CN102257332A - 制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制冷循环装置，该制冷循环装置(100)具备工作流体回路(106)及第一旁通路(112)。工作流体回路(106)包括第一压缩机(101)、散热器(102)、膨胀机(103)、蒸发器(104)、第二压缩机(105)及将这些要件按该顺序连接的流路(106a～106e)。膨胀机(103)及第二压缩机(105)通过动力回收轴(107)连接，由膨胀机(103)回收的动力驱动第二压缩机(105)。第一旁通路(112)在制冷循环装置(100)起动时连结从第一压缩机(101)的喷出口到膨胀机(103)的吸入口的工作流体回路(106)的部分和从蒸发器(104)的出口到第二压缩机(105)的吸入口的工作流体回路(106)的部分。

Description

制冷循环装置
技术领域
本发明涉及一种制冷循环装置。
背景技术
以往，作为具备通过使工作流体膨胀来进行动力回收的膨胀机和将工作流体预备性地升压的第二压缩机的制冷循环装置，已知有图9所示的制冷循环装置500(例如，参照日本特开2003-307358号公报)。参照图9对以往的制冷循环装置500的结构进行说明。
如图9所示，制冷循环装置500具备：第一压缩机1、散热器2、膨胀机3、蒸发器4、第二压缩机5及由将这些要件按照该顺序连接的流路10a～10e形成的工作流体回路6。第二压缩机5通过动力回收轴7与膨胀机3连结，并通过经由动力回收轴7接受由膨胀机3回收的机械能而被驱动。
此外，还设置有绕过第二压缩机5的旁通路8和控制旁通路8中的工作流体的流通的旁通阀9。旁通路8的上游端与将蒸发器4的出口和第二压缩机5的吸入口连结的流路10d连接，旁通路8的下游端与将第二压缩机5的喷出口和第一压缩机1的吸入口连结的流路10e连接。
制冷循环装置500按照以下的顺序起动。首先，开始第一压缩机1的运转并打开旁通阀9。由此，蒸发器4内的工作流体如图9中的实线箭头所示那样通过旁通路8吸入到第一压缩机1中。通过在第一压缩机1中使工作流体升压而喷出，从而膨胀机3的吸入口处的压力上升。其结果是，如图10所示，在膨胀机3的前后产生压力差，膨胀机3及第二压缩机5能够迅速地起动。在膨胀机3及第二压缩机5起动后，关闭旁通阀9，从蒸发器4流出的工作流体如图9中的单点划线箭头所示那样通过流路10d而吸入到第二压缩机5中。这样，通过设置旁通路8能够顺利地转向稳态运转。
专利文献1：日本特开2003-307358号公报
在制冷循环装置500中，对于膨胀机3及第二压缩机5的起动而言，仅膨胀机3参与，而第二压缩机5不发挥作用。相反地，第二压缩机5成为起动膨胀机3时的负担。即，第二压缩机5的构成部件与动力回收轴7的摩擦等成为膨胀机3的驱动阻力。
此外，在制冷循环装置500进行稳态运转时，第二压缩机5与膨胀机3形成单一路径的工作流体回路6，并且它们因彼此由通用的动力回收轴7连结而具有相同的转速。因此，必须将第二压缩机5的容积与膨胀机3的容积设定成第二压缩机5每单位时间应吸入的工作流体的质量与膨胀机3每单位时间应吸入的工作流体的质量相等。
图11是在以往的制冷循环装置500中将二氧化碳用作工作流体时的莫里尔图。如图11所示，在以往的制冷循环装置500的稳态运转中，第二压缩机5吸入的工作流体的压力为40kg/cm2，其温度为约10℃(图11中，点A)，此时的工作流体的密度为108.0kg/m3。膨胀机3吸入的工作流体的压力为100kg/cm2，其温度为40℃(图11中，点C)，此时的工作流体的密度为628.61kg/m3。
在此，将第二压缩机5的吸入容积(m3)设定为Vc，将膨胀机3的吸入容积(m3)设定为Ve，将每1秒钟的动力回收轴7的转速(S-1)设定为N。每1秒钟第二压缩机5可吸入的工作流体的质量(kg/s)和每1秒钟膨胀机3可吸入的工作流体的质量(kg/s)可分别用(式1)及(式2)表示。
(式1)
(每1秒钟第二压缩机5可吸入的工作流体的质量)
＝108.0×Vc×N
(式2)
(每1秒钟膨胀机3可吸入的工作流体的质量)
＝628.61×Ve×N
当每1秒钟第二压缩机5可吸入的工作流体的质量与每1秒钟膨胀机3可吸入的工作流体的质量相等时，根据上述(式1)及(式2)，第二压缩机5的吸入容积Vc由(式3)表示。
(式3)
Vc＝(628.61/108.0)×Ve≒5.8×Ve
即，在制冷循环装置500起动时，膨胀机3必须驱动具有吸入容积约为膨胀机3的5.8倍的第二压缩机5。此外，在第二压缩机5应吸入的工作流体的密度与膨胀机3应吸入的工作流体的密度的比变得更大时，第二压缩机5的吸入容积与膨胀机3的吸入容积的比也变得更大。即，膨胀机3的吸入容积相对于第二压缩机5的吸入容积变得更小，第二压缩机5起动时的膨胀机3的驱动阻力相对变大。因此，根据制冷循环装置500的运转条件的不同，存在起动时膨胀机3无法驱动第二压缩机5的可能性。或者，为了得到第二压缩机5的驱动所必要的驱动力，在膨胀机3的吸入口侧需要赋予与稳态运转时相比过剩的压力，因此可能在耐压等安全性方面产生问题。
发明内容
本发明用来解决上述以往的课题，其目的在于提供一种能够可靠、稳定地起动的制冷循环装置。
即，本发明提供一种制冷循环装置，其具备：
