(57)【要約】  膨張機の起動時に生じる摩擦抵抗を低減し、膨張機を安定して起動させることができる冷凍空調装置を得る。  膨張機構２、補助圧縮機構３及び潤滑油３２を同一密閉容器３５内に収容し、膨張機構２及び補助圧縮機構３のそれぞれの軸受３１に潤滑油３２を供給する給油機構を備える膨張機１と、膨張機１の起動時に主圧縮機構５の吸入ガスである低圧ガス冷媒を補助圧縮機構３に導入して密閉容器３５内部を低圧過熱ガス状態とする低圧導入管１３と、主圧縮機構５を吐出した高圧ガス冷媒を、密閉容器３５内部が低圧過熱ガス状態の膨張機１の膨張機構２に導入する第一高圧導入管５０とを備えたものである。
2012042698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する主圧縮機構及び補助圧縮機構と、前記主圧縮機構及び前記補助圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器から流出した冷媒を膨張することで膨張動力を回収し、回収した動力で前記補助圧縮機構を駆動する膨張機構と、前記膨張機構で膨張された冷媒を加熱する蒸発器とが配管で接続されてなる冷媒回路と、
前記膨張機構及び前記補助圧縮機構を同一容器内に収容し、前記膨張機構及び前記補助圧縮機構のそれぞれの軸受に潤滑油を供給する給油機構を備える膨張機と、
前記膨張機構の入口側配管に設けられた膨張機構入口側開閉装置と、
前記膨張機構の出口側配管に設けられた膨張機構出口側開閉装置と、
上流端が前記膨張機構の入口側配管において前記膨張機構入口側開閉装置の上流側に接続され、下流端が前記膨張機構の出口側配管において前記膨張機構出口側開閉装置の下流側に接続された膨張機構バイパス管と、
前記膨張機構バイパス管に設けられたバイパス減圧装置と、
上流端が前記蒸発器の出口側に接続され、下流端が前記補助圧縮機構の吸入口に接続された配管であって、前記膨張機の起動時に前記主圧縮機構の吸入ガスである低圧ガス冷媒を前記補助圧縮機構に導入して前記容器内部を低圧過熱ガス状態とする低圧導入管と、
上流端が前記主圧縮機構と前記放熱器との間の配管に接続され、下流端が前記膨張機構の入口側配管において前記膨張機入口側開閉装置の下流側に接続された配管であって、前記主圧縮機構を吐出した高圧ガス冷媒を、前記容器内部が低圧過熱ガス状態の前記膨張機の前記膨張機構に導入する第一高圧導入管と、
前記第一高圧導入管に設けられた第一高圧開閉装置と、
を有することを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項２】
前記主圧縮機構の吸入口及び前記補助圧縮機構の吸入口は前記蒸発器の出口側に並列接続され、
前記主圧縮機構の吐出口は前記放熱器に接続され、
前記補助圧縮機構の吐出口は前記主圧縮機構の圧縮過程に接続されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
【請求項３】
前記主圧縮機構の吸入口及び前記補助圧縮機構の吸入口は前記蒸発器の出口側に並列接続され、
前記主圧縮機構の吐出口は前記放熱器に接続され、
前記補助圧縮機構の吐出口は、前記第一高圧導入管において前記第一高圧開閉装置の下流側に接続され、前記第一高圧導入管においてその接続点の下流に第二高圧開閉装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
【請求項４】
前記蒸発器、前記補助圧縮機構、前記主圧縮機構及び前記放熱器が直列接続され、前記補助圧縮機構に並列に補助圧縮機構バイパス管を接続し、前記補助圧縮機構バイパス管に補助圧縮機構で圧縮された冷媒が補助圧縮機構の吸入側へ流入することを規制する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
【請求項５】
前記主圧縮機構の吸入口及び前記補助圧縮機構の吸入口は前記蒸発器の出口側に並列接続され、
前記補助圧縮機構の吸入口と前記蒸発器の出口側とを接続する前記低圧導入管に低圧開閉装置を設け、前記低圧導入管において前記低圧開閉装置の下流側と前記主圧縮機構の圧縮過程とを接続する配管に吸入側開閉装置を設け、
前記主圧縮機構の吐出口は前記放熱器に接続され、
前記補助圧縮機構の吐出口は、前記第一高圧導入管の前記第一高圧開閉装置の下流に接続され、前記第一高圧導入管においてその接続点の下流に第二高圧開閉装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
【請求項６】
前記主圧縮機構の吸入口及び前記補助圧縮機構の吸入口は前記蒸発器の出口側に並列接続され、
前記低圧導入管に低圧開閉装置を設け、前記低圧導入管において前記低圧開閉装置の下流側と前記主圧縮機構の吐出口側とを接続する配管に吸入側開閉装置を設け、
前記補助圧縮機構の吐出口は、前記第一高圧導入管の前記第一高圧開閉装置の下流に接続され、前記第一高圧導入管においてその接続点の下流に前記第一高圧開閉装置を設け、
前記主圧縮機構の吐出口と前記放熱器とを接続する配管は、前記補助圧縮機構に並列な補助圧縮機構バイパス管となっており、補助圧縮機構バイパス管に、補助圧縮機構で圧縮された冷媒が補助圧縮機構の吸入側へ流入することを規制する逆止弁を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
【請求項７】
前記各開閉装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記各開閉装置の開閉を制御して、前記主圧縮機構から吐出された高圧ガス冷媒を、前記放熱器及び前記バイパス減圧装置を通過させて低圧ガス冷媒とし、その低圧ガス冷媒を、前記蒸発器を通過させた後、前記低圧導入管から前記補助圧縮機構に導入して前記容器内を低圧過熱ガス雰囲気とし、その後、前記主圧縮機構から吐出した高圧ガス冷媒を前記第一高圧導入管から前記膨張機構に導入し、前記膨張機を起動させることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項８】
前記低圧導入管に設けた低圧開閉装置と、
前記第一高圧導入管の前記第一高圧開閉装置の下流から分岐して前記低圧導入管の低圧開閉装置の下流に接続された配管であって、前記主圧縮機構を吐出した高圧ガス冷媒を、前記容器内部が低圧過熱ガス状態の前記膨張機の前記補助圧縮機構に導入する第二高圧導入管と、
前記第二高圧導入管に設けた第三高圧開閉装置と
を更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項９】
前記第一高圧導入管の前記第一高圧開閉装置の下流から分岐して前記低圧導入管の低圧開閉装置の下流に接続された配管であって、前記主圧縮機構を吐出した高圧ガス冷媒を、前記容器内部が低圧過熱ガス状態の前記膨張機の前記補助圧縮機構に導入する第二高圧導入管と、
前記第二高圧導入管に設けた第三高圧開閉装置と
を更に備えたことを特徴とする請求項５又は請求項６記載の冷凍空調装置。
【請求項１０】
前記各開閉装置を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記各開閉装置の開閉を制御して、前記主圧縮機構から吐出された高圧ガス冷媒を、前記放熱器及び前記バイパス減圧装置を通過させて低圧ガス冷媒とし、その低圧ガス冷媒を、前記蒸発器を通過させた後、前記低圧導入管から前記補助圧縮機構に導入して前記容器内を低圧過熱ガス雰囲気とし、その後、前記主圧縮機構から吐出された高圧ガスを前記第一高圧導入管から前記膨張機構に導入すると共に、前記第二高圧導入管から前記補助圧縮機構に導入し、前記膨張機を起動させることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の冷凍空調装置。
