CN102047048A - 冷冻循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高效率的冷冻循环装置，其使用第一压缩机和用膨胀机驱动的第二压缩机，在所述冷冻循环装置中设置高低压热交换器，使高低压热交换器的低压侧出口绕过低压部或中间压部，从而调节膨胀机的入口密度。在本发明的冷冻循环装置的高低压热交换器中，以使膨胀机中的回收动力与第二压缩机的必要动力平衡的方式，使高压制冷剂与在高低压热交换器的高压制冷剂的入口部分支并被减压的减压制冷剂之间的热交换量变化，从而调节流入膨胀机的制冷剂的密度。

Description

冷冻循环装置
技术领域
本发明涉及使用超临界制冷剂的冷冻循环装置，特别涉及利用膨胀机的回收动力供给与第一压缩机串联的第二压缩机所需的驱动力的冷冻循环装置的结构。
背景技术
目前，作为具有膨胀机的冷冻循环装置，公知冷冻循环机构具备将辅助压缩机构和膨胀机构用一根轴连接并压缩制冷剂的压缩机构、进一步压缩从压缩机构排出的制冷剂的辅助压缩机构、对从辅助压缩机构排出的制冷剂进行冷却的散热器、对从膨胀机构流出的制冷剂进行加热的蒸发器、绕过膨胀机构的旁通路、设置在旁通路上的旁通阀以及控制旁通阀的动作的操作器，该操作器改变旁通阀的开度，从而调整高压侧压力(例如，参考专利文献1)。
在该冷冻循环装置中，即使使用了因受到密度比为一定的限制而很难调整到最佳的高压侧压力的膨胀机，也在大运转范围中得到了高动力回收效果。
这里的密度比是指流入上述膨胀机构的制冷剂的密度(DE)与流入上述辅助压缩机构的制冷剂的密度(DC)之比即DE/DC。
专利文献1：日本专利第3708536号公报
发明内容
但是在该冷冻循环装置中，由于设置绕过膨胀机构的旁通路并改变旁通阀的开度，从而控制辅助压缩机构的必要驱动力和向膨胀机构流动的制冷剂流量的平衡，因此具有以下问题，即，例如由于室外空气温度的变化，相应于向旁通路流动的制冷剂流量，膨胀机构的动力回收效果减少，COP(制冷供热能力(kW)/消耗功率(kW))的值降低。
另外，由于向旁通路流动的流量也通过蒸发器，因此还具有蒸发器的制冷剂的压力损失增大的问题。
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的是获得如下的冷冻循环装置，在高压制冷剂流入膨胀机的制冷剂流路部使高压制冷剂和减压制冷剂之间的热交换量变化，调节流入膨胀机的制冷剂的密度，从而使膨胀机的回收动力与第二压缩机的必要动力平衡，通过设置这样的高低压热交换器，提高COP，降低制冷剂的压力损失。
本发明的冷冻循环装置具备：第一压缩机，使作为低压侧的制冷剂的低压制冷剂升压为作为中间压的制冷剂的中间压制冷剂；第二压缩机，与该第一压缩机串联，使所述中间压制冷剂升压为作为高压侧的制冷剂的高压制冷剂；第一热源侧热交换器，与该第二压缩机串联，所述高压制冷剂在该第一热源侧热交换器流动；高低压热交换器，与该第一热源侧热交换器串联；膨胀机，与该高低压热交换器串联，使所述高压制冷剂减压为所述低压制冷剂并且利用此时的回收动力驱动所述第二压缩机；以及负荷侧热交换器，与该膨胀机串联；在所述高低压热交换器中，以使所述膨胀机中的所述回收动力与所述第二压缩机的必要动力平衡的方式，使所述高压制冷剂与在高低压热交换器的高压制冷剂的入口部分支并被减压的减压制冷剂之间的热交换量变化，调节流入所述膨胀机的所述制冷剂的密度。
另外，本发明的冷冻循环装置具备：第一压缩机，使作为低压侧的制冷剂的低压制冷剂升压为作为中间压的制冷剂的中间压制冷剂；第二压缩机，与该第一压缩机串联，使所述中间压制冷剂升压为高压侧的高压制冷剂；第一热源侧热交换器，与该第二压缩机串联；高低压热交换器，与该第一热源侧热交换器串联；膨胀机，与该高低压热交换器串联，使所述高压制冷剂减压为低压制冷剂并且利用此时的回收动力驱动所述第二压缩机；负荷侧热交换器，与该膨胀机串联；第一四通阀，安装在所述第二压缩机的所述高压制冷剂的排出侧的制冷剂流路部，以使来自所述第二压缩机的所述高压制冷剂向所述第一热源侧热交换器或所述负荷侧热交换器流动的方式动作；以及第二四通阀，安装在所述高低压热交换器的所述高压制冷剂的流入侧的制冷剂流路部，以使来自所述负荷侧热交换器的所述高压冷媒或来自上述第一热源侧热交换器的所述高压制冷剂向高低压热交换器流动的方式动作；在所述高低压热交换器中，以使所述膨胀机中的所述回收动力与所述第二压缩机的必要动力平衡的方式，使所述高压制冷剂与在高低压热交换器的高压制冷剂的入口部分支并被减压的减压制冷剂之间的热交换量变化，调节流入所述膨胀机的所述制冷剂的密度。
