JP2009204201A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主圧縮機と、主圧縮機に供給する冷媒を予備的に昇圧する過給機と、過給機と動力軸が連結された膨張機とを備えた冷凍サイクル装置において、冷凍サイクル装置の起動時に主圧縮機への冷媒供給不足を解消するとともに膨張機の迅速な起動を促す。
【解決手段】主圧縮機１１、放熱器１２、膨張機１３、蒸発器１４、及び過給機１５を流路で順次接続して冷媒回路１６を形成する。膨張機１３と過給機１５の動力軸を動力回収軸１７で連結して動力回収機構１８を構成する。冷媒回路１６に、過給機１５を通らずに蒸発器１４の出口から主圧縮機１１の入口へ冷媒が流れるように冷媒回路１６に接続された第一バイパス路８１と、熱交換器を通らずに主圧縮機１１の出口から動力回収機構の入口へ冷媒が流れるように冷媒回路１６に接続された第二バイパス路８２Ａとを備えて、起動時にバイパス路８１，８２Ａに冷媒が流れるように流路を切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置として、主たる圧縮機（主圧縮機）に供給する冷媒を予備的に圧縮する圧縮機（副圧縮機）を備えた構造のものが知られている。一般に、このような冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する主圧縮機、圧縮された冷媒を冷却する放熱器、冷却された冷媒を膨張させる膨張機、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器、及び蒸発器から流出した冷媒を予備的に圧縮して主圧縮機へ送り出す副圧縮機が順に流路で接続されて成る冷媒回路を備えている。また、このような副圧縮機を備えた冷凍サイクル装置において、膨張機と副圧縮機の駆動軸を一軸に連結して、膨張機で冷媒から回収した動力で副圧縮機を駆動するように構成された動力回収型の冷凍サイクル装置も知られている。特許文献１〜４では、動力回収型の冷凍サイクル装置又は空気調和装置が示されている。

特許文献１に記載された冷凍サイクル装置は、主圧縮機、放熱器、膨張機、蒸発器、及び副圧縮機が順に流路で接続されて成る冷媒回路を備え、動力軸が一軸に連結された前記膨張機と前記副圧縮機とは潤滑油レシーバ及び液冷媒レシーバを兼ねた一つの密閉容器内に配置されている。

特許文献２に記載された冷凍サイクル装置は、主圧縮機、放熱器、膨張機、蒸発器、副圧縮機、及び冷媒を貯留する機能を有する吸入アキュムレータが順に流路で接続されて成る冷媒回路を備え、動力軸が一軸に連結された前記膨張機と前記副圧縮機とは潤滑油レシーバ及び液冷媒レシーバを兼ねた一つの密閉容器内に配置されている。

また、特許文献３の図４に記載された空気調和装置は、暖房運転時において、主圧縮機、室内熱交換器、室内減圧装置、余剰の冷媒を貯えた受液器、膨張機、熱交換器、室外熱交換器、及び副圧縮機が順に流路で接続されて成る冷媒回路を備え、前記膨張機の出口から前記熱交換器の入口までの流路が分岐されて膨張弁及び前記熱交換器を介して前記副圧縮機の出口から前記圧縮機の入口までの流路に接続されている。

特許文献４の図３に記載された空気調和装置では、暖房運転時において、主圧縮機、室内熱交換器、室内膨張弁、余剰の冷媒を貯えた受液器、熱交換器、室外減圧装置、室外熱交換器、及び副圧縮機が順に流路で接続されて成る冷媒回路を備え、前記受液器の出口から前記熱交換器の入口までの流路が分岐されて膨張機及び前記熱交換器を介して前記副圧縮機の出口から前記圧縮機の入口までの流路に接続されている。
特開２００４−３２５０１８号公報 特開２００４−３２５０１９号公報 特開２００６−１２５７９０号公報 特開２００６−１２５７９１号公報

上述のような副圧縮機を備えた動力回収型の冷凍サイクル装置の起動時に、主圧縮機は、副圧縮機の出口と主圧縮機の入口とを接続している流路（以下、「吸入側流路」という）の冷媒を吸入して、主圧縮機の出口に接続されている流路（以下、「吐出側流路」という）へ吐出する。起動時に副圧縮機は作動していないので、主圧縮機の吸入側流路内の圧力は膨張機が起動するまで低下していく。起動時に主圧縮機の吸入側流路にある冷媒の量は、高低圧力差により膨張機の入口から出口へ冷媒が流れて膨張機が自立起動する程度に、主圧縮機の吐出側流路内を昇圧するために十分な量でなければならない。この量に満たない場合には、主圧縮機が吸入すべき冷媒が不足して主圧縮機の吐出側流路内の冷媒を十分に昇圧することができず、膨張機が起動しないこととなる。特に、膨張機がロータリ式である場合には、膨張機の動力軸の位相によって起動に必要な回転トルクが変動するため、前記動力軸の回転角によっては、起動時の主圧縮機の吸入側流路に必要とされる冷媒の量が多くなることがある。

特許文献１に記載の冷凍サイクル装置と比較して、特許文献２に記載の冷凍サイクル装置は、主圧縮機の吸入側流路に冷媒を貯えた吸入アキュムレータが設けられているので、起動時における主圧縮機の吸入冷媒量に余裕を持たせることができる。しかし、冷凍サイクル装置に吸入アキュムレータを備えることにより、装置が大型化したり、冷媒回路内の冷媒の量が過剰となったりするおそれがある。

また、特許文献１に記載の冷凍サイクル装置と比較して、特許文献３，４に記載の空気調和装置では、起動時の主圧縮機は、主圧縮機の吸入側流路に加え、膨張機の出口から熱交換器を通じて主圧縮機に至る流路にある冷媒を吸入できるため、主圧縮機の吸入冷媒量に余裕を持たせることができる。しかし、主圧縮機の出口と膨張機の入口との間の流路には、室外熱交換器又は室内熱交換器と受液器とが設けられているため圧力損失が発生し、主圧縮機が起動してから膨張機が自立起動するまでに時間がかかることが推測される。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、主圧縮機と、主圧縮機に供給する冷媒を予備的に昇圧する過給機（又は副圧縮機）と、過給機と動力軸が連結された膨張機とを備えた冷凍サイクル装置において、冷凍サイクル装置の起動時に主圧縮機への冷媒供給不足を解消するとともに、膨張機の迅速な起動を促して、装置の確実で安定した起動を実現するものを提供することを目的とする。

本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器、前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させて冷媒から動力を回収する膨張機、前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器、及び前記蒸発器で蒸発した冷媒を昇圧して前記圧縮機へ送る過給機を接続流路で順次接続して成る第一冷媒回路と、前記膨張機、前記過給機、および前記膨張機で回収された動力によって前記過給機が駆動されるように前記膨張機と前記過給機とを連結する動力回収軸を有する動力回収機構と、前記過給機を通らずに前記蒸発器の出口から前記圧縮機の入口へ冷媒が流れるように前記第一冷媒回路に接続された第一バイパス路と、前記放熱器及び前記蒸発器の何れも通らずに前記圧縮機の出口から前記動力回収機構の入口へ冷媒が流れるように前記第一冷媒回路に接続された第二バイパス路と、前記第一冷媒回路を冷媒が循環する状態と、前記第一バイパス路及び前記第二バイパス路を含む第二冷媒回路を冷媒が循環する状態とに、冷媒の流れを切り替える流路切替機構とを、備えているものである。

