CN102859295B - 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。制冷循环装置(100)具备制冷剂回路(106)、喷射流路(111)及高压导入流路(130)。制冷剂回路(106)具有低压段压缩机(105)、高压段压缩机(101)、散热器(102)、膨胀机(103)、气液分离器(108)及蒸发器(104)。膨胀机(103)及低压段压缩机(105)通过动力回收轴(107)连结。制冷循环装置(100)还具备将蒸发器(104)及高压导入流路(130)中的任一个选择性地与低压段压缩机(105)连接的流路切换机构。流路切换机构例如由开闭阀(131)及止回阀(132)构成。

Description

制冷循环装置
技术领域
本发明涉及制冷循环装置。
背景技术
以往，作为具备使制冷剂膨胀而进行动力回收的膨胀机和使制冷剂预备升压的第二压缩机的制冷循环装置，公知有图15所示的制冷循环装置700(例如，参照特开2003-307358号公报)。一边参照图15，一边对以往的制冷循环装置700的结构进行说明。
如图15所示，制冷循环装置700具备由第一压缩机1、散热器2、膨胀机3、蒸发器4、第二压缩机5及将所述的要素按上述顺序连接的流路10a～10e形成的制冷剂回路6。第二压缩机5通过动力回收轴7与膨胀机3连结，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。
进而，设置绕过第二压缩机5的旁通路8和控制旁通路8中的制冷剂的流动的旁通阀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700按照以下顺序起动。首先，开始第一压缩机1的运转，打开旁通阀9。由此，蒸发器4内的制冷剂如图15中的实线箭头所示那样通过旁通路8吸入第一压缩机1。通过使制冷剂在第一压缩机1中升压而喷出，从而膨胀机3的吸入口处的压力上升。其结果是，如图16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能够快速地起动。在起动膨胀机3及第二压缩机5后，关闭旁通阀9，如图15中的单点划线箭头所示，从蒸发器4流出的制冷剂通过流路10d而被吸入到第二压缩机5。如此，通过设置旁通路8，从而能够顺畅地移向稳态运转。
【先行技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2003-307358号公报
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
在制冷循环装置700中，对于膨胀机3及第二压缩机5的起动，仅膨胀机3参与，第二压缩机5不起作用。相反地，第二压缩机5成为起动膨胀机3时的负荷。即，第二压缩机5的结构部件与动力回收轴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700稳态运转时，第二压缩机5与膨胀机3形成单一路径的制冷剂回路6，并且由于它们通过彼此共同的动力回收轴7连结，因此它们的转速相同。因此，必须以使每单位时间内第二压缩机5应吸入的制冷剂的质量与每单位时间内膨胀机3应吸入的制冷剂的质量相等的方式设定第二压缩机5的容积和膨胀机3的容积。
图17是在以往的制冷循环装置700中使用二氧化碳作为制冷剂时的莫里尔图的一例。如图17所示，在以往的制冷循环装置700的稳态运转H中，第二压缩机5吸入的制冷剂的压力为40kg/cm2，其温度为约10℃，(图17中，点A)，此时的制冷剂的密度为108.0kg/m3。膨胀机3吸入的制冷剂的压力为100kg/cm2，其温度为40℃(图17中，点C)，此时的制冷剂的密度为628.61kg/m3。
在此，设第二压缩机5的吸入容积(m3)为Vc，膨胀机3的吸入容积(m3)为Ve，每1秒钟的动力回收轴7的转速(S-1)为N。每1秒钟第二压缩机5可吸入的制冷剂的质量(kg/s)和每1秒钟膨胀机3可吸入的制冷剂的质量(kg/s)分别可以通过(式1)及(式2)表示。
(式1)
(每1秒钟第二压缩机5可吸入的制冷剂的质量)＝108.0×Vc×N
(式2)
(每1秒钟膨胀机3可吸入的制冷剂的质量)＝628.61×Ve×N
在每1秒钟第二压缩机5可吸入的制冷剂的质量与每1秒钟膨胀机3可吸入的制冷剂的质量相等时，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)
即，在制冷循环装置700起动时，膨胀机3必须驱动具有膨胀机3的约5.8倍的吸入容积的第二压缩机5。此外，如果第二压缩机5应吸入的制冷剂的密度与膨胀机3应吸入的制冷剂的密度之比变得更大，则第二压缩机5的吸入容积与膨胀机3的吸入容积之比变得更大。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的起动时的膨胀机3的驱动阻力相对变大。因此，根据制冷循环装置700的运转条件的不同，在起动时，膨胀机3可能无法驱动第二压缩机5。或者，为了得到驱动第二压缩机5所必要的驱动力，必须在膨胀机3的吸入口侧施加与稳态运转时相比过剩的压力。其结果是，向第一压缩机1输入的输入电力增加而制冷循环装置700的效率降低。
发明内容
本发明为解决上述的课题而完成，其目的是提供一种能够可靠且稳定地起动的制冷循环装置。
【用于解决课题的手段】
即，本发明提供一种制冷循环装置，其具备：
主制冷剂回路，其具有：低压段压缩机，其压缩制冷剂；高压段压缩机，其进一步压缩由所述低压段压缩机压缩后的制冷剂；散热器，其冷却由所述高压段压缩机压缩后的制冷剂；膨胀机，其使由所述散热器冷却后的制冷剂膨胀并从制冷剂回收动力，并且以使所回收的动力向所述低压段压缩机传递的方式通过轴与所述低压段压缩机连结；气液分离器，其使由所述膨胀机膨胀后的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂；蒸发器，其使由所述气液分离器分离后的液体制冷剂蒸发；
喷射流路，其将由所述气液分离器分离后的气体制冷剂向从所述低压段压缩机的喷出口到所述高压段压缩机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分引导；
高压导入流路，其使从所述高压段压缩机的喷出口到所述膨胀机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分与从所述蒸发器的出口到所述低压段压缩机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分相连；
流路切换机构，其使从所述蒸发器及所述高压导入流路中选出的一个与所述低压段压缩机选择性地连接。
在另一侧面，本发明提供一种制冷循环装置，其具备：
主制冷剂回路，其具有：低压段压缩机，其压缩制冷剂；高压段压缩机，其进一步压缩由所述低压段压缩机压缩后的制冷剂；散热器，其冷却由所述高压段压缩机压缩后的制冷剂；膨胀机，其使由所述散热器冷却后的制冷剂膨胀并从制冷剂回收动力，并且以使所回收的动力向所述低压段压缩机传递的方式通过轴与所述低压段压缩机连结；气液分离器，其使由所述膨胀机膨胀后的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂；蒸发器，其使由所述气液分离器分离后的液体制冷剂蒸发；膨胀阀，其设置在所述气液分离器与所述蒸发器之间的流路上；
喷射流路，其将由所述气液分离器分离后的气体制冷剂向从所述低压段压缩机的喷出口到所述高压段压缩机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分引导；
控制器，其在该制冷循环装置起动时使所述膨胀阀全闭，从而阻止所述低压段压缩机的吸入口处的压力经由所述喷射流路而变得与所述低压段压缩机的喷出口处的压力相等。
【发明效果】
根据本发明的制冷循环装置，高压段压缩机能够通过喷射流路吸入蒸发器及气液分离器内的制冷剂。由此，能够使主制冷剂回路的高压侧的压力迅速上升。
由于从低压段压缩机的喷出口到高压段压缩机的吸入口的主制冷剂回路的部分通过喷射流路与气液分离器连接，因此能够使膨胀机的喷出口处的压力与高压段压缩机的吸入口处的压力一致。膨胀机的吸入口处的压力通常与主制冷剂回路的高压侧的压力相等。
另一方面，通过流路切换机构及高压导入流路的动作，能够使低压段压缩机的吸入口处的压力与主制冷剂回路的高压侧的压力一致。低压段压缩机的喷出口处的压力通常与高压段压缩机的吸入口处的压力相等。
