特徴とする。請求項６記載の本発明の冷
凍サイクル装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機と
利用側熱交換器とを有し、前記圧縮機から吐出される二
酸化炭素冷媒が流れる方向が運転モードによって逆転す
る冷凍サイクル装置において、前記熱源側熱交換器を放
熱器として用いる運転モード及び前記利用側熱交換器を
放熱器として用いる運転モードのうち、前記放熱器の冷
媒出口温度が、より低温となる方の運転モードでは、前
記膨張機をバイパスさせて前記二酸化炭素冷媒を循環さ
せる構成としたことを特徴とする。請求項７記載の本発
明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と膨
張機と利用側熱交換器とを有し、前記圧縮機から吐出さ
れる二酸化炭素冷媒が流れる方向が運転モードによって
逆転する冷凍サイクル装置において、前記膨張機の前後
の圧力差が小さい運転モードでは、前記膨張機をバイパ
スさせて前記二酸化炭素冷媒を循環させる構成としたこ
とを特徴とする。請求項８記載の本発明の冷凍サイクル
装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機と利用側熱交
換器とを有し、前記圧縮機から吐出される二酸化炭素冷
媒が流れる方向が運転モードによって逆転する冷凍サイ
クル装置において、前記利用側熱交換器を放熱器とする
運転モードでは、前記膨張機をバイパスさせて前記二酸
化炭素冷媒を循環させる構成としたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項６から請求項８のいず
れかに記載の冷凍サイクル装置において、前記熱源側熱
交換器と前記膨張機との間の流路と、前記圧縮機に導入
される側の低圧側流路とを熱交換させる内部熱交換器を
有することを特徴とする。請求項１０記載の本発明は、
請求項６から請求項８のいずれかに記載の冷凍サイクル
装置において、前記膨張機をバイパスさせるバイパス回
路に減圧器を有し、前記減圧器の開度を調整することで
前記膨張機に流入する二酸化炭素冷媒量を変更すること
を特徴とする。請求項１１記載の本発明は、請求項６か
ら請求項８のいずれかに記載の冷凍サイクル装置におい
て、前記膨張機の流入側に予膨張弁を設けることを特徴
とする。請求項１２記載の本発明は、請求項１１に記載
の冷凍サイクル装置において、ＣＯＰが最大となるよう
に、前記圧縮機の出口から前記膨張機の入口までの圧力
を、前記膨張機をバイパスさせるバイパス回路に備えら
れた減圧器、かつ／または、前記予膨張弁の開度調節に
より制御することを特徴とする。請求項１３記載の本発
明は、請求項６から請求項８のいずれかに記載の冷凍サ
イクル装置において、前記膨張機の駆動軸と前記圧縮機
の駆動軸とを連結することを特徴とする。請求項１４記
載の本発明は、請求項６から請求項８のいずれかに記載
の冷凍サイクル装置において、前記膨張機の駆動軸に発
電機の駆動軸を連結することを特徴とする。請求項１５
記載の本発明は、請求項１４に記載の冷凍サイクル装置
において、前記発電機によって発生する電力によってペ
ルチェ素子を作動させることを特徴とする。請求項１６
記載の本発明の冷凍サイクル装置は、二酸化炭素冷媒の
流れる順序が運転モードによって逆転する冷凍サイクル
装置において、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張機、利用
側熱交換器の順に前記二酸化炭素冷媒を循環させ、前記
利用側熱交換器を蒸発器として利用する運転モードで
は、前記膨張機で回収した動力で発電し、この発電した
電力によってペルチェ素子を作動させ、前記ペルチェ素
子を用いて前記利用側熱交換器の入口側の冷媒を冷却す
ることを特徴とする。請求項１７記載の本発明の冷凍サ
イクル装置は、二酸化炭素冷媒の流れる順序が運転モー
ドによって逆転する冷凍サイクル装置において、圧縮
機、熱源側熱交換器、膨張機、利用側熱交換器の順に前
記二酸化炭素冷媒を循環させ、前記利用側熱交換器を蒸
発器として利用する運転モードでは、前記膨張機で回収
した動力で発電し、この発電した電力によってペルチェ
素子を作動させ、前記ペルチェ素子を用いて冷却又は除
湿を行うことを特徴とする。請求項１８記載の本発明
は、請求項１から請求項４及び請求項９のいずれかに記
載の冷凍サイクル装置において、放熱器の冷媒出口温度
が高温となる運転モードで、前記内部熱交換器の高圧側
流路と低圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方向が対向流と
なるように構成したことを特徴とする。請求項１９記載
の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の
冷凍サイクル装置において、放熱器の冷媒出口温度が他
の運転モードの時よりも高温となる運転モードが冷房運
転モードであり、前記放熱器の冷媒出口温度が他の運転
モードの時よりも低温となる運転モードが暖房運転モー
ドであることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明による第１の実施の形態
は、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モードの時よりも
高温となる運転モードでは内部熱交換器による熱交換を
機能させることでＣＯＰの向上を図り、放熱器の冷媒出
口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運転モー
ドではＣＯＰの向上効果が小さいことから、内部熱交換
器による熱交換を機能させないことで四方弁などを追加
しないで冷凍サイクルを実現するものである。本発明に
よる第２の実施の形態は、放熱器の冷媒出口温度が他の
運転モードの時よりも高温となる運転モードでは、内部
熱交換器に放熱器から流出する冷媒と圧縮機に吸入され
る冷媒を流し、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モード
の時よりも低温となる運転モードでは、内部熱交換器に
蒸発器に流入する冷媒と圧縮機に吸入される冷媒を流す
ことで、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モードの時よ
りも高温となる運転モードに、内部熱交換器による熱交
換を機能させるものである。本発明による第３及び第４
の実施の形態は、第２の実施の形態において、放熱器の
冷媒出口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運
転モードでは内部熱交換器をバイパスさせることで、内
部熱交換器による圧力損出を低減することができる。本
発明による第５の実施の形態は、第一減圧器、内部熱交
換器、第二減圧器における二酸化炭素冷媒が流れる順序
が運転モードによって逆転する冷凍サイクル装置におい
て、第一減圧器及び第二減圧器のうち、内部熱交換器の
高圧側流路の下流側に位置する方の減圧器で減圧させる
ように構成し、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モード
の時よりも高温となる運転モードでは内部熱交換器の高
圧側流路と低圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方向が対向
流となるように構成し、放熱器の冷媒出口温度が他の運
転モードの時よりも低温となる運転モードでは内部熱交
換器の高圧側流路と低圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方
向が並行流となるように構成したものである。本実施の
形態によれば、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モード
の時よりも低温となる運転モードでは内部熱交換器によ
る効率的な熱交換が行われないが、放熱器の冷媒出口温
度が低温の場合には内部熱交換器によるＣＯＰの向上率
は小さいために運転効率は実質的にはほとんど低下する
ことがなく、一方で内部熱交換器の高圧側流路の流れを
常に同一方向とするための冷媒切り替え手段を設けない
ためコスト高や圧力損出を生じることがない。本発明に
よる第６の実施の形態は、放熱器の冷媒出口温度が、よ
り低温となる方の運転モードでは、膨張機をバイパスさ
せて二酸化炭素冷媒を循環させる構成としたものであ
る。本発明による第７の実施の形態は、膨張機の前後の
圧力差が小さい運転モードでは、膨張機をバイパスさせ
て二酸化炭素冷媒を循環させる構成としたものである。
本発明による第８の実施の形態は、利用側熱交換器を放
熱器とする運転モードでは、膨張機をバイパスさせて二
酸化炭素冷媒を循環させる構成としたものである。第６
から第８の実施の形態によれば、効率を大きく低下させ
ることなく、新たに四方弁等を追加することによる高コ
スト化することもなしに高効率な冷凍サイクル装置を実
現することができる。本発明による第９の実施の形態
は、第６から第８の実施の形態において、熱源側熱交換
器と膨張機との間の流路と、圧縮機に導入される側の低
圧側流路とを熱交換させる内部熱交換器を設けること
で、ＣＯＰの向上を図ることができる。本発明による第
１０の実施の形態は、第６から第８の実施の形態におい
て、膨張機をバイパスさせるバイパス回路に減圧器を有
し、減圧器の開度を調整することで膨張機に流入する二
酸化炭素冷媒量を変更することで、膨張機の動作圧力を
最適に保つように制御することができる。本発明による
第１１の実施の形態は、第６から第８の実施の形態にお
いて、膨張機の流入側に予膨張弁を設けることで、この
予膨張弁によって冷媒密度を変更させ、膨張機を流れる
冷媒の流量を変更するように制御することができる。本
発明による第１２の実施の形態は、第１１の実施の形態
において、膨張機をバイパスさせるバイパス回路に備え
られた減圧器、かつ／または、予膨張弁の開度調節によ
り、圧縮機の出口から膨張機の入口までの圧力を、ＣＯ
Ｐが最大となるように制御できる。本発明による第１３
の実施の形態は、第６から第８の実施の形態において、
膨張機の駆動軸と圧縮機の駆動軸とを連結することで、
膨張機で回収した動力を直接圧縮機の駆動力の一部とし
て利用することができる。本発明による第１４の実施の
形態は、第６から第８の実施の形態において、膨張機の
駆動軸に発電機の駆動軸を連結することで、膨張機で回
収した動力を電力として変換することができる。本発明
による第１５の実施の形態は、第１４の実施の形態にお
いて、発電機によって発生する電力によってペルチェ素
子を作動させることで、冷凍サイクル装置の運転時に、
冷却用又は加熱用としてペルチェ素子を利用することが
できるので蓄電することなく膨張機で回収した電力を利
用することができる。本発明による第１６の実施の形態
は、利用側熱交換器を蒸発器として利用する運転モード
では、膨張機で回収した動力で発電し、この発電した電
力によってペルチェ素子を作動させ、ペルチェ素子を用
いて利用側熱交換器の入口側の冷媒を冷却することで、
利用側熱交換器での冷房能力を増加させ、効率的な冷房
運転を行うことができる。本発明による第１７の実施の
形態は、利用側熱交換器を蒸発器として利用する運転モ
ードでは、膨張機で回収した動力で発電し、この発電し
た電力によってペルチェ素子を作動させ、ペルチェ素子
を用いて冷却又は除湿を行うことで、利用側熱交換器で
の冷房負荷を減じることで効率的な冷房運転を行うこと
ができ、又は利用側熱交換器での冷房能力を低下させる
ことなく除湿機能を付加することができる。本発明によ
る第１８の実施の形態は、第１から第４、又は第９の実
施の形態において、放熱器の冷媒出口温度が高温となる
運転モードで、内部熱交換器の高圧側流路と低圧側流路
のそれぞれの冷媒流れ方向が対向流となるように構成し
たことで、ＣＯＰの向上割合の高い運転状態で、ＣＯＰ
の向上を効果的に図ることができる。本発明による第１
９の実施の形態は、第１から第５の実施の形態におい
て、冷房運転モードと暖房運転モードを備えた冷暖房装
置として、ＣＯＰの向上割合の高い運転状態で、ＣＯＰ
の向上を効果的に図ることができる。
は、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モードの時よりも
高温となる運転モードでは内部熱交換器による熱交換を
機能させることでＣＯＰの向上を図り、放熱器の冷媒出
口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運転モー
ドではＣＯＰの向上効果が小さいことから、内部熱交換
器による熱交換を機能させないことで四方弁などを追加
しないで冷凍サイクルを実現するものである。本発明に
よる第２の実施の形態は、放熱器の冷媒出口温度が他の
運転モードの時よりも高温となる運転モードでは、内部
熱交換器に放熱器から流出する冷媒と圧縮機に吸入され
る冷媒を流し、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モード
の時よりも低温となる運転モードでは、内部熱交換器に
蒸発器に流入する冷媒と圧縮機に吸入される冷媒を流す
ことで、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モードの時よ
りも高温となる運転モードに、内部熱交換器による熱交
換を機能させるものである。本発明による第３及び第４
の実施の形態は、第２の実施の形態において、放熱器の
冷媒出口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運
転モードでは内部熱交換器をバイパスさせることで、内