ここにおいて、前記第二バイパス路の上流端は前記圧縮機の出口と前記放熱器の入口との接続流路に接続され、前記第二バイパス路の下流端は前記蒸発器の出口と前記過給機の入口との接続流路に接続されていることがよい。或いは、前記第二バイパス路の上流端は前記圧縮機の出口と前記放熱器の入口との接続流路に接続され、同じく下流端は前記放熱器の出口と前記膨張機の入口との接続流路に接続されていてもよい。

上記構成によれば、起動時の主圧縮機は、第一バイパス路を通じて膨張機の出口から蒸発器の出口までの流路にある冷媒を吸入することができるので、起動時の主圧縮機への冷媒の供給不足を防止することができる。さらに、前記第二バイパス路を通じて、主圧縮機が吐出した高温高圧の冷媒が熱交換器である放熱器又は蒸発器を介さずに動力回収機構に直に流れるので、動力回収機構（膨張機又は過給機）の迅速な起動を促すことができる。

さらに、前記冷凍サイクル装置において、前記圧縮機を通らずに前記過給機の出口から、前記第一冷媒回路の前記圧縮機の出口から前記蒸発器の入口までの部分へ冷媒が流れるように前記第一冷媒回路に接続され、前記第二冷媒回路に含まれる第三バイパス路を、さらに備えてもよい。

本発明によれば、冷凍サイクル装置の起動時に第二冷媒回路に冷媒を循環させることにより最初に起動される主圧縮機への冷媒供給不足が解消され、さらに、動力回収機構の迅速な起動が促されて、装置の確実で安定した起動を実現できる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複説明を省略する。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図１、図３及び図４を用いて説明する。図１は実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路図、図３は実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の定常運転時の回路図、図４は実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の起動時の回路図である。なお、図１において定常運転時の冷媒の流れを鎖線矢印で示し、起動時の冷媒の流れを実線矢印で示している。また、図３及び図４において、冷媒が循環する流路を実線で示し、冷媒が循環しない流路は鎖線で示している。

［冷凍サイクル装置の構成］
まず、冷凍サイクル装置１０の構成について説明する。図１に示すように、冷凍サイクル装置１０は、作動流体である冷媒が循環する冷媒回路１６を備えている。冷媒回路１６は、冷媒を圧縮する主圧縮機１１と、主圧縮機１１で昇圧されて高温・高圧となった冷媒を放熱させる放熱器１２と、放熱器１２で放熱された冷媒を膨張させる膨張機１３と、膨張機１３で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器１４と、蒸発器１４で蒸発した冷媒を予備的に圧縮して主圧縮機１１に供給する過給機１５と、これらを順次接続する接続流路とで構成されている。この冷媒回路１６を流れる冷媒は二酸化炭素冷媒であるが、冷媒は二酸化炭素冷媒に限定されず、一般に冷凍サイクルに利用されている冷媒を用いることができる。

冷凍サイクル装置１０は動力回収型であり、膨張機１３の動力軸と過給機１５の動力軸とが一軸に連結された動力回収軸１７が設けられている。この膨張機１３と動力回収軸１７と過給機１５とで動力回収機構１８が構成されている。動力回収機構１８では、膨張機１３で膨張する冷媒の膨張エネルギーが回収されて、動力回収軸１７を回転させる機械エネルギー（回転エネルギー）へと変換され、動力回収軸１７が回転することにより過給機１５が駆動される。

本実施の形態において、主圧縮機１１、放熱器１２、膨張機１３、蒸発器１４、及び過給機１５を順次接続する接続流路は配管で形成されている。これらの接続流路には、主圧縮機１１の出口と放熱器１２の入口とを接続する吐出側流路６１と、放熱器１２の出口と膨張機１３の入口とを接続する接続流路６２と、膨張機１３の出口と蒸発器１４の入口とを接続する接続流路６３と、蒸発器１４の出口と過給機１５の入口とを接続する接続流路６４と、過給機１５の出口と主圧縮機１１の入口とを接続する吸入側流路６５とが、含まれている。

主圧縮機１１は、冷媒回路１６を流れる冷媒を高温高圧に圧縮して送り出す流体機械である。圧縮機１１として、例えば、スクロール式圧縮機や、ロータリ式圧縮機を用いることができる。本実施の形態において圧縮機１１は、圧縮機構部１１ａと、この圧縮機構部１１ａを駆動する駆動部１１ｂとで構成されている。圧縮機構部１１ａと駆動部１１ｂとは、潤滑油を貯溜した一つの密閉容器１１ｃ内に配置されている。

放熱器１２は、冷媒回路１６において主圧縮機１１の下流に設けられ、主圧縮機１１により圧縮された冷媒を放熱させる熱交換器である。放熱器１２は、冷凍サイクル装置１０において周囲媒体を加熱する役割を担っている。

膨張機１３は、冷媒回路１６において放熱器１２の下流に設けられ、放熱器１２の出口から流出した低温高圧の冷媒を膨張させる流体機械である。膨張機１３として、例えば、スクロール式膨張機、ロータリ式膨張機、流体圧モータを用いることができる。なお、前記流体圧モータは、膨張工程を含まずに、放熱器１２からの冷媒を吸入する工程と、吸入した冷媒を吐出する工程とを実質的に連続して行う流体機械である。

蒸発器１４は、冷媒回路１６において膨張機１３の下流に設けられ、膨張機１３から流出した冷媒を加熱して蒸発させる熱交換器である。蒸発器１４は、冷凍サイクル装置１０において周囲媒体を冷却する役割を担っている。

過給機１５は、蒸発器１４と主圧縮機１１との間に配置されて、蒸発器１４から冷媒を吸入して予備的に昇圧し、主圧縮機１１の吸入側流路６５へ吐出する流体機械である。過給機１５として、スクロール式圧縮機、ロータリ式圧縮機、または流体圧モータ式圧縮機を用いることができる。なお、流体圧モータ式圧縮機とは、蒸発器１４から冷媒を吸入する工程と、吸入した冷媒を主圧縮機１１側へ吐出する工程とを実質的に連続して行う圧縮機である。

前述の通り、膨張機１３と過給機１５とこれらの動力軸を連結した動力回収軸１７とで動力回収機構１８が構成されている。膨張機１３は、冷媒の膨張エネルギーを回収して機械エネルギーへと変換し、動力回収軸１７は回収された機械エネルギーを過給機１５へと伝達し、過給機１５は伝達された機械エネルギーを用いて冷媒を圧縮する。膨張機１３、過給機１５、及び動力回収軸１７は、潤滑油を貯留した密閉容器１９内に配置されている。なお、本実施の形態において、動力回収機構１８及び主圧縮機１１はそれぞれ独立した密閉容器に収容されているが、設置スペースの低減を図って、これらを併せて１つの密閉容器に収容したものを用いることもできる。