工作流体回路，其包括：压缩工作流体的第一压缩机、使由所述第一压缩机压缩的工作流体散热的散热器、使由所述散热器散热的工作流体膨胀而从工作流体回收动力的膨胀机、使由所述膨胀机膨胀的工作流体蒸发的蒸发器、使由所述蒸发器蒸发的工作流体升压并向所述第一压缩机供给的第二压缩机以及将这些要件按照该顺序连接的流路；
动力回收轴，其连结所述膨胀机和所述第二压缩机，从而通过由所述膨胀机回收的动力驱动所述第二压缩机；
第一旁通路，其连通从所述第一压缩机的喷出口到所述膨胀机的吸入口的所述工作流体回路的部分和从所述蒸发器的出口到所述第二压缩机的吸入口的所述工作流体回路的部分；
第一旁通阀，其设置在所述第一旁通路中，控制所述第一旁通路中的工作流体的流通。
发明效果
根据本发明的制冷循环装置，能够在起动时向第二压缩机的吸入口供给与向膨胀机的吸入口供给的流体同等高压的工作流体。另一方面，第二压缩机的喷出口处的压力与第一压缩机的吸入口为同等压力，即相对低压。即，能够在第二压缩机的前后产生大的压力差。因此，本发明的制冷循环装置无论运转条件如何都能够可靠地稳定起动。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的制冷循环装置的结构图。
图2是本发明的实施方式1中的制冷循环装置的起动控制的流程图。
图3是本发明的实施方式2中的制冷循环装置的结构图。
图4是本发明的实施方式2中的制冷循环装置的起动控制的流程图。
图5是本发明的实施方式3中的制冷循环装置的结构图。
图6A是表示实施方式1及2的制冷循环装置起动时的状态的示意图。
图6B是表示实施方式3中的制冷循环装置起动时的状态的示意图。
图7是参考例中的制冷循环装置的结构图。
图8A是表示以往的制冷循环装置起动时的工作流体的流动的示意图。
图8B是表示实施方式1、实施方式2及参考例的制冷循环装置起动时的工作流体的流动的示意图。
图9是以往的制冷循环装置的结构图。
图10是表示图9所示的制冷循环装置起动时的状态的示意图。
图11是在以往的制冷循环装置中将二氧化碳用作工作流体时的莫里尔图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的多个实施方式进行说明。需要说明的是，本发明不受以下的实施方式限定。
(实施方式1)
<制冷循环装置100的结构>
图1是本发明的实施方式1中的制冷循环装置100的结构图。如图1所示，制冷循环装置100具备通过流路(配管)106a～106e将第一压缩机101、散热器102、膨胀机103、蒸发器104、第二压缩机105依次连接而形成的工作流体回路106。作为工作流体，例如可以使用二氧化碳等制冷剂。
第一压缩机101通过在积存有润滑油的一个密闭容器101c内配置压缩机构部101a和驱动压缩机构部101a的电动机101b而构成，其将工作流体压缩成高温高压。作为第一压缩机101，例如可使用涡旋式压缩机或回转式压缩机。第一压缩机101的喷出口经由流路106a与散热器102的入口连接。
散热器102使由第一压缩机101压缩的高温高压的工作流体散热(使其冷却)。散热器102的出口经由流路106b与膨胀机103的吸入口连接。
膨胀机103使从散热器102流出的中温高压的工作流体膨胀，将工作流体的膨胀能(动力)转换成机械能而回收。膨胀机103的喷出口经由流路106c与蒸发器104的入口连接。作为膨胀机103，例如可使用涡旋式膨胀机或回转式膨胀机。此外，作为膨胀机103还可使用流体压力电动机式膨胀机。流体压力电动机式膨胀机是指通过连续进行下述工序而从工作流体回收动力的流体机械，所述工序包括：在工作室内不进行实质的膨胀工序而从散热器102吸入工作流体的工序、将吸入的工作流体向蒸发器104喷出的工序。流体压电动机式膨胀机的详细的结构及动作原理例如在国际公开2008/050654号公报中公开。
蒸发器104将由膨胀机103膨胀的低温低压的工作流体加热蒸发。蒸发器104的出口经由流路106d与第二压缩机105的吸入口连接。
第二压缩机105吸入从蒸发器104流出的中温低压的工作流体，在进行预备升压后向第一压缩机101喷出。第二压缩机105的喷出口经由流路106e与第一压缩机101的吸入口连接。作为第二压缩机105可使用涡旋式压缩机或回转式压缩机。此外，作为第二压缩机105还可使用流体压力电动机式压缩机。流体压力电动机式压缩机是指通过连续实质地进行下述工序而使工作流体升压的流体机械，所述工序包括：从蒸发器104吸入工作流体的工序、将吸入的工作流体向第一压缩机101喷出的工序。换言之，流体压电动机式压缩机表示在工作室内不产生实质性的工作流体的体积变化的流体机械。流体压力电动机式压缩机的结构基本与流体压电动机式膨胀机的结构相同，在上述文献中详细公开。
膨胀机103和第二压缩机105收容在积存有润滑油的一个密闭容器109中。膨胀机103通过动力回收轴107与第二压缩机105连结。膨胀机103、第二压缩机105及动力回收轴107作为将由膨胀机103回收的机械能(动力)经由动力回收轴107传递到第二压缩机105从而驱动第二压缩机105的动力回收系统108发挥作用。
在本实施方式1中，第二压缩机105具有比膨胀机103的容积大的容积。第二压缩机105的容积Vc相对于膨胀机103的容积Ve的比率(Vc/Ve)例如设定在5～15的范围内。特别是，在使用像二氧化碳那样的形成具有大的压力差的制冷循环的工作流体时，比率(Vc/Ve)也容易变大。通常而言，比率(Vc/Ve)越大，则需要越大的驱动力(转矩)使动力回收系统108自起动。需要说明的是，“第二压缩机105的容积”是指困入(閉じ込め)容积，即吸入工序结束时的工作室的容积。这一点对于膨胀机103而言也同样。