部熱交換器による圧力損出を低減することができる。本
発明による第５の実施の形態は、第一減圧器、内部熱交
換器、第二減圧器における二酸化炭素冷媒が流れる順序
が運転モードによって逆転する冷凍サイクル装置におい
て、第一減圧器及び第二減圧器のうち、内部熱交換器の
高圧側流路の下流側に位置する方の減圧器で減圧させる
ように構成し、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モード
の時よりも高温となる運転モードでは内部熱交換器の高
圧側流路と低圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方向が対向
流となるように構成し、放熱器の冷媒出口温度が他の運
転モードの時よりも低温となる運転モードでは内部熱交
換器の高圧側流路と低圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方
向が並行流となるように構成したものである。本実施の
形態によれば、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モード
の時よりも低温となる運転モードでは内部熱交換器によ
る効率的な熱交換が行われないが、放熱器の冷媒出口温
度が低温の場合には内部熱交換器によるＣＯＰの向上率
は小さいために運転効率は実質的にはほとんど低下する
ことがなく、一方で内部熱交換器の高圧側流路の流れを
常に同一方向とするための冷媒切り替え手段を設けない
ためコスト高や圧力損出を生じることがない。本発明に
よる第６の実施の形態は、放熱器の冷媒出口温度が、よ
り低温となる方の運転モードでは、膨張機をバイパスさ
せて二酸化炭素冷媒を循環させる構成としたものであ
る。本発明による第７の実施の形態は、膨張機の前後の
圧力差が小さい運転モードでは、膨張機をバイパスさせ
て二酸化炭素冷媒を循環させる構成としたものである。
本発明による第８の実施の形態は、利用側熱交換器を放
熱器とする運転モードでは、膨張機をバイパスさせて二
酸化炭素冷媒を循環させる構成としたものである。第６
から第８の実施の形態によれば、効率を大きく低下させ
ることなく、新たに四方弁等を追加することによる高コ
スト化することもなしに高効率な冷凍サイクル装置を実
現することができる。本発明による第９の実施の形態
は、第６から第８の実施の形態において、熱源側熱交換
器と膨張機との間の流路と、圧縮機に導入される側の低
圧側流路とを熱交換させる内部熱交換器を設けること
で、ＣＯＰの向上を図ることができる。本発明による第
１０の実施の形態は、第６から第８の実施の形態におい
て、膨張機をバイパスさせるバイパス回路に減圧器を有
し、減圧器の開度を調整することで膨張機に流入する二
酸化炭素冷媒量を変更することで、膨張機の動作圧力を
最適に保つように制御することができる。本発明による
第１１の実施の形態は、第６から第８の実施の形態にお
いて、膨張機の流入側に予膨張弁を設けることで、この
予膨張弁によって冷媒密度を変更させ、膨張機を流れる
冷媒の流量を変更するように制御することができる。本
発明による第１２の実施の形態は、第１１の実施の形態
において、膨張機をバイパスさせるバイパス回路に備え
られた減圧器、かつ／または、予膨張弁の開度調節によ
り、圧縮機の出口から膨張機の入口までの圧力を、ＣＯ
Ｐが最大となるように制御できる。本発明による第１３
の実施の形態は、第６から第８の実施の形態において、
膨張機の駆動軸と圧縮機の駆動軸とを連結することで、
膨張機で回収した動力を直接圧縮機の駆動力の一部とし
て利用することができる。本発明による第１４の実施の
形態は、第６から第８の実施の形態において、膨張機の
駆動軸に発電機の駆動軸を連結することで、膨張機で回
収した動力を電力として変換することができる。本発明
による第１５の実施の形態は、第１４の実施の形態にお
いて、発電機によって発生する電力によってペルチェ素
子を作動させることで、冷凍サイクル装置の運転時に、
冷却用又は加熱用としてペルチェ素子を利用することが
できるので蓄電することなく膨張機で回収した電力を利
用することができる。本発明による第１６の実施の形態
は、利用側熱交換器を蒸発器として利用する運転モード
では、膨張機で回収した動力で発電し、この発電した電
力によってペルチェ素子を作動させ、ペルチェ素子を用
いて利用側熱交換器の入口側の冷媒を冷却することで、
利用側熱交換器での冷房能力を増加させ、効率的な冷房
運転を行うことができる。本発明による第１７の実施の
形態は、利用側熱交換器を蒸発器として利用する運転モ
ードでは、膨張機で回収した動力で発電し、この発電し
た電力によってペルチェ素子を作動させ、ペルチェ素子
を用いて冷却又は除湿を行うことで、利用側熱交換器で
の冷房負荷を減じることで効率的な冷房運転を行うこと
ができ、又は利用側熱交換器での冷房能力を低下させる
ことなく除湿機能を付加することができる。本発明によ
る第１８の実施の形態は、第１から第４、又は第９の実
施の形態において、放熱器の冷媒出口温度が高温となる
運転モードで、内部熱交換器の高圧側流路と低圧側流路
のそれぞれの冷媒流れ方向が対向流となるように構成し
たことで、ＣＯＰの向上割合の高い運転状態で、ＣＯＰ
の向上を効果的に図ることができる。本発明による第１
９の実施の形態は、第１から第５の実施の形態におい
て、冷房運転モードと暖房運転モードを備えた冷暖房装
置として、ＣＯＰの向上割合の高い運転状態で、ＣＯＰ
の向上を効果的に図ることができる。
【００１９】
【実施例】図１および図２は、ＣＯ2冷媒を用いたヒー
トポンプ式冷暖房型空調機を、内部熱交換器を作用させ
る場合と作用させない場合について、冷房運転と暖房運
転２つの運転モードで実験し、比較検討した結果から推
定した特性図である。
トポンプ式冷暖房型空調機を、内部熱交換器を作用させ
る場合と作用させない場合について、冷房運転と暖房運
転２つの運転モードで実験し、比較検討した結果から推
定した特性図である。
【００２０】図１は、放熱器出口温度と内部熱交換器を
作用させることによるＣＯＰの向上率（内部熱交換器を
作用させる場合のＣＯＰが内部熱交換器を作用させない
場合のＣＯＰからの向上する率）を示した特性図であ
る。図１では、蒸発温度などの違いによりデータに多少
のばらつきがあるものの、内部熱交換器を作用させるこ
とによる冷凍サイクルのＣＯＰ向上率（すなわち冷凍サ
イクル装置の運転効率の向上率）は、放熱器出口温度が
比較的高温であれば、内部熱交換器を作用させることに
よるＣＯＰ向上効果が大きく、放熱器出口温度が比較的
低温であれば、内部熱交換器を作用させることによるＣ
ＯＰ向上効果が小さいことが明らかになった。
作用させることによるＣＯＰの向上率（内部熱交換器を
作用させる場合のＣＯＰが内部熱交換器を作用させない
場合のＣＯＰからの向上する率）を示した特性図であ
る。図１では、蒸発温度などの違いによりデータに多少
のばらつきがあるものの、内部熱交換器を作用させるこ
とによる冷凍サイクルのＣＯＰ向上率（すなわち冷凍サ
イクル装置の運転効率の向上率）は、放熱器出口温度が
比較的高温であれば、内部熱交換器を作用させることに
よるＣＯＰ向上効果が大きく、放熱器出口温度が比較的
低温であれば、内部熱交換器を作用させることによるＣ
ＯＰ向上効果が小さいことが明らかになった。
【００２１】この理由については、図２に示す放熱器出
口温度とＣＯＰが最大となる高圧側圧力の低下量（内部
熱交換器を作用させない場合のＣＯＰが最大となる高圧
側圧力と内部熱交換器を作用させる場合のＣＯＰが最大
となる高圧側圧力の差）の関係から説明できる。すなわ
ち、蒸発温度などの違いによりデータに多少のばらつき
があるものの、内部熱交換器を作用させることにより、
ＣＯＰが最大となる高圧側圧力は低下するが、その低下
量は、放熱器出口温度が比較的低温となるほど、小さく
なるか、あるいは、ほとんどなくなる。この結果、放熱
器出口温度が比較的低温となるほど、ＣＯＰの向上割合
も小さくなると考えられる。
口温度とＣＯＰが最大となる高圧側圧力の低下量（内部
熱交換器を作用させない場合のＣＯＰが最大となる高圧
側圧力と内部熱交換器を作用させる場合のＣＯＰが最大
となる高圧側圧力の差）の関係から説明できる。すなわ
ち、蒸発温度などの違いによりデータに多少のばらつき
があるものの、内部熱交換器を作用させることにより、
ＣＯＰが最大となる高圧側圧力は低下するが、その低下
量は、放熱器出口温度が比較的低温となるほど、小さく
なるか、あるいは、ほとんどなくなる。この結果、放熱
器出口温度が比較的低温となるほど、ＣＯＰの向上割合
も小さくなると考えられる。
【００２２】したがって、ＣＯ2冷媒がもつこの特性に
着目し、冷凍サイクル装置の運転モードによって内部熱
交換器と減圧器とを冷媒が流れる順序が逆転する冷凍サ
イクル装置においても、放熱器の冷媒出口温度が比較的
高温となる運転モードで、内部熱交換器が作用するよう
に構成し、放熱器の冷媒出口温度が比較的低温となる運
転モードで、内部熱交換器を作用させないように構成す
れば、従来の構成にくらべて、効率を大きく低下させる
ことなく、新たに四方弁等を追加するなどの高コスト化
することなしに、高効率な冷凍サイクル装置を実現する
ことができる。
着目し、冷凍サイクル装置の運転モードによって内部熱
交換器と減圧器とを冷媒が流れる順序が逆転する冷凍サ
イクル装置においても、放熱器の冷媒出口温度が比較的
高温となる運転モードで、内部熱交換器が作用するよう
に構成し、放熱器の冷媒出口温度が比較的低温となる運
転モードで、内部熱交換器を作用させないように構成す
れば、従来の構成にくらべて、効率を大きく低下させる
ことなく、新たに四方弁等を追加するなどの高コスト化
することなしに、高効率な冷凍サイクル装置を実現する
ことができる。
【００２３】具体的には、ヒートポンプ式冷暖房型空調
機などの冷凍サイクル装置においては、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）を放熱器として利用する冷房
運転モードでは、放熱器でＣＯ2冷媒と熱交換する外部
流体は夏季の外気（約３０〜４０℃）であるのに対し、
利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）を放熱器とし
て利用する暖房運転モードでは、放熱器でＣＯ2冷媒と
熱交換する外部流体は冬季の室内空気（約２０〜３０
℃）であるために、放熱器出口温度は、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）を放熱器として利用する冷房
運転モードの方が比較的高温となる。したがって、熱源
側熱交換器（例えば、室外熱交換器）を放熱器として利
用する冷房運転モードで、内部熱交換器が作用するよう
に構成し、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）を
放熱器として利用する暖房運転モードで、内部熱交換器
を作用させないように構成すれば、従来の構成にくらべ
て、効率を大きく低下させることなく、新たに四方弁等
を追加するなどの高コスト化することなしに、高効率な
冷凍サイクル装置を実現することができる。
機などの冷凍サイクル装置においては、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）を放熱器として利用する冷房
運転モードでは、放熱器でＣＯ2冷媒と熱交換する外部
流体は夏季の外気（約３０〜４０℃）であるのに対し、
利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）を放熱器とし
て利用する暖房運転モードでは、放熱器でＣＯ2冷媒と
熱交換する外部流体は冬季の室内空気（約２０〜３０
℃）であるために、放熱器出口温度は、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）を放熱器として利用する冷房
運転モードの方が比較的高温となる。したがって、熱源
側熱交換器（例えば、室外熱交換器）を放熱器として利
用する冷房運転モードで、内部熱交換器が作用するよう
に構成し、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）を
放熱器として利用する暖房運転モードで、内部熱交換器
を作用させないように構成すれば、従来の構成にくらべ
て、効率を大きく低下させることなく、新たに四方弁等
を追加するなどの高コスト化することなしに、高効率な
冷凍サイクル装置を実現することができる。
【００２４】次に、このような冷凍サイクル装置の具体
的な構成について図３を用いて説明する。図３は、本発
明の一実施例における冷凍サイクル装置（例えば、ヒー
トポンプ式冷暖房型空調機）を示す構成図であり、ＣＯ
2冷媒を用い、圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）３、内部熱交換器５、減圧器
６、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）７を基本
構成要素としている。
的な構成について図３を用いて説明する。図３は、本発
明の一実施例における冷凍サイクル装置（例えば、ヒー
トポンプ式冷暖房型空調機）を示す構成図であり、ＣＯ
2冷媒を用い、圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）３、内部熱交換器５、減圧器
６、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）７を基本
構成要素としている。
【００２５】図中において、四方弁２の切り替え方向、
および、それに対応した冷媒の流れを、利用側熱交換器
