CN102575885B

CN102575885B - 冷冻循环装置

Info

Publication number: CN102575885B
Application number: CN200980161820.6A
Authority: CN
Inventors: 岛津裕辅; 高山启辅; 角田昌之; 永田英彰; 鸠村杰
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2029-10-07
Also published as: EP2476973A1; EP2476973B9; WO2011042959A1; EP2476973A4; JP5389184B2; US20120167606A1; EP2476973B1; ES2693240T3; CN102575885A; JPWO2011042959A1

Abstract

本发明得到一种利用膨胀机进行动力回收的冷冻循环装置，与以往的冷冻循环装置相比，能够可靠地启动膨胀机。冷冻循环装置(1)具有：制冷剂回路，其利用配管依次连接第1压缩机(2)、散热器(4)、膨胀机(5)及蒸发器(6)；第2压缩机(3)，其设在第1压缩机(2)与散热器(4)之间的制冷剂回路中，利用由膨胀机(5)回收的动力驱动。第2压缩机(3)为容积式压缩机。该冷冻循环装置包括压力调整装置(旁通回路(8)及开闭阀(9))，至少到第2压缩机(3)启动为止，该压力调整装置(旁通回路(8)及开闭阀(9))使第2压缩机(3)的排出侧的压力低于第2压缩机(3)的吸入侧的压力。

Description

冷冻循环装置

技术领域

本发明涉及利用膨胀机进行动力回收的冷冻循环装置。

背景技术

例如在利用于冷冻用、空气调节等的以往的冷冻循环装置中，具有如下技术：利用容积式膨胀机进行膨胀过程，将此时回收的膨胀动力利用于由容积式压缩机进行的压缩过程。

但是，利用膨胀机和由膨胀机回收的动力驱动的压缩机为旋转机械，因此在其内部由于摩擦阻力、机构损耗等产生“负动力”。因此，在使利用膨胀机和由膨胀机回收的动力驱动的压缩机启动时，需要克服该“负动力”的动力。因此，提出了谋求降低“负动力”的冷冻循环装置和谋求增大膨胀机启动时的“正动力”(使膨胀机旋转的动力)的冷冻循环装置，上述“负动力”妨碍利用膨胀机和由膨胀机回收的动力驱动的压缩机的启动(旋转)。

作为这样的冷冻循环装置，例如提出了如下构造：“其他的压缩机的驱动轴与膨胀机构的输出轴相连。设置连结另一压缩机的气体吸入口和气体排出口且绕过另一压缩机的旁通管，并在旁通管中设置用于限制制冷剂从气体排出口向气体吸入口流通的止回阀。”(例如参照专利文献1)。

另外，作为这样的冷冻循环装置，还提出了如下结构：加大膨胀机的流入侧与流出侧的压力差，使利用膨胀机能够回收的动力增大(例如参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开平11-94379号公报(段落[0009]、[0013]、图1)

专利文献2：日本特开2006-132818号公报(段落[0014]～[0021])

在例如专利文献1所述的冷冻循环装置中，压缩机的排出侧压力和吸入侧压力通过旁通管而成为均等压力。由此，容易启动膨胀机(膨胀机构)及利用轴与该膨胀机连接的压缩机。

但是，利用轴与膨胀机连接的压缩机为容积式压缩机，因此其内部压力上升。

图11是表示专利文献1的利用轴与膨胀机连接的压缩机的压缩室内的压力变化的说明图。该压缩机的压缩室内的压力按图11中的箭头所示的过程变化。如上述那样，该压缩机为容积式压缩机，因此其内部压力上升。因此，为了启动该压缩机，需要与图11所示的面积C相当的压缩动力。即，即使如专利文献1所示那样旁通压缩机的吸入侧和排出侧，也存在“负动力”。因此，存在如下问题，即，根据情况的不同，与利用膨胀机得到的“正动力”相比“负动力”变大，有可能无法启动膨胀机。

另外，在启动膨胀机和压缩机时，作用于膨胀机和压缩机的推力轴承、向心轴承等的静摩擦也产生影响。该静摩擦大于膨胀机和压缩机进行驱动时发挥作用的动摩擦。因此，为了启动膨胀机和压缩机，还需要克服作用于膨胀机和压缩机的推力轴承、向心轴承等的静摩擦的“正动力”，使膨胀机、压缩机的启动更加不稳定。

