(57)【要約】【課題】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。【解決手段】冷凍空調装置１００は、膨張機構２を迂回する第一バイパス管９と、第一バイパス管９に設けられた第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１と、補助圧縮機構３の吸入側配管に設けられた第一開閉装置１３と、補助圧縮機構３の吐出側配管に設けられた第二開閉装置１４と、一方の端部が第一減圧装置１０と第二減圧装置１１との間の配管に接続され、他方の端部が第一開閉装置１３と補助圧縮機構３との間の配管に接続された連結管１２と、を備えている。また、膨張機構２及び補助圧縮機構３は、膨張機構２の揺動スクロールと補助圧縮機構３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。【選択図】図１
2011237086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する第一圧縮機及び補助圧縮機構と、圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、該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する膨張機構と、該膨張機構で膨張された冷媒を加熱する蒸発器とを備え、
前記第一圧縮機は第一モーターによって駆動され、
前記補助圧縮機構は前記膨張機構で回収された膨張動力によって駆動される冷凍空調装置において、
一方の端部が前記膨張機構の入口側配管に接続され、他方の端部が前記膨張機構の出口側配管に接続された第一バイパス管と、
該第一バイパス管に設けられた第一減圧装置及び第二減圧装置と、
前記補助圧縮機構の吸入側配管に設けられた第一開閉装置と、
前記補助圧縮機構の吐出側配管に設けられた第二開閉装置と、
一方の端部が前記第一減圧装置と前記第二減圧装置との間の配管に接続され、他方の端部が前記第一開閉装置と前記補助圧縮機構との間の配管又は前記補助圧縮機構と前記第二開閉装置との間の配管に接続された連結管と、
を備え、
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冷凍空調装置。
【請求項２】
前記第一圧縮機の吸入口及び前記補助圧縮機構の吸入口は前記蒸発器に並列接続され、
前記第一圧縮機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に記載の冷凍空調装置。
【請求項３】
第二モーターにより駆動される第二圧縮機を備え、
前記第一圧縮機の吸入口及び前記補助圧縮機構の吸入口は前記蒸発器に並列接続され、
前記補助圧縮機構の吐出口は前記第二圧縮機の吸入口に接続され、
前記第一圧縮機の吐出口及び前記第二圧縮機の吐出口は前記放熱器に並列接続されている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４】
第二モーターにより駆動される第二圧縮機を備え、
前記第一圧縮機の吸入口及び前記補助圧縮機構の吸入口は前記蒸発器に並列接続され、
前記第一圧縮機の吐出口は前記第二圧縮機の吸入口に接続され、
前記第二圧縮機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、前記第一圧縮機と前記第二圧縮機との間の配管に接続されている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５】
前記第一圧縮機の吸入口は前記蒸発器に接続され、
前記第一圧縮機の吸入過程は前記補助圧縮機構の吐出口に接続され、
前記第一圧縮機の吐出口及び前記補助圧縮機構の吐出口は前記放熱器に並列接続されている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６】
第二モーターにより駆動される第二圧縮機を備え、
前記第一圧縮機の吸入口及び前記第二圧縮機の吸入口は前記蒸発器に並列接続され、
前記第二圧縮機の吐出口は前記補助圧縮機構の吸入口に接続され、
前記第一圧縮機の吐出口及び前記補助圧縮機構の吐出口は前記放熱器に並列接続されている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７】
第二モーターにより駆動される第二圧縮機を備え、
前記第一圧縮機の吸入口は前記蒸発器に接続され、
前記第二圧縮機の吸入口及び前記補助圧縮機構の吸入口は前記第一圧縮機の吐出口に並列接続され、
前記第二圧縮機の吐出口及び前記補助圧縮機構の吐出口は前記放熱器に並列接続されている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８】
前記第一圧縮機の吸入口及び前記補助圧縮機構の吸入口は前記蒸発器に並列接続され、
前記第一圧縮機の吐出口及び前記補助圧縮機構の吐出口は前記放熱器に並列接続されている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９】
前記蒸発器、前記第一開閉装置、前記補助圧縮機構、前記第二開閉装置、前記第一圧縮機及び前記放熱器が順次接続され、
一方の端部が前記蒸発器と前記第一開閉装置との間の配管に接続され、他方の端部が前記第二開閉装置と前記第一圧縮機との間の配管に接続された第二バイパス管と、
該第二バイパス管に設けられ、該第二バイパス管の前記一方の端部から前記他方の端部への冷媒の流れを許容する逆止弁と、
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１０】
前記蒸発器、前記第一圧縮機、前記第一開閉装置、前記補助圧縮機構、前記第二開閉装置及び前記放熱器が順次接続され、
一方の端部が前記第一圧縮機と前記第一開閉装置との間の配管に接続され、他方の端部が前記第二開閉装置と前記放熱器との間の配管に接続された第二バイパス管と、
該第二バイパス管に設けられ、該第二バイパス管の前記一方の端部から前記他方の端部への冷媒の流れを許容する逆止弁と、
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１１】
一方の端部が前記第一開閉装置と前記補助圧縮機構との間の配管に接続され、他方の端部が前記補助圧縮機構と前記第二開閉装置との間の配管に接続された均圧管と、
該均圧管に設けられた均圧管用開閉装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１２】
前記連結管に連結管用開閉装置を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１３】
前記第一開閉装置及び前記第二開閉装置を閉じた状態で前記第一圧縮機を起動し、
前記圧縮機から吐出された冷媒を、前記第一バイパス管、前記第一減圧装置及び前記第二減圧装置へ流し、
前記第一減圧装置及び前記第二減圧装置の開度を調整して、前記連結管を流れる冷媒の圧力を所定の圧力に調整し、
前記膨張機が起動するまで、前記圧縮機構に前記連結管を流れる冷媒の圧力を作用させることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１４】
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〜請求項１３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、補助圧縮機構と膨張機構と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。