【請求項１１】
前記膨張機構及び前記補助圧縮機構は、前記膨張機構の揺動スクロールと前記補助圧縮機構の揺動スクロールとが台板を共有する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とを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１２】
前記給油機構として、前記膨張機構と前記補助圧縮機構とを連結する軸に形成された給油孔から、前記膨張機構及び前記補助圧縮機構のそれぞれの軸受に、前記膨張機構及び前記補助圧縮機構と同一容器内に収容された潤滑油を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１３】
前記冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載の冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助圧縮機構と膨張機構を一体とした膨張機を備える冷凍空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、膨張過程における膨張動力を機械的に回収する膨張機構と補助圧縮機構とを一体に構成した膨張機を用い、膨張機構で回収した膨張動力を補助圧縮機構の圧縮動力として利用し、サイクル効率の向上を図った冷凍空調装置が検討されている。この種の冷凍空調装置として、例えば、主圧縮機→放熱器→膨張機の膨張機構→蒸発器→膨張機の補助圧縮機を順次接続して冷媒回路を構成した冷凍空調装置がある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
この冷凍空調装置では更に、補助圧縮機をバイパスするように蒸発器出口と主圧縮機吸入とを接続する第一バイパス路と、放熱器をバイパスするように主圧縮機吐出と膨張機の膨張機構入口とを接続する第二バイパス路とを設けている。この構成により、起動時に主圧縮機を吐出した高温・高圧冷媒を膨張機構入口に供給し、膨張機構入口と膨張機構出口との間に差圧を発生させ、モータ等の駆動源を持たない膨張機を差圧により自立起動させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０４２０１号公報（第１６頁〜第１７頁、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の冷凍空調装置において、膨張機は、膨張機構の入口側と出口側に作用する冷媒の圧力差によって起動する。しかしながら、この冷凍空調装置では、膨張機内部の摺動部で生じる摩擦抵抗によって膨張機を起動できないことがあるという問題点があった。【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、膨張機の起動時の摩擦抵抗を低減し、膨張機を安定して起動させることができる冷凍空調装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る冷凍空調装置は、冷媒を圧縮する主圧縮機構及び補助圧縮機構と、主圧縮機構及び補助圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、放熱器から流出した冷媒を膨張することで膨張動力を回収し、回収した動力で補助圧縮機構を駆動する膨張機構と、膨張機構で膨張された冷媒を加熱する蒸発器とが配管で接続されてなる冷媒回路と、膨張機構、補助圧縮機構及び潤滑油を同一容器内に収容し、膨張機構と補助圧縮機構とを連結する軸に形成された給油孔から膨張機構及び補助圧縮機構のそれぞれの軸受に潤滑油を供給する膨張機と、膨張機構の入口側配管に設けられた膨張機構入口側開閉装置と、膨張機構の出口側配管に設けられた膨張機構出口側開閉装置と、上流端が膨張機構の入口側配管において膨張機構入口側開閉装置の上流側に接続され、下流端が膨張機構の出口側配管において膨張機構出口側開閉装置の下流側に接続された膨張機構バイパス管と、膨張機構バイパス管に設けられたバイパス減圧装置と、上流端が蒸発器の出口側に接続され、下流端が補助圧縮機構の吸入口に接続された配管であって、膨張機の起動時に主圧縮機構の吸入ガスである低圧ガス冷媒を補助圧縮機構に導入して容器内部を低圧過熱ガス状態とする低圧導入管と、上流端が主圧縮機構と放熱器との間の配管に接続され、下流端が膨張機構の入口側配管において膨張機入口側開閉装置の下流側に接続された配管であって、主圧縮機構を吐出した高圧ガス冷媒を、容器内部が低圧過熱ガス状態の膨張機の膨張機構に導入する第一高圧導入管と、第一高圧導入管に設けられた第一高圧開閉装置と、を有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、膨張機の起動時に、主圧縮機構の吸入ガスである低圧ガス冷媒を低圧導入管から補助圧縮機構に導入して膨張機の容器内部を低圧過熱ガス状態とし、これにより容器内部の潤滑油の溶解粘度を高く保った上で、主圧縮機構を吐出した高圧ガス冷媒を第一高圧導入管から膨張機構に導入するため、膨張機の起動性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の一例を示す冷媒回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る膨張機の縦断面模式図である。
【図３】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。
【図４】軸に荷重が作用したときの軸受部の挙動を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の別の接続例１を示す冷媒回路構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の更に別の接続例２を示す冷媒回路構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の更に別の接続例３を示す冷媒回路構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の更に別の接続例４を示す冷媒回路構成図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の一例を示す冷媒回路構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の別の接続例１を示す冷媒回路構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の更に別の接続例２を示す冷媒回路構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の更に別の接続例３を示す冷媒回路構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の更に別の接続例４を示す冷媒回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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一例を示す冷媒回路構成図である。図１に示すように、冷凍空調装置１００は、冷媒を圧縮する主圧縮機構５及び補助圧縮機構３と、圧縮された冷媒を冷却する放熱器７と、放熱器７から流出した冷媒を膨張することで膨張動力を回収する膨張機構２と、膨張機構２で膨張（減圧）された冷媒を加熱する蒸発器８とが配管で接続されている。主圧縮機構５の吸入口及び補助圧縮機構３の吸入口は蒸発器８に並列に接続されている。また、主圧縮機構５の吐出口は放熱器７に接続され、補助圧縮機構３の吐出口は主圧縮機構５の圧縮過程（圧縮途中の圧縮室）に接続されている。