例如，在涡旋式压缩机中，为了减小作用于推力轴承的负荷(作用于推力轴承的摩擦)，通常向摆动涡形件的背面侧导入压缩过程的制冷剂。同样地，在涡旋式膨胀机中，为了减小作用于推力轴承的负荷(作用于推力轴承的摩擦)，通常向摆动涡形件的背面侧导入膨胀过程的制冷剂。但是，用于减小作用于推力轴承的负荷(作用于推力轴承的摩擦)的这些方法为假设摆动涡形件进行旋转的情况的方法。即，这些方法为用于减小作用于推力轴承的动摩擦的方法。因此，在摆动涡形件处于停止的状态(在摆动涡形件的背面侧未作用有减轻推力负荷的压力的状态)下，不能期待使作用于推力轴承的静摩擦减小。假设在摆动涡形件处于停止的状态下，在背面侧作用有用于减轻推力负荷的压力，则该压力是由从膨胀室、压缩室泄漏的制冷剂产生的。这样的膨胀机、压缩机在摆动涡形件摆动的稳定状态下的性能改善效果明显欠佳，不能达成原本的目的(制冷剂的膨胀、压缩)。

此外，膨胀机、压缩机一旦启动失败，就会发生机构的啮入(卡住)，此时，需要利用克服该啮入的扭矩使马达等驱动源旋转。或者，需要使驱动源稍微倒转，来解除啮入。任何一个都不是可靠的启动方法。

另外，在上述专利文献2所述的冷冻循环装置中，通过加大膨胀机的流入侧与流出侧的压力差，容易启动膨胀机。但是，膨胀机通常以稳定状态为基准设计。即，膨胀机不是如下假设下设计的，即，在膨胀机的流入侧与流出侧的压力差小的状态下启动。

因此，在启动时，当(等密度曲线疏)高密度的制冷剂流入膨胀机时，如图12所示，膨胀室内的压力变化变大，成为过膨胀。即，膨胀机的回收的动力成为与“面积F-面积G”相当的动力(负动力)，存在膨胀机无法继续驱动的问题点。

虽然也考虑到将重点放在启动性方面来设计膨胀机，但在稳定运转时成为不完全膨胀，无法得到充分的性能改善效果，不能实现原本的膨胀机的目的。

发明内容

本发明是为了解决上述那样的课题中的至少一个课题而做出的，其目的在于得到一种利用膨胀机进行动力回收的冷冻循环装置，与以往的冷冻循环装置相比，该冷冻循环装置能够可靠地启动膨胀机。

本发明的冷冻循环装置具有：制冷剂回路，该制冷剂回路利用配管依次连接第1压缩机、作为散热器或冷凝器的第1换热器、膨胀机及作为蒸发器的第2换热器；第2压缩机，其设在第1压缩机与第1换热器之间的制冷剂回路中，被由膨胀机回收的动力驱动，第2压缩机为容积式压缩机，上述冷冻循环装置具有压力调整装置，该压力调整装置至少到第2压缩机启动为止，使第2压缩机的排出侧的压力低于第2压缩机的吸入侧的压力。

另外，本发明的冷冻循环装置具有：制冷剂回路，该制冷剂回路利用配管依次连接第1压缩机、作为散热器或冷凝器的第1换热器、膨胀机及作为蒸发器的第2换热器；第2压缩机，其设在第2换热器与第1压缩机之间的制冷剂回路中，被由膨胀机回收的动力驱动，第2压缩机为容积式压缩机，上述冷冻循环装置具有压力调整装置，该压力调整装置至少到第2压缩机启动为止，使第2压缩机的排出侧的压力低于第2压缩机的吸入侧的压力。

另外，本发明的冷冻循环装置具有：制冷剂回路，该制冷剂回路利用配管依次连接第1压缩机、作为散热器或冷凝器的第1换热器、膨胀机及作为蒸发器的第2换热器；第2压缩机，其设在第1压缩机与第1换热器之间的制冷剂回路中，被由膨胀机回收的动力驱动，第2压缩机为容积式压缩机，上述冷冻循环装置具有膨胀机启动促进装置，该膨胀机启动促进装置至少到膨胀机启动为止，将膨胀机的排出侧的压力调整得低于膨胀机的流入侧的压力，并调整流入膨胀机的制冷剂的密度。