このような補助圧縮機構と膨張機構とを一体とした膨張機を備える従来の冷凍空調装置としては、例えば「冷媒を圧縮する圧縮機１１、圧縮機１１で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器１２、放熱器１２で放熱した冷媒を膨張させる膨張機１３、膨張機１３で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器１４、及び蒸発器１４で蒸発した冷媒を昇圧して圧縮機１１に供給する過給機１５を順次流路で接続して成る冷媒回路９と、過給機１５をバイパスするように冷媒回路９に両端が接続されたバイパス路３８と、バイパス路３８に設けられ該バイパス路３８における冷媒の流通を制御する弁と、膨張機１３で回収した動力にて過給機１５が駆動されているように膨張機１３と過給機１５とを連結する動力回収軸３１とを、冷凍サイクル装置１０に備えた。」（特許文献１参照）というものが提案されている。従来の冷凍空調装置（例えば、特許文献１の冷凍サイクル装置１０）は、補助圧縮機構（例えば、特許文献１の過給機１５）を迂回するバイパス管（例えば、特許文献１のバイパス路３８）を備えることにより、冷凍空調装置の起動時に主圧縮機（例えば、特許文献１の圧縮機１１）への冷媒供給不足の解消を図り、膨張機構の起動不良の解消を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７９８５０号公報  （要約、段落００３７、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
補助圧縮機構と膨張機構とを一体とした膨張機は、膨張機構の入口側に作用する冷媒圧力と出口側に作用する冷媒圧力との差によって起動する。しかしながら、補助圧縮機構と膨張機構とを一体とした膨張機を備える従来の冷凍空調装置は、膨張機構及び補助圧縮機構の摺動部分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。
【０００５】
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ことを目的としている。
【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、冷媒を圧縮する第一圧縮機及び補助圧縮機構と、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を備え、第一圧縮機は第一モーターによって駆動され、補助圧縮機構は膨張機構で回収された膨張動力によって駆動される冷凍空調装置において、一方の端部が膨張機構の入口側配管に接続され、他方の端部が膨張機構の出口側配管に接続された第一バイパス管と、第一バイパス管に設けられた第一減圧装置及び第二減圧装置と、補助圧縮機構の吸入側配管に設けられた第一開閉装置と、補助圧縮機構の吐出側配管に設けられた第二開閉装置と、一方の端部が第一減圧装置と第二減圧装置との間の配管に接続され、他方の端部が第一開閉装置と補助圧縮機構との間の配管又は補助圧縮機構と第二開閉装置との間の配管に接続された連結管と、を備え、膨張機構及び補助圧縮機構は、膨張機構の揺動スクロールと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ものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第一バイパス管に設けられた第一減圧装置及び第二減圧装置の開度を調整し、連結管を流れる冷媒の圧力を所定の圧力にする。補助圧縮機構の吸入側配管に設けられた第一開閉装置及び補助圧縮機構の吐出側配管に設けられた第二開閉装置を閉じた状態では、連結管を流れる冷媒の所定の圧力が、補助圧縮機構に作用することとなる。このため、揺動スクロールに作用するスラスト荷重（軸方向ガス荷重）を低減することができる。したがって、膨張機構及び補助圧縮機構のスクロール歯の先端部に生じる抵抗力（摩擦力）を低減でき、膨張機を安定して起動させることができる。
【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】本発明の実施の形態１に係る膨張機の揺動スクロールに作用する圧力を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の別の一例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さらに別の一例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さらに別の一例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さらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別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１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例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一例を示す冷媒回路構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態３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。
【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４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とを備えている。主圧縮機４の吸入口及び補助圧縮機構３の吸入口は、蒸発器８に並列接続されている。主圧縮機４の吐出口は放熱器７に接続されており、補助圧縮機構３の吐出口は主圧縮機４の圧縮過程（圧縮途中の圧縮室）に接続されている。
【００１０】
主圧縮機４は、モーター６とこのモーター６で駆動される主圧縮機構５を備えている。つまり、主圧縮機４は、モーター６によって駆動される圧縮機である。
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とが接続されている。つまり、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。
ここで、主圧縮機４が本発明の第一圧縮機に相当し、モーター６が本発明の第一モーターに相当する。
【００１１】
さらに、冷凍空調装置１００は、第一バイパス管９、第一減圧装置１０、第二減圧装置１１、第一開閉装置１３、第二開閉装置１４及び連結管１２を備えている。
第一バイパス管９は、膨張機構２を迂回するように冷媒が流れる配管である。この第一バイパス管９は、一方の端部が膨張機構２の入口側配管に接続され、他方の端部が膨張機構２の出口側配管に接続されている。第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１は、例えば膨張弁であり、第一バイパス管９に設けられている。第一開閉装置１３は、例えば開閉弁であり、補助圧縮機構３の吸入側配管に設けられている。第二開閉装置１４は、例えば開閉弁であり、補助圧縮機構３の吐出側配管に設けられている。連結管１２は、一方の端部が第一減圧装置１０と第二減圧装置１１との間の配管に接続され、他方の端部が第一開閉装置１３と補助圧縮機構３との間の配管に接続されている。なお、連結管１２の他方の端部は、補助圧縮機構３と第二開閉装置１４との間の配管に接続されていてもよい。
