(57)【要約】  冷凍サイクル装置１００は、作動流体回路１０６および第１バイパス路１１２を備えている。作動流体回路１０６は、第１圧縮機１０１、放熱器１０２、膨張機１０３、蒸発器１０４、第２圧縮機１０５、およびこれらの要素をこの順番で接続している流路１０６ａ〜１０６ｅによって形成されている。膨張機１０３および第２圧縮機１０５は、膨張機１０３で回収された動力によって第２圧縮機１０５が駆動されるように動力回収軸１０７によって連結されている。第１バイパス路１１２は、冷凍サイクル装置１００の起動時において、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの作動流体回路１０６の部分と、蒸発器１０４の出口から第２圧縮機１０５の吸入口までの作動流体回路１０６の部分と、を連絡する。
2010073586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機で圧縮された作動流体を放熱させる放熱器、前記放熱器で放熱した作動流体を膨張させて作動流体から動力を回収する膨張機、前記膨張機で膨張した作動流体を蒸発させる蒸発器、前記蒸発器で蒸発した作動流体を昇圧して前記第１圧縮機に供給する第２圧縮機、およびこれらの要素をこの順番で接続している流路、によって形成された作動流体回路と、
前記膨張機で回収された動力によって前記第２圧縮機が駆動されるように、前記膨張機と前記第２圧縮機とを連結している動力回収軸と、
前記第１圧縮機の吐出口から前記膨張機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、前記蒸発器の出口から前記第２圧縮機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、を連絡する第１バイパス路と、
前記第１バイパス路に設けられ、前記第１バイパス路における作動流体の流通を制御する第１バイパス弁と、
を備えた、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記蒸発器の出口から前記第２圧縮機の吸入口までの間であって前記第１バイパス路の下流端よりも前記蒸発器の近くにおいて前記作動流体回路に設けられた起動補助弁をさらに備えた、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第１バイパス弁は、前記第１バイパス路の上流端部または下流端部に設けられている、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記第１バイパス弁は、開閉弁または三方弁である、請求項２または３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記膨張機の吐出口から前記第１バイパス路の下流端までの前記作動流体回路の部分と、前記第２圧縮機の吐出口から前記第１圧縮機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、を連絡する第２バイパス路をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記第２バイパス路に設けられ、前記第２バイパス路における作動流体の流通を制御する第２バイパス弁をさらに備えた、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第１圧縮機の起動前に、または前記第１圧縮機の起動に応じて、前記第１バイパス弁を開放する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記第２圧縮機の起動後に、前記第１バイパス弁を閉鎖する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記第２圧縮機の起動を検出する起動検出器と、
前記第１バイパス弁の開閉を制御する制御器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記起動検出器からの検出信号を受けて前記第２圧縮機の起動を検出し、前記第１バイパス弁を閉鎖する、請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記起動検出器は、前記膨張機に吸入されるべき作動流体との温度と、前記膨張機から吐出された作動流体の温度との差を検出する温度検出器であり、
前記温度差が所定の値より大きくなることで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記起動検出器は、前記膨張機に吸入されるべき作動流体の圧力と、前記膨張機から吐出された作動流体の圧力との差を検出する圧力検出器であり、
前記圧力差が所定の値より大きくなることで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記起動検出器は、前記第１圧縮機の起動時点からの経過時間を計測するタイマであり、
前記タイマによって計測された時間が所定時間を経過することで、前記副第２圧縮機の起動を検出する、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記第１圧縮機の起動前に、または前記第１圧縮機の起動に応じて、前記起動補助弁を閉鎖する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記第２圧縮機の起動後に、前記起動補助弁を開放する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記第２圧縮機の起動を検出する起動検出器と、
前記起動補助弁の開閉を制御する制御器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記起動検出器からの検出信号を受けて前記第２圧縮機の起動を検出し、前記起動補助弁を開放する、請求項１４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
前記起動検出器は、前記膨張機に吸入されるべき作動流体との温度と、前記膨張機から吐出された作動流体の温度との差を検出する温度検出器であり、
前記温度差が所定の値より大きくなることで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項１５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１７】
前記起動検出器は、前記膨張機に吸入されるべき作動流体の圧力と、前記膨張機から吐出された作動流体の圧力との差を検出する圧力検出器であり、
前記圧力差が所定の値より大きくなることで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項１５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１８】
前記起動検出器は、前記第１圧縮機の起動時点からの経過時間を計測するタイマであり、
前記タイマによって計測された時間が所定時間を経過することで、前記副第２圧縮機の起動を検出する、請求項１５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１９】
前記膨張機と前記第２圧縮機とが１つの密閉容器に収容されている、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作動流体を膨張させることで動力回収を行う膨張機と、作動流体を予備的に昇圧する第２圧縮機とを備えた冷凍サイクル装置として、図９に示す冷凍サイクル装置５００が知られている（例えば、特開２００３−３０７３５８号公報参照）。図９を参照しながら、従来の冷凍サイクル装置５００の構成について説明する。【０００３】
図９に示すように、冷凍サイクル装置５００は、第１圧縮機１、放熱器２、膨張機３、蒸発器４、第２圧縮機５、およびこれらの要素をこの順番で接続している流路１０ａ〜１０ｅによって形成された作動流体回路６を備えている。第２圧縮機５は、動力回収軸７により膨張機３と連結されており、膨張機３で回収した機械エネルギーを、動力回収軸７を介して受けることで、駆動される。【０００４】
さらに、第２圧縮機５を迂回するバイパス路８と、バイパス路８における作動流体の流通を制御するバイパス弁９とが設けられている。バイパス路８の上流端は、蒸発器４の出口と第２圧縮機５の吸入口とを結ぶ流路１０ｄに接続され、バイパス路８の下流端は、第２圧縮機５の吐出口と第１圧縮機１の吸入口とを結ぶ流路１０ｅに接続されている。【０００５】
冷凍サイクル装置５００は、次の手順に従って起動する。まず、第１圧縮機１の運転を開始させて、バイパス弁９を開く。これにより、蒸発器４内の作動流体は、図９中の実線矢印に示すように、バイパス路８を通じて第１圧縮機１に吸入される。作動流体を第１圧縮機１で昇圧して吐出することで、膨張機３の吸入口での圧力が上昇する。この結果、図１０に示すように、膨張機３の前後で圧力差が生じ、膨張機３および第２圧縮機５は、速やかに起動することができる。膨張機３および第２圧縮機５が起動した後、バイパス弁９が閉じられ、蒸発器４から流出した作動流体は、図９中の一点鎖線矢印に示すように、流路１０ｄを通じて第２圧縮機５に吸入される。このように、バイパス路８を設けることで、スムーズに定常運転に移行できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３０７３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冷凍サイクル装置５００では、膨張機３および第２圧縮機５の起動に関して、膨張機３のみが関与し、第２圧縮機５は寄与していない。むしろ、第２圧縮機５は、膨張機３を起動する際の負荷となっている。すなわち、第２圧縮機５の構成部品と動力回収軸７との摩擦などが、膨張機３の駆動抵抗となっている。【０００８】
また、冷凍サイクル装置５００の定常運転時、第２圧縮機５と膨張機３とは、単一経路の作動流体回路６を形成しているとともに、これらの回転数は、相互に共通の動力回収軸７で連結されているため、同一である。したがって、単位時間あたりに第２圧縮機５が吸入するべき作動流体の質量と、単位時間あたりに膨張機３が吸入するべき作動流体の質量とが等しくなるように、第２圧縮機５の容積と膨張機３の容積とを設定しなければならない。【０００９】
図１１は、従来の冷凍サイクル装置５００において、二酸化炭素を作動流体として用いたときのモリエル線図である。図１１に示すように、従来の冷凍サイクル装置５００の定常運転において、第２圧縮機５が吸入した作動流体の圧力は４０ｋｇ／ｃｍ2、その温度は約１０℃であり（図１１中、点Ａ）、このときの作動流体の密度は１０８．０ｋｇ／ｍ3となる。膨張機３が吸入した作動流体の圧力は１００ｋｇ／ｃｍ2、その温度は４０℃であり（図１１中、点Ｃ）、このときの作動流体の密度は６２８．６１ｋｇ／ｍ3となる。【００１０】
ここで、第２圧縮機５の吸入容積（ｍ3）をＶｃ、膨張機３の吸入容積（ｍ3）をＶｅ、１秒間あたりの動力回収軸７の回転数（Ｓ-1）をＮとする。１秒間あたりに第２圧縮機５が吸入できる作動流体の質量（ｋｇ／ｓ）と、１秒間あたりに膨張機３が吸入できる作動流体の質量（ｋｇ／ｓ）とは、それぞれ、（式１）および（式２）で表すことができる。【００１１】
（式１）
（１秒間あたりに第２圧縮機５が吸入できる作動流体の質量）
＝１０８．０×Ｖｃ×Ｎ【００１２】
（式２）
（１秒間あたりに膨張機３が吸入できる作動流体の質量）
＝６２８．６１×Ｖｅ×Ｎ【００１３】
１秒間あたりに第２圧縮機５が吸入できる作動流体の質量と、１秒間あたりに膨張機３が吸入できる作動流体の質量とが等しくなる場合、上記（式１）および（式２）より、第２圧縮機５の吸入容積Ｖｃは（式３）で表される。【００１４】
（式３）
Ｖｃ＝（６２８．６１／１０８．０）×Ｖｅ≒５．８×Ｖｅ【００１５】
すなわち、冷凍サイクル装置５００の起動時において、膨張機３は、膨張機３の約５．８倍の吸入容積を持つ第２圧縮機５を駆動させなければならない。また、第２圧縮機５が吸入するべき作動流体の密度と、膨張機３が吸入するべき作動流体の密度との比がより大きくなると、第２圧縮機５の吸入容積と、膨張機３の吸入容積との比もより大きくなる。つまり、膨張機３の吸入容積は、第２圧縮機５の吸入容積に対してより小さくなり、第２圧縮機５の起動時における膨張機３の駆動抵抗が相対的に大きくなる。したがって、冷凍サイクル装置５００の運転条件によっては、起動時に、膨張機３が第２圧縮機５を駆動できない恐れがある。あるいは、第２圧縮機５の駆動に必要な駆動力を得るために、膨張機３の吸入口側に定常運転時に比して過剰な圧力を与える必要が生じ、耐圧等の安全性に問題が生じる恐れがある。【００１６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、確実に、安定して起動することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
すなわち、本発明は、
作動流体を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機で圧縮された作動流体を放熱させる放熱器、前記放熱器で放熱した作動流体を膨張させて作動流体から動力を回収する膨張機、前記膨張機で膨張した作動流体を蒸発させる蒸発器、前記蒸発器で蒸発した作動流体を昇圧して前記第１圧縮機に供給する第２圧縮機、およびこれらの要素をこの順番で接続している流路、によって形成された作動流体回路と、
前記膨張機で回収された動力によって前記第２圧縮機が駆動されるように、前記膨張機と前記第２圧縮機とを連結している動力回収軸と、
前記第１圧縮機の吐出口から前記膨張機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、前記蒸発器の出口から前記第２圧縮機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、を連絡する第１バイパス路と、