動力回収機構１８には、動力回収機構１８が起動したことを検出するための起動検出手段３３が設けられている。動力回収機構１８が起動すると、膨張機１３の入口と出口との冷媒の温度及び圧力に差が生じ、また、動力回収軸１７が回転し始める。そこで、起動検出手段３３として、膨張機１３の入口と出口との冷媒の温度差を検出する温度計測手段を設けることができる。また、前記温度計測手段に代えて、膨張機１３の入口と出口との冷媒の圧力差を検出する圧力検出手段、或いは、動力回収軸１７の回転数を検出する軸回転数検出手段を備えることもできる。さらに、動力回収機構１８は主圧縮機１１が起動してから略一定の時間で起動することから、起動検出手段３３として、主圧縮機１１を起動してからの時間を計測するタイマーを備えることもできる。

上記構成の冷凍サイクル装置１０において、運転待機時と定常運転時には、冷媒回路１６を冷媒が循環する（図３）。そして、冷凍サイクル装置１０の起動時には、定常運転時の冷媒回路１６を利用するが冷媒回路１６とは異なる第二の冷媒回路（以下、「起動用冷媒回路１６Ａ」という）を冷媒が循環する（図４）。起動用冷媒回路１６Ａは、冷媒回路１６とこの冷媒回路１６に接続された３つのバイパス路８１，８２Ａ，８３Ａとで形成されている。そして、冷媒回路１６を冷媒が循環する状態と、バイパス路８１，８２Ａ，８３Ａを含む起動用冷媒回路１６Ａを冷媒が循環する状態とに、冷媒の流れを切り替えるための流路切替機構が冷凍サイクル装置１０に備えられている。

第一バイパス路８１は、過給機１５を通らずに蒸発器１４の出口から主圧縮機１１の入口へ直に冷媒が流れるように、冷媒回路１６に接続された流路である。具体的には、第一バイパス路８１の上流端は蒸発器１４と過給機１５との接続流路６４に接続され、同じく下流端は主圧縮機１１の吸入側流路６５に接続されている。ここで「直に」とは、流体機械や熱交換器を間に介さないことをいい、接続流路並びにバイパス路は介在してもよい。

また、第二バイパス路８２Ａは、熱交換器である放熱器１２及び膨張機１３の何れも通らずに主圧縮機１１の出口から動力回収機構１８の入口へ直に冷媒が流れるように冷媒回路１６に接続された流路である。動力回収機構１８の入口は、膨張機１３の入口と過給機１５の入口とがあり、本実施の形態に係る第二バイパス路８２Ａは、過給機１５の入口へ冷媒を送る流路である。具体的には、第二バイパス路８２Ａの上流端は主圧縮機１１の吐出側流路６１に接続され、同じく下流端は蒸発器１４と過給機１５との接続流路６４に接続されている。

さらに、第三バイパス路８３Ａは、過給機１５の出口から主圧縮機１１を通らずに冷媒回路１６の主圧縮機１１の出口から蒸発器１４の入口までの部分へ冷媒が流れるように冷媒回路１６に接続された流路である。本実施の形態に係る第三バイパス路８３Ａは、その上流端は主圧縮機１１の吸入側流路６５に接続され、同じく下流端は放熱器１２と膨張機１３との接続流路６２に接続されている。

蒸発器１４の出口と過給機１５の入口との接続流路６４には、流路切替器としての四方弁２１が接続流路６４を上流側と下流側とに分断するように設けられている。この四方弁２１には、第一バイパス路８１の上流端と第二バイパス路８２Ａの下流端とが接続されている。そして、四方弁２１は制御装置３１から制御信号を受けて、接続流路６４の上流側と下流側とが連通された状態（運転待機時及び定常運転時）と、接続流路６４の上流側と第一バイパス路８１の上流端（起動時）とが連通され且つ接続流路６４の下流側と第二バイパス路８２Ａの下流端とが連通された状態とを切り替えるように構成されている。かかる構成により、運転待機時及び定常運転時には、蒸発器１４から過給機１５へ冷媒が流れ、起動時には、蒸発器１４から主圧縮機１１へ直に冷媒が流れることとなる。なお、四方弁２１は、例えば、流体の流れを切り替えるスライダをシリンダに内装して成る弁本体と、スライダをシリンダ内で移動させるための流体圧を発生させるパイロットバルブと、パイロットバルブ駆動用ソレノイドとで構成されたものを用いることができる。

また、過給機１５の出口と主圧縮機１１の入口とを結ぶ吸入側流路６５には、流路切替器としての四方弁２３が、吸入側流路６５を上流側と下流側とに分断するように設けられている。この四方弁２３には、第一バイパス路８１の下流端と第三バイパス路８３Ａの上流端とが接続されている。そして、四方弁２３は制御装置３１からの制御信号を受けて、吸入側流路６５の上流側と下流側とが連通された状態（運転待機時及び定常運転時）と、吸入側流路６５の上流側と第三バイパス路８３Ａの上流端とが連通され且つ吸入側流路６５の下流側と第一バイパス路８１の下流端とが連通された状態（起動時）とを切り替えるように構成されている。かかる構成により、運転待機時及び定常運転時は、過給機１５から主圧縮機１１へ冷媒が流れ、起動時には、過給機１５から膨張機１３へ直に冷媒が流れることとなる。

さらに、第二バイパス路８２Ａの上流端と主圧縮機１１の吐出側流路６１との接続部には、切替弁２２が設けられている。この切替弁２２は、例えば、三方弁である。切替弁２２は、制御装置３１から制御信号を受けて、冷媒が冷媒回路１６側を流れる状態（運転待機時及び定常運転時）と、冷媒が第二バイパス路８２Ａを流れる状態（起動時）とに、冷媒の流れを切り替えるように構成されている。かかる構成により、運転待機時及び定常運転時には、主圧縮機１１から放熱器１２へ直に冷媒が流れ、起動時には、主圧縮機１１から第二バイパス路８２Ａへ冷媒が流れることとなる。

このように、冷媒回路１６と各バイパス路８１，８２Ａ，８３Ａとの接続部に設けられた四方弁２１，２３及び切替弁２２により流路切替機構が形成されており、これらの弁を切り替えることにより、冷凍サイクル装置１０の運転待機時及び定常運転時に冷媒回路１６を成立させ、冷凍サイクル装置１０の起動時に起動用冷媒回路１６Ａを成立させることができる。

図３に示すように、冷媒回路１６では、主圧縮機１１→放熱器１２→膨張機１３→蒸発器１４→過給機１５→主圧縮機１１の順に冷媒が循環する。冷媒回路１６を冷媒が循環可能であるときには、第一バイパス路８１、第二バイパス路８２Ａ、及び第三バイパス路８３Ａには冷媒が流れない。

また、図４に示すように、起動用冷媒回路１６Ａでは、主圧縮機１１→過給機１５→膨張機１３→蒸発器１４→主圧縮機１１の順に冷媒が循環する。起動用冷媒回路１６Ａに冷媒が循環可能であるときには、放熱器１２には冷媒が流れない。

上記構成の冷凍サイクル装置１０の動作は制御装置３１により制御されている。制御装置３１は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、入出力ポートおよび通信ポートとを備えている。