制冷循环装置100还具备第一旁通路112及第一旁通阀113。第一旁通路112以将连结散热器102的出口与膨胀机103的吸入口的流路106b和连结蒸发器104的出口与第二压缩机105的吸入口的流路106d连通的方式与工作流体回路106连接。第一旁通阀113设置在第一旁通路112中，其控制第一旁通路112中的工作流体的流通。
第一旁通路112的上游端K1与流路106b连接，第一旁通路112的下游端K2与流路106d连接。即，第一旁通路112是能够在动力回收轴107旋转前使流路106b内的工作流体绕过膨胀机103及蒸发器104而直接吸入到第二压缩机105中的流路。
需要说明的是，只要在制冷循环装置100起动时能够提高第二压缩机105的吸入口处的压力，则上游端K1的位置不局限于图1所示的位置。即，只要能够将从第一压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的工作流体回路106的部分和从蒸发器104的出口到第二压缩机105的吸入口的工作流体回路106的部分连通，则对第一旁通路112的上游端K1的位置没有特别的限定。具体而言，第一旁通路112也可以以将连结第一压缩机101的喷出口与散热器102的入口的流路106a和连结蒸发器104的出口与第二压缩机105的吸入口的流路106d连通的方式与工作流体回路106连接。根据情况的不同，第一旁通路112也可以从散热器102分支。例如，在散热器102由上游侧部分和下游侧部分构成的情况下，可以容易地从这两部分之间分支第一旁通路112。
第一旁通阀113设置在第一旁通路112的上游端部。在将第一旁通路112的全长定义为L1时，“上游端部”相当于上游端K1与从上游端K1朝向下游端K2前进了L1/4的位置之间的部分。但是，对第一旁通阀113的位置没有特别的限定，例如，也可以设置在第一旁通路112的下游端部。“下游端部”相当于下游端K2与从下游端K2朝向上游端K1前进了L1/4的位置之间的部分。在本实施方式1中，作为第一旁通阀113使用了开闭阀，但不局限于此。在第一旁通阀113设置在上游端K1或下游端K2的位置上时，也可以作为第一旁通阀113而使用三通阀。若使用三通阀，则具有可削减配管的连接部位的优点。
此外，制冷循环装置100在从蒸发器104的出口到第二压缩机105的吸入口之间的、比第一旁通路112的下游端K2接近蒸发器104的位置具备设置在工作流体回路106中的起动辅助阀114。起动辅助阀114控制流路106d中的工作流体的流通。作为起动辅助阀114可以使用开闭阀。
当打开第一旁通阀113时，能够使流路106b内的工作流体经由第一旁通路112向第二压缩机105的吸入口直接流动。此时，通过关闭起动辅助阀114，能够防止工作流体从蒸发器104向第二压缩机105流动。
制冷循环装置100还具备第二旁通路110及第二旁通阀111。第二旁通路110以将连结膨胀机103的喷出口与蒸发器104的入口的流路106c和连结第二压缩机105的喷出口与第一压缩机101的吸入口的流路106e连通的方式与工作流体回路106连接。即，第二旁通路110绕过蒸发器104及第二压缩机105。第二旁通阀111设置在第二旁通路110中，其控制第二旁通路110中的工作流体的流通。
第二旁通路110的上游端H1与流路106c连接，第二旁通路110的下游端H2与流路106e连接。即，第二旁通路110是能够使流路106c内的工作流体绕过蒸发器104及第二压缩机105而直接吸入到第一压缩机101的流路。
但是，只要在制冷循环装置100起动时能够使蒸发器104内的工作流体由第一压缩机101吸入，则上游端H1的位置不局限于图1所示的位置。上游端H1位于从膨胀机103的喷出口到第一旁通路112的下游端K2的区间的何处均可。即，第二旁通路110也可以以将从蒸发器104的出口到第一旁通路112的下游端K2的工作流体回路106的部分(流路106d的一部分)与从第二压缩机105的喷出口到第一压缩机101的吸入口的工作流体回路106的部分(流路106e)连通的方式与工作流体回路106连接。根据情况的不同，第二旁通路110也可以从蒸发器104分支。例如，在蒸发器104由上游侧部分和下游侧部分构成的情况下，可以容易地从这两部分之间分支第二旁通路110。
第二旁通阀111设置在第二旁通路110的上游端部。在将第二旁通路111的全长定义为L2时，“上游端部”相当于上游端H1与从上游端H1朝向下游端H2前进了L2/4的位置之间的部分。第二旁通阀111还可以设置在第二旁通路111的下游端部。“下游端部”相当于下游端H2与从下游端H2朝向上游端H1前进了L2/4的位置之间的部分。在本实施方式1中，作为第二旁通阀111使用了止回阀，但不局限于此，也可以使用开闭阀或者三通阀。
当第二旁通阀111的出口处的压力比入口处的压力低时，可以通过第二旁通阀111使流路106c内的工作流体向第二旁通路110流动。即，在流路106e内的压力比膨胀机103的喷出口与第二压缩机105的吸入口之间的流路(流路106c、蒸发器104、流路106d)内的压力低时，可以使流路106c内的工作流体经由第二旁通路110直接向第一压缩机101的吸入口流动。