前記第１バイパス路に設けられ、前記第１バイパス路における作動流体の流通を制御する第１バイパス弁と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の冷凍サイクル装置によれば、起動時に、第２圧縮機の吸入口へ、膨張機の吸入口に供給されるものと同等の高圧の作動流体を供給できる。他方、第２圧縮機の吐出口での圧力は、第１圧縮機の吸入口と同じ圧力、すなわち相対的に低圧になる。つまり、第２圧縮機の前後で大きい圧力差を生じさせることができる。そのため、本発明の冷凍サイクル装置は、運転条件によらず、確実に、安定して起動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の起動制御のフロー図
【図３】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の起動制御のフロー図
【図５】本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の構成図
【図６Ａ】実施の形態１および２の冷凍サイクル装置の起動時の状態を示す概略図
【図６Ｂ】実施の形態３における冷凍サイクル装置の起動時の状態を示す概略図
【図７】参考例における冷凍サイクル装置の構成図
【図８Ａ】従来の冷凍サイクル装置の起動時における作動流体の流れを示す概略図
【図８Ｂ】実施の形態１、実施の形態２および参考例の冷凍サイクル装置の起動時における作動流体の流れを示す概略図
【図９】従来の冷凍サイクル装置の構成図
【図１０】図９に示す冷凍サイクル装置の起動時の状態を示す概略図
【図１１】従来の冷凍サイクル装置において二酸化炭素を作動流体として用いたときのモリエル線図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
＜冷凍サイクル装置１００の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置１００の構成図である。図１に示すように、冷凍サイクル装置１００は、第１圧縮機１０１と、放熱器１０２と、膨張機１０３と、蒸発器１０４と、第２圧縮機１０５とを、流路（配管）１０６ａ〜１０６ｅにより順次接続することによって形成された作動流体回路１０６を備えている。作動流体として、例えば、二酸化炭素等の冷媒を用いることができる。
【００２２】
第１圧縮機１０１は、潤滑油を貯留した１つの密閉容器１０１ｃ内に、圧縮機構部１０１ａと、圧縮機構部１０１ａを駆動するモータ１０１ｂとを配置することで構成されており、作動流体を高温高圧に圧縮する。第１圧縮機１０１としては、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。第１圧縮機１０１の吐出口は、流路１０６ａを介して放熱器１０２の入口に接続されている。
【００２３】
放熱器１０２は、第１圧縮機１０１により圧縮された高温高圧の作動流体を放熱させる（冷却する）。放熱器１０２の出口は、流路１０６ｂを介して膨張機１０３の吸入口に接続されている。
【００２４】
膨張機１０３は、放熱器１０２から流出した中温高圧の作動流体を膨張させ、作動流体の膨張エネルギー（動力）を機械エネルギーに変換して回収する。膨張機１０３の吐出口は、流路１０６ｃを介して蒸発器１０４の入口に接続されている。膨張機１０３としては、例えば、スクロール式膨張機やロータリ式膨張機を用いることができる。さらに、膨張機１０３として、流体圧モータ式膨張機を用いることができる。流体圧モータ式膨張機とは、作動室内で実質的な膨張工程を行なわずに、放熱器１０２から作動流体を吸入する工程と、吸入した作動流体を蒸発器１０４へ吐出する工程とを連続して行うことで、作動流体から動力を回収する流体機械である。流体圧モータ式膨張機の詳細な構造および動作原理は、例えば、国際公開２００８／０５０６５４号公報に開示されている。
【００２５】
蒸発器１０４は、膨張機１０３で膨張させた低温低圧の作動流体を加熱して蒸発させる。蒸発器１０４の出口は、流路１０６ｄを介して第２圧縮機１０５の吸入口に接続されている。
【００２６】
第２圧縮機１０５は、蒸発器１０４から流出した中温低圧の作動流体を吸入し、予備的に昇圧してから第１圧縮機１０１へ吐出する。第２圧縮機１０５の吐出口は、流路１０６ｅを介して第１圧縮機１０１の吸入口に接続されている。第２圧縮機１０５としては、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。さらに、第２圧縮機１０５として、流体圧モータ式圧縮機を用いることができる。流体圧モータ式圧縮機とは、蒸発器１０４から作動流体を吸入する工程と、吸入した作動流体を第１圧縮機１０１へ吐出する工程とを実質的に連続して行うことで、作動流体を昇圧する流体機械である。言い換えれば、流体圧モータ式圧縮機とは作動室内で実質的に作動流体の体積変化を生じさせない流体機械を意味する。流体圧モータ式圧縮機の構造は、基本的に、流体圧モータ式膨張機の構造と同じであり、先の文献に詳細に開示されている。
【００２７】
膨張機１０３と第２圧縮機１０５とは、潤滑油を貯留した１つの密閉容器１０９に収容されている。膨張機１０３は、動力回収軸１０７によって第２圧縮機１０５に連結されている。膨張機１０３、第２圧縮機１０５および動力回収軸１０７は、膨張機１０３で回収した機械エネルギー（動力）を、動力回収軸１０７を介して第２圧縮機１０５に伝えることで、第２圧縮機１０５を駆動する動力回収システム１０８として機能する。
【００２８】
本実施の形態１において、第２圧縮機１０５は、膨張機１０３の容積よりも大きい容積を有する。膨張機１０３の容積Ｖｅに対する第２圧縮機１０５の容積Ｖｃの比率（Ｖｃ／Ｖｅ）は、例えば、５〜１５の範囲に設定される。特に、二酸化炭素のように大きい圧力差を持った冷凍サイクルを形成する作動流体を用いる場合には、比率（Ｖｃ／Ｖｅ）も大きくなりがちである。一般には、比率（Ｖｃ／Ｖｅ）が大きければ大きいほど、動力回収システム１０８を自立起動させるために、より大きい駆動力（トルク）が必要となる。なお、「第２圧縮機１０５の容積」とは、閉じ込め容積、すなわち吸入工程の完了時における作動室の容積を意味する。このことは、膨張機１０３についても同じである。
【００２９】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、第１バイパス路１１２および第１バイパス弁１１３を備えている。第１バイパス路１１２は、放熱器１０２の出口と膨張機１０３の吸入口とを結ぶ流路１０６ｂと、蒸発器１０４の出口と第２圧縮機１０５の吸入口とを結ぶ流路１０６ｄとを連絡するように、作動流体回路１０６に接続されている。第１バイパス弁１１３は、第１バイパス路１１２に設けられており、第１バイパス路１１２における作動流体の流通を制御する。
【００３０】
第１バイパス路１１２の上流端Ｋ１は流路１０６ｂに接続され、第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２は流路１０６ｄに接続されている。すなわち、第１バイパス路１１２は、動力回収軸１０７の回転前において、流路１０６ｂ内の作動流体を、膨張機１０３および蒸発器１０４を迂回して、直接、第２圧縮機１０５に吸入させることができる流路である。      
【００３１】
なお、冷凍サイクル装置１００の起動時に第２圧縮機１０５の吸入口での圧力を高めることができる限りにおいて、上流端Ｋ１の位置は図１に示す位置に限定されない。すなわち、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの作動流体回路１０６の部分と、蒸発器１０４の出口から第２圧縮機１０５の吸入口までの作動流体回路１０６の部分と、を連絡できる限りにおいて、第１バイパス路１１２の上流端Ｋ１の位置は特に限定されない。具体的に、第１バイパス路１１２は、第１圧縮機１０１の吐出口と放熱器１０２の入口とを結ぶ流路１０６ａと、蒸発器１０４の出口と第２圧縮機１０５の吸入口とを結ぶ流路１０６ｄとを連絡するように、作動流体回路１０６に接続されていてもよい。場合によっては、第１バイパス路１１２が放熱器１０２から分岐していてもよい。例えば、放熱器１０２が上流側部分と下流側部分とで構成されている場合には、その２つの部分の間から第１バイパス路１１２を容易に分岐させうる。
【００３２】
第１バイパス弁１１３は、第１バイパス路１１２の上流端部に設けられている。「上流端部」とは、第１バイパス路１１２の全長をＬ1と定義したとき、上流端Ｋ１と、上流端Ｋ１から下流端Ｋ２に向かってＬ1／４進んだ位置との間の部分に相当する。ただし、第１バイパス弁１１３の位置は特に限定されず、例えば、第１バイパス路１１２の下流端部に設けられていてもよい。「下流端部」とは、下流端Ｋ２と、下流端Ｋ２から上流端Ｋ１に向かってＬ1／４進んだ位置との間の部分に相当する。本実施の形態１においては、第１バイパス弁１１３として開閉弁を用いたが、これに限られることはない。第１バイパス弁１１３が上流端Ｋ１または下流端Ｋ２の位置に設けられている場合、第１バイパス弁１１３として三方弁を用いることができる。三方弁を用いると、配管の接続箇所を削減できる利点がある。
【００３３】
また、冷凍サイクル装置１００は、蒸発器１０４の出口から第２圧縮機１０５の吸入口までの間であって、第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２よりも蒸発器１０４の近くにおいて作動流体回路１０６に設けられた起動補助弁１１４を備えている。起動補助弁１１４は、流路１０６ｄにおける作動流体の流通を制御する。起動補助弁１１４として、開閉弁を使用できる。
【００３４】
第１バイパス弁１１３を開くと、第１バイパス路１１２を経由して、流路１０６ｂ内の作動流体を第２圧縮機１０５の吸入口へと直接流すことができる。その際、起動補助弁１１４を閉じておくことで、蒸発器１０４から第２圧縮機１０５へ作動流体が流れることを防止できる。
【００３５】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、第２バイパス路１１０および第２バイパス弁１１１を備えている。第２バイパス路１１０は、膨張機１０３の吐出口と蒸発器１０４の入口とを結ぶ流路１０６ｃと、第２圧縮機１０５の吐出口と第１圧縮機１０１の吸入口とを結ぶ流路１０６ｅとを連絡するように、作動流体回路１０６に接続されている。すなわち、第２バイパス路１１０は、蒸発器１０４および第２圧縮機１０５を迂回している。第２バイパス弁１１１は、第２バイパス路１１０に設けられており、第２バイパス路１１０における作動流体の流通を制御する。
【００３６】
第２バイパス路１１０の上流端Ｈ１は流路１０６ｃに接続され、第２バイパス路１１０の下流端Ｈ２は流路１０６ｅに接続されている。すなわち、第２バイパス路１１０は、流路１０６ｃ内の作動流体を、蒸発器１０４および第２圧縮機１０５を迂回して、直接、第１圧縮機１０１に吸入させることができる流路である。
【００３７】
ただし、冷凍サイクル装置１００の起動時に蒸発器１０４内の作動流体を第１圧縮機１０１が吸入できる限りにおいて、上流端Ｈ１の位置は図１に示す位置に限定されない。上流端Ｈ１は、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２までの区間のどこに位置していてもよい。すなわち、第２バイパス路１１０は、蒸発器１０４の出口から第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２までの作動流体回路１０６の部分（流路１０６ｄの一部）と、第２圧縮機１０５の吐出口から第１圧縮機１０１の吸入口までの作動流体回路１０６の部分（流路１０６ｅ）とを連絡するように、作動流体回路１０６に接続されていてもよい。場合によっては、第２バイパス路１１０が蒸発器１０４から分岐していてもよい。例えば、蒸発器１０４が上流側部分と下流側部分とで構成されている場合には、その２つの部分の間から第２バイパス路１１０を容易に分岐させうる。
【００３８】
第２バイパス弁１１１は、第２バイパス路１１０の上流端部に設けられている。「上流端部」とは、第２バイパス路１１１の全長をＬ2と定義したとき、上流端Ｈ１と、上流端Ｈ１から下流端Ｈ２に向かってＬ2／４進んだ位置との間の部分に相当する。第２バイパス弁１１１は、また、第２バイパス路１１１の下流端部に設けられていてもよい。「下流端部」とは、下流端Ｈ２と、下流端Ｈ２から上流端Ｈ１に向かってＬ2／４進んだ位置との間の部分に相当する。本実施の形態１においては、第２バイパス弁１１１として逆止弁を用いたが、これに限られることはなく、開閉弁あるいは三方弁を用いてもよい。
【００３９】
第２バイパス弁１１１の出口での圧力が入口での圧力よりも低いとき、第２バイパス弁１１１により、流路１０６ｃ内の作動流体を第２バイパス路１１０へ流すことができる。すなわち、流路１０６ｅ内の圧力が、膨張機１０３の吐出口と第２圧縮機１０５の吸入口との間の流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄ）内の圧力よりも低いときに、第２バイパス路１１０を経由して、流路１０６ｃ内の作動流体を第１圧縮機１０１の吸入口へと直接流すことができる。
【００４０】
冷凍サイクル装置１００は、また、第１バイパス弁１１３および起動補助弁１１４の開閉を制御する制御器１１７を備えている。第１バイパス弁１１３および起動補助弁１１４には、それぞれ、弁開閉手段１１５および１１６が設けられている。弁開閉手段１１５および１１６は、典型的には、弁を作動させるためのソレノイド等のアクチュエータで構成されており、制御器１１７により制御される。制御器１１７は、典型的には、マイクロコンピュータで構成されている。制御器１１７には、起動ボタンを設けた入力装置１１８が接続されている。入力装置１１８を通じて制御器１１７に操作指令が入力されると、制御器１１７の内部メモリに格納された所定の制御プログラムが実行される。例えば、起動ボタンがオンされると、入力装置１１８から制御器１１７へと起動指令（起動信号）が送られる。制御器１１７は、起動指令を取得することに応じて、図２を参照して後述する所定の起動制御を実行する。また、制御器１１７は、第１圧縮機１０１を動作させるモータ１０１ｂの動作を制御する。