【００１２】
また、冷凍空調装置１００には、主圧縮機４の回転数制御、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度制御、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４の開閉制御等を行う制御器６０が設けられている。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
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の揺動スクロールの台板と補助圧縮機構３の揺動スクロールの台板とが共有されているものである。
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、密閉容器３５に収容されている。
【００１５】
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。
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。
【００１６】
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３１と固定スクロール２３の下軸受３２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３３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。
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。
【００１７】
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は、各軸受部に供給される。
【００１８】
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。
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
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、吐出弁２５を押し開けた圧縮冷媒を、吐出管３９を通して膨張機１外へ吐出する。
【００２２】
続いて、冷凍空調装置１００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。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１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）を起動させる（ステップＳ３）。
【００２３】
膨張機１が起動する前の状態においては、主圧縮機４が冷媒を低圧から高圧まで圧縮する。膨張機１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の一部は、膨張機構２の入口側に流入する。また、放熱器７で冷却された高圧冷媒の残りの一部は、第一バイパス管９に流入する。第一バイパス管９に流入した高圧冷媒は、第一減圧装置１０で減圧・膨張される。第一減圧装置１０で減圧・膨張された冷媒の一部は、第二減圧装置１１に流入し、低圧に減圧・膨張される。この冷媒の一部は膨張機構２の出口側に流入し、この冷媒の残りの一部は蒸発器８に流入する。蒸発器８に流入した冷媒は、蒸発器８で加熱され、再び主圧縮機４に吸入される。つまり、膨張機構２の入口側には、主圧縮機４の高圧な吐出圧力（放熱器７を流出した冷媒の圧力とほぼ同じ圧力）が作用することとなる。また、膨張機構２の出口側には、主圧縮機４の低圧な吸入圧力（第二減圧装置１１から流出した冷媒の圧力、及び蒸発器８に流入する冷媒の圧力とほぼ同じ圧力）が作用することとなる。
【００２４】
第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１で冷媒を減圧・膨張する際、制御器６０は、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を次のように制御する（ステップＳ４）。
第一減圧装置１０と第二減圧装置１１との間の冷媒圧力（以下、第一中間圧力と称する）は、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度によって決定される。この第一中間圧力は、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御することにより、主圧縮機４の吐出圧力から吸入圧力の範囲内で自由に調整することができる。この第一中間圧力は、連結管１２を通じて補助圧縮機構３に作用する。
【００２５】
そこで、ステップＳ４において、制御器６０は、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重（軸方向の荷重）が極力小さくなる第一中間圧力（補助圧縮機構３に作用する圧力）となるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。具体的には、制御器６０は、連結管１２内の冷媒圧力、膨張機構２の入口側に作用する冷媒圧力、及び膨張機構２の出口側に作用する冷媒圧力を連結管１２、入口管３６もしくは入口管３６に接続された配管、出口管３７もしく出口管３７に接続された配管に設けた圧力検出器によって検出する。そして、制御器６０は、これらの検出結果に基づいて揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重を計算する。
【００２６】
計算したスラスト荷重の作用方向が上向き（つまり、膨張機構２から補助圧縮機構３へ向く方向）の場合、制御器６０は、第一減圧装置１０の開度を大きくし、第二減圧装置１１の開度を小さくして第一中間圧力を高くする。反対に、計算したスラスト荷重の作用方向が下向き（つまり、補助圧縮機構３から膨張機構２へ向く方向）の場合、制御器６０は、第二減圧装置１１の開度を大きくし、第一減圧装置１０の開度を小さくして第一中間圧力を低くする。このように、制御器６０は、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重がゼロ又は極めて小さくなるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。
【００２７】
このときの揺動スクロール２１に作用する圧力を、模式的に図４に示す。
図４は、本発明の実施の形態１に係る膨張機の揺動スクロールに作用する圧力を模式的に示す説明図である。
上述のように、揺動スクロール２１の下面部（膨張機構２側）には、その入口側（内周側）に主圧縮機４の高圧な吐出圧力が作用し、その出口側（外周側）に主圧縮機４の低圧な吸入圧力が作用する。一方、揺動スクロール２１の上面部（補助圧縮機構３側）には、第一中間圧力が作用する。膨張機構２に作用する圧力によって生じる揺動スクロール２１を補助圧縮機構３側に押す力を相殺するように補助圧縮機構３側に作用する第一中間圧力を第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１で調整することにより、スラスト荷重をゼロ又は極めて小さくすることができる。
【００２８】
揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重は、膨張機１の起動を阻害する主な原因となる。本実施の形態１に係る冷凍空調装置１００では、上述のように揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重を低減することにより、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。
【００２９】
つまり、膨張機１が起動する前の状態においては、膨張機構２の入口側に主圧縮機４の吐出圧力（高圧）が作用し、膨張機構２の出口側に主圧縮機４の吸入圧力（低圧）が作用している。そして、これらの圧力の差によって生まれる駆動力が膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗を上回ったとき、膨張機１（つまり膨張機構２）は起動することができる。本実施の形態１では、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができるので、膨張機１を確実に起動することができる。
【００３０】
ステップＳ４の後、制御器６０は、ステップＳ５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、ステップＳ４に戻る。膨張機１が起動している場合、制御器６０は、ステップＳ６に進む。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。
【００３１】
ステップＳ６では、制御器６０は、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を開き、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１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の回転数を運転状態に応じて制御する（ステップＳ７）。
【００３２】
より詳しくは、蒸発器８から流出した低圧冷媒の一部は、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。蒸発器８から流出した低圧冷媒の残りの一部は、主圧縮機４に流入して、中間圧まで圧縮される。そして、主圧縮機４で中間圧まで圧縮された冷媒は、補助圧縮機構３から流入した冷媒と合流し、この冷媒と共に主圧縮機４で高圧まで圧縮される。主圧縮機４で高圧まで圧縮された冷媒は、放熱器７で冷却され、膨張機構２で膨張・減圧され、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の回転数を制御する。
【００３３】
以上、このように構成された冷凍空調装置１００は、膨張機１を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、本実施の形態１に係る冷凍空調装置１００は、膨張機１を確実に（安定して）起動することができる。
【００３４】
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、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重も非常に大きくなる。このため、冷媒に二酸化炭素を用いる場合、スラスト荷重を低減させて膨張機１の起動を行う冷凍空調装置１００は、膨張機１の起動性を従来よりも著しく向上することができる。
【００３５】
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１２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。
【００３６】
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一例を示す冷媒回路構成図である。
図５に示す冷凍空調装置１０１は、図１に示した冷凍空調装置１００の構成に加え、第二圧縮機１５を備えている。この第二圧縮機１５は、第二モーター１７とこの第二モーター１７で駆動される第二圧縮機構１６を備えている。つまり、第二圧縮機１５は、第二モーター１７によって駆動される圧縮機である。
図５に示す冷凍空調装置１０１は、主圧縮機４の吸入口及び補助圧縮機構３の吸入口が蒸発器８に並列接続され、補助圧縮機構３の吐出口が第二圧縮機１５の吸入口に接続されている。そして、主圧縮機４の吐出口及び第二圧縮機１５の吐出口が、放熱器７に並列接続されている。
【００３７】
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。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を起動させる。このとき、冷媒は、主圧縮機４で圧縮され、放熱器７で冷却され、第一減圧装置１０と第二減圧装置１１で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱された後、主圧縮機４に吸入される。
【００３８】
制御器６０は、膨張機１が起動するまで、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重（軸方向の荷重）が極力小さくなる第一中間圧力となるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を開き、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を閉じ、第二圧縮機１５を起動する。そして、制御器６０は、定常運転に移行し、主圧縮機４及び第二圧縮機１５の回転数を運転状態に応じて制御する。
【００３９】
より詳しくは、蒸発器８から流出した低圧冷媒の一部は、補助圧縮機構３に吸入されて中間圧まで圧縮され、第二圧縮機１５に流入する。そして、第二圧縮機１５に流入した冷媒は、高圧まで圧縮されて第二圧縮機１５から吐出される。一方、蒸発器８から流出した低圧冷媒の残りの一部は、主圧縮機４に吸入され、高圧まで圧縮されて主圧縮機４から吐出される。主圧縮機４から吐出された高圧冷媒と第二圧縮機１５から吐出された高圧冷媒は合流し、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、膨張機構２で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱され、再び主圧縮機４、補助圧縮機構３及び第二圧縮機１５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及び第二圧縮機１５の回転数を制御する。
【００４０】
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を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１０１も、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。
【００４１】
図６は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
図６に示す冷凍空調装置１０２は、図１に示した冷凍空調装置１００の構成に加え、第二圧縮機１５を備えている。
図６に示す冷凍空調装置１０２は、主圧縮機４の吸入口及び補助圧縮機構３の吸入口が蒸発器８に並列接続され、主圧縮機４の吐出口が第二圧縮機１５の吸入口に接続されている。そして、第二圧縮機１５の吐出口が放熱器７に接続されている。また、補助圧縮機構３の吐出口は、主圧縮機４と第二圧縮機１５との間の配管に接続されている。