如此，根据本发明，不仅在膨胀机的前后，而且在低压段压缩机的前后也能够产生压力差。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。
在另一侧面，根据本发明的制冷循环装置，高压段压缩机能够通过喷射流路吸入气液分离器内的制冷剂。由此，能够快速地使主制冷剂回路的高压侧的压力上升。
由于从低压段压缩机的喷出口到高压段压缩机的吸入口的主制冷剂回路的部分通过喷射流路与气液分离器连接，因此能够使膨胀机的喷出口处的压力与高压段压缩机的吸入口处的压力一致。膨胀机的吸入口处的压力通常与主制冷剂回路的高压侧的压力相等。
另一方面，通过使膨胀阀全部关闭，能够切断膨胀阀的前后的流路。由此，能够阻止低压段压缩机的吸入口处的压力经由喷射流路变得与低压段压缩机的喷出口处的压力相等。其结果是，能够将低压段压缩机的吸入口处的压力维持为高压段压缩机的驱动前的主制冷剂回路内的压力(中间压力)。低压段压缩机的喷出口处的压力通常与高压段压缩机的吸入口处的压力相等。
如此，根据本发明，不仅在膨胀机的前后，而且在低压段压缩机的前后也能够产生压力差。因此，本发明的制冷循环装置不局限于运转条件，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的制冷循环装置的结构图。
图2是本发明的实施方式1的制冷循环装置的起动控制的流程图。
图3是变形例1的制冷循环装置的结构图。
图4是变形例1的制冷循环装置的起动控制的流程图。
图5是变形例2的制冷循环装置的结构图。
图6是表示实施方式1、变形例1及变形例2的制冷循环装置的起动时状态的示意图。
图7是动力回收系统的结构图。
图8是本发明的实施方式2的制冷循环装置的结构图。
图9是本发明的实施方式2的制冷循环装置的起动控制的流程图。
图10是变形例3的制冷循环装置的结构图。
图11是变形例3的制冷循环装置的起动控制的流程图。
图12是变形例4的制冷循环装置的结构图。
图13是变形例4的制冷循环装置的起动控制的流程图
图14A是表示实施方式2及变形例3的制冷循环装置的起动时的状态的示意图。
图14B是表示变形例4的制冷循环装置的起动时的状态的示意图。
图15是以往的制冷循环装置的结构图。
图16是表示图15所示的制冷循环装置的起动时的状态的示意图。
图17是在以往的制冷循环装置中使用二氧化碳作为制冷剂时的莫里尔图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明并不局限于以下的实施方式。
(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106a～106f将高压段压缩机101、散热器102、膨胀机103、气液分离器108、蒸发器104、低压段压缩机105依次连接而形成的主制冷剂回路106。流路106a～106f分别由制冷剂配管构成。在气液分离器108与蒸发器104之间的流路106d上设置有膨胀阀110。在蒸发器104与低压段压缩机105之间的流路106e上设置有止回阀132。以下，将连接低压段压缩机105的喷出口和高压段压缩机101的吸入口的流路106f也称为“中间压流路106f”。
高压段压缩机101由压缩机构部101a和驱动压缩机构部101a的电动机101b构成，将制冷剂压缩成高温高压。作为高压段压缩机101可以使用涡旋式压缩机及回转式压缩机等容积式压缩机。高压段压缩机101的喷出口经由流路106a与散热器102的入口连接。
散热器102通过使由高压段压缩机101压缩的高温高压的制冷剂与外部的热源进行热交换而使其放热(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流出的中温高压的制冷剂膨胀，并将制冷剂的膨胀能(动力)转换为机械能而回收。膨胀机103的喷出口经由流路106c与气液分离器108的入口连接。作为膨胀机103可以使用涡旋式膨胀机及回转式膨胀机等容积式膨胀机。进而，作为膨胀机103可以使用流体压电动机式膨胀机。流体压电动机式膨胀机是指，在动作室内不进行实质的膨胀工序而连续进行吸入制冷剂的工序和喷出所吸入的制冷剂的工序，由此从制冷剂回收动力的容积式流体机械。流体压电动机式膨胀机的详细结构及动作原理例如国际公开2008/050654号公报中公开。
气液分离器108起到将通过膨胀机103膨胀后的低温低压的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂的作用。通过气液分离器108，在制冷循环装置100起动时能够防止液体制冷剂多量地吸入到高压段压缩机101中。气液分离器108的气体制冷剂出口经由喷射流路111与流路106f连接。气液分离器108的液体制冷剂出口经由具备膨胀阀110的流路106d与蒸发器104的入口连接。
膨胀阀110起到在稳态运转时调整向蒸发器104流入的液体制冷剂的流量的作用。因此，作为膨胀阀110优选能够阶段性地使开度变化且具有使制冷剂膨胀这种能力的阀，典型优选使用电动膨胀阀。在制冷循环装置100起动时，使膨胀阀110全开或大致全开。由此，能够使高压段压缩机101顺畅地吸入蒸发器104内的制冷剂。
蒸发器104使通过气液分离器108分离后的低温低压的液体制冷剂与外部的热源进行热交换而使其蒸发。蒸发器104的出口经由具备止回阀132的流路106e与低压段压缩机105的吸入口连接。
低压段压缩机105将从蒸发器104流出的中温低压的制冷剂吸入，在进行预备升压后，将其向中间压流路106f喷出。低压段压缩机105的喷出口经由中间压流路106f与高压段压缩机101的吸入口连接。作为低压段压缩机105可以使用涡旋式压缩机及回转式压缩机等容积式压缩机。进而，作为低压段压缩机105可以使用流体压电动机式压缩机。流体压电动机式压缩机是指，通过实质上连续地进行从蒸发器104吸入制冷剂的工序和将吸入的制冷剂向高压段压缩机101喷出的工序，从而使制冷剂升压的容积式流体机械。换言之，流体压电动机式压缩机是指，在动作室内不使制冷剂的体积实质性地发生变化的流体机械。流体压电动机式压缩机的结构基板上与流体压电动机式膨胀机的结构相同，该结构在先文献中被详细地公开。
膨胀机103通过动力回收轴107与低压段压缩机105连结。能够经由动力回收轴107将由膨胀机103回收的机械能(动力)向低压段压缩机105传递。即，膨胀机103、低压段压缩机105及动力回收轴107作为从制冷剂回收动力的动力回收系统109发挥功能。如图7所示，膨胀机103及低压段压缩机105与动力回收轴107一起收容在积存了润滑油的1个密闭容器109a中。因此，不需要特别的密封结构。
在本实施方式中，低压段压缩机105具有比膨胀机103的容积大的容积。在作为制冷剂使用二氧化碳的情况下，低压段压缩机105的容积Vc相对于膨胀机103的容积Ve的比率(Vc/Ve)设定为在例如5～15的范围内。在作为制冷剂使用R410A时，比率(Vc/Ve)设定在例如30～40的范围内。在如R410A这样压缩机的吸入制冷剂使用稀薄的制冷剂的情况下，比率(Vc/Ve)容易变大。通常，比率(Vc/Ve)越大，为了使低压段压缩机105及膨胀机103自起动所需要的驱动力(转矩)越大。需要说明的是，“低压段压缩机105的容积”表示闭入容积、即吸入工序结束时的工作室的容积。这一点与膨胀机103相同。
制冷循环装置100还具备高压导入流路130及开闭阀131。高压导入流路130以连接流路106a和流路106e的方式与主制冷剂回路106连接。开闭阀131设置于高压导入流路130，控制高压导入流路130中的制冷剂的流动。
高压导入流路130具有与流路106a连接的上游端E1(一端)和与流路106e连接的下游端E2(另一端)。即，高压导入流路130是能够在动力回收轴107的旋转前将流路106a内的制冷剂直接导入低压段压缩机105的吸入口的流路。高压导入流路130典型而言由制冷剂配管构成。
只要在制冷循环装置100起动时能够提高低压段压缩机105的吸入口处的压力，则上游端E1的位置不局限于图1所示的位置。即，只要能够将从高压段压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的主制冷剂回路106的部分和从蒸发器104的出口到低压段压缩机105的吸入口的主制冷剂回路106的部分连接，则上游端E1的位置没有特别限定。具体而言，高压导入流路130也能够以使流路106b与流路106e相连的方式与主制冷剂回路106连接。根据情况的不同，也可以使高压导入流路130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，可以从这两个部分之间容易地使高压导入流路130分支。