【００４１】
また、冷凍サイクル装置１００は、第２圧縮機１０５が起動したことを検出するための起動検出器１１９を備えている。起動検出器１１９は、検出信号を制御器１１７に送信する。制御器１１７は、検出信号を取得することに基づいて、第２圧縮機１０５の起動を検出する。起動検出器１１９として、温度検出器、圧力検出器などを用いることができる。温度検出器としての起動検出器１１９は、例えば熱電対やサーミスタのような温度検出素子を含み、膨張機１０３に吸入されるべき作動流体との温度と、膨張機１０３から吐出された作動流体の温度との差ΔＴを検出する。圧力検出器としての起動検出器１１９は、例えば圧電素子を含み、膨張機１０３に吸入されるべき作動流体の圧力と、膨張機１０３から吐出された作動流体の圧力との差ΔＰを検出する。また、第１圧縮機１０１の起動時点からの経過時間を計測するタイマが、第２圧縮機１０５の起動を検出する起動検出器１１９として設けられていてもよい。このようなタイマは、制御器１１７の機能によっても提供されうる。この場合、制御器１１７自身が起動検出器１１９の役割を担うことができる。さらに、動力回収軸１０７の駆動を検出する接触式または非接触式の変位センサ、例えばエンコーダが、第２圧縮機１０５の起動を検出する起動検出器１１９として設けられていてもよい。
【００４２】
起動検出器１１９の種類によって、「第２圧縮機１０５が起動したこと」を検出する手法は、以下のように異なる。
【００４３】
温度検出器の場合は、実験的または理論的に求められた所定の値Ｔ1が制御器１１７により設定される。制御器１１７では、温度検出器によって検出された温度差△Ｔが所定の値Ｔ1より大きくなることで、「第２圧縮機１０５が起動したこと」を検出する。
【００４４】
圧力検出器の場合は、実験的または理論的に求められた所定の値Ｐ1が制御器１１７により設定される。制御器１１７では、圧力検出器によって検出された圧力差△Ｐが所定の値Ｐ1より大きくなることで、「第２圧縮機１０５が起動したこと」を検出する。
【００４５】
温度差△Ｔと所定の値Ｔ1との比較、または圧力差ΔＰと所定の値Ｐ1との比較によって第２圧縮機１０５の起動を検出できる理由は、次の通りである。第１圧縮機１０１を起動させたとき、第１圧縮機１０１から吐出された作動流体が、第１バイパス路１１２を通じて第２圧縮機１０５の吸入口に供給される。このことにより、動力回収システム１０８が起動する。このとき、第２圧縮機１０５が駆動源となるため、第１圧縮機１０１の吸入温度と第１圧縮機１０１の吐出温度との間に大きな温度差がつく前に動力回収システム１０８は回転し始める。動力回収システム１０８の回転開始時は冷凍サイクル装置１００の圧力差が十分に大きくなっておらず、動力回収システム１０８を回転させる動力は小さい。そのため、動力回収システム１０８の回転数も低い。動力回収システム１０８の回転数が低いと、膨張機１０３の回転数も低い。この状態は、膨張弁で言うところの“絞っている状態”に相当する。したがって、第１圧縮機１０１の吐出温度および吐出圧力も徐々に上昇する。
【００４６】
第１圧縮機１０１の吐出温度および吐出圧力が上昇すれば、膨張機１０３および第２圧縮機１０５を回転させる動力も増加し、動力回収システム１０８の回転数は高くなる。そして、高回転数になると、慣性力の影響で動力回収システム１０８は安定して回転する。このような安定回転状態まで、第１バイパス路１１２を開放し続けることが望ましい。
【００４７】
一方、膨張機１０３の吸入温度は、停止時の外気温度と略同一温度から、徐々に上昇する。膨張機１０３の吸入温度（または吸入圧力）によって、膨張機１０３の吐出温度（または吐出圧力）が決まる。例えば、外気温度が１０℃である場合、動力回収システム１０８の起動時および動力回収システム１０８の定常運転時の各々における膨張機１０３の吸入温度、吐出温度、吸入圧力および吐出圧力は以下の通りである。なお、下記の値は膨張比＝２．０で計算したものである。
【００４８】
<起動時>
吸入温度：１０℃、吸入圧力：５．０ＭＰａ、
吐出温度：−３．０℃、吐出圧力：３．２ＭＰａ
吸入温度と吐出温度との差：１３℃
吸入圧力と吐出圧力との差：１．８ＭＰａ
<定常時>
吸入温度：４０℃、吸入圧力：１０．０ＭＰａ
吐出温度：１３．４℃、吐出圧力：４．９ＭＰａ
吸入温度と吐出温度との差：２６．６℃
吸入圧力と吐出圧力との差：５．１ＭＰａ
【００４９】
第１圧縮機１０１の吐出温度および吐出圧力が低い状態で動力回収システム１０８が起動すると、上記のように、膨張機１０３の吸入温度および膨張機１０３の吐出温度は、それぞれ、徐々に大きくなる。吸入温度と吐出温度との差も徐々に拡大する。このことは、圧力についても同様である。ゆえに、所定の値Ｔ1およびＰ1として適切な値（例えば、起動時の温度差および圧力差よりも少し大きい値）を設定することにより、第２圧縮機１０５の起動（動力回収システム１０８の起動）を検出できる。
【００５０】
なお、温度差Δおよび圧力差ΔＴに代えて、膨張機１０３の吐出温度または膨張機１０３の吐出圧力に基づいて、第２圧縮機１０５の起動を検出できる可能性がある。動力回収システム１０８が起動すると、膨張機１０３も回転する。膨張機１０３は、作動流体を吸入した後、吸入した作動流体を膨張させて吐出する。そのため、膨張機１０３から吐出された作動流体の温度および圧力は、吸入前よりも低い。膨張機１０３の吐出口での温度（または圧力）を時系列で監視するとともに、温度（または圧力）の急変を捉えることで第２圧縮機１０５が起動したものと判断できる。
【００５１】
タイマの場合は、実験的または理論的に求められた所定時間ｔが制御器１１７により設定される。制御器１１７は、第１圧縮機１０１のモータ１０１ｂに制御信号を送信するとともに、タイマによる時間計測を開始する。タイマによって計測された時間が所定時間ｔを経過することで、制御器１１７は、「第２圧縮機１０５が起動したこと」を検出する。
【００５２】
「所定時間ｔ」は、制御器１１７において実行されるべき起動制御プログラムに記述されている。例えば、第１圧縮機１０１を起動してから第２圧縮機１０５が起動するまでの時間を様々な運転条件（外気温度等）で実際に測定する。そして、全ての運転条件において、第２圧縮機１０５が起動したと判断できる時間を「所定時間ｔ」として設定しうる。理論的には、冷凍サイクル装置１００のモデルを構築し、動力回収システム１０８を起動するために必要十分な圧力差を計算機シミュレーションで推定する。そして、第１圧縮機１０１の容積、作動流体回路１０６の作動流体の充填量等のパラメータを用い、推定した圧力差を作り出すために必要な初動時間を算出する。算出した初動時間を「所定時間ｔ」として設定しうる。
【００５３】
＜冷凍サイクル装置１００の動作＞
図２は、冷凍サイクル装置１００の起動制御のフロー図である。冷凍サイクル装置１００は、図２に示す起動制御の実行後、定常運転を開始する。運転待機状態において、第１圧縮機１０１は停止し、第１バイパス弁１１３は閉鎖、起動補助弁１１４は開放されており、作動流体回路１０６内の作動流体の圧力は略均一である。なお、作動流体と熱交換するべき流体（空気または水）を放熱器１０２に流すためのファンまたはポンプは、起動制御の終了後に作動させる。同様に、作動流体と熱交換するべき流体を蒸発器１０４に流すためのファンまたはポンプも起動制御の終了後に作動させる。
【００５４】
ステップＳ１１において入力装置１１８から起動指令を取得することに応じて、第１バイパス弁１１３を開放かつ起動補助弁１１４を閉鎖するように、制御器１１７は、弁開閉手段１１５および１１６に制御信号を送信する（ステップＳ１２）。これにより、第１バイパス路１１２は開通し、流路１０６ｄは蒸発器１０４の出口と第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２との間で閉鎖される。
【００５５】
続いて、制御器１１７は、第１圧縮機１０１を起動するべく、モータ１０１ｂへの給電を開始する（ステップＳ１３）。これにより、第１圧縮機１０１には、流路１０６ｅおよび第２バイパス路１１０内の作動流体が吸入される。なお、第１圧縮機１０１の起動前に第１バイパス弁１１３を開放する代わりに、第１圧縮機１０１の起動に応じて第１バイパス弁１１３を開放してもよい。同様に、第１圧縮機１０１の起動に応じて、起動補助弁１１４を閉鎖してもよい。すなわち、第１圧縮機１０１の起動後かつ動力回収軸１０７の回転前に、作動流体が第１バイパス路１１２を流通できる状態になっていれば問題ない。
【００５６】
第１圧縮機１０１への作動流体の吸入が開始されると、流路１０６ｅおよび第２バイパス路１１０内の圧力が低下する。これにより、第２バイパス弁１１１が開放され、第２バイパス路１１０には、第２バイパス弁１１１よりも上流側の作動流体、すなわち、膨張機１０３の吐出口から起動補助弁１１４までの流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄの一部）内の作動流体が流入する。第２バイパス路１１０に流入した作動流体は、第１圧縮機１０１に吸入および圧縮されて、流路１０６ａに吐出される。したがって、膨張機１０３の吐出口から起動補助弁１１４までの流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄの一部）内の圧力は低下する。
【００５７】
一方、第１圧縮機１０１が起動すると、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの流路（流路１０６ａ、放熱器１０２、流路１０６ｂ）内の圧力が上昇する。圧縮された作動流体は、第１バイパス路１１２を通じて、起動補助弁１１４と第２圧縮機１０５の吸入口との間の流路１０６ｄにも流入する。これにより、起動補助弁１１４から第２圧縮機１０５の吸入口までの流路（流路１０６ｄの一部）内の圧力が上昇する。
【００５８】
その結果、図６Ａに示すように、膨張機１０３および第２圧縮機１０５の各吸入口での圧力が相対的に高くなり、膨張機１０３および第２圧縮機１０５の各吐出口での圧力が相対的に低くなる。すなわち、膨張機１０３の吸入口と吐出口との間だけでなく、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間にも、圧力差を生じさせることができる。作動流体の圧力差が、膨張機１０３および第２圧縮機１０５の各々に作用するので、動力回収システム１０８を容易に自立起動させることができる。
【００５９】
制御器１１７は、起動検出器１１９を通じて、第２圧縮機１０５が起動したことを検出すると（ステップＳ１４）、第１バイパス弁１１３を閉鎖かつ起動補助弁１１４を開放するように、弁開閉手段１１５および１１６に制御信号を送信する（ステップＳ１５）。具体的に、制御器１１７は、起動検出器１１９からの検出信号を受けて第２圧縮機１０５の起動を検出し、その後、第１バイパス弁１１３を閉鎖かつ起動補助弁１１４を開放する。これにより、第１バイパス路１１２は閉鎖され、流路１０６ｄは開通する。起動制御の終了後、冷凍サイクル装置１００は、作動流体回路１０６に作動流体を循環させる定常運転に移行する。
【００６０】
定常運転への移行時、第２圧縮機１０５の昇圧作用により、第２バイパス路１１０の下流端Ｈ２での圧力は、上流端Ｈ１での圧力を上回る。そのため、逆止弁である第２バイパス弁１１１が閉鎖される。流路１０６ｅ、および、第２バイパス弁１１１よりも下流側における第２バイパス路１１０内の圧力は、流路１０６ｃ、蒸発器１０４および流路１０６ｄ内の圧力よりも高いため、第２バイパス弁１１１は閉鎖状態を維持する。これにより、定常運転中において、作動流体は、作動流体回路１０６を循環する。
【００６１】
なお、外気温度等の条件にもよるが、冷凍サイクル装置１００の起動時に第２圧縮機１０５が液相の作動流体を吸入する可能性がある。そのため、第２圧縮機１０５として、先に説明した流体圧モータ式圧縮機を好適に採用できる。流体圧モータ式圧縮機によると、作動室内で実質的に作動流体の体積変化を生じさせないので、液相の作動流体の吸入をある程度許容できるからである。
【００６２】
また、定常運転時に第１圧縮機１０１が作動流体を吸入する際、作動流体を圧縮機構部１０１ａに閉じ込めることに基づいて流路１０６ｅで圧力脈動が発生する可能性がある。本実施の形態１によると、第２バイパス路１１０の一部（第２バイパス弁１１１から下流端Ｈ２までの部分）が、流路１０６ｅの容積を拡張させるバッファ空間として機能しうる。そのため、流路１０６ｅで発生した圧力脈動の脈動幅の緩和を期待でき、ひいては冷凍サイクル装置１００の動作の信頼性を高めることができる。
【００６３】
同様に、第２圧縮機１０５が作動流体を吸入する際、作動流体を第２圧縮機１０５の作動室に閉じ込めることに基づいて流路１０６ｄで圧力脈動が発生する可能性がある。本実施の形態１によると、第１バイパス路１１２の一部（第１バイパス弁１１３から下流端Ｋ２までの部分）が、流路１０６ｄの容積を拡張させるバッファ空間として機能しうる。そのため、流路１０６ｄで発生した圧力脈動の脈動幅の緩和を期待でき、ひいては冷凍サイクル装置１００の動作の信頼性を高めることができる。
【００６４】
冷凍サイクル装置１００の運転を停止するには、例えば、第１圧縮機１０１の回転数を漸次減少させる。第１圧縮機１０１の停止後、作動流体は、第１圧縮機１０１、膨張機１０３および第２圧縮機１０５を十分な時間をかけて移動する。そのため、作動流体回路１０６における圧力差は自然に解消され、略均一圧力となって安定する。これにより、膨張機１０３および第２圧縮機１０５も自然と停止する。
【００６５】
＜冷凍サイクル装置１００の効果＞
本実施の形態１によれば、冷凍サイクル装置１００の起動時において、第１バイパス弁１１３は開放、起動補助弁１１４は閉鎖されている。そのため、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの流路内の作動流体を、第１バイパス路１１２を通じて、第２圧縮機１０５の吸入口へ供給できる。これにより、第２圧縮機１０５の吸入口での圧力を上昇させることができる。また、流路１０６ｅに加えて、膨張機１０３の吐出口から起動補助弁１１４までの流路内の作動流体を、第２バイパス路１１０を通じて、直接、第１圧縮機１０１へ供給できる。
