(57)【要約】  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。
2011099057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０３１８４９号公報（段落［０００９］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】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。
【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】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。
【図５】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。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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）。
【００２５】
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）。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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）。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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）。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【符号の説明】
【００４３】
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。
【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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【国際調査報告】
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