根据本发明的冷冻循环装置，利用高低压热交换器，使高压制冷剂与减压制冷剂之间的热交换量变化，调节流入膨胀机的制冷剂的密度，从而使膨胀机的回收动力与第二压缩机的必要动力平衡，因此COP提高，另外制冷剂的压力损失降低。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的冷冻循环装置的结构图。
图2是表示图1的冷冻循环装置的P-h线图上的制冷运转动作的图。
图3是表示图1的膨胀机单元的剖视图。
图4是表示图1的冷冻循环装置的设计顺序的流程图。
图5是表示本发明的第二实施方式的冷冻循环装置的结构图。
图6是表示图5的冷冻循环装置的P-h线图上的制冷运转动作的图。
图7是表示图5的冷冻循环装置的P-h线图上的供热运转动作的图。
图8是表示本发明的第三实施方式的冷冻循环装置的结构图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的各实施方式进行说明，在各图中，相同或相当的部件、部位使用相同的符号进行说明。
第一实施方式
图1是表示本发明的第一实施方式的冷冻循环装置的结构图。
在图中，本实施方式的冷冻循环装置具备室外单元100和室内单元200a。
上述室外单元100具备：第一压缩机1，使低压侧的制冷剂即低压制冷剂升压为中间压的制冷剂即中间压制冷剂；第二热源侧热交换器3b，通过制冷剂流路部与该第一压缩机1串联；第二压缩机5b，通过制冷剂流路部与该第二热源侧热交换器3b串联、使上述中间压制冷剂升压为高压侧的制冷剂即高压制冷剂；第一热源侧热交换器3a，通过制冷剂流路部与该第二压缩机5b串联，且上述高压制冷剂在其中流动。
在第二压缩机5b的吸入部和排出部分别连接迂回的旁通流路部59的两端部。在旁通流路部59安装旁通阀53。
第一热源侧热交换器3a作为用于释放高压制冷剂的热的散热器而起作用，第二热源侧热交换器3b作为用于冷却中间压制冷剂的热的中间冷却器而起作用。从内置于室外单元100的鼓风机(未图示)向第一热源侧热交换器3a、第二热源侧热交换器3b的外表面送风。
并且，室外单元100具备：高低压热交换器61，通过制冷剂流路部与第一热源侧热交换器3a串联；和膨胀机5a，通过高压侧流路部63与该高低压热交换器61串联，使高压制冷剂减压为低压制冷剂，并用此时的回收动力驱动第二压缩机5b。在高压侧流路部63，在膨胀机5a和第二压缩机5b之间安装用于使制冷剂循环流量和动力分别一致的开关阀即预膨胀阀6。
膨胀机5a通过制冷剂流路部、液体配管52与室内单元200a的负荷侧热交换器即室内热交换器9a连接。
低压侧流路部64在高低压热交换器61的高压制冷剂侧入口部分支。电子膨胀阀62安装在该低压侧流路部64。低压侧流路部64的前端部与第二热源侧热交换器3b和第二压缩机5b之间的制冷剂流路部连接。
低压侧流路部64的前端部也可以与第二热源侧热交换器3b和第一压缩机1之间的制冷剂流路部连接。
通过调整该电子膨胀阀62的开度，使在高压侧流路部63流动的高压制冷剂和在低压侧流路部64流动的减压制冷剂之间的热交换量进行变化，调节通过高压侧流路部流入膨胀机5a的高压制冷剂的温度，调整高压制冷剂的密度，从而使膨胀机5a的回收动力与第二压缩机5b的必要动力平衡。
上述室内单元200a内置有负荷侧热交换器即室内热交换器9a和将室内空气向室内热交换器9a的外表面强制送风的鼓风机(未图示)。在室内热交换器9a的一端侧连接将低压制冷剂向压缩机1引导的气体配管51，在另一端侧连接将来自膨胀机5a的低压制冷剂向室内热交换器9a引导的液体配管52。