７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モー
ド）時には実線で、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時には破線で、そ
れぞれ示している。
および、それに対応した冷媒の流れを、利用側熱交換器
７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モー
ド）時には実線で、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時には破線で、そ
れぞれ示している。
【００２６】まず、利用側熱交換器７を蒸発器とする運
転モード（例えば、冷房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、熱源側熱交換器（例え
ば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３
では、ＣＯ2冷媒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する。
その後、ＣＯ2冷媒は、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）においてさらに冷却される。さらに、減圧
器６で減圧されて、低圧の気液二相状態となり、利用側
熱交換器（例えば、室内熱交換器）７へ導入される。利
用側熱交換器７では、空気や水などの外部流体を冷却す
る。さらに、再び四方弁２を経て、内部熱交換器５の低
圧側流路（図示せず）においてガス状態となり、再び圧
縮機１に吸入される。このようなサイクルを繰り返すこ
とにより、利用側熱交換器７で吸熱による冷却作用、例
えば、冷房を行う。
転モード（例えば、冷房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、熱源側熱交換器（例え
ば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３
では、ＣＯ2冷媒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する。
その後、ＣＯ2冷媒は、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）においてさらに冷却される。さらに、減圧
器６で減圧されて、低圧の気液二相状態となり、利用側
熱交換器（例えば、室内熱交換器）７へ導入される。利
用側熱交換器７では、空気や水などの外部流体を冷却す
る。さらに、再び四方弁２を経て、内部熱交換器５の低
圧側流路（図示せず）においてガス状態となり、再び圧
縮機１に吸入される。このようなサイクルを繰り返すこ
とにより、利用側熱交換器７で吸熱による冷却作用、例
えば、冷房を行う。
【００２７】このように、利用側熱交換器７を蒸発器と
する運転モード（例えば、冷房運転モード）では、従来
の構成と同様に、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器
を出た冷媒をさらに冷却することで、蒸発器の入口エン
タルピを減少させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させ
ること、また、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下す
ることから、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイ
クル装置の運転効率を向上させることができる。
する運転モード（例えば、冷房運転モード）では、従来
の構成と同様に、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器
を出た冷媒をさらに冷却することで、蒸発器の入口エン
タルピを減少させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させ
ること、また、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下す
ることから、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイ
クル装置の運転効率を向上させることができる。
【００２８】次に、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。その後、ＣＯ2冷媒は、減圧器６で減圧されて、低
圧の気液二相状態となり、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）を経て、熱源側熱交換器（例えば、室外熱
交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３では、空気
や水などの外部流体から吸熱する。さらに、再び四方弁
２、内部熱交換器５の低圧側流路（図示せず）を経て、
再び圧縮機１に吸入される。このようなサイクルを繰り
返すことにより、利用側熱交換器７で放熱による加熱作
用、例えば、暖房を行う。
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。その後、ＣＯ2冷媒は、減圧器６で減圧されて、低
圧の気液二相状態となり、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）を経て、熱源側熱交換器（例えば、室外熱
交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３では、空気
や水などの外部流体から吸熱する。さらに、再び四方弁
２、内部熱交換器５の低圧側流路（図示せず）を経て、
再び圧縮機１に吸入される。このようなサイクルを繰り
返すことにより、利用側熱交換器７で放熱による加熱作
用、例えば、暖房を行う。
【００２９】このように、利用側熱交換器７を放熱器と
する運転モード（例えば、暖房運転モード）では、内部
熱交換器５の高圧側流路を流れる冷媒と内部熱交換器５
の低圧側流路を流れる冷媒はともに、減圧器６で減圧さ
れた、低圧の気液二相状態の冷媒であり、実質的に温度
差はほとんど生じないので、内部熱交換器５において熱
交換が行われることはない。しかしながら、上述のよう
に利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、放熱器出口温度が低いため
に、内部熱交換器５を作用させることによるＣＯＰの向
上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向上率）
は、もともと小さいために、内部熱交換器５を作用させ
なくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的にはほ
とんど低下しないものである。
する運転モード（例えば、暖房運転モード）では、内部
熱交換器５の高圧側流路を流れる冷媒と内部熱交換器５
の低圧側流路を流れる冷媒はともに、減圧器６で減圧さ
れた、低圧の気液二相状態の冷媒であり、実質的に温度
差はほとんど生じないので、内部熱交換器５において熱
交換が行われることはない。しかしながら、上述のよう
に利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、放熱器出口温度が低いため
に、内部熱交換器５を作用させることによるＣＯＰの向
上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向上率）
は、もともと小さいために、内部熱交換器５を作用させ
なくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的にはほ
とんど低下しないものである。
【００３０】したがって、従来の構成のように内部熱交
換器と減圧器とをＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイク
ル装置の運転モードにより異なるのを防止するために新
たに四方弁等を追加して、高コスト化することなしに、
高効率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
換器と減圧器とをＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイク
ル装置の運転モードにより異なるのを防止するために新
たに四方弁等を追加して、高コスト化することなしに、
高効率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
【００３１】なお、本実施例で示したヒートポンプ式冷
暖房型空調機以外の場合、例えば、冷暖房型カーエアコ
ンや給湯機能付きヒートポンプ空調機などの冷凍サイク
ル装置についても、放熱器出口温度に着目すれば同様の
特性となることは、明らかである。
暖房型空調機以外の場合、例えば、冷暖房型カーエアコ
ンや給湯機能付きヒートポンプ空調機などの冷凍サイク
ル装置についても、放熱器出口温度に着目すれば同様の
特性となることは、明らかである。
【００３２】図４は、本発明の他の実施例における冷凍
サイクル装置（例えば、ヒートポンプ式冷暖房型空調
機）を示す構成図であり、図４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。図４の冷凍サイクルでは、内部熱交換器５の高圧側
流路（図示せず）をバイパスするバイパス流路３１、お
よびバイパス流路に設けられた逆止弁３２とをさらに有
している。
サイクル装置（例えば、ヒートポンプ式冷暖房型空調
機）を示す構成図であり、図４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。図４の冷凍サイクルでは、内部熱交換器５の高圧側
流路（図示せず）をバイパスするバイパス流路３１、お
よびバイパス流路に設けられた逆止弁３２とをさらに有
している。
【００３３】利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モー
ド（例えば、冷房運転モード）時の動作は、熱源側熱交
換器（例えば、室外熱交換器）３を流出した冷媒が、バ
イパス流路３１に設けられた逆止弁３２の作用によりバ
イパス流路３１には冷媒が流れず、内部熱交換器５の高
圧側流路を流れるために、図３に示す利用側熱交換器７
を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モード）
時の動作と同様となるため、動作の説明を省略する。
ド（例えば、冷房運転モード）時の動作は、熱源側熱交
換器（例えば、室外熱交換器）３を流出した冷媒が、バ
イパス流路３１に設けられた逆止弁３２の作用によりバ
イパス流路３１には冷媒が流れず、内部熱交換器５の高
圧側流路を流れるために、図３に示す利用側熱交換器７
を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モード）
時の動作と同様となるため、動作の説明を省略する。
【００３４】利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モー
ド（例えば、冷房運転モード）では、従来の構成と同様
に、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器を出た冷媒を
さらに冷却することで、蒸発器の入口エンタルピを減少
させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させること、ま
た、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下することか
ら、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイクル装置
の運転効率を向上させることができる。
ド（例えば、冷房運転モード）では、従来の構成と同様
に、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器を出た冷媒を
さらに冷却することで、蒸発器の入口エンタルピを減少
させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させること、ま
た、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下することか
ら、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイクル装置
の運転効率を向上させることができる。
【００３５】次に、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。さらに、ＣＯ2冷媒は、減圧器６で減圧されて、低
圧の気液二相状態となる。その後、ＣＯ2冷媒は、流路
抵抗の大きい内部熱交換器５の高圧側流路（図示せず）
にはほとんど流入せず、流路抵抗の小さいバイパス流路
３１（および、逆止弁３２）を経て、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交
換器３では、空気や水などの外部流体から吸熱する。さ
らに、再び四方弁２、内部熱交換器５の低圧側流路（図
示せず）を経て、再び圧縮機１に吸入される。このよう
なサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器７で
放熱による加熱作用、例えば、暖房を行う。