【００６６】
一方、第１圧縮機１０１が作動流体を吸入し始めると、流路１０６ｅおよび第２バイパス弁１１１よりも下流側における第２バイパス路１１０内の圧力が低下する。これにより、逆止弁である第２バイパス弁１１１が開放される。第２バイパス路１１０には、膨張機１０３の吐出口から起動補助弁１１４までの流路内の作動流体が流入し、第２バイパス路１１０および流路１０６ｅ内の作動流体とともに、第１圧縮機１０１に吸入される。
【００６７】
以上に説明したように、冷凍サイクル装置１００によれば、膨張機１０３の吸入口と吐出口との間だけでなく、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間にも圧力差が生じうる。そのため、動力回収システム１０８を安定かつ確実に起動させることができ、ひいては冷凍サイクル装置１００の信頼性も向上する。
【００６８】
（実施の形態２）
＜冷凍サイクル装置２００の構成＞
図３は、本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置２００の構成図である。図３に示すように、冷凍サイクル装置２００は、第１バイパス弁２０１として三方弁を用いている点で、実施の形態１と相違する。つまり、第１バイパス弁２０１は、実施の形態１における第１バイパス弁１１３および起動補助弁１１４の両方の役割を担う。本実施の形態２において、実施の形態１と共通部品については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施の形態２において、第１バイパス弁２０１は、第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２と流路１０６ｄとの接合部に設けられている。これにより、第１バイパス路１１２の開閉と、流路１０６ｄの開閉とを１つの弁で簡便に行うことができる。具体的には、（ａ）流路１０６ｄを開通し、第１バイパス路１１２を閉鎖した状態（例えば、定常運転時）と、（ｂ）第１バイパス路１１２を開通し、流路１０６ｄを第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２との接合部で閉鎖した状態（例えば、起動制御時）との間で、作動流体の経路を簡便に切り替えることができる。このように、本実施の形態２では、冷凍サイクル装置２００の構成を簡素化することができる。なお、第１バイパス弁２０１は、第１バイパス路１１２の上流端Ｋ１と流路１０６ｂとの接合部に設けられていてもよい。
【００７０】
第１バイパス弁２０１には、弁切替手段２０２が設けられている。弁切替手段２０２は、典型的には、ソレノイド等のアクチュエータで構成されており、制御器１１７により制御される。
【００７１】
＜冷凍サイクル装置２００の動作＞
図４は、冷凍サイクル装置２００の起動制御のフロー図である。冷凍サイクル装置２００は、図４に示す起動制御の実行後、定常運転を開始する。運転待機状態において、第１圧縮機１０１は停止し、第１バイパス弁２０１により流路１０６ｄは開通し、第１バイパス路１１２は閉鎖されている（上記（ａ）の状態）。作動流体回路１０６内の作動流体の圧力は略均一である。
【００７２】
ステップＳ２１において入力装置１１８から起動指令を取得することに応じて、先に説明した（ａ）の状態から（ｂ）の状態へと切り替わるように、制御器１１７は、弁制御手段２０２に制御信号を送信する（ステップＳ２２）。
【００７３】
続いて、制御器１１７は、第１圧縮機１０１を起動するべく、モータ１０１ｂへの給電を開始する（ステップＳ２３）。これにより、第１圧縮機１０１には、流路１０６ｅおよび第２バイパス路１１０内の作動流体が吸入される。ステップＳ２２の処理は、第１圧縮機１０１の起動に応じて実行しても構わない。
【００７４】
第１圧縮機１０１への作動流体の吸入が開始されると、流路１０６ｅおよび第２バイパス路１１０内の圧力が低下する。これにより、第２バイパス弁１１１が開放され、第２バイパス路１１０には、第２バイパス弁１１１よりも上流側の作動流体、すなわち、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス弁２０１までの流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄの一部）内の作動流体が流入する。第２バイパス路１１０に流入した作動流体は、第１圧縮機１０１に吸入および圧縮されて、流路１０６ａに吐出される。したがって、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス弁２０１までの流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄの一部）内の圧力も低下する。
【００７５】
一方、第１圧縮機１０１が起動すると、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの流路（流路１０６ａ、放熱器１０２、流路１０６ｂ）内の圧力が上昇する。圧縮された作動流体は、第１バイパス路１１２を通じて、第１バイパス弁２０１と第２圧縮機１０５の吸入口との間の流路１０６ｄにも流入する。これにより、第１バイパス弁２０１から第２圧縮機１０５の吸入口までの流路（流路１０６ｄの一部）内の圧力が上昇する。実施の形態１と同様に、図６Ａに示す状態が形成され、動力回収システム１０８を容易に自立起動させることができる。
【００７６】
制御器１１７は、起動検出器１１９を通じて、第２圧縮機１０５が起動したことを検出すると（ステップＳ２４）、先に説明した（ｂ）の状態から（ａ）の状態へと切り替わるように、弁切替手段２０２に制御信号を送信する（ステップＳ２５）。これにより、第１バイパス弁２０１が切り替えられて、第１バイパス路１１２が閉鎖される。起動制御の終了後、冷凍サイクル装置２００は定常運転に移行する。
【００７７】
本実施の形態２においても、第２バイパス路１１０の一部（第２バイパス弁１１１から下流端Ｈ２までの部分）は、流路１０６ｅの容積を拡張させるバッファ空間として機能しうる。したがって、実施の形態１で説明したように、流路１０６ｅで発生した圧力脈動の脈動幅の緩和を期待することができ、ひいては冷凍サイクル装置２００の動作の信頼性を高めることができる。
【００７８】
同様に、第１バイパス路１１２は、流路１０６ｂの容積を拡張させるバッファ空間として機能しうる。したがって、流路１０６ｂで発生する圧力脈動の脈動幅の緩和を期待でき、ひいては冷凍サイクル装置２００の動作の信頼性を高めることができる。
【００７９】
＜冷凍サイクル装置２００の効果＞
本実施の形態２によれば、冷凍サイクル装置２００の起動時において、第１バイパス路１１２は開通、流路１０６ｄは第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２との接合部で閉鎖されている。そのため、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの流路内の作動流体を、第１バイパス路１１２を通じて、第２圧縮機１０５の吸入口へ供給できる。これにより、第２圧縮機１０５の吸入口での圧力を上昇させることができる。また、流路１０６ｅに加えて、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス弁２０１までの流路内の作動流体を、第２バイパス路１１０を通じて、直接、第１圧縮機１０１へ供給できる。
【００８０】
一方、第１圧縮機１０１が作動流体を吸入し始めると、流路１０６ｅおよび第２バイパス弁１１１よりも下流側における第２バイパス路１１０内の圧力が低下する。これにより、逆止弁である第２バイパス弁１１１が開放される。第２バイパス路１１０には、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス弁２０１までの流路内の作動流体が流入し、第２バイパス路１１０および流路１０６ｅ内の作動流体とともに、第１圧縮機１０１に吸入される。
【００８１】
また、冷凍サイクル装置２００によれば、起動時に、蒸発器１０４および第２圧縮機１０５による作動流体の圧力損失を回避して、第１圧縮機１０１が吸入するべき作動流体の圧力低下を抑制することができ、第１圧縮機１０１が作動流体を昇圧する動力を低減させることができる。
【００８２】
以上に説明したように、冷凍サイクル装置２００によれば、膨張機１０３の吸入口と吐出口との間だけでなく、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間にも圧力差が生じうる。そのため、動力回収システム１０８を安定かつ確実に起動させることができ、ひいては冷凍サイクル装置２００の信頼性も向上する。
【００８３】
（実施の形態３）
実施の形態１および２によると、第２バイパス路１１０および第２バイパス弁１１１が設けられている。しかし、これらが常に必要というわけではない。すなわち、図５に示すように、第２バイパス路１１０および第２バイパス弁１１１を省略した構成の冷凍サイクル装置３００を提案できる。
【００８４】
冷凍サイクル装置３００によると、起動時に第１バイパス弁１１３を開放かつ起動補助弁１１４を閉鎖する。動力回収システム１０８が起動していない状態において、第１圧縮機１０１は、流路１０６ｅ内の作動流体のみを吸入できる。すなわち、第１圧縮機１０１が吸入できる作動流体の量に着目すると、本実施の形態３は、実施の形態１および２よりも不利かもしれない。しかし、本実施の形態３によっても、膨張機１０３の吸入口と吐出口との間だけでなく、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間にも圧力差が生じうる（図６Ａ参照）。したがって、第２バイパス路１１０および第２バイパス弁１１１を省略したとしても、動力回収システム１０８を容易かつ確実に起動できる。
【００８５】
さらに、冷凍サイクル装置３００から起動補助弁１１４を省略することも可能である。その場合、図６Ｂに示すように、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間でのみ圧力差が生じる。しかし、膨張機１０３の容積よりも第２圧縮機１０５の容積が十分に大きい場合、膨張機１０３の駆動抵抗よりも第２圧縮機１０５の駆動抵抗が相対的に大きい。したがって、図１０に示す状態よりも図６Ｂに示す状態の方が、動力回収システム１０８の起動にとって有利である。
【００８６】
（参考例）
図７に示す冷凍サイクル装置４００は、バイパス路１１０の上流端Ｈ１の位置が従来の冷凍サイクル装置５００（図９参照）と異なる。具体的には、バイパス路１１０の上流端Ｈ１が、膨張機１０３の吐出口と蒸発器１０４の入口とを結ぶ流路１０６ｃ上に位置している。冷凍サイクル装置４００のその他の構成は、起動の検出方法等も含め、図１等を参照して説明した冷凍サイクル装置１００と同じである。
【００８７】
冷凍サイクル装置４００によれば、図９を参照して説明した冷凍サイクル装置５００と同様に、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間に圧力差を生じさせることができない。しかし、冷凍サイクル装置４００によれば、バイパス路１１０の上流端Ｈ１の位置の違いに基づき、次のような有意な効果が得られる。すなわち、冷凍サイクル装置４００によれば、起動前後の一定期間において、蒸発器１０４および第２圧縮機１０５による作動流体の圧力損失を回避でき、それにより、第１圧縮機１０１が吸入するべき作動流体の圧力低下を抑制できる。その結果、第１圧縮機１０１が作動流体を昇圧するのに必要な動力を低減でき、ひいては、より迅速に安定した運転状態を形成しやすくなる。
【００８８】
図８Ａに示すように、従来の冷凍サイクル装置５００（図９）の停止時において、蒸発器４内の比較的下流部分に液相の作動流体が溜まりやすい。このことは、図１０のモリエル線図からも理解できる。蒸発器４の内部に液相の作動流体が溜まった状態で冷凍サイクル装置５００を起動すると、流路１０ｃおよび１０ｄ内の気相の作動流体と、蒸発器４内の気相の作動流体とが、蒸発器４の中を通って第１圧縮機１または第２圧縮機５に進む。作動流体が比較的長い距離を移動するので、圧力損失も比較的大きい。さらに、第１圧縮機１０１に液相の作動流体が吸入される可能性もあるし、液相の作動流体が抵抗となって圧力損失が増える可能性もある。
【００８９】
これに対し、本参考例の冷凍サイクル装置４００によると、図８に示すように、気相の作動流体が蒸発器１０４の中を逆流するとともに、バイパス路１１０を通って第１圧縮機１０１に直接に吸い込まれる。液相の作動流体は蒸発器１０４内を気化しながら移動し、バイパス路１１０を通って第１圧縮機１０１に吸い込まれる。こうして、蒸発器１０４内の圧力、すなわち、第１圧縮機１０１の吸入圧力が略一定に保たれる。液相の作動流体が抵抗になったりせず、気相の作動流体の圧力損失は比較的小さい。また、起動時に液相の作動流体が第１圧縮機１０１に吸入される可能性も低いので、より安定した起動を実現できる。
【００９０】
なお、実施の形態１および２の冷凍サイクル装置１００および２００もバイパス路１１０を備えているので、起動時に上記効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の冷凍サイクル装置は、給湯機、空気調和装置、乾燥機等の機器に有用である。
【図１】
2010073586.tif 000003
【図２】
2010073586.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010073586.tif 000007
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