在室外单元100和室内单元200a之间循环的制冷剂，例如使用在临界温度(大约31℃)以上、形成超临界状态的二氧化碳。
图3是表示膨胀机单元5的纵剖视图，该膨胀机单元5是膨胀机5a和第二压缩机5b都通过轴308直接连接的涡旋式的一体结构。
膨胀机5a具备膨胀机用固定涡旋351和膨胀机用摆动涡旋352。膨胀机5a的内部与膨胀机吸入管313和膨胀机排出管315连通。第二压缩机5b具备第二压缩机固定涡旋361和第二压缩机用摆动涡旋362。第二压缩机5b的内部与第二压缩机吸入管312和第二压缩机排出管314连通。
被膨胀机用轴承部351b、第二压缩机用轴承部361b支撑的轴308贯通这些涡旋351、352、361、362的中心部。平衡锤309a、309b分别安装在轴308的两端部。膨胀机5a的摆动涡旋352的背面与第二压缩机5b的摆动涡旋362的背面进行面接触。其他所需零件即欧氏环(oldham ring)307、曲柄部308b等收纳于密闭容器310内。在密闭容器310的下部安装回油管311，该回油管311使存储在密闭容器310下部的油返回到室内热交换器9a与膨胀机5a之间的制冷剂流路部。
该膨胀机单元5如果设计成大的膨胀压缩容积比(例如，预膨胀损失和旁通损失为最小的膨胀压缩容积比为2.3以上)，则在相同的齿高下，膨胀机5a向第二压缩机5b侧的推力负荷小于第二压缩机5b向膨胀机5a侧的推力负荷，在两面不能抵消推力负荷，因此，使第二压缩机5b和膨胀机5a一体化的膨胀机单元5的结构在强度上是困难的。
另外，为了降低第二压缩机5b侧的推力负荷，虽然能够在第二压缩机5b侧形成齿高极高的涡旋，但会发生强度问题。
因此，在膨胀机5a、第二压缩机5b都具有涡旋结构的膨胀机单元5中，通过将膨胀压缩容积比设定在2.3以下的范围，不仅在性能方面，在结构方面也可得到可靠性高的膨胀机单元5。
以下基于图1和图2，对如上所述地构成的冷冻循环装置的运转动作进行说明。
在图1中，实线箭头表示制冷运转时制冷剂的流动方向，图2是在P-h线图上表示图1的制冷剂回路中所示的记号A～H的各制冷剂状态，状态C、D、E、F的制冷剂是高压侧的高压制冷剂，状态G、H的制冷剂是低压侧的低压制冷剂。另外，高压侧与低压侧之间的状态A、B的制冷剂是中间压制冷剂。
为了用膨胀机5a实现必要的减压功能，得到预先设定在室内热交换器9a的出口部的适当的过热度(例如，5～10℃)而调节预膨胀阀6。
在进行制冷运转的情况下，从第一压缩机1排出的高温、中间压的气体制冷剂(状态A)在第二热源侧热交换器3b进行一定程度的散热后冷却(状态B)，接着流入第二压缩机5b。流入被膨胀机5a驱动的第二压缩机5b的气体制冷剂被压缩与被膨胀机5a回收的动力平衡的量(状态C)。
此时，安装在第二压缩机5b的旁通流路部59的止逆阀53在不产生压差的起动时成为开放状态，若膨胀机5a进行工作、驱动第二压缩机5b，则被第二压缩机5b的制冷剂气体的入口侧和出口侧的高低压差关闭。从第二压缩机5b排出的气体制冷剂在第一热源侧热交换器3a向被加热介质即空气散热(状态D)，接着流入高低压热交换器61。
在高低压热交换器61中，在高压侧流路部63流动的高压制冷剂和在安装于低压侧流路部64的电子膨胀阀62被减压的、在低压侧流路部64流动的减压制冷剂之间进行热交换，由此，在高压侧流路部63流动的经过冷却的高压制冷剂(状态E)流入预膨胀阀6。通过在预膨胀阀6的膨胀而调节了膨胀机5a的入口的密度的高压制冷剂(状态F)，在膨胀机5a被减压，然后通过制冷剂流路部、液体配管52(状态G)。然后，液体制冷剂在室内热交换器9a进行了空调对象空间的热负荷处理后，流入气体配管51，接着气体制冷剂流入第一压缩机1(状态H)，作为高温、中间压的气体制冷剂(状态A)从第一压缩机1排出。
以下就膨胀机单元5的膨胀机5a的控制方法进行说明。
在本实施方式中，利用安装在低压侧流路部64的电子膨胀阀62控制设置在膨胀机5a的制冷剂入口侧的高低压热交换器61的热交换量，使在膨胀机5a的回收动力与第二压缩机5b中的必要动力一致。