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。さらに、ＣＯ2冷媒は、減圧器６で減圧されて、低
圧の気液二相状態となる。その後、ＣＯ2冷媒は、流路
抵抗の大きい内部熱交換器５の高圧側流路（図示せず）
にはほとんど流入せず、流路抵抗の小さいバイパス流路
３１（および、逆止弁３２）を経て、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交
換器３では、空気や水などの外部流体から吸熱する。さ
らに、再び四方弁２、内部熱交換器５の低圧側流路（図
示せず）を経て、再び圧縮機１に吸入される。このよう
なサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器７で
放熱による加熱作用、例えば、暖房を行う。
【００３６】このように、利用側熱交換器７を放熱器と
する運転モード（例えば、暖房運転モード）では、内部
熱交換器５の高圧側流路を流れる冷媒をバイパスさせる
ために、内部熱交換器５において熱交換が行われること
はない。しかしながら、図３に示す実施例で述べたよう
に利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、放熱器出口温度が低いため
に、内部熱交換器５を作用させることによるＣＯＰの向
上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向上率）
は、もともと小さいために、内部熱交換器５を作用させ
なくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的にはほ
とんど低下しないものである。さらに、本実施例では、
内部熱交換器５の高圧側流路をバイパスさせることによ
り、減圧器６〜熱源側熱交換器３の間の圧力損失を低減
できるため冷凍サイクルのＣＯＰ（すなわち冷凍サイク
ル装置の運転効率）が向上するものである。
する運転モード（例えば、暖房運転モード）では、内部
熱交換器５の高圧側流路を流れる冷媒をバイパスさせる
ために、内部熱交換器５において熱交換が行われること
はない。しかしながら、図３に示す実施例で述べたよう
に利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、放熱器出口温度が低いため
に、内部熱交換器５を作用させることによるＣＯＰの向
上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向上率）
は、もともと小さいために、内部熱交換器５を作用させ
なくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的にはほ
とんど低下しないものである。さらに、本実施例では、
内部熱交換器５の高圧側流路をバイパスさせることによ
り、減圧器６〜熱源側熱交換器３の間の圧力損失を低減
できるため冷凍サイクルのＣＯＰ（すなわち冷凍サイク
ル装置の運転効率）が向上するものである。
【００３７】したがって、従来の構成のように内部熱交
換器と減圧器とをＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイク
ル装置の運転モードにより異なるのを防止するために新
たに四方弁等を追加して高コスト化することなしに、高
効率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
換器と減圧器とをＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイク
ル装置の運転モードにより異なるのを防止するために新
たに四方弁等を追加して高コスト化することなしに、高
効率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
【００３８】なお、別の逆止弁を熱源側熱交換器３と減
圧器６の間に設け、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）において、内部熱
交換器５の高圧側流路を冷媒が流れるのを完全に防止す
るようにしてもよい。
圧器６の間に設け、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）において、内部熱
交換器５の高圧側流路を冷媒が流れるのを完全に防止す
るようにしてもよい。
【００３９】さらに、逆止弁３２の代わりに電磁弁等を
用いてもよい。この場合には、利用側熱交換器７を蒸発
器とする運転モード（例えば、冷房運転モード）におい
ても、電磁弁の開度を調整することで、内部熱交換器５
の高圧側流路に流入するＣＯ 2冷媒の量を調整できるた
めに、例えば、圧縮機１の吐出温度や吸入過熱度に応じ
て、内部熱交換器５で熱交換する熱交換量を調整できる
といった副次的なメリットも有する。
用いてもよい。この場合には、利用側熱交換器７を蒸発
器とする運転モード（例えば、冷房運転モード）におい
ても、電磁弁の開度を調整することで、内部熱交換器５
の高圧側流路に流入するＣＯ 2冷媒の量を調整できるた
めに、例えば、圧縮機１の吐出温度や吸入過熱度に応じ
て、内部熱交換器５で熱交換する熱交換量を調整できる
といった副次的なメリットも有する。
【００４０】図５は、本発明の更に他の実施例における
冷凍サイクル装置（例えば、ヒートポンプ式冷暖房型空
調機）を示す構成図であり、図５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。図５の冷凍サイクルでは、内部熱交換器５の低圧側
流路（図示せず）をバイパスするバイパス流路４１、お
よびバイパス流路４１に設けられた電磁弁４２とをさら
に有している。なお本実施例は、図３に示す実施例にバ
イパス流路４１と電磁弁４２とを追加した場合を示して
いるが、図４に示す実施例にバイパス流路４１と電磁弁
４２とを追加してもよい。
冷凍サイクル装置（例えば、ヒートポンプ式冷暖房型空
調機）を示す構成図であり、図５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。図５の冷凍サイクルでは、内部熱交換器５の低圧側
流路（図示せず）をバイパスするバイパス流路４１、お
よびバイパス流路４１に設けられた電磁弁４２とをさら
に有している。なお本実施例は、図３に示す実施例にバ
イパス流路４１と電磁弁４２とを追加した場合を示して
いるが、図４に示す実施例にバイパス流路４１と電磁弁
４２とを追加してもよい。
【００４１】利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モー
ド（例えば、冷房運転モード）時の動作は、バイパス流
路４１に設けられた電磁弁４２を全閉とすることで、冷
媒は、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）７から
四方弁２を介して流出し、その後、バイパス流路４１に
は流れず、内部熱交換器５の低圧側流路を流れるため
に、図３に示す利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モ
ード（例えば、冷房運転モード）時の動作と同様となる
ため、動作の説明を省略する。
ド（例えば、冷房運転モード）時の動作は、バイパス流
路４１に設けられた電磁弁４２を全閉とすることで、冷
媒は、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）７から
四方弁２を介して流出し、その後、バイパス流路４１に
は流れず、内部熱交換器５の低圧側流路を流れるため
に、図３に示す利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モ
ード（例えば、冷房運転モード）時の動作と同様となる
ため、動作の説明を省略する。
【００４２】利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モー
ド（例えば、冷房運転モード）では、従来の構成と同様
に、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器を出た冷媒を
さらに冷却することで、蒸発器の入口エンタルピを減少
させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させること、ま
た、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下することか
ら、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイクル装置
の運転効率を向上させることができる。
ド（例えば、冷房運転モード）では、従来の構成と同様
に、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器を出た冷媒を
さらに冷却することで、蒸発器の入口エンタルピを減少
させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させること、ま
た、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下することか
ら、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイクル装置
の運転効率を向上させることができる。
【００４３】次に、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。その後、ＣＯ2冷媒は、減圧器６で減圧されて、低
圧の気液二相状態となり、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）を経て、熱源側熱交換器（例えば、室外熱
交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３では、空気
や水などの外部流体から吸熱する。さらに、再び四方弁
２を経たＣＯ2冷媒は、電磁弁４２の開度を全開とする
ことで、流路抵抗の大きい内部熱交換器５の低圧側流路
（図示せず）にはほとんど流入せず、流路抵抗の小さい
バイパス流路４１を経て、再び圧縮機１に吸入される。
このようなサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交
換器７で放熱による加熱作用、例えば、暖房を行う。
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。その後、ＣＯ2冷媒は、減圧器６で減圧されて、低
圧の気液二相状態となり、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）を経て、熱源側熱交換器（例えば、室外熱
交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３では、空気
や水などの外部流体から吸熱する。さらに、再び四方弁
２を経たＣＯ2冷媒は、電磁弁４２の開度を全開とする
ことで、流路抵抗の大きい内部熱交換器５の低圧側流路
（図示せず）にはほとんど流入せず、流路抵抗の小さい
バイパス流路４１を経て、再び圧縮機１に吸入される。
このようなサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交
換器７で放熱による加熱作用、例えば、暖房を行う。
【００４４】このように、利用側熱交換器７を放熱器と
する運転モード（例えば、暖房運転モード）では、内部
熱交換器５の低圧側流路を流れる冷媒をバイパスさせる
ために、内部熱交換器５において熱交換が行われること
はない。しかしながら、図３に示す実施例で述べたよう
に利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、放熱器出口温度が低いため
に、内部熱交換器５を作用させることによるＣＯＰの向
上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向上率）
は、もともと小さいために、内部熱交換器５を作用させ
なくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的にはほ
とんど低下しないものである。さらに、本実施の形態で
は、内部熱交換器５の低圧側流路をバイパスさせること
により、四方弁２から圧縮機１の間の圧力損失を低減で
きるため冷凍サイクルのＣＯＰ（すなわち冷凍サイクル
装置の運転効率）が向上するものである。
する運転モード（例えば、暖房運転モード）では、内部
熱交換器５の低圧側流路を流れる冷媒をバイパスさせる
ために、内部熱交換器５において熱交換が行われること
はない。しかしながら、図３に示す実施例で述べたよう
に利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、放熱器出口温度が低いため
に、内部熱交換器５を作用させることによるＣＯＰの向
上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向上率）
は、もともと小さいために、内部熱交換器５を作用させ
なくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的にはほ
とんど低下しないものである。さらに、本実施の形態で
は、内部熱交換器５の低圧側流路をバイパスさせること
により、四方弁２から圧縮機１の間の圧力損失を低減で
きるため冷凍サイクルのＣＯＰ（すなわち冷凍サイクル
装置の運転効率）が向上するものである。
【００４５】したがって、従来の構成のように内部熱交