【００１１】
主圧縮機構５は、駆動源としてのモーター６によって駆動され、モーター６と共に主圧縮機４を構成している。
【００１２】
補助圧縮機構３は、膨張機構２で回収された膨張動力によって駆動されるものである。
本実施の形態１では、軸２０により、膨張機構２と補助圧縮機構３とが接続され、膨張機構２で回収された動力が軸２０によって補助圧縮機構３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、膨張機構２及び補助圧縮機構３を、膨張機１として一体形成している。なお、膨張機１の詳細は、後述する。
【００１３】
更に、冷凍空調装置１００において、膨張機構２の入口側配管１１ａには膨張機構入口側開閉装置１１が設けられ、膨張機構２の出口側配管１２ａには膨張機構出口側開閉装置１２が設けられている。また、上流端が主圧縮機構５と放熱器７との間に接続され、下流端が入口側配管１１ａにおいて膨張機構入口側開閉装置１１の下流側に接続された第一高圧導入管５０を有している。この第一高圧導入管５０により、主圧縮機構５から放熱器７に向かう高圧冷媒を膨張機構２の入口側に導入可能な構成となっている。第一高圧導入管５０には第一高圧開閉装置５１が設けられている。膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２及び第一高圧開閉装置５１はそれぞれ、例えば開閉弁で構成されている。
【００１４】
また、冷凍空調装置１００において、冷媒回路を構成する各配管のうち、上流端が蒸発器８の出口側に接続され、下流端が補助圧縮機構３の吸入口に接続された配管を以下では低圧導入管１３として区別する。この低圧導入管１３により、蒸発器８を流出した冷媒を補助圧縮機構３に導入可能な構成となっている。また、上流端が膨張機構２の入口側配管１１ａにおいて膨張機構入口側開閉装置１１の上流側に接続され、下流端が膨張機構２の出口側配管１２ａにおいて膨張機構出口側開閉装置１２の下流側に接続された膨張機構バイパス管９を有している。膨張機構バイパス管９には、例えば膨張弁で構成されたバイパス減圧装置１０が接続されている。
【００１５】
また、冷凍空調装置１００には、主圧縮機４の回転数制御、バイパス減圧装置１０の開度制御、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２、第一高圧開閉装置５１の開閉制御等を行う制御器６０が設けられている。
【００１６】
このように構成された冷凍空調装置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。しかし、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。二酸化炭素の場合、放熱過程で臨界圧力を超えており、放熱過程で凝縮しないが、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。しかし、本実施の形態１及び以下の実施の形態では、放熱過程に用いられる熱交換器を「放熱器７」と称することとする。
【００１７】
次に、膨張機１の詳細について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１に係る膨張機の縦断面模式図である。
【００１８】
この膨張機１は、膨張機構２及び補助圧縮機構３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。また、膨張機１は、膨張機構２の揺動スクロール２１の台板と補助圧縮機構３の揺動スクロール２１の台板とが共有されているものである。
【００１９】
図２に示すように、膨張機１は、軸２０、揺動スクロール２１、補助圧縮機構３を構成する固定スクロール２２及び膨張機構２を構成する固定スクロール２３等から構成されている。これら揺動スクロール２１、固定スクロール２２及び固定スクロール２３等は、潤滑油３２を貯留した密閉容器３５内に収容されている。
【００２０】
揺動スクロール２１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２１の上方には、固定スクロール２２が設けられている。固定スクロール２２の下面部には渦巻歯が形成されており、固定スクロール２２の渦巻歯と揺動スクロール２１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２２は配置されている。固定スクロール２２の渦巻歯と揺動スクロール２１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２２の渦巻歯と揺動スクロール２１の上面側の渦巻歯との間には、圧縮室が形成される。また、揺動スクロール２１の下方には、固定スクロール２３が設けられている。固定スクロール２３の上面部には渦巻歯が形成されており、固定スクロール２３の渦巻歯と揺動スクロール２１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２３は配置されている。固定スクロール２３の渦巻歯と揺動スクロール２１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２３の渦巻歯と揺動スクロール２１の下面側の渦巻歯との間には、膨張室が形成される。
【００２１】
また、揺動スクロール２１と固定スクロール２２との間には、揺動スクロール２１の自転を防止するオルダムリング２８が設けられている。
【００２２】
軸２０は、揺動スクロール２１、固定スクロール２２及び固定スクロール２３を貫通して設けられている。より詳しくは、軸２０は、固定スクロール２２の上軸受３１ａと固定スクロール２３の下軸受３１ｂとにより、回転自在に支持されている。また、軸２０は、スライダー３４を介して、揺動スクロール２１の揺動軸受３１ｃに回転自在に設けられている。スライダー３４は、その外形中心と軸２０の軸心との距離が変動可能となっており、揺動スクロール２１に作用する冷媒圧力による力で揺動半径が大きくなる方向に移動する可変クランク機構を構成している。
【００２３】
また、軸２０の両端近傍には、揺動スクロール２１の遠心力によるアンバランスを相殺するため、バランスウェイト２４ａ及びバランスウェイト２４ｂが設置されている。
【００２４】
また、軸２０の下端部には、油ポンプ２６が設けられている。軸２０が回転することにより、密閉容器３５の下部に貯留された潤滑油３２は、軸２０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潤滑油３２は、各軸受３１（上軸受３１ａ、下軸受３１ｂ及び揺動軸受３１ｃ）に供給される。
【００２５】
膨張機１の密閉容器３５には、冷媒を膨張室に導く入口管３６、膨張した冷媒を排出するための出口管３７、補助圧縮機構３に冷媒を吸入させるための吸入管３８及び圧縮した冷媒を排出するための吐出管３９が設けられている。
【００２６】
