(57)【要約】【課題】膨張機及び副圧縮機をより安定して起動させることが可能な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクル装置１Ａは、副圧縮機３１、主圧縮機３２、放熱器、膨張機３６及び蒸発器を含む冷媒回路２を備えている。冷媒回路２には、副圧縮機３１及び膨張機３６の上流側に第一制御弁４１及び第二制御弁４２がそれぞれ設けられている。膨張機３６をバイパスする第一バイパス路５には膨張弁５１が設けられ、副圧縮機をバイパスする第二バイパス路６にはバイパス弁６１が設けられている。さらに、冷媒回路２における主圧縮機３２と放熱器の間の部分と蒸発器と副圧縮機３１の間の部分とを連絡する還流路７には還流弁７１が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する主圧縮機、前記主圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器、前記前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させて動力を回収する膨張機、前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器、及び伝動軸により膨張機と連結され、前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記主圧縮機に吸入される前に昇圧する副圧縮機、を含む冷媒回路と、
前記冷媒回路に前記膨張機をバイパスするように設けられた第一バイパス路と、
前記第一バイパス路に設けられた、前記放熱器で放熱した冷媒を減圧する膨張弁と、
前記冷媒回路に前記副圧縮機をバイパスするように設けられた第二バイパス路と、
前記第二バイパス路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止するバイパス弁と、
前記冷媒回路における前記主圧縮機と前記放熱器の間の部分と前記蒸発器と前記副圧縮機の間の部分とを連絡する還流路と、
前記還流路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する還流弁と、
前記冷媒回路に設けられた、前記蒸発器から前記副圧縮機への冷媒の流入を許可又は禁止する第一制御弁と、
前記冷媒回路に設けられた、前記放熱器から前記膨張機への冷媒の流入を許可又は禁止する第二制御弁と、
を備える、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記冷媒回路における前記主圧縮機と前記放熱器の間の部分と前記第二制御弁と前記膨張機の間の部分とを連絡する短絡路と、
前記短絡路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する短絡弁と、をさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
起動運転の際に、前記第一制御弁及び前記第二制御弁並びに前記還流弁を閉じ、前記バイパス弁を開き、前記膨張弁を所定開度に開いた状態で、前記主圧縮機を所定期間稼働させる第一操作を行った後に、前記膨張弁を全閉にし、前記第二制御弁及び前記還流弁を開く第二操作を行うコントローラをさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記膨張機及び前記副圧縮機の起動を検出するための起動検出器をさらに備え、
前記コントローラは、前記起動検出器によって前記膨張機及び前記副圧縮機の起動が検出されると、前記還流弁及び前記バイパス弁を閉じ、前記第一制御弁を開く、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
起動運転の際に、前記第一制御弁及び前記第二制御弁並びに前記還流弁及び前記短絡弁を閉じ、前記バイパス弁を開き、前記膨張弁を所定開度に開いた状態で、前記主圧縮機を所定期間稼働させる第一操作を行った後に、前記膨張弁を全閉にし、前記短絡弁及び前記還流弁を開く第二操作を行うコントローラをさらに備える、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記膨張機及び前記副圧縮機の起動を検出するための起動検出器をさらに備え、