但是，如图1所示，在上游端E1位于流路106a上时，能够得到以下这样的效果。流路106a中的制冷剂的密度比流路106b中的制冷剂的密度小。通常，在流路106a内制冷剂为气相状态。通过高压导入流路130将气体制冷剂向低压段压缩机105的吸入口供给，由此能够防止液体制冷剂通过低压段压缩机105向高压段压缩机101流入。由此，可防止高压段压缩机101中的液体压缩，进而制冷循环装置100的可靠性得到提高。
开闭阀131及止回阀132构成能够选择性地将蒸发器104及高压导入流路130中的一个与低压段压缩机105连接的流路切换机构。在选择性地从蒸发器104及高压导入流路130中选择一个与低压段压缩机105连接时，从由蒸发器104及高压导入流路130中选择的一个向低压段压缩机105导入制冷剂。止回阀132设置在从蒸发器104的出口到高压导入流路130的下游端E2的主制冷剂回路106的部分(流路106e)。
开闭阀131在稳态运转时关闭并在制冷循环装置100起动时开放。当开闭阀131打开时，经由高压导入流路130将流路106a内的制冷剂向低压段压缩机105的吸入口直接供给。此时，止回阀132能够隔断制冷剂从高压导入流路130朝向蒸发器104的流动。另一方面，当关闭开闭阀131时，能够禁止制冷剂从高压导入流路130向低压段压缩机105的流动并同时从蒸发器104向低压段压缩机105供给制冷剂。止回阀132具有不需要进行电控制的优点。当然，也可以将止回阀132置换成能够任意开闭的阀。
制冷循环装置100进而具备喷射流路111及喷射量调整阀112。喷射流路111起到将通过气液分离器108从液体制冷剂分离出的气体制冷剂向从低压段压缩机105的喷出口到高压段压缩机101的吸入口的主制冷剂回路106的部分(中间压流路106f)引导的作用。具体而言，喷射流路111以使气液分离器108的气体制冷剂出口与中间压流路106f相连的方式与主制冷剂回路106连接。喷射流量调整阀112设置于喷射流路111中，控制喷射流路111中的制冷剂的流动。喷射流路111典型而言由制冷剂配管构成。作为喷射流量调整阀112，优选使用能够使开度阶段性地变化并具有使制冷剂膨胀的能力的阀，典型而言优选使用电动膨胀阀。
喷射流量调整阀112起到在稳态运转时调整应向中间压流路106f喷射的气体制冷剂的流量的作用。另一方面，在制冷循环装置100起动时，喷射流量调整阀112的开度为全开或大致全开。如果在起动时打开喷射流量调整阀112，则高压段压缩机101能够吸入存在于流路106c、气液分离器108、流路106d及蒸发器104中的制冷剂。由此，能够使主制冷剂回路106的高压侧的压力迅速上升。尤其是，在本实施方式中，由于设置有气液分离器108，因此能够在停止时在从膨胀机103的喷出口到止回阀132之间积存足够量的制冷剂。
在制冷循环装置100起动后，能够以使制冷循环装置100的成绩系数提高的方式通过喷射流路111从气液分离器108向中间压流路106f供给气体制冷剂。通过适当地调整膨胀阀110及喷射流量调整阀112的各开度，从而能够防止制冷剂从中间压流路106f向气液分离器108逆流，并且能够防止液体制冷剂从气液分离器10g向中间压流路106f流入。
进而，制冷循环装置100具备控制器117。膨胀阀110、喷射流量调整阀112及开闭阀131通过控制器117控制。控制器117典型而言由微型计算机构成。当意在用于使制冷循环装置100的运转开始的指令从输入装置(未图示)被赋予控制器117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。具体而言，控制器117参照图2执行后述的规定的起动控制。此外，控制器117控制使高压段压缩机101动作的电动机101b的动作。
制冷循环装置100进而具备用于检测膨胀机103或低压段压缩机105的起动的起动检测器119。控制器117根据起动检测器119的检测结果将开闭阀131(流路切换机构)的控制从起动前的控制切换成起动后的控制。具体而言，膨胀机103及低压段压缩机105起动前以将制冷剂从高压导入流路130导向低压段压缩机105的方式打开开闭阀131。膨胀机103及低压段压缩机105起动后以将制冷剂从蒸发器104导向低压段压缩机105的方式关闭开闭阀131。例如，根据从起动检测器119取得表示低压段压缩机105已起动的信号，控制器117关闭开闭阀131。如此，能够顺畅地进行转为通常时的控制。
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包括例如热电偶或热敏电阻这样的温度检测元件，其检测膨胀机103的吸入口处的制冷剂的温度与膨胀机103的喷出口处的制冷剂的温度之差ΔT。作为压力检测器的起动检测器119例如包括压电元件，其检测膨胀机103的吸入口处的制冷剂的压力与膨胀机103的喷出口处的制冷剂的压力之差ΔP。此外，起动检测器119也可以包括计测从高压段压缩机101的起动时刻开始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。此时，控制器117本身可以起到起动检测器119的作用。进而，作为起动检测器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，判断动力回收系统109是否起动的方法也如下方式有所不同。根据以下所示的方法可以容易地检测动力回收系统109的起动。
在作为起动检测器119使用压力检测器的情况下，例如，将通过实验或理论求出的阈值Pth预先设定在控制器117中。在从在追溯了单位时间的时刻通过压力检测器检测到的压力差ΔPn(n：自然数)减去通过压力检测器检测到的当前的压力差ΔPn+1的值超过了规定的阈值Pth时，检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动。在控制器117中可以设定单一的阈值Pth，也可以设定与外部气体温度等对应的多个阈值Pth。在为后者的情况下，控制器117根据外部气体温度等选择最佳的阈值Pth。这对于以下说明的其他的阈值也是同样的。
在高压段压缩机101起动后且膨胀机103起动前的期间，膨胀机103的吸入口处的制冷剂的压力和膨胀机103的喷出口处的制冷剂的压力之差ΔP大致单调递增。当膨胀机103开始起动时，压力差ΔP转而临时减少并变得比膨胀机103即将起动前小。通过捕捉该压力差ΔP的变化，从而能够检测膨胀机103或低压段压缩机105的起动。具体而言，每单位时间检测压力差ΔP并存储到控制器117的存储器中。对最近存储到存储器中的压力差ΔPn与当前的压力差ΔPn+1进行比较。在当前的压力差ΔPn+1明显小于上次的压力差ΔPn时，可以判断为膨胀机103或低压段压缩机105已起动。换言之，在满足(ΔPn-ΔPn+1)＞Pth的情况下，可以判断膨胀机103或低压段压缩机105已起动。需要说明的是，“单位时间”可以在能够捕捉压力差ΔP的急剧减小的充分时间、例如1～5秒的范围内任意设定。
也可以取代压力差ΔP而使用温度差ΔT。即，在从追溯了单位时间的时刻通过温度检测器检测到的温度差ΔTn(n：自然数)减去通过温度检测器检测到的当前的温度差ΔTn+1的值超过了规定的阈值Tth时，检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动。
进而，还存在能够根据膨胀机103的喷出温度或膨胀机103的喷出压力来检测动力回收系统109起动的可能性。当动力回收系统109起动时，膨胀机103也旋转。膨胀机103在吸入制冷剂后使吸入的制冷剂膨胀而喷出。因此，从膨胀机103喷出的制冷剂的温度及压力比吸入前低。能够以时系列监视膨胀机103的喷出口处的温度(或压力)并捕捉温度(或压力)的急剧变化来判断动力回收系统109已起动。
另一方面，在动力回收系统109可靠起动的前提成立的情况下，也可以通过以下说明的方法来检测膨胀机103或低压段压缩机105的起动。在以下说明的方法中，与其说捕捉膨胀机103或低压段压缩机105的起动，不如说判断动力回收系统109是否处于能够继续动作的状态。在以下说明的方法中，检测膨胀机103或低压段压缩机105的起动，并根据其检测结果将开闭阀131(流路切换机构)的控制从起动前的控制切换成起动后的控制。如此，在关闭开闭阀131后，动力回收系统109也能够稳定地继续动作。