制御装置３１には、動力回収機構１８が起動したことを検出するための起動検出手段３３からの起動検出信号、切替弁２２に備えられた状態検出手段（図示略）からの切替弁２２の状態信号、四方弁２１，２３に備えられた状態検出手段（図示略）からの四方弁２１，２３の状態信号、及び起動ボタンや操作ボタン等を備えた操作具３２からの操作信号などが入出力ポートを介して入力される。そして、制御装置３１は、ＣＰＵでＲＯＭに格納された所定のプログラムを実行するとともに、これらの入力信号を受けて、主圧縮機１１の駆動部１１ｂへの駆動信号、切替弁２２への制御信号、四方弁２１，２３への制御信号、操作具３２への表示信号などを入出力ポートを介して出力する。

［冷凍サイクル装置の動作］
次に、冷凍サイクル装置１０の動作について、図２〜図４を用いて説明する。図２は実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の起動の流れ図である。

運転待機時の冷凍サイクル装置１０では、主圧縮機１１が停止しており、冷媒回路１６を冷媒が循環可能であるが冷媒は流動していない（図３）。ここで、図２に示すように、操作具３２から起動指令が制御装置３１に入力されると（ステップＳ４１）、制御装置３１は、バイパス路８１，８２Ａ，８３Ａに冷媒が流れる起動用冷媒回路１６Ａを形成すべく弁を切り替えるように、四方弁２１，２３及び切替弁２２に制御信号を出力する（ステップＳ４２）。これにより、起動用冷媒回路１６Ａを冷媒が循環可能となる（図４）。

続いて、制御装置３１は、主圧縮機１１に起動信号を出力する（ステップＳ４３）。起動した主圧縮機１１は、起動用冷媒回路１６Ａにおいて膨張機１３の出口から主圧縮機１１の入口にある冷媒を吸入し、高温高圧に圧縮して吐出する。つまり、起動時の主圧縮機１１は、膨張機１３と蒸発器１４との接続流路６３、蒸発器１４の内部、蒸発器１４と過給機１５との接続流路６４のうち四方弁２１から上流部分、第一バイパス路８１、及び主圧縮機１１の吐出側流路６１の四方弁２３から下流部分にある冷媒を吸入することができる。よって、主圧縮機１１の吐出側流路６１と比較して、より大きな容積にある冷媒を吸入可能であるので、起動時の主圧縮機１１への冷媒供給不足を防止して、確実で安定した起動を実現することができる。

起動用冷媒回路１６Ａでは、第二バイパス路８２Ａにより主圧縮機１１の出口と過給機１５の入口とが連通しているので、主圧縮機１１から高温高圧の冷媒が吐出されることによって、過給機１５の入口にある冷媒の圧力と温度がともに上昇していく。従って、過給機１５の入口側の冷媒は、出口側の冷媒と比較して高圧となり、過給機１５の入口側と出口側とで冷媒に差圧が生じる。ここで、過給機１５は流体圧モータとなって過給機１５を流れる冷媒の流動エネルギーを吸収して、或いは、過給機１５は膨張機となって過給機１５を流れる冷媒の膨張エネルギーを吸収して、動力回収軸１７を回転させるための機械エネルギーに変換する。つまり、起動時の過給機１５は動力回収機構１８の動力回収部として機能している。

このとき過給機１５は起動していないので過給機１５を通じる冷媒はやや減圧されて、高温中圧となって過給機１５から流出する。起動用冷媒回路１６Ａでは、第三バイパス路８３Ａにより過給機１５の出口と膨張機１３の入口とが連通しているので、過給機１５から高温中圧の冷媒が流出することによって、膨張機１３の入口にある冷媒の圧力と温度がともに上昇していく。一方、主圧縮機１１は、膨張機１３の出口側に連通している接続流路６３内の冷媒を吸入するので、膨張機１３の出口側の冷媒の圧力は低減していく。このようにして、膨張機１３の入口側と出口側との冷媒の差圧が増大していく。

やがて、膨張機１３の入口側と出口側との冷媒の差圧により、膨張機１３の入口から出口への冷媒の流れが生じると、膨張機１３が起動する。起動した膨張機１３は、動力回収機構１８の動力回収部として機能し、膨張機１３を流れる冷媒の膨張エネルギーを吸収して動力回収軸１７を回転させるための機械エネルギーに変換する。このエネルギーにより動力回収軸１７が回転して、動力回収機構１８が自立起動する。このとき、上述の通り過給機１５においても動力回収軸１７にエネルギーが与えられているので、動力回収機構１８はより迅速に起動することができる。

膨張機１３を通じるうちに膨張して高温低圧となった冷媒は、蒸発器１４を流れたのち、再び主圧縮機１１に吸入される。起動用冷媒回路１６Ａを循環する冷媒は放熱器１２を通じないので、定常運転時と比較して蒸発器１４を流れる冷媒は高温である。このように起動時に高温の冷媒が蒸発器１４を流れることによって、蒸発器１４の除霜が行われる。

制御装置３１は、起動検出手段３３を通じて動力回収機構１８が自立起動したことを検出すると（ステップＳ４４でＹＥＳ）、冷媒回路１６を形成すべく弁を切り替えるように、四方弁２１，２３及び切替弁２２に制御信号を出力する（ステップＳ４５）。これにより、冷媒回路１６に冷媒が循環可能となって冷媒回路１６を冷媒が循環し始めて定常運転に移行する。

なお、起動検出手段３３の種類によって、動力回収機構１８が自立起動したことを検出する手法は異なる。具体的には、以下の（１）〜（４）に示す通りである。
（１）起動検出手段３３が膨張機１３の入口と出口との冷媒の温度差を検出する温度計測手段の場合、実験的に求められた膨張機１３が自立起動するときの膨張機１３の入口と出口との冷媒の温度差ΔＴが制御装置３１に設定される。制御装置３１は、温度計測手段によって計測された温度差がΔＴとなったときに、動力回収機構１８が自立起動したと判断する。
（２）起動検出手段３３が膨張機１３の入口と出口との冷媒の圧力差を検出する圧力検出手段の場合、実験的に求められた膨張機１３が自立起動するときの膨張機１３の入口と出口との冷媒の圧力差ΔＰが制御装置３１に設定される。制御装置３１は、圧力検出手段にて検出された圧力差がΔＰとなったときに、動力回収機構１８が自立起動したと判断する。
（３）起動検出手段３３がタイマーの場合、実験的に求められた主圧縮機１１の起動開始から動力回収機構１８が起動するまでの時間ｔが制御装置３１に設定される。制御装置３１は、主圧縮機１１の駆動部１１ｂに制御信号を送信するとともに時間計測を開始し、時間計測開始後ｔが経過したときに、動力回収機構１８が自立起動したと判断する。
（４）起動検出手段３３が動力回収軸１７の回転数検出手段の場合、実験的に求められた膨張機１３が安定して動作するときの動力回収軸１７の回転数Ｎが制御装置３１に設定される。制御装置３１は、回転数検出手段にて検出された回転数がＮとなったときに、動力回収機構１８が自立起動したと判断する。

定常運転時の冷凍サイクル装置１０では冷媒回路１６を冷媒が流れる。ここで主圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、放熱器１２を流れるうちに放熱して低温高圧となり、次いで、膨張機１３を流れて膨張して低温低圧となり、さらに、蒸発器１４を流れるうちに蒸発して低圧飽和蒸気となる。このように蒸発器１４で蒸発した冷媒は、過給機１５に吸入されて予備的に圧縮されたうえで吐出され、主圧縮機１１に吸入される。