【００４２】
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。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４及び第二圧縮機１５を起動させる。このとき、冷媒は、主圧縮機４で中間圧まで圧縮され、第二圧縮機１５でさらに高圧まで圧縮され、放熱器７で冷却され、第一減圧装置１０と第二減圧装置１１で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱された後、主圧縮機４に吸入される。
【００４３】
制御器６０は、膨張機１が起動するまで、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重（軸方向の荷重）が極力小さくなる第一中間圧力となるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を開き、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１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及び第二圧縮機１５の回転数を運転状態に応じて制御する。
【００４４】
より詳しくは、蒸発器８から流出した低圧冷媒の一部は、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と第二圧縮機１５との間の配管に流入する。一方、蒸発器８から流出した低圧冷媒の残りの一部は、主圧縮機４に吸入され、中間圧まで圧縮されて主圧縮機４から吐出される。そして、主圧縮機４から吐出された冷媒は、補助圧縮機構３から吐出された冷媒と合流し、第二圧縮機１５に吸入される。第二圧縮機１５に吸入された冷媒は、高圧まで圧縮され、第二圧縮機１５から吐出される。第二圧縮機１５から吐出された高圧冷媒は、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、膨張機構２で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱され、再び主圧縮機４、補助圧縮機構３及び第二圧縮機１５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及び第二圧縮機１５の回転数を制御する。
【００４５】
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を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１０２も、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。
【００４６】
図７は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
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。
より詳しくは、図７に示す冷凍空調装置１０３は、主圧縮機４の吸入口が蒸発器８に接続されている。また、補助圧縮機構３の吸入口が主圧縮機４の圧縮過程に接続されている。そして、主圧縮機４の吐出口及び補助圧縮機構３の吐出口が、放熱器７に並列接続されている。
【００４７】
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。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を起動させる。このとき、冷媒は、主圧縮機４で高圧まで圧縮され、放熱器７で冷却され、第一減圧装置１０と第二減圧装置１１で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱された後、主圧縮機４に吸入される。
【００４８】
制御器６０は、膨張機１が起動するまで、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重（軸方向の荷重）が極力小さくなる第一中間圧力となるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を開き、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１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の回転数を運転状態に応じて制御する。
【００４９】
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、膨張機構２で膨張・減圧され、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の回転数を制御する。
【００５０】
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を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１０３も、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。
【００５１】
図８は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
図８に示す冷凍空調装置１０４は、図１に示した冷凍空調装置１００の構成に加え、第二圧縮機１５を備えている。また、図８に示す冷凍空調装置１０４は、主圧縮機４の吸入口及び第二圧縮機１５の吸入口が蒸発器８に並列接続され、第二圧縮機１５の吐出口が補助圧縮機構３の吸入口に接続されている。そして、主圧縮機４の吐出口及び補助圧縮機構３の吐出口が、放熱器７に並列接続されている。
【００５２】
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。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を起動させる。このとき、冷媒は、主圧縮機４で圧縮され、放熱器７で冷却され、第一減圧装置１０と第二減圧装置１１で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱された後、主圧縮機４に吸入される。
【００５３】
制御器６０は、膨張機１が起動するまで、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重（軸方向の荷重）が極力小さくなる第一中間圧力となるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を開き、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を閉じ、第二圧縮機１５を起動する。そして、制御器６０は、定常運転に移行し、主圧縮機４及び第二圧縮機１５の回転数を運転状態に応じて制御する。
【００５４】
