CN102460035B - 冷冻循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不进行预膨胀就能够进行体积流量的匹配的冷冻循环装置。其具有冷冻循环回路(30)和副压缩机构(3)；该冷冻循环回路(30)通过用配管连接压缩部(主压缩机(5)及第二压缩机(23))、气体冷却器(11)、膨胀机构(2)、及蒸发器(12)而构成；该副压缩机构(3)由在膨胀机构(2)中回收了的动力驱动；副压缩机构(3)的吸入侧被连接到压缩部的压缩过程，副压缩机构(3)的排出侧被连接到气体冷却器(11)的入口侧，对流入到副压缩机构(3)的制冷剂的流量进行控制。

Description

冷冻循环装置
技术领域
本发明涉及一种从膨胀过程进行动力回收的冷冻循环装置。
背景技术
例如，在冷冻用、空气调节用的以往的冷冻循环装置中，存在这样的冷冻循环装置，该冷冻循环装置利用容积型的流体机械(膨胀机构)进行膨胀过程，将在此时回收了的膨胀动力用于在容积型的流体机械(压缩机构)中进行的压缩过程。在这样的以往的冷冻循环装置中，所谓的“密度比一定的制约”这样的体积流量的匹配成为问题。即，由膨胀机构的回收动力驱动的压缩机构的吸入容积与膨胀机构的吸入容积的比固定，所以，在通过双方的流量相同的场合，两机构的入口处的制冷剂比容的比需要与吸入容积的比一致。
上述那样的以往的冷冻循环装置，例如以制冷剂比容的比(膨胀机构的入口处的制冷剂比容/压缩机构的入口处的制冷剂比容)与吸入容积比(膨胀机构的吸入容积/压缩机构的吸入容积)的一致作为条件设计膨胀机。然而，在冷冻循环装置实际运转时，相应于实际运转时的条件变化，在制冷剂比容的比与吸入容积比的值方面产生偏差。为了使该制冷剂比容的比与吸入容积比的从设计点的偏差量匹配，例如提出了这样的冷冻循环装置(例如，参照专利文献1)，该冷冻循环装置“由制冷剂回路构成，该制冷剂回路利用配管连接具有马达11的压缩机1、室外侧换热器3、膨胀机6、室内侧换热器8。另外，在膨胀机6的流入侧设置有预膨胀阀5。另外，与预膨胀阀5及膨胀机6并列地设置对预膨胀阀5及膨胀机6进行旁通的旁通回路，在该旁通回路设置有控制阀7。另外，膨胀机6的驱动轴与压缩机1的驱动轴被连接，压缩机1将在膨胀机6中回收了的动力用于驱动。」。
这样的以往的冷冻循环装置(例如，参照专利文献1)，在(膨胀机构的入口处的制冷剂比容/压缩机构的入口处的制冷剂比容)＞(膨胀机构的吸入容积/压缩机构的吸入容积)的场合，使规定流量的制冷剂流到旁通回路。此时，流到旁通回路的制冷剂的流量(设在旁通回路上的控制阀的开度)根据旁通量比进行调整，该旁通量比通过决定C.O.P.最大时的最佳高压而加以决定。另外，在(膨胀机构的入口处的制冷剂比容/压缩机构的入口处的制冷剂比容)＜(膨胀机构的吸入容积/压缩机构的吸入容积)的场合，通过设在膨胀机构的流入侧的预膨胀阀使流入到膨胀机构的制冷剂减压、预膨胀为规定的压力。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-150750号公报(段落0008、图1)
发明内容
发明要解决的问题
然而，在(膨胀机构的入口处的制冷剂比容/压缩机构的入口处的制冷剂比容)＜(膨胀机构的吸入容积/压缩机构的吸入容积)时为了获得体积流量的匹配而进行的预膨胀，大多对液相的制冷剂或处在液相侧的超临界区域的制冷剂进行。因此，相对于减压幅度，比容变化较小，存在经常将高低压差基本上全部预膨胀掉，或即使预膨胀到变得不能获得回收动力的程度也不能获得体积流量的匹配的问题。
本发明就是为了解决上述那样的问题而作出的，其目的在于获得一种冷冻循环装置，该冷冻循环装置即使在(膨胀机构的入口处的制冷剂比容/压缩机构的入口处的制冷剂比容)＜(膨胀机构的吸入容积/压缩机构的吸入容积)的场合，不进行预膨胀也能够进行体积流量的匹配。
用于解决问题的手段
本发明的冷冻循环装置具有用配管连接压缩部、气体冷却器、膨胀机构、及蒸发器而构成的冷冻循环回路，和由在上述膨胀机构中回收了的动力驱动的副压缩机构，上述副压缩机构的吸入侧被连接到上述压缩部的压缩过程，上述副压缩机构的排出侧被连接到上述气体冷却器的入口侧，对流入到上述副压缩机构的制冷剂的流量进行控制。
发明的效果