具体而言，在作为起动检测器119使用温度检测器的情况下，例如，将通过实验或理论求出的阈值T1预先设定在控制器117中。在通过温度检测器检测到的温度差ΔT超过阈值T1时，检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动。
在作为起动检测器119使用压力检测器的情况下，例如，将通过实验或理论求出的阈值P1预先设定到控制器117中。在通过压力检测器检测到的压力差ΔP超过了规定的阈值P1的情况下，检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动。
通过温度差ΔT与阈值T1的比较、或者压力差ΔP与阈值P1的比较能够检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动的理由如下。当起动高压段压缩机101时，从高压段压缩机101喷出的制冷剂通过高压导入流路130向低压段压缩机105的吸入口供给。由此，动力回收系统109起动。此时，由于低压段压缩机105成为驱动源，因此在高压段压缩机101的吸入温度与高压段压缩机101的喷出温度之间产生大的温度差之前，动力回收系统109开始旋转。当动力回收系统109旋转开始时，循环的压力差未变得足够大，而使动力回收系统109旋转的动力小。因此，动力回收系统109的转速也低。当动力回收系统109的转速低时，膨胀机103的转速也低。该状态相当于以膨胀阀来说时的“节流的状态”。因此，高压段压缩机101的喷出温度及喷出压力也逐渐上升。
如果高压段压缩机101的喷出温度及喷出压力上升，则使膨胀机103及低压段压缩机105旋转的动力也增加，动力回收系统109的转速增加。并且，如果成为高转速，则受惯性力的影响，动力回收系统109稳定地旋转。优选在这样的稳定旋转状态之前，持续使开闭阀131开放。
另一方面，膨胀机103的吸入温度从停止时的与外部气体温度大致相同的温度逐渐上升。根据膨胀机103的吸入温度(或吸入压力)确定膨胀机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109起动时及动力回收系统109稳态运转时各自中的膨胀机103的吸入温度、喷出温度、吸入压力及喷出压力的一例如下。需要说明的是，下述的值是按照膨胀比＝2.0计算得到的。制冷剂为二氧化碳。
<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之差：13℃
吸入压力与喷出压力之差：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之差：26.6℃
吸入压力与喷出压力之差：5.1MPa
当动力回收系统109以高压段压缩机101的喷出温度及喷出压力低的状态起动时，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上升。吸入温度与喷出温度之差也逐渐扩大。这对于压力而言也是同样的。因此，通过将阈值T1及阈值P1设定为适当的值，例如设定为比预测动力回收系统109起动的温度差及压力差稍大的值，从而能够检测动力回收系统109的起动。
在作为起动检测器119使用计时器的情况下，例如将通过实验或理论求出的阈值时间t1预先设定到控制器117中。当通过计时器计测的时间t超过阈值时间t1时，检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动。
“阈值时间t1”在应在控制器117中执行的起动控制程序中得以说明。例如，对从起动高压段压缩机101开始到起动低压段压缩机105为止的时间在各种运转条件(外部气体温度等)下被实际测定。并且，在全部的运转条件下，可以将能够判断为低压段压缩机105可靠起动的时间设定为“阈值时间t1”。理论上来说，构建制冷循环装置100的模型，通过计算机模拟来确定起动动力回收系统109所必要的充分的压力差。并且，使用高压段压缩机101的容积、主制冷剂回路106的制冷剂的充填量等参数，算出为了作出推定的压力差所必要的初动时间。可以将算出的初动时间设定为“阈值时间t1”。
需要说明的是，检测膨胀机103或低压段压缩机105的起动的方法不局限于1个，可以组合多个方法来实施。例如，可以通过监视膨胀机103的吸入口与喷出口之间的压力差ΔP及/或温度差ΔT的方法来正确地捕捉膨胀机103或低压段压缩机105的起动。然后，通过比较温度差ΔT与阈值T1的方法、比较压力差ΔP与阈值P1的方法或比较经过时间t与阈值时间t1的方法来判断是否动力回收系统109处于能继续动作的状态下。在满足所述多个条件的情况下，判断为膨胀机103或低压段压缩机105已起动，而关闭开闭阀131。
<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在执行图2所示的起动控制后开始稳态运转。在运转待机状态下，高压段压缩机101停止，膨胀阀110打开，主制冷剂回路106内的制冷剂的压力大致均匀。
当在步骤S11中输入起动指令时，控制器117以使膨胀阀110及喷射流量调整阀112全开的方式向所述阀110及112的致动器发送控制信号(步骤S12)。进而，以使开闭阀131打开的方式向开闭阀131的致动器发送控制信号(步骤S13)。由此，高压导入流路130开通。
接下来，控制器117为了起动高压段压缩机101而开始向电动机101b供电(步骤S14)。由此，高压段压缩机101起动，存在于中间压流路106f、喷射流路111、流路106c、气液分离器108、流路106d、蒸发器104及流路106e的一部分(蒸发器104与止回阀132之间的部分)的制冷剂被吸入到高压段压缩机101中。需要说明的是，也可以代替在高压段压缩机101的起动前开放开闭阀131，而是与高压段压缩机101的起动对应地开放开闭阀131。
根据高压段压缩机101的起动而起动使用于与制冷剂进行热交换的流体(空气或水)流向散热器102的风扇或泵。由此，能够防止循环的高压的过度上升。同样地，根据高压段压缩机101的起动而使蒸发器104的风扇或泵起动。由此，高效地产生用于吸入到高压段压缩机101中的气体制冷剂。
当制冷剂开始向高压段压缩机101吸入时，中间压流路106f等的内部的压力降低。另一方面，由于由高压段压缩机101压缩后的制冷剂喷出，因此在从高压段压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路(流路106a、散热器102及流路106b)、高压导入流路130及流路106e的一部分(止回阀132与低压段压缩机105的吸入口之间的部分)压力上升。
其结果是，如图6所示，膨胀机103及低压段压缩机105的各吸入口处的压力相对变高，膨胀机103及低压段压缩机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，而且在低压段压缩机105的吸入口与喷出口之间也能够产生压力差。制冷剂的压力差分别作用于膨胀机103及低压段压缩机105，因此能够容易地使动力回收系统109自起动。由于设置有喷射流路111及气液分离器108，因此高压段压缩机101能够吸入用于产生高压力差的充分量的制冷剂。
控制器117在通过起动检测器119检测到低压段压缩机105已起动这一情况时(步骤S15)，以使开闭阀131关闭的方式向开闭阀131的致动器发送控制信号(步骤S16)。由此，作用于止回阀132的逆压消除，制冷剂从蒸发器104向低压段压缩机105通过流路106e进行供给。此外，通过膨胀机103减压后的气液二相的制冷剂向气液分离器108被供给。以不会通过喷射流路111及流路106f向高压段压缩机101供给过剩的液体制冷剂的方式调整膨胀阀110及喷射流量调整阀112的开度(步骤S17)。在图2所示的起动控制结束后，制冷循环装置100向使制冷剂在主制冷剂回路106中循环的稳态运转移转。
为了停止制冷循环装置100的运转，例如，逐渐减少高压段压缩机101的转速。在高压段压缩机101停止后，制冷剂利用充分的时间在高压段压缩机101、膨胀机103及低压段压缩机105中移动。因此，主制冷剂回路106中的压力差自然消除，主制冷剂回路106内的压力变得大致均匀而稳定。由此，膨胀机103及低压段压缩机105也自然停止。
<制冷循环装置100的效果>
根据本实施方式，在制冷循环装置100起动时，高压段压缩机101能够吸入及压缩蒸发器104及气液分离器108内的制冷剂。因此，能够使从高压段压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路内的压力迅速地上升。由于在膨胀机103的吸入口与喷出口之间产生大的压力差，因此动力回收系统109顺畅地自起动。