より詳しくは、蒸発器８から流出した低圧冷媒の一部は、第二圧縮機１５に吸入されて中間圧まで圧縮され、補助圧縮機構３に流入する。そして、補助圧縮機構３に流入した冷媒は、高圧まで圧縮されて補助圧縮機構３から吐出される。一方、蒸発器８から流出した低圧冷媒の残りの一部は、主圧縮機４に吸入され、高圧まで圧縮されて主圧縮機４から吐出される。主圧縮機４から吐出された高圧冷媒と補助圧縮機構３から吐出された高圧冷媒は合流し、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、膨張機構２で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱され、再び主圧縮機４、補助圧縮機構３及び第二圧縮機１５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及び第二圧縮機１５の回転数を制御する。
【００５５】
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を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１０４も、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。
【００５６】
図９は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
図９に示す冷凍空調装置１０５は、図１に示した冷凍空調装置１００の構成に加え、第二圧縮機１５を備えている。
図９に示す冷凍空調装置１０５は、主圧縮機４の吸入口が蒸発器８に並列接続されている。また、補助圧縮機構３の吸入口及び第二圧縮機１５の吸入口が、主圧縮機４の吐出口に並列接続されている。そして、補助圧縮機構３の吐出口及び第二圧縮機１５の吐出口が、放熱器７に並列接続されている。
【００５７】
このように構成された冷凍空調装置１０５は、次のように動作する。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４及び第二圧縮機１５を起動させる。このとき、冷媒は、主圧縮機４で中間圧まで圧縮され、第二圧縮機１５でさらに高圧まで圧縮され、放熱器７で冷却され、第一減圧装置１０と第二減圧装置１１で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱された後、主圧縮機４に吸入される。
【００５８】
制御器６０は、膨張機１が起動するまで、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重（軸方向の荷重）が極力小さくなる第一中間圧力となるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を開き、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１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及び第二圧縮機１５の回転数を運転状態に応じて制御する。
【００５９】
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に吸入されて中間圧まで圧縮され、主圧縮機４から吐出される。主圧縮機４から吐出された冷媒の一部は、補助圧縮機構３で高圧まで圧縮され、補助圧縮機構３から吐出される。一方、主圧縮機４から吐出された冷媒の残りの一部は、第二圧縮機１５で高圧まで圧縮され、第二圧縮機１５から吐出される。そして、第二圧縮機１５から吐出された高圧冷媒は、補助圧縮機構３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、膨張機構２で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱され、再び主圧縮機４、補助圧縮機構３及び第二圧縮機１５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及び第二圧縮機１５の回転数を制御する。
【００６０】
このように構成された冷凍空調装置１０５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を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１０５も、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。
【００６１】
図１０は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
図１０に示す冷凍空調装置１０６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。
より詳しくは、図１０に示す冷凍空調装置１０６は、主圧縮機４の吸入口及び補助圧縮機構３の吸入口が蒸発器８に並列接続されている。また、主圧縮機４の吐出口及び補助圧縮機構３の吐出口が放熱器７に並列接続されている。
【００６２】
このように構成された冷凍空調装置１０６は、次のように動作する。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を起動させる。このとき、冷媒は、主圧縮機４で高圧まで圧縮され、放熱器７で冷却され、第一減圧装置１０と第二減圧装置１１で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱された後、主圧縮機４に吸入される。
【００６３】
制御器６０は、膨張機１が起動するまで、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重（軸方向の荷重）が極力小さくなる第一中間圧力となるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を開き、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１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の回転数を運転状態に応じて制御する。
【００６４】
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の一部は、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、膨張機構２で膨張・減圧され、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の回転数を制御する。
【００６５】
このように構成された冷凍空調装置１０６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を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１０６も、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。
【００６６】
図１１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
図１１に示す冷凍空調装置１０７は、図１に示した冷凍空調装置１００の構成に加え、第二バイパス管１８及び逆止弁１９を備えている。
より詳しくは、図１１に示す冷凍空調装置１０７は、蒸発器８、第一開閉装置１３、補助圧縮機構３、第二開閉装置１４、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、第二バイパス管１８は、その一方の端部が蒸発器８と第一開閉装置１３との間の配管に接続され、その他方の端部が第二開閉装置１４と主圧縮機４との間の配管に接続されている。また、逆止弁１９は、この第二バイパス管１８に設けられている。この逆止弁１９は、第二バイパス管１８の前記一方の端部（蒸発器８側）から前記他方の端部（主圧縮機４側）への冷媒の流れを許容する。