上述の通り、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、第一バイパス路８１を備えているので、起動時の主圧縮機１１は、膨張機１３の出口から蒸発器１４の出口までの流路にある冷媒を吸入することができる。膨張機１３の出口から蒸発器１４の出口までの流路の容積は、蒸発器１４内の流路が含まれているので、定常運転時の主圧縮機１１の吸入側流路６５よりも遙かに大きな容積である。よって、起動時の主圧縮機１１への冷媒供給不足を解消して、確実で安定した起動を実現することができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、第二バイパス路８２Ａを備えているので、起動時に主圧縮機１１から吐出された冷媒により過給機１５の入口の冷媒の圧力が上昇して、過給機１５の入口と出口との冷媒に差圧が生じる。この結果、過給機１５は動力回収機構１８の動力回収部として機能し、動力回収機構１８の自立起動が促進される。

なお、一般的な容積型流体機械では膨張工程側よりも圧縮行程側の方が冷媒の密度が小さいことから、膨張機１３と比較して過給機１５の方がより大きな冷媒の容積を有する。このため、静止している動力回収機構１８に流体エネルギーを与えて自立起動させるためには、動力回収軸１７を介して回転モーメントを相手に伝達することを含めて考慮すれば、容積の小さい膨張機１３よりも容積の大きい過給機１５に流体エネルギーを与える方が効率がよい。

さらに、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、第三バイパス路８３Ａを備えているので、起動時に過給機１５から吐出された冷媒により膨張機１３の入口の冷媒の圧力が上昇して、膨張機１３の入口と出口との冷媒に差圧が生じる。この結果、前述の過給機１５に加え膨張機１３も動力回収機構１８の動力回収部として機能し、過給機１５と膨張機１３との双方を用いて流体エネルギーを回収できるので、より迅速に動力回収機構１８を自立起動させることができる。

そのうえ、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０において、起動用冷媒回路１６Ａには放熱器１２が含まれないので、起動時に蒸発器１４を流れる冷媒は定常運転時よりも高温である。このため、冷凍サイクル装置１０の起動とともに蒸発器１４の除霜を行うことができる。但し、起動時に限定されず、起動用冷媒回路１６Ａに冷媒を循環させることによって、蒸発器１４の除霜を行うことができる。

＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２について、図５及び図６を用いて説明する。図５は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の回路図、図６は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の起動時の回路図である。図５において、定常運転時の冷媒の流れを鎖線矢印で示し起動時の冷媒の流れを実線矢印で示している。また、図６では起動用冷媒回路を実線で示している。

図５に示すように、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１０とは第三バイパス路８３Ａに代えて第三バイパス路８３Ｂが設けられている点を除いて同一構成であるので、以下では第三バイパス路８３Ｂについて詳細に説明し、他の部分についての説明は省略する。

第三バイパス路８３Ｂは、主圧縮機１１を通らずに過給機１５の出口から放熱器１２の入口へ直に冷媒が流れるように冷媒回路１６に接続された流路である。具体的には、第三バイパス路８３Ｂの上流端は主圧縮機１１の吸入側流路６５に接続され、同じく下流端は主圧縮機１１の吐出側流路６１に接続されている。

第一バイパス路８１の下流端と、第三バイパス路８３Ｂの上流端とは、１つの四方弁２３に接続されている。この四方弁２３は、主圧縮機１１の吸入側流路６５を上流側と下流側とに分断するように設けられている。この四方弁２３により、吸入側流路６５の上流側と下流側とが連通された状態（運転待機時及び定常運転時）と、吸入側流路６５の上流側と第三バイパス路８３Ｂとが連通され且つ吸入側流路６５の下流側と第一バイパス路８１とが連通された状態（起動時）とに、冷媒の流れを切り替えることができる。従って、運転待機時及び定常運転時は、過給機１５から主圧縮機１１へ冷媒が流れ、起動時には、過給機１５から放熱器１２へ直に冷媒が流れるとともに蒸発器１４から主圧縮機１１へ直に冷媒が流れることとなる。

冷凍サイクル装置１０では、冷媒回路１６と各バイパス路８１，８２Ａ，８３Ｂとの接続部に設けられた四方弁２１，２３及び切替弁２２を切り替えることにより、冷凍サイクル装置１０の運転待機時及び定常運転時に冷媒回路１６を成立させ、冷凍サイクル装置１０の起動時に起動用冷媒回路１６Ａを成立させることができる。

図５に示すように、冷媒回路１６では、主圧縮機１１→放熱器１２→膨張機１３→蒸発器１４→過給機１５→主圧縮機１１の順に冷媒が循環する。冷媒回路１６を冷媒が循環可能であるときは、第一バイパス路８１、第二バイパス路８２Ａ、及び第三バイパス路８３Ｂには冷媒が流れない。

また、図６に示すように、起動用冷媒回路１６Ａでは、主圧縮機１１→過給機１５→放熱器１２→膨張機１３→蒸発器１４→主圧縮機１１の順に冷媒が循環する。

［冷凍サイクル装置の動作］
次に、上記構成の冷凍サイクル装置１０の動作について説明する。なお、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０の運転待機時及び定常運転時の動作は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と同一であるので、ここでは、起動時の動作についてのみ説明する。

起動時の冷凍サイクル装置１０では、バイパス路８１，８２Ａ，８３Ｂを冷媒が流れるように四方弁２１，２３及び切替弁２２が切り替えられて、起動用冷媒回路１６Ａが成立している。そして、主圧縮機１１が起動すると、主圧縮機１１は、起動用冷媒回路１６Ａにおいて膨張機１３の出口から主圧縮機１１の入口にある冷媒を吸入し、高温高圧に圧縮して吐出する。つまり、起動時の主圧縮機１１は、膨張機１３と蒸発器１４との接続流路６３、蒸発器１４の内部、蒸発器１４と過給機１５との接続流路６４のうち四方弁２１から上流部分、第一バイパス路８１、及び主圧縮機１１の吐出側流路６１の四方弁２３から下流部分にある冷媒を吸入することができる。よって、主圧縮機１１の吐出側流路６１と比較して、より大きな容積にある冷媒を吸入可能であるので、起動時の主圧縮機１１への冷媒供給不足を防止して、確実で安定した起動を実現することができる。

起動用冷媒回路１６Ａでは、第二バイパス路８２Ａにより主圧縮機１１の出口と過給機１５の入口とが連通しているので、主圧縮機１１から高温高圧の冷媒が吐出されることによって、過給機１５の入口にある冷媒の圧力と温度がともに上昇していく。従って、過給機１５の入口側の冷媒は、出口側の冷媒と比較して高圧となり、過給機１５の入口側と出口側とで冷媒に差圧が生じる。ここで、過給機１５は冷媒の流動エネルギー或いは冷媒の膨張エネルギーを吸収して、動力回収軸１７を回転させるための機械エネルギーに変換する。つまり、起動時の過給機１５は動力回収機構１８の動力回収部として機能している。