より詳しくは、吐出管３９は、圧縮室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。この圧縮室の吐出口には、吐出弁２５が設けられている。また、出口管３７は、膨張室出口の下流側に形成された空間（揺動スクロール２１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。
【００２７】
つまり、膨張機１は、揺動スクロール２１の上面部と固定スクロール２２によって補助圧縮機構３が構成され、揺動スクロール２１の下面部と固定スクロール２３によって膨張機構２が構成されている。
【００２８】
また、膨張機１には、チップシール２７、外周シール２９及び内周シール３０が設けられている。チップシール２７は、揺動スクロール２１、固定スクロール２２及び固定スクロール２３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２１と固定スクロール２２との間の軸方向隙間及び揺動スクロール２１と固定スクロール２３との間の軸方向隙間の低減を図り、スクロール歯先端部からの冷媒漏れを防止している。外周シール２９は、揺動スクロール２１の外周側に設けられ、圧縮室の吸入側と膨張室の出口側とをシールする。内周シール３０は、揺動スクロール２１の内周側に設けられ、膨張室の入口側と密閉容器３５内の空間とをシールしている。なお、密閉容器３５内の圧力は、補助圧縮機構３から吐出される冷媒の圧力となっている。
【００２９】
このように構成された膨張機１は、定常運転時、次のように動作する。
【００３０】
放熱器７から流出した高圧の冷媒を、入口管３６を介して膨張機構２に取込む。そして、揺動スクロール２１と固定スクロール２３とで形成される膨張室でこの高圧の冷媒を膨張する。その後、膨張した冷媒を、出口管３７を通して膨張機１外へ排出する。このとき、冷媒を膨張する過程において、補助圧縮機構３で必要な圧縮動力が膨張動力として回収される。一方、補助圧縮機構３においては、吸入管３８から低圧の冷媒（蒸発器８から流出した冷媒）を吸入し、この低圧冷媒を揺動スクロール２１と固定スクロール２２で形成される圧縮室で圧縮する。その後、圧縮室で圧縮された冷媒は、吐出弁２５を押し開け、吐出管３９を通して膨張機１外へ吐出される。
【００３１】
続いて、冷凍空調装置１００の起動時の運転動作について説明する。
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。
【００３２】
ユーザーから制御器６０へ運転指令が入力されると（ステップＳ１）、制御器６０は、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２及び第一高圧開閉装置５１を閉じ、バイパス減圧装置１０を開く（ステップＳ２）。そして、制御器６０は、主圧縮機４（より詳しくは、主圧縮機４のモーター６）を始動させる（ステップＳ３）。主圧縮機４の始動後、冷媒は低圧から高圧まで圧縮される。ここで、制御器６０は、バイパス減圧装置１０の開度を調整し（ステップＳ４）、主圧縮機４の吐出圧力と吸入圧力を所定の圧力とする。
【００３３】
主圧縮機４で圧縮された高圧の冷媒は放熱器７に流入し、放熱器７で冷却される。放熱器７で冷却された高圧冷媒は、膨張機構バイパス管９に流入する。膨張機構バイパス管９に流入した高圧冷媒は、バイパス減圧装置１０で減圧・膨張され、バイパス減圧装置１０の前後で圧力差が生じる。バイパス減圧装置１０で減圧・膨張された冷媒は、蒸発器８に流入し、加熱される。蒸発器８で加熱された冷媒は、再び主圧縮機４に吸入される。また、蒸発器８で加熱された冷媒の一部は、低圧導入管１３に流入する。この低圧導入管１３に流入した冷媒は、主圧縮機４に吸入された冷媒と同じ低圧過熱状態である。低圧導入管１３に流入した冷媒は、補助圧縮機構３に流入する。このとき、補助圧縮機構３はまだ起動しておらず、補助圧縮機構３に流入した冷媒は、揺動スクロール２１と固定スクロール２２などの膨張機内部の部品間のすき間を通り、膨張機１の密閉容器３５内全体に行き渡り、密閉容器３５内が低圧の過熱ガス雰囲気となる。
【００３４】
密閉容器３５内が低圧過熱ガス雰囲気となった状態で、制御器６０は、第一高圧開閉装置５１を開く（ステップＳ５）。第一高圧開閉装置５１が開くことで、主圧縮機４を吐出した高圧ガス冷媒が第一高圧導入管５０を通り、膨張機構２の入口に供給される。このとき、上述したように密閉容器３５内は低圧状態であるため、膨張機構２の出口側も低圧状態となっている。よって、高圧ガス冷媒が供給された膨張機構２の入口側と低圧状態の出口側には圧力差が生じ、この圧力差によって生じる駆動力が膨張機１内で生じる抵抗力を上回る場合に、軸２０が回転し、膨張機１が起動する。
【００３５】
ここで、膨張機１が起動する際に抵抗となる主要な抵抗力として、軸２０と軸受３１との間に生じる摩擦抵抗力がある。図４に示すように軸２０と軸受３１の間には、潤滑油３２が介在している。膨張機構２に差圧が作用し、駆動力が生じたとき、軸２０には駆動力に応じた荷重が作用し、軸受３１との間に介在する潤滑油３２を押しのけて軸受３１に接近していく。このとき、潤滑油３２の粘性抵抗によって潤滑油３２の流れが抑制されて、軸受３１との間に介在する潤滑油３２内の圧力が上昇し、軸２０と軸受３１が直接接触することを防止する。軸２０と軸受３１とが直接接触することを防止する力は、潤滑油３２の粘度が高いほど大きくなる。
【００３６】
ここで、膨張機１の起動時、上述したように膨張機１の密閉容器３５内は低圧過熱ガス雰囲気となっている。低圧過熱ガス雰囲気のとき、潤滑油３２に溶解する冷媒量は少なくなるという特徴があることから、起動時に軸受３１などに存在する潤滑油３２の粘度は高く、軸２０と軸受３１とが直接接触することを防止する力が大きくなっている。また、潤滑油３２によって軸２０と軸受３１との間が潤滑されるため、軸２０と軸受３１で生じる摩擦抵抗力を小さくでき、膨張機１を確実に起動することができる。更に、膨張機構２に作用する高圧ガスは主圧縮機４から吐出された高温ガスであるため、高圧導入による潤滑油３２の溶解粘度の低下を低く抑えることができる。
【００３７】
ステップＳ５の後、制御器６０は、ステップＳ６に進み、膨張機１が起動したか否かを判定する。膨張機１が起動していない場合、制御器６０は、第一高圧開閉装置５１を閉じる（ステップＳ７）。第一高圧開閉装置５１を閉じた後、再度膨張機１内が低圧となった後、ステップＳ５に戻る。このように、膨張機１が起動しなかった場合でも、冷凍空調装置１００を停止させることなく、再度膨張機１の起動操作を実施することができる。なお、膨張機１の起動の検出方法は、種々の方法が可能である。例えば、軸２０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１の起動検出をしてもよい。
【００３８】
膨張機１が起動した場合、制御器６０は、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、制御器６０は、膨張機構入口側開閉装置１１及び膨張機構出口側開閉装置１２を開き、第一高圧開閉装置５１を閉じて（ステップＳ８）、定常運転に移行する（ステップＳ９）。制御器６０は、定常運転ではバイパス減圧装置１０の開度と主圧縮機４の回転数を運転状態に応じて制御する。
【００３９】
以下、冷凍空調装置１００の定常運転時の動作について説明する。
主圧縮機４にて圧縮された高圧の冷媒は、放熱器７に流入し、放熱器７で冷却される。
放熱器７で冷却された高圧冷媒の一部は、膨張機構２に流入し、膨張・減圧された後、蒸発器８に流入する。放熱器７を流出した高圧冷媒の残りは、膨張機構バイパス管９に流入し、バイパス減圧装置１０で膨張・減圧された後、膨張機構２を流出した冷媒と合流して蒸発器８に流入する。蒸発器８に流入した冷媒は加熱された後、蒸発器８から流出する。