具体地，在相对于预先设定的(流入膨胀机5a的制冷剂入口密度/流入第二压缩机5b的制冷剂入口密度)(以下简称为密度比)、密度比增大的运转状态(例如，在膨胀机5a的制冷剂入口密度增加的低温室外空气条件下)下，降低高低压热交换器61的热交换量，增加流入膨胀机5a的制冷剂的温度，即，降低制冷剂的入口密度。
为了减少高低压热交换器61的热交换量，减小电子膨胀阀62的开度，使流入低压侧的低压侧流路部64的流量降低。
另一方面，在相对于预先设定的上述密度比、密度比减小的运转状态下，增加高低压热交换器61的热交换量，降低流入膨胀机5a的制冷剂的入口温度，即，增加制冷剂的密度。为了增加高低压热交换器61的热交换量，增大电子膨胀阀62的开度，使流入低压侧的低压侧流路部64的流量增加。
图4是在设计冷冻循环装置时的流程图。
首先，把握使冷冻循环装置运转的环境条件的变化、设定室外空气温度和湿度以及室内温度和湿度的范围(步骤S1)。
然后，决定膨胀机5a的容积比(步骤S2)，为了用所提供的环境条件与膨胀机5a的容积比实现运转，决定中间冷却器即第二热源侧热交换器3b的规格(步骤S3)，并决定高低压热交换器61的规格(步骤S4)。利用电子膨胀阀62的开度改变这样设计的高低压热交换器61的热交换量(步骤S5)，从而可将膨胀机5a的制冷剂入口密度控制在所期望的值。
这里，膨胀机5a的制冷剂入口密度由膨胀机5a的制冷剂入口温度和制冷剂入口压力求出，第二压缩机5b的制冷剂入口密度由第二压缩机5b的制冷剂入口温度和制冷剂入口压力求出。膨胀机5a的制冷剂入口压力可以利用专用的压力传感器等进行检测，也可以对处于其他目的而设置的高压传感器等的数值进行压力损失等修正而代替使用。
并且，也可以通过空气条件、制冷剂温度、第二压缩机5b的转速等运转状态进行推断。
并且，第二压缩机5b的制冷剂入口压力可以通过在从第一压缩机1的制冷剂出口到第二压缩机5b的制冷剂入口的配管安装压力传感器进行检测，也可以通过空气条件、制冷剂温度、第二压缩机5b的转速等运转状态进行推断。
另外，在本实施方式中表示了在制冷专用机中使用膨胀机5a的例子，但不局限于此，热水器那样的供热专用机也可使用膨胀机5a。在这种情况下，在散热器即第一热源侧热交换器3a，利用从第二压缩机5b排出的制冷剂对水进行加热。
如上所述，根据本实施方式的冷冻循环装置，可通过高低压热交换器61、根据空气条件来调整膨胀机5a的制冷剂入口密度，因此可得到高COP、高效率的冷冻循环装置。
并且，一部分制冷剂在低压侧流路部64分流，该分流制冷剂与通过蒸发器即室内热交换器9a、第一压缩机1以及第二热源侧热交换器3b向着第二压缩机5b流动的制冷剂合流，即，向室内热交换器9a、较长的配管即液体配管52以及气体配管51流动的制冷剂流量可减少向低压侧流路部64流动的分流制冷剂的量，因此可降低冷冻循环装置的制冷剂产生的压力损失。
并且，由于膨胀机5a和第二压缩机5b都是涡旋式的一体式结构，在第一压缩机1和第二压缩机5b之间的制冷剂流路部设置了第二热源侧热交换器3b，因此，可减小膨胀机5a的制冷剂入口密度和第二压缩机5b的制冷剂入口密度的密度比，不仅在性能方面，而且在结构方面也可形成可靠性高的膨胀机单元5。
另外，由于在第一压缩机1和第二压缩机5b之间的制冷剂流路部安装了在向制冷剂流路部流动的制冷剂和室外空气之间进行热交换的第二热源侧热交换器3b，因此第二热源侧热交换器3b作为冷却中间压制冷剂的冷却器发挥作用，与冷却高压制冷剂的高低压热交换器61相辅相成，可扩大膨胀机5a的制冷剂入口密度的变化幅度，可根据大范围的空气条件使制冷剂的密度比变化。
另外，由于在膨胀机5a的制冷剂入口侧设置了预膨胀阀6，因此可控制蒸发器即室内热交换器9a的过热度，可有效地利用室内热交换器9a。
另外，由于制冷剂使用了二氧化碳，因此与使用其他的制冷剂相比，高压侧形成超临界状态，因此隔热热降(等焓膨胀时的焓与等熵膨胀时的熵之差)增大，可得到由膨胀机5a所产生的性能提高效果高的冷冻循环装置。另外，即使是表现出高压侧接近超临界状态的特点的R410、R404A也可以得到同样的效果。