過給機１５を通じるうちに冷媒はやや減圧されて、中温中圧となる。起動用冷媒回路１６Ａでは、第三バイパス路８３Ｂにより過給機１５の出口と放熱器１２の入口とが連通しているので、過給機１５から流出した中温中圧の冷媒によって、膨張機１３の入口にある冷媒の圧力が上昇していく。一方、主圧縮機１１は、膨張機１３の出口側に連通している接続流路６３内の冷媒を吸入するので、膨張機１３の出口側の冷媒の圧力は低減していく。このようにして、膨張機１３の入口側と出口側との冷媒の差圧が増大していく。

やがて、膨張機１３の入口側と出口側との冷媒の差圧により、膨張機１３の入口から出口への冷媒の流れが生じると、膨張機１３が起動する。起動した膨張機１３は、動力回収機構１８の動力回収部として機能し、膨張機１３を流れる冷媒の膨張エネルギーを吸収して動力回収軸１７を回転させるための機械エネルギーに変換する。このエネルギーにより動力回収軸１７が回転して、動力回収機構１８が自立起動する。このとき、上述の通り過給機１５においても動力回収軸１７にエネルギーが与えられているので、動力回収機構１８はより迅速に起動することができる。

このように動力回収機構１８が自立起動すると、バイパス路８１，８２Ａ，８３Ｂに冷媒が流れないように四方弁２１，２３及び切替弁２２が切り替えられて、冷媒が冷媒回路１６を循環し始めて定常運転に移行する。

上述の通り、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、第一バイパス路８１を備えているので、起動時の主圧縮機１１は、膨張機１３の出口から蒸発器１４の出口までの流路にある冷媒を吸入することができる。よって、起動時の主圧縮機１１への冷媒供給不足を解消して、確実で安定した起動を実現することができる。

さらに、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、第二バイパス路８２Ａを備えているので、起動時に過給機１５と膨張機１３との双方で動力回収が行われて、より迅速に動力回収機構１８の自立起動させることができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、第三バイパス路８３Ｂを備えているので、冷凍サイクル装置１０の起動直後から放熱器１２を使用することができ、暖房運転を迅速に立ち上げたい場合に有効である。

＜実施の形態３＞
本発明の実施の形態３について、図７及び図８を用いて説明する。図７は実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の回路図、図８は実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の起動時の回路図である。図７において、定常運転時の冷媒の流れを鎖線矢印で示し起動時の冷媒の流れを実線矢印で示している。また、図８では起動用冷媒回路を実線で示している。

図７に示すように、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１０は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１０とは第三バイパス路８３Ａに代えて第三バイパス路８３Ｃを設けている点を除いて同一構成であるので、以下では第三バイパス路８３Ｃについて詳細に説明し、他の部分についての説明は省略する。

第三バイパス路８３Ｃは、主圧縮機１１、放熱器１２、及び膨張機１３を通らずに過給機１５の出口から蒸発器１４の入口へ直に冷媒が流れるように冷媒回路１６に接続された流路である。具体的には、第三バイパス路８３Ｃの上流端は主圧縮機１１の吸入側流路６５に接続され、同じく下流端は膨張機１３の出口と蒸発器１４の入口を繋ぐ接続流路６３に接続されている。

第一バイパス路８１の下流端と、第三バイパス路８３Ｃの上流端とは、１つの四方弁２３に接続されている。この四方弁２３は、主圧縮機１１の吸入側流路６５を上流側と下流側とに分断するように設けられている。この四方弁２３により、吸入側流路６５の上流側と下流側とが連通された状態（運転待機時及び定常運転時）と、吸入側流路６５の上流側と第三バイパス路８３Ｃとが連通され且つ吸入側流路６５の下流側と第一バイパス路８１とが連通された状態（起動時）とに、冷媒の流れを切り替えることができる。従って、運転待機時及び定常運転時は、過給機１５から主圧縮機１１へ冷媒が流れ、起動時には、過給機１５から蒸発器１４へ直に冷媒が流れるとともに蒸発器１４から主圧縮機１１へ直に冷媒が流れることとなる。

また、接続流路６３には、膨張機１３の出口と、第三バイパス路８３Ｃの下流端の接続部との間に逆止弁２６が設けられている。この逆止弁２６により、第三バイパス路８３Ｃの接続部から膨張機１３の出口への冷媒の流れが生じない。

冷凍サイクル装置１０では、冷媒回路１６と各バイパス路８１，８２Ａ，８３Ｃとの接続部に設けられた四方弁２１，２３及び切替弁２２を切り替えることにより、冷凍サイクル装置１０の運転待機時及び定常運転時に冷媒回路１６を成立させ、冷凍サイクル装置１０の起動時に起動用冷媒回路１６Ａを成立させることができる。

図７に示すように、冷媒回路１６では、主圧縮機１１→放熱器１２→膨張機１３→蒸発器１４→過給機１５→主圧縮機１１の順に冷媒が循環する。冷媒回路１６が有効であるときは、第一バイパス路８１、第二バイパス路８２Ａ、及び第三バイパス路８３Ｃには冷媒が流れない。

また、図８に示すように、起動用冷媒回路１６Ａでは、主圧縮機１１→過給機１５→蒸発器１４→主圧縮機１１の順に冷媒が循環する。この起動用冷媒回路１６Ａでは、放熱器１２及び膨張機１３には冷媒が流れない。

［冷凍サイクル装置の動作］
次に、上記構成の冷凍サイクル装置１０の動作について説明する。なお、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１０の運転待機時及び定常運転時の動作は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と同一であるので、ここでは、起動時の動作についてのみ説明する。

起動時の冷凍サイクル装置１０では、バイパス路８１，８２Ａ，８３Ｃに冷媒が流れるように四方弁２１，２３及び切替弁２２が切り替えられて、起動用冷媒回路１６Ａが成立している。そして、主圧縮機１１が起動すると、主圧縮機１１は、起動用冷媒回路１６Ａにおいて過給機１５の出口から主圧縮機１１の入口にある冷媒を吸入し、高温高圧に圧縮して吐出する。つまり、起動時の主圧縮機１１は、吸入側流路６５、第三バイパス路８３Ｃ、膨張機１３と蒸発器１４との接続流路６３、蒸発器１４の内部、蒸発器１４と過給機１５との接続流路６４のうち四方弁２１から上流部分、及び第一バイパス路８１にある冷媒を吸入することができる。よって、主圧縮機１１の吐出側流路６１と比較して、より大きな容積にある冷媒を吸入可能であるので、起動時の主圧縮機１１への冷媒供給不足を防止して、確実で安定した起動を実現することができる。

起動用冷媒回路１６Ａでは、第二バイパス路８２Ａにより主圧縮機１１の出口と過給機１５の入口とが連通しているので、主圧縮機１１から高温高圧の冷媒が吐出されることによって、過給機１５の入口にある冷媒の圧力と温度がともに上昇していく。従って、過給機１５の入口側の冷媒は、出口側の冷媒と比較して高圧となり、過給機１５の入口側と出口側とで冷媒に差圧が生じる。ここで、過給機１５は冷媒の流動エネルギー或いは冷媒の膨張エネルギーを吸収して、動力回収軸１７を回転させるための機械エネルギーに変換する。つまり、起動時の過給機１５は動力回収機構１８の動力回収部として機能している。