【００４０】
蒸発器８から流出した低圧冷媒の一部は、主圧縮機４に流入して、中間圧まで圧縮される。蒸発器８から流出した低圧冷媒の残りは、補助圧縮機構３に吸入されて中間圧まで圧縮され、主圧縮機４の圧縮過程に流入する。そして、主圧縮機４では、主圧縮機４内で中間圧まで圧縮された冷媒に、補助圧縮機構３から流入した冷媒が合流し、共に高圧まで圧縮される。このとき、所望の冷凍能力を満足するように、制御器６０は、バイパス減圧装置１０の開度と主圧縮機４の回転数を制御する。また、バイパス減圧装置１０を完全に閉じた場合は、放熱器７から流出した冷媒は全て、膨張機構２に流入する。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態１の冷凍空調装置１００は、膨張機１を起動させる前の状態において、膨張機１の密閉容器３５内部を低圧の過熱ガス雰囲気とするようにしたため、潤滑油３２の溶解粘度を高くできる。このため、軸受３１などで油膜切れが起こらなくなり、摺動部が金属接触することを防止できる。よって、軸２０は常に油潤滑された状態となり、軸２０と軸受３１との間に生じる摩擦抵抗力を小さくすることができる。
この状態で膨張機構２に対して高圧ガスを供給することで、膨張機１を確実に（安定して）起動させることができる。従来、膨張機１が起動しない場合、再起動が必要であり、再起動に要する電力消費が伴うが、本実施の形態１の冷凍空調装置１００では膨張機１の安定起動が可能であるため、結果として省エネ化にも寄与することができる。
【００４２】
また、冷媒に二酸化炭素を用いた場合は動作圧力が高いため、軸受３１で生じる摩擦抵抗力も非常に大きい。よって、高い起動性が要求されるが、本実施の形態１の冷凍空調装置１００では、上述したように高い起動性を有するため、冷媒に二酸化炭素を用いた場合でも起動が可能であり、冷媒に二酸化炭素を用いる場合に特に顕著に効果を発揮する。
【００４３】
また、膨張機構入口側開閉装置１１及び膨張機構出口側開閉装置１２の一方又は両方を膨張弁で構成してもよい。膨張弁で構成した場合、定常運転移行後は、制御器６０が膨張機構入口側開閉装置１１及び膨張機構出口側開閉装置１２の開度を調整する。制御器６０が膨張機構入口側開閉装置１１の開度を調整することで、膨張機構２に流入する冷媒を減圧・膨張させ、膨張機構２を所定の運転状態に調整する。制御器６０が膨張機構出口側開閉装置１２の開度を調整することで、蒸発器８に流入する冷媒を減圧・膨張させ、冷凍空調装置１００を所定の運転状態に調整する。
【００４４】
なお、本発明の冷媒回路構成は図１に示した冷凍空調装置１００に限定されるものではない。主圧縮機４及び補助圧縮機構３等を例えば図５〜図８に示すように接続しても、本発明を実施することができる。以下、順に説明する。
【００４５】
（接続例１）
図５は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の別の接続例１を示す冷媒回路構成図である。図５において、図１と同一部分には同一符号を付す。以下の各図においても同様に、同一部分には同一符号を付すものとする。
【００４６】
図５に示す冷凍空調装置１０１は、主圧縮機４と補助圧縮機構３の接続構成が図１に示した冷凍空調装置１００と異なっている。以下、この接続例１が図１に示した実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００４７】
図５に示す冷凍空調装置１０１は、主圧縮機構５の吸入口及び補助圧縮機構３の吸入口が蒸発器８の出口側に並列に接続されている。また、主圧縮機構５の吐出口及び補助圧縮機構３の吐出口が放熱器７の入口側に並列に接続されている。図５に示す冷凍空調装置１０１では更に、補助圧縮機構３の吐出口が第一高圧導入管５０において第一高圧開閉装置５１の下流側に接続され、第一高圧導入管５０においてその接続点の下流に第二高圧開閉装置５４が設けられている。
【００４８】
このように構成された冷凍空調装置１０１は、次のように動作する。
（起動時）
ユーザーから制御器６０へ運転指令が入力されると、制御器６０は、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２及び第一高圧開閉装置５１を閉じ、バイパス減圧装置１０及び第二高圧開閉装置５４を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を始動させる。主圧縮機４の始動後、冷媒は低圧から高圧まで圧縮される。ここで、制御器６０は、バイパス減圧装置１０の開度を調整し、主圧縮機４の吐出圧力と吸入圧力を所定の圧力とする。
【００４９】
主圧縮機４で圧縮された高圧の冷媒は放熱器７に流入し、放熱器７で冷却される。放熱器７で冷却された高圧冷媒は、膨張機構バイパス管９に流入する。膨張機構バイパス管９に流入した高圧冷媒は、バイパス減圧装置１０で減圧・膨張され、バイパス減圧装置１０の前後で圧力差が生じる。バイパス減圧装置１０で減圧・膨張された冷媒は、蒸発器８に流入し、蒸発器８で加熱される。蒸発器８で加熱された冷媒は、再び主圧縮機４に吸入される。また、蒸発器８で加熱された冷媒の一部は、低圧導入管１３に流入する。この低圧導入管１３に流入した冷媒は、主圧縮機４に吸入された冷媒と同じ低圧過熱状態である。
低圧導入管１３に流入した冷媒は、補助圧縮機構３に流入し、その後、揺動スクロール２１と固定スクロール２２などの膨張機内部の部品間のすき間を通り、密閉容器３５内全体に行き渡り、密閉容器３５内が低圧の過熱ガス雰囲気となる。
【００５０】
密閉容器３５内が低圧過熱ガスとなった状態で、制御器６０は、第一高圧開閉装置５１を開く。第一高圧開閉装置５１が開くことで、主圧縮機４を吐出した高圧ガスの一部が第一高圧導入管５０を通り、膨張機構２の入口に供給される。このとき、上述したように密閉容器３５内は低圧状態であるため、膨張機構２の出口側も低圧状態となっている。よって、高圧ガス冷媒が供給された膨張機構２の入口側と低圧状態の出口側には圧力差が生じ、この圧力差によって軸２０が回転し、膨張機１が起動する。
【００５１】
（定常運転時）
制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、膨張機構入口側開閉装置１１及び膨張機構出口側開閉装置１２を開き、第二高圧開閉装置５４を閉じる。そして、制御器６０は、定常運転に移行し、主圧縮機４の回転数、バイパス減圧装置１０の開度を運転状態に応じて制御する。
【００５２】
より詳しくは、蒸発器８から流出した低圧冷媒の一部は、主圧縮機４に吸入されて高圧まで圧縮される。また、蒸発器８から流出した低圧冷媒の残りは、補助圧縮機構３に吸入されて高圧まで圧縮される。補助圧縮機構３から吐出された高圧冷媒は、主圧縮機４から吐出された高圧冷媒と合流し、放熱器７に流入する。放熱器７に流入した高圧冷媒は、放熱器７で冷却された後、２つに分岐してバイパス減圧装置１０及び膨張機構２にそれぞれ流入し、膨張・減圧される。そして、バイパス減圧装置１０及び膨張機構２にてそれぞれ膨張・減圧された冷媒は、合流した後、蒸発器８に流入し、蒸発器８で加熱され、再び主圧縮機４及び補助圧縮機構３で圧縮される。このとき、所望の冷凍能力を満足するように、制御器６０は、主圧縮機４の回転数、バイパス減圧装置１０の開度を制御する。
【００５３】
