JPWO2011099057A1 - Refrigeration air conditioner - Google Patents

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英彰 永田
英彰 永田
角田 昌之
昌之 角田
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美保子 下地
関屋 慎
慎 関屋
利秀 幸田
利秀 幸田
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Abstract

膨張機を安定して起動させることが可能な冷凍空調装置を得る。冷凍空調装置100は、メイン圧縮機1、中間冷却器2、サブ圧縮機5、放熱器3、膨張機6、及び蒸発器4が順次配管接続されている。サブ圧縮機5は、膨張機6で回収された動力によって駆動されるものである。また、冷凍空調装置100は、第1バイパス管9、第1開閉弁10、第2バイパス管11、第2膨張弁12、第1逆止弁13、及び第1膨張弁14が設けられている。A refrigeration air conditioner capable of stably starting an expander is obtained. In the refrigerating and air-conditioning apparatus 100, a main compressor 1, an intercooler 2, a sub compressor 5, a radiator 3, an expander 6, and an evaporator 4 are sequentially connected by piping. The sub compressor 5 is driven by the power collected by the expander 6. The refrigerating and air-conditioning apparatus 100 is provided with a first bypass pipe 9, a first on-off valve 10, a second bypass pipe 11, a second expansion valve 12, a first check valve 13, and a first expansion valve 14. .

Description

本発明は、膨張機で回収された動力により駆動されるサブ圧縮機を備えた冷凍空調装置に関するものである。   The present invention relates to a refrigeration air conditioner including a sub-compressor driven by power recovered by an expander.

従来の冷凍空調装置には、膨張機で回収された動力により駆動されるサブ圧縮機を備えたものが提案されている。このような膨張機で回収された動力により駆動されるサブ圧縮機を備えた従来の冷凍空調装置としては、例えば「二酸化炭素の冷媒を圧縮機、放熱器、膨張機構及び蒸発器に順次循環し、超臨界状態で放熱器から熱を放出する蒸気圧縮式の冷凍空調装置において、放熱器を順次直列に接続された第1放熱器と第2放熱器とから構成するとともに、該各放熱器の間に他の圧縮機を挿入し、該他の圧縮機の駆動軸と前記膨張機構の出力軸を連係し、前記他の圧縮機のガス吸入口とガス吐出口を接続し該他方の圧縮機を迂回するバイパス管を設けた構造となっている。」(例えば特許文献1参照)というものが提案されている。   A conventional refrigeration air conditioner has been proposed that includes a sub-compressor that is driven by power recovered by an expander. As a conventional refrigeration air conditioner equipped with a sub-compressor driven by power recovered by such an expander, for example, “a refrigerant of carbon dioxide is sequentially circulated to a compressor, a radiator, an expansion mechanism, and an evaporator. In a vapor compression refrigeration air conditioner that releases heat from a radiator in a supercritical state, the radiator is composed of a first radiator and a second radiator that are sequentially connected in series, and each of the radiators Another compressor is inserted in between, the drive shaft of the other compressor and the output shaft of the expansion mechanism are linked, and the gas suction port and the gas discharge port of the other compressor are connected, and the other compressor It has a structure in which a bypass pipe that circumvents the path is provided "(for example, see Patent Document 1).

特許第4031849号公報(段落[0009]、図1)Japanese Patent No. 4031849 (paragraph [0009], FIG. 1)

しかしながら、特許文献1のように構成された冷凍空調装置にあっては、膨張機が起動する前の状態において、サブ圧縮機の吐出側に流入する冷媒は、バイパス管を通過した後のものとなる。このため、サブ圧縮機の吸入側と吐出側とでは、バイパス管を冷媒が通過する際に生じる圧力損失分、圧力差が生じる。つまり、膨張機を起動させる際、サブ圧縮機には圧力差に応じた抵抗力が発生する。したがって、この抵抗力が膨張機の起動を阻害し、膨張機の起動性が低下してしまうという問題点があった。   However, in the refrigerating and air-conditioning apparatus configured as in Patent Document 1, the refrigerant flowing into the discharge side of the sub-compressor is in a state after passing through the bypass pipe in a state before the expander is started. Become. For this reason, a pressure difference corresponding to the pressure loss generated when the refrigerant passes through the bypass pipe is generated between the suction side and the discharge side of the sub compressor. That is, when the expander is started, a resistance force corresponding to the pressure difference is generated in the sub compressor. Accordingly, there is a problem that this resistance force hinders the start-up of the expander and the start-up performance of the expander is lowered.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、膨張機を安定して起動させることが可能な冷凍空調装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a refrigeration air conditioner capable of stably starting an expander.

本発明に係る冷凍空調装置は、メイン圧縮機、中間冷却器、放熱器、膨張機、及び蒸発器が順次配管接続された冷凍サイクル回路と、中間冷却器と放熱器との間に設けられ、膨張機で回収された動力によって駆動されるサブ圧縮機と、を備えた冷凍空調装置において、
膨張機と蒸発器との間に設けられた第1膨張弁と、一方の端部が放熱器と膨張機との間に接続され、他方の端部がメイン圧縮機と中間冷却器との間に接続された第1バイパス管と、第1バイパス管に設けられた第1開閉弁と、一方の端部が中間冷却器とサブ圧縮機との間に接続され、他方の端部が第1膨張弁と蒸発器との間に接続された第2バイパス管と、第2バイパス管に設けられた第2膨張弁と、サブ圧縮機と第1バイパス管の一方の端部の接続部との間に設けられ、第1バイパス管からサブ圧縮機への冷媒流れを規制する第1逆止弁と、を備えたものである。
The refrigeration air conditioner according to the present invention is provided between a refrigeration cycle circuit in which a main compressor, an intermediate cooler, a radiator, an expander, and an evaporator are sequentially connected by piping, and the intermediate cooler and the radiator, In a refrigeration air conditioner comprising a sub compressor driven by power recovered by an expander,
The first expansion valve provided between the expander and the evaporator, one end is connected between the radiator and the expander, and the other end is between the main compressor and the intercooler. The first bypass pipe connected to the first bypass valve, the first on-off valve provided in the first bypass pipe, one end is connected between the intermediate cooler and the sub compressor, and the other end is the first A second bypass pipe connected between the expansion valve and the evaporator; a second expansion valve provided in the second bypass pipe; and a connecting portion at one end of the sub compressor and the first bypass pipe. A first check valve provided between the first bypass pipe and the refrigerant flow from the first bypass pipe to the sub compressor.