另外，本发明的冷冻循环装置具有：制冷剂回路，该制冷剂回路利用配管依次连接第1压缩机、作为散热器或冷凝器的第1换热器、膨胀机及作为蒸发器的第2换热器；第2压缩机，其设在第2换热器与第1压缩机之间的制冷剂回路中，被由膨胀机回收的动力驱动，第2压缩机为容积式压缩机，上述冷冻循环装置具有膨胀机启动促进装置，该膨胀机启动促进装置至少到膨胀机启动为止，将膨胀机的排出侧的压力调整得低于膨胀机的流入侧的压力，并调整流入膨胀机的制冷剂的密度。

本发明的冷冻循环装置具有压力调整装置，该压力调整装置至少到第2压缩机启动为止，使第2压缩机的排出侧的压力低于第2压缩机的吸入侧的压力。因此，与以往相比，压缩动力减小，与以往的冷冻循环装置相比能够可靠地启动膨胀机。

另外，本发明的冷冻循环装置具有膨胀机启动促进装置，该膨胀机启动促进装置至少到膨胀机启动为止，将膨胀机的排出侧的压力调整得低于膨胀机的流入侧的压力，并调整流入膨胀机的制冷剂的密度。因此，即使在膨胀机的流入侧与流出侧的压力差小的状态下启动膨胀机，也能够防止高密度的制冷剂流入膨胀机。因此，与以往的冷冻循环装置相比能够可靠地启动膨胀机。

附图说明

图1是实施方式1的冷冻循环装置的制冷剂回路图。

图2是表示实施方式1的冷冻循环装置的稳定状态下的制冷剂流动的制冷剂回路图。

图3是表示实施方式1的冷冻循环装置的启动时的制冷剂流动的制冷剂回路图。

图4是表示实施方式1的膨胀机的启动时的膨胀室内的压力变化的说明图。

图5是表示实施方式1的第2压缩机的启动时的压缩室内的压力变化的说明图。

图6是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的其他的一例的制冷剂回路图。

图7是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的又一其他一例的制冷剂回路图。

图8是实施方式2的冷冻循环装置的制冷剂回路图。

图9是表示实施方式2的冷冻循环装置的稳定状态下的制冷剂流动的制冷剂回路图。

图10是表示实施方式2的冷冻循环装置的启动时的制冷剂流动的制冷剂回路图。

图11是表示专利文献1所示的利用轴与膨胀机连接的压缩机的压缩室内的压力变化的说明图。

图12是表示专利文献2所示的膨胀机的启动时高密度的制冷剂流入时的膨胀室内的压力变化的说明图。

具体实施方式

实施方式1

以下，说明本发明的实施方式1。

图1是本发明的实施方式1的冷冻循环装置的制冷剂回路图。

冷冻循环装置1利用二氧化碳作为制冷剂，利用制冷剂配管依次连接第1压缩机2、第2压缩机3、散热器4、膨胀机5、蒸发器6而构成。另外，第2压缩机3的驱动轴与膨胀机5的启动轴通过轴7连接。另外，散热器4、蒸发器6也可以设有多台。

第1压缩机2例如内置有被供给电力而驱动的马达，能够与膨胀机5相对独立地驱动。第2压缩机3为容积式压缩机，被由膨胀机5回收的动力驱动。膨胀机5为容积式膨胀机，将在制冷剂膨胀时回收的动力供给到第2压缩机3。另外，在散热器4的附近设有风扇4a，该风扇4a向散热器4输送与在散热器4内流动的制冷剂进行热交换的空气(载热体)。在蒸发器6的附近设有风扇6a，该风扇6a向蒸发器6输送与在蒸发器6内流动的制冷剂进行热交换的空气(载热体)。

在此，散热器4相当于本发明的第1换热器。蒸发器6相当于本发明的第2换热器。风扇4a相当于本发明的载热体输送装置。

在冷冻循环装置1内还设有止回阀10及旁通回路8。止回阀10设在散热器4与膨胀机5之间，限制制冷剂从膨胀机5向散热器4流动。旁通回路8的一个端部连接在第1压缩机2与第2压缩机3之间，另一个端部连接在止回阀10与膨胀机5之间。在该旁通回路8中设有开闭旁通回路8的开闭阀9。

另外，在冷冻循环装置1内，在第2压缩机3的排出侧设有作为制冷剂温度测量装置的温度传感器21。

内置于第1压缩机2的马达的转速、风扇4a的转速、风扇6a的转速及开闭阀9的开闭由控制装置100控制。该控制装置100还接收温度传感器21的检测值。

<动作说明>

说明像这样构成的冷冻循环装置1的动作。首先，说明在稳定运转时的冷冻循环装置1的动作。然后，说明启动时的冷冻循环装置1的动作。

(稳定运转时的动作)