2010073586.tif 000010
【図８Ａ】
2010073586.tif 000011
【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2010073586.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月15日(2011.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作動流体を膨張させることで動力回収を行う膨張機と、作動流体を予備的に昇圧する第２圧縮機とを備えた冷凍サイクル装置として、図９に示す冷凍サイクル装置５００が知られている（例えば、特開２００３−３０７３５８号公報参照）。図９を参照しながら、従来の冷凍サイクル装置５００の構成について説明する。
【０００３】
図９に示すように、冷凍サイクル装置５００は、第１圧縮機１、放熱器２、膨張機３、蒸発器４、第２圧縮機５、およびこれらの要素をこの順番で接続している流路１０ａ〜１０ｅによって形成された作動流体回路６を備えている。第２圧縮機５は、動力回収軸７により膨張機３と連結されており、膨張機３で回収した機械エネルギーを、動力回収軸７を介して受けることで、駆動される。
【０００４】
さらに、第２圧縮機５を迂回するバイパス路８と、バイパス路８における作動流体の流通を制御するバイパス弁９とが設けられている。バイパス路８の上流端は、蒸発器４の出口と第２圧縮機５の吸入口とを結ぶ流路１０ｄに接続され、バイパス路８の下流端は、第２圧縮機５の吐出口と第１圧縮機１の吸入口とを結ぶ流路１０ｅに接続されている。
【０００５】
冷凍サイクル装置５００は、次の手順に従って起動する。まず、第１圧縮機１の運転を開始させて、バイパス弁９を開く。これにより、蒸発器４内の作動流体は、図９中の実線矢印に示すように、バイパス路８を通じて第１圧縮機１に吸入される。作動流体を第１圧縮機１で昇圧して吐出することで、膨張機３の吸入口での圧力が上昇する。この結果、図１０に示すように、膨張機３の前後で圧力差が生じ、膨張機３および第２圧縮機５は、速やかに起動することができる。膨張機３および第２圧縮機５が起動した後、バイパス弁９が閉じられ、蒸発器４から流出した作動流体は、図９中の一点鎖線矢印に示すように、流路１０ｄを通じて第２圧縮機５に吸入される。このように、バイパス路８を設けることで、スムーズに定常運転に移行できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３０７３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冷凍サイクル装置５００では、膨張機３および第２圧縮機５の起動に関して、膨張機３のみが関与し、第２圧縮機５は寄与していない。むしろ、第２圧縮機５は、膨張機３を起動する際の負荷となっている。すなわち、第２圧縮機５の構成部品と動力回収軸７との摩擦などが、膨張機３の駆動抵抗となっている。
【０００８】
また、冷凍サイクル装置５００の定常運転時、第２圧縮機５と膨張機３とは、単一経路の作動流体回路６を形成しているとともに、これらの回転数は、相互に共通の動力回収軸７で連結されているため、同一である。したがって、単位時間あたりに第２圧縮機５が吸入するべき作動流体の質量と、単位時間あたりに膨張機３が吸入するべき作動流体の質量とが等しくなるように、第２圧縮機５の容積と膨張機３の容積とを設定しなければならない。
【０００９】
図１１は、従来の冷凍サイクル装置５００において、二酸化炭素を作動流体として用いたときのモリエル線図である。図１１に示すように、従来の冷凍サイクル装置５００の定常運転において、第２圧縮機５が吸入した作動流体の圧力は４０ｋｇ／ｃｍ2、その温度は約１０℃であり（図１１中、点Ａ）、このときの作動流体の密度は１０８．０ｋｇ／ｍ3となる。膨張機３が吸入した作動流体の圧力は１００ｋｇ／ｃｍ2、その温度は４０℃であり（図１１中、点Ｃ）、このときの作動流体の密度は６２８．６１ｋｇ／ｍ3となる。
【００１０】
ここで、第２圧縮機５の吸入容積（ｍ3）をＶｃ、膨張機３の吸入容積（ｍ3）をＶｅ、１秒間あたりの動力回収軸７の回転数（Ｓ-1）をＮとする。１秒間あたりに第２圧縮機５が吸入できる作動流体の質量（ｋｇ／ｓ）と、１秒間あたりに膨張機３が吸入できる作動流体の質量（ｋｇ／ｓ）とは、それぞれ、（式１）および（式２）で表すことができる。
【００１１】
（式１）
（１秒間あたりに第２圧縮機５が吸入できる作動流体の質量）
＝１０８．０×Ｖｃ×Ｎ
【００１２】
（式２）
（１秒間あたりに膨張機３が吸入できる作動流体の質量）
＝６２８．６１×Ｖｅ×Ｎ
【００１３】
１秒間あたりに第２圧縮機５が吸入できる作動流体の質量と、１秒間あたりに膨張機３が吸入できる作動流体の質量とが等しくなる場合、上記（式１）および（式２）より、第２圧縮機５の吸入容積Ｖｃは（式３）で表される。
【００１４】
（式３）
Ｖｃ＝（６２８．６１／１０８．０）×Ｖｅ≒５．８×Ｖｅ
【００１５】
すなわち、冷凍サイクル装置５００の起動時において、膨張機３は、膨張機３の約５．８倍の吸入容積を持つ第２圧縮機５を駆動させなければならない。また、第２圧縮機５が吸入するべき作動流体の密度と、膨張機３が吸入するべき作動流体の密度との比がより大きくなると、第２圧縮機５の吸入容積と、膨張機３の吸入容積との比もより大きくなる。つまり、膨張機３の吸入容積は、第２圧縮機５の吸入容積に対してより小さくなり、第２圧縮機５の起動時における膨張機３の駆動抵抗が相対的に大きくなる。したがって、冷凍サイクル装置５００の運転条件によっては、起動時に、膨張機３が第２圧縮機５を駆動できない恐れがある。あるいは、第２圧縮機５の駆動に必要な駆動力を得るために、膨張機３の吸入口側に定常運転時に比して過剰な圧力を与える必要が生じ、耐圧等の安全性に問題が生じる恐れがある。
【００１６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、確実に、安定して起動することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
すなわち、本発明は、
作動流体を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機で圧縮された作動流体を放熱させる放熱器、前記放熱器で放熱した作動流体を膨張させて作動流体から動力を回収する膨張機、前記膨張機で膨張した作動流体を蒸発させる蒸発器、前記蒸発器で蒸発した作動流体を昇圧して前記第１圧縮機に供給する第２圧縮機、およびこれらの要素をこの順番で接続している流路、によって形成された作動流体回路と、
前記膨張機で回収された動力によって前記第２圧縮機が駆動されるように、前記膨張機と前記第２圧縮機とを連結している動力回収軸と、
前記第１圧縮機の吐出口から前記膨張機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、前記蒸発器の出口から前記第２圧縮機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、を連絡する第１バイパス路と、
前記第１バイパス路に設けられ、前記第１バイパス路における作動流体の流通を制御する第１バイパス弁と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の冷凍サイクル装置によれば、起動時に、第２圧縮機の吸入口へ、膨張機の吸入口に供給されるものと同等の高圧の作動流体を供給できる。他方、第２圧縮機の吐出口での圧力は、第１圧縮機の吸入口と同じ圧力、すなわち相対的に低圧になる。つまり、第２圧縮機の前後で大きい圧力差を生じさせることができる。そのため、本発明の冷凍サイクル装置は、運転条件によらず、確実に、安定して起動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の起動制御のフロー図
【図３】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の起動制御のフロー図
【図５】本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の構成図
【図６Ａ】実施の形態１および２の冷凍サイクル装置の起動時の状態を示す概略図
【図６Ｂ】実施の形態３における冷凍サイクル装置の起動時の状態を示す概略図
【図７】参考例における冷凍サイクル装置の構成図
【図８Ａ】従来の冷凍サイクル装置の起動時における作動流体の流れを示す概略図
【図８Ｂ】実施の形態１、実施の形態２および参考例の冷凍サイクル装置の起動時における作動流体の流れを示す概略図
【図９】従来の冷凍サイクル装置の構成図
【図１０】図９に示す冷凍サイクル装置の起動時の状態を示す概略図
【図１１】従来の冷凍サイクル装置において二酸化炭素を作動流体として用いたときのモリエル線図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
＜冷凍サイクル装置１００の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置１００の構成図である。図１に示すように、冷凍サイクル装置１００は、第１圧縮機１０１と、放熱器１０２と、膨張機１０３と、蒸発器１０４と、第２圧縮機１０５とを、流路（配管）１０６ａ〜１０６ｅにより順次接続することによって形成された作動流体回路１０６を備えている。作動流体として、例えば、二酸化炭素等の冷媒を用いることができる。
【００２２】
第１圧縮機１０１は、潤滑油を貯留した１つの密閉容器１０１ｃ内に、圧縮機構部１０１ａと、圧縮機構部１０１ａを駆動するモータ１０１ｂとを配置することで構成されており、作動流体を高温高圧に圧縮する。第１圧縮機１０１としては、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。第１圧縮機１０１の吐出口は、流路１０６ａを介して放熱器１０２の入口に接続されている。
【００２３】
放熱器１０２は、第１圧縮機１０１により圧縮された高温高圧の作動流体を放熱させる（冷却する）。放熱器１０２の出口は、流路１０６ｂを介して膨張機１０３の吸入口に接続されている。
【００２４】
膨張機１０３は、放熱器１０２から流出した中温高圧の作動流体を膨張させ、作動流体の膨張エネルギー（動力）を機械エネルギーに変換して回収する。膨張機１０３の吐出口は、流路１０６ｃを介して蒸発器１０４の入口に接続されている。膨張機１０３としては、例えば、スクロール式膨張機やロータリ式膨張機を用いることができる。さらに、膨張機１０３として、流体圧モータ式膨張機を用いることができる。流体圧モータ式膨張機とは、作動室内で実質的な膨張工程を行なわずに、放熱器１０２から作動流体を吸入する工程と、吸入した作動流体を蒸発器１０４へ吐出する工程とを連続して行うことで、作動流体から動力を回収する流体機械である。流体圧モータ式膨張機の詳細な構造および動作原理は、例えば、国際公開２００８／０５０６５４号公報に開示されている。
【００２５】
蒸発器１０４は、膨張機１０３で膨張させた低温低圧の作動流体を加熱して蒸発させる。蒸発器１０４の出口は、流路１０６ｄを介して第２圧縮機１０５の吸入口に接続されている。
【００２６】
第２圧縮機１０５は、蒸発器１０４から流出した中温低圧の作動流体を吸入し、予備的に昇圧してから第１圧縮機１０１へ吐出する。第２圧縮機１０５の吐出口は、流路１０６ｅを介して第１圧縮機１０１の吸入口に接続されている。第２圧縮機１０５としては、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。さらに、第２圧縮機１０５として、流体圧モータ式圧縮機を用いることができる。流体圧モータ式圧縮機とは、蒸発器１０４から作動流体を吸入する工程と、吸入した作動流体を第１圧縮機１０１へ吐出する工程とを実質的に連続して行うことで、作動流体を昇圧する流体機械である。言い換えれば、流体圧モータ式圧縮機とは作動室内で実質的に作動流体の体積変化を生じさせない流体機械を意味する。流体圧モータ式圧縮機の構造は、基本的に、流体圧モータ式膨張機の構造と同じであり、先の文献に詳細に開示されている。
【００２７】
膨張機１０３と第２圧縮機１０５とは、潤滑油を貯留した１つの密閉容器１０９に収容されている。膨張機１０３は、動力回収軸１０７によって第２圧縮機１０５に連結されている。膨張機１０３、第２圧縮機１０５および動力回収軸１０７は、膨張機１０３で回収した機械エネルギー（動力）を、動力回収軸１０７を介して第２圧縮機１０５に伝えることで、第２圧縮機１０５を駆動する動力回収システム１０８として機能する。
【００２８】
本実施の形態１において、第２圧縮機１０５は、膨張機１０３の容積よりも大きい容積を有する。膨張機１０３の容積Ｖｅに対する第２圧縮機１０５の容積Ｖｃの比率（Ｖｃ／Ｖｅ）は、例えば、５〜１５の範囲に設定される。特に、二酸化炭素のように大きい圧力差を持った冷凍サイクルを形成する作動流体を用いる場合には、比率（Ｖｃ／Ｖｅ）も大きくなりがちである。一般には、比率（Ｖｃ／Ｖｅ）が大きければ大きいほど、動力回収システム１０８を自立起動させるために、より大きい駆動力（トルク）が必要となる。なお、「第２圧縮機１０５の容積」とは、閉じ込め容積、すなわち吸入工程の完了時における作動室の容積を意味する。このことは、膨張機１０３についても同じである。
【００２９】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、第１バイパス路１１２および第１バイパス弁１１３を備えている。第１バイパス路１１２は、放熱器１０２の出口と膨張機１０３の吸入口とを結ぶ流路１０６ｂと、蒸発器１０４の出口と第２圧縮機１０５の吸入口とを結ぶ流路１０６ｄとを連絡するように、作動流体回路１０６に接続されている。第１バイパス弁１１３は、第１バイパス路１１２に設けられており、第１バイパス路１１２における作動流体の流通を制御する。
【００３０】