前記コントローラは、前記起動検出器によって前記膨張機及び前記副圧縮機の起動が検出されると、前記還流弁及び前記バイパス弁を閉じ、前記第一制御弁及び前記第二制御弁を開く、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記起動検出器によって前記膨張機及び前記副圧縮機の起動が検出されるまで、前記第一操作と前記第二操作を繰り返す、請求項３〜６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記所定期間は、前記第一制御弁及び前記第二制御弁を閉じてから所定時間が経過するまでである、請求項３〜７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記所定期間は、前記第一制御弁及び前記第二制御弁を閉じてから、前記冷媒回路における前記第二制御弁と前記膨張機の間の部分の冷媒の温度又は圧力が所定値を下回るまでである、請求項３〜７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記起動検出器は、前記主圧縮機の起動開始からの経過時間を計測するタイマーであり、
前記コントローラは、前記タイマーで計測される経過時間が所定の閾値を上回ったときに、前記膨張機及び前記副圧縮機が起動したと判定する、請求項４又は６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記起動検出器は、前記膨張機の吸入口における冷媒の温度と前記膨張機の吐出口における冷媒の温度との温度差を計測する温度差計測器であり、
前記コントローラは、前記温度差計測器で計測される温度差が所定の閾値を上回ったとき、又は前記温度差計測器で計測される温度差の単位時間あたりの増加幅が所定の閾値を上回ったときに、前記膨張機及び前記副圧縮機が起動したと判定する、請求項４又は６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記起動検出器は、前記膨張機の吸入口における冷媒の圧力と前記膨張機の吐出口における冷媒の圧力との圧力差を計測する圧力差計測器であり、
前記コントローラは、前記圧力差計測器で計測される圧力差が所定の閾値を上回ったとき、又は前記圧力差計測器で計測される圧力差の単位時間あたりの増加幅が所定の閾値を上回ったときに、前記膨張機及び前記副圧縮機が起動したと判定する、請求項４又は６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記膨張機及び前記副圧縮機を収容する密閉容器をさらに備え、
前記密閉容器は、内部の圧力が前記主圧縮機から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記膨張機及び前記副圧縮機を収容する密閉容器をさらに備え、
前記密閉容器は、内部の圧力が前記副圧縮機から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記膨張機及び前記副圧縮機を収容する密閉容器をさらに備え、
前記密閉容器は、内部が区画部材によって前記膨張機を取り囲む第一空間と前記副圧縮機を取り囲む第二空間に区画され、前記第一空間の圧力が前記主圧縮機から吐出される冷媒の圧力と等しくなり、かつ、前記第二空間の圧力が前記副圧縮機から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている、請求項１〜１２のいずれか一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、冷媒を膨張させて動力を回収する膨張機と、主圧縮機の上流側で冷媒を予備的に昇圧する副圧縮機を備えた冷凍サイクル装置が知られている。このような冷凍サイクル装置では、主圧縮機は電動機によって駆動される一方、副圧縮機は、伝動軸により膨張機と連結されており、膨張機で冷媒から回収した動力によって駆動される。
【０００３】
ところで、上記のような構成では、停止状態からの膨張機及び副圧縮機の起動は、主圧縮機を起動させて高低圧差を作り出すことによってのみ行われるため、膨張機及び副圧縮機を安定して起動させるにはどのようにすればよいかが問題となる。これに対する対策として、例えば特許文献１には、冷媒回路にバイパス路を設け、起動時に主圧縮機から吐出された高圧の冷媒を副圧縮機の吸入口又は膨張機の吸入口に直接導くとともに、主圧縮機が副圧縮機の吐出口又は膨張機の吐出口までの冷媒を吸入できるようにすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０４２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された対策では、膨張機及び副圧縮機を安定して起動させるにはまだ不十分である。すなわち、主圧縮機の起動と共に膨張機及び副圧縮機の吸入口と吐出口との間にかかる高低圧差は徐々に増加するが、それに伴って伝動軸が軸受に押し付けられる荷重なども増大する。