在本发明中，在压缩过程侧进行体积流量的匹配。因此，即使在(膨胀机构的入口处的制冷剂比容/压缩机构的入口处的制冷剂比容)＜(膨胀机构的吸入容积/压缩机构的吸入容积)的场合，不进行预膨胀也能够实现体积流量的匹配。
附图说明
图1为模式地表示实施方式1的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。
图2为表示实施方式1的冷冻循环装置运转时的制冷剂的状态变化的莫里尔图。
图3为表示冷冻循环装置的代表性的运转条件的条件图。
图4为模式地表示使用以往的流量匹配方式的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。
图5为表示按照以往的流量匹配方式进行流量匹配的场合的预膨胀率y及旁通比x等的说明图。
图6为表示按照实施方式1的流量匹配方式进行流量匹配的场合的预膨胀率y及旁通比x等的说明图。
图7为模式地表示实施方式2的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。
图8为模式地表示实施方式3的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。
图9为表示实施方式3的冷冻循环装置运转时的制冷剂的状态变化的莫里尔图。
图10为表示按照实施方式3的流量匹配方式进行了流量匹配的场合的预膨胀率y及旁通比x等的说明图。
图11为模式地表示实施方式4的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。
具体实施方式
下面，说明本发明的冷冻循环装置。
另外，在以下的实施方式中，对同一或类似的功能、结构使用同一符号进行说明。并且，以下的实施方式中的流量表示体积流量。另外，以下的实施方式所示的结构终究只是例示，不对本发明进行限定。
实施方式1.
图1为模式地表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。
本实施方式1的冷冻循环装置由主压缩机5、第二压缩机23、气体冷却器11、膨胀机1及蒸发器12等构成。主压缩机5由主压缩机构7和对该主压缩机构7进行驱动的马达6等构成。第二压缩机23由第二压缩机构25和对该第二压缩机构25进行驱动的马达24等构成。另外，膨胀机1由膨胀机构2和副压缩机构3等构成。副压缩机构3用例如轴等与膨胀机构2连接，利用当制冷剂在膨胀机构2中受到减压时由膨胀机构2回收的动力进行驱动。在这里，主压缩机5及第二压缩机23相当于本发明的压缩部。
该冷冻循环装置的冷冻循环回路30通过用制冷剂配管依次连接主压缩机5的主压缩机构7、第二压缩机23的第二压缩机构25、气体冷却器11、膨胀机1的膨胀机构2、及蒸发器12而构成。另外，膨胀机1的副压缩机构3的吸入侧与连接主压缩机构7与第二压缩机构25的制冷剂配管连接，其排出侧与连接第二压缩机构25与气体冷却器11的制冷剂配管连接。即，膨胀机1的副压缩机构3的吸入侧连接到压缩部的压缩过程，其排出侧连接到气体冷却器的入口侧。
另外，在冷冻循环回路30中，与膨胀机1的膨胀机构2并列地设置旁通回路31。在该旁通回路31中设置有膨胀阀13。
在本实施方式1中，作为在冷冻循环回路30中流动的制冷剂，例如假设为CO2制冷剂。
(动作说明)
接下来，说明本实施方式1的冷冻循环装置的动作。以下，设流到冷冻循环回路30的制冷剂的总流量为1，设其中在副压缩机构3中流动的制冷剂的分流比为w进行说明。被吸入到了主压缩机构7中的制冷剂由马达6的驱动力压缩。其中，分流比w部分流入到副压缩机构3，(1-w)部分流入到由马达24驱动的第二压缩机构25。流入到了副压缩机构3的分流比w部分的制冷剂，通过由膨胀机构2回收了的动力被进一步压缩。另一方面，流入到了第二压缩机构25的(1-w)部分的制冷剂，通过由马达24获得的动力被进一步进行压缩。由副压缩机构3及第二压缩机构25压缩了的制冷剂分别在气体冷却器11的入口侧汇合，流入到气体冷却器11。
流入到了气体冷却器11的制冷剂例如被外气等冷却，流入到膨胀机构2。然后，流入到了膨胀机构2的制冷剂由膨胀机构2减压，流入到蒸发器12。在膨胀机构2中的膨胀、减压过程中，产生对副压缩机构3进行驱动的动力。
流入到了蒸发器12的制冷剂由例如冷冻空间、空调空间的空气进行加热(对冷冻空间、空调空间的空气进行冷却)，再次被吸入到主压缩机5中。