制冷循环装置100还具备控制第一旁通阀113及起动辅助阀114的开闭的控制器117。在第一旁通阀113及起动辅助阀114上分别设置有阀开闭机构115及116。阀开闭机构115及116典型地由用于使阀动作的螺线管等致动器构成，其由控制器117控制。控制器117经典地由微型计算机构成。在控制器117上连接有设置有起动按钮的输入装置118。当通过输入装置118向控制器117输入操作指令时，执行存储在控制器117的内部存储器中的规定的控制程序。例如，当起动按钮被接通时，从输入装置118向控制器117发送起动指令(起动信号)。控制器117根据取得起动指令的情况而参照图2执行后述的规定的起动控制。此外，控制器117控制使第一压缩机101动作的电动机101b的动作。
此外，制冷循环装置100具备起动检测器119，该起动检测器119用于检测第二压缩机105的起动。起动检测器119向控制器117发送检测信号。控制器117根据取得检测信号的情况来检测第二压缩机105的起动。作为起动检测器119可以使用温度检测器、压力检测器等。作为温度检测器的起动检测器119包括例如热电偶、热敏电阻这样的温度检测元件，其检测应由膨胀机103吸入的工作流体的温度与从膨胀机103喷出的工作流体的温度的温度差ΔT。作为压力检测器的起动检测器119例如包括压电元件，其检测应由膨胀机103吸入的工作流体的压力与从膨胀机103喷出的工作流体的压力的压力差ΔP。此外，作为检测第二压缩机105的起动的起动检测器119也可以设置计测从第一压缩机101的起动时刻起经过的经过时间的计时器。这样的计时器也可以由控制器117的功能来提供。在这种情况下，控制器117本身能够发挥起动检测器119的作用。此外，作为检测第二压缩机105的起动的起动检测器119，也可以设置检测动力回收轴107的驱动的接触式或非接触式的变位传感器、例如编码器。
根据起动检测器119的种类的不同，检测“第二压缩机105已起动这一情况”的方法存在如下不同之处。
在使用温度检测器的情况下，通过控制器117设定由实验或理论求出的规定值T1。在控制器117中，根据由温度检测器检测到的温度差ΔT大于规定值T1这一情况来检测“第二压缩机105已起动这一情况”。
在使用压力检测器的情况下，通过控制器117设定由实验或理论求出的规定值P1。在控制器117中，根据由压力检测器检测到的压力差ΔP大于规定值P1这一情况来检测，“第二压缩机105已起动这一情况”。
能够通过温度差ΔT与规定值T1的比较或通过压力差ΔP与规定值P1的比较检测第二压缩机105的起动的理由如下。在起动第一压缩机101后，从第一压缩机101喷出的工作流体通过第一旁通路112向第二压缩机105的吸入口供给。根据这一情况，动力回收系统108起动。此时，因为第二压缩机105成为驱动源，因此在第一压缩机101的吸入温度与第一压缩机101的喷出温度之间产生大的温度差前，动力回收系统108开始旋转。在动力回收系统108的旋转开始时，制冷循环装置100的压力差没有变得足够大，使动力回收系统108旋转的动力小。因此，动力回收系统108的转速也低。若动力回收系统108的转速低，则膨胀机103的转速也低。该状态相当于膨胀阀中所说的“节流的状态”。因此，第一压缩机101的喷出温度及喷出压力也逐渐地上升。
若第一压缩机101的喷出温度及喷出压力上升，则使膨胀机103及第二压缩机105旋转的动力也增加，动力回收系统108的转速也变高。并且，当成为高转速时，动力回收系统108在惯性的影响下稳定地旋转。优选持续打开第一旁通路112直至成为这样的稳定旋转状态。
另一方面，膨胀机103的吸入温度从与停止时的外部气体温度大致相同的温度开始逐渐上升。根据膨胀机103的吸入温度(或吸入压力)而决定膨胀机103的喷出温度(或喷出压力)。例如，在外部气体温度为10℃时，动力回收系统108起动时及动力回收系统108稳态运转时的各自的膨胀机103的吸入温度、喷出温度、吸入压力及喷出压力如下。需要说明的是，下述的值是通过以膨胀比＝2.0进行计算而得到的。
<起动时>
吸入温度：10℃，吸入压力：5.0MPa，
喷出温度：-3.0℃，喷出压力：3.2Mpa
吸入温度与喷出温度的温度差：13℃
吸入压力与喷出压力的压力差：1.8Mpa
<稳态时>
吸入温度：40℃，吸入压力：10.0Mpa
喷出温度：13.4℃，喷出压力：4.9Mpa
吸入温度与喷出温度的温度差：26.6℃
吸入压力与喷出压力的压力差：5.1Mpa
当以第一压缩机101的喷出温度及喷出压力低的状态起动动力回收系统108时，如上所述，膨胀机103的吸入温度及膨胀机103的喷出温度分别逐渐变大。吸入温度与喷出温度的温度差也逐渐扩大。这一情况对于压力而言也同样。因此，通过将规定值T1及P1设定成适当的值(例如，比起动时的温度差及压力差稍大的值)，能够检测第二压缩机105的起动(动力回收系统108的起动)。
需要说明的是，还存在如下可能性，即，代替温度差Δ及压力差ΔT而根据膨胀机103的喷出温度或膨胀机103的喷出压力来检测第二压缩机105的起动。在动力回收系统108起动时，膨胀机103也旋转。膨胀机103在吸入工作流体后使吸入的工作流体膨胀而喷出。因此，从膨胀机103喷出的工作流体的温度及压力比吸入前低。通过以时间序列监视膨胀机103的喷出口处的温度(或压力)并且捕捉温度(或压力)的急变，能够判断第二压缩机105已起动。