本発明においては、第1開閉弁及び第2膨張弁を開状態とし、第1膨張弁を閉状態としてメイン圧縮機を始動することにより、メイン圧縮機で圧縮された冷媒は、中間冷却器→第2膨張弁→蒸発器→メイン圧縮機という回路を通過する。このとき、膨張機は、メイン圧縮機の吐出圧力で均圧される。また、サブ圧縮機は、メイン圧縮機の吐出圧力から中間冷却器を通過する際に生じる圧力損失分だけ低下した圧力で均圧される。なお、メイン圧縮機の吐出圧力は、第2膨張弁の開度により、所定の圧力に調整される。
この状態で第1膨張弁を開くことで、膨張機の吸入側と吐出側に圧力差が生じ、この圧力差により膨張機が起動する。このとき、サブ圧縮機が均圧されていることで、サブ圧縮機の吸入側と吐出側との圧力差を抑制することができる。つまり、膨張機を起動させる際、この圧力差によってサブ圧縮機に発生する抵抗力を抑制することができる。したがって、膨張機の起動が阻害されることがなく、膨張機を安定して起動することができる。
In the present invention, the refrigerant that is compressed by the main compressor is turned into the intermediate cooler by opening the first on-off valve and the second expansion valve and starting the main compressor with the first expansion valve closed. It passes through the circuit of the second expansion valve → the evaporator → the main compressor. At this time, the expander is equalized by the discharge pressure of the main compressor. Further, the sub-compressor is equalized with a pressure that is reduced by a pressure loss generated when passing through the intermediate cooler from the discharge pressure of the main compressor. Note that the discharge pressure of the main compressor is adjusted to a predetermined pressure by the opening of the second expansion valve.
By opening the first expansion valve in this state, a pressure difference is generated between the suction side and the discharge side of the expander, and the expander is activated by this pressure difference. At this time, the pressure difference between the suction side and the discharge side of the sub compressor can be suppressed by equalizing the pressure of the sub compressor. That is, when starting up an expander, the resistance force which generate | occur | produces in a sub compressor by this pressure difference can be suppressed. Therefore, the start of the expander is not hindered, and the expander can be started stably.

本発明の実施の形態1に係る冷凍空調装置の冷媒回路構成図である。It is a refrigerant circuit block diagram of the refrigeration air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る膨張・圧縮ユニットを示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the expansion / compression unit which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷凍空調装置の制御動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control action of the refrigerating air-conditioning apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 第1膨張弁が閉じた状態において揺動スクロールに作用する圧力を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the pressure which acts on an orbiting scroll in the state which the 1st expansion valve closed. 第1膨張弁を開いた後の揺動スクロールに作用する圧力を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the pressure which acts on the rocking scroll after opening a 1st expansion valve. 本発明の実施の形態2に係る冷凍空調装置の冷媒回路構成図である。It is a refrigerant circuit block diagram of the refrigeration air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍空調装置の冷媒回路構成図である。
冷凍空調装置100は、膨張機6と駆動軸7により接続されたサブ圧縮機5を備え、サブ圧縮機5を二段圧縮の高段側に配置したことを特徴とする冷凍空調装置である。
この冷凍空調装置100は、メイン圧縮機1、中間冷却器2、サブ圧縮機5、放熱器3、膨張機6、及び蒸発器4が順次配管接続されて構成されている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a refrigerant circuit configuration diagram of a refrigerating and air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
The refrigerating and air-conditioning apparatus 100 is a refrigerating and air-conditioning apparatus including a sub-compressor 5 connected by an expander 6 and a drive shaft 7 and arranging the sub-compressor 5 on the higher stage side of the two-stage compression.
The refrigerating and air-conditioning apparatus 100 includes a main compressor 1, an intermediate cooler 2, a sub compressor 5, a radiator 3, an expander 6, and an evaporator 4 that are sequentially connected by piping.

メイン圧縮機1は、モーター8によって駆動される圧縮機である。中間冷却器2は、メイン圧縮機1で圧縮された高温・高圧の冷媒を冷却するものであり、放熱器として機能する。サブ圧縮機5は、膨張機6で回収された動力によって駆動される圧縮機である。本実施の形態1では、駆動軸7により、サブ圧縮機5と膨張機6とが接続されている。つまり、膨張機6で回収された動力が駆動軸7によってサブ圧縮機5へ伝達される構成となっている。また、本実施の形態1では、サブ圧縮機5及び膨張機6を、膨張・圧縮ユニット50として一体形成している。なお、膨張・圧縮ユニット50の詳細は、後述する。   The main compressor 1 is a compressor driven by a motor 8. The intermediate cooler 2 cools the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the main compressor 1 and functions as a radiator. The sub compressor 5 is a compressor that is driven by the power collected by the expander 6. In the first embodiment, the sub compressor 5 and the expander 6 are connected by the drive shaft 7. That is, the power recovered by the expander 6 is transmitted to the sub compressor 5 by the drive shaft 7. In the first embodiment, the sub compressor 5 and the expander 6 are integrally formed as the expansion / compression unit 50. Details of the expansion / compression unit 50 will be described later.

放熱器3は、サブ圧縮機5でさらに圧縮された高温・高圧の冷媒を冷却するものである。膨張機6は、放熱器3から流出した高圧の冷媒を減圧・膨張させるものである。上述のように、膨張機6は、冷媒の膨張過程で回収した動力を、駆動軸7を介してサブ圧縮機5へ伝達する。蒸発器4は、膨張機6等によって減圧・膨張された冷媒を加熱するものである。   The radiator 3 cools the high-temperature and high-pressure refrigerant further compressed by the sub compressor 5. The expander 6 decompresses and expands the high-pressure refrigerant that has flowed out of the radiator 3. As described above, the expander 6 transmits the power recovered in the refrigerant expansion process to the sub compressor 5 via the drive shaft 7. The evaporator 4 heats the refrigerant decompressed and expanded by the expander 6 and the like.

また、本実施の形態1に係る冷凍空調装置100は、第1バイパス管9、第1開閉弁10、第2バイパス管11、第2膨張弁12、第1逆止弁13、及び第1膨張弁14が設けられている。   The refrigerating and air-conditioning apparatus 100 according to Embodiment 1 includes a first bypass pipe 9, a first on-off valve 10, a second bypass pipe 11, a second expansion valve 12, a first check valve 13, and a first expansion valve. A valve 14 is provided.

第1膨張弁14は、膨張機6と蒸発器4との間に設けられている。第1バイパス管9は、一方の端部が放熱器3と膨張機6との間(膨張機6の冷媒吸入側)に接続され、他方の端部がメイン圧縮機1と中間冷却器2との間(メイン圧縮機1の冷媒吐出側)に接続されている。第1開閉弁10は、第1バイパス管9に設けられている。第2バイパス管11は、一方の端部が中間冷却器2とサブ圧縮機5との間(中間冷却器2の冷媒出口側)に接続され、他方の端部が第1膨張弁14と蒸発器4との間(蒸発器4の冷媒入口側)に接続されている。第2膨張弁12は、第2バイパス管11に設けられている。第1逆止弁13は、サブ圧縮機5と第1バイパス管9の一方の端部の接続部との間(サブ圧縮機5の冷媒吐出側)に設けられている。この第1逆止弁13は、第1バイパス管9からサブ圧縮機5への冷媒流れを規制する。   The first expansion valve 14 is provided between the expander 6 and the evaporator 4. One end of the first bypass pipe 9 is connected between the radiator 3 and the expander 6 (the refrigerant suction side of the expander 6), and the other end is connected to the main compressor 1 and the intercooler 2. (Connected to the refrigerant discharge side of the main compressor 1). The first on-off valve 10 is provided in the first bypass pipe 9. One end of the second bypass pipe 11 is connected between the intermediate cooler 2 and the sub compressor 5 (the refrigerant outlet side of the intermediate cooler 2), and the other end is evaporated with the first expansion valve 14. It is connected to the evaporator 4 (the refrigerant inlet side of the evaporator 4). The second expansion valve 12 is provided in the second bypass pipe 11. The first check valve 13 is provided between the sub-compressor 5 and the connecting portion at one end of the first bypass pipe 9 (the refrigerant discharge side of the sub-compressor 5). The first check valve 13 regulates the refrigerant flow from the first bypass pipe 9 to the sub compressor 5.