第二实施方式
图5是本发明的第二实施方式的冷冻循环装置的结构图。
在本实施方式中，室外单元100内置有：第一四通阀2，能够转换第一压缩机1的制冷运转和供热运转；和第二四通阀4，能够转换膨胀机5a的制冷动力回收运转和供热动力回收运转。
第一四通阀2安装在第二压缩机5b的高压制冷剂的排出侧的制冷剂流路部。第二四通阀4安装在制冷运转时将来自第一热源侧热交换器3a的高压制冷剂向高低压热交换器61引导的制冷剂流路部。
室外单元100通过气体配管51和液体配管52与两台室内单元200a、200b连接。在室外单元100内的制冷剂流路安装作为开关阀的电磁阀54、55、56、57、58，以便第一热源侧热交换器3a、第二热源侧热交换器3b双方均可用于制冷运转和供热运转的两种运转。
其他的结构与第一实施方式相同，省略具体说明。
以下就上述冷冻循环装置的动作进行说明。
首先基于图5和图6就制冷运转时的动作进行说明。
如图5的实线所示，在该制冷运转时，第一四通阀2的第一口2a和第二口2b连通，第三口2c和第四口2d连通。另外，第二四通阀4的第一口4a和第四口4d连通，第二口4b和第三口4c连通。此时，电磁阀54、55、56被关闭，电磁阀57、58被打开。
从第一压缩机1排出的高温高压的气体制冷剂(状态A)通过电磁阀57流入第二热源侧热交换器3b。在第二热源侧热交换器3b进行一定程度的散热后被冷却，流入电磁阀58。通过了电磁阀58的气体制冷剂(状态B)流入被膨胀机5a驱动的第二压缩机5b，压缩与被膨胀机5a回收的动力平衡的量。
然后，从第二压缩机5b排出的气体制冷剂从第一四通阀2的第一口2a通过第二口2b(状态C)，在第一热源侧热交换器3a向被加热介质即空气散热(状态D)，从第二四通阀4的第二口4b经过第三口4c流入高低压热交换器61。在高低压热交换器61，在高压侧流路部63流动的高压制冷剂和在安装于低压侧流路部64的电子膨胀阀62被减压的、在低压侧流路部64流动的减压制冷剂之间进行热交换，由此，在高压侧流路部63流动的经过冷却后的高压制冷剂(状态E)流入预膨胀阀6。通过在预膨胀阀6的膨胀而调节了膨胀机5a的入口的密度的高压制冷剂(状态F)在膨胀机5a被减压，通过制冷剂流路部、液体配管52(状态G)。然后，液体制冷剂的用室内单元200a、200b内的电子膨胀阀8a、8b调整了向各室内单元的制冷剂流量的制冷剂(状态H)，在室内的热交换器9a、9b进行了室内热负荷处理后，通过气体配管51从第一四通阀2的第四口2d经过第三口2c返回第一压缩机1的吸入部(状态I)。然后，气体制冷剂流入第一压缩机1，作为高温、中间压的制冷剂即中间压制冷剂(状态A)从第一压缩机1排出。
以下基于图5和图7就供热运转时的动作进行说明。
如图5的虚线所示，在该供热运转时，第一四通阀2的第一口2a和第四口2d连通，第二口2b和第三口2c连通。另外，第二四通阀4的第三口4c和第四口4d连通，第一口4a和第二口4b连通。此时，电磁阀54、55、56被打开，电磁阀57、58被关闭。
从第一压缩机1排出的高温高压的气体制冷剂(状态A)通过开关阀56(状态B)流入第二压缩机5b。流入被膨胀机5a驱动的第二压缩机5b的制冷剂被压缩与被膨胀机5a回收的动力平衡的量。从第二压缩机5b排出的制冷剂从第一四通阀2的第一口2a通过第四口2d流入室内单元200a、200b内的室内热交换器9a、9b。
然后，制冷剂在室内热交换器9a、9b向被加热介质即空气散热(状态H)，在电子膨胀阀8a、8b被稍微减压(状态G)。通过了液体配管52的制冷剂从第二四通阀4的第4口4d经过第三口4c流入高低压热交换器61，在高低压热交换器61中，在高压侧流路部63流动的高压制冷剂和在低压侧流路部64流动的减压制冷剂之间进行热交换，由此，在高压侧流路部63流动的冷却后的高压制冷剂(状态E)流入预膨胀阀6。之后，在预膨胀阀6减压后的制冷剂(状态F)在膨胀机5a被减压，从第二四通阀4的第一口4a通过第二口4b(状态D)并排地在第一和第二热源侧热交换器3a、3b流动，在各个热交换器3a、3b进行蒸发(状态C)。然后，制冷剂从第一四通阀2的第二口2b经过第三口2c返回到第一压缩机1的吸入部(状态I)。