在使用计时器的情况下，通过控制器117设定由实验或理论求出的规定时间t。控制器117向第一压缩机101的电动机101b发送控制信号，并且开始计时器的时间计测。根据计时器计测到的时间经过规定时间t这一情况，控制器117检测出“第二压缩机105已起动这一情况”。
“规定时间t”在控制器117中应执行的起动控制程序中被记述。例如，在各种运转条件(外部气体温度等)下实际地测定从起动第一压缩机101到第二压缩机105起动前的时间。并且，可以在全部的运转条件下将可判断为第二压缩机105已起动的时间设定为“规定时间t”。理论上而言，通过构建制冷循环装置100的模型，由计算机模拟来推定为了起动动力回收系统108所必要的足够的压力差。并且，利用第一压缩机101的容积、工作流体回路106的工作流体的充填量等参数算出为了产生推定的压力差所必要的初始活动时间。可以将算出的初始活动时间设定为“规定时间t”。
<制冷循环装置100的动作>
图2是制冷循环装置100的起动控制的流程图。制冷循环装置100在图2所示的起动控制被执行后开始稳态运转。在运转待机状态下，第一压缩机101停止，第一旁通阀113关闭，起动辅助阀114打开，工作流体回路106内的工作流体的压力大致一致。需要说明的是，用于使应与工作流体进行热交换的流体(空气或水)向散热器102流动的风扇或泵在起动控制结束后进行动作。同样地，用于使应与工作流体进行热交换的流体向蒸发器104流动的风扇或泵也在起动控制结束后进行动作。
在步骤S11中，根据从输入装置118取得起动指令这一情况，控制器117向阀开闭机构115及116发送控制信号以打开第一旁通阀113并关闭起动辅助阀114(步骤S12)。由此，第一旁通路112开通，流路106d在蒸发器104的出口与第一旁通路112的下游端K2之间关闭。
接着，控制器117为了起动第一压缩机101而开始向电动机101b的供电(步骤S13)。由此，向第一压缩机101吸入流路106e及第二旁通路110内的工作流体。需要说明的是，也可以在第一压缩机101起动前不打开第一旁通阀113而是与第一压缩机101的起动对应地打开第一旁通阀113。同样地，也可以与第一压缩机101的起动对应地关闭起动辅助阀114。即，只要在第一压缩机101起动后且动力回收轴107旋转前成为工作流体能够在第一旁通路112中流通的状态就没有问题。
当开始向第一压缩机101吸入工作流体时，流路106e及第二旁通路110内的压力下降。由此，第二旁通阀111打开，向第二旁通路110流入比第二旁通阀111靠上游侧的工作流体、即从膨胀机103的喷出口到起动辅助阀114的流路(流路106c、蒸发器104、流路106d的一部分)内的工作流体。流入到第二旁通路110中的工作流体被第一压缩机101吸入并压缩，向流路106a喷出。因此，从膨胀机103的喷出口到起动辅助阀114的流路(流路106c、蒸发器104、流路106d的一部分)内的压力下降。
另一方面，当第一压缩机101起动时，从第一压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路(流路106a、散热器102、流路106b)内的压力上升。被压缩后的工作流体通过第一旁通路112也流入起动辅助阀114与第二压缩机105的吸入口之间的流路106d。由此，从起动辅助阀114到第二压缩机105的吸入口的流路(流路106d的一部分)内的压力上升。
其结果是，如图6A所示，膨胀机103及第二压缩机105的各吸入口处的压力相对变高，膨胀机103及第二压缩机105的各喷出口处的压力相对变低。即，不仅在膨胀机103的吸入口与喷出口之间，在第二压缩机105的吸入口与喷出口之间也能够产生压力差。工作流体的压力差分别作用于膨胀机103及第二压缩机105，因此能够容易地使动力回收系统108自行起动。
控制器117在通过起动检测器119检测到第二压缩机105已起动这一情况时(步骤S14)向阀开闭机构115及116发送控制信号以关闭第一旁通阀113并打开起动辅助阀114(步骤S15)。具体而言，控制器117接收来自起动检测器119的检测信号而检测第二压缩机105的起动，然后，关闭第一旁通阀113并打开起动辅助阀114。由此，第一旁通路112被关闭，流路106d开通。在起动控制结束后，制冷循环装置100转向使工作流体在工作流体回路106中循环的稳态运转。
在转向稳态运转时，在第二压缩机105的升压作用下，第二旁通路110的下游端H2处的压力超过上游端H1处的压力。因此，作为止回阀的第二旁通阀111关闭。流路106e及比第二旁通阀111靠下游侧的第二旁通路110内的压力比流路106c、蒸发器104及流路106d内的压力高，因此第二旁通阀111维持关闭状态。由此，在稳态运转中，工作流体在工作流体回路106中循环。
需要说明的是，虽然也受到外部气体温度等条件的影响，但在制冷循环装置100起动时第二压缩机105可以吸入液相的工作流体。因此，作为第二压缩机105可以适当采用在先说明的流体压力电动机式压缩机。这是因为，若利用流体压力电动机式压缩机，则在工作室内中工作流体不产生实质性的体积变化，因此能够在一定程度上允许液相的工作流体的吸入。
此外，在稳态运转时第一压缩机101吸入工作流体之际，因为将工作流体关闭在压缩机构部101a而可能在流路106e中产生压力脉动。若根据本实施方式1，则第二旁通路110的一部分(从第二旁通阀111到下游端H2的部分)可以作为供流路106e的容积扩张的缓冲空间来发挥作用。因此，可期待在流路106e中产生的压力脉动的脉动幅度得到缓和，进而提高制冷循环装置100的动作的可靠性。