また、本実施の形態1に係る冷凍空調装置100には、メイン圧縮機1(モーター8)の回転数制御、第1開閉弁10の開閉、第2膨張弁12の開度制御、及び第1膨張弁14の開度制御等を行う制御装置60が設けられている。   Further, the refrigerating and air-conditioning apparatus 100 according to Embodiment 1 includes the rotational speed control of the main compressor 1 (motor 8), the opening and closing of the first on-off valve 10, the opening control of the second expansion valve 12, and the first A control device 60 that controls the opening degree of the expansion valve 14 and the like is provided.

このような冷凍空調装置100は、冷媒として、自然冷媒である二酸化炭素が用いられている。冷凍空調装置100に用いられる冷媒は、二酸化炭素冷媒に限らず、従来よりある種々の冷媒を用いることもできる。なお、放熱過程において臨界圧力以下で動作する冷媒は放熱過程で凝縮するため、放熱過程に用いられる熱交換器を凝縮器と称する場合がある。本実施の形態1及び以下の実施の形態では、冷媒の種類にかかわらず、放熱過程に用いられる熱交換器を「放熱器」と称することとする。   Such a refrigerating and air-conditioning apparatus 100 uses carbon dioxide, which is a natural refrigerant, as a refrigerant. The refrigerant used in the refrigerating and air-conditioning apparatus 100 is not limited to the carbon dioxide refrigerant, and various conventional refrigerants can also be used. In addition, since the refrigerant | coolant which operate | moves below a critical pressure in a thermal radiation process condenses in a thermal radiation process, the heat exchanger used for a thermal radiation process may be called a condenser. In the first embodiment and the following embodiments, regardless of the type of refrigerant, the heat exchanger used in the heat dissipation process is referred to as a “heat radiator”.

次に、膨張・圧縮ユニット50の詳細について説明する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る膨張・圧縮ユニットを示す断面模式図である。
この膨張・圧縮ユニット50は、膨張機6及びサブ圧縮機5を背面合わせの両面スクロール型として一体形成したものである。
図2に示すように、膨張・圧縮ユニット50は、駆動軸7、揺動スクロール16、サブ圧縮機5を構成する固定スクロール17、及び膨張機6を構成する固定スクロール18等から構成されている。これら揺動スクロール16、固定スクロール17及び固定スクロール18等は、密閉容器30に収容されている。
Next, details of the expansion / compression unit 50 will be described.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the expansion / compression unit according to Embodiment 1 of the present invention.
In the expansion / compression unit 50, the expander 6 and the sub-compressor 5 are integrally formed as a double-sided scroll type with a back surface.
As shown in FIG. 2, the expansion / compression unit 50 includes a drive shaft 7, an orbiting scroll 16, a fixed scroll 17 that constitutes the sub compressor 5, a fixed scroll 18 that constitutes the expander 6, and the like. . The swing scroll 16, the fixed scroll 17, the fixed scroll 18, and the like are accommodated in a sealed container 30.

揺動スクロール16は、台板の両面に渦巻歯が形成されたものである。この揺動スクロール16の上方には、固定スクロール17が設けられている。固定スクロール17の下面部には渦巻歯が形成されており、固定スクロール17の渦巻歯と揺動スクロール16の上面側の渦巻歯とが組み合わされるように、固定スクロール17は配置されている。固定スクロール17の渦巻歯と揺動スクロール16の上面側の渦巻歯とが組み合わされることにより、固定スクロール17の渦巻歯と揺動スクロール16の上面側の渦巻歯との間には、圧縮室17aが形成される。また、揺動スクロール16の下方には、固定スクロール18が設けられている。固定スクロール18の上面部には渦巻歯が形成されており、固定スクロール18の渦巻歯と揺動スクロール16の下面側の渦巻歯とが組み合わされるように、固定スクロール18は配置されている。固定スクロール18の渦巻歯と揺動スクロール16の下面側の渦巻歯とが組み合わされることにより、固定スクロール18の渦巻歯と揺動スクロール16の下面側の渦巻歯との間には、膨張室18aが形成される。
また、揺動スクロール16と固定スクロール17との間には、揺動スクロール16の自転を防止するオルダムリング24が設けられている。
The swing scroll 16 has spiral teeth formed on both sides of the base plate. A fixed scroll 17 is provided above the swing scroll 16. Spiral teeth are formed on the lower surface portion of the fixed scroll 17, and the fixed scroll 17 is arranged so that the spiral teeth of the fixed scroll 17 and the spiral teeth on the upper surface side of the swing scroll 16 are combined. By combining the spiral teeth of the fixed scroll 17 and the spiral teeth on the upper surface side of the swing scroll 16, the compression chamber 17 a is interposed between the spiral teeth of the fixed scroll 17 and the spiral teeth on the upper surface side of the swing scroll 16. Is formed. A fixed scroll 18 is provided below the swing scroll 16. Spiral teeth are formed on the upper surface portion of the fixed scroll 18, and the fixed scroll 18 is arranged so that the spiral teeth of the fixed scroll 18 and the spiral teeth on the lower surface side of the swing scroll 16 are combined. By combining the spiral teeth of the fixed scroll 18 and the spiral teeth on the lower surface side of the swing scroll 16, the expansion chamber 18 a is interposed between the spiral teeth of the fixed scroll 18 and the spiral teeth on the lower surface side of the swing scroll 16. Is formed.
Further, an Oldham ring 24 that prevents the swing scroll 16 from rotating is provided between the swing scroll 16 and the fixed scroll 17.

駆動軸7は、揺動スクロール16、固定スクロール17及び固定スクロール18を貫通して設けられている。
より詳しくは、駆動軸7は、固定スクロール17の上軸受27と固定スクロール18の下軸受28とに支持されている。また、揺動スクロール16の揺動軸受29にはスライダー15が設けられており、駆動軸7はスライダー15を貫通するように設けられている。つまり、駆動軸7は、スライダー15を介して、揺動スクロール16の揺動軸受29に支持されている。スライダー15は駆動軸7の中心軸から偏心した構成となっている。これにより、揺動スクロール16を固定スクロール17及び固定スクロール18の半径方向側に押付け、スクロール側面隙間(固定スクロール17,18の渦巻歯側面と揺動スクロール16の渦巻歯側面との間に形成される隙間)の低減を図る構造としている。
また、駆動軸7の両端近傍には上バランスウェイト19及び下バランスウェイト20が設置され、揺動スクロール16の遠心力によるアンバランスを相殺する構造となっている。
The drive shaft 7 is provided through the rocking scroll 16, the fixed scroll 17, and the fixed scroll 18.
More specifically, the drive shaft 7 is supported by an upper bearing 27 of the fixed scroll 17 and a lower bearing 28 of the fixed scroll 18. Further, the slider 15 is provided on the rocking bearing 29 of the rocking scroll 16, and the drive shaft 7 is provided so as to penetrate the slider 15. That is, the drive shaft 7 is supported by the rocking bearing 29 of the rocking scroll 16 via the slider 15. The slider 15 is configured to be eccentric from the central axis of the drive shaft 7. Thus, the orbiting scroll 16 is pressed against the radial direction of the fixed scroll 17 and the fixed scroll 18, and the scroll side surface gap (formed between the spiral tooth side surface of the fixed scrolls 17 and 18 and the spiral tooth side surface of the orbiting scroll 16 is formed. The gap is reduced.
Further, an upper balance weight 19 and a lower balance weight 20 are installed in the vicinity of both ends of the drive shaft 7 so as to cancel the unbalance due to the centrifugal force of the swing scroll 16.