やがて、過給機１５で回収されたエネルギーにより動力回収軸１７が回転して、動力回収機構１８が自立起動する。ここで、起動した膨張機１３は、膨張機１３の入口側の冷媒を出口側へ送り出す圧縮機として機能する。従って、動力回収機構１８の自立起動は、膨張機１３の入口と出口の冷媒の圧力差又は温度差、主圧縮機１１が起動してからの時間、或いは動力回収軸１７の回転数を検出することにより知ることができるが、膨張機１３の入口側が低温側且つ低圧側となり且つ自立に近づくに連れて圧力差又は温度差が小さくなることに留意する必要がある。

過給機１５を出た中圧中温の冷媒は、第三バイパス路８３Ｃ及び接続流路６３を通じて蒸発器１４へ流れる。ここで膨張機１３の出口側の接続流路６３は入口側の接続流路６２よりも高圧となるが、逆止弁２６により冷媒は膨張機１３を出口側から入口側へ流れることはない。そして、蒸発器１４を流れた冷媒は中圧低温となって、再び主圧縮機１１に吸入される。

このようにして動力回収機構１８が自立起動すると、バイパス路８１，８２Ａ，８３Ｃに冷媒が流れないように四方弁２１，２３及び切替弁２２が切り替えられて、冷媒が冷媒回路１６を循環し始めて定常運転に移行する。

上述の通り、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、第一バイパス路８１及び第三バイパス路８３Ｃを備えているので、起動時の主圧縮機１１は、吸入側流路６５に加え、過給機１５の膨張機１３の出口から蒸発器１４の出口までの流路にある冷媒を吸入することができる。よって、起動時の主圧縮機１１への冷媒供給不足を解消して、確実で安定した起動を実現することができる。

更に、起動用冷媒回路１６Ａに放熱器１２が含まれないので、起動時に蒸発器１４を流れる冷媒は、中温中圧である。よって、冷凍サイクル装置１０を起動することにより、同時に蒸発器１４の除霜を行うことができる。但し、起動時に限定されず、起動用冷媒回路１６Ａに冷媒を循環させることにより蒸発器１４の除霜を行うことができる。

＜実施の形態４＞
本発明の実施の形態４について、図９及び図１０を用いて説明する。図９は実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の回路図、図１０は実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の起動時の回路図である。図９において、定常運転時の冷媒の流れを鎖線矢印で示し起動時の冷媒の流れを実線矢印で示している。また、図１０では起動用冷媒回路を実線で示している。

図９に示すように、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１０は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１０とは起動用冷媒回路１６Ａ及びこれを形成するバイパス路を除いて同一の構成である。そこで、起動用冷媒回路１６Ａ及びこれを形成するバイパス路について詳細に説明し、他の部分についての説明は省略する。

冷凍サイクル装置１０の起動用冷媒回路１６Ａは、冷媒回路１６と二つのバイパス路８１，８２Ｂにより形成されている。

第一バイパス路８１は、過給機１５を通らずに蒸発器１４から主圧縮機１１へ冷媒が流れるように冷媒回路１６に接続された流路である。第一バイパス路８１の上流端は蒸発器１４と過給機１５との接続流路６４に接続され、同じく下流端は主圧縮機１１の吸入側流路６５に接続されている。

第二バイパス路８２Ｂは、放熱器１２を通らずに主圧縮機１１から膨張機１３へ冷媒が流れるように冷媒回路１６に接続された流路である。第二バイパス路８２Ｂの上流端は主圧縮機１１の吐出側流路６１に接続され、同じく下流端は放熱器１２の出口と膨張機１３の入口との接続流路６２に接続されている。

主圧縮機１１の吐出側流路６１と第二バイパス路８２Ｂの上流端との接続部には、切替弁２８が設けられている。この切替弁２８により、冷媒回路１６側に冷媒が流れる状態（運転待機時及び定常運転時）と、第二バイパス路８２Ｂ側に冷媒が流れる状態（起動時）とに、冷媒の流れを切り替えることができる。従って、運転待機時及び定常運転時には主圧縮機１１から放熱器１２へ冷媒が流れ、起動時には主圧縮機１１から膨張機１３へ直に冷媒が流れることとなる。

また、蒸発器１４と過給機１５との接続流路６４と第一バイパス路８１の上流端との接続部には、切替弁２７が設けられている。この切替弁２７により、冷媒回路１６側に冷媒が流れる状態（運転待機時及び定常運転時）と、第一バイパス路８１側に冷媒が流れる状態（起動時）とに、冷媒の流れを切り替えることができる。従って、運転待機時及び定常運転時には蒸発器１４から過給機１５へ冷媒が流れ、起動時には蒸発器１４から主圧縮機１１へ直に冷媒が流れることとなる。

冷凍サイクル装置１０では、冷媒回路１６と各バイパス路８１，８２Ｂとの接続部に設けられた切替弁２７，２８を切り替えることにより、冷凍サイクル装置１０の運転待機時及び定常運転時に冷媒回路１６を成立させ、冷凍サイクル装置１０の起動時に起動用冷媒回路１６Ａを成立させることができる。

図９に示すように、冷媒回路１６では、主圧縮機１１→放熱器１２→膨張機１３→蒸発器１４→過給機１５→主圧縮機１１の順に冷媒が循環する。冷媒回路１６を冷媒が循環可能であるときには、第一バイパス路８１及び第二バイパス路８２Ｂには冷媒が流れない。

また、図１０に示すように、起動用冷媒回路１６Ａでは、主圧縮機１１→膨張機１３→蒸発器１４→主圧縮機１１の順に冷媒が循環する。この起動用冷媒回路１６Ａでは、放熱器１２及び過給機１５には冷媒が流れない。

［冷凍サイクル装置の動作］
次に、上記構成の冷凍サイクル装置１０の動作について説明する。なお、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１０の運転待機時及び定常運転時の動作は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置と同一であるので、ここでは、起動時の動作についてのみ説明する。

起動時の冷凍サイクル装置１０では、バイパス路８１，８２Ｂに冷媒が流れるように切替弁２７，２８が切り替えられ、起動用冷媒回路１６Ａが成立している。そして、主圧縮機１１が起動すると、主圧縮機１１は、起動用冷媒回路１６Ａにおいて膨張機１３の出口から主圧縮機１１の入口にある冷媒を吸入し、高温高圧に圧縮して吐出する。つまり、起動時の主圧縮機１１は、吸入側流路６５、膨張機１３と蒸発器１４との接続流路６３、蒸発器１４の内部、蒸発器１４と過給機１５との接続流路６４のうち切替弁２７から上流部分、及び第一バイパス路８１にある冷媒を吸入することができる。よって、主圧縮機１１の吐出側流路６１と比較して、より大きな容積にある冷媒を吸入可能であるので、起動時の主圧縮機１１への冷媒供給不足を防止して、確実で安定した起動を実現することができる。