同样地，在第二压缩机105吸入工作流体时，因为将工作流体关闭在第二压缩机105的工作室而可能在流路106d中产生压力脉动。若根据本实施方式1，则第一旁通路112的一部分(从第一旁通阀113到下游端K2的部分)可以作为供流路106d的容积扩张的缓冲空间来发挥作用。因此，可期待在流路106d中产生的压力脉动的脉动幅度得到缓和，进而提高制冷循环装置100的动作的可靠性。
为了停止制冷循环装置100的运转，例如依次减小第一压缩机101的转速。在第一压缩机101停止后，工作流体在第一压缩机101、膨胀机103及第二压缩机105中以花费充足时间的方式进行移动。因此，工作流体回路106中的压力差自然消除，成为大致一致的压力而实现稳定。由此，膨胀机103及第二压缩机105也自然停止。
<制冷循环装置100的效果>
根据本实施方式1，在制冷循环装置100起动时，第一旁通阀113打开，起动辅助阀114关闭。因此，能够使从第一压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路内的工作流体通过第一旁通路112而向第二压缩机105的吸入口供给。由此，能够使第二压缩机105的吸入口处的压力上升。此外，除了流路106e以外，还能够使从膨胀机103的喷出口到起动辅助阀114的流路内的工作流体通过第二旁通路110而直接向第一压缩机101供给。
另一方面，当第一压缩机101开始吸入工作流体时，流路106e及比第二旁通阀111靠下游侧的第二旁通路110内的压力下降。由此，作为止回阀的第二旁通阀111打开。向第二旁通路110流入从膨胀机103的喷出口到起动辅助阀114的流路内的工作流体，与第二旁通路110及流路106e内的工作流体一起被吸入第一压缩机101中。
如以上说明那样，根据制冷循环装置100，不仅能够在膨胀机103的吸入口与喷出口之间产生压力差，还能够在第二压缩机105的吸入口与喷出口之间产生压力差。因此，能够稳定且可靠地起动动力回收系统108，进而提高制冷循环装置100的可靠性。
(实施方式2)
<制冷循环装置200的构成>
图3是本发明的实施方式2中的制冷循环装置200的结构图。如图3所示，制冷循环装置200在作为第一旁通阀201使用三通阀这一点与实施方式1不同。即，第一旁通阀201发挥实施方式1中的第一旁通阀113及起动辅助阀114这两者的作用。在本实施方式2中，对与实施方式1通用的部件标注同一符号，省略其详细的说明。
在本实施方式2中，第一旁通阀201设置在第一旁通路112的下游端K2与流路106d的接合部。由此，能够利用一个阀简单地进行第一旁通路112的开闭和流路106d的开闭。具体而言，能够简单地将工作流体的路径在(a)开通流路106d并关闭第一旁通路112的状态(例如，稳态运转时)与(b)开通第一旁通路112并将流路106d在与第一旁通路112的下游端K2的接合部关闭的状态(例如，起动控制时)之间进行切换。这样，在本实施方式2中，能够简化制冷循环装置200的结构。需要说明的是，第一旁通阀201也可以设置在第一旁通路112的上游端K1与流路106b的接合部。
在第一旁通阀201上设置有阀切换机构202。阀切换机构202典型地由螺线管等致动器构成，并由控制器117控制。
<制冷循环装置200的动作>
图4是制冷循环装置200的起动控制的流程图。制冷循环装置200在图4所示的起动控制被执行后开始稳态运转。在运转待机状态下，第一压缩机101停止，通过第一旁通阀201使流路106d开通，而第一旁通路112关闭(上述(a)状态)。工作流体回路106内的工作流体的压力大致均匀。
根据在步骤S21中从输入装置118取得起动指令，控制器117向阀控制机构202发送控制信号(步骤S22)，以从在先说明的(a)状态向(b)状态切换。
接着，控制器117为了起动第一压缩机101而开始向电动机101b的供电(步骤S23)。由此，向第一压缩机101吸入流路106e及第二旁通路110内的工作流体。步骤S22的处理也可以与第一压缩机101的起动相对应地执行。
在开始向第一压缩机101吸入工作流体时，流路106e及第二旁通路110内的压力下降。由此，第二旁通阀111打开，向第二旁通路110流入比第二旁通阀111靠上游侧的工作流体、即从膨胀机103的喷出口到第一旁通阀201的流路(流路106c、蒸发器104、流路106d的一部分)内的工作流体。流入第二旁通路110的工作流体被第一压缩机101吸入压缩，并向流路106a喷出。因此，从膨胀机103的喷出口到第一旁通阀201的流路(流路106c、蒸发器104、流路106d的一部分)内的压力也下降。
另一方面，当第一压缩机101起动时，从第一压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路(流路106a、散热器102、流路106b)内的压力上升。被压缩后的工作流体通过第一旁通路112也流入第一旁通阀201与第二压缩机105的吸入口之间的流路106d。由此，从第一旁通阀201到第二压缩机105的吸入口的流路(流路106d的一部分)内的压力上升。与实施方式1同样形成图6A所示的状态，能够容易地使动力回收系统108自行起动。