【００６７】
このように構成された冷凍空調装置１０７は、次のように動作する。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を起動させる。このとき、冷媒は、主圧縮機４で高圧まで圧縮され、放熱器７で冷却され、第一減圧装置１０と第二減圧装置１１で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱される。また、蒸発器８から流出した後の冷媒は、第二バイパス管１８及び逆止弁１９を介して（第一開閉装置１３、補助圧縮機構３及び第二開閉装置１４を迂回して）、再び主圧縮機４に吸入される。
【００６８】
制御器６０は、膨張機１が起動するまで、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重（軸方向の荷重）が極力小さくなる第一中間圧力となるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を開き、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１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の回転数を運転状態に応じて制御する。
【００６９】
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でさらに高圧まで圧縮され、放熱器７に流入する。このとき、逆止弁１９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、膨張機構２で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱され、再び主圧縮機４、補助圧縮機構３及び第二圧縮機１５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の回転数を制御する。
【００７０】
このように構成された冷凍空調装置１０７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を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１０７も、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。
【００７１】
図１２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路構成図である。
図１２に示す冷凍空調装置１０８も、図１に示した冷凍空調装置１００の構成に加え、第二バイパス管１８及び逆止弁１９を備えている。
より詳しくは、図１２に示す冷凍空調装置１０８は、蒸発器８、主圧縮機４、第一開閉装置１３、補助圧縮機構３、第二開閉装置１４及び放熱器７が順次直列接続されている。そして、第二バイパス管１８は、その一方の端部が補助圧縮機構３と第一開閉装置１３との間の配管に接続され、その他方の端部が第二開閉装置１４と放熱器７との間の配管に接続されている。また、逆止弁１９は、この第二バイパス管１８に設けられている。この逆止弁１９は、第二バイパス管１８の前記一方の端部（主圧縮機４側）から前記他方の端部（放熱器７側）への冷媒の流れを許容する。
【００７２】
このように構成された冷凍空調装置１０８は、次のように動作する。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開く。そして、制御器６０は、主圧縮機４を起動させる。このとき、冷媒は、主圧縮機４で高圧まで圧縮され、放熱器７で冷却され、第一減圧装置１０と第二減圧装置１１で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱される。また、主圧縮機４から吐出された高圧冷媒は、第二バイパス管１８及び逆止弁１９を介して（第一開閉装置１３、補助圧縮機構３及び第二開閉装置１４を迂回して）、放熱器７へ流入する。
【００７３】
制御器６０は、膨張機１が起動するまで、揺動スクロール２１に作用するスラスト荷重（軸方向の荷重）が極力小さくなる第一中間圧力となるように、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の開度を制御する。制御器６０は、膨張機１の起動を検出すると、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を開き、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１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の回転数を運転状態に応じて制御する。
【００７４】
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、補助圧縮機構３に吸入されてさらに高圧まで圧縮され、放熱器７に流入する。このとき、逆止弁１９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、膨張機構２で膨張・減圧され、蒸発器８で加熱され、再び主圧縮機４、補助圧縮機構３及び第二圧縮機１５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の回転数を制御する。
【００７５】
このように構成された冷凍空調装置１０８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を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１０８も、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。
【００７６】
実施の形態２．
実施の形態１で示した冷凍空調装置（冷凍空調装置１００〜冷凍空調装置１０８）に、下記の均圧管及び均圧管用開閉装置を設けてもよい。なお、以下では、図１で示した冷凍空調装置１００に均圧管及び均圧管用開閉装置を設けた例について説明する。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。
【００７７】
図１３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１０９は、図１に示した冷凍空調装置１００の構成に加え、補助圧縮機構３を迂回する均圧管４０及び均圧管用開閉装置４１を備えている。より詳しくは、均圧管４０は、その一方の端部が第一開閉装置１３と補助圧縮機構３との間の配管に接続され、その他方の端部が補助圧縮機構３と第二開閉装置１４との間の配管に接続されている。均圧管用開閉装置４１は、例えば開閉弁であり、均圧管４０に設けられている。
【００７８】
冷凍空調装置１０９は、次のように動作する。
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、第一開閉装置１３及び第二開閉装置１４を閉じ、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１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、均圧管用開閉装置４１も開く。その後の動作は、膨張機１の起動後に均圧管用開閉装置４１を閉じることを除き、基本的に実施の形態１と同様である。膨張機１の起動後に均圧管用開閉装置４１を閉じるのは、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するためである。