このように構成された冷凍空調装置１０１においても、図１に示した冷凍空調装置１００と同様に、膨張機１を起動時において、軸２０と軸受３１が直接接触することを防止し、摩擦抵抗力を小さくできる。このため、冷凍空調装置１０１は、図１に示した冷凍空調装置１００と同様に、膨張機１を確実に（安定して）起動することができる。
【００５４】
（接続例２）
図６は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の更に別の接続例２を示す冷媒回路構成図である。
【００５５】
図６に示す冷凍空調装置１０２は、主圧縮機４と補助圧縮機構３の接続構成が図１に示した冷凍空調装置１００と異なっている。以下、この接続例２が図１に示した実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００５６】
図６に示す冷凍空調装置１０２は、蒸発器８、補助圧縮機構３、主圧縮機４及び放熱器７が順次直列接続されている。そして、補助圧縮機構３に並列に補助圧縮機構バイパス管１５が設けられており、補助圧縮機構バイパス管１５にはバイパス逆止弁１６が設けられている。このバイパス逆止弁１６は、定常運転時、補助圧縮機構３で圧縮された冷媒が補助圧縮機構３の吸入側へ流入することを規制する。
【００５７】
このように構成された冷凍空調装置１０２は、次のように動作する。
（起動時）
ユーザーから制御器６０へ運転指令が入力されると、制御器６０は、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２及び第一高圧開閉装置５１を閉じ、バイパス減圧装置１０を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を始動させる。主圧縮機４の始動後、冷媒は低圧から高圧まで圧縮される。ここで、制御器６０は、バイパス減圧装置１０の開度を調整し、主圧縮機４の吐出圧力と吸入圧力を所定の圧力とする。
【００５８】
主圧縮機４で圧縮された高圧の冷媒は放熱器７に流入し、放熱器７で冷却される。放熱器７で冷却された高圧冷媒は、膨張機構バイパス管９に流入する。膨張機構バイパス管９に流入した高圧冷媒は、バイパス減圧装置１０で減圧・膨張され、バイパス減圧装置１０の前後で圧力差が生じる。バイパス減圧装置１０で減圧・膨張された冷媒は、蒸発器８に流入し、蒸発器８で加熱される。蒸発器８で加熱された冷媒は補助圧縮機構バイパス管１５に流入し、バイパス逆止弁１６を通過して再び主圧縮機４に吸入される。また、蒸発器８で加熱された冷媒の一部は、低圧導入管１３に流入する。この低圧導入管１３に流入した冷媒は、主圧縮機４に吸入された冷媒と同じ低圧過熱状態である。低圧導入管１３に流入した冷媒は、補助圧縮機構３に流入し、その後、揺動スクロール２１と固定スクロール２２などの膨張機内部の部品間のすき間を通り、密閉容器３５内全体に流入し、密閉容器３５内が低圧の過熱ガス雰囲気となる。
【００５９】
密閉容器３５内が低圧過熱ガス雰囲気となった状態で、制御器６０は、第一高圧開閉装置５１を開く。第一高圧開閉装置５１が開くことで、主圧縮機４を吐出した高圧ガスの一部が第一高圧導入管５０を通り、膨張機構２の入口に供給される。これにより、上記と同様に膨張機構２の入口側と出口側とに圧力差が生じ、この圧力差によって軸２０が回転し、膨張機１が起動する。
【００６０】
（定常運転時）
制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、膨張機構入口側開閉装置１１及び膨張機構出口側開閉装置１２を開き、第一高圧開閉装置５１を閉じる。そして、制御器６０は、定常運転に移行し、主圧縮機４の回転数、バイパス減圧装置１０の開度を運転状態に応じて制御する。
【００６１】
より詳しくは、蒸発器８から流出した低圧冷媒は、補助圧縮機構３に吸入されて中間圧まで圧縮され、主圧縮機４で更に高圧まで圧縮され、放熱器７に流入する。このとき、バイパス逆止弁１６により、補助圧縮機構３で圧縮された冷媒が補助圧縮機構３の吸入側へ逆流することを防止している。放熱器７に流入した高圧冷媒は、放熱器７で冷却された後、２つに分岐してバイパス減圧装置１０及び膨張機構２にそれぞれ流入し、膨張・減圧される。そして、バイパス減圧装置１０及び膨張機構２にてそれぞれ膨張・減圧された冷媒は、合流した後、蒸発器８に流入し、蒸発器８で加熱され、再び補助圧縮機構３及び主圧縮機４で順次圧縮される。このとき、所望の冷凍能力を満足するように、制御器６０は、主圧縮機４の回転数、バイパス減圧装置１０の開度を制御する。
【００６２】
このように構成された冷凍空調装置１０２においても、図１に示した冷凍空調装置１００と同様に、膨張機１を起動時において、軸２０と軸受３１が直接接触することを防止し、摩擦抵抗力を小さくできる。このため、冷凍空調装置１０２は、図１に示した冷凍空調装置１００と同様に、膨張機１を確実に（安定して）起動することができる。
【００６３】
（接続例３）
図７は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の更に別の接続例３を示す冷媒回路構成図である。
【００６４】
図７に示す冷凍空調装置１０３は、主圧縮機４と補助圧縮機構３の接続構成が図１に示した冷凍空調装置１００と異なっている。以下、この接続例３が図１に示した実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００６５】
図７に示す冷凍空調装置１０３は、主圧縮機構５の吸入口及び補助圧縮機構３の吸入口が蒸発器８の出口側に並列に接続されている。また、補助圧縮機構３の吸入口と蒸発器８の出口側とを接続する低圧導入管１３に低圧開閉装置５６を設け、低圧導入管１３において低圧開閉装置５６の下流側と主圧縮機構５の圧縮過程とを接続する配管に補助圧縮機構吸入側開閉装置５２を設けている。図７に示す冷凍空調装置１０３では更に、補助圧縮機構３の吐出口が、第一高圧導入管５０の第一高圧開閉装置５１の下流に接続され、第一高圧導入管５０においてその接続点の下流に第二高圧開閉装置５４を設けている。
【００６６】
このように構成された冷凍空調装置１０３は、次のように動作する。
（起動時）
ユーザーから制御器６０へ運転指令が入力されると、制御器６０は、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２、第一高圧開閉装置５１及び補助圧縮機構吸入側開閉装置５２を閉じ、バイパス減圧装置１０、第二高圧開閉装置５４及び低圧開閉装置５６を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を始動させる。主圧縮機４の始動後、冷媒は低圧から高圧まで圧縮される。ここで、制御器６０は、バイパス減圧装置１０の開度を調整し、主圧縮機４の吐出圧力と吸入圧力を所定の圧力とする。
【００６７】
主圧縮機４で圧縮された高圧の冷媒は放熱器７に流入し、放熱器７で冷却される。放熱器７で冷却された高圧冷媒は、膨張機構バイパス管９に流入する。膨張機構バイパス管９に流入した高圧冷媒は、バイパス減圧装置１０で減圧・膨張される。バイパス減圧装置１０で減圧・膨張された冷媒は、蒸発器８に流入し、蒸発器８で加熱される。蒸発器８で加熱された冷媒は再び主圧縮機４に吸入される。また、蒸発器８で加熱された冷媒は、低圧導入管１３に流入する。この低圧導入管１３に流入した冷媒は、主圧縮機４に吸入された冷媒と同じ低圧過熱状態である。低圧導入管１３に流入した冷媒は、補助圧縮機構３に流入し、その後、揺動スクロール２１と固定スクロール２２などの膨張機内部の部品間のすき間を通り、密閉容器３５内全体に行き渡り、密閉容器３５内が低圧の過熱ガス雰囲気となる。