此外，压缩制冷剂通过高压导入流路130被导向从止回阀132到低压段压缩机105的吸入口的流路106e的一部分。由此，在低压段压缩机105的吸入口与喷出口之间也产生大的压力差。这有助于动力回收系统109更加顺畅地自起动。在本实施方式中，低压段压缩机105及膨胀机103分别具有固定的吸入容积。尤其是，在低压段压缩机105的吸入容积大于膨胀机103的吸入容积时，通过在低压段压缩机105的吸入口与喷出口之间产生压力差，从而动力回收系统109更加顺畅地起动。
需要说明的是，高压段压缩机101起动后，在未检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动而经过了固定时间时，可以判断为动力回收系统109的起动失败。在动力回收系统109未起动的情况下，控制器117使高压段压缩机101停止，并再次执行用于使动力回收系统109起动的控制。如此，能够防止从高压段压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路内的压力过度上升。在膨胀机103的前后产生过大的压力差，由此能够防止对膨胀机103的部件造成损伤。由此，制冷循环装置100的可靠性得以提高。
此外，根据本实施方式，在膨胀机103的吸入口连接散热器102，在低压段压缩机105的吸入口连接蒸发器104，在膨胀机103的喷出口连接气液分离器108。气液分离器108经由喷射流路111也与低压段压缩机105的喷出口连接。由于散热器102、蒸发器104及气液分离器108的容积比较大，因此在制冷循环装置100起动时，它们可以作为制冷剂的缓冲空间发挥功能。由此，能够获得抑制起动时的压力脉动的效果。
在本实施方式中使用的制冷剂(动作流体)的种类没有特别的限定。例如，可以使用R410A等氟制冷剂、二氧化碳等自然制冷剂、R1234yf等低GWP(Global Warming Potential：全球变暖潜能)制冷剂。无论使用哪种制冷剂，都能够获得上述的效果。
(变形例1)
<制冷循环装置200的结构>
图3是变形例1的制冷循环装置200的结构图。如图3所示，在制冷循环装置200中，流路切换机构由三通阀133构成。作为起动检测器119使用PTC(Positive Temperature Coefficient：正温度系数)加热器140及电流检测器141。进而，设置有旁通流路201及旁通阀202。其他的结构与实施方式1相同。在本变形例中，对与实施方式1的共同的部件标注同一符号，并省略其详细的说明。
作为流路切换机构的三通阀133以能够相互切换成第一状态和第二状态的方式设置在高压导入流路130的下游端E2，所述第一状态为从蒸发器104向低压段压缩机105引导制冷剂的状态，所述第二状态为从高压导入流路130向低压段压缩机105引导制冷剂的状态。在第一状态下，制冷剂从高压导入流路130向低压段压缩机105的流动被隔断。在第二状态下，制冷剂从蒸发器104向低压段压缩机105的流动被隔断。如此，能够将实施方式1中的开闭阀131及止回阀132以三通阀133来进行置换。根据三通阀133能够抑制部件个数的增多。
旁通流路201以绕开膨胀机103的方式与主制冷剂回路106连接。旁通流路201的上游端E3位于流路106b，下游端E4位于流路106c。旁通阀202设置在旁通流路201中。旁通流路201典型而言由制冷剂配管构成。作为旁通阀202，优选使用能够使开度阶段性地变化且具有使制冷剂膨胀的能力的阀，典型而言优选使用电动膨胀阀。
电流检测器141检测在PTC加热器140中流动的电流的大小。PTC加热器140设置在从散热器102的出口到膨胀机103的吸入口的主制冷剂回路106的部分、即流路106b上。详细而言，在从旁通流路201的上游端E3观察时，PTC加热器140位于膨胀机103侧。若在这样的位置设置PTC加热器140，则PTC加热器140不易受到制冷剂向旁通回路201的流动的影响，因此能够正确地检测制冷剂向膨胀机103的流入。
在作为起动检测器119使用PTC加热器140及电流检测器141的情况下，例如将通过实验或理论求出的阈值ΔI1预先设定在控制器117中。当起动动力回收系统109时，制冷剂在膨胀机103的吸入口也开始流动。于是，在PTC加热器140的温度变化(温度降低)的作用下，电流的大小也急剧变化。可以能够捕捉该变化的方式将在PTC加热器140中流动的电流的每单位时间的变化量预先设定为阈值ΔI1。“单位时间”可以在例如1～5秒的范围内任意设定。在PTC加热器140中流动的电流的每单位时间的变化量通过电流检测器141算出，在算出的变化量超过阈值ΔI1时，检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动。PTC加热器140及电流检测器141也可以在其他实施方式及变形例中使用。
<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。在步骤S21中，当输入起动指令时，控制器117以使膨胀阀110及喷射流量调整阀112全开且使旁通阀202成为规定开度的方式向所述阀110、112及202的致动器发送控制信号(步骤S22)。在此，“旁通阀202的规定的开度”是指将膨胀机103的吸入口与喷出口之间的压力差保持在使膨胀机103起动所必要的大小的范围内的开度。该“规定的开度”可以通过实验或理论来求出。总而言之，以使膨胀机103的前后压力差不会变得过小的方式将旁通阀202略微打开。
接下来，控制三通阀133而将低压段压缩机105与高压导入流路130连接(步骤S23)。
接下来，控制器117为了起动高压段压缩机101而开始向电动机101b供电(步骤S24)。由此，高压段压缩机101起动，且向高压段压缩机101吸入存在于中间压流路106f、喷射流路111、流路106c、气液分离器108、流路106d、蒸发器104及流路106e的一部分(蒸发器104与三通阀133之间的部分)的制冷剂。
当开始制冷剂向高压段压缩机101吸入时，如参照图6在实施方式1中说明的那样，膨胀机103及低压段压缩机105的各吸入口处的压力相对变高，膨胀机103及低压段压缩机105的各喷出口处的压力相对变低。其结果是，动力回收系统109顺畅地自起动。
控制器117在通过起动检测器119检测到低压段压缩机105已起动时(步骤S25)，以使低压段压缩机105与蒸发器104连接的方式控制三通阀133(步骤S26)。由此，通过流路106e从蒸发器104向低压段压缩机105供给制冷剂。此外，根据与实施方式1同样的理由，调整膨胀阀110及喷射流量调整阀112的开度(步骤S27)。此外，关闭旁通阀202。然后，向稳态运转转换。
<制冷循环装置200的效果>
根据本变形例，在实施方式1中说明的效果的基础上，还能够获得以下的效果。根据本变形例，控制器117以在膨胀机103及低压段压缩机105起动前，以能够在膨胀机103的吸入口与喷出口之间产生该膨胀机103起动所必要的压力差的这种范围内的开度使旁通阀202打开。即，在稍微打开旁通阀202的状态下，尝试动力回收系统109的起动。控制器117在膨胀机103及低压段压缩机105起动后关闭旁通阀202。由此，能够防止在动力回收系统109刚起动后膨胀机103的前后的压力差急剧减小。因此，能够充分确保用于继续动力回收系统109的动作的驱动力，能够顺畅地转向稳态运转。
(变形例2)
图5是变形例2的制冷循环装置300的结构图。如图5所示，制冷循环装置300在作为起动检测器119而使用检测低压段压缩机105的喷出口处的制冷剂的温度的温度检测器这一点与实施方式1不同。在本变形例中，对与实施方式1通用的通用部件标注同一符号，并省略其详细的说明。
在作为起动检测器119使用温度检测器的情况下，例如，将通过实验或理论求出的阈值T2预先设定在控制器117中。当从通过温度检测器检测到的当前的温度减去在追溯了单位时间的时刻由温度检测器检测到的温度得到的值超过规定的阈值T2时，检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动。
在高压段压缩机101起动后到膨胀机103起动前的期间，低压段压缩机105的喷出口处的制冷剂的温度低。当低压段压缩机105开始动作时，低压段压缩机105的喷出口处的制冷剂的温度急剧上升。虽然也依赖于制冷循环装置100的用途、运转条件等，但低压段压缩机105的喷出口处的制冷剂的温度变化例如为10℃左右。通过对该温度变化进行捕捉，从而能够检测膨胀机103或低压段压缩机105的起动。具体而言，每单位时间内对低压段压缩机105的喷出口处的制冷剂的温度T进行检测而存储到控制器117的存储器中。并且，对上一个存储到存储器中的温度Tn(n：自然数)与当前的温度Tn+1进行比较。在当前的温度Tn+1明显超过上一个温度Tn时，换言之，在满足(Tn+1-Tn)＞T2时，判断为起动了膨胀机103或低压段压缩机105。需要说明的是，“单位时间”可以在对于捕捉温度T的急剧减少而言的充分时间、例如1～5秒的范围内任意设定。