即，向马达6及马达24供给电力，从而由主压缩机构7(主压缩机5)及第二压缩机构25(第二压缩机23)对被吸入到了主压缩机构7的制冷剂进行二级压缩。另外，利用从气体冷却器11出来了的制冷剂在膨胀机构2中膨胀、减压时发生的动力，对副压缩机构3进行驱动。在冷冻循环装置的运转开始当初，最好按与主压缩机5排出的制冷剂的比容相对应的转速进行第二压缩机23的运转，使得在第二压缩机23中的制冷剂的升压幅度成为最低极限。这样，副压缩机构3从膨胀机构2获得对分流比w部分的制冷剂进行驱动的回收动力，使流入到了副压缩机构中的制冷剂开始升压。
若设此时的副压缩机构3的入口处的制冷剂压力(＝主压缩机5的排出压力)为Pm，副压缩机构3的出口处的制冷剂压力(＝气体冷却器11的入口处的制冷剂压力)为Ph，则分流比w由膨胀机1的转速和Pm决定。即，分流比w能够按第二压缩机23的转速进行控制。另外，副压缩机构3中的升压幅度Ph-Pm，由w部分的制冷剂流量和在膨胀机构2中的回收动力决定。
在这里，仅是在膨胀机1的设计条件时，在冷冻循环回路30内流动的制冷剂的总流量能够由副压缩机构3压缩(w＝1)。因此，在冷冻循环装置的运转条件从膨胀机1的设计条件脱离了的场合，(1-w)部分的制冷剂由第二压缩机23升压。即，第二压缩机23对冷冻循环装置的实际运转条件和膨胀机1的设计点的条件变化部分进行吸收，从而实现流量的匹配。
图2为表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置正运转时的制冷剂的状态变化的莫里尔图。该图的纵轴表示制冷剂的压力，横轴表示比焓。
图2所示的b→c为图1中的气体冷却器11中的冷却过程。在本实施方式1中，作为制冷剂，假设为CO2，所以，压力Ph超过临界压力。
图2所示的c→d为在图1的膨胀机1(膨胀机构2)中的膨胀、减压过程。另外，在图2中，在如膨胀阀那样不回收动力的节流部处的膨胀、减压过程用c→d′表示。若从气体冷却器11流出了的制冷剂由如膨胀阀那样不回收动力的节流部减压，则制冷剂按一定比焓进行膨胀、减压(c→d′)。另一方面，若从气体冷却器11流出了的制冷剂由膨胀机构2一边产生膨胀动力，一边膨胀、减压，则按c→d的过程进行。该膨胀、减压时的比焓的差d′-d部分为作为动力回收的能量。在主压缩机5中按a→e对制冷剂进行压缩后，该被回收了的能量在副压缩机构3中使用，流量比w部分的制冷剂按e→b进行压缩。在第二压缩机23中进行的流量比(1-w)部分的制冷剂压缩也在莫里尔图上用e→b表示。
此时，与(焓差ha-hd)×(流量1)相当的量为冷冻循环装置的冷冻能力。另外，与(焓差he-ha)×(流量1)+(焓差hb-he)×(流量1-w)相当的量的电输入，在主压缩机5及第二压缩机23的马达6及马达24中被消耗。这些冷冻能力与电输入的比率为所谓的循环C.O.P.。
而且，在使用了如膨胀阀那样不回收动力的节流部的冷冻循环装置中，从低压Pl到高压Ph对制冷剂进行压缩时的电输入成为(焓差hb-ha)×(流量1)。另外，冷冻能力成为(焓差ha-hd′)×(流量1)。
比较本实施方式1的冷冻循环装置与不进行动力回收的冷冻循环装置可以得知，动力回收在电输入和冷冻能力这两个方面有助于提高C.O.P.。
如上述那样，分流比w的最大值为1。此时，从主压缩机5排出了的制冷剂的总量在膨胀机1的副压缩机构3中受到追加压缩。因此，在分流比w成为最大值1的场合，第二压缩机23不运转，只要仅起到单向阀的作用即可。使第二压缩机23运转而使分流比w从1减小的操作(使副压缩机构3入口处的制冷剂的流量减小下去的操作)，与在例如专利文献1所示那样的以往的冷冻循环装置的流量匹配中、在(膨胀机构的入口处的制冷剂比容/压缩机构的入口处的制冷剂比容)＜(膨胀机构的吸入容积/压缩机构的吸入容积)的场合进行的预膨胀的操作(在膨胀机构的入口前使其预膨胀而增大膨胀机构入口的流量的操作)等价。
因此，如图1所示那样，本实施方式1的冷冻循环装置不需要进行预膨胀的节流阀。即，能够按分流比w(在副压缩机构3中升压的制冷剂的流量相对于在冷冻循环回路30中流动的制冷剂的总流量的比例)和旁通比x(旁通膨胀机构2的制冷剂的流量相对于在冷冻循环回路30中流动的制冷剂的总流量的比例)进行流量的匹配。