【００６８】
密閉容器３５内が低圧過熱ガス雰囲気となった状態で、制御器６０は、第一高圧開閉装置５１を開く。第一高圧開閉装置５１が開くことで、主圧縮機４を吐出した高圧ガスの一部が第一高圧導入管５０を通り、膨張機構２の入口に供給される。これにより、上記と同様に膨張機構２の入口側と出口側とに圧力差が生じ、この圧力差によって軸２０が回転し、膨張機１が起動する。
【００６９】
（定常運転時）
制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２及び補助圧縮機構吸入側開閉装置５２を開き、第二高圧開閉装置５４及び低圧開閉装置５６を閉じる。そして、制御器６０は、定常運転に移行し、主圧縮機４の回転数、バイパス減圧装置１０の開度を運転状態に応じて制御する。
【００７０】
より詳しくは、蒸発器８から流出した低圧冷媒は、主圧縮機４に吸入されて高圧まで圧縮される。このとき、主圧縮機４で圧縮中の冷媒の一部は、補助圧縮機構３に流入し、補助圧縮機構３で高圧まで圧縮される。補助圧縮機構３から吐出された高圧冷媒は、主圧縮機４から吐出された高圧冷媒と合流し、放熱器７に流入する。放熱器７に流入した高圧冷媒は、放熱器７で冷却された後、２つに分岐してバイパス減圧装置１０及び膨張機構２にそれぞれ流入し、膨張・減圧される。そして、バイパス減圧装置１０及び膨張機構２にてそれぞれ膨張・減圧された冷媒は、合流した後、蒸発器８に流入し、蒸発器８にて加熱され、再び主圧縮機４及び補助圧縮機構３で圧縮される。このとき、所望の冷凍能力を満足するように、制御器６０は、主圧縮機４の回転数、バイパス減圧装置１０の開度を制御する。
【００７１】
このように構成された冷凍空調装置１０３においても、図１に示した冷凍空調装置１００と同様に、膨張機１を起動時において、軸２０と軸受３１が直接接触することを防止し、摩擦抵抗力を小さくできる。このため、冷凍空調装置１０３は、図１に示した冷凍空調装置１００と同様に、膨張機１を確実に（安定して）起動することができる。
【００７２】
（接続例４）
図８は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の更に別の接続例４を示す冷媒回路構成図である。
【００７３】
図８に示す冷凍空調装置１０４は、主圧縮機４と補助圧縮機構３の接続構成が図１に示した冷凍空調装置１００と異なっている。以下、この接続例４が図１に示した実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００７４】
図８に示す冷凍空調装置１０４は、主圧縮機構５の吸入口及び補助圧縮機構３の吸入口は蒸発器８の出口側に並列接続されている。また、補助圧縮機構３の吸入口と蒸発器８の出口側とを接続する低圧導入管１３に低圧開閉装置５６を設け、低圧導入管１３において低圧開閉装置５６の下流側と主圧縮機構５の吐出口とを接続する配管に補助圧縮機構吸入側開閉装置５２を設けている。図８に示す冷凍空調装置１０４では更に、補助圧縮機構３の吐出口が、第一高圧導入管５０の第一高圧開閉装置５１の下流に接続され、第一高圧導入管５０においてその接続点の下流に第二高圧開閉装置５４を設けている。また、主圧縮機構５の吐出口と放熱器７とを接続する配管は、膨張機構２に並列な補助圧縮機構バイパス管１５となっており、補助圧縮機構バイパス管１５にはバイパス逆止弁１６が設けられている。バイパス逆止弁１６は、定常運転時、補助圧縮機構３で圧縮された冷媒が補助圧縮機構３の吸入側へ流入することを規制する。
【００７５】
このように構成された冷凍空調装置１０４は、次のように動作する。
（起動時）
ユーザーから制御器６０へ運転指令が入力されると、制御器６０は、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２、第一高圧開閉装置５１及び補助圧縮機構吸入側開閉装置５２を閉じ、バイパス減圧装置１０、第二高圧開閉装置５４及び低圧開閉装置５６を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を始動させる。主圧縮機４の始動後、冷媒は低圧から高圧まで圧縮される。ここで、制御器６０は、バイパス減圧装置１０の開度を調整し、主圧縮機４の吐出圧力と吸入圧力を所定の圧力とする。
【００７６】
主圧縮機４で圧縮された高圧の冷媒は補助圧縮機構バイパス管１５に流入し、バイパス逆止弁１６を通過して放熱器７に流入し、放熱器７で冷却される。放熱器７で冷却された高圧冷媒は、膨張機構バイパス管９に流入する。膨張機構バイパス管９に流入した高圧冷媒は、バイパス減圧装置１０で減圧・膨張される。バイパス減圧装置１０で減圧・膨張された冷媒は、蒸発器８に流入し、蒸発器８で加熱される。蒸発器８で加熱された冷媒は再び主圧縮機４に吸入される。また、蒸発器８で加熱された冷媒の一部は、低圧導入管１３に流入する。この低圧導入管１３に流入した冷媒は、主圧縮機４に吸入された冷媒と同じ低圧過熱状態である。低圧導入管１３に流入した冷媒は、補助圧縮機構３に流入し、その後、揺動スクロール２１と固定スクロール２２などの膨張機内部の部品間のすき間を通り、密閉容器３５内全体に行き渡り、密閉容器３５内が低圧の過熱ガス雰囲気となる。
【００７７】
密閉容器３５内が低圧過熱ガス雰囲気となった状態で、制御器６０は、第一高圧開閉装置５１を開く。第一高圧開閉装置５１が開くことで、主圧縮機４を吐出した高圧ガスの一部が第一高圧導入管５０を通り、膨張機構２の入口に供給される。このとき、上述したように密閉容器３５内は低圧状態であるため、膨張機構２の出口側も低圧状態となっている。よって、高圧ガス冷媒が供給された膨張機構２の入口側と低圧状態の出口側には圧力差が生じ、この圧力差によって軸２０が回転し、膨張機１が起動する。
【００７８】
（定常運転時）
制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２及び補助圧縮機構吸入側開閉装置５２を開き、第二高圧開閉装置５４及び低圧開閉装置５６を閉じる。そして、制御器６０は、定常運転に移行し、主圧縮機４の回転数、バイパス減圧装置１０の開度を運転状態に応じて制御する。
【００７９】
より詳しくは、蒸発器８から流出した低圧冷媒は、主圧縮機４で中間圧まで圧縮された後、補助圧縮機構３に吸入されて更に高圧まで圧縮され、放熱器７に流入する。このとき、バイパス逆止弁１６により、補助圧縮機構３で圧縮された冷媒が補助圧縮機構３の吸入側へ逆流することを防止している。放熱器７に流入した高圧冷媒は、放熱器７で冷却された後、２つに分岐してバイパス減圧装置１０及び膨張機構２にそれぞれ流入し、膨張・減圧される。そして、バイパス減圧装置１０及び膨張機構２にてそれぞれ膨張・減圧された冷媒は、合流した後、蒸発器８に流入し、蒸発器８にて加熱され、再び主圧縮機４及び補助圧縮機構３で順次圧縮される。このとき、所望の冷凍能力を満足するように、制御器６０は、主圧縮機４の回転数、バイパス減圧装置１０の開度を制御する。
【００８０】
このように構成された冷凍空調装置１０４においても、図１に示した冷凍空調装置１００と同様に、膨張機１を起動時において、軸２０と軸受３１が直接接触することを防止し、摩擦抵抗力を小さくできる。このため、冷凍空調装置１０４は、図１に示した冷凍空調装置１００と同様に、膨張機１を確実に（安定して）起動することができる。
【００８１】
実施の形態２．