起動用冷媒回路１６Ａでは、第二バイパス路８２Ｂにより主圧縮機１１の出口と膨張機１３の入口とが連通しているので、主圧縮機１１から高温高圧の冷媒が吐出されることによって、膨張機１３の入口にある冷媒の圧力と温度がともに上昇していく。一方、主圧縮機１１は、膨張機１３の出口側に連通している接続流路６３内の冷媒を吸入するので、膨張機１３の出口側の冷媒の圧力は低減していく。このようにして、膨張機１３の入口側と出口側との冷媒の差圧が増大していく。やがて、膨張機１３の入口側と出口側との冷媒の差圧により、膨張機１３の入口から出口への冷媒の流れが生じると、膨張機１３が起動する。起動した膨張機１３は、動力回収機構１８の動力回収部として機能し、膨張機１３を流れる冷媒の膨張エネルギーを吸収して動力回収軸１７を回転させるための機械エネルギーに変換する。このエネルギーにより動力回収軸１７が回転して、動力回収機構１８が自立起動する。

このように動力回収機構１８が自立起動すると、バイパス路８１，８２Ｂに冷媒が流れないように切替弁２７，２８が切り替えられて、冷媒が冷媒回路１６を循環し始めて定常運転に移行する。

上述の通り、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、第一バイパス路８１を備えているので、起動時の主圧縮機１１は、主圧縮機１１の吸入側流路６５に加え、膨張機１３の出口から蒸発器１４の出口までの流路にある冷媒を吸入することができる。よって、起動時の主圧縮機１１への冷媒供給不足を解消して、確実で安定した起動を実現することができる。

さらに、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１０は、第二バイパス路８２Ｂを備えているので、起動時に主圧縮機１１から吐出された冷媒が直に膨張機１３の入口へ送られて、動力回収機構１８の自立起動の迅速化を図ることができる。ここで、放熱器１２を介さずに主圧縮機１１から膨張機１３へ直に冷媒が送られることから、膨張機１３から流出する冷媒は定常運転時よりも高温である。この高温の冷媒が蒸発器１４を流れることで、起動時に蒸発器１４の除霜を行うことができる。但し、起動時に限定されず、起動用冷媒回路１６Ａに冷媒を循環させて蒸発器１４の除霜を行うことができる。

本発明の冷凍サイクル装置は、主圧縮機と、主圧縮機に供給する冷媒を予備的に昇圧する過給機（又は副圧縮機）と、過給機と動力軸が連結された膨張機とを備えた冷凍サイクル装置において、起動時に主圧縮機への冷媒供給不足を解消し、システムの確実且つ迅速な自立起動を実現するために有用である。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路図。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の起動の流れ図。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の定常運転時の回路図。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の起動時の回路図。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の回路図。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の起動時の回路図。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の回路図。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の起動時の回路図。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の回路図。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の起動時の回路図。

符号の説明

１０ 冷凍サイクル装置
１１ 主圧縮機
１２ 放熱器
１３ 膨張機
１４ 蒸発器
１５ 過給機
１６ 冷媒回路
１６Ａ 起動用冷媒回路
１７ 動力回収軸
１８ 動力回収ユニット
１９ 密閉容器
２１，２３ 四方弁
２２，２７，２８ 切替弁
３１ 制御装置
３２ 操作具
３３ 起動検出手段
６１ 吐出側流路
６５ 吸入側流路
８１ 第一バイパス路
８２Ａ，８２Ｂ 第二バイパス路
８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ 第三バイパス路

Claims (13)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器、前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させて冷媒から動力を回収する膨張機、前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器、及び前記蒸発器で蒸発した冷媒を昇圧して前記圧縮機へ送る過給機を接続流路で順次接続して成る第一冷媒回路と、
   前記膨張機、前記過給機、および前記膨張機で回収された動力によって前記過給機が駆動されるように前記膨張機と前記過給機とを連結する動力回収軸を有する動力回収機構と、
   前記過給機を通らずに前記蒸発器の出口から前記圧縮機の入口へ冷媒が流れるように前記第一冷媒回路に接続された第一バイパス路と、
   前記放熱器及び前記蒸発器の何れも通らずに前記圧縮機の出口から前記動力回収機構の入口へ冷媒が流れるように前記第一冷媒回路に接続された第二バイパス路と、
   前記第一冷媒回路を冷媒が循環する状態と、前記第一バイパス路及び前記第二バイパス路を含む第二冷媒回路を冷媒が循環する状態とに、冷媒の流れを切り替える流路切替機構とを、備えている、
   冷凍サイクル装置。
2. 前記第二バイパス路の上流端は前記圧縮機の出口と前記放熱器の入口との接続流路に接続され、前記第二バイパス路の下流端は前記蒸発器の出口と前記過給機の入口との接続流路に接続されている、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記圧縮機を通らずに前記過給機の出口から、前記第一冷媒回路の前記圧縮機の出口から前記蒸発器の入口までの部分へ冷媒が流れるように前記第一冷媒回路に接続され、前記第二冷媒回路に含まれる第三バイパス路を、さらに備えている、
   請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第三バイパス路の上流端は前記過給機の出口と前記圧縮機の入口との接続流路に接続され、前記第三バイパス路の下流端は前記放熱器の出口と前記膨張機の入口との接続流路に接続されている、
   請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第三バイパス路の上流端は前記過給機の出口と前記圧縮機の入口との接続流路に接続され、前記第三バイパス路の下流端は前記圧縮機の出口と前記放熱器の入口との接続流路に接続されている、
   請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記第三バイパス路の上流端は前記過給機の出口と前記圧縮機の入口との接続流路に接続され、前記第三バイパス路の下流端は前記膨張機の出口と前記蒸発器の入口との接続流路に接続されており、
   前記第一冷媒回路の前記膨張機の出口と前記第三バイパス路の下流端との間に前記流路切替機構としての逆止弁を備えている、
   請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記蒸発器の出口と前記過給機の入口との接続流路に、前記流路切替機構として前記接続流路を上流側と下流側とに分断する第一流路切替器を備え、
   前記第一流路切替器は、前記第一バイパス路の上流端と前記第二バイパス路の下流端とが連通し且つ前記接続流路の上流側と下流側とが連通した状態と、前記接続流路の上流側と前記第一バイパス路の上流端とが連通し且つ前記接続流路の下流側と前記第二バイパス路の下流端とが連通した状態とを切り替えるように構成されている、
   請求項２〜請求項６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記第一流路切替器は、四方弁である、
   請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記過給機の出口と前記圧縮機の入口の接続流路に、前記流路切替機構として前記接続流路を上流側と下流側とに分断する第二流路切替器を備え、
   前記第二流路切替器は、前記第一バイパス路の下流端と前記第三バイパス路の上流端とが連通し且つ前記接続流路の上流側と下流側とが連通した状態と、前記接続流路の上流側と前記第三バイパス路の上流端とが連通し且つ前記接続流路の下流側と前記第一バイパス路の下流端とが連通した状態とを切り替えるように構成されている、
   請求項３〜請求項８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記第二流路切替器は、四方弁である、
    請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記第二バイパス路の上流端は前記圧縮機の出口と前記放熱器の入口との接続流路に接続され、同じく下流端は前記放熱器の出口と前記膨張機の入口との接続流路に接続されている、
    請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記第一バイパス路の上流端と前記第一冷媒回路の接続部に、前記流路切替機構として前記第一冷媒回路側と前記第一バイパス路側とに冷媒の流れを切り替える切替弁を備えている、
    請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記第二バイパス路の上流端と前記第一冷媒回路の接続部に、前記流路切替機構として前記第一冷媒回路側と前記第二バイパス路側とに冷媒の流れを切り替える切替弁を備えている、
    請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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