【００７９】
以上、このように構成された冷凍空調装置１０９においても、実施の形態１で示した冷凍空調装置と同様に、膨張機１を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１０９も、実施の形態１で示した冷凍空調装置と同様に、膨張機１を確実に（安定して）起動することができる。
【００８０】
また、本実施の形態２に係る冷凍空調装置１０９は、膨張機１が起動する前の状態において、連結管１２を流れる第一中間圧力の冷媒が均圧管４０を介して補助圧縮機構３の吸入側及び吐出側に流入する。つまり、本実施の形態２に係る冷凍空調装置１０９は、膨張機１が起動する前の状態において、第一中間圧力を速やかに補助圧縮機構３全域に作用させることができる。このため、主圧縮機４の起動から膨張機１が起動するまでの時間を短縮することができる。
【００８１】
なお、本実施の形態２では冷凍空調装置１００に均圧管４０及び均圧管用開閉装置４１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１０８に均圧管４０及び均圧管用開閉装置４１を設けてもよい。実施の形態１で示した冷凍空調装置１０１〜冷凍空調装置１０８に均圧管４０及び均圧管用開閉装置４１を設けても、冷凍空調装置１００に均圧管４０及び均圧管用開閉装置４１を設けた場合と同じ効果を得ることができる。
【００８２】
実施の形態３．
実施の形態１又は実施の形態２で示した冷凍空調装置の連結管に連結管用開閉装置を設けることにより、サイクル効率の低下を防止することも可能となる。なお、以下では、図１で示した冷凍空調装置１００の連結管１２に連結管用開閉装置を設けた例について説明する。また、本実施の形態３で特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２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又は実施の形態２との差異点を主に説明する。
【００８３】
図１４は、本発明の実施の形態３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３に係る冷凍空調装置１１０は、図１に示した冷凍空調装置１００の構成に加え、連結管用開閉装置４２が設けられている。連結管用開閉装置４２は、例えば開閉弁であり、連結管１２に設けられている。より詳しくは、均圧管４０は、その一方の端部が第一開閉装置１３と補助圧縮機構３との間の配管に接続され、その他方の端部が補助圧縮機構３と第二開閉装置１４との間の配管に接続されている。均圧管用開閉装置４１は、例えば開閉弁であり、均圧管４０に設けられている。
【００８４】
膨張機１が起動した後の定常運転時において、放熱器７から流出した冷媒の一部（所定量）が膨張機構２をバイパスするようにすることで、膨張機１の運転範囲が広くなり、冷凍空調装置のサイクル効率を高める事ができる場合がある。つまり、膨張機１が起動した後の定常運転時において、放熱器７から流出した冷媒の一部（所定量）を第一バイパス管９、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を介して蒸発器８に流入させることで、冷凍空調装置のサイクル効率を高める事ができる場合がある。
【００８５】
本実施の形態３に係る冷凍空調装置１１０は、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開き、連結管用開閉装置４２を閉じることにより、放熱器７から流出した冷媒の一部（所定量）が膨張機構２をバイパスして蒸発器８に流入することができる。つまり、本実施の形態３に係る冷凍空調装置１１０は、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を開き、連結管用開閉装置４２を閉じることにより、放熱器７から流出した冷媒の一部（所定量）を、第一バイパス管９、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を介して蒸発器８に流入させることができる。このとき、蒸発器８をバイパスしてしまう冷媒もない。このため、サイクル効率の低下を防止し、サイクル効率の高い冷凍空調装置１１０を得ることができる。なお、膨張機構２をバイパスする（第一バイパス管９、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１を通る）冷媒の流量は、第一減圧装置１０及び第二減圧装置１１の少なくとも一方の開度を制御することにより、調整される。この制御は、制御器６０が行う。
【００８６】
以上、このように構成された冷凍空調装置１１０においても、実施の形態１で示した冷凍空調装置と同様に、膨張機１を起動させる前の状態において、膨張機構２及び補助圧縮機構３のスクロール歯の先端部に生じる摩擦抵抗をゼロ又は極めて小さくすることができる。このため、冷凍空調装置１１０も、実施の形態１で示した冷凍空調装置と同様に、膨張機１を確実に（安定して）起動することができる。
【００８７】
また、膨張機１が起動した後の定常運転時において、膨張機構２をバイパスして蒸発器８に冷媒を流入させることにより、サイクル効率の低下を防止し、サイクル効率の高い冷凍空調装置１１０を得ることができる。
【００８８】
なお、本実施の形態３では冷凍空調装置１００に連結管用開閉装置４２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１０８に連結管用開閉装置４２を設けてもよい。実施の形態１で示した冷凍空調装置１０１〜冷凍空調装置１０８に連結管用開閉装置４２を設けても、冷凍空調装置１００に連結管用開閉装置４２を設けた場合と同じ効果を得ることができる。
また、実施の形態２で示した冷凍空調装置１０９に連結管用開閉装置４２を設けても勿論よい。本実施の形態３で説明した効果に加え、実施の形態２で説明した効果（主圧縮機４の起動から膨張機１が起動するまでの時間を短縮することができるという効果）も得られる。
【符号の説明】
【００８９】
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  第一バイパス管、１０  第一減圧装置、１１  第二減圧装置、１２  連結管、１３  第一開閉装置、１４  第二開閉装置、１５  第二圧縮機、１６  第二圧縮機構、１７  第二モーター、１８  第二バイパス管、１９  逆止弁、２０  軸、２１  揺動スクロール、２２  固定スクロール（補助圧縮機構側）、２３  固定スクロール（膨張機構側）、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  上軸受、３２  下軸受、３３  揺動軸受、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、４０  均圧管、４１  均圧管用開閉装置、４２  連結管用開閉装置、６０  制御器、１００〜１１０  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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【図１４】
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