換器と減圧器とをＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイク
ル装置の運転モードにより異なるのを防止するために新
たに四方弁等を追加して高コスト化することなしに、高
効率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
換器と減圧器とをＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイク
ル装置の運転モードにより異なるのを防止するために新
たに四方弁等を追加して高コスト化することなしに、高
効率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
【００４６】なお、本実施の形態の場合には、利用側熱
交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転
モード）においても、電磁弁４２の開度を調整すること
で、内部熱交換器５の低圧側流路に流入するＣＯ2冷媒
の流量を調整できるために、例えば、圧縮機１の吐出温
度や吸入過熱度に応じて、内部熱交換器５で熱交換する
熱交換量を調整できるといった副次的なメリットも有す
る。
交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転
モード）においても、電磁弁４２の開度を調整すること
で、内部熱交換器５の低圧側流路に流入するＣＯ2冷媒
の流量を調整できるために、例えば、圧縮機１の吐出温
度や吸入過熱度に応じて、内部熱交換器５で熱交換する
熱交換量を調整できるといった副次的なメリットも有す
る。
【００４７】なお、別の電磁弁を四方弁２と内部熱交換
器５の低圧側流路の間や、圧縮機１と内部熱交換器５の
低圧側流路の間に設け、利用側熱交換器７を放熱器とす
る運転モード（例えば、暖房運転モード）において、内
部熱交換器５の低圧側流路を冷媒が流れるのを完全に防
止するようにしてもよい。
器５の低圧側流路の間や、圧縮機１と内部熱交換器５の
低圧側流路の間に設け、利用側熱交換器７を放熱器とす
る運転モード（例えば、暖房運転モード）において、内
部熱交換器５の低圧側流路を冷媒が流れるのを完全に防
止するようにしてもよい。
【００４８】図６は、本発明の他の実施例における冷凍
サイクル装置（例えば、ヒートポンプ式冷暖房型空調
機）を示す構成図であり、図６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。図６の冷凍サイクルでは、内部熱交換器５の高圧側
流路（図示せず）と利用側熱交換器７の間に、利用側熱
交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転
モード）用の減圧器として作用する第一減圧器５１を有
しており、内部熱交換器５の高圧側流路（図示せず）と
熱源側熱交換器３の間に、利用側熱交換器７を放熱器と
する運転モード（例えば、暖房運転モード）用の減圧器
として作用する第二減圧器５２をさらに有している。ま
た、内部熱交換器５の高圧側流路と低圧側流路のそれぞ
れの冷媒流れ方向は、利用側熱交換器７を蒸発器とする
運転モード（例えば、冷房運転モード）で、対向流とな
るように構成されている。なお本実施例は、図３に示す
実施例において減圧器６に代えて第一減圧器５１を設
け、また第二減圧器５２を追加した場合を示している
が、図４又は図５に示す実施例において減圧器６に代え
て第一減圧器５１を設け、また第二減圧器５２を追加し
てもよい。
サイクル装置（例えば、ヒートポンプ式冷暖房型空調
機）を示す構成図であり、図６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。図６の冷凍サイクルでは、内部熱交換器５の高圧側
流路（図示せず）と利用側熱交換器７の間に、利用側熱
交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転
モード）用の減圧器として作用する第一減圧器５１を有
しており、内部熱交換器５の高圧側流路（図示せず）と
熱源側熱交換器３の間に、利用側熱交換器７を放熱器と
する運転モード（例えば、暖房運転モード）用の減圧器
として作用する第二減圧器５２をさらに有している。ま
た、内部熱交換器５の高圧側流路と低圧側流路のそれぞ
れの冷媒流れ方向は、利用側熱交換器７を蒸発器とする
運転モード（例えば、冷房運転モード）で、対向流とな
るように構成されている。なお本実施例は、図３に示す
実施例において減圧器６に代えて第一減圧器５１を設
け、また第二減圧器５２を追加した場合を示している
が、図４又は図５に示す実施例において減圧器６に代え
て第一減圧器５１を設け、また第二減圧器５２を追加し
てもよい。
【００４９】利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モー
ド（例えば、冷房運転モード）時の動作は、第二減圧器
５２の開度を全開とし、第一減圧器５１を図３に示す減
圧器６と同様に作用させることで、図３に示す利用側熱
交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転
モード）時の動作と同様となるため、動作の説明を省略
する。
ド（例えば、冷房運転モード）時の動作は、第二減圧器
５２の開度を全開とし、第一減圧器５１を図３に示す減
圧器６と同様に作用させることで、図３に示す利用側熱
交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転
モード）時の動作と同様となるため、動作の説明を省略
する。
【００５０】利用側熱交換器７を蒸発器とする運転モー
ド（例えば、冷房運転モード）では、従来の構成と同様
に、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器を出た冷媒を
さらに冷却することで、蒸発器の入口エンタルピを減少
させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させること、ま
た、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下することか
ら、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイクル装置
の運転効率を向上させることができる。
ド（例えば、冷房運転モード）では、従来の構成と同様
に、内部熱交換器５の高圧側流路で放熱器を出た冷媒を
さらに冷却することで、蒸発器の入口エンタルピを減少
させ、蒸発器でのエンタルピ差を拡大させること、ま
た、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力も低下することか
ら、ＣＯＰを向上させることができ、冷凍サイクル装置
の運転効率を向上させることができる。
【００５１】さらに、内部熱交換器５の高圧側流路と低
圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方向は、利用側熱交換器
７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モー
ド）で、対向流となるように構成されているために、内
部熱交換器５における高圧側流路と低圧側流路のそれぞ
れを流れる冷媒の平均温度差が拡大し、効率的な熱交換
が行われる。
圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方向は、利用側熱交換器
７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モー
ド）で、対向流となるように構成されているために、内
部熱交換器５における高圧側流路と低圧側流路のそれぞ
れを流れる冷媒の平均温度差が拡大し、効率的な熱交換
が行われる。
【００５２】次に、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。その後、ＣＯ2冷媒は、第一減圧器５１で減圧され
て、あるいは、第一減圧器５１の開度を全開とすること
で減圧されずに、内部熱交換器５の高圧側流路（図示せ
ず）を経て、第二減圧器５２でさらに減圧されて、低圧
の気液二相状態となり、熱源側熱交換器（例えば、室外
熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３では、空
気や水などの外部流体から吸熱する。さらに、再び四方
弁２、内部熱交換器５の低圧側流路（図示せず）を経
て、再び圧縮機１に吸入される。このようなサイクルを
繰り返すことにより、利用側熱交換器７で放熱による加
熱作用、例えば、暖房を行う。
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。その後、ＣＯ2冷媒は、第一減圧器５１で減圧され
て、あるいは、第一減圧器５１の開度を全開とすること
で減圧されずに、内部熱交換器５の高圧側流路（図示せ
ず）を経て、第二減圧器５２でさらに減圧されて、低圧
の気液二相状態となり、熱源側熱交換器（例えば、室外
熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３では、空
気や水などの外部流体から吸熱する。さらに、再び四方
弁２、内部熱交換器５の低圧側流路（図示せず）を経
て、再び圧縮機１に吸入される。このようなサイクルを
繰り返すことにより、利用側熱交換器７で放熱による加
熱作用、例えば、暖房を行う。
【００５３】第一減圧器５１で減圧される場合には、内
部熱交換器５の高圧側流路を流れる冷媒と内部熱交換器
５の低圧側流路を流れる冷媒はともに、第一減圧器５１
で減圧された、低圧の気液二相状態の冷媒であり、実質
的に温度差はほとんど生じないので、内部熱交換器５に
おいて熱交換が行われることはない。
部熱交換器５の高圧側流路を流れる冷媒と内部熱交換器
５の低圧側流路を流れる冷媒はともに、第一減圧器５１
で減圧された、低圧の気液二相状態の冷媒であり、実質
的に温度差はほとんど生じないので、内部熱交換器５に
おいて熱交換が行われることはない。
【００５４】あるいは、第一減圧器５１の開度を全開と
した場合には、第一減圧器５１で減圧されないために、
内部熱交換器５の高圧側流路を流れる冷媒と内部熱交換
器５の低圧側流路を流れる冷媒に温度差が生じ、熱交換
が行われる場合においても、内部熱交換器５の高圧側流
路と低圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方向は、利用側熱
交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転
モード）で、対向流となるように構成されているため
に、利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、並行流となり、内部熱交換
器５において、効率的な熱交換が行われることはない。
した場合には、第一減圧器５１で減圧されないために、
内部熱交換器５の高圧側流路を流れる冷媒と内部熱交換
器５の低圧側流路を流れる冷媒に温度差が生じ、熱交換
が行われる場合においても、内部熱交換器５の高圧側流
路と低圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方向は、利用側熱
交換器７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転
モード）で、対向流となるように構成されているため
に、利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、並行流となり、内部熱交換
器５において、効率的な熱交換が行われることはない。
【００５５】しかしながら、図３に示す実施例で述べた
ように利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例
えば、暖房運転モード）では、放熱器出口温度が低いた
めに、内部熱交換器５を作用させることによるＣＯＰの
向上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向上
率）は、もともと小さいために、内部熱交換器５を作用
させなくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的に
はほとんど低下しないものである。
ように利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例
えば、暖房運転モード）では、放熱器出口温度が低いた
めに、内部熱交換器５を作用させることによるＣＯＰの
向上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向上
率）は、もともと小さいために、内部熱交換器５を作用
させなくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的に
はほとんど低下しないものである。
【００５６】したがって、従来の構成のように内部熱交
換器と減圧器とをＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイク
ル装置の運転モードにより異なるのを防止するために新
たに四方弁等を追加して高コスト化することなしに、高
効率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
換器と減圧器とをＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイク
ル装置の運転モードにより異なるのを防止するために新