このため、膨張機及び副圧縮機の停止状態によっては、それらの吸入口と吐出口との間にかかる高低圧差から生じる起動トルクが最大静止摩擦力に打ち勝てないことがある。また、膨張機が容積変化により冷媒を膨張させる作動室を有し、この作動室が液冷媒又は潤滑油で満たされている場合は、その膨張し難い液体が、作動室の容積を増大させる回転の妨げとなる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、膨張機及び副圧縮機をより安定して起動させることが可能な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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、冷媒を圧縮する主圧縮機、前記主圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器、前記前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させて動力を回収する膨張機、前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器、及び伝動軸により膨張機と連結され、前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記主圧縮機に吸入される前に昇圧する副圧縮機、を含む冷媒回路と、前記冷媒回路に前記膨張機をバイパスするように設けられた第一バイパス路と、前記第一バイパス路に設けられた、前記放熱器で放熱した冷媒を減圧する膨張弁と、前記冷媒回路に前記副圧縮機をバイパスするように設けられた第二バイパス路と、前記第二バイパス路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止するバイパス弁と、前記冷媒回路における前記主圧縮機と前記放熱器の間の部分と前記蒸発器と前記副圧縮機の間の部分とを連絡する還流路と、前記還流路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する還流弁と、前記冷媒回路に設けられた、前記蒸発器から前記副圧縮機への冷媒の流入を許可又は禁止する第一制御弁と、前記冷媒回路に設けられた、前記放熱器から前記膨張機への冷媒の流入を許可又は禁止する第二制御弁と、を備える、冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成によれば、弁の制御によって、起動時に膨張機及び副圧縮機の前後の圧力をいったん低圧に均圧化した後に、膨張機及び副圧縮機の吸入側を高圧にすることができる。膨張機及び副圧縮機の前後の圧力をいったん低圧に均圧化することにより、伝動軸が軸受に押し付けられる荷重などを弱めて最大静止摩擦力を低減させることができる。また、膨張機の作動室が液冷媒又は潤滑油で満たされていたとしても、その液体を吸い出すことができる。その後、膨張機及び副圧縮機の吸入側を高圧にすることにより、膨張機及び副圧縮機の双方に強い力積（力×時間：Ｎ・ｓ）を与えることができる。これらの作用により、膨張機及び副圧縮機を従来よりも格段に安定して起動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図２】図１の冷凍サイクル装置に用いられる動力回収ユニット及び圧縮ユニットの構成図
【図３】第一実施形態における起動運転のフローチャート
【図４】代替的な動力回収ユニット及び圧縮ユニットの構成図
【図５】別の代替的な動力回収ユニット及び圧縮ユニットの構成図
【図６】変形例の冷凍サイクル装置の構成図
【図７】別の変形例の冷凍サイクル装置の構成図
【図８】本発明の第二実施形態に係る冷凍空調装置の構成図
【図９】第二実施形態における起動運転のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。
【００１１】
（第一実施形態）
図１に、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１Ａを示す。この冷凍サイクル装置１Ａは、空調装置として構成されており、暖房運転と冷房運転とが切替可能となっている。なお、本発明の冷凍サイクル装置は、空調装置に限定されるものではなく、例えば給湯機などに用いられる冷媒の流れ方向が不変の温水生成機として構成されていてもよい。
【００１２】
冷凍サイクル装置１Ａは、冷媒を循環させる冷媒回路２と、コントローラ４を備えている。冷媒回路２は、副圧縮機３１、主圧縮機３２、第一四方弁３３、室内熱交換器３４、第二四方弁３５、膨張機３６、及び室外熱交換器３７を含む。冷媒としては、例えば、ハイドロフルオロカーボンなどを用いることができる。なお、上述した温水生成機では、冷媒として二酸化炭素を用いてもよい。