実施の形態１で示した冷凍空調装置１００に、下記の低圧開閉装置５６、第二高圧導入管５３及び第三高圧開閉装置５５を設けてもよい。また、本実施の形態２で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。また、以下では実施の形態１との差異点を主に説明する。
【００８２】
図９は、本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の一例を示す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１０５は、図１に示した冷凍空調装置１００の構成に加え、更に低圧導入管１３に低圧開閉装置５６を備えている。また、第一高圧導入管５０の第一高圧開閉装置５１の下流から分岐して、低圧導入管１３の低圧開閉装置５６の下流に接続された第二高圧導入管５３を有し、第二高圧導入管５３に、第三高圧開閉装置５５を設けている。低圧開閉装置５６及び第三高圧開閉装置５５は例えば開閉弁である。
【００８３】
冷凍空調装置１０５は、次のように動作する。
（起動時）
ユーザーから制御器６０へ運転指令が入力されると、制御器６０は、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２及び第一高圧開閉装置５１を閉じ、バイパス減圧装置１０を開く。また、制御器６０は、ユーザーから制御器６０へ運転指令が入力されると、第三高圧開閉装置５５及び低圧開閉装置５６を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を始動させる。主圧縮機４の始動後、冷媒は低圧から高圧まで圧縮される。ここで、制御器６０は、バイパス減圧装置１０の開度を調整し、主圧縮機４の吐出圧力と吸入圧力を所定の圧力とする。
【００８４】
主圧縮機４で圧縮された高圧の冷媒は放熱器７に流入し、放熱器７で冷却される。放熱器７で冷却された高圧冷媒は、膨張機構バイパス管９に流入する。膨張機構バイパス管９に流入した高圧冷媒は、バイパス減圧装置１０で減圧・膨張され、バイパス減圧装置１０の前後で圧力差が生じる。バイパス減圧装置１０で減圧・膨張された冷媒は、蒸発器８に流入し、蒸発器８で加熱される。蒸発器８で加熱された冷媒は再び主圧縮機４に吸入される。また、蒸発器８で加熱された冷媒の一部は、低圧導入管１３に流入する。この低圧導入管１３に流入した冷媒は、主圧縮機４に吸入された冷媒と同じ低圧過熱状態である。低圧導入管１３に流入した冷媒は、補助圧縮機構３に流入し、その後、揺動スクロール２１と固定スクロール２２などの膨張機内部の部品間のすき間を通り、密閉容器３５内全体に行き渡り、密閉容器３５内が低圧の過熱ガス雰囲気となる。
【００８５】
密閉容器３５内が低圧過熱ガス雰囲気となった状態で、制御器６０は、低圧開閉装置５６を閉じてから第一高圧開閉装置５１を開く。第一高圧開閉装置５１が開くことで、主圧縮機４を吐出した高圧ガスの一部が第一高圧導入管５０から膨張機構２の入口に供給されると共に、第二高圧導入管５３から補助圧縮機構３の吸入口にも供給される。このように、膨張機構２入口に高圧ガスを供給して駆動力を生じさせると同時に、補助圧縮機構３の吸入側にも高圧ガスを作用させることで、補助圧縮機構３で膨張機構２と同様の駆動力が発生し、軸２０が回転し、膨張機１が起動する。
【００８６】
（定常運転時）
制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、膨張機構入口側開閉装置１１、膨張機構出口側開閉装置１２及び低圧開閉装置５６を開き、第一高圧開閉装置５１及び第三高圧開閉装置５５を閉じる。そして、制御器６０は、定常運転に移行し、主圧縮機４の回転数、バイパス減圧装置１０の開度を運転状態に応じて制御する。冷凍空調装置１０５の定常運転時の動作は図１の動作と同様である。
【００８７】
以上説明したように、本実施の形態２の冷凍空調装置１０５は、実施の形態１と同様の効果が得られると共に更に以下の効果を有する。すなわち、膨張機構２の入口に高圧ガスを供給して駆動力を生じさせると同時に、補助圧縮機構３の吸入側にも高圧ガスを供給するようにしたため、補助圧縮機構３で膨張機構２と同様の駆動力を発生させることができ、更に膨張機１の起動を確実なものとすることができる。
【００８８】
また、補助圧縮機構３に対しても高圧ガスを作用させることで、膨張機構２のみに高圧ガスを作用させる場合と比較して、揺動スクロール２１に作用する軸方向の荷重であるスラスト荷重を小さくすることができる。スラスト荷重を小さくすることで、揺動スクロール２１と補助圧縮機側の固定スクロール２２又は膨張機構２側の固定スクロール２３の歯先との間で生じる摩擦抵抗力が小さくなり、更に膨張機１の起動を確実なものとすることができる。
【００８９】
また、第三高圧開閉装置５５を可変絞り弁で構成してもよい。可変絞り弁とした場合、可変絞り弁の開度を調整することで、第一高圧開閉装置５１を開いた後の補助圧縮機構３に作用する高圧ガスを所定の圧力に減圧することができる。よって、膨張機１の設計に応じて可変絞り弁の開度を調整することで、単純に開度を全開とする場合に比べて揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重を更に小さくすることができる。また、第三高圧開閉装置５５を開閉弁で構成した場合でも、第三高圧開閉装置５５の入口もしくは出口に固定絞り機構を設けることで、第二高圧開閉装置５４を可変絞り弁で構成した場合と同様の効果が得られる。
【００９０】
なお、本実施の形態２では冷凍空調装置１００に低圧開閉装置５６、第二高圧導入管５３及び第三高圧開閉装置５５を設けた例について説明したが、実施の形態１で示した冷凍空調装置１０１〜冷凍空調装置１０４に設けても同様の効果を得ることができる。図１０〜図１３に示す冷凍空調装置１０６〜冷凍空調装置１０９は、順に、冷凍空調装置１０１〜冷凍空調装置１０４に低圧開閉装置５６、第二高圧導入管５３及び第三高圧開閉装置５５を設けた例を示している。
【符号の説明】
【００９１】
１  膨張機、２  膨張機構、３  補助圧縮機構、４  主圧縮機、５  主圧縮機構、６  モーター、７  放熱器、８  蒸発器、９  膨張機構バイパス管、１０  バイパス減圧装置、１１  膨張機構入口側開閉装置、１１ａ  入口側配管、１２  膨張機構出口側開閉装置、１２ａ  出口側配管、１３  低圧導入管、１５  補助圧縮機構バイパス管、１６  バイパス逆止弁、２０  軸、２１  揺動スクロール、２２  固定スクロール、２３  固定スクロール、２４ａ  バランスウェイト、２４ｂ  バランスウェイト、２５  吐出弁、２６  油ポンプ、２７  チップシール、２８  オルダムリング、２９  外周シール、３０  内周シール、３１  軸受、３１ａ  上軸受、３１ｂ  下軸受、３１ｃ  揺動軸受、３２  潤滑油、３４  スライダー、３５  密閉容器、３６  入口管、３７  出口管、３８  吸入管、３９  吐出管、５０  第一高圧導入管、５１  第一高圧開閉装置、５２  補助圧縮機構吸入側開閉装置、５３  第二高圧導入管、５４  第二高圧開閉装置、５５  第三高圧開閉装置、５６  低圧開閉装置、６０  制御器、１００  冷凍空調装置、１０１  冷凍空調装置、１０２  冷凍空調装置、１０３  冷凍空調装置、１０４  冷凍空調装置、１０５  冷凍空調装置、１０６  冷凍空調装置、１０７  冷凍空調装置、１０８  冷凍空調装置、１０９  冷凍空調装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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