当低压段压缩机105起动时，来自高压导入流路130的高压高温的制冷剂被吸入到低压段压缩机105中。由于流路106f的压力低，因此低压段压缩机105临时作为膨胀机发挥功能。通过低压段压缩机105膨胀后的制冷剂向流路106f喷出。由高压段压缩机101压缩而再次由低压段压缩机105膨胀后的制冷剂获得与在高压段压缩机101及低压段压缩机105各自中产生的损失量相当的焓。即，当存在于流路106f中的制冷剂经过高压段压缩机101及低压段压缩机105而再次返回流路106f时，制冷剂的温度与制冷剂的焓增加量相应地上升。温度检测器通过对该温度上升与阈值T2进行比较，从而检测低压段压缩机105已起动这一情况。
<制冷循环装置300的效果>
根据本变形例，在实施方式1中说明的效果的基础上，还能够获得以下效果。在本变形例中，根据低压段压缩机105的喷出口处的制冷剂的温度进行起动检测。由此，由于能够可靠地捕捉动力回收系统109的起动，因此能够迅速地转为稳态运转。
(实施方式2)
<制冷循环装置400的结构>
图8是实施方式2的制冷循环装置400的结构图。如图8所示，制冷循环装置400在省略了高压导入流路130、开闭阀131及止回阀132这一点上与实施方式1不同。在本实施方式中，对与实施方式1通用的通用部件标注同一符号，并省略且详细的说明。
在本实施方式中，进行与实施方式1不同的起动控制。即，在制冷循环装置400起动时，使膨胀阀110全闭。由此，低压段压缩机105的吸入口处的压力维持在待机状态(高压段压缩机101起动前)的压力。当起动高压段压缩机101时，在膨胀机103的吸入口与喷出口之间产生压力差。同样地，在低压段压缩机105的吸入口与喷出口之间产生压力差。其结果是，动力回收系统109起动。
在制冷循环装置400起动时，喷射流量调整阀112的开度全开或大致全开。若起动时打开喷射流量调整阀112，则能够将存在于流路106c、气液分离器108及流路106d的一部分中的制冷剂吸入高压段压缩机101。由此，能够使主制冷剂回路106的高压侧的压力迅速上升。尤其是，在本实施方式中，由于设置有气液分离器108，因此能够在停止时在从膨胀机103的喷出口到膨胀阀110之间积存足够量的制冷剂。
在本实施方式中，控制器117根据起动检测器119的检测结果控制膨胀阀110。具体而言，在制冷循环装置400起动时使膨胀阀110全闭。由此，能够阻止低压段压缩机105的吸入口处的压力经由喷射流路111而与低压段压缩机105的喷出口处的压力相等。另一方面，在膨胀机103及低压段压缩机105起动后，控制器117打开膨胀阀110。例如，根据由起动检测器119取得表示低压段压缩机105已起动这一情况的信号，控制器117使膨胀阀110全开。
在本实施方式中，通过在实施方式1中说明的方法能够检测动力回收系统109的起动。根据检测结果，能够将膨胀阀110的控制从起动前的控制替换成起动后的控制。如此，在打开膨胀阀110后动力回收系统109也能够稳定地继续工作。
在本实施方式中，作为起动检测器119还可以使用检测从膨胀阀110到低压段压缩机105的吸入口为止的主制冷剂回路106的部分(流路106d的一部分、蒸发器104、流路106e)中的制冷剂的温度的温度检测器。此时，当在待机状态(高压段压缩机101起动前)下通过温度检测器检测到的温度与通过温度检测器检测到的当前的温度之差超过规定的阈值T0时，能够检测膨胀机103或低压段压缩机105的起动。典型而言，作为起动检测器119可以使用检测蒸发器104中的制冷剂的蒸发温度的温度检测器。
同样，作为起动检测器119可以使用检测从膨胀阀110到低压段压缩机105的吸入口的主制冷剂回路106的部分中的制冷剂的压力的压力检测器。当在待机状态下通过压力检测器检测到的压力与通过压力检测器检测到的当前的压力之差超过规定的阈值P0时，检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动。
当动力回收系统109起动时，低压段压缩机105吸入存在于蒸发器104中的制冷剂。由此，蒸发器104内的温度及压力降低。通过实验或理论的方法找出最佳的阈值T0或阈值P0，并预先设定在控制器117中。通过对从膨胀阀110到低压段压缩机105的吸入口为止的流路(低压侧流路)内的温度变化与阈值T0进行比较，从而能够检测动力回收系统109的起动。同样，通过对低压侧流路内的压力变化与阈值P0进行比较，从而能够检测动力回收系统109的起动。
在本实施方式中，检测膨胀机103或低压段压缩机105的起动的方法不局限于1个，也可以组合多个方法实施。例如，可以通过监视从膨胀阀110到低压段压缩机105的吸入口的主制冷剂回路106的部分中的制冷剂的温度或压力的方法来正确地捕捉膨胀机103或低压段压缩机105的起动。然后，通过将温度差ΔT与阈值T1进行比较的方法、将压力差ΔP与阈值P1进行比较的方法或将经过时间t与阈值时间t1进行比较的方法，判断动力回收系统109是否处于能够继续工作的状态。在满足所述多个条件的情况下，判断为膨胀机103或低压段压缩机105已起动，使膨胀阀110打开。
<制冷循环装置400的动作>
图9是制冷循环装置400的起动控制的流程图。制冷循环装置400在执行图9所示的起动控制后开始稳态运转。在运转待机状态下，高压段压缩机101停止，膨胀阀110及喷射阀112打开，主制冷剂回路106内的制冷剂的压力大致均匀。
在步骤ST11中，当输入起动指令时，控制器117以使膨胀阀110关闭(全闭)的方式向膨胀阀110的致动器发送控制信号(步骤ST12)。
接下来，控制器117为了起动高压段压缩机101而开始向电动机101b供电(步骤ST13)。由此，高压段压缩机101起动，存在于中间压流路106f、喷射流路111、流路106c、气液分离器108及流路106d的一部分(气液分离器108与膨胀阀110之间的部分)中的制冷剂吸入到高压段压缩机101中。需要说明的是，也可以在高压段压缩机101起动前取代关闭膨胀阀110而与高压段压缩机101的起动相应地关闭膨胀阀110。
根据高压段压缩机101的起动，起动用于使用于与制冷剂进行热交换的流体(空气或水)向散热器102流入的风扇或泵。由此，能够防止循环的高压的过度上升。关于蒸发器104的风扇或泵，可以根据高压段压缩机101的起动而起动，也可以在打开膨胀阀110后进行起动。从将低压段压缩机105的吸入口处的压力维持成待机状态的压力的观点来看，优选后者。
当开始向高压段压缩机101吸入制冷剂时，中间压流路106f等的内部的压力降低。另一方面，由高压段压缩机101压缩后的制冷剂喷出，因此在从高压段压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路(流路106a、散热器102及流路106b)中压力上升。另一方面，从膨胀阀110到低压段压缩机105的吸入口的流路(流路106d的一部分、蒸发器104、流路106e)内的制冷剂的压力保持为制冷循环装置400停止时的制冷剂回路106内的压力。
其结果是，如图14A所示，不仅在膨胀机103的吸入口与喷出口之间，而且在低压段压缩机105的吸入口与喷出口之间也能够产生压力差。制冷剂的压力差分别作用于膨胀机103及低压段压缩机105，因此能够容易地使动力回收系统109自起动。由于设置有喷射流路111及气液分离器108，因此高压段压缩机101能够吸入产生高压力差的足够量的制冷剂。
控制器117在通过起动检测器119检测到低压段压缩机105已起动时(步骤ST14)，以使膨胀阀110全开(或大致全开)的方式向膨胀阀110的致动器发送控制信号(步骤ST15)。由此，由膨胀机103减压后的气液二相的制冷剂向气液分离器108供给。在图9所示的起动控制结束后，制冷循环装置400转为在主制冷剂回路106中使制冷剂循环的稳态运转。在稳态运转中，以不会通过喷射流路111及流路106f向高压段压缩机101供给过剩的液体制冷剂的方式调整膨胀阀110及喷射流量调整阀112的开度。
在本实施方式中也是同样，根据在实施方式1中说明的方法，能够停止制冷循环装置400的运转。
<制冷循环装置400的效果>