说明在稳定运转时的冷冻循环装置1的动作。

图2是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的稳定状态中的制冷剂流动的制冷剂回路图。在稳定状态下，开闭阀9为关闭的状态。即，在稳定状态下，制冷剂不流经旁通回路8。另外，在图2中利用粗线表示供制冷剂流动的配管。

在第1压缩机2被压缩成高温中压的制冷剂从第1压缩机2排出。该高温中压的制冷剂在第2压缩机3被压缩成高温高压(超临界状态)，并流入散热器4。流入散热器4的制冷剂向由风扇4a输送的空气放热，成为低温高压的制冷剂。该低温高压的制冷剂经由第1止回阀10流入膨胀机5。流入膨胀机5的制冷剂被减压而成为低压低干度的制冷剂。在该减压过程中，膨胀机5回收动力。并且，回收的动力经由轴7供给到第2压缩机3。从膨胀机5流出的低压低干度的制冷剂流入蒸发器6。流入蒸发器6的制冷剂从由风扇6a输送的空气吸热，而成为低压高干度的制冷剂或低压过热气体状制冷剂。从蒸发器6流出的制冷剂被吸入第1压缩机2。

由膨胀机5回收的动力被用作第2压缩机3内的压缩动力，因此，第1压缩机的需要动力减小相应的量。因此，能够实现冷冻循环装置1的节能化。

(启动时的动作)

接下来，说明启动时的冷冻循环装置1的动作。

图3是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的启动时的制冷剂流动的制冷剂回路图。在启动时，开闭阀9成为打开的状态。即，在启动时，制冷剂流经旁通回路8。另外，在图3中利用粗线表示制冷剂流动的配管。

在启动时，第2压缩机3还处于停止状态，因此在第1压缩机2压缩成高温中压的制冷剂经由旁通回路8到达膨胀机5。此时，利用止回阀10防止从旁通回路8流出的制冷剂向散热器4及第2压缩机3的排出侧流动。即，在第2压缩机3处于停止的状态下，第2压缩机3的吸入侧的压力成为从第1压缩机2排出的制冷剂的压力，该压力大于第2压缩机3的排出侧的压力。

另外，即使不设置止回阀10，在第2压缩机3处于停止的状态下，第2压缩机3的吸入侧的压力也大于第2压缩机3的排出侧的压力。从第1压缩机2启动到第2压缩机3启动为止的时间为数秒左右(在本实施方式1的冷冻循环装置1中，例如为2秒～3秒左右)。因此，流向第2压缩机3的排出侧的制冷剂积存于散热器4(散热器4成为缓冲器)，这是因为第2压缩机3的排出侧的压力上升迟缓。

即，旁通回路8及开闭阀9成为本发明的压力调整装置。在本实施方式1中，为了更加可靠地得到第2压缩机3的吸入侧压力与排出侧压力的差压，而设置止回阀10。

另外，由于第1压缩机2启动，而使膨胀机5的流出侧的制冷剂经由蒸发器6被吸入向第1压缩机2。即，在膨胀机5处于停止的状态下，膨胀机5的流出侧的压力小于膨胀机5的流入侧的压力。另外，流向膨胀机5的流入侧的制冷剂为未通过散热器4的制冷剂，因此为低密度的制冷剂。即，旁通回路8及开闭阀9成为本发明的膨胀机启动促进装置。另外，即使在没有设置止回阀10的情况下，若第2压缩机3处于停止的状态，则流向膨胀机5的流入侧的制冷剂也为未通过散热器4的低密度的制冷剂。因此，止回阀10也可以不是膨胀机启动促进装置的结构。

在膨胀机5的流入侧的压力与膨胀机5的流出侧的压力之差(以下，也称作膨胀机5的差压)变大时，膨胀机5被启动(驱动开始)。

此时，膨胀机5的膨胀室内的压力如图4所示那样。

图4是表示本发明的实施方式1的膨胀机的启动时的膨胀室内的压力变化的说明图。另外，膨胀机5的膨胀室内的压力按图4中的箭头所示的过程变化。另外，作为参考，利用虚线表示专利文献2的膨胀机的启动时的膨胀室内的压力变化。

由于启动时的膨胀机5的差压小于稳定状态下的膨胀机5的差压，因此稍微过膨胀，但能够得到与“面积D-面积E”相当的动力(正动力)。因此，能够使膨胀机5的驱动继续进行。