控制器117在通过起动检测器119检测到第二压缩机105已起动这一情况时(步骤S24)，向阀切换机构202发送控制信号(步骤S25)，以从在先说明的(b)状态切换到(a)状态。由此，第一旁通阀201被切换，第一旁通路112关闭。在起动控制结束后，制冷循环装置200转向稳态运转。
在本实施方式2中，第二旁通路110的一部分(从第二旁通阀111到下游端H2的部分)也能够作为供流路106e的容积扩张的缓冲空间而发挥作用。因此，如实施方式1中说明的那样，可期待在流路106e中产生的压力脉动的脉动幅度得到缓和，进而能够提高制冷循环装置200的动作的可靠性。
同样地，第一旁通路112能够作为供流路106b的容积扩张的缓冲空间而发挥作用。因此，可期待在流路106b中产生的压力脉动的脉动幅度得到缓和，进而能够提高制冷循环装置200的动作的可靠性。
<制冷循环装置200的效果>
根据本实施方式2，在制冷循环装置200起动时，第一旁通路112开通而流路106d在与第一旁通路112的下游端K2的接合部关闭。因此，能够将从第一压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路内的工作流体通过第一旁通路112向第二压缩机105的吸入口供给。由此，能够使第二压缩机105的吸入口处的压力上升。此外，除了流路106e以外，能够使从膨胀机103的喷出口到第一旁通阀201的流路内的工作流体通过第二旁通路110而直接向第一压缩机101供给。
另一方面，在第一压缩机101开始吸入工作流体时，流路106e及比第二旁通阀111靠下游侧的第二旁通路110内的压力下降。由此，作为止回阀的第二旁通阀111打开。从膨胀机103的喷出口到第一旁通阀201的流路内的工作流体向第二旁通路110流入，并与第二旁通路110及流路106e内的工作流体一起吸入到第一压缩机101中。
此外，根据制冷循环装置200，在起动时，能够避免蒸发器104及第二压缩机105导致的工作流体的压力损失，从而抑制第一压缩机101应吸入的工作流体的压力下降，能够减小第一压缩机101使工作流体升压的动力。
如以上说明的那样，根据制冷循环装置200，不仅在膨胀机103的吸入口与喷出口之间产生压力差，而且在第二压缩机105的吸入口与喷出口之间也能够产生压力差。因此，能够稳定且可靠地起动动力回收系统108，进而提高制冷循环装置200的可靠性。
(实施方式3)
根据实施方式1及2，在制冷循环装置中设置有第二旁通路110及第二旁通阀111。但是，它们并非总是必要的。即，如图5所示，可以提出省略了第二旁通路110及第二旁通阀111的结构的制冷循环装置300。
根据制冷循环装置300，在起动时打开第一旁通阀113并关闭起动辅助阀114。在动力回收系统108未起动的状态下，第一压缩机101仅能吸收流路106e内的工作流体。即，如果着眼于第一压缩机101能够吸入的工作流体的量，则本实施方式3可能比不上实施方式1及2。但是，根据本实施方式3，同样能够不仅在膨胀机103的吸入口与喷出口之间产生压力差，而且还能够在第二压缩机105的吸入口与喷出口之间产生压力差(参照图6A)。因此，即使省略第二旁通路110及第二旁通阀111，也能够容易且可靠地起动动力回收系统108。
进而，可以从制冷循环装置300中省略起动辅助阀114。这种情况下，如图6B所示，仅在第二压缩机105的吸入口与喷出口之间产生压力差。然而，在第二压缩机105的容积与膨胀机103的容积相比足够大时，第二压缩机105的驱动阻力与膨胀机103的驱动阻力相比相对较大。因此，图6B所示的状态比图10所示的状态更有利于动力回收系统108的起动。
(参考例)
在图7所示的制冷循环装置400中，旁通路110的上游端H1的位置与以往的制冷循环装置500(参照图9)不同。具体而言，旁通路110的上游端H1位于连结膨胀机103的喷出口与蒸发器104的入口的流路106c上。制冷循环装置400的其他结构及起动的检测方法等与参照图1等说明的制冷循环装置100相同。
根据制冷循环装置400，与参照图9说明的制冷循环装置500同样地无法在第二压缩机105的吸入口与喷出口之间产生压力差。然而，根据制冷循环装置400，因为旁通路110的上游端H1的位置的不同，能够获得以下的有利效果。即，根据制冷循环装置400，在起动前后的一定期间内，能够避免因蒸发器104及第二压缩机105产生的工作流体的压力损失，由此能够抑制第一压缩机101应吸入的工作流体的压力下降。其结果是，能够降低第一压缩机101使工作流体升压所必要的动力，进而容易更迅速地形成稳定的运转状态。
如图8A所示，在以往的制冷循环装置500(图9)停止时，在蒸发器4内的比较靠下游的下游部分容易积存液相的工作流体。这一情况由图10的莫里尔图也能够理解。若在蒸发器4的内部积存有液相的工作流体的状态下起动制冷循环装置500，则流路10c及10d内的气相的工作流体和蒸发器4内的气相的工作流体通过蒸发器4中而前进至第一压缩机1或第二压缩机5。由于工作流体移动比较长的距离，因此压力损失也比较大。进而，可能向第一压缩机101吸入液相的工作流体，液相的工作流体成为阻力而压力损失可能增大。