【００１３】
副圧縮機３１の吐出口と主圧縮機３２の吸入口は、流路２１によって互いに接続されている。第一四方弁３３は、流路２２，２３，２８，２９によって、主圧縮機３２の吐出口、室内熱交換器３４、室外熱交換器３７、及び副圧縮機の吸入口と接続されている。第二四方弁３５は、流路２４，２５，２６，２７によって、室内熱交換器３４、膨張機３６の吸入口、膨張機３６の吐出口、及び室外熱交換器３７に接続されている。
【００１４】
第一四方弁３３及び第二四方弁３５は、コントローラ４に制御されることにより、冷媒回路２を流れる冷媒の向きを、暖房運転時には実線矢印の向きに切り換え、冷房運転時に破線矢印の向きに切り換える。実線矢印の向きとは、主圧縮機３１から吐出された冷媒が室内熱交換器３４に導かれ、膨張機３６から吐出された冷媒が室外熱交換器３７に導かれる向きである。破線矢印の向きとは、主圧縮機３１から吐出された冷媒が室外熱交換器３７に導かれ、膨張機３６から吐出された冷媒が室内熱交換器３４に導かれる向きである。すなわち、暖房運転時には、室内熱交換器３４が放熱器として機能し、室外熱交換器３７が蒸発器として機能する。また、冷房運転時には、室外熱交換器３７が放熱器として機能し、室内熱交換器３４が蒸発器として機能する。
【００１５】
なお、第一四方弁３３を主圧縮機３２の吐出口と接続する流路２２は、暖房運転と冷房運転とに拘わらず常に主圧縮機３２と放熱器の間にあり、第一四方弁３３を副圧縮機３１の吸入口と接続する流路２９は、暖房運転と冷房運転とに拘わらず常に蒸発器と副圧縮機３１の間にある。また、第二四方弁３５を膨張機３６の吸入口と接続する流路２５は、暖房運転と冷房運転とに拘わらず常に放熱器と膨張機３６の間にあり、第二四方弁３５を膨張機３６の吐出口と接続する流路２６は、暖房運転と冷房運転とに拘わらず常に膨張機３６と蒸発器の間にある。
【００１６】
以下では、特別に記載する場合を除き、室内熱交換器３４及び室外熱交換器３７の代わりに放熱器及び蒸発器という用語を使用し、暖房運転と冷房運転とを区別することなく説明する。
【００１７】
主圧縮機３２は、電動機４５によって駆動される。主圧縮機３２及び電動機４５は、図２に示すように、第一密閉容器１３に収容されている。第一密閉容器１３の内部には、潤滑油が貯留されることにより第一油溜まり１３ａが形成されているとともに、第一油溜まり１３ａに面する上方空間が形成されている。主圧縮機３２は、吸入口を通じて流路２１から冷媒を吸入して圧縮し、圧縮した冷媒を吐出口を通じて第一密閉容器１３の上方空間に吐出する。第一密閉容器１３の上方空間に吐出された冷媒は、第一密閉容器１３を貫通して当該上方空間に開口する配管２２ａを通じて、外部に排出される。すなわち、第一密閉容器１３及び配管２２ａは、上述した流路２２を構成する。主圧縮機３２から吐出された冷媒は、放熱器（室内熱交換器３４又は室外熱交換器３７）に流入し、ここで空気と熱交換して放熱する。
【００１８】
膨張機３６は、伝動軸１１により副圧縮機３１と連結されている。膨張機３６及び副圧縮機３６は、動力回収機構を構成する。膨張機３６及び副圧縮機３１は、図２に示すように、第二密閉容器１２に収容されている。第二密閉容器１２の内部には、潤滑油が貯留されることにより第二油溜まり１２ａが形成されている。膨張機３６は、放熱器から流出した冷媒を吸入口を通じて流路２５から吸入し、吸入した冷媒を膨張させる。このとき、膨張機３６は、膨張する冷媒から動力を回収し、回収した動力によって副圧縮機３１を駆動する。膨張機３６は、膨張した冷媒を吐出口を通じて流路２６に吐出する。膨張機３６から吐出された冷媒は、蒸発器（室外熱交換器３７又は室内熱交換器３４）に流入し、ここで空気と熱交換して蒸発する。
【００１９】
膨張機３６としては、例えば、スクロール式膨張機、ロータリ式膨張機、流体圧モータ式膨張機を用いることができる。なお、流体圧モータ式膨張機とは、膨張工程を含まずに、冷媒を吸入する工程と、吸入した冷媒を吐出する工程とを実質的に連続して行うことで、吸入側と吐出側との圧力差によって冷媒を膨張させる流体機械である。スクロール式膨張機及びロータリ式膨張機は、容積変化により冷媒を膨張させる作動室を有する。
【００２０】
副圧縮機３１は、蒸発器から流出した冷媒を吸入口を通じて流路２９から吸入して昇圧し、昇圧した冷媒を吐出口を通じて流路２１に吐出する。すなわち、副圧縮機３１は、主圧縮機３２に吸入される冷媒を予備的に昇圧する。
【００２１】