另一方面，经由轴7与膨胀机5连接的第2压缩机3的压缩室内的压力如图5所示那样变化。

图5是表示本发明的实施方式1的第2压缩机的启动时的压缩室内的压力变化的说明图。另外，第2压缩机3的压缩室内的压力按图5中的箭头所示的过程变化。

第2压缩机3的吸入侧的压力大于排出侧的压力(成为反压)，因此变为过压缩。此时的压缩动力为与“面积A-面积B”相当的动力，与使压缩机的排出侧压力和吸入侧压力均压的以往的冷冻循环装置(例如参照专利文献1)相比较小。因此，与以往的冷冻循环装置相比，容易启动第2压缩机3。另外，根据反压的程度，能够得到与面积B-面积A相当的回收动力。该部分的动力有助于第2压缩机3的稳定的启动。

在膨胀机5及第2压缩机3启动之后，即使关闭开闭阀9，也能够使膨胀机5及第2压缩机3的驱动继续进行。但是，在本实施方式1中，为了使膨胀机5及第2压缩机3的驱动更加可靠地继续进行，在冷冻循环装置1能够以稳定状态运转之前，使开闭阀9成为打开的状态。

更具体而言，控制装置100如以下那样控制开闭阀9。

若第2压缩机3的驱动继续进行，则从第2压缩机3排出的制冷剂的温度上升。并且，第2压缩机3的排出侧的压力为吸入侧的压力以上。即，能够使冷冻循环装置1以稳定状态运转。

在冷冻循环装置1中，第2压缩机3所排出的制冷剂的温度由温度传感器21检测。并且，在温度传感器21的检测温度成为某一阈值以上时，控制装置100判断为冷冻循环装置1能够以稳定状态运转，将开闭阀9关闭。

另外，即使在判断为冷冻循环装置1能够以稳定状态运转的时点延迟的情况下，由于具有止回阀10，因此第2压缩机3的排出压力也不会急剧上升，制冷剂流向膨胀机5。因此，高压、高温的保护装置没有工作，能够实现冷冻循环装置1的可靠的启动。

以上，在像这样构成的冷冻循环装置1中，至少到第2压缩机3启动为止，使第2压缩机3的吸入侧的压力大于第2压缩机3的排出侧的压力。另外，至少到膨胀机5启动为止，使膨胀机5的流出侧的压力小于膨胀机5的流入侧的压力，使流向膨胀机5的流入侧的制冷剂为低密度。因此，与以往的冷冻循环装置相比，能够更加可靠地启动第2压缩机3及膨胀机5。

另外，与以往的冷冻循环装置相比，仅通过使第2压缩机3的吸入侧的压力大于第2压缩机3的排出侧的压力，就能够更加可靠地启动第2压缩机3及膨胀机5，这是当然的。另外，与以往的冷冻循环装置相比，仅通过使膨胀机5的流出侧的压力小于膨胀机5的流入侧的压力、使流向膨胀机5的流入侧的制冷剂为低密度制冷剂，就能够更加可靠地启动第2压缩机3及膨胀机5，这是当然的。

另外，在冷冻循环装置1内设置四通阀来切换制冷剂流动，也能够实施本发明。

图6是表示本发明的实施方式1的冷冻循环装置的其他的一例的制冷剂回路图。在该冷冻循环装置51内，在第2压缩机3的排出侧设有四通阀14。利用该四通阀14将从第2压缩机3排出的制冷剂的流路切换成流向散热器4的流路或流向蒸发器6的流路。另外，将流入第1压缩机2的制冷剂的流路切换成从蒸发器6流入的流路或从散热器4流入的流路。另外，在从第2压缩机3排出的制冷剂流入蒸发器6的情况(制冷剂从散热器4向第1压缩机2流入的情况)下，散热器4成为蒸发器，蒸发器6成为散热器。

另外，在膨胀机5的流入侧设有四通阀15。利用该四通阀15，将向膨胀机5流入的制冷剂的流路切换成从散热器4流入的流路或从蒸发器6流入的流路。

在将这样的冷冻循环装置51用于空调机的情况下，能够得到能够进行制冷运转和制热运转这两者的空调机。

另外，膨胀机5为容积式，因此只能使制冷剂向一个方向流动。因此，可以在膨胀机5的流入口附近设置止回阀10，在该止回阀10与膨胀机5之间连接旁通回路8。

另外，为了使本实施方式1的冷冻循环装置更加节能化，例如也可以如图7所示那样在第1压缩机2与第2压缩机3之间设置中间冷却器22。另外，图7表示在冷冻循环装置1内设有中间冷却器22的例子。