在本实施方式中，表示了在进行供热运转时，使低压液体制冷剂同时并排地向第一和第二热源侧热交换器3a、3b流动，从而同时作为蒸发器使用的例子，但在供热负荷小的情况下，也可关闭电磁阀54、55使低压液体制冷剂只向第一热源侧热交换器3a流动，作为蒸发器使用。
根据本实施方式的制冷循环装置，除了第一实施方式的制冷循环装置的效果以外，由于具有第一四通阀2和第二四通阀4，在制冷运转和供热运转中，利用电子膨胀阀62控制安装在膨胀机5a的制冷剂的入口侧的制冷剂流路部的高低压热交换器61的热交换量，从而可使膨胀机5a中的回收动力与第二压缩机5b中的必要动力一致，可得到高COP、高效率的冷冻循环装置。
另外，第二热源侧热交换器3b在制冷运转时，对于流入膨胀机5a的制冷剂的入口密度的调整，与冷却制冷剂的高低压热交换器61一起作为中间冷却器发挥作用，在供热运转时作为蒸发器发挥作用，因此制冷运转和供热运转都可使用第一、第二热源侧热交换器3a、3b，可构成高效率的冷冻循环。
第三实施方式
图8是本发明的第三实施方式的冷冻循环装置的结构图。
在本实施方式中，安装了电子膨胀阀62的低压侧流路部64的前端部与第一压缩机1的吸入部连接，从高低压热交换器61流出的减压制冷剂被导向第一压缩机1的吸入部，流入第一压缩机1。
其他的结构与第二实施方式的冷冻循环装置相同，省略具体说明。
在本实施方式的冷冻循环装置中，由于将低压侧流路部64的前端部与第一压缩机1的吸入部连接，因此低压侧流路部64与第一压缩机1的吸入压力相同，相应地在高低压热交换器61的低压侧流路部64流动的制冷剂的饱和温度降低，使在低压侧流路部64流动的制冷剂的温度与在高压侧流路部63流动的制冷剂的温度之差扩大，从而可提高高低压热交换器61的热交换量。
因此，可扩大膨胀机5a的制冷剂入口密度的变化幅度，可根据大范围的空气条件使密度比变化。
另外，在各实施方式中，膨胀机5a和第二压缩机5b都使用通过轴308直接连接的涡旋式的一体结构的膨胀机单元5，当然不局限于此，也可以是例如膨胀机、第二压缩机的至少一方是回转式的结构。

Claims (8)

1.一种冷冻循环装置，其特征在于，具备：
第一压缩机，使作为低压侧的制冷剂的低压制冷剂升压为作为中间压的制冷剂的中间压制冷剂；
第二压缩机，与该第一压缩机串联，使所述中间压制冷剂升压为作为高压侧的制冷剂的高压制冷剂；
第一热源侧热交换器，与该第二压缩机串联，所述高压制冷剂在该第一热源侧热交换器流动；
高低压热交换器，与该第一热源侧热交换器串联；
膨胀机，与该高低压热交换器串联，使所述高压制冷剂减压为所述低压制冷剂并且利用此时的回收动力驱动所述第二压缩机；以及
负荷侧热交换器，与该膨胀机串联；
在所述高低压热交换器中，以使所述膨胀机中的所述回收动力与所述第二压缩机的必要动力平衡的方式，使所述高压制冷剂与在高低压热交换器的高压制冷剂的入口部分支并被减压的减压制冷剂之间的热交换量变化，调节流入所述膨胀机的所述制冷剂的密度。
2.一种冷冻循环装置，其特征在于，具备：
第一压缩机，使作为低压侧的制冷剂的低压制冷剂升压为作为中间压的制冷剂的中间压制冷剂；
第二压缩机，与该第一压缩机串联，使所述中间压制冷剂升压为高压侧的高压制冷剂；
第一热源侧热交换器，与该第二压缩机串联；
高低压热交换器，与该第一热源侧热交换器串联；
膨胀机，与该高低压热交换器串联，使所述高压制冷剂减压为低压制冷剂并且利用此时的回收动力驱动所述第二压缩机；
负荷侧热交换器，与该膨胀机串联；
第一四通阀，安装在所述第二压缩机的所述高压制冷剂的排出侧的制冷剂流路部，以使来自所述第二压缩机的所述高压制冷剂向所述第一热源侧热交换器或所述负荷侧热交换器流动的方式动作；以及
第二四通阀，安装在所述高低压热交换器的所述高压制冷剂的流入侧的制冷剂流路部，以使来自所述负荷侧热交换器的所述高压冷媒或来自上述第一热源侧热交换器的所述高压制冷剂向高低压热交换器流动的方式动作；