第１バイパス路１１２の上流端Ｋ１は流路１０６ｂに接続され、第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２は流路１０６ｄに接続されている。すなわち、第１バイパス路１１２は、動力回収軸１０７の回転前において、流路１０６ｂ内の作動流体を、膨張機１０３および蒸発器１０４を迂回して、直接、第２圧縮機１０５に吸入させることができる流路である。
【００３１】
なお、冷凍サイクル装置１００の起動時に第２圧縮機１０５の吸入口での圧力を高めることができる限りにおいて、上流端Ｋ１の位置は図１に示す位置に限定されない。すなわち、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの作動流体回路１０６の部分と、蒸発器１０４の出口から第２圧縮機１０５の吸入口までの作動流体回路１０６の部分と、を連絡できる限りにおいて、第１バイパス路１１２の上流端Ｋ１の位置は特に限定されない。具体的に、第１バイパス路１１２は、第１圧縮機１０１の吐出口と放熱器１０２の入口とを結ぶ流路１０６ａと、蒸発器１０４の出口と第２圧縮機１０５の吸入口とを結ぶ流路１０６ｄとを連絡するように、作動流体回路１０６に接続されていてもよい。場合によっては、第１バイパス路１１２が放熱器１０２から分岐していてもよい。例えば、放熱器１０２が上流側部分と下流側部分とで構成されている場合には、その２つの部分の間から第１バイパス路１１２を容易に分岐させうる。
【００３２】
第１バイパス弁１１３は、第１バイパス路１１２の上流端部に設けられている。「上流端部」とは、第１バイパス路１１２の全長をＬ1と定義したとき、上流端Ｋ１と、上流端Ｋ１から下流端Ｋ２に向かってＬ1／４進んだ位置との間の部分に相当する。ただし、第１バイパス弁１１３の位置は特に限定されず、例えば、第１バイパス路１１２の下流端部に設けられていてもよい。「下流端部」とは、下流端Ｋ２と、下流端Ｋ２から上流端Ｋ１に向かってＬ1／４進んだ位置との間の部分に相当する。本実施の形態１においては、第１バイパス弁１１３として開閉弁を用いたが、これに限られることはない。第１バイパス弁１１３が上流端Ｋ１または下流端Ｋ２の位置に設けられている場合、第１バイパス弁１１３として三方弁を用いることができる。三方弁を用いると、配管の接続箇所を削減できる利点がある。
【００３３】
また、冷凍サイクル装置１００は、蒸発器１０４の出口から第２圧縮機１０５の吸入口までの間であって、第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２よりも蒸発器１０４の近くにおいて作動流体回路１０６に設けられた起動補助弁１１４を備えている。起動補助弁１１４は、流路１０６ｄにおける作動流体の流通を制御する。起動補助弁１１４として、開閉弁を使用できる。
【００３４】
第１バイパス弁１１３を開くと、第１バイパス路１１２を経由して、流路１０６ｂ内の作動流体を第２圧縮機１０５の吸入口へと直接流すことができる。その際、起動補助弁１１４を閉じておくことで、蒸発器１０４から第２圧縮機１０５へ作動流体が流れることを防止できる。
【００３５】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、第２バイパス路１１０および第２バイパス弁１１１を備えている。第２バイパス路１１０は、膨張機１０３の吐出口と蒸発器１０４の入口とを結ぶ流路１０６ｃと、第２圧縮機１０５の吐出口と第１圧縮機１０１の吸入口とを結ぶ流路１０６ｅとを連絡するように、作動流体回路１０６に接続されている。すなわち、第２バイパス路１１０は、蒸発器１０４および第２圧縮機１０５を迂回している。第２バイパス弁１１１は、第２バイパス路１１０に設けられており、第２バイパス路１１０における作動流体の流通を制御する。
【００３６】
第２バイパス路１１０の上流端Ｈ１は流路１０６ｃに接続され、第２バイパス路１１０の下流端Ｈ２は流路１０６ｅに接続されている。すなわち、第２バイパス路１１０は、流路１０６ｃ内の作動流体を、蒸発器１０４および第２圧縮機１０５を迂回して、直接、第１圧縮機１０１に吸入させることができる流路である。
【００３７】
ただし、冷凍サイクル装置１００の起動時に蒸発器１０４内の作動流体を第１圧縮機１０１が吸入できる限りにおいて、上流端Ｈ１の位置は図１に示す位置に限定されない。上流端Ｈ１は、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２までの区間のどこに位置していてもよい。すなわち、第２バイパス路１１０は、蒸発器１０４の出口から第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２までの作動流体回路１０６の部分（流路１０６ｄの一部）と、第２圧縮機１０５の吐出口から第１圧縮機１０１の吸入口までの作動流体回路１０６の部分（流路１０６ｅ）とを連絡するように、作動流体回路１０６に接続されていてもよい。場合によっては、第２バイパス路１１０が蒸発器１０４から分岐していてもよい。例えば、蒸発器１０４が上流側部分と下流側部分とで構成されている場合には、その２つの部分の間から第２バイパス路１１０を容易に分岐させうる。
【００３８】
第２バイパス弁１１１は、第２バイパス路１１０の上流端部に設けられている。「上流端部」とは、第２バイパス路１１１の全長をＬ2と定義したとき、上流端Ｈ１と、上流端Ｈ１から下流端Ｈ２に向かってＬ2／４進んだ位置との間の部分に相当する。第２バイパス弁１１１は、また、第２バイパス路１１１の下流端部に設けられていてもよい。「下流端部」とは、下流端Ｈ２と、下流端Ｈ２から上流端Ｈ１に向かってＬ2／４進んだ位置との間の部分に相当する。本実施の形態１においては、第２バイパス弁１１１として逆止弁を用いたが、これに限られることはなく、開閉弁あるいは三方弁を用いてもよい。
【００３９】
第２バイパス弁１１１の出口での圧力が入口での圧力よりも低いとき、第２バイパス弁１１１により、流路１０６ｃ内の作動流体を第２バイパス路１１０へ流すことができる。すなわち、流路１０６ｅ内の圧力が、膨張機１０３の吐出口と第２圧縮機１０５の吸入口との間の流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄ）内の圧力よりも低いときに、第２バイパス路１１０を経由して、流路１０６ｃ内の作動流体を第１圧縮機１０１の吸入口へと直接流すことができる。
【００４０】
冷凍サイクル装置１００は、また、第１バイパス弁１１３および起動補助弁１１４の開閉を制御する制御器１１７を備えている。第１バイパス弁１１３および起動補助弁１１４には、それぞれ、弁開閉手段１１５および１１６が設けられている。弁開閉手段１１５および１１６は、典型的には、弁を作動させるためのソレノイド等のアクチュエータで構成されており、制御器１１７により制御される。制御器１１７は、典型的には、マイクロコンピュータで構成されている。制御器１１７には、起動ボタンを設けた入力装置１１８が接続されている。入力装置１１８を通じて制御器１１７に操作指令が入力されると、制御器１１７の内部メモリに格納された所定の制御プログラムが実行される。例えば、起動ボタンがオンされると、入力装置１１８から制御器１１７へと起動指令（起動信号）が送られる。制御器１１７は、起動指令を取得することに応じて、図２を参照して後述する所定の起動制御を実行する。また、制御器１１７は、第１圧縮機１０１を動作させるモータ１０１ｂの動作を制御する。
【００４１】
また、冷凍サイクル装置１００は、第２圧縮機１０５が起動したことを検出するための起動検出器１１９を備えている。起動検出器１１９は、検出信号を制御器１１７に送信する。制御器１１７は、検出信号を取得することに基づいて、第２圧縮機１０５の起動を検出する。起動検出器１１９として、温度検出器、圧力検出器などを用いることができる。温度検出器としての起動検出器１１９は、例えば熱電対やサーミスタのような温度検出素子を含み、膨張機１０３に吸入されるべき作動流体との温度と、膨張機１０３から吐出された作動流体の温度との差ΔＴを検出する。圧力検出器としての起動検出器１１９は、例えば圧電素子を含み、膨張機１０３に吸入されるべき作動流体の圧力と、膨張機１０３から吐出された作動流体の圧力との差ΔＰを検出する。また、第１圧縮機１０１の起動時点からの経過時間を計測するタイマが、第２圧縮機１０５の起動を検出する起動検出器１１９として設けられていてもよい。このようなタイマは、制御器１１７の機能によっても提供されうる。この場合、制御器１１７自身が起動検出器１１９の役割を担うことができる。さらに、動力回収軸１０７の駆動を検出する接触式または非接触式の変位センサ、例えばエンコーダが、第２圧縮機１０５の起動を検出する起動検出器１１９として設けられていてもよい。
【００４２】
起動検出器１１９の種類によって、「第２圧縮機１０５が起動したこと」を検出する手法は、以下のように異なる。
【００４３】
温度検出器の場合は、実験的または理論的に求められた所定の値Ｔ1が制御器１１７により設定される。制御器１１７では、温度検出器によって検出された温度差△Ｔが所定の値Ｔ1より大きくなることで、「第２圧縮機１０５が起動したこと」を検出する。
【００４４】
圧力検出器の場合は、実験的または理論的に求められた所定の値Ｐ1が制御器１１７により設定される。制御器１１７では、圧力検出器によって検出された圧力差△Ｐが所定の値Ｐ1より大きくなることで、「第２圧縮機１０５が起動したこと」を検出する。
【００４５】
温度差△Ｔと所定の値Ｔ1との比較、または圧力差ΔＰと所定の値Ｐ1との比較によって第２圧縮機１０５の起動を検出できる理由は、次の通りである。第１圧縮機１０１を起動させたとき、第１圧縮機１０１から吐出された作動流体が、第１バイパス路１１２を通じて第２圧縮機１０５の吸入口に供給される。このことにより、動力回収システム１０８が起動する。このとき、第２圧縮機１０５が駆動源となるため、第１圧縮機１０１の吸入温度と第１圧縮機１０１の吐出温度との間に大きな温度差がつく前に動力回収システム１０８は回転し始める。動力回収システム１０８の回転開始時は冷凍サイクル装置１００の圧力差が十分に大きくなっておらず、動力回収システム１０８を回転させる動力は小さい。そのため、動力回収システム１０８の回転数も低い。動力回収システム１０８の回転数が低いと、膨張機１０３の回転数も低い。この状態は、膨張弁で言うところの“絞っている状態”に相当する。したがって、第１圧縮機１０１の吐出温度および吐出圧力も徐々に上昇する。
【００４６】
第１圧縮機１０１の吐出温度および吐出圧力が上昇すれば、膨張機１０３および第２圧縮機１０５を回転させる動力も増加し、動力回収システム１０８の回転数は高くなる。そして、高回転数になると、慣性力の影響で動力回収システム１０８は安定して回転する。このような安定回転状態まで、第１バイパス路１１２を開放し続けることが望ましい。
【００４７】
一方、膨張機１０３の吸入温度は、停止時の外気温度と略同一温度から、徐々に上昇する。膨張機１０３の吸入温度（または吸入圧力）によって、膨張機１０３の吐出温度（または吐出圧力）が決まる。例えば、外気温度が１０℃である場合、動力回収システム１０８の起動時および動力回収システム１０８の定常運転時の各々における膨張機１０３の吸入温度、吐出温度、吸入圧力および吐出圧力は以下の通りである。なお、下記の値は膨張比＝２．０で計算したものである。
【００４８】
<起動時>
吸入温度：１０℃、吸入圧力：５．０ＭＰａ、
吐出温度：−３．０℃、吐出圧力：３．２ＭＰａ
吸入温度と吐出温度との差：１３℃
吸入圧力と吐出圧力との差：１．８ＭＰａ
<定常時>
吸入温度：４０℃、吸入圧力：１０．０ＭＰａ
吐出温度：１３．４℃、吐出圧力：４．９ＭＰａ
吸入温度と吐出温度との差：２６．６℃
吸入圧力と吐出圧力との差：５．１ＭＰａ
【００４９】
第１圧縮機１０１の吐出温度および吐出圧力が低い状態で動力回収システム１０８が起動すると、上記のように、膨張機１０３の吸入温度および膨張機１０３の吐出温度は、それぞれ、徐々に大きくなる。吸入温度と吐出温度との差も徐々に拡大する。このことは、圧力についても同様である。ゆえに、所定の値Ｔ1およびＰ1として適切な値（例えば、起動時の温度差および圧力差よりも少し大きい値）を設定することにより、第２圧縮機１０５の起動（動力回収システム１０８の起動）を検出できる。
【００５０】
なお、温度差Δおよび圧力差ΔＴに代えて、膨張機１０３の吐出温度または膨張機１０３の吐出圧力に基づいて、第２圧縮機１０５の起動を検出できる可能性がある。動力回収システム１０８が起動すると、膨張機１０３も回転する。膨張機１０３は、作動流体を吸入した後、吸入した作動流体を膨張させて吐出する。そのため、膨張機１０３から吐出された作動流体の温度および圧力は、吸入前よりも低い。膨張機１０３の吐出口での温度（または圧力）を時系列で監視するとともに、温度（または圧力）の急変を捉えることで第２圧縮機１０５が起動したものと判断できる。
【００５１】
タイマの場合は、実験的または理論的に求められた所定時間ｔが制御器１１７により設定される。制御器１１７は、第１圧縮機１０１のモータ１０１ｂに制御信号を送信するとともに、タイマによる時間計測を開始する。タイマによって計測された時間が所定時間ｔを経過することで、制御器１１７は、「第２圧縮機１０５が起動したこと」を検出する。
【００５２】
「所定時間ｔ」は、制御器１１７において実行されるべき起動制御プログラムに記述されている。例えば、第１圧縮機１０１を起動してから第２圧縮機１０５が起動するまでの時間を様々な運転条件（外気温度等）で実際に測定する。そして、全ての運転条件において、第２圧縮機１０５が起動したと判断できる時間を「所定時間ｔ」として設定しうる。理論的には、冷凍サイクル装置１００のモデルを構築し、動力回収システム１０８を起動するために必要十分な圧力差を計算機シミュレーションで推定する。そして、第１圧縮機１０１の容積、作動流体回路１０６の作動流体の充填量等のパラメータを用い、推定した圧力差を作り出すために必要な初動時間を算出する。算出した初動時間を「所定時間ｔ」として設定しうる。
【００５３】
＜冷凍サイクル装置１００の動作＞