たに四方弁等を追加して高コスト化することなしに、高
効率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
【００５７】なお、本実施の形態では、第一減圧器５
１、第二減圧器５２はともに減圧量を任意に調整できる
膨張弁タイプの減圧器として説明したが、少なくとも、
第一減圧器５１は減圧量を任意に調整できないキャピラ
リーチューブのような減圧器であってもよい。
１、第二減圧器５２はともに減圧量を任意に調整できる
膨張弁タイプの減圧器として説明したが、少なくとも、
第一減圧器５１は減圧量を任意に調整できないキャピラ
リーチューブのような減圧器であってもよい。
【００５８】次に、ＣＯ2冷媒を用い、膨張機を備えた
冷凍サイクル装置の特性について述べる。膨張機は、膨
張機の前後の圧力差が大きい方が回収できる動力の絶対
量が大きくなるといった特性を有する。また、ヒートポ
ンプ式冷暖房型空調機などの冷凍サイクル装置において
は、熱源側熱交換器（例えば、室外熱交換器）を放熱器
として利用する冷房運転モードでは、放熱器でＣＯ2冷
媒と熱交換する外部流体は夏季の外気（約３０〜４０
℃）であるのに対し、利用側熱交換器（例えば、室内熱
交換器）を放熱器として利用する暖房運転モードでは、
放熱器でＣＯ2冷媒と熱交換する外部流体は冬季の室内
空気（約２０〜３０℃）であるために、放熱器出口温度
は、熱源側熱交換器（例えば、室外熱交換器）を放熱器
として利用する冷房運転モードの方が比較的高温とな
る。
冷凍サイクル装置の特性について述べる。膨張機は、膨
張機の前後の圧力差が大きい方が回収できる動力の絶対
量が大きくなるといった特性を有する。また、ヒートポ
ンプ式冷暖房型空調機などの冷凍サイクル装置において
は、熱源側熱交換器（例えば、室外熱交換器）を放熱器
として利用する冷房運転モードでは、放熱器でＣＯ2冷
媒と熱交換する外部流体は夏季の外気（約３０〜４０
℃）であるのに対し、利用側熱交換器（例えば、室内熱
交換器）を放熱器として利用する暖房運転モードでは、
放熱器でＣＯ2冷媒と熱交換する外部流体は冬季の室内
空気（約２０〜３０℃）であるために、放熱器出口温度
は、熱源側熱交換器（例えば、室外熱交換器）を放熱器
として利用する冷房運転モードの方が比較的高温とな
る。
【００５９】したがって、放熱器出口温度が高温になる
とともに、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力が高圧となる
ＣＯ2冷媒の特徴を鑑みれば、熱源側熱交換器（例え
ば、室外熱交換器）を放熱器として利用する冷房運転モ
ードでは、膨張機の前後の差圧が比較的大きいのに対
し、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）を放熱器
として利用する暖房運転モードでは、膨張機の前後の差
圧が比較的小さくなる。
とともに、ＣＯＰが最大となる高圧側圧力が高圧となる
ＣＯ2冷媒の特徴を鑑みれば、熱源側熱交換器（例え
ば、室外熱交換器）を放熱器として利用する冷房運転モ
ードでは、膨張機の前後の差圧が比較的大きいのに対
し、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換器）を放熱器
として利用する暖房運転モードでは、膨張機の前後の差
圧が比較的小さくなる。
【００６０】次に、利用側熱交換器を蒸発器とする運転
モードの方が、利用側熱交換器を放熱器とする運転モー
ドよりも膨張機による効率向上の効果が大きいことを、
図７に示す特性図（圧力−エンタルピ線図）を用いて説
明する。
モードの方が、利用側熱交換器を放熱器とする運転モー
ドよりも膨張機による効率向上の効果が大きいことを、
図７に示す特性図（圧力−エンタルピ線図）を用いて説
明する。
【００６１】図７では、膨張機を用いない場合を実線
で、膨張機を用いる場合を波線で示している。なお、図
中の番号のポイントは、１が圧縮機入口、２、２’が放
熱器入口、３、３’が減圧器、または、膨張機入口、
４、４’が蒸発器入口、それぞれの圧力とエンタルピの
状態を表している。
で、膨張機を用いる場合を波線で示している。なお、図
中の番号のポイントは、１が圧縮機入口、２、２’が放
熱器入口、３、３’が減圧器、または、膨張機入口、
４、４’が蒸発器入口、それぞれの圧力とエンタルピの
状態を表している。
【００６２】膨張機を用いない場合の冷房運転時のＣＯ
Ｐは、（ｈ１−ｈ４）／（ｈ２−ｈ１）であり、膨張機
を用いない場合の暖房運転時のＣＯＰは、（ｈ２−ｈ
３）／（ｈ２−ｈ１）である。
Ｐは、（ｈ１−ｈ４）／（ｈ２−ｈ１）であり、膨張機
を用いない場合の暖房運転時のＣＯＰは、（ｈ２−ｈ
３）／（ｈ２−ｈ１）である。
【００６３】一方、膨張機を用いる場合の冷房運転時の
ＣＯＰは、（ｈ１−ｈ４’）／（（ｈ２’−ｈ１）−
（ｈ３’−ｈ４‘））であり、膨張機を用いる場合の暖
房運転時のＣＯＰは、（ｈ２’−ｈ３’）／（（ｈ２’
−ｈ１）−（ｈ３’−ｈ４‘））である。
ＣＯＰは、（ｈ１−ｈ４’）／（（ｈ２’−ｈ１）−
（ｈ３’−ｈ４‘））であり、膨張機を用いる場合の暖
房運転時のＣＯＰは、（ｈ２’−ｈ３’）／（（ｈ２’
−ｈ１）−（ｈ３’−ｈ４‘））である。
【００６４】このことにより、利用側熱交換器を蒸発器
とする運転モード、すなわち冷房運転モードでは、４か
ら４’が冷房能力の増加をもたらすので、膨張機による
効率向上効果が大きい。また利用側熱交換器を放熱器と
する運転モード、すなわち暖房運転モードでは、３から
３’が暖房能力の減少をもたらすので、膨張機による効
率向上効果が小さい。
とする運転モード、すなわち冷房運転モードでは、４か
ら４’が冷房能力の増加をもたらすので、膨張機による
効率向上効果が大きい。また利用側熱交換器を放熱器と
する運転モード、すなわち暖房運転モードでは、３から
３’が暖房能力の減少をもたらすので、膨張機による効
率向上効果が小さい。
【００６５】つまり、ＣＯ2冷媒がもつこれらの特性に
着目し、冷凍サイクル装置の運転モードによって膨張機
を冷媒が流れる順序が逆転する冷凍サイクル装置におい
ても、放熱器の冷媒出口温度が比較的高温となる運転モ
ードで、膨張機が作用するように構成し、放熱器の冷媒
出口温度が比較的低温となる運転モードで、膨張機を作
用させないように構成すれば、従来の構成にくらべて、
効率を大きく低下させることなく、新たに四方弁等を追
加するなどの高コスト化することなしに、高効率な冷凍
サイクル装置を実現することができる。
着目し、冷凍サイクル装置の運転モードによって膨張機
を冷媒が流れる順序が逆転する冷凍サイクル装置におい
ても、放熱器の冷媒出口温度が比較的高温となる運転モ
ードで、膨張機が作用するように構成し、放熱器の冷媒
出口温度が比較的低温となる運転モードで、膨張機を作
用させないように構成すれば、従来の構成にくらべて、
効率を大きく低下させることなく、新たに四方弁等を追
加するなどの高コスト化することなしに、高効率な冷凍
サイクル装置を実現することができる。
【００６６】具体的には、ヒートポンプ式冷暖房型空調
機などの冷凍サイクル装置においては、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）を放熱器として利用する冷房
運転モードで、膨張機が作用するように構成し、利用側
熱交換器（例えば、室内熱交換器）を放熱器として利用
する暖房運転モードで、膨張機を作用させないように構
成すれば、従来の構成にくらべて、効率を大きく低下さ
せることなく、新たに四方弁等を追加するなどの高コス
ト化することなしに、高効率な冷凍サイクル装置を実現
することができる。
機などの冷凍サイクル装置においては、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）を放熱器として利用する冷房
運転モードで、膨張機が作用するように構成し、利用側
熱交換器（例えば、室内熱交換器）を放熱器として利用
する暖房運転モードで、膨張機を作用させないように構
成すれば、従来の構成にくらべて、効率を大きく低下さ
せることなく、新たに四方弁等を追加するなどの高コス
ト化することなしに、高効率な冷凍サイクル装置を実現
することができる。
【００６７】次に、このような冷凍サイクル装置の具体
的な構成について図８を用いて説明する。図８は、本発
明の更に他の実施例における冷凍サイクル装置（例え
ば、ヒートポンプ式冷暖房型空調機）を示す構成図であ
り、図８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。図８の冷凍サイクル
では、内部熱交換器５の高圧側流路（図示せず）と利用
側熱交換器７の間に、利用側熱交換器７を蒸発器とする
運転モード（例えば、冷房運転モード）用の減圧器とし
て作用する膨張機６１と膨張機６１の出口側に設けた逆
止弁６２を有しており、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）と利用側熱交換器７の間に、膨張機６１を
バイパスするバイパス流路６３と、利用側熱交換器７を
放熱器とする運転モード（例えば、暖房運転モード）用
の減圧器として作用する減圧器６４をさらに有してい
る。
的な構成について図８を用いて説明する。図８は、本発
明の更に他の実施例における冷凍サイクル装置（例え
ば、ヒートポンプ式冷暖房型空調機）を示す構成図であ
り、図８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。図８の冷凍サイクル
では、内部熱交換器５の高圧側流路（図示せず）と利用
側熱交換器７の間に、利用側熱交換器７を蒸発器とする
運転モード（例えば、冷房運転モード）用の減圧器とし
て作用する膨張機６１と膨張機６１の出口側に設けた逆
止弁６２を有しており、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）と利用側熱交換器７の間に、膨張機６１を
バイパスするバイパス流路６３と、利用側熱交換器７を
放熱器とする運転モード（例えば、暖房運転モード）用
の減圧器として作用する減圧器６４をさらに有してい
る。
【００６８】なお本実施例は、図３に示す実施例におい
て減圧器６に代えて膨張機６１と減圧器６４とを並列に
設けた場合を示しているが、図４又は図５に示す実施例
において減圧器６に代えて膨張機６１と減圧器６４とを
並列に設けてもよい。また図６に示す実施例において第
一減圧器５１に代えて膨張機６１と減圧器６４とを並列
に設けてもよい。
て減圧器６に代えて膨張機６１と減圧器６４とを並列に
設けた場合を示しているが、図４又は図５に示す実施例
において減圧器６に代えて膨張機６１と減圧器６４とを
並列に設けてもよい。また図６に示す実施例において第
一減圧器５１に代えて膨張機６１と減圧器６４とを並列
に設けてもよい。
【００６９】図中において、四方弁２の切り替え方向、
および、それに対応した冷媒の流れを、利用側熱交換器
７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モー
ド）時には実線で、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時には破線で、そ
れぞれ示している。
および、それに対応した冷媒の流れを、利用側熱交換器
７を蒸発器とする運転モード（例えば、冷房運転モー
ド）時には実線で、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時には破線で、そ
れぞれ示している。
【００７０】まず、利用側熱交換器７を蒸発器とする運
転モード（例えば、冷房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、熱源側熱交換器（例え
ば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３
では、ＣＯ2冷媒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する。
その後、ＣＯ2冷媒は、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）においてさらに冷却される。その後、ＣＯ
2冷媒は、減圧器６４の開度を全閉とすることにより、
バイパス流路６３には流れず、膨張機６１に流入する。
膨張機６１では、ＣＯ2冷媒が膨張する際の回転動力
を、圧縮機１の回転軸と連結したシャフトを介して、伝
達することにより動力が回収される。さらに、膨張機６
１により減圧されて、低圧の気液二相状態となり、逆止
弁６２を介して、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換
器）７へ導入される。利用側熱交換器７では、空気や水
などの外部流体を冷却する。さらに、再び四方弁２を経
て、内部熱交換器５の低圧側流路（図示せず）において
ガス状態となり、再び圧縮機１に吸入される。このよう
なサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器７で
吸熱による冷却作用、例えば、外部流体が空気の場合に
は冷房を行う。
転モード（例えば、冷房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、熱源側熱交換器（例え
ば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交換器３
では、ＣＯ2冷媒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する。
その後、ＣＯ2冷媒は、内部熱交換器５の高圧側流路
（図示せず）においてさらに冷却される。その後、ＣＯ
2冷媒は、減圧器６４の開度を全閉とすることにより、