また、駆動軸7の下端部には、油ポンプ22が設けられている。駆動軸7が回転することにより、密閉容器30の下部に貯留された油31は、駆動軸7に形成された給油孔(図示せず)に吸入される。そして給油孔に吸入された油31は、各軸受部に供給される。   An oil pump 22 is provided at the lower end of the drive shaft 7. As the drive shaft 7 rotates, the oil 31 stored in the lower portion of the sealed container 30 is sucked into an oil supply hole (not shown) formed in the drive shaft 7. Then, the oil 31 sucked into the oil supply hole is supplied to each bearing portion.

また、膨張・圧縮ユニット50には、中間冷却器2から流出した冷媒を圧縮室17aに導くための吸入管17b、圧縮室17aから流出した冷媒を放熱器3へ導くための吐出管17c、放熱器3から流出した冷媒を膨張室18aに導くための吸入管18b、及び膨張室18aから流出した冷媒を蒸発器4へ導くための吐出管18cが設けられている。
より詳しくは、吐出管17cは、圧縮室17aの吐出口の下流側に形成された空間と連通するように設けられている。この圧縮室17aの吐出口には、吐出弁21が設けられている。また、吐出管18cは、膨張室18aの吐出口の下流側に形成された空間(揺動スクロール16の外周側に形成された空間)と連通するように設けられている。
The expansion / compression unit 50 includes a suction pipe 17b for guiding the refrigerant flowing out from the intercooler 2 to the compression chamber 17a, a discharge pipe 17c for guiding the refrigerant flowing out from the compression chamber 17a to the radiator 3, and heat dissipation. A suction pipe 18b for guiding the refrigerant flowing out of the chamber 3 to the expansion chamber 18a and a discharge pipe 18c for guiding the refrigerant flowing out of the expansion chamber 18a to the evaporator 4 are provided.
More specifically, the discharge pipe 17c is provided so as to communicate with a space formed on the downstream side of the discharge port of the compression chamber 17a. A discharge valve 21 is provided at the discharge port of the compression chamber 17a. Further, the discharge pipe 18c is provided so as to communicate with a space formed on the downstream side of the discharge port of the expansion chamber 18a (a space formed on the outer peripheral side of the swing scroll 16).

つまり、膨張・圧縮ユニット50は、揺動スクロール16の上面部と固定スクロール17によってサブ圧縮機5が構成され、揺動スクロール16の下面部と固定スクロール18によって膨張機6が構成されている。換言すると、吸入管18bを介して膨張室18aに流入した冷媒が吐出管18cから吐出される過程(膨張過程)において、駆動軸7が駆動する(動力が回収される)。そして、駆動軸7が駆動することにより、吸入管17bを介して圧縮室17aに流入した冷媒が圧縮される。   That is, in the expansion / compression unit 50, the sub compressor 5 is configured by the upper surface portion of the swing scroll 16 and the fixed scroll 17, and the expander 6 is configured by the lower surface portion of the swing scroll 16 and the fixed scroll 18. In other words, the drive shaft 7 is driven (power is recovered) in the process (expansion process) in which the refrigerant flowing into the expansion chamber 18a through the suction pipe 18b is discharged from the discharge pipe 18c. And when the drive shaft 7 drives, the refrigerant | coolant which flowed into the compression chamber 17a via the suction pipe 17b is compressed.

また、膨張・圧縮ユニット50には、チップシール23、外周シールリング25及び内周シールリング26が設けられている。チップシール23は、揺動スクロール16、固定スクロール17及び固定スクロール17に形成された各渦巻歯の先端部に設けられている。これにより、揺動スクロール16と固定スクロール17との間の軸方向隙間、及び揺動スクロール16と固定スクロール18との間の軸方向隙間の低減を図っている。外周シールリング25は、揺動スクロール16の外周側に設けられ、圧縮室17aの吸入側と膨張室18aの吐出側とをシールする。内周シールリング26は、揺動スクロール16の内周側に設けられ、膨張室18aの吸入側と密閉容器30内の空間とをシールしている。   The expansion / compression unit 50 is provided with a tip seal 23, an outer peripheral seal ring 25, and an inner peripheral seal ring 26. The tip seal 23 is provided at the tip of each swirl tooth formed on the orbiting scroll 16, the fixed scroll 17 and the fixed scroll 17. Thereby, the axial clearance between the orbiting scroll 16 and the fixed scroll 17 and the axial clearance between the orbiting scroll 16 and the fixed scroll 18 are reduced. The outer peripheral seal ring 25 is provided on the outer peripheral side of the orbiting scroll 16, and seals the suction side of the compression chamber 17a and the discharge side of the expansion chamber 18a. The inner circumferential seal ring 26 is provided on the inner circumferential side of the swing scroll 16 and seals the suction side of the expansion chamber 18 a and the space in the sealed container 30.

なお、吐出弁21は、サブ圧縮機5の吐出側に設けた第1逆止弁13の代用として用いてもよい。その場合は、第1逆止弁13を設けない回路構成としてもよい。   The discharge valve 21 may be used as a substitute for the first check valve 13 provided on the discharge side of the sub compressor 5. In that case, a circuit configuration in which the first check valve 13 is not provided may be employed.

次に、膨張機6を起動させる際の運転動作を説明する。
図3は、本発明の実施の形態1に係る冷凍空調装置の制御動作を示すフローチャートである。
ユーザーから制御装置60へ運転指令が入力されると(ステップS1)、制御装置60は、第1開閉弁10及び第2膨張弁12を開状態とし、第1膨張弁14を閉状態にする(ステップS2)。そして、制御装置60は、メイン圧縮機1を始動する(ステップS3)。メイン圧縮機1で圧縮された冷媒は、中間冷却器2で冷却され、中間冷却器2から流出する。このとき、サブ圧縮機5と膨張機6は停止しているため、中間冷却器2から流出した冷媒は、第2バイパス管11及び第2膨張弁12を通過し、蒸発器4で加熱されたのち、メイン圧縮機1に吸入される。このとき、制御装置60は、第2膨張弁12の開度を制御することで、メイン圧縮機1の吐出圧力及び吸入圧力を所定の圧力に制御している(ステップS4)。
Next, the driving | operation operation | movement at the time of starting the expander 6 is demonstrated.
FIG. 3 is a flowchart showing the control operation of the refrigerating and air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
When an operation command is input from the user to the control device 60 (step S1), the control device 60 opens the first on-off valve 10 and the second expansion valve 12 and closes the first expansion valve 14 ( Step S2). Then, the control device 60 starts the main compressor 1 (step S3). The refrigerant compressed by the main compressor 1 is cooled by the intermediate cooler 2 and flows out from the intermediate cooler 2. At this time, since the sub compressor 5 and the expander 6 are stopped, the refrigerant flowing out from the intercooler 2 passes through the second bypass pipe 11 and the second expansion valve 12 and is heated by the evaporator 4. After that, it is sucked into the main compressor 1. At this time, the control device 60 controls the opening pressure of the second expansion valve 12 to control the discharge pressure and the suction pressure of the main compressor 1 to predetermined pressures (step S4).