在这里，为了说明本实施方式1的流量匹配方式的效果，对本实施方式1的冷冻循环装置和使用以往的流量匹配方式的冷冻循环装置进行比较。下面，在图3所示的代表性的4条件中，进行本实施方式1的冷冻循环装置和使用以往的流量匹配方式的冷冻循环装置的比较。
图3为表示冷冻循环装置的代表性的运转条件的条件图。
图4为模式地表示使用了以往的流量匹配方式的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。
图4所示的使用以往的流量匹配方式的冷冻循环装置，在本实施方式1的冷冻循环装置中的第二压缩机23的位置设有单向阀81。即，在图4所示的使用了以往的流量匹配方式的冷冻循环装置中，从主压缩机5的主压缩机构7(压缩部)排出了的制冷剂全部流入到膨胀机1的副压缩机构3。另外，图4所示的使用了以往的流量匹配方式的冷冻循环装置，在气体冷却器11与膨胀机1的膨胀机构2之间设有预膨胀阀14。
图3作为冷冻循环装置的代表性的运转条件表示了制冷额定条件、制冷中间条件、制热额定条件及制热中间条件。更为详细地说，表示了在这些各运转条件下的膨胀机构2入口处的制冷剂压力及制冷剂温度、膨胀机构2出口处的制冷剂压力及制冷剂温度、主压缩机5的主压缩机构7吸入的制冷剂的压力及温度、膨胀机1的副压缩机构3排出的制冷剂的压力及温度。
另外，在图3中，表示了根据图4所示的旁通比x和预膨胀率y都为0那样的(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)、即运转条件决定的作为(膨胀机构2入口处的制冷剂比容/副压缩机构3入口处的制冷剂比容)的σvEC。此时的循环C.O.P.成为C.O.P.th。在这里，预膨胀率y为冷冻循环回路30的膨胀、减压过程中的制冷剂的减压幅度(总高低压差)与在预膨胀阀14中使制冷剂预膨胀时的减压幅度的比率。
若对图3所示的某一个运转条件，设定成为(膨胀机构2入口处的制冷剂比容/副压缩机构3入口处的制冷剂比容)＝(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)那样的(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)＝σvEC＊，并对其它3个运转条件按预膨胀率y和旁通比x进行流量匹配，则成为图5所示那样的结果。图5表示在(膨胀机构2入口处的制冷剂比容/副压缩机构3入口处的制冷剂比容)为σvEC的条件下，使用(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)为σvEC＊的膨胀机1时流量匹配所需要的预膨胀率y、旁通比x、作为副压缩机构3入口的制冷剂压力的中间压力Pm、及此时的C.O.P.。而且，C.O.P.作为相对于图3的C.O.P.th的比进行表示。
当然，在σvEC＊＝σvEC的场合，旁通和预膨胀都不需要。当σvEC＊＜σvEC时，进行旁通，使流量匹配。当σvEC＊＞σvEC时，进行预膨胀，使流量匹配。然而，若σvEC＊过度地比σvEC大，则将发生这样的事态，即，即使进行最大限度的预膨胀，也不能获得流量的匹配，或即使获得匹配，C.O.P.比也低于100％，不能获得基于膨胀动力回收的性能改善效果。在例如图5中，σvEC＊符合制热条件时的制冷条件满足该条件。可以得知，在按制冷条件使用针对制热设计的膨胀机1的场合，以往的流量匹配方式不适合。
相对于此，在本实施方式1的冷冻循环装置(图1)中，若相对于图3所示的某1个运转条件，设定成为(膨胀机构2入口处的制冷剂比容/副压缩机构3入口处的制冷剂比容)＝(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)那样的(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)＝σvEC＊，相对于其它的3个运转条件，按预膨胀率y和旁通比x进行流量匹配，则成为图6那样的结果。图6表示在(膨胀机构2入口处的制冷剂比容/副压缩机构3入口处的制冷剂比容)为σvEC的条件下，使用(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)为σvEC＊的膨胀机1时流量匹配所需要的预膨胀率y、旁通比x、分流比w、作为副压缩机构3入口的制冷剂压力的中间压力Pm、及此时的C.O.P.。而且，C.O.P.作为相对于图3的C.O.P.th的比进行表示。