副圧縮機３１としては、スクロール式圧縮機、ロータリ式圧縮機、又は流体圧モータ式圧縮機を用いることができる。なお、流体圧モータ式圧縮機とは、冷媒を圧縮する行程を含まず、冷媒を吸入する工程と、吸入した冷媒を吐出する工程とを実質的に連続して行うことにより、吸入側と吐出側との圧力差によって冷媒を昇圧する圧縮機である。スクロール式圧縮機及びロータリ式圧縮機は、容積変化により冷媒を圧縮する作動室を有する。
【００２２】
本実施形態では、第二密閉容器１２は、内部の圧力が主圧縮機３２から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている。具体的には、第二密閉容器１２が均油管１４により第一密閉容器１３と連結されており、第二油溜まり１２ａが第一油溜まり１３ａと連通している。
【００２３】
さらに、本実施形態では、第一四方弁３３を副圧縮機３１の吸入口と接続する流路２９に第一制御弁４１設けられており、第二四方弁３５を膨張機３６の吸入口と接続する流路２５に第二制御弁４２が設けられている。第一制御弁４１は、蒸発器から副圧縮機３１への冷媒の流入を許可又は禁止し、第二制御弁４２は、放熱器から膨張機３６への冷媒の流入を許可又は禁止する。
【００２４】
また、冷媒回路２には、膨張機３６をバイパスするように第一バイパス路５が設けられているとともに、副圧縮機３１をバイパスするように第二バイパス路６が設けられている。第一バイパス路５は、第二制御弁４２よりも上流側で流路２５から分岐し、流路２６につながっている。また、第一バイパス路５には、放熱器で放熱した冷媒を減圧する膨張弁５１が設けられている。第二バイパス路６は、第一制御弁４１よりも上流側で流路２９から分岐し、流路２１につながっている。また、第二バイパス路６には、当該第二バイパス路６を通じた冷媒の流通を許可又は禁止するバイパス弁６１が設けられている。
【００２５】
さらに、冷媒回路２には、流路２２と流路２９における第一制御弁４１よりも下流側部分とを連絡する還流路７が設けられている。また、還流路７には、当該還流路７を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する還流弁７１が設けられている。
【００２６】
本実施形態では、第一制御弁４１、第二制御弁４２、バイパス弁６１及び還流弁７１として、開閉弁が採用されている。ただし、開閉弁の代わりに、全閉から全開まで開度調整可能な流量調整弁を採用することも可能である。
【００２７】
また、冷凍サイクル装置１Ａは、流路２２に設けられた、主圧縮機３２から吐出された冷媒の圧力（高圧）を検出する圧力センサ４７と、膨張機３６及び副圧縮機３１（すなわち、動力回収機構）の起動を検出するための起動検出器４６とを備えている。
【００２８】
動力回収機構が起動すると、伝動軸１１が回転し始め、膨張機３６の吸入口の冷媒と吐出口の冷媒との間に温度差及び圧力差が生じる。そこで、起動検出器４６として、膨張機３６の吸入口における冷媒の温度と膨張機３６の吐出口における冷媒の温度との温度差を計測する温度差計測器を用いることができる。また、前記温度差計測器に代えて、膨張機３６の吸入口における冷媒の圧力と膨張機３６の吐出口における冷媒の圧力との圧力差を計測する圧力差計測器を用いることもできる。さらに、動力回収機構は主圧縮機３２が起動してから略一定の時間で起動することから、起動検出器４６として、主圧縮機３２の起動開始からの経過時間を計測するタイマーを用いることもできる。
【００２９】
コントローラ４は、四方弁３３，３５、電動機４５及び上述した各種の弁４１，４２，５１，６１，７１を制御する。コントローラ４は、まず圧力センサ４７及び起動検出器４６の検出結果に基づいて冷凍サイクル装置１Ａを立ち上げる起動運転を行い、その後に定常運転に移行する。以下、コントローラ４が行う起動運転を、図３のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００３０】
まず、コントローラ４は、冷凍サイクル装置１Ａの運転を開始すべき旨の指令（例えば起動スイッチのオン）が与えられると、還流弁７１を閉じ、バイパス弁６１を開き、膨張弁５１を所定開度に開く（ステップＳ１１）。このとき、第一制御弁４１及び第二制御弁４２は閉じられていても開かれていてもよい。この状態で、主圧縮機３２を起動させる（ステップＳ１２）。これにより、主圧縮機３２、放熱器、膨張弁５１及び蒸発器を通るルートに冷媒が流れ、冷凍サイクルの高圧側と低圧側とに適切な圧力差が作り出される。
【００３１】
次に、コントローラ４は、圧力センサ４７で高圧Ｐを検出し（ステップＳ１３）、検出した高圧Ｐが所定範囲（Ｐ１〜Ｐ２）内にあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４でＮｏであれば、その状態を維持し、ステップＳ１４でＹｅｓであれば、ステップＳ１５に進んで第一制御弁４１及び第二制御弁４２を閉じる。