サブ圧縮機5及び膨張機6が起動する前の状態においては、サブ圧縮機5の吸入側には、メイン圧縮機1の吐出圧力から中間冷却器2を通過する際に生じる圧力損失分だけ低い圧力が作用する。そして、サブ圧縮機5の吸入側に到達した冷媒は、固定スクロール17と揺動スクロール16の間のすき間を通過する。これにより、サブ圧縮機5の吐出側にも吸入側と同じ圧力が作用し、サブ圧縮機5は一定の圧力(メイン圧縮機1の吐出圧力から中間冷却器2を通過する際に生じる圧力損失分だけ低い圧力)で均圧される。サブ圧縮機5が均圧されるため、サブ圧縮機5の吸入側と吐出側で圧力差が作用することがない。このため、この圧力差によって発生するラジアル荷重等の抵抗力が、駆動軸7に作用することがない。つまり、膨張機6の起動を阻害する要因となる抵抗力が作用しないので、膨張機6の起動性を向上することができる(膨張機6を安定して起動することができる)。   In a state before the sub compressor 5 and the expander 6 are activated, the suction side of the sub compressor 5 is lower than the discharge pressure of the main compressor 1 by the pressure loss generated when passing through the intermediate cooler 2. Pressure acts. Then, the refrigerant that has reached the suction side of the sub compressor 5 passes through the gap between the fixed scroll 17 and the swing scroll 16. As a result, the same pressure as the suction side acts on the discharge side of the sub-compressor 5, and the sub-compressor 5 has a constant pressure (pressure loss generated when passing through the intermediate cooler 2 from the discharge pressure of the main compressor 1. The pressure is equalized at a lower pressure). Since the sub compressor 5 is pressure-equalized, no pressure difference acts between the suction side and the discharge side of the sub compressor 5. For this reason, a resistance force such as a radial load generated by the pressure difference does not act on the drive shaft 7. That is, since the resistance force that inhibits the start of the expander 6 does not act, the startability of the expander 6 can be improved (the expander 6 can be started stably).

また、サブ圧縮機5及び膨張機6が起動する前の状態においては、膨張機6の吸入側には、メイン圧縮機1で吐出された冷媒が第1バイパス管9及び第1開閉弁10を通過して直接作用する。このため、膨張機6の吐出側の圧力は、メイン圧縮機1の吐出圧力となる。なお、サブ圧縮機5の吐出側に第1逆止弁13を設けているため、メイン圧縮機1の吐出圧力がサブ圧縮機5に作用することがない。また、膨張機6の吐出側に設けた第1膨張弁14が閉じた状態であるため、固定スクロール18と揺動スクロール16の間のすき間を冷媒が通過し、膨張機6の吐出側にも膨張機6の吸入側と同じ圧力が作用する。このため、膨張機6は、膨張機6の吸入側圧力であるメイン圧縮機1の吐出圧力で均圧される。   In the state before the sub compressor 5 and the expander 6 are activated, the refrigerant discharged from the main compressor 1 passes through the first bypass pipe 9 and the first on-off valve 10 on the suction side of the expander 6. Acts directly through. For this reason, the pressure on the discharge side of the expander 6 becomes the discharge pressure of the main compressor 1. Since the first check valve 13 is provided on the discharge side of the sub compressor 5, the discharge pressure of the main compressor 1 does not act on the sub compressor 5. Further, since the first expansion valve 14 provided on the discharge side of the expander 6 is in a closed state, the refrigerant passes through the gap between the fixed scroll 18 and the swing scroll 16, and also on the discharge side of the expander 6. The same pressure as the suction side of the expander 6 acts. For this reason, the expander 6 is equalized by the discharge pressure of the main compressor 1 that is the suction side pressure of the expander 6.

このときの揺動スクロール16に作用する圧力を、模式的に図4に示す。図4に示すように、揺動スクロール16の下面部(膨張機6側)には、メイン圧縮機1の吐出圧力Aが作用する。一方、揺動スクロール16の上面部(サブ圧縮機5側)には、メイン圧縮機1の吐出圧力から中間冷却器2を通過する際に生じる圧力損失分だけ低い圧力Bが作用する。中間冷却器2の圧力損失分だけ揺動スクロール16の上面部(サブ圧縮機5側)に作用する圧力が低いため、揺動スクロール16に作用するスラスト荷重C(軸方向荷重)は、上向きに作用する。つまり、揺動スクロール16は固定スクロール17に押付けられた状態となる。このとき、制御装置60は、揺動スクロール16の下面部(膨張機6側)に作用する圧力が所定の圧力となるように、第2膨張弁12の開度を制御する(ステップS4)。また、制御装置60は、揺動スクロール16の上面部(サブ圧縮機5側)に作用する圧力が所定の圧力となるように、メイン圧縮機1の回転数等を制御する(ステップS4)。つまり、制御装置60は、メイン圧縮機1の回転数等を変更することで冷媒循環量を変更し、中間冷却器2で生じる圧力損失を調整することによって、揺動スクロール16の上面部(サブ圧縮機5側)に作用する圧力が所定の圧力となるように制御している。   The pressure acting on the orbiting scroll 16 at this time is schematically shown in FIG. As shown in FIG. 4, the discharge pressure A of the main compressor 1 acts on the lower surface portion (the expander 6 side) of the orbiting scroll 16. On the other hand, a pressure B lower than the discharge pressure of the main compressor 1 by a pressure loss generated when passing through the intermediate cooler 2 acts on the upper surface portion (sub compressor 5 side) of the swing scroll 16. Since the pressure acting on the upper surface portion (sub compressor 5 side) of the orbiting scroll 16 is low by the pressure loss of the intercooler 2, the thrust load C (axial load) acting on the orbiting scroll 16 is upward. Works. That is, the swing scroll 16 is pressed against the fixed scroll 17. At this time, the control device 60 controls the opening degree of the second expansion valve 12 so that the pressure acting on the lower surface portion (the expander 6 side) of the orbiting scroll 16 becomes a predetermined pressure (step S4). Further, the control device 60 controls the rotational speed and the like of the main compressor 1 so that the pressure acting on the upper surface portion (sub compressor 5 side) of the orbiting scroll 16 becomes a predetermined pressure (step S4). That is, the control device 60 changes the refrigerant circulation amount by changing the number of revolutions of the main compressor 1 and adjusts the pressure loss generated in the intermediate cooler 2, so The pressure acting on the compressor 5 side) is controlled to be a predetermined pressure.

ステップS5では、制御装置60は、サブ圧縮機5及び膨張機6が均圧されたか否かを判定する。制御装置60は、サブ圧縮機5及び膨張機6が均圧されていると判断すると、第1膨張弁14を開く(所定の開度に制御する)。また、制御装置60は、サブ圧縮機5及び膨張機6が均圧されていないと判断すると、ステップS4に戻り、第2膨張弁12の開度制御及びメイン圧縮機1の回転数制御を継続する。
なお、本実施の形態1では、例えばサブ圧縮機5の吸入側配管及び吐出側配管に圧力計を設け、これら圧力計の検出値の差が所定範囲となった場合、制御装置60はサブ圧縮機5が均圧されたと判定している。また、例えば膨張機6の吸入側配管及び吐出側配管に圧力計を設け、これら圧力計の検出値の差が所定範囲となった場合、制御装置60は膨張機6が均圧されたと判定している。
In step S5, the control device 60 determines whether or not the sub compressor 5 and the expander 6 are equalized. When the control device 60 determines that the sub compressor 5 and the expander 6 are equalized, the control device 60 opens the first expansion valve 14 (controls it to a predetermined opening degree). If the control device 60 determines that the sub compressor 5 and the expander 6 are not pressure-equalized, the control device 60 returns to step S4 and continues the opening control of the second expansion valve 12 and the rotation speed control of the main compressor 1. To do.
In the first embodiment, for example, when a pressure gauge is provided in the suction side pipe and the discharge side pipe of the sub compressor 5, and the difference between the detected values of these pressure gauges falls within a predetermined range, the control device 60 performs the sub compression. It is determined that the machine 5 is equalized. Further, for example, when a pressure gauge is provided in the suction side pipe and the discharge side pipe of the expander 6 and the difference between the detected values of these pressure gauges falls within a predetermined range, the control device 60 determines that the pressure in the expander 6 is equalized. ing.