分流比w＝100％，表示从主压缩机5的主压缩机构7排出了的制冷剂的总流量(在冷冻循环回路30中流动的制冷剂的总流量)在副压缩机构3中升压、不运转第二压缩机23的场合。因此，分流比w＝100％时的预膨胀率y、旁通比x、分流比w、中间压力Pm及C.O.P.与使用以往的流量匹配方式的冷冻循环装置(图5)相同。
然而，在分流比w＜100％的场合，通过进行分流而替代以往的流量匹配方式中的预膨胀，即使在对应于制热而设定了σvEC＊的场合，在制冷条件下也能够在不导致C.O.P.下降的状态下获得流量的匹配。
在使用了以往的流量匹配方式的冷冻循环装置和本实施方式1的冷冻循环装置中，上述那样的运转范围宽度(流量匹配范围的宽度)、C.O.P.的差的发生基于以下的理由。
下面，利用图2的莫里尔图说明使用了以往的流量匹配方式的冷冻循环装置正运转时的制冷剂的状态变化。在主压缩机5中按a→e受到了压缩的制冷剂的总量，被吸入到副压缩机构3中，按e→b受到压缩。该制冷剂在气体冷却器11中按b→c受到冷却。
在气体冷却器11中受到了冷却的制冷剂，相应于流量匹配的条件(预膨胀率y、旁通比x)，经历c→d或c→d′的膨胀、减压过程。
在旁通的场合，在膨胀机1的膨胀机构2中受到膨胀、减压的流量(1-x)部分的制冷剂，经历c→d的等熵膨胀过程。旁通了膨胀机1的(流过旁通回路31的)流量x部分的制冷剂，通过由膨胀阀13减压，经历c→d′的等焓膨胀过程。
在进行预膨胀的场合，由气体冷却器11冷却了的制冷剂，利用预膨胀阀14按预膨胀率y的量从c向d′进行等焓膨胀，然后，由膨胀机构2进行等熵膨胀。
在该膨胀、减压过程中由膨胀机构2回收的膨胀动力，在旁通的场合成为焓差d′-d的流量(1-x)部分。另外，在进行预膨胀的场合，成为由从压力Pl+(Ph-Pl)·(1-y)到Pl的等熵膨胀产生的焓差。在所有的场合，由膨胀机构2回收的膨胀动力，都相比不进行旁通或预膨胀地使制冷剂的总量进行等熵膨胀的场合减少。利用由旁通或预膨胀减少了的回收动力能够对副压缩机构3进行驱动，所以，作为e点的压力的中间压力Pm上升，副压缩机构3中的e→b的升压幅度变小。中间压力Pm的上升使得e点的制冷剂比容变化，所以，与其平衡地使旁通比x、预膨胀率y进一步变化。这样，膨胀机构2和副压缩机构3被进行动力及吸入比容比的匹配。
即，以往的流量匹配方法，以形成(膨胀机构2入口处的流量/副压缩机构3入口处的流量)＝(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)的方式进行旁通或预膨胀。另外，与进行旁通或预膨胀而减少的回收动力对应地决定中间压力。结果，在主压缩机5中的升压功增大。即，以往的流量匹配方法主要在膨胀、减压过程侧进行流量的调整。
相对于此，本实施方式1的流量匹配方法，根据分流比w(从中间压力Pm到高压Ph的压缩过程是由膨胀机1的副压缩机构3进行还是由第二压缩机23的第二压缩机构25进行的比例)，进行流量的调整。即，本实施方式1的流量匹配方法，在压缩过程侧进行流量的调整。
根据该差别，本实施方式1的冷冻循环装置，相比使用了以往的流量匹配方式的冷冻循环装置，即使在成为膨胀机构的入口处的制冷剂比容/压缩机构的入口处的制冷剂比容)＜(膨胀机构的吸入容积/压缩机构的吸入容积)的场合，也能够按不进行预膨胀的方式实现体积流量的匹配。因此，即使在在进行预膨胀的以往的冷冻循环装置中不能够进行体积流量的匹配的条件下，也能够进行体积流量的匹配，能够在宽范围的运转条件下进行流量匹配。另外，此时的C.O.P.提高。
其效果在使用CO2制冷剂的场合显著，该CO2制冷剂在用于空调用途的场合高压侧为超临界，高低压差大。
而且，本实施方式1的冷冻循环装置由2个压缩机(主压缩机5及第二压缩机23)构成压缩部，但构成压缩部的压缩机的数量为任意。另外，也可连接主压缩机5的主压缩机构7的中途(主压缩机构7的压缩过程)与膨胀机1的副压缩机构3的吸入侧。
另外，本实施方式1的冷冻循环装置设置有旁通回路31，但旁通回路31不是必要的结构。只要根据不进行旁通也可以的运转条件(例如，图3及图6所示的制热额定条件)设定σvEC＊即可。
实施方式2.