在所述高低压热交换器中，以使所述膨胀机中的所述回收动力与所述第二压缩机的必要动力平衡的方式，使所述高压制冷剂与在高低压热交换器的高压制冷剂的入口部分支并被减压的减压制冷剂之间的热交换量变化，调节流入所述膨胀机的所述制冷剂的密度。
3.如权利要求1或2所述的冷冻循环装置，其特征在于，从所述高低压热交换器流出的所述减压制冷剂被导向所述第一压缩机和所述第二压缩机之间的制冷剂流路部，流入第二压缩机。
4.如权利要求1或2所述的冷冻循环装置，其特征在于，从所述高低压热交换器流出的所述减压制冷剂被导向所述第一压缩机的吸入侧的制冷剂流路部，流入第一压缩机。
5.如权利要求1至4中任一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，在所述第一压缩机和所述第二压缩机之间的制冷剂流路部，安装在制冷剂流路部流动的制冷剂与室外空气之间进行热交换的第二热源侧热交换器。
6.如权利要求1至5中任一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，在所述膨胀机的上述高压制冷剂的入口部设置预膨胀阀。
7.如权利要求1至6中任一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，所述膨胀机和所述第二压缩机都是通过轴直接连接的涡旋式的一体结构。
8.如权利要求1至7中任一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，所述制冷剂是二氧化碳。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112840163A (zh) * 2018-10-02 2021-05-25 大金工业株式会社 冷冻循环装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011139425A2 (en) 2010-04-29 2011-11-10 Carrier Corporation Refrigerant vapor compression system with intercooler
WO2012050840A1 (en) 2010-09-29 2012-04-19 Rbc Horizon, Inc. Energy recovery apparatus for a refrigeration system
JP5575191B2 (ja) * 2012-08-06 2014-08-20 三菱電機株式会社 二元冷凍装置
US9537442B2 (en) 2013-03-14 2017-01-03 Regal Beloit America, Inc. Methods and systems for controlling power to an electric motor
EP2889558B1 (en) * 2013-12-30 2019-05-08 Rolls-Royce Corporation Cooling system with expander and ejector
US9562705B2 (en) 2014-02-13 2017-02-07 Regal Beloit America, Inc. Energy recovery apparatus for use in a refrigeration system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4031849B2 (ja) 1997-09-22 2008-01-09 サンデン株式会社 冷凍空調装置
US6058729A (en) * 1998-07-02 2000-05-09 Carrier Corporation Method of optimizing cooling capacity, energy efficiency and reliability of a refrigeration system during temperature pull down