第1膨張弁14が開かれると、膨張機6の吐出側の圧力は、蒸発器4の入口側圧力まで降下していく。そして、最終的には、膨張機6の吐出側の圧力と蒸発器4の入口側圧力は同じとなる。   When the first expansion valve 14 is opened, the pressure on the discharge side of the expander 6 drops to the pressure on the inlet side of the evaporator 4. Finally, the pressure on the discharge side of the expander 6 and the pressure on the inlet side of the evaporator 4 are the same.

第1膨張弁14を開いた後の揺動スクロール16に作用する圧力を、模式的に図5に示す。図5に示すように、揺動スクロール16の上面部(サブ圧縮機5側)に作用する圧力は、メイン圧縮機1の吐出圧力から中間冷却器2を通過する際に生じる圧力損失分だけ低い圧力Bとなり、第1膨張弁14を開く前と変化はない。しかしながら、揺動スクロール16の下面部(膨張機6側)に作用する圧力は、第1膨張弁14を開くことで、揺動スクロール16の外周側の圧力が下がることとなる。つまり、揺動スクロール16の外周側の圧力は、吸入側圧力(メイン圧縮機1の吐出圧力)と吐出側圧力(蒸発器4の入口側圧力)との間の圧力Dとなる。揺動スクロール16の外周側の圧力が下がることで、揺動スクロール16を上向きに押上げる荷重が小さくなる。このため、揺動スクロール16に作用するスラスト荷重Cは、第1膨張弁14を開く前と逆の方向である下向きに作用する。したがって、揺動スクロール16は、固定スクロール18に押付けられることとなる。   FIG. 5 schematically shows the pressure acting on the orbiting scroll 16 after the first expansion valve 14 is opened. As shown in FIG. 5, the pressure acting on the upper surface portion (sub compressor 5 side) of the orbiting scroll 16 is lower than the discharge pressure of the main compressor 1 by the pressure loss generated when passing through the intermediate cooler 2. The pressure B is the same as before the first expansion valve 14 is opened. However, the pressure acting on the lower surface (the expander 6 side) of the orbiting scroll 16 decreases the pressure on the outer peripheral side of the orbiting scroll 16 by opening the first expansion valve 14. That is, the pressure on the outer peripheral side of the orbiting scroll 16 is a pressure D between the suction side pressure (discharge pressure of the main compressor 1) and the discharge side pressure (inlet side pressure of the evaporator 4). As the pressure on the outer peripheral side of the orbiting scroll 16 decreases, the load that pushes the orbiting scroll 16 upward decreases. For this reason, the thrust load C acting on the orbiting scroll 16 acts downward, which is the opposite direction to that before opening the first expansion valve 14. Therefore, the orbiting scroll 16 is pressed against the fixed scroll 18.

ここで、揺動スクロール16に作用するスラスト荷重Cの方向が上向きから下向きに逆転する瞬間は、揺動スクロール16に対してスラスト荷重Cが作用しない。また、スラスト荷重Cの方向が逆転する前後の時間では、揺動スクロール16に作用するスラスト荷重Cが極めて小さくなる。揺動スクロール16に対してスラスト荷重Cが作用しない若しくは極めて小さくなることで、揺動スクロール16、固定スクロール17及び固定スクロール18に形成された各渦巻歯先端に生じる摩擦力が小さくなる。この摩擦力は、膨張機6の起動を阻害する抵抗力の主要な要因である。したがって、固定スクロール17及び固定スクロール18に形成された各渦巻歯先端に生じる摩擦力を低減することにより、さらに安定して膨張機6を起動することができる。ここで、本実施の形態1では、制御装置60が第1膨張弁14の開度を制御することにより、揺動スクロール16に作用するスラスト荷重Cを制御している(ステップS6)。なお、第1膨張弁14を開いてからの時間等で揺動スクロール16に作用するスラスト荷重Cを制御する場合、第1膨張弁14を電磁弁のような開閉弁で構成してもよい。   Here, the thrust load C does not act on the orbiting scroll 16 at the moment when the direction of the thrust load C acting on the orbiting scroll 16 reverses from upward to downward. Further, the thrust load C acting on the orbiting scroll 16 becomes extremely small before and after the direction of the thrust load C is reversed. Since the thrust load C does not act on the rocking scroll 16 or becomes extremely small, the frictional force generated at the tips of the spiral teeth formed on the rocking scroll 16, the fixed scroll 17, and the fixed scroll 18 is reduced. This frictional force is a main factor of the resistance force that inhibits the start-up of the expander 6. Therefore, the expander 6 can be started more stably by reducing the frictional force generated at the tips of the spiral teeth formed on the fixed scroll 17 and the fixed scroll 18. Here, in the first embodiment, the control device 60 controls the thrust load C acting on the orbiting scroll 16 by controlling the opening degree of the first expansion valve 14 (step S6). In addition, when controlling the thrust load C which acts on the rocking scroll 16 by the time after opening the 1st expansion valve 14, you may comprise the 1st expansion valve 14 with an on-off valve like a solenoid valve.

制御装置60は、膨張機6の起動を検出すると(ステップS7)、第1開閉弁10及び第2膨張弁12を閉じる(ステップS8)。そして、制御装置60は、定常運転に移行する(ステップS9)。なお、膨張機6の起動の検出方法は、種々の方法が可能である。例えば駆動軸7の回転を検出する回転検出装置を設け、この回転検出装置の検出値に基づいて膨張機6の起動を検出してもよい。
定常運転後の第1膨張弁14の開度は、制御装置60により、サイクル運転状態に応じて制御される。
When detecting the start of the expander 6 (step S7), the control device 60 closes the first on-off valve 10 and the second expansion valve 12 (step S8). And the control apparatus 60 transfers to a steady operation (step S9). Note that various methods can be used for detecting the start of the expander 6. For example, a rotation detection device that detects the rotation of the drive shaft 7 may be provided, and activation of the expander 6 may be detected based on a detection value of the rotation detection device.
The opening degree of the first expansion valve 14 after the steady operation is controlled by the control device 60 according to the cycle operation state.

以上、このように構成された冷凍空調装置100においては、第1バイパス管9、第1開閉弁10、第2バイパス管11、第2膨張弁12、第1逆止弁13、及び第1膨張弁14を設けている。このため、膨張機6が起動する前において、サブ圧縮機5が均圧されるので、サブ圧縮機5の吸入側と吐出側で圧力差が作用することがない。つまり、この圧力差によって発生するラジアル荷重等の抵抗力が、駆動軸7に作用することがない。したがって、膨張機6の起動を阻害する要因となる抵抗力が作用しないので、膨張機6の起動性を向上することができる(膨張機6を安定して起動することができる)。   As described above, in the refrigerating and air-conditioning apparatus 100 configured as described above, the first bypass pipe 9, the first on-off valve 10, the second bypass pipe 11, the second expansion valve 12, the first check valve 13, and the first expansion valve. A valve 14 is provided. For this reason, since the sub compressor 5 is pressure-equalized before the expander 6 starts, a pressure difference does not act on the suction side and the discharge side of the sub compressor 5. That is, a resistance force such as a radial load generated by this pressure difference does not act on the drive shaft 7. Therefore, since the resistance force that hinders the start of the expander 6 does not act, the startability of the expander 6 can be improved (the expander 6 can be started stably).