【００３２】
ここで、所定範囲（Ｐ１〜Ｐ２）とは、主圧縮機３２の目標吐出圧力によって決定される範囲であり、例えば、１．７〜３．５ＭＰａである。
【００３３】
その後、コントローラ４は、第一制御弁４１及び第二制御弁４２を閉じてから所定時間が経過するまでその状態を維持する（ステップＳ１６でＮｏ）。すなわち、コントローラ４は、所定時間で規定される所定期間、主圧縮機３２を稼働させる第一操作を行う。この第一操作により、膨張機３６の前後の圧力及び副圧縮機３１の前後の圧力が低圧に均圧化される。これは、膨張機３６及び副圧縮機３１では内部の微小な隙間を通じて吸入口と吐出口とが連通しているからである。その結果、伝動軸１１が軸受に押し付けられる荷重などを弱めて最大静止摩擦力を低減させることができる。さらに、膨張機３６の作動室が液冷媒又は潤滑油で満たされている場合には、第一操作により、その液体を主圧縮機３２による吸引を利用して吸い出すことができる。
【００３４】
ここで、ステップＳ１６における所定時間とは、膨張機３６の前後の圧力及び副圧縮機３１の前後の圧力が均等な圧力になるのに十分な時間である。このような時間は、予め実験などにより決定することができる。
【００３５】
第一制御弁４１及び第二制御弁４２を閉じてから所定時間が経過すると（ステップＳ１６でＹｅｓ）、コントローラ４は、膨張弁５１を全閉にし（ステップＳ１７）、第二制御弁４２及び還流弁７１を開いて（ステップＳ１８，Ｓ１９）、第二操作を行う。なお、ステップＳ１７〜Ｓ１９はこの順に行われることが好ましい。
【００３６】
まず第二制御弁４２を開くことにより、主圧縮機３２から吐出された高圧の冷媒を膨張機３６に導く。副圧縮機３１が一段のロータリ式圧縮機である場合、ピストンの停止位置によっては冷媒が吹抜けてしまい、ピストンに圧力が掛からずに伝動軸１１に起動トルクが発生しない場合がある。これに対し、停止位置に関わらず起動トルクが発生し得る膨張機３６に先ず高圧冷媒を導くことで、起動の確実性を高める。第一操作によって膨張機３６の前後の圧力が低圧に均圧化されているため、この行程（ステップＳ１８）によって膨張機３６に強い力積を与えることができる。
【００３７】
続いて還流弁７１を開くことにより、主圧縮機３２から吐出された高圧の冷媒を副圧縮機３１にも導く。これにより、副圧縮機３１にも強い力積を与えることができる。この高圧冷媒の供給により副圧縮機３１が起動すると、吐出側の圧力の方が吸入側の圧力よりも低いため、副圧縮機３１は膨張機又は流体圧モータとして機能する。従って、伝動軸１１に追加の起動トルクが与えられる。
【００３８】
上述した各作用により、動力回収機構を従来よりも格段に安定して起動させることができる。
【００３９】
その後、コントローラ４は、起動検出器４６により動力回収機構が起動したか否かを判定する。起動検出器４６としては、上述したとおり３つの態様が考えられる。
【００４０】
起動検出器４６が膨張機３６の吸入口と吐出口の間の冷媒の温度差を計測する温度差計測手器である場合、実験的に求められた、膨張機３６が起動するときの膨張機３６の吸入口と吐出口の間の冷媒の温度差ΔＴが、閾値としてコントローラ４に予め入力される。コントローラ４は、温度差計測器で計測された温度差がΔＴを上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することができる。あるいは、コントローラ４は、温度差計測器で計測される温度差の単位時間あたりの増加幅（単位時間遡った時点に温度差計測器で計測された温度差から、温度差計測器で計測された現在の温度差を引いた値）が所定の閾値を上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することもできる。
【００４１】
起動検出器４６が膨張機３６の吸入口と吐出口の間の冷媒の圧力差を計測する圧力差計測器である場合、実験的に求められた、膨張機３６が起動するときの膨張機３６の吸入口と吐出口の間の冷媒の圧力差ΔＰが、閾値としてコントローラ４に予め入力される。コントローラ４は、圧力差計測器で計測された圧力差がΔＰを上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することができる。あるいは、コントローラ４は、圧力差計測器で計測される圧力差の単位時間あたりの増加幅（単位時間遡った時点に圧力差計測器で計測された圧力差から、圧力差計測器で計測された現在の圧力差を引いた値）が所定の閾値を上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することもできる。