在实施方式1中，根据第二压缩机23的转速控制分流比w。不限于此，按照其它的方法也能够对分流比w进行控制。而且，在本实施方式2中，未特别记载的项目与实施方式1相同。
图7为模式地表示本发明实施方式2的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。本实施方式2的冷冻循环装置，在实施方式1的冷冻循环装置(图1)中的第二压缩机23的位置设有单向阀81。另外，主压缩机5成为在压缩过程的途中设置了副排出孔7a的多孔结构。本来的排出孔的出口空间与中途的副排出孔7a的出口空间相互分离。另外，膨胀机1的副压缩机构3的吸入侧，连接到该副排出孔7a(主压缩机构7的压缩过程)。在副压缩机构3的吸入侧与副排出孔7a之间，设有作为体积流量调整单元的可变节流部10b。
即，本实施方式2的冷冻循环装置不像实施方式1的冷冻循环装置那样按副压缩机构与第二压缩机的分配进行分流，而是由设在主压缩机5的主压缩机构7的压缩过程中的副排出孔7a进行分流。
而且，单向阀81的设置位置不一定非要为主压缩机5与气体冷却器11之间的制冷剂配管。例如，若主压缩机5的主压缩机构7的本来的排出孔中具有当作用逆压时阻止逆流那样的排出阀，则也可不特别地设置单向阀81。
(动作说明)
接下来，说明本实施方式1的冷冻循环装置的动作。
若向马达6供给电力，则在主压缩机构7中，被吸入的制冷剂受到压缩。从主压缩机构7排出了的制冷剂，通过单向阀81流入到气体冷却器11。流入到了气体冷却器11的制冷剂例如被外气等进行冷却，流入到膨胀机构2或膨胀阀13。然后，流入到了膨胀机构2或膨胀阀13的制冷剂由它们的阻力进行减压，然后流入到蒸发器12中。在膨胀机构2中的膨胀、减压过程中，产生用于驱动副压缩机构3的动力。流入到了蒸发器12的制冷剂例如由冷冻空间、空调空间的空气加热(对冷冻空间、空调空间的空气进行冷却)，再次被吸入到主压缩机5中。
若例如关闭膨胀阀13，通过膨胀机构2的制冷剂的流量增加，则利用该制冷剂在膨胀、减压过程中产生的动力(回收动力)对副压缩机构3进行驱动。副压缩机构3用该回收动力作压缩功，这样，副压缩机构3的吸入侧相对于作为高压的气体冷却器11侧受到减压。这样，连接到副压缩机构3的吸入侧的副排出孔7a的出口空间的压力，变得比连接到气体冷却器11的本来的排出孔的出口空间更低，进行从副排出孔7a的排出。
作为从副排出孔7a排出的制冷剂的流量相对于从主压缩机构7排出的制冷剂的总流量的比例的分流比w，其最大值wmax由设置副排出孔7a的位置决定。因此，不能按wmax以上的比率从副排出孔排出制冷剂。若主压缩机构7的压缩室内的压力变得比副排出孔7a的出口空间的压力更高，则设在副排出孔7a的排出侧的副排出阀打开。然后，代替因主压缩机构7的压缩室的容积变化而使压力上升，主压缩机构7的压缩室的制冷剂向副排出孔7a的出口空间排出。在副排出孔7a的开口结束了的时刻未排出到副排出孔7a的出口空间的余下的制冷剂，在主压缩机构7的压缩室中继续受到压缩。结果，在分流比w部分从副排出孔7a排出了后，在副压缩机构3中受到追加压缩，(1-w)部分在副排出孔7a闭塞后的主压缩机构7中继续受到压缩。
本实施方式2的冷冻循环装置与实施方式1的冷冻循环装置的不同点为，承担分流后的(1-w)部分的制冷剂的升压任务的压缩机(更详细地说，为压缩机的压缩机构)。实施方式1的冷冻循环装置，用第二压缩机23的第二压缩机构25对分流后的(1-w)部分的制冷剂进行压缩，而本实施方式2的冷冻循环装置由主压缩机5的主压缩机构7对分流后的(1-w)部分的制冷剂进行压缩。即，本实施方式2的冷冻循环装置的主压缩机构7，在副排出孔7a闭塞后对制冷剂的压缩方面，也按与副排出孔7a开口前相同的转速进行。除此以外，本实施方式2的冷冻循环装置与实施方式1的冷冻循环装置相同。
因此，分流比w不能由承担分流后的(1-w)部分的制冷剂的升压任务的主压缩机构7的转速改变，而是由副排出孔7a的开口位置(即，wmax)决定。因此，为了对分流比w进行控制，需要对副压缩机构3入口的流量进行调整的某一个体积流量调整单元。在本实施方式2(图7)中，在副压缩机构3的吸入侧与副排出孔7a之间设置作为体积流量调整单元的可变节流部10b，这样，即使w＜wmax也能够运转冷冻循环装置。
因此，本实施方式2的冷冻循环装置能够获得与实施方式1的冷冻循环装置同样的效果。
而且，在本实施方式2中，压缩部由1个压缩机(主压缩机5)构成，但构成压缩部的压缩机的数量为任意。
实施方式3.