図２は、冷凍サイクル装置１００の起動制御のフロー図である。冷凍サイクル装置１００は、図２に示す起動制御の実行後、定常運転を開始する。運転待機状態において、第１圧縮機１０１は停止し、第１バイパス弁１１３は閉鎖、起動補助弁１１４は開放されており、作動流体回路１０６内の作動流体の圧力は略均一である。なお、作動流体と熱交換するべき流体（空気または水）を放熱器１０２に流すためのファンまたはポンプは、起動制御の終了後に作動させる。同様に、作動流体と熱交換するべき流体を蒸発器１０４に流すためのファンまたはポンプも起動制御の終了後に作動させる。
【００５４】
ステップＳ１１において入力装置１１８から起動指令を取得することに応じて、第１バイパス弁１１３を開放かつ起動補助弁１１４を閉鎖するように、制御器１１７は、弁開閉手段１１５および１１６に制御信号を送信する（ステップＳ１２）。これにより、第１バイパス路１１２は開通し、流路１０６ｄは蒸発器１０４の出口と第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２との間で閉鎖される。
【００５５】
続いて、制御器１１７は、第１圧縮機１０１を起動するべく、モータ１０１ｂへの給電を開始する（ステップＳ１３）。これにより、第１圧縮機１０１には、流路１０６ｅおよび第２バイパス路１１０内の作動流体が吸入される。なお、第１圧縮機１０１の起動前に第１バイパス弁１１３を開放する代わりに、第１圧縮機１０１の起動に応じて第１バイパス弁１１３を開放してもよい。同様に、第１圧縮機１０１の起動に応じて、起動補助弁１１４を閉鎖してもよい。すなわち、第１圧縮機１０１の起動後かつ動力回収軸１０７の回転前に、作動流体が第１バイパス路１１２を流通できる状態になっていれば問題ない。
【００５６】
第１圧縮機１０１への作動流体の吸入が開始されると、流路１０６ｅおよび第２バイパス路１１０内の圧力が低下する。これにより、第２バイパス弁１１１が開放され、第２バイパス路１１０には、第２バイパス弁１１１よりも上流側の作動流体、すなわち、膨張機１０３の吐出口から起動補助弁１１４までの流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄの一部）内の作動流体が流入する。第２バイパス路１１０に流入した作動流体は、第１圧縮機１０１に吸入および圧縮されて、流路１０６ａに吐出される。したがって、膨張機１０３の吐出口から起動補助弁１１４までの流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄの一部）内の圧力は低下する。
【００５７】
一方、第１圧縮機１０１が起動すると、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの流路（流路１０６ａ、放熱器１０２、流路１０６ｂ）内の圧力が上昇する。圧縮された作動流体は、第１バイパス路１１２を通じて、起動補助弁１１４と第２圧縮機１０５の吸入口との間の流路１０６ｄにも流入する。これにより、起動補助弁１１４から第２圧縮機１０５の吸入口までの流路（流路１０６ｄの一部）内の圧力が上昇する。
【００５８】
その結果、図６Ａに示すように、膨張機１０３および第２圧縮機１０５の各吸入口での圧力が相対的に高くなり、膨張機１０３および第２圧縮機１０５の各吐出口での圧力が相対的に低くなる。すなわち、膨張機１０３の吸入口と吐出口との間だけでなく、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間にも、圧力差を生じさせることができる。作動流体の圧力差が、膨張機１０３および第２圧縮機１０５の各々に作用するので、動力回収システム１０８を容易に自立起動させることができる。
【００５９】
制御器１１７は、起動検出器１１９を通じて、第２圧縮機１０５が起動したことを検出すると（ステップＳ１４）、第１バイパス弁１１３を閉鎖かつ起動補助弁１１４を開放するように、弁開閉手段１１５および１１６に制御信号を送信する（ステップＳ１５）。具体的に、制御器１１７は、起動検出器１１９からの検出信号を受けて第２圧縮機１０５の起動を検出し、その後、第１バイパス弁１１３を閉鎖かつ起動補助弁１１４を開放する。これにより、第１バイパス路１１２は閉鎖され、流路１０６ｄは開通する。起動制御の終了後、冷凍サイクル装置１００は、作動流体回路１０６に作動流体を循環させる定常運転に移行する。
【００６０】
定常運転への移行時、第２圧縮機１０５の昇圧作用により、第２バイパス路１１０の下流端Ｈ２での圧力は、上流端Ｈ１での圧力を上回る。そのため、逆止弁である第２バイパス弁１１１が閉鎖される。流路１０６ｅ、および、第２バイパス弁１１１よりも下流側における第２バイパス路１１０内の圧力は、流路１０６ｃ、蒸発器１０４および流路１０６ｄ内の圧力よりも高いため、第２バイパス弁１１１は閉鎖状態を維持する。これにより、定常運転中において、作動流体は、作動流体回路１０６を循環する。
【００６１】
なお、外気温度等の条件にもよるが、冷凍サイクル装置１００の起動時に第２圧縮機１０５が液相の作動流体を吸入する可能性がある。そのため、第２圧縮機１０５として、先に説明した流体圧モータ式圧縮機を好適に採用できる。流体圧モータ式圧縮機によると、作動室内で実質的に作動流体の体積変化を生じさせないので、液相の作動流体の吸入をある程度許容できるからである。
【００６２】
また、定常運転時に第１圧縮機１０１が作動流体を吸入する際、作動流体を圧縮機構部１０１ａに閉じ込めることに基づいて流路１０６ｅで圧力脈動が発生する可能性がある。本実施の形態１によると、第２バイパス路１１０の一部（第２バイパス弁１１１から下流端Ｈ２までの部分）が、流路１０６ｅの容積を拡張させるバッファ空間として機能しうる。そのため、流路１０６ｅで発生した圧力脈動の脈動幅の緩和を期待でき、ひいては冷凍サイクル装置１００の動作の信頼性を高めることができる。
【００６３】
同様に、第２圧縮機１０５が作動流体を吸入する際、作動流体を第２圧縮機１０５の作動室に閉じ込めることに基づいて流路１０６ｄで圧力脈動が発生する可能性がある。本実施の形態１によると、第１バイパス路１１２の一部（第１バイパス弁１１３から下流端Ｋ２までの部分）が、流路１０６ｄの容積を拡張させるバッファ空間として機能しうる。そのため、流路１０６ｄで発生した圧力脈動の脈動幅の緩和を期待でき、ひいては冷凍サイクル装置１００の動作の信頼性を高めることができる。
【００６４】
冷凍サイクル装置１００の運転を停止するには、例えば、第１圧縮機１０１の回転数を漸次減少させる。第１圧縮機１０１の停止後、作動流体は、第１圧縮機１０１、膨張機１０３および第２圧縮機１０５を十分な時間をかけて移動する。そのため、作動流体回路１０６における圧力差は自然に解消され、略均一圧力となって安定する。これにより、膨張機１０３および第２圧縮機１０５も自然と停止する。
【００６５】
＜冷凍サイクル装置１００の効果＞
本実施の形態１によれば、冷凍サイクル装置１００の起動時において、第１バイパス弁１１３は開放、起動補助弁１１４は閉鎖されている。そのため、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの流路内の作動流体を、第１バイパス路１１２を通じて、第２圧縮機１０５の吸入口へ供給できる。これにより、第２圧縮機１０５の吸入口での圧力を上昇させることができる。また、流路１０６ｅに加えて、膨張機１０３の吐出口から起動補助弁１１４までの流路内の作動流体を、第２バイパス路１１０を通じて、直接、第１圧縮機１０１へ供給できる。
【００６６】
一方、第１圧縮機１０１が作動流体を吸入し始めると、流路１０６ｅおよび第２バイパス弁１１１よりも下流側における第２バイパス路１１０内の圧力が低下する。これにより、逆止弁である第２バイパス弁１１１が開放される。第２バイパス路１１０には、膨張機１０３の吐出口から起動補助弁１１４までの流路内の作動流体が流入し、第２バイパス路１１０および流路１０６ｅ内の作動流体とともに、第１圧縮機１０１に吸入される。
【００６７】
以上に説明したように、冷凍サイクル装置１００によれば、膨張機１０３の吸入口と吐出口との間だけでなく、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間にも圧力差が生じうる。そのため、動力回収システム１０８を安定かつ確実に起動させることができ、ひいては冷凍サイクル装置１００の信頼性も向上する。
【００６８】
（実施の形態２）
＜冷凍サイクル装置２００の構成＞
図３は、本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置２００の構成図である。図３に示すように、冷凍サイクル装置２００は、第１バイパス弁２０１として三方弁を用いている点で、実施の形態１と相違する。つまり、第１バイパス弁２０１は、実施の形態１における第１バイパス弁１１３および起動補助弁１１４の両方の役割を担う。本実施の形態２において、実施の形態１と共通部品については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施の形態２において、第１バイパス弁２０１は、第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２と流路１０６ｄとの接合部に設けられている。これにより、第１バイパス路１１２の開閉と、流路１０６ｄの開閉とを１つの弁で簡便に行うことができる。具体的には、（ａ）流路１０６ｄを開通し、第１バイパス路１１２を閉鎖した状態（例えば、定常運転時）と、（ｂ）第１バイパス路１１２を開通し、流路１０６ｄを第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２との接合部で閉鎖した状態（例えば、起動制御時）との間で、作動流体の経路を簡便に切り替えることができる。このように、本実施の形態２では、冷凍サイクル装置２００の構成を簡素化することができる。なお、第１バイパス弁２０１は、第１バイパス路１１２の上流端Ｋ１と流路１０６ｂとの接合部に設けられていてもよい。
【００７０】
第１バイパス弁２０１には、弁切替手段２０２が設けられている。弁切替手段２０２は、典型的には、ソレノイド等のアクチュエータで構成されており、制御器１１７により制御される。
【００７１】
＜冷凍サイクル装置２００の動作＞
図４は、冷凍サイクル装置２００の起動制御のフロー図である。冷凍サイクル装置２００は、図４に示す起動制御の実行後、定常運転を開始する。運転待機状態において、第１圧縮機１０１は停止し、第１バイパス弁２０１により流路１０６ｄは開通し、第１バイパス路１１２は閉鎖されている（上記（ａ）の状態）。作動流体回路１０６内の作動流体の圧力は略均一である。
【００７２】
ステップＳ２１において入力装置１１８から起動指令を取得することに応じて、先に説明した（ａ）の状態から（ｂ）の状態へと切り替わるように、制御器１１７は、弁制御手段２０２に制御信号を送信する（ステップＳ２２）。
【００７３】
続いて、制御器１１７は、第１圧縮機１０１を起動するべく、モータ１０１ｂへの給電を開始する（ステップＳ２３）。これにより、第１圧縮機１０１には、流路１０６ｅおよび第２バイパス路１１０内の作動流体が吸入される。ステップＳ２２の処理は、第１圧縮機１０１の起動に応じて実行しても構わない。
【００７４】
第１圧縮機１０１への作動流体の吸入が開始されると、流路１０６ｅおよび第２バイパス路１１０内の圧力が低下する。これにより、第２バイパス弁１１１が開放され、第２バイパス路１１０には、第２バイパス弁１１１よりも上流側の作動流体、すなわち、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス弁２０１までの流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄの一部）内の作動流体が流入する。第２バイパス路１１０に流入した作動流体は、第１圧縮機１０１に吸入および圧縮されて、流路１０６ａに吐出される。したがって、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス弁２０１までの流路（流路１０６ｃ、蒸発器１０４、流路１０６ｄの一部）内の圧力も低下する。
【００７５】
一方、第１圧縮機１０１が起動すると、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの流路（流路１０６ａ、放熱器１０２、流路１０６ｂ）内の圧力が上昇する。圧縮された作動流体は、第１バイパス路１１２を通じて、第１バイパス弁２０１と第２圧縮機１０５の吸入口との間の流路１０６ｄにも流入する。これにより、第１バイパス弁２０１から第２圧縮機１０５の吸入口までの流路（流路１０６ｄの一部）内の圧力が上昇する。実施の形態１と同様に、図６Ａに示す状態が形成され、動力回収システム１０８を容易に自立起動させることができる。
【００７６】
制御器１１７は、起動検出器１１９を通じて、第２圧縮機１０５が起動したことを検出すると（ステップＳ２４）、先に説明した（ｂ）の状態から（ａ）の状態へと切り替わるように、弁切替手段２０２に制御信号を送信する（ステップＳ２５）。これにより、第１バイパス弁２０１が切り替えられて、第１バイパス路１１２が閉鎖される。起動制御の終了後、冷凍サイクル装置２００は定常運転に移行する。
【００７７】
本実施の形態２においても、第２バイパス路１１０の一部（第２バイパス弁１１１から下流端Ｈ２までの部分）は、流路１０６ｅの容積を拡張させるバッファ空間として機能しうる。したがって、実施の形態１で説明したように、流路１０６ｅで発生した圧力脈動の脈動幅の緩和を期待することができ、ひいては冷凍サイクル装置２００の動作の信頼性を高めることができる。
【００７８】
同様に、第１バイパス路１１２は、流路１０６ｂの容積を拡張させるバッファ空間として機能しうる。したがって、流路１０６ｂで発生する圧力脈動の脈動幅の緩和を期待でき、ひいては冷凍サイクル装置２００の動作の信頼性を高めることができる。
【００７９】
＜冷凍サイクル装置２００の効果＞