バイパス流路６３には流れず、膨張機６１に流入する。
膨張機６１では、ＣＯ2冷媒が膨張する際の回転動力
を、圧縮機１の回転軸と連結したシャフトを介して、伝
達することにより動力が回収される。さらに、膨張機６
１により減圧されて、低圧の気液二相状態となり、逆止
弁６２を介して、利用側熱交換器（例えば、室内熱交換
器）７へ導入される。利用側熱交換器７では、空気や水
などの外部流体を冷却する。さらに、再び四方弁２を経
て、内部熱交換器５の低圧側流路（図示せず）において
ガス状態となり、再び圧縮機１に吸入される。このよう
なサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器７で
吸熱による冷却作用、例えば、外部流体が空気の場合に
は冷房を行う。
【００７１】このように、利用側熱交換器７を蒸発器と
する運転モード（例えば、冷房運転モード）では、従来
の構成と同様に、膨張機６１を作用させることで、膨張
機６１における膨張行程のエンタルピ差に相当する動力
が回収されること、また、ＣＯＰが最大となる高圧側圧
力も低下することから、ＣＯＰを向上させることがで
き、冷凍サイクル装置の運転効率を向上させることがで
きる。
する運転モード（例えば、冷房運転モード）では、従来
の構成と同様に、膨張機６１を作用させることで、膨張
機６１における膨張行程のエンタルピ差に相当する動力
が回収されること、また、ＣＯＰが最大となる高圧側圧
力も低下することから、ＣＯＰを向上させることがで
き、冷凍サイクル装置の運転効率を向上させることがで
きる。
【００７２】次に、利用側熱交換器７を放熱器とする運
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。その後、ＣＯ2冷媒は、逆止弁６２により膨張機６
１には流れず、バイパス流路６３に流入し、減圧器６４
で減圧されて、低圧の気液二相状態となり、内部熱交換
器５の高圧側流路（図示せず）を経て、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交
換器３では、空気や水などの外部流体から吸熱する。さ
らに、再び四方弁２、内部熱交換器５の低圧側流路（図
示せず）を経て、再び圧縮機１に吸入される。このよう
なサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器７で
放熱による加熱作用、例えば、暖房を行う。
転モード（例えば、暖房運転モード）時の動作について
説明する。圧縮機１で圧縮されたＣＯ2冷媒は高温高圧
状態となり、四方弁２を経て、利用側熱交換器（例え
ば、室内熱交換器）７へ導入される。利用側熱交換器７
では、ＣＯ2冷媒は超臨界状態や、場合によっては、気
液二相状態となり、空気や水などの外部流体を加熱す
る。その後、ＣＯ2冷媒は、逆止弁６２により膨張機６
１には流れず、バイパス流路６３に流入し、減圧器６４
で減圧されて、低圧の気液二相状態となり、内部熱交換
器５の高圧側流路（図示せず）を経て、熱源側熱交換器
（例えば、室外熱交換器）３へ導入される。熱源側熱交
換器３では、空気や水などの外部流体から吸熱する。さ
らに、再び四方弁２、内部熱交換器５の低圧側流路（図
示せず）を経て、再び圧縮機１に吸入される。このよう
なサイクルを繰り返すことにより、利用側熱交換器７で
放熱による加熱作用、例えば、暖房を行う。
【００７３】このように、利用側熱交換器７を放熱器と
する運転モード（例えば、暖房運転モード）では、膨張
機６１をバイパスさせるので、膨張機６１において動力
回収が行われることはない。しかしながら、上述のよう
に利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、先に述べたＣＯ2冷媒のも
つ特性により、膨張機６１を作用させることによるＣＯ
Ｐの向上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向
上率）は、もともと小さいために、膨張機６１を作用さ
せなくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的には
ほとんど低下しないものである。
する運転モード（例えば、暖房運転モード）では、膨張
機６１をバイパスさせるので、膨張機６１において動力
回収が行われることはない。しかしながら、上述のよう
に利用側熱交換器７を放熱器とする運転モード（例え
ば、暖房運転モード）では、先に述べたＣＯ2冷媒のも
つ特性により、膨張機６１を作用させることによるＣＯ
Ｐの向上率（すなわち冷凍サイクル装置の運転効率の向
上率）は、もともと小さいために、膨張機６１を作用さ
せなくても、冷凍サイクル装置の運転効率は実質的には
ほとんど低下しないものである。
【００７４】したがって、従来の構成のように膨張機６
１をＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイクル装置の運転
モードにより異なるのを防止するために新たに四方弁等
を追加して、高コスト化することなしに、高効率な冷凍
サイクル装置を実現することができる。
１をＣＯ2冷媒が流れる順序が冷凍サイクル装置の運転
モードにより異なるのを防止するために新たに四方弁等
を追加して、高コスト化することなしに、高効率な冷凍
サイクル装置を実現することができる。
【００７５】なお、本実施の形態で示したヒートポンプ
式冷暖房型空調機以外の場合、例えば、冷暖房型カーエ
アコンや給湯機能付きヒートポンプ空調機などの冷凍サ
イクル装置についても、放熱器出口温度に着目すれば同
様の特性となることは、明らかである。
式冷暖房型空調機以外の場合、例えば、冷暖房型カーエ
アコンや給湯機能付きヒートポンプ空調機などの冷凍サ
イクル装置についても、放熱器出口温度に着目すれば同
様の特性となることは、明らかである。
【００７６】さらに、放熱器出口温度と膨張機の前後の
圧力差に相関関係のない冷凍サイクル装置の場合であっ
ても、膨張機の前後の圧力差に着目して、膨張機の前後
の圧力差が比較的大きくなる運転モードでは、膨張機を
作動させ、膨張機の前後の圧力差が比較的小さくなる運
転モードでは、膨張機をバイパスさせる構成とすれば、
同様の効果が得られる。あるいは、利用側熱交換器７を
蒸発器として利用する運転モードでは、膨張機を作動さ
せ、利用側熱交換器７を放熱器として利用する運転モー
ドでは、膨張機をバイパスさせる構成とすれば、同様の
効果が得られる。
圧力差に相関関係のない冷凍サイクル装置の場合であっ
ても、膨張機の前後の圧力差に着目して、膨張機の前後
の圧力差が比較的大きくなる運転モードでは、膨張機を
作動させ、膨張機の前後の圧力差が比較的小さくなる運
転モードでは、膨張機をバイパスさせる構成とすれば、
同様の効果が得られる。あるいは、利用側熱交換器７を
蒸発器として利用する運転モードでは、膨張機を作動さ
せ、利用側熱交換器７を放熱器として利用する運転モー
ドでは、膨張機をバイパスさせる構成とすれば、同様の
効果が得られる。
【００７７】なお、本実施の形態において、内部熱交換
器５は無くてもよい。また、逆止弁６２は、膨張機６１
を構成する吐出バルブ等で代用するようにしてもよい。
器５は無くてもよい。また、逆止弁６２は、膨張機６１
を構成する吐出バルブ等で代用するようにしてもよい。
【００７８】さらに、利用側熱交換器７を蒸発器とする
運転モード（例えば、冷房運転モード）においても、減
圧器６４の開度を調整することで、膨張機６１に流入す
るＣＯ2冷媒の量を調整できるために、例えば、圧縮機
１の吐出温度や吸入過熱度に応じて、膨張機６１で回収
する動力を調整できるといった副次的なメリットも有す
る。また、膨張機６１に流入する体積流量が設計流量
（最適流量）より多いときには、膨張機６１の動作圧力
を最適に保つために、冷房時にも減圧器６４を開いて膨
張機６１に流入する流量を減少させてもよい。
運転モード（例えば、冷房運転モード）においても、減
圧器６４の開度を調整することで、膨張機６１に流入す
るＣＯ2冷媒の量を調整できるために、例えば、圧縮機
１の吐出温度や吸入過熱度に応じて、膨張機６１で回収
する動力を調整できるといった副次的なメリットも有す
る。また、膨張機６１に流入する体積流量が設計流量
（最適流量）より多いときには、膨張機６１の動作圧力
を最適に保つために、冷房時にも減圧器６４を開いて膨
張機６１に流入する流量を減少させてもよい。
【００７９】以上のように、放熱器の出口温度が高い運
転モードか、膨張機６１の前後での圧力差が大きい運転
モードか、又は利用側熱交換器７を蒸発器として利用す
る運転モード（冷房運転モード）の時に膨張機６１を利
用することで、従来の構成のように膨張機６１をＣＯ2
冷媒が流れる順序が冷凍サイクル装置の運転モードによ
り異なるのを防止するために新たに四方弁等を追加し
て、高コスト化することなしに、高効率な冷凍サイクル
装置を実現することができる。
転モードか、膨張機６１の前後での圧力差が大きい運転
モードか、又は利用側熱交換器７を蒸発器として利用す
る運転モード（冷房運転モード）の時に膨張機６１を利
用することで、従来の構成のように膨張機６１をＣＯ2
冷媒が流れる順序が冷凍サイクル装置の運転モードによ
り異なるのを防止するために新たに四方弁等を追加し
て、高コスト化することなしに、高効率な冷凍サイクル
装置を実現することができる。
【００８０】図９は、本発明の更に他の実施例における
冷凍サイクル装置（例えば、ヒートポンプ式冷暖房型空
調機）を示す構成図であり、図８に示す実施例に、予膨
張弁６５を追加した場合を示している。
冷凍サイクル装置（例えば、ヒートポンプ式冷暖房型空
調機）を示す構成図であり、図８に示す実施例に、予膨
張弁６５を追加した場合を示している。
【００８１】利用側熱交換器７を放熱器として利用する
暖房運転モード時には、減圧器６４を開いてバイパス流
路６３に冷媒を流す。
暖房運転モード時には、減圧器６４を開いてバイパス流
路６３に冷媒を流す。
【００８２】利用側熱交換器７を蒸発器として利用する
冷房運転モード時には、放熱器となる熱源側熱交換器３
の出口側の冷媒温度と冷媒圧力を検出し、演算器６７に
よって検出した冷媒温度に応じた冷媒圧力となるように
演算処理を行い、この演算器６７からの信号によって制
御器６６で減圧器６４と予膨張弁６５との弁開度を調整
する。
冷房運転モード時には、放熱器となる熱源側熱交換器３
の出口側の冷媒温度と冷媒圧力を検出し、演算器６７に
よって検出した冷媒温度に応じた冷媒圧力となるように
演算処理を行い、この演算器６７からの信号によって制
御器６６で減圧器６４と予膨張弁６５との弁開度を調整
する。
【００８３】例えば、検出圧力のＣＯＰが最大となる予
め定められた最適圧力よりも高い場合には、減圧器６４
の開度を大きくして膨張機６１に流入する冷媒流量を減
少させる。また、検出圧力が最適圧力よりも低い場合に
は、予膨張弁６５の開度を小さくして冷媒密度を低下さ
せ、膨張機６１に流入する冷媒流量を増加させる。
め定められた最適圧力よりも高い場合には、減圧器６４
の開度を大きくして膨張機６１に流入する冷媒流量を減
少させる。また、検出圧力が最適圧力よりも低い場合に
は、予膨張弁６５の開度を小さくして冷媒密度を低下さ
せ、膨張機６１に流入する冷媒流量を増加させる。
【００８４】以上のように、減圧器６４と予膨張弁６５
との弁開度を調整することで、ＣＯＰが最大となる最適
な高圧側圧力を維持することができる。
との弁開度を調整することで、ＣＯＰが最大となる最適
な高圧側圧力を維持することができる。
【００８５】図１０は、本発明の更に他の実施例を示す
要部構成図であり、膨張機６１の駆動軸に発電機６８の
駆動軸を連結することで、膨張機６１で回収した動力を
電力として変換するものである。なお、図１０では、予
膨張弁６５を示していないが図９に示すような予膨張弁
６５、制御器６６、演算器６７を備えたものであっても
よい。
要部構成図であり、膨張機６１の駆動軸に発電機６８の
駆動軸を連結することで、膨張機６１で回収した動力を
電力として変換するものである。なお、図１０では、予
膨張弁６５を示していないが図９に示すような予膨張弁
６５、制御器６６、演算器６７を備えたものであっても
よい。
【００８６】また、図に示すように、発電機６８によっ
て発生する電力によってペルチェ素子６９を作動させる
ことができる。このように、発電機６８によってペルチ
ェ素子６９を作動させることで、冷凍サイクル装置の運
転時に、冷却用又は除湿用としてペルチェ素子６９を利
用することができ、蓄電することなく膨張機６１で回収
した電力を利用することができる。
て発生する電力によってペルチェ素子６９を作動させる
ことができる。このように、発電機６８によってペルチ
ェ素子６９を作動させることで、冷凍サイクル装置の運
転時に、冷却用又は除湿用としてペルチェ素子６９を利
用することができ、蓄電することなく膨張機６１で回収
した電力を利用することができる。
【００８７】例えば、ペルチェ素子６９を用いて利用側
熱交換器７の入口側の冷媒を冷却することによって、利
用側熱交換器７での冷房能力を増加させ、効率的な冷房
運転を行うことができる。
熱交換器７の入口側の冷媒を冷却することによって、利
用側熱交換器７での冷房能力を増加させ、効率的な冷房
運転を行うことができる。
【００８８】また、ペルチェ素子６９を用いて、室内の
冷却又は除湿を行うことによって、利用側熱交換器７で
の冷房負荷を減じることで効率的な冷房運転を行うこと
ができ、又は利用側熱交換器７での冷房能力を低下させ
ることなく除湿機能を付加することができる。
冷却又は除湿を行うことによって、利用側熱交換器７で
の冷房負荷を減じることで効率的な冷房運転を行うこと
ができ、又は利用側熱交換器７での冷房能力を低下させ