US6360547B1 (en) * 2000-01-07 2002-03-26 Crumbrubber Technology Co., Inc. Method and apparatus for cooling air to cryogenic temperatures for recycling processes
JP4410980B2 (ja) 2002-09-19 2010-02-10 三菱電機株式会社 冷凍空調装置
JP3897681B2 (ja) * 2002-10-31 2007-03-28 松下電器産業株式会社 冷凍サイクル装置の高圧冷媒圧力の決定方法
JP3708536B1 (ja) 2004-03-31 2005-10-19 松下電器産業株式会社 冷凍サイクル装置およびその制御方法
JP4326004B2 (ja) * 2004-11-01 2009-09-02 日立アプライアンス株式会社 空気調和装置
JP2007071519A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Sanden Corp 冷却システム
JP2007155277A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 Valeo Thermal Systems Japan Corp 冷凍サイクル
JP2007212024A (ja) * 2006-02-08 2007-08-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷凍サイクル装置および冷凍サイクル装置の制御方法
JP2007218460A (ja) 2006-02-15 2007-08-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷凍サイクル装置および保冷庫
JP4013981B2 (ja) * 2006-02-17 2007-11-28 三菱電機株式会社 冷凍空調装置
JP4702101B2 (ja) * 2006-02-28 2011-06-15 富士電機リテイルシステムズ株式会社 冷却装置および自動販売機
DE102007006993B4 (de) * 2006-03-27 2019-12-05 Hanon Systems Mit Kohlendioxid betreibbare Klimaanlage für Fahrzeuge und Verfahren zum Betreiben der Klimaanlage
JP2008014602A (ja) * 2006-07-10 2008-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷凍サイクル装置
JP2008020152A (ja) * 2006-07-14 2008-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヒートポンプ装置
US8528359B2 (en) * 2006-10-27 2013-09-10 Carrier Corporation Economized refrigeration cycle with expander

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112840163A (zh) * 2018-10-02 2021-05-25 大金工业株式会社 冷冻循环装置
CN112840163B (zh) * 2018-10-02 2023-02-28 大金工业株式会社 冷冻循环装置

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