通过冷却从第1压缩机2排出的高温中压的制冷剂，使该制冷剂在莫里尔线图上的等熵线的倾斜度变大。即，能够减小第2压缩机3在压缩制冷剂时所需要的动力。另外，存在于第1压缩机2与第2压缩机3之间的旁通回路8的连接部可以为中间冷却器22的上游侧，也可以为中间冷却器22的下游侧。在前者的情况下，能够抑制膨胀机5启动之前的期间内的第1压缩机2的排出压力的急剧上升。该效果也能够通过将开闭阀9置换成流量调整阀并调节开度来实现。

另外，在本实施方式1中，与散热器4及蒸发器6进行热交换的载热体为空气，但也可以采用其他的载热体。例如，还可以采用水作为与散热器4进行热交换的载热体，将本实施方式1的冷冻循环装置用于供给热水的用途。另外，还可以采用水、盐水(brine)作为与散热器4、蒸发器6进行热交换的载热体，将该载热体输送向空气调节空间，进行空气调节空间的空气调节。

另外，在本实施方式1中，使用臭氧破坏系数为零且与氟利昂类相比地球变暖系数也特别小的二氧化碳作为制冷剂，但制冷剂种类任意。但是，与使用以往的制冷剂的冷冻循环装置相比，使用二氧化碳的冷冻循环装置的运转效率(COP)降低。因此，将本发明实施于使用二氧化碳的冷冻循环装置会非常有效。另外，在使用不被压缩成超临界状态的制冷剂的情况下，散热器4作为冷凝器发挥作用。

另外，在本实施方式1中，膨胀机5与第2压缩机3机械地(利用轴7)连接，但也可以使膨胀机5与第2压缩机3电连接。例如，也可以使膨胀机5与发电机连接，将膨胀机5回收的动力转换成电力，将该电力供给到第2压缩机3。

另外，在本实施方式1中，利用温度传感器21检测冷冻循环装置1(冷冻循环装置51)能否稳定运转，但也可以利用压力传感器判断冷冻循环装置1(冷冻循环装置51)是否能够稳定运转。更具体而言，也可以在第2压缩机3的排出侧和吸入侧分别设置压力传感器，并且，在上述压力传感器的检测值之差成为某一阈值以上时，判断为冷冻循环装置1(冷冻循环装置51)能够稳定运转。

实施方式2

本发明并不限于实施方式1所示的冷冻循环装置，例如也能够实施于以下那样的结构的冷冻循环装置。另外，在本实施方式2中，没有特别记述的项目与实施方式1相同。

图8是本发明的实施方式2的冷冻循环装置的制冷剂回路图。本实施方式2的冷冻循环装置52与实施方式1的冷冻循环装置1相比，不同点如下所述。冷冻循环装置52的其他的结构与冷冻循环装置1相同。

首先，第1压缩机2和第2压缩机3的设置位置相反。另外，代替止回阀10，设有止回阀13。另外，代替旁通回路8及开闭阀9，设有旁通回路11及开闭阀12。

止回阀13设在膨胀机5与蒸发器6之间，用于限制制冷剂从蒸发器6向膨胀机5流动。

旁通回路11的一个端部连接在第2压缩机3与第1压缩机2之间，另一个端部连接在膨胀机5与止回阀13之间。在该旁通回路11中设有开闭旁通回路11的开闭阀12。

<动作说明>

说明像这样构成的冷冻循环装置52的动作。首先，说明稳定运转时的冷冻循环装置52的动作。然后，说明启动时的冷冻循环装置52的动作。

(稳定运转时的动作)

说明稳定运转时的冷冻循环装置52的动作。

图9是表示本发明的实施方式2的冷冻循环装置的稳定状态下的制冷剂流动的制冷剂回路图。在稳定状态下，开闭阀12为关闭的状态。即，在稳定状态下，制冷剂不流经旁通回路11。另外，在图9中利用粗线表示制冷剂流动的配管。