また、膨張機6及びサブ圧縮機5は、背面合わせの両面スクロール型として一体形成されている。このため、固定スクロール17及び固定スクロール18に形成された各渦巻歯先端に生じる摩擦力を低減することができる。したがって、さらに安定して膨張機6を起動することができる。   The expander 6 and the sub compressor 5 are integrally formed as a back-to-back double-side scroll type. For this reason, the frictional force generated at the tips of the spiral teeth formed on the fixed scroll 17 and the fixed scroll 18 can be reduced. Therefore, the expander 6 can be started more stably.

また、本実施の形態1に係る冷凍空調装置100は、冷媒として二酸化炭素を用いている。冷媒に二酸化炭素を用いた場合、動作圧力が高圧のため、揺動スクロール16に作用するスラスト荷重Cも非常に大きくなる。このため、スラスト荷重Cを低減させて膨張機6の起動を行う冷凍空調装置100は、従来の二酸化炭素冷媒を用いた冷凍空調装置と比較して、膨張機6の起動性を著しく向上することができる。   Moreover, the refrigerating and air-conditioning apparatus 100 according to Embodiment 1 uses carbon dioxide as a refrigerant. When carbon dioxide is used as the refrigerant, since the operating pressure is high, the thrust load C acting on the orbiting scroll 16 becomes very large. For this reason, the refrigerating and air-conditioning apparatus 100 that starts the expander 6 by reducing the thrust load C significantly improves the startability of the expander 6 as compared with the conventional refrigerating and air-conditioning apparatus using carbon dioxide refrigerant. Can do.

なお、本実施の形態1では、膨張機6及びサブ圧縮機5を背面合わせの両面スクロール型として一体形成したが、膨張機6及びサブ圧縮機5を別々に形成しても勿論よい。また、膨張機6は、スクロール型に限らず、ロータリー型、マルチベーン型又はスクリュー型等の膨張機としてもよい。サブ圧縮機5も、スクロール型に限らず、ロータリー型、マルチベーン型又はスクリュー型等の圧縮機としてもよい。また、膨張機6からサブ圧縮機5への動力伝達は、駆動軸7に限らず、ベルト等によって伝達してもよい。
このように構成しても、膨張機6の起動を阻害する要因となる抵抗力が作用しないので、膨張機6の起動性を向上することができる(膨張機6を安定して起動することができる)。
In the first embodiment, the expander 6 and the sub compressor 5 are integrally formed as a back-to-back double-side scroll type, but the expander 6 and the sub compressor 5 may be formed separately. The expander 6 is not limited to the scroll type, and may be a rotary type, a multi-vane type, a screw type, or the like. The sub compressor 5 is not limited to the scroll type, and may be a rotary type, a multi-vane type, a screw type or the like. The power transmission from the expander 6 to the sub compressor 5 is not limited to the drive shaft 7 and may be transmitted by a belt or the like.
Even if it comprises in this way, since the resistance force which becomes a factor which inhibits starting of the expander 6 does not act, the startability of the expander 6 can be improved (the expander 6 can be started stably). it can).

また、本実施の形態1では第1逆止弁13を放熱器3の冷媒流入側に設けたが、放熱器3の冷媒流出側(より詳しくは、放熱器3の冷媒流出側であって、放熱器3と膨張機6との間における第1バイパス管9の接続部よりも冷媒流れ上流側)に第1逆止弁13を設けてもよい。   Further, in the first embodiment, the first check valve 13 is provided on the refrigerant inflow side of the radiator 3, but the refrigerant outflow side of the radiator 3 (more specifically, on the refrigerant outflow side of the radiator 3, You may provide the 1st non-return valve 13 in the refrigerant | coolant flow upstream rather than the connection part of the 1st bypass pipe 9 between the heat radiator 3 and the expander 6. FIG.

実施の形態2.
以下の構成を追加することにより、膨張機6を起動するまでの時間を短縮することが可能となる。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同一の構成要素は同符号で示し、その説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
By adding the following configuration, the time until the expander 6 is started can be shortened. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図6は、本発明の実施の形態2に係る冷凍空調装置の冷媒回路構成図である。
本実施の形態2に係る冷凍空調装置101は、実施の形態1で示した冷凍空調装置100の構成に、第3バイパス管40及び第2逆止弁41が追加されている。その他の構成は、実施の形態1で示した冷凍空調装置100の構成と同じである。
FIG. 6 is a refrigerant circuit configuration diagram of the refrigerating and air-conditioning apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
In the refrigeration air conditioner 101 according to the second embodiment, a third bypass pipe 40 and a second check valve 41 are added to the configuration of the refrigeration air conditioner 100 shown in the first embodiment. Other configurations are the same as those of the refrigerating and air-conditioning apparatus 100 shown in the first embodiment.

第3バイパス管40は、一方の端部が中間冷却器2とサブ圧縮機5との間(サブ圧縮機5の吸入側)に接続され、他方の端部がサブ圧縮機5と第1逆止弁13との間(サブ圧縮機5の吐出側)に接続されている。なお、第3バイパス管40の他方の端部の接続位置は、図6に示す位置に限定されるものではない。第1逆止弁13が放熱器3の冷媒流出側に設けられている場合、第3バイパス管40の他方の端部を放熱器3の冷媒流出側に接続してもよい。つまり、第3バイパス管40の他方の端部の接続位置は、サブ圧縮機5と第1逆止弁13との間であればよい。   One end of the third bypass pipe 40 is connected between the intermediate cooler 2 and the sub compressor 5 (the suction side of the sub compressor 5), and the other end is connected to the sub compressor 5 in the first reverse direction. It is connected between the stop valve 13 (the discharge side of the sub compressor 5). The connection position of the other end of the third bypass pipe 40 is not limited to the position shown in FIG. When the first check valve 13 is provided on the refrigerant outflow side of the radiator 3, the other end of the third bypass pipe 40 may be connected to the refrigerant outflow side of the radiator 3. That is, the connection position of the other end of the third bypass pipe 40 may be between the sub compressor 5 and the first check valve 13.

また、第2逆止弁41は、第3バイパス管40に設けられている。この第2逆止弁41は、サブ圧縮機5の吐出側から吸入側への冷媒流れを規制している。   The second check valve 41 is provided in the third bypass pipe 40. The second check valve 41 regulates the refrigerant flow from the discharge side to the suction side of the sub compressor 5.

このように構成された冷凍空調装置101は、サブ圧縮機5及び膨張機6が起動する前の状態において、以下のような動作となる。
サブ圧縮機5及び膨張機6が起動する前の状態においては、サブ圧縮機5の吸入側には、メイン圧縮機1の吐出圧力から中間冷却器2を通過する際に生じる圧力損失分だけ低い圧力が作用する。そして、サブ圧縮機5の吸入側に到達した冷媒は、固定スクロール17と揺動スクロール16の間のすき間を通過し、サブ圧縮機5の吐出側に流入する。このとき、本実施の形態2では第3バイパス管40を設けているので、サブ圧縮機5の吸入側に到達した冷媒は、第3バイパス管40を通ってサブ圧縮機5の吐出側に流入することもできる。このため、サブ圧縮機5の均圧が早くなり、メイン圧縮機1の始動から膨張機6を起動するまでの時間を短縮することができる。
また、第2逆止弁41が設けられているので、定常運転に移行した後、サブ圧縮機5から吐出された冷媒がサブ圧縮機5の吸入側に逆流することを防止することができる。
The refrigerating and air-conditioning apparatus 101 configured as described above operates as follows in a state before the sub compressor 5 and the expander 6 are activated.
In a state before the sub compressor 5 and the expander 6 are activated, the suction side of the sub compressor 5 is lower than the discharge pressure of the main compressor 1 by the pressure loss generated when passing through the intermediate cooler 2. Pressure acts. Then, the refrigerant that has reached the suction side of the sub compressor 5 passes through the gap between the fixed scroll 17 and the swing scroll 16 and flows into the discharge side of the sub compressor 5. At this time, since the third bypass pipe 40 is provided in the second embodiment, the refrigerant that has reached the suction side of the sub compressor 5 flows into the discharge side of the sub compressor 5 through the third bypass pipe 40. You can also For this reason, the pressure equalization of the sub compressor 5 is accelerated, and the time from the start of the main compressor 1 to the start of the expander 6 can be shortened.
In addition, since the second check valve 41 is provided, it is possible to prevent the refrigerant discharged from the sub compressor 5 from flowing back to the suction side of the sub compressor 5 after shifting to the steady operation.