相对于此，根据本参考例的制冷循环装置400，如图8所示，气相的工作流体在蒸发器104中逆流并通过旁通路110直接被第一压缩机101吸入。液相的工作流体在蒸发器104内气化的同时进行移动，其通过旁通路110而被第一压缩机101吸入。这样，蒸发器104内的压力、即第一压缩机101的吸入压力保持成大致恒定。液相的工作流体不会成为阻力，气相的工作流体的压力损失比较小。此外，由于在起动时液相的工作流体吸入第一压缩机101中的可能性也低，因此能够实现更稳定的起动。
需要说明的是，由于实施方式1及2的制冷循环装置100及200也具备旁通路110，因此在起动时也能够得到上述效果。
工业实用性
本发明的制冷循环装置可用于供水机、空气调节装置、干燥机等设备。

Claims (19)

1.一种制冷循环装置，其具备：
工作流体回路，其包括：压缩工作流体的第一压缩机、使由所述第一压缩机压缩的工作流体散热的散热器、使由所述散热器散热的工作流体膨胀而从工作流体回收动力的膨胀机、使由所述膨胀机膨胀的工作流体蒸发的蒸发器、使由所述蒸发器蒸发的工作流体升压并向所述第一压缩机供给的第二压缩机、以及将这些要件按照该顺序连接的流路；
动力回收轴，其连结所述膨胀机和所述第二压缩机，从而通过由所述膨胀机回收的动力驱动所述第二压缩机；
第一旁通路，其连通从所述第一压缩机的喷出口到所述膨胀机的吸入口的所述工作流体回路的部分和从所述蒸发器的出口到所述第二压缩机的吸入口的所述工作流体回路的部分；
第一旁通阀，其设置在所述第一旁通路中且控制所述第一旁通路中的工作流体的流通。
2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其中，
在从所述蒸发器的出口到所述第二压缩机的吸入口之间的所述工作流体回路中还具备起动辅助阀，该起动辅助阀的设置位置比所述第一旁通路的下游端接近所述蒸发器。
3.根据权利要求2所述的制冷循环装置，其中，
所述第一旁通阀设置在所述第一旁通路的上游端部或下游端部。
4.根据权利要求2或3所述的制冷循环装置，其中，
所述第一旁通阀为开闭阀或三通阀。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制冷循环装置，其中，
还具备第二旁通路，其连通从所述膨胀机的喷出口到所述第一旁通路的下游端的所述工作流体回路的部分和从所述第二压缩机的喷出口到所述第一压缩机的吸入口的所述工作流体回路的部分。
6.根据权利要求5所述的制冷循环装置，其中，
还具备第二旁通阀，其设置在所述第二旁通路中且控制所述第二旁通路中的工作流体的流通。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的制冷循环装置，其中，
在所述第一压缩机起动前或与所述第一压缩机的起动相对应地打开所述第一旁通阀。
8.根据权利要求2至4中任一项所述的制冷循环装置，其中，
在所述第二压缩机起动后关闭所述第一旁通阀。
9.根据权利要求8所述的制冷循环装置，其中，还具备：
起动检测器，其检测所述第二压缩机的起动；
控制器，其控制所述第一旁通阀的开闭，
所述控制器接收来自所述起动检测器的检测信号而检测所述第二压缩机的起动，并且关闭所述第一旁通阀。
10.根据权利要求9所述的制冷循环装置，其中，
所述起动检测器是检测应被所述膨胀机吸入的工作流体的温度与从所述膨胀机喷出的工作流体的温度的温度差的温度检测器，
根据所述温度差大于规定值这一情况来检测所述第二压缩机的起动。
11.根据权利要求9所述的制冷循环装置，其中，
所述起动检测器是检测应被所述膨胀机吸入的工作流体的压力与从所述膨胀机喷出的工作流体的压力的压力差的压力检测器，
基于所述压力差大于规定值这一情况来检测所述第二压缩机的起动。
12.根据权利要求9所述的制冷循环装置，其中，
所述起动检测器是计测从所述第一压缩机的起动时刻起经过的经过时间的计时器，
根据由所述计时器计测到的时间经过规定时间这一情况来检测所述第二压缩机的起动。
13.根据权利要求2所述的制冷循环装置，其中，
在所述第一压缩机起动前或与所述第一压缩机的起动相对应地关闭所述起动辅助阀。
14.根据权利要求2所述的制冷循环装置，其中，
在所述第二压缩机起动后打开所述起动辅助阀。
15.根据权利要求14所述的制冷循环装置，其中，
还具备：
起动检测器，其检测所述第二压缩机的起动；
控制器，其控制所述起动辅助阀的开闭，
所述控制器接收来自所述起动检测器的检测信号而检测所述第二压缩机的起动，并且打开所述起动辅助阀。
16.根据权利要求15所述的制冷循环装置，其中，
所述起动检测器是检测应被所述膨胀机吸入的工作流体的温度与从所述膨胀机喷出的工作流体的温度的温度差的温度检测器，
根据所述温度差大于规定值这一情况来检测所述第二压缩机的起动。
17.根据权利要求15所述的制冷循环装置，其中，
所述起动检测器是检测应被所述膨胀机吸入的工作流体的压力与从所述膨胀机喷出的工作流体的压力的压力差的压力检测器，
根据所述压力差大于规定值这一情况来检测所述第二压缩机的起动。
18.根据权利要求15所述的制冷循环装置，其中，
所述起动检测器是计测从所述第一压缩机的起动时刻起经过的经过时间的计时器，
根据由所述计时器计测到的时间经过规定时间这一情况来检测所述第二压缩机的起动。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的制冷循环装置，其中，
所述膨胀机和所述第二压缩机收容在一个密闭容器中。
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