在实施方式2中，在副压缩机构3的吸入侧与副排出孔7a之间设置作为可变节流部的可变节流部10b，对分流比w进行控制。但不限于此，也可在副压缩机构3的吸入侧与副排出孔7a之间，设置可变节流部以外的体积流量调整单元。而且，在本实施方式3中，没有特别说明的项目与实施方式1或实施方式2相同。
图8为模式地表示本发明实施方式3的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。本实施方式3的冷冻循环装置，在实施方式2的冷冻循环装置(图7)中的可变节流部10b的位置，作为体积流量调整单元设置有中间冷却器10。在本实施方式3中，从主压缩机构7的副排出孔7a排出了的制冷剂由中间冷却器10进行冷却，对流入到副压缩机构3的制冷剂的流量(体积流量)进行调整。这样，即使w＜wmax，冷冻循环装置也能够运转。
图9为表示本发明实施方式3的冷冻循环装置运转时的制冷剂的状态变化的莫里尔图。该图9与图2的不同点在于，被压缩到了中间压力Pm的制冷剂(e点)中的、分流比w部分的制冷剂，由中间冷却器10进行冷却，直到e′点为止。即，从主压缩机构7的副排出孔7a排出了的分流比w部分的制冷剂(e点)，在由中间冷却器10冷却到了e′点后，由副压缩机构3压缩到b′点。另一方面，未从副排出孔7a排出的(副排出孔7a闭塞后的)分流比(1-w)部分的制冷剂(e点)，由主压缩机构7压缩到b点。除此以外，与图2相同。
在本实施方式3的冷冻循环装置中，若相对于图3所示的1个运转条件，设定成为(膨胀机构2入口处的制冷剂比容/副压缩机构3入口处的制冷剂比容)＝(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)那样的(膨胀机构2的吸入容积/副压缩机构3的吸入容积)＝σvEC＊，并相对于其它3个运转条件，按预膨胀率y和旁通比x进行流量匹配，则成为图10那样的结果。该图6为以使最大分流比wmax成为50％左右的方式、将主压缩机5的副排出结束时容积比u(＝副排出孔7a闭塞时的主压缩机构7的压缩室容积/主压缩机构7的吸入容积)固定了时的计算结果。该副排出结束时容积比u，为随设计条件(作为基准的运转条件)不同而多少有些不同的值。
比较图10(本实施方式3的冷冻循环装置的计算结果)与图6(实施方式1的冷冻循环装置的计算结果)可知，C.O.P.比基本上相同。其中，若着眼于按制热额定条件设定了σvEC＊的场合，则制热中间条件时的C.O.P.比在图10的场合比在图6的场合更好。这是因为，增加了中间冷却器10中的中间冷却的效果。
在图9的莫里尔图中，对于e→b的压缩过程和中间冷却后的压缩过程(e′→b′)来说，e′→b′一方的等熵线的倾斜相对较陡。这样，可以得知，在中间冷却后的场合，进行相同的升压幅度的压缩所需要的功较少。即，为了调整分流比w而进行的体积流量调整单元中的中间冷却，也有助于循环性能的改善。
因此，本实施方式3的冷冻循环装置，能够获得与实施方式1的冷冻循环装置同样的效果。
实施方式4.