1 メイン圧縮機、2 中間冷却器、3 放熱器、4 蒸発器、5 サブ圧縮機、6 膨張機、7 駆動軸、8 モーター、9 第1バイパス管、10 第1開閉弁、11 第2バイパス管、12 第2膨張弁、13 第1逆止弁、14 第1膨張弁、15 スライダー、16 揺動スクロール、17 固定スクロール、17a 圧縮室、17b 吸入管、17c 吐出管、18 固定スクロール、18a 膨張室、18b 吸入管、18c 吐出管、19 上バランスウェイト、20 下バランスウェイト、21 吐出弁、22 油ポンプ、23 チップシール、24 オルダムリング、25 外周シール、26 内周シール、27 上軸受、28 下軸受、29 揺動軸受、30 密閉容器、31 油、40 第3バイパス管、41 第2逆止弁、50 膨張・圧縮ユニット、60 制御装置、100 冷凍空調装置、101 冷凍空調装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main compressor, 2 Intermediate cooler, 3 Heat radiator, 4 Evaporator, 5 Sub compressor, 6 Expander, 7 Drive shaft, 8 Motor, 9 1st bypass pipe, 10 1st on-off valve, 11 2nd bypass Pipe, 12 second expansion valve, 13 first check valve, 14 first expansion valve, 15 slider, 16 swing scroll, 17 fixed scroll, 17a compression chamber, 17b suction pipe, 17c discharge pipe, 18 fixed scroll, 18a Expansion chamber, 18b Suction pipe, 18c Discharge pipe, 19 Upper balance weight, 20 Lower balance weight, 21 Discharge valve, 22 Oil pump, 23 Tip seal, 24 Oldham ring, 25 Outer seal, 26 Inner seal, 27 Upper bearing, 28 Lower bearing, 29 Swing bearing, 30 Sealed container, 31 Oil, 40 Third bypass pipe, 41 Second check valve, 50 Expansion / compression Knit, 60 control unit, 100 refrigeration air conditioning system, 101 refrigeration air conditioning system.

Claims (5)

メイン圧縮機、中間冷却器、放熱器、膨張機、及び蒸発器が順次配管接続された冷凍サイクル回路と、
前記中間冷却器と前記放熱器との間に設けられ、前記膨張機で回収された動力によって駆動されるサブ圧縮機と、
を備えた冷凍空調装置において、
前記膨張機と前記蒸発器との間に設けられた第1膨張弁と、
一方の端部が前記放熱器と前記膨張機との間に接続され、他方の端部が前記メイン圧縮機と前記中間冷却器との間に接続された第1バイパス管と、
該第1バイパス管に設けられた第1開閉弁と、
一方の端部が前記中間冷却器と前記サブ圧縮機との間に接続され、他方の端部が前記第1膨張弁と前記蒸発器との間に接続された第2バイパス管と、
該第2バイパス管に設けられた第2膨張弁と、
前記サブ圧縮機と前記第1バイパス管の前記一方の端部の接続部との間に設けられ、前記第1バイパス管から前記サブ圧縮機への冷媒流れを規制する第1逆止弁と、
を備えたことを特徴とする冷凍空調装置。
A refrigeration cycle circuit in which a main compressor, an intercooler, a radiator, an expander, and an evaporator are sequentially connected by piping;
A sub-compressor provided between the intermediate cooler and the radiator and driven by power recovered by the expander;
In the refrigeration air conditioner with
A first expansion valve provided between the expander and the evaporator;
A first bypass pipe having one end connected between the radiator and the expander, and the other end connected between the main compressor and the intercooler;
A first on-off valve provided in the first bypass pipe;
A second bypass pipe having one end connected between the intermediate cooler and the sub-compressor and the other end connected between the first expansion valve and the evaporator;
A second expansion valve provided in the second bypass pipe;
A first check valve provided between the sub-compressor and a connection portion of the one end of the first bypass pipe, and regulating a refrigerant flow from the first bypass pipe to the sub-compressor;
A refrigeration air conditioner characterized by comprising:
一方の端部が前記中間冷却器と前記サブ圧縮機との間に接続され、他方の端部が前記サブ圧縮機と前記第1逆止弁との間に接続された第3バイパス管と、
該第3バイパス管に設けられ、前記第3バイパス管の一方の端部から前記第3バイパス管の他方の端部への冷媒流れを規制する第2逆止弁と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の冷凍空調装置。
A third bypass pipe having one end connected between the intermediate cooler and the sub-compressor and the other end connected between the sub-compressor and the first check valve;
A second check valve provided in the third bypass pipe for regulating a refrigerant flow from one end of the third bypass pipe to the other end of the third bypass pipe;
The refrigerating and air-conditioning apparatus according to claim 1, further comprising:
前記膨張機はスクロール型の膨張機であり、
前記サブ圧縮機はスクロール型の圧縮機であり、
前記膨張機は、揺動スクロールの一方の面側に形成され、
前記サブ圧縮機は、前記揺動スクロールの他方面側に形成され、
前記膨張機及び前記サブ圧縮機は、背面合わせの両面スクロール型として一体形成されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の冷凍空調装置。
The expander is a scroll type expander,
The sub compressor is a scroll type compressor,
The expander is formed on one surface side of the orbiting scroll,
The sub compressor is formed on the other surface side of the orbiting scroll,
The refrigerating and air-conditioning apparatus according to claim 1 or 2, wherein the expander and the sub-compressor are integrally formed as a back-to-back double-side scroll type.
前記第1開閉弁及び第2膨張弁を開状態とし、前記第1膨張弁を閉状態として、前記メイン圧縮機を始動させて冷媒を循環させ、
前記第2膨張弁の開度を操作して前記メイン圧縮機の前後に所定の圧力差を生じさせた後、前記第1膨張弁を開けて前記膨張機の前後に圧力差を生じさせることで、前記膨張機を起動させることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。
The first on-off valve and the second expansion valve are opened, the first expansion valve is closed, the main compressor is started to circulate the refrigerant,
By operating the opening of the second expansion valve to generate a predetermined pressure difference before and after the main compressor, the first expansion valve is opened to generate a pressure difference before and after the expander. The refrigerating and air-conditioning apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the expander is activated.
冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。   The refrigerating and air-conditioning apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein carbon dioxide is used as the refrigerant.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009130929A1 (en) * 2008-04-22 2009-10-29 三菱電機株式会社 Refrigeration air conditioner
WO2009142067A1 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 三菱電機株式会社 Refrigerating cycle device

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