根据本实施方式，在制冷循环装置400起动时，高压段压缩机101能够吸入及压缩气液分离器108内的制冷剂。因此，能够使从高压段压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路内的压力迅速上升。由于在膨胀机103的吸入口与喷出口之间产生大的压力差，因此动力回收系统109顺畅地自起动。
进而，通过关闭膨胀阀110，能够将从膨胀阀110到低压段压缩机105的吸入口的流路内的制冷剂的压力保持为制冷循环装置400停止时的制冷剂回路106内的压力。因此，在低压段压缩机105的吸入口与喷出口之间也产生压力差。这有助于动力回收系统109更加顺畅的自起动。在本实施方式中，低压段压缩机105及膨胀机103分别具有固定的吸入容积。尤其是，在低压段压缩机105的吸入容积大于膨胀机103的吸入容积的情况下，通过在低压段压缩机105的吸入口与喷出口之间产生压力差，从而动力回收系统109更加顺畅地起动。
需要说明的是，在高压段压缩机101起动后，在没有检测到膨胀机103或低压段压缩机105的起动而满足规定条件的情况下，可以判断为动力回收系统109的起动失败。在动力回收系统109未起动的情况下，控制器117使高压段压缩机101停止，再次执行用于使动力回收系统109起动的控制。即，在检测到起动失败的情况下，暂时使膨胀阀110全开。然后，执行参照图9说明的起动控制。如此，能够防止从高压段压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路内的压力过度上升。在膨胀机103的前后产生过大的压力差，由此能够防止对膨胀机103的部件造成损害。由此，制冷循环装置400的可靠性得以提高。
用于检测动力回收系统109的起动失败的方法没有特别的限定。例如，在高压段压缩机101起动后，检测从膨胀阀110到低压段压缩机105的吸入口的流路(低压侧流路)内例如蒸发器104内的当前的制冷剂的温度(或压力)。可以在检测到的温度(或压力)与基准温度(或基准压力)之差在固定时间内没有达到规定的阈值时，判断为动力回收系统109的起动失败。作为阈值可以使用前述的阈值T0或阈值P0。作为基准温度(或基准压力)可以使用高压段压缩机101的起动前的蒸发器104内的制冷剂的温度(或压力)。此外，在高压段压缩机101起动后，在没有检测到动力回收系统109的起动而经过了固定时间时，可以判断为动力回收系统109的起动失败。此外，也可以检测从高压段压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的流路(高压侧流路)内的温度或压力，根据检测到的温度或压力与高压段压缩机101的起动前的高压侧流路中的温度或压力之差来判断动力回收系统109的起动是否失败。
(变形例3)
<制冷循环装置500的结构>
图10是变形例3的制冷循环装置500的结构图。如图10所示，制冷循环装置500具备旁通流路201及旁通阀202。其他的结构与实施方式2相同。在本变形例中，对与实施方式2通用的通用部件标注同一符号，并省略其详细的说明。
旁通流路201以绕过膨胀机103的方式与主制冷剂回路106连接。旁通流路201的上游端E3位于流路106b，下游端E4位于流路106c。旁通阀202设置于旁通流路201。旁通流路201典型而言由制冷剂配管构成。作为旁通阀202优选使用能够使开度阶段性地变化且具有使制冷剂膨胀的能力的阀，典型而言优选使用电动膨胀阀。
起动检测器119的元件部分设置在流路106b中。从旁通流路201的上游端E3观察时，起动检测器119的元件部分可以位于散热器102侧，也可以位于膨胀机103侧。
<制冷循环装置500的动作>
图11是制冷循环装置500的起动控制的流程图。在步骤ST21中，当输入起动指令时，控制器117以使膨胀阀110全闭且使旁通阀202成为规定的开度的方式向所述阀110及202的致动器发送控制信号(步骤ST22)。在此，“旁通阀202的规定的开度”是指，能够将膨胀机103的吸入口与喷出口之间的压力差保持为使膨胀机103起动所需大小这种范围内的开度。该“规定的开度”可以通过实验或理论求出。总而言之，以使膨胀机103的前后的压力差不会变得过小的方式使旁通阀202略微打开。
接下来，控制器117为了起动高压段压缩机101而开始向电动机101b供电(步骤ST23)。由此，高压段压缩机101起动，存在于中间压流路106f、喷射流路111、流路106c、气液分离器108、流路106d的一部分的制冷剂被吸入到高压段压缩机101中。
当制冷剂向高压段压缩机101的吸入开始时，如参照图14A而在实施方式2中说明的那样，不仅在膨胀机103的吸入口与喷出口之间，而且在低压段压缩机105的吸入口与喷出口之间也能够产生压力差。由于制冷剂的压力差分别作用于膨胀机103及低压段压缩机105，因此能够容易地使动力回收系统109自起动。
当控制器117在通过起动检测器119检测到低压段压缩机105起动这一情况时(步骤ST24)，以使膨胀阀110全开(或大致全开)的方式向膨胀阀110的致动器发送控制信号(步骤ST25)。此外，以使旁通阀202全闭的方式向旁通阀202的致动器发送控制信号。
<制冷循环装置500的效果>
根据本变形例，在实施方式2中说明的效果的基础上，还能够获得以下的效果。根据本变形例，在膨胀机103及低压段压缩机105起动前，控制器117以在膨胀机103的吸入口与喷出口之间能够产生该膨胀机103的起动所必要的压力差的范围内的开度使旁通阀202打开。即，在使旁通阀202稍微打开的状态下尝试动力回收系统109的起动。控制器117在膨胀机103及低压段压缩机105起动后，关闭旁通阀202。由此，能够防止在动力回收系统109刚起动后，膨胀机103的前后的压力差急剧减小的情况。由此，能够充分地确保用于使动力回收系统109的动作继续的驱动力，且能够顺畅地转为稳态运转。
(变形例4)
<制冷循环装置600的结构>
图12是变形例4的制冷循环装置600的结构图。如图12所示，制冷循环装置600具备旁通流路301及旁通阀302。其他的结构与实施方式2相同。在本变形例中，对与实施方式2通用的通用部件标注同一符号，并省略其详细的说明。
旁通流路301以使流路106b与流路106d相连的方式与主制冷剂回路106连接。旁通阀302设置于旁通流路301，控制旁通流路301中的制冷剂的流动。旁通流路301典型而言由制冷剂配管构成。作为旁通阀302可以使用开闭阀。
具体而言，旁通流路301具有位于从散热器102的出口到膨胀机103的吸入口的主制冷剂回路106的部分(流路106b)上的上游端E5、位于从膨胀阀110到蒸发器104的入口的主制冷剂回路106的部分(流路106d的一部分)上的下游端E6。根据旁通流路301，可以将流路106b内的高压制冷剂直接导入低压段压缩机105的吸入口。
只要能够提高低压段压缩机105的吸入口处的压力，则上游端E5及下游端E6的位置不局限于图12所示的位置。即，只要能够使从高压段压缩机101的喷出口到膨胀机103的吸入口的主制冷剂回路106的部分、和从膨胀机110到低压段压缩机105的吸入口为止的主制冷剂回路106的部分相连，则上游端E5的位置没有特别的限定。具体而言，旁通流路301也能够以使流路106a与流路106e相连的方式与主制冷剂回路106连接。根据情况的不同，旁通流路301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，可以从该两个部分之间容易地使旁通流路301分支。
<制冷循环装置600的动作>
图13是制冷循环装置600的起动控制的流程图。在步骤ST31中，当输入起动指令时，控制器117以使膨胀阀110全闭且旁通阀302全开的方式向所述阀110及302的致动器发送控制信号(步骤ST32)。
接下来，控制器117为了使高压段压缩机101起动而开始向电动机101b供电(步骤ST33)。由此，高压段压缩机101起动，且存在于中间压流路106f、喷射流路111、流路106c、气液分离器108、流路106d的一部分中的制冷剂被吸入高压段压缩机101。
当开始向高压段压缩机101吸入制冷剂时，如图14B所示，不仅在膨胀机103的吸入口与喷出口之间，并且在低压段压缩机105的吸入口与喷出口之间也能够产生大的压力差。制冷剂的压力差分别作用于膨胀机103及低压段压缩机105，因此能够容易地使动力回收系统109自起动。尤其是，根据本变形例，通过旁通流路301及旁通阀302的动作，能够使低压段压缩机105的吸入口处的压力上升。