本実施の形態２によれば、冷凍サイクル装置２００の起動時において、第１バイパス路１１２は開通、流路１０６ｄは第１バイパス路１１２の下流端Ｋ２との接合部で閉鎖されている。そのため、第１圧縮機１０１の吐出口から膨張機１０３の吸入口までの流路内の作動流体を、第１バイパス路１１２を通じて、第２圧縮機１０５の吸入口へ供給できる。これにより、第２圧縮機１０５の吸入口での圧力を上昇させることができる。また、流路１０６ｅに加えて、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス弁２０１までの流路内の作動流体を、第２バイパス路１１０を通じて、直接、第１圧縮機１０１へ供給できる。
【００８０】
一方、第１圧縮機１０１が作動流体を吸入し始めると、流路１０６ｅおよび第２バイパス弁１１１よりも下流側における第２バイパス路１１０内の圧力が低下する。これにより、逆止弁である第２バイパス弁１１１が開放される。第２バイパス路１１０には、膨張機１０３の吐出口から第１バイパス弁２０１までの流路内の作動流体が流入し、第２バイパス路１１０および流路１０６ｅ内の作動流体とともに、第１圧縮機１０１に吸入される。
【００８１】
また、冷凍サイクル装置２００によれば、起動時に、蒸発器１０４および第２圧縮機１０５による作動流体の圧力損失を回避して、第１圧縮機１０１が吸入するべき作動流体の圧力低下を抑制することができ、第１圧縮機１０１が作動流体を昇圧する動力を低減させることができる。
【００８２】
以上に説明したように、冷凍サイクル装置２００によれば、膨張機１０３の吸入口と吐出口との間だけでなく、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間にも圧力差が生じうる。そのため、動力回収システム１０８を安定かつ確実に起動させることができ、ひいては冷凍サイクル装置２００の信頼性も向上する。
【００８３】
（実施の形態３）
実施の形態１および２によると、第２バイパス路１１０および第２バイパス弁１１１が設けられている。しかし、これらが常に必要というわけではない。すなわち、図５に示すように、第２バイパス路１１０および第２バイパス弁１１１を省略した構成の冷凍サイクル装置３００を提案できる。
【００８４】
冷凍サイクル装置３００によると、起動時に第１バイパス弁１１３を開放かつ起動補助弁１１４を閉鎖する。動力回収システム１０８が起動していない状態において、第１圧縮機１０１は、流路１０６ｅ内の作動流体のみを吸入できる。すなわち、第１圧縮機１０１が吸入できる作動流体の量に着目すると、本実施の形態３は、実施の形態１および２よりも不利かもしれない。しかし、本実施の形態３によっても、膨張機１０３の吸入口と吐出口との間だけでなく、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間にも圧力差が生じうる（図６Ａ参照）。したがって、第２バイパス路１１０および第２バイパス弁１１１を省略したとしても、動力回収システム１０８を容易かつ確実に起動できる。
【００８５】
さらに、冷凍サイクル装置３００から起動補助弁１１４を省略することも可能である。その場合、図６Ｂに示すように、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間でのみ圧力差が生じる。しかし、膨張機１０３の容積よりも第２圧縮機１０５の容積が十分に大きい場合、膨張機１０３の駆動抵抗よりも第２圧縮機１０５の駆動抵抗が相対的に大きい。したがって、図１０に示す状態よりも図６Ｂに示す状態の方が、動力回収システム１０８の起動にとって有利である。
【００８６】
（参考例）
図７に示す冷凍サイクル装置４００は、バイパス路１１０の上流端Ｈ１の位置が従来の冷凍サイクル装置５００（図９参照）と異なる。具体的には、バイパス路１１０の上流端Ｈ１が、膨張機１０３の吐出口と蒸発器１０４の入口とを結ぶ流路１０６ｃ上に位置している。冷凍サイクル装置４００のその他の構成は、起動の検出方法等も含め、図１等を参照して説明した冷凍サイクル装置１００と同じである。
【００８７】
冷凍サイクル装置４００によれば、図９を参照して説明した冷凍サイクル装置５００と同様に、第２圧縮機１０５の吸入口と吐出口との間に圧力差を生じさせることができない。しかし、冷凍サイクル装置４００によれば、バイパス路１１０の上流端Ｈ１の位置の違いに基づき、次のような有意な効果が得られる。すなわち、冷凍サイクル装置４００によれば、起動前後の一定期間において、蒸発器１０４および第２圧縮機１０５による作動流体の圧力損失を回避でき、それにより、第１圧縮機１０１が吸入するべき作動流体の圧力低下を抑制できる。その結果、第１圧縮機１０１が作動流体を昇圧するのに必要な動力を低減でき、ひいては、より迅速に安定した運転状態を形成しやすくなる。
【００８８】
図８Ａに示すように、従来の冷凍サイクル装置５００（図９）の停止時において、蒸発器４内の比較的下流部分に液相の作動流体が溜まりやすい。このことは、図１０のモリエル線図からも理解できる。蒸発器４の内部に液相の作動流体が溜まった状態で冷凍サイクル装置５００を起動すると、流路１０ｃおよび１０ｄ内の気相の作動流体と、蒸発器４内の気相の作動流体とが、蒸発器４の中を通って第１圧縮機１または第２圧縮機５に進む。作動流体が比較的長い距離を移動するので、圧力損失も比較的大きい。さらに、第１圧縮機１０１に液相の作動流体が吸入される可能性もあるし、液相の作動流体が抵抗となって圧力損失が増える可能性もある。
【００８９】
これに対し、本参考例の冷凍サイクル装置４００によると、図８に示すように、気相の作動流体が蒸発器１０４の中を逆流するとともに、バイパス路１１０を通って第１圧縮機１０１に直接に吸い込まれる。液相の作動流体は蒸発器１０４内を気化しながら移動し、バイパス路１１０を通って第１圧縮機１０１に吸い込まれる。こうして、蒸発器１０４内の圧力、すなわち、第１圧縮機１０１の吸入圧力が略一定に保たれる。液相の作動流体が抵抗になったりせず、気相の作動流体の圧力損失は比較的小さい。また、起動時に液相の作動流体が第１圧縮機１０１に吸入される可能性も低いので、より安定した起動を実現できる。
【００９０】
なお、実施の形態１および２の冷凍サイクル装置１００および２００もバイパス路１１０を備えているので、起動時に上記効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の冷凍サイクル装置は、給湯機、空気調和装置、乾燥機等の機器に有用である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮する第１圧縮機、前記第１圧縮機で圧縮された作動流体を放熱させる放熱器、前記放熱器で放熱した作動流体を膨張させて作動流体から動力を回収する膨張機、前記膨張機で膨張した作動流体を蒸発させる蒸発器、前記蒸発器で蒸発した作動流体を昇圧して前記第１圧縮機に供給する第２圧縮機、およびこれらの要素をこの順番で接続している流路、によって形成された作動流体回路と、
前記膨張機で回収された動力によって前記第２圧縮機が駆動されるように、前記膨張機と前記第２圧縮機とを連結している動力回収軸と、
前記第１圧縮機の吐出口から前記膨張機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、前記蒸発器の出口から前記第２圧縮機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、を連絡する第１バイパス路と、
前記第１バイパス路に設けられ、前記第１バイパス路における作動流体の流通を制御する第１バイパス弁と、
を備えた、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記蒸発器の出口から前記第２圧縮機の吸入口までの間であって前記第１バイパス路の下流端よりも前記蒸発器の近くにおいて前記作動流体回路に設けられた起動補助弁をさらに備えた、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第１バイパス弁は、前記第１バイパス路の上流端部または下流端部に設けられている、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記第１バイパス弁は、開閉弁または三方弁である、請求項２または３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記膨張機の吐出口から前記第１バイパス路の下流端までの前記作動流体回路の部分と、前記第２圧縮機の吐出口から前記第１圧縮機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、を連絡する第２バイパス路をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記第２バイパス路に設けられ、前記第２バイパス路における作動流体の流通を制御する第２バイパス弁をさらに備えた、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第１圧縮機の起動前に、または前記第１圧縮機の起動に応じて、前記第１バイパス弁を開放する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記第２圧縮機の起動後に、前記第１バイパス弁を閉鎖する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記第２圧縮機の起動を検出する起動検出器と、
前記第１バイパス弁の開閉を制御する制御器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記起動検出器からの検出信号を受けて前記第２圧縮機の起動を検出し、前記第１バイパス弁を閉鎖する、請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記起動検出器は、前記膨張機に吸入されるべき作動流体との温度と、前記膨張機から吐出された作動流体の温度との差を検出する温度検出器であり、
前記温度差が所定の値より大きくなることで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記起動検出器は、前記膨張機に吸入されるべき作動流体の圧力と、前記膨張機から吐出された作動流体の圧力との差を検出する圧力検出器であり、
前記圧力差が所定の値より大きくなることで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記起動検出器は、前記第１圧縮機の起動時点からの経過時間を計測するタイマであり、
前記タイマによって計測された時間が所定時間を経過することで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記第１圧縮機の起動前に、または前記第１圧縮機の起動に応じて、前記起動補助弁を閉鎖する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記第２圧縮機の起動後に、前記起動補助弁を開放する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記第２圧縮機の起動を検出する起動検出器と、
前記起動補助弁の開閉を制御する制御器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記起動検出器からの検出信号を受けて前記第２圧縮機の起動を検出し、前記起動補助弁を開放する、請求項１４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
前記起動検出器は、前記膨張機に吸入されるべき作動流体との温度と、前記膨張機から吐出された作動流体の温度との差を検出する温度検出器であり、
前記温度差が所定の値より大きくなることで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項１５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１７】
前記起動検出器は、前記膨張機に吸入されるべき作動流体の圧力と、前記膨張機から吐出された作動流体の圧力との差を検出する圧力検出器であり、
前記圧力差が所定の値より大きくなることで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項１５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１８】
前記起動検出器は、前記第１圧縮機の起動時点からの経過時間を計測するタイマであり、
前記タイマによって計測された時間が所定時間を経過することで、前記第２圧縮機の起動を検出する、請求項１５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１９】
前記膨張機と前記第２圧縮機とが１つの密閉容器に収容されている、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項２０】
前記第１バイパス弁が、前記蒸発器の出口から前記第２圧縮機の吸入口までの前記作動流体回路の部分と、前記第１バイパス路の下流端との接合部に設けられた三方弁である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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６Ａ】
2010073586.tif 000021
【図６Ｂ】
2010073586.tif 000022
【図７】
2010073586.tif 000023
【図８Ａ】
2010073586.tif 000024
【図８Ｂ】
2010073586.tif 000025
【図９】
2010073586.tif 000026
【図１０】
2010073586.tif 000027
【図１１】
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【国際調査報告】
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