ることなく除湿機能を付加することができる。
【００８９】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、冷凍サイクル装置の運転モードによっ
て内部熱交換器と減圧器とを冷媒が流れる順序が逆転す
る冷凍サイクル装置においても、放熱器の冷媒出口温度
が比較的高温となる運転モードで、内部熱交換器が作用
するように構成し、放熱器の冷媒出口温度が比較的低温
となる運転モードで、内部熱交換器を作用させないよう
に構成すれば、高コスト化することなしに、高効率な冷
凍サイクル装置を実現することができる。さらに、内部
熱交換器をバイパスさせることにより、圧力損失を低減
できるため高効率な冷凍サイクル装置を実現することが
できる。あるいは、冷凍サイクル装置の運転モードによ
って膨張機を冷媒が流れる順序が逆転する冷凍サイクル
装置においても、放熱器の冷媒出口温度が比較的高温と
なる運転モード、または、膨張機の前後の圧力差が比較
的大きくなる運転モード、または利用側熱交換器を蒸発
器として利用する運転モードにおいて膨張機が作用する
ように構成し、放熱器の冷媒出口温度が比較的低温とな
る運転モード、または、膨張機の前後の圧力差が比較的
小さくなる運転モード、または利用側熱交換器を放熱器
として利用する運転モードにおいて膨張機を作用させな
いように構成すれば、高コスト化することなしに、高効
率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
本発明によれば、冷凍サイクル装置の運転モードによっ
て内部熱交換器と減圧器とを冷媒が流れる順序が逆転す
る冷凍サイクル装置においても、放熱器の冷媒出口温度
が比較的高温となる運転モードで、内部熱交換器が作用
するように構成し、放熱器の冷媒出口温度が比較的低温
となる運転モードで、内部熱交換器を作用させないよう
に構成すれば、高コスト化することなしに、高効率な冷
凍サイクル装置を実現することができる。さらに、内部
熱交換器をバイパスさせることにより、圧力損失を低減
できるため高効率な冷凍サイクル装置を実現することが
できる。あるいは、冷凍サイクル装置の運転モードによ
って膨張機を冷媒が流れる順序が逆転する冷凍サイクル
装置においても、放熱器の冷媒出口温度が比較的高温と
なる運転モード、または、膨張機の前後の圧力差が比較
的大きくなる運転モード、または利用側熱交換器を蒸発
器として利用する運転モードにおいて膨張機が作用する
ように構成し、放熱器の冷媒出口温度が比較的低温とな
る運転モード、または、膨張機の前後の圧力差が比較的
小さくなる運転モード、または利用側熱交換器を放熱器
として利用する運転モードにおいて膨張機を作用させな
いように構成すれば、高コスト化することなしに、高効
率な冷凍サイクル装置を実現することができる。
【図１】 放熱器出口温度と内部熱交換器を作用させる
ことによるＣＯＰの向上率の特性を示すグラフ
ことによるＣＯＰの向上率の特性を示すグラフ
【図２】 放熱器出口温度とＣＯＰが最大となる高圧側
圧力の低下量の特性を示すグラフ
圧力の低下量の特性を示すグラフ
【図３】 本発明の一実施例における冷凍サイクル装置
を示す構成図
を示す構成図
【図４】 本発明の他の実施例における冷凍サイクル装
置を示す構成図
置を示す構成図
【図５】 本発明の更に他の実施例における冷凍サイク
ル装置を示す構成図
ル装置を示す構成図
【図６】 本発明の更に他の実施例における冷凍サイク
ル装置を示す構成図
ル装置を示す構成図
【図７】 膨張機を用いない場合を実線で、膨張機を用
いる場合を波線で示した特性図
いる場合を波線で示した特性図
【図８】 本発明の更に他の実施例における冷凍サイク
ル装置を示す構成図
ル装置を示す構成図
【図９】 本発明の更に他の実施例における冷凍サイク
ル装置を示す構成図
ル装置を示す構成図
【図１０】 本発明の更に他の実施例における冷凍サイ
クル装置を示す構成図
クル装置を示す構成図
【図１１】 従来の冷凍サイクル装置を示す構成図
１ 圧縮機
２，４ 四方弁
３ 熱源側熱交換器（室外熱交換器）
５ 内部熱交換器
６，６４ 減圧器
７ 利用側熱交換器（室内熱交換器）
３１，４１，６３ バイパス流路
３２，６２ 逆止弁
４２ 電磁弁
５１ 第一減圧器
５２ 第二減圧器
６１ 膨張機
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 西脇 文俊
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 3L092 AA02 BA18 DA19
Claims (19)
- 【請求項１】 内部熱交換器と減圧器における二酸化炭
素冷媒の流れる順序が運転モードによって逆転する冷凍
サイクル装置において、放熱器の冷媒出口温度が他の運
転モードの時よりも高温となる運転モードでは前記内部
熱交換器による熱交換を機能させ、前記放熱器の冷媒出
口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運転モー
ドでは前記内部熱交換器による熱交換を機能させないよ
うに構成したことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 【請求項２】 内部熱交換器と減圧器における二酸化炭
素冷媒の流れる順序が運転モードによって逆転する冷凍
サイクル装置において、放熱器の冷媒出口温度が他の運
転モードの時よりも高温となる運転モードでは圧縮機、
放熱器、内部熱交換器、減圧器、蒸発器、内部熱交換器
の順に前記二酸化炭素冷媒を循環させ、前記放熱器の冷
媒出口温度が他の運転モードの時よりも低温となる運転
モードでは圧縮機、放熱器、減圧器、内部熱交換器、蒸
発器、内部熱交換器の順に前記二酸化炭素冷媒を循環さ
せるように構成したことを特徴とする冷凍サイクル装
置。 - 【請求項３】 前記内部熱交換器の高圧側流路をバイパ
スするバイパス流路、および前記バイパス流路に設けら
れた逆止弁とをさらに有し、前記放熱器の冷媒出口温度
が他の運転モードの時よりも低温となる運転モードでは
前記内部熱交換器をバイパスさせて前記二酸化炭素冷媒
を循環させるように構成した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】 前記内部熱交換器の低圧側流路をバイパ
スするバイパス流路、および前記バイパス流路に設けら
れた電磁弁とをさらに有し、放熱器の冷媒出口温度が他
の運転モードの時よりも低温となる運転モードでは、前
記内部熱交換器をバイパスさせて前記二酸化炭素冷媒を
循環させるように構成した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５】 第一減圧器、内部熱交換器、第二減圧器
における二酸化炭素冷媒が流れる順序が運転モードによ
って逆転する冷凍サイクル装置において、前記第一減圧
器及び前記第二減圧器のうち、前記内部熱交換器の高圧
側流路の下流側に位置する方の減圧器で減圧させるよう
に構成し、放熱器の冷媒出口温度が他の運転モードの時
よりも高温となる運転モードでは前記内部熱交換器の高
圧側流路と低圧側流路のそれぞれの冷媒流れ方向が対向
流となるように構成し、前記放熱器の冷媒出口温度が他
の運転モードの時よりも低温となる運転モードでは前記
内部熱交換器の高圧側流路と低圧側流路のそれぞれの冷
媒流れ方向が並行流となるように構成したことを特徴と
する冷凍サイクル装置。 - 【請求項６】 圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機と利用
側熱交換器とを有し、前記圧縮機から吐出される二酸化
炭素冷媒が流れる方向が運転モードによって逆転する冷
凍サイクル装置において、前記熱源側熱交換器を放熱器
として用いる運転モード及び前記利用側熱交換器を放熱
器として用いる運転モードのうち、前記放熱器の冷媒出
口温度が、より低温となる方の運転モードでは、前記膨
張機をバイパスさせて前記二酸化炭素冷媒を循環させる
構成としたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 【請求項７】 圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機と利用
側熱交換器とを有し、前記圧縮機から吐出される二酸化
炭素冷媒が流れる方向が運転モードによって逆転する冷
凍サイクル装置において、前記膨張機の前後の圧力差が
小さい運転モードでは、前記膨張機をバイパスさせて前
記二酸化炭素冷媒を循環させる構成としたことを特徴と
する冷凍サイクル装置。 - 【請求項８】 圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機と利用
側熱交換器とを有し、前記圧縮機から吐出される二酸化
炭素冷媒が流れる方向が運転モードによって逆転する冷
凍サイクル装置において、前記利用側熱交換器を放熱器
とする運転モードでは、前記膨張機をバイパスさせて前
記二酸化炭素冷媒を循環させる構成としたことを特徴と
する冷凍サイクル装置。 - 【請求項９】 前記熱源側熱交換器と前記膨張機との間
の流路と、前記圧縮機に導入される側の低圧側流路とを
熱交換させる内部熱交換器を有することを特徴とする請
求項６から請求項８のいずれかに記載の冷凍サイクル装
置。 - 【請求項１０】 前記膨張機をバイパスさせるバイパス
回路に減圧器を有し、前記減圧器の開度を調整すること
で前記膨張機に流入する二酸化炭素冷媒量を変更するこ
とを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載
の冷凍サイクル装置。 - 【請求項１１】 前記膨張機の流入側に予膨張弁を設け
ることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに
記載の冷凍サイクル装置。 - 【請求項１２】 ＣＯＰが最大となるように、前記圧縮
機の出口から前記膨張機の入口までの圧力を、前記膨張
機をバイパスさせるバイパス回路に備えられた減圧器、
かつ／または、前記予膨張弁の開度調節により制御する
ことを特徴とする請求項１１に記載の冷凍サイクル装
置。 - 【請求項１３】 前記膨張機の駆動軸と前記圧縮機の駆
動軸とを連結することを特徴とする請求項６から請求項
８のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 【請求項１４】 前記膨張機の駆動軸に発電機の駆動軸
を連結することを特徴とする請求項６から請求項８のい
ずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 【請求項１５】 前記発電機によって発生する電力によ
ってペルチェ素子を作動させることを特徴とする請求項
１４に記載の冷凍サイクル装置。 - 【請求項１６】 二酸化炭素冷媒の流れる順序が運転モ
ードによって逆転する冷凍サイクル装置において、圧縮
機、熱源側熱交換器、膨張機、利用側熱交換器の順に前
記二酸化炭素冷媒を循環させ、前記利用側熱交換器を蒸
発器として利用する運転モードでは、前記膨張機で回収
した動力で発電し、この発電した電力によってペルチェ
素子を作動させ、前記ペルチェ素子を用いて前記利用側
熱交換器の入口側の冷媒を冷却することを特徴とする冷
凍サイクル装置。 - 【請求項１７】 二酸化炭素冷媒の流れる順序が運転モ
ードによって逆転する冷凍サイクル装置において、圧縮
機、熱源側熱交換器、膨張機、利用側熱交換器の順に前
記二酸化炭素冷媒を循環させ、前記利用側熱交換器を蒸
発器として利用する運転モードでは、前記膨張機で回収
した動力で発電し、この発電した電力によってペルチェ
素子を作動させ、前記ペルチェ素子を用いて冷却又は除
湿を行うことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 【請求項１８】 放熱器の冷媒出口温度が高温となる運
転モードで、前記内部熱交換器の高圧側流路と低圧側流
路のそれぞれの冷媒流れ方向が対向流となるように構成
したことを特徴とする請求項１から請求項４及び請求項
９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 【請求項１９】 放熱器の冷媒出口温度が他の運転モー
ドの時よりも高温となる運転モードが冷房運転モードで
あり、前記放熱器の冷媒出口温度が他の運転モードの時
よりも低温となる運転モードが暖房運転モードであるこ
とを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載
の冷凍サイクル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002301414A JP3811116B2 (ja) | 2001-10-19 | 2002-10-16 | 冷凍サイクル装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2001321660 | 2001-10-19 | ||
| JP2001-321660 | 2001-10-19 | ||
| JP2002301414A JP3811116B2 (ja) | 2001-10-19 | 2002-10-16 | 冷凍サイクル装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003194432A true JP2003194432A (ja) | 2003-07-09 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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