控制器117在通过起动检测器119检测到低压段压缩机105起动这一情况时(步骤ST34)，以使膨胀阀110全开(或大致全开)的方式向膨胀阀110的致动器发送控制信号(步骤ST35)。此外，以使旁通阀302全闭的方式向旁通阀302的致动器发送控制信号。
<制冷循环装置600的效果>
根据本变形例，在实施方式2中说明的效果的基础上，还能够获得以下的效果。根据本变形例，可以通过旁通流路301使低压段压缩机105的吸入口处的压力也上升。由此，对低压段压缩机105赋予的驱动转矩增加，能够更加顺畅地起动动力回收系统109。
在各实施方式及变形例中说明的各种要素只要各自不产生技术上的矛盾，则可以自由地适用于其他实施方式及变形例。例如，可以将在变形例2中说明的三通阀133(参照图3)适用于实施方式1及变形例2。
【工业上的可利用性】
本发明的制冷循环装置对于热水供应器、空气调节装置、干燥机等设备有用。

Claims (16)

1.一种制冷循环装置，其具备：
主制冷剂回路，其具有：低压段压缩机，其压缩制冷剂；高压段压缩机，其进一步压缩由所述低压段压缩机压缩后的制冷剂；散热器，其冷却由所述高压段压缩机压缩后的制冷剂；膨胀机，其使由所述散热器冷却后的制冷剂膨胀并从制冷剂回收动力，并且以使所回收的动力向所述低压段压缩机传递的方式通过轴与所述低压段压缩机连结；气液分离器，其使由所述膨胀机膨胀后的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂；蒸发器，其使由所述气液分离器分离后的液体制冷剂蒸发；
喷射流路，其将由所述气液分离器分离后的气体制冷剂向从所述低压段压缩机的喷出口到所述高压段压缩机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分引导；
控制器，
所述制冷循环装置的特征在于，还具备：
高压导入流路，其使从所述高压段压缩机的喷出口到所述膨胀机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分与从所述蒸发器的出口到所述低压段压缩机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分相连；
流路切换机构，其以使制冷剂从所述蒸发器或所述高压导入流路被导向所述低压段压缩机的方式将从所述蒸发器及所述高压导入流路中选出的一个与所述低压段压缩机选择性地连接，
在所述膨胀机及所述低压段压缩机起动前，所述控制器以使制冷剂从所述高压导入流路被导向所述低压段压缩机的方式控制所述流路切换机构，在所述膨胀机及所述低压段压缩机起动后，所述控制器以使制冷剂从所述蒸发器被导向所述低压段压缩机的方式控制所述流路切换机构，
在所述膨胀机及所述低压段压缩机起动前，所述高压段压缩机的喷出压力施加到所述低压段压缩机的吸入口及所述膨胀机的吸入口，所述高压段压缩机的吸入压力施加到所述低压段压缩机的喷出口及所述膨胀机的喷出口。
2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述高压导入流路具有与从所述高压段压缩机的喷出口到所述散热器的入口的所述主制冷剂回路的部分连接的上游端。
3.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述高压导入流路具有与从所述蒸发器的出口到所述低压段压缩机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分连接的下游端，
所述流路切换机构包括：开闭阀，其设置于所述高压导入流路上；阀，其设置于从所述蒸发器的出口到所述高压导入流路的下游端的所述主制冷剂回路的部分，并且能够隔断制冷剂从所述高压导入流路朝向所述蒸发器的流动。
4.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述高压导入流路具有与从所述蒸发器的出口到所述低压段压缩机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分连接的下游端，
所述流路切换机构由设置在所述高压导入流路的下游端的三通阀构成。
5.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，
还具备起动检测器，该起动检测器检测所述膨胀机或所述低压段压缩机的起动，
所述控制器根据所述起动检测器的检测结果将所述流路切换机构的控制从起动前的控制向起动后的控制切换。
6.根据权利要求5所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述起动检测器包括计测从所述高压段压缩机的起动时刻开始所经过的经过时间的计时器，
在通过所述计时器计测到的时间超过了规定的阈值时间时，检测到所述膨胀机或所述低压段压缩机的起动。
7.根据权利要求5所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述起动检测器包括检测所述膨胀机的吸入口处的制冷剂的温度与所述膨胀机的喷出口处的制冷剂的温度之差的温度检测器，
在通过所述温度检测器检测到的温度差超过了规定的阈值时，检测到所述膨胀机或所述低压段压缩机的起动。
8.根据权利要求5所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述起动检测器包括检测所述膨胀机的吸入口处的制冷剂的压力与所述膨胀机的喷出口处的制冷剂的压力之差的压力检测器，
在通过所述压力检测器检测到的压力差超过了规定的阈值时，检测到所述膨胀机或所述低压段压缩机的起动。
9.根据权利要求5所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述起动检测器包括检测所述膨胀机的吸入口处的制冷剂的压力与所述膨胀机的喷出口处的制冷剂的压力之差的压力检测器，
当从在追溯了单位时间的时刻由所述压力检测器检测到的压力差减去由所述压力检测器检测到的当前的压力差的值超过了规定的阈值时，检测到所述膨胀机或所述低压段压缩机的起动。
10.根据权利要求5所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述起动检测器包括检测所述膨胀机的吸入口处的制冷剂的温度与所述膨胀机的喷出口处的制冷剂的温度之差的温度检测器，
当从在追溯了单位时间的时刻由所述温度检测器检测到的温度差减去由所述温度检测器检测到的当前的温度差的值超过了规定的阈值时，检测到所述膨胀机或所述低压段压缩机的起动。
11.根据权利要求5所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述起动检测器包括设置在从所述散热器的出口到所述膨胀机的吸入口的所述主制冷剂回路的部分上的PTC加热器，
当所述PTC加热器中流动的电流的每单位时间的变化量超过了规定的阈值时，检测到所述膨胀机或所述低压段压缩机的起动。
12.根据权利要求5所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述起动检测器是检测所述低压段压缩机的喷出口处的制冷剂的温度的温度检测器，
当从由所述温度检测器检测到的当前的温度减去在追溯了单位时间的时刻由所述温度检测器检测到的温度的值超过了规定的阈值时，检测到所述膨胀机或所述低压段压缩机的起动。
13.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述控制器在所述膨胀机及所述低压段压缩机未起动的情况下使所述高压段压缩机停止，并再次执行用于使所述膨胀机及所述低压段压缩机起动的控制。
14.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述膨胀机与所述低压段压缩机收容在1个密闭容器中。
15.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，还具备：
旁通流路，其绕过所述膨胀机；
旁通阀，其设置在所述旁通流路上，
所述控制器在所述膨胀机及所述低压段压缩机起动前以规定的开度打开所述旁通阀，并在所述膨胀机及所述低压段压缩机起动后关闭所述旁通阀。
16.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，
所述膨胀机及所述低压段压缩机分别具有固定的吸入容积，
所述低压段压缩机的吸入容积大于所述膨胀机的吸入容积。
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