在第2压缩机3被压缩成高温中压的制冷剂从第2压缩机3排出。该高温中压的制冷剂在第1压缩机2被压缩成高温高压(超临界状态)，并流入散热器4。流入散热器4的制冷剂向由风扇4a输送的空气放热，而成为低温高压的制冷剂。该低温高压的制冷剂流入膨胀机5。流入膨胀机5的制冷剂被减压而成为低压低干度的制冷剂。在该减压过程中，膨胀机5回收动力。并且，回收的动力经由轴7供给到第2压缩机3。从膨胀机5流出的低压低干度的制冷剂通过止回阀13流入蒸发器6。流入蒸发器6的制冷剂从由风扇6a输送的空气吸热，而成为低压高干度的制冷剂或低压过热气体状的制冷剂。从蒸发器6流出的制冷剂被吸入第2压缩机3。

由膨胀机5回收的动力在第2压缩机3被作为压缩动力使用，因此，第1压缩机的需要动力减小相对的量。因此，能够实现冷冻循环装置52的节能化。

(启动时的动作)

接下来，说明启动时的冷冻循环装置1的动作。

图10是表示本发明的实施方式2的冷冻循环装置的启动时的制冷剂流动的制冷剂回路图。在启动时，开闭阀12为打开的状态。即，在启动时，制冷剂流经旁通回路11。另外，向散热器输送空气的风扇4a停止或转速(旋转速度)小于稳定状态。另外，在图10中利用粗线表示制冷剂流动的配管。

在第1压缩机2被压缩了的制冷剂通过散热器4到达膨胀机5。另外，由于第1压缩机2启动，膨胀机5的流出侧的制冷剂通过旁通回路11被吸入第1压缩机2。此时，利用止回阀13防止第2压缩机3的吸入侧的制冷剂被第1压缩机2吸入。即，在第2压缩机3停止的启动时，第2压缩机3的吸入侧的压力大于第2压缩机3的排出侧的压力。

另外，即使不设置止回阀13，在第2压缩机3停止的状态下，第2压缩机3的吸入侧的压力也大于第2压缩机3的排出侧的压力。从第1压缩机2启动到第2压缩机3启动为止的时间为数秒左右(在本实施方式2的冷冻循环装置52中，例如为2秒～3秒左右)。因此，从第2压缩机3的吸入侧吸入的制冷剂大部分为积存于蒸发器6的制冷剂(蒸发器6成为缓冲器)，这是因为第2压缩机3的吸入侧的压力降低迟缓。

即，旁通回路11及开闭阀12成为本发明的压力调整装置。在本实施方式2中，为了更加可靠地得到第2压缩机3的吸入侧压力与排出侧压力的差压，设置止回阀13。

另外，在膨胀机5停止的状态下，膨胀机5的流出侧的压力小于膨胀机5的流入侧的压力。另外，流向膨胀机5的流入侧的制冷剂在散热器4内的热交换量少，因此成为低密度的制冷剂。即，控制旁通回路11、开闭阀12及风扇4a的转速的控制装置100成为本发明的膨胀机启动促进装置。另外，止回阀13也可以不是膨胀机启动促进装置的结构。

在膨胀机5的差压变大时，膨胀机5被启动(驱动开始)。此时，膨胀机5的膨胀室内的压力如图4所示那样(与实施方式1相同)。启动时的膨胀机5的差压小于稳定状态下的膨胀机5的差压，因此变为稍微过膨胀，但能够得到与“面积D-面积E”相当的动力(正动力)。因此，能够使膨胀机5的驱动继续进行。

另一方面，经由轴7与膨胀机5连接的第2压缩机3的压缩室内的压力如图5所示那样变化(与实施方式1相同)。第2压缩机3的吸入侧的压力大于排出侧的压力(成为反压)，因此成为过压缩。此时的压缩动力为与“面积A-面积B”相当的动力，与使压缩机的排出侧压力和吸入侧压力均压的以往的冷冻循环装置(例如参照专利文献1)相比较小。因此，与以往的冷冻循环装置相比，容易启动第2压缩机3。另外，根据反压的程度，能够得到与面积B-面积A相当的回收动力。该部分的动力有助于第2压缩机3的稳定的启动。

在膨胀机5及第2压缩机3启动之后，即使关闭开闭阀12，也能够使膨胀机5及第2压缩机3的驱动继续进行。但是，在本实施方式2中，为了使膨胀机5及第2压缩机3的驱动更加可靠地继续进行，在冷冻循环装置52能够以稳定状态运转之前，使开闭阀12成为打开的状态。

更具体而言，控制装置100如以下那样控制开闭阀12。

若第2压缩机3的驱动继续进行，则从第2压缩机3排出的制冷剂的温度上升。并且，第2压缩机3的排出侧的压力为吸入侧的压力以上。即，可以使冷冻循环装置52以稳定状态运转。