也可将在实施方式3中看到的由中间冷却获得的性能改善效果引入到实施方式1的冷冻循环装置中。而且，在本实施方式4中，未特别记载的项目与实施方式1～实施方式3相同。
图11为模式地表示本发明实施方式4的冷冻循环装置的制冷剂回路的结构图。本实施方式4的冷冻循环装置在实施方式1的冷冻循环装置(图1)中追加了中间冷却器10。该中间冷却器10设在对主压缩机构7和第二压缩机构25进行连接的制冷剂配管(连接了副压缩机构3的制冷剂配管)上。更为详细地说，在该制冷剂配管中的比与副压缩机构3的连接部更处在上游侧的位置设置中间冷却器10。
即，从主压缩机构7排出了的制冷剂，在分流到副压缩机构3和第二压缩机构25之前由中间冷却器10进行中间冷却。本实施方式4的冷冻循环装置，与实施方式1的冷冻循环装置同样地根据第二压缩机构25的转速进行分流比的控制。因此，中间冷却不是用于流量匹配，而是为了获得性能改善效果而设置。与实施方式3相比，在冷冻循环回路30中流动的制冷剂的总流量受到中间冷却，所以，经过图9的莫里尔图中的e→e′→b′的过程的制冷剂的流量增加，相应地性能改善效果也变大。
如以上那样，在本发明的各实施方式中，具有用配管连接压缩部、气体冷却器11、膨胀机构2、及蒸发器12而构成的冷冻循环回路30，和由在膨胀机构2中回收的动力进行驱动的副压缩机构3，副压缩机构3的吸入侧被连接到压缩部的压缩过程，副压缩机构3的排出侧被连接到气体冷却器11的入口侧，对流入到副压缩机构3中的制冷剂的流量(分流比w)进行控制，所以，能够获得效率比按预膨胀与膨胀机构旁通的组合进行流量匹配的以往的冷冻循环装置更好的冷冻循环装置。另外，本实施方式4的冷冻循环装置与使用以往的流量匹配方式的冷冻循环装置相比，即使在成为(膨胀机构的入口处的制冷剂比容/压缩机构的入口处的制冷剂比容)＜(膨胀机构的吸入容积/压缩机构的吸入容积)的场合，也能够不进行预膨胀而进行体积流量的匹配。因此，即使为在进行预膨胀的以往的冷冻循环装置中不能进行体积流量的匹配的条件下，也能够进行体积流量的匹配，能够获得运转范围宽的冷冻循环装置。
另外，在压缩部由主压缩机5和第二压缩机23构成，并对连接主压缩机5与第二压缩机23的配管连接副压缩机构3的吸入侧的场合，能够用第二压缩机23的转速对分流比w进行控制。
另外，在连接作为多孔结构的主压缩机5的副排出孔7a与副压缩机构的吸入侧，由可变节流部10b、中间冷却器10等的体积流量调整单元对分流比w进行控制的场合，能够减少由马达等动力源驱动的压缩机的数量。因此，能够以低成本构成这样的冷冻循环装置，该冷冻循环装置相比由预膨胀和膨胀机构旁通的组合进行流量匹配的以往的冷冻循环装置，效率更好，运转范围宽。另外，能够使冷冻循环装置小型化。
另外，在将中间冷却器设置在了冷冻循环装置的制冷剂回路上的场合，能够获得效率更好的冷冻循环装置。
而且，不限于冷冻用、空气调节用，当然在例如热水供给装置等使用了冷冻循环装置的各种装置中也可使用本发明的冷冻循环装置。另外，使用的制冷剂也不必限定于CO2制冷剂。
符号的说明
1 膨胀机，2 膨胀机构，3 副压缩机构，5 主压缩机，6 马达，7 主压缩机构，7a 副排出孔，10 中间冷却器，10b 可变节流部，11 气体冷却器，12 蒸发器，13 膨胀阀，14 预膨胀阀，23 第二压缩机，24 马达，25 第二压缩机构，30 冷冻循环回路，31 旁通回路，81 单向阀。

Claims (8)

1.一种冷冻循环装置，其特征在于，
该冷冻循环装置具有：
用配管连接压缩部、气体冷却器、膨胀机构、及蒸发器而构成的冷冻循环回路；和
由在上述膨胀机构中回收的动力驱动的副压缩机构，
上述副压缩机构的吸入侧被连接到上述压缩部的压缩过程，
上述副压缩机构的排出侧被连接到上述气体冷却器的入口侧，
对流入到上述副压缩机构的制冷剂的流量进行控制。
2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于：上述压缩部具有由制冷剂配管串联的多个压缩机，
上述副压缩机构的吸入侧连接到对上述压缩机进行连接的上述制冷剂配管，
由比连接了上述副压缩机构的吸入侧的上述制冷剂配管更处于下游侧的上述压缩机的转速，对流入到上述副压缩机构的制冷剂的流量进行控制。
3.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于：上述压缩部具有至少1个压缩机，
在该压缩机的压缩机构上设置有连通到该压缩机构的压缩过程的副排出孔，
上述副压缩机构的吸入侧被连接到该副排出孔。
4.根据权利要求3所述的冷冻循环装置，其特征在于：在上述副压缩机构和连接了该副压缩机构的上述压缩机之间，设置对流入到上述副压缩机构的制冷剂的流量进行控制的体积流量调整单元。
5.根据权利要求4所述的冷冻循环装置，其特征在于：上述体积流量调整单元为可变节流部。
6.根据权利要求4所述的冷冻循环装置，其特征在于：上述体积流量调整单元为中间冷却器。
7.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其特征在于：在连接有上述副压缩机构的上述制冷剂配管上，
在比该制冷剂配管与上述副压缩机构的连接部更处于上游侧的位置设置有中间冷却器。
8.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于：作为制冷剂，使用二氧化碳。
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