在冷冻循环装置52中，第2压缩机3所排出的制冷剂的温度由温度传感器21检测。并且，在温度传感器21的检测温度成为某一阈值以上时，控制装置100判断为冷冻循环装置1能够以稳定状态运转，而将开闭阀12关闭。并且，将风扇4a的转速变更成稳定状态的转速。对于冷冻循环装置52是否能够稳定运转的判断，也可以利用压力传感器进行。

另外，即使在判断为冷冻循环装置52能够以稳定状态运转的时点延迟的情况下，由于具有止回阀13，因此第2压缩机3的吸入侧的压力也不会急剧下降，制冷剂流向膨胀机5。因此，低压、低温的保护装置不工作，能够实现冷冻循环装置52的可靠的启动。

以上，在像这样构成的冷冻循环装置52中，至少到第2压缩机3启动为止，使第2压缩机3的吸入侧的压力大于第2压缩机3的排出侧的压力。另外，至少到膨胀机5启动为止，使膨胀机5的流出侧的压力小于膨胀机5的流入侧的压力，使流向膨胀机5的流入侧的制冷剂为低密度制冷剂。因此，与以往的冷冻循环装置相比，能够更加可靠地启动第2压缩机3及膨胀机5。

另外，与以往的冷冻循环装置相比，仅通过使第2压缩机3的吸入侧的压力大于第2压缩机3的排出侧的压力，就能够更加可靠地启动第2压缩机3及膨胀机5，这是当然的。另外，与以往的冷冻循环装置相比，仅通过使膨胀机5的流出侧的压力小于膨胀机5的流入侧的压力、使流向膨胀机5的流入侧的制冷剂成为低密度制冷剂，就能够更加可靠地启动第2压缩机3及膨胀机5，这是当然的。

附图标记说明

冷冻循环装置，2第1压缩机，3第2压缩机，4散热器，4a风扇，5膨胀机，6蒸发器，6a风扇，7轴，8旁通回路，9开闭阀，10止回阀，11旁通回路，12开闭阀，13止回阀，14四通阀，15四通阀，21温度传感器，22中间冷却器，51冷冻循环装置，52冷冻循环装置，100控制装置。

Claims

1.一种冷冻循环装置，其特征在于，具有：

制冷剂回路，该制冷剂回路利用配管依次连接第1压缩机、成为散热器或冷凝器的第1换热器、膨胀机及成为蒸发器的第2换热器；

第2压缩机，该第2压缩机通过由上述膨胀机回收的动力被驱动，

旁通回路，该旁通回路使上述第2压缩机的流入侧和上述膨胀机的流入侧、或者上述第2压缩机的流出侧和上述膨胀机的流出侧的任意一方旁通，

开闭阀，该开闭阀设置于上述旁通回路，

上述第2压缩机为容积式压缩机，

上述第2压缩机与上述第1压缩机串联地连接，在该连接位置设有上述旁通回路的一端，

至少到上述第2压缩机启动为止使上述开闭阀成为打开状态，使上述第2压缩机的排出侧的压力低于上述第2压缩机的吸入侧的压力。

2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

上述旁通回路使上述第2压缩机的流入侧和上述膨胀机的流入侧旁通，

将上述第2压缩机设置在上述第1压缩机和上述第1换热器之间。

3.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其特征在于，

在上述第1换热器与上述膨胀机之间的路径中，在与连接上述旁通回路的位置相比靠上述第1换热器侧的位置，具有用于限制制冷剂向上述第1换热器流动的止回阀。

4.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

上述旁通回路使上述第2压缩机的流出侧和上述膨胀机的流出侧旁通，

将上述第2压缩机设在上述第2换热器与上述第1压缩机之间。

5.根据权利要求4所述的冷冻循环装置，其特征在于，

在上述第2换热器与上述膨胀机之间的路径中，在与上述旁通回路连接的位置相比靠上述第2换热器侧的位置，具有用于限制制冷剂向上述膨胀机的流动的止回阀。

6.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

具有载热体输送装置，该载热体输送装置向上述第1换热器输送与在上述第1换热器内流动的制冷剂进行热交换的载热体，

至少到上述第2压缩机启动为止，

将上述载热体输送装置的转速减小到低于目标转速，或者使上述载热体输送装置停止。

7.根据权利要求1～权利要求6中的任意一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，

在上述制冷剂回路中流动的制冷剂为二氧化碳。