【００４２】
起動検出器４６がタイマーである場合、実験的に求められた、主圧縮機３２の起動開始から動力回収機構が起動するまでの時間ｔが、閾値としてコントローラ４に予め入力される。コントローラ４は、主圧縮機３２を駆動する電動機４５に制御信号を送信するとともに時間計測を開始し、タイマーで計測される経過時間がｔを上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することができる。
【００４３】
起動検出器４６によって動力回収機構の起動が検出されると（ステップＳ２０でＹｅｓ）、コントローラ４は、第一制御弁４１を開いて副圧縮機３１に低圧冷媒を供給するとともに、還流弁７１を閉じる（ステップＳ２２）。この工程により、副圧縮機３１は、上述した膨張機又は流体圧モータとしてではなく、本来の機能を奏するようになる。
【００４４】
その後、コントローラ４は、バイパス弁６１を閉じる（ステップＳ２３）。これにより、主圧縮機３２が吸入する冷媒は全て副圧縮機３１を通過することになる。膨張機３６で回収された動力によって副圧縮機３１が冷媒を昇圧し、この昇圧した冷媒を主圧縮機３２が吸入することで、主圧縮機３２を駆動する電動機４５の駆動力が低減する。
【００４５】
もし、動力回収機構が起動しなかった場合は（ステップＳ２０でＮｏ）、コントローラ４は、還流弁７１を閉じるとともに、膨張弁５１を再度所定開度に開き（ステップＳ２１）、ステップ１３に戻る。すなわち、コントローラ４は、起動検出器４６によって動力回収機構の起動が検出されるまで、上述した第一操作及び第二操作を繰り返す。これにより、動力回収機構に繰り返し力積を与えることができるため、動力回収機構を確実に起動させることができる。
【００４６】
＜変形例＞
前記実施形態では、第二密閉容器１２は、内部の圧力が主圧縮機３２から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている。すなわち、双方の密閉容器１２，１３の潤滑油の量が均油管を通じて自動的にバランスされるので、潤滑油の量の調整が容易となる。
【００４７】
しかしながら、第二密閉容器１２は、内部の圧力が副圧縮機３１から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されていてもよい。これを実現するには、例えば図４に示すように構成すればよい。
【００４８】
図４に示す構成では、均油管１４に開閉弁１５が設けられている。また、第二密閉容器１２の内部には、第二油溜まり１２ａに面する上方空間が形成されている。副圧縮機３１は、昇圧した冷媒を吐出口を通じて第二密閉容器１２の上方空間に吐出する。第二密閉容器１２の上方空間に吐出された冷媒は、第二密閉容器１２を貫通して当該上方空間に開口する配管２１ａを通じて、外部に排出される。このように、流路２１は、第二密閉容器１２と配管２１ａで構成されていてもよい。
【００４９】
図４に示す構成では、冷凍サイクル装置１Ａの運転時は、開閉弁１５が閉じられる。これにより、第二密閉容器１２の内部の圧力が副圧縮機３１から吐出される冷媒の圧力と等しくなる。このような構成であれば、例えば膨張機３６及び副圧縮機３１の少なくとも一方がロータリ式である場合には、前記実施形態よりもベーンの背圧を低圧化することができるので、起動時の摩擦抵抗を低減することができる。
【００５０】
なお、冷凍サイクル装置１Ａの停止時は、開閉弁１５を開いて、双方の密閉容器１２，１３の潤滑油の量をバランスさせる。
【００５１】
あるいは、図５に示すように、第二密閉容器１２の内部が、区画部材１６によって膨張機３６を取り囲む第一空間１２Ａと副圧縮機３１を取り囲む第二空間１２Ｂに区画されていてもよい。そして、第二密閉容器１２は、第一空間１２Ａの圧力が主圧縮機１２から吐出される冷媒の圧力と等しくなり、かつ、第二空間１２Ｂの圧力が副圧縮機３１から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されていてもよい。このような構成であれば、図２に示す構成のメリットと図４に示す構成のメリットの双方が得られる。
【００５２】
また、膨張機３６及び副圧縮機３１が共にロータリ式であり、副圧縮機３１の吸入容積が膨張機３６と比べて大きい場合、副圧縮機３１でのベーンによる摩擦抵抗が大きく、動力回収機構の起動の妨げになることがある。この場合、図５に示す構成によると、膨張機３６側で第一密閉容器１３との潤滑油の量のバランスを図りつつ、副圧縮機３１側での摩擦抵抗を軽減することができる。
【００５３】
また、前記実施形態では、第一制御弁４１及び第二制御弁４２並びに還流弁７１を閉じ、バイパス弁６１を開き、膨張弁５１を所定開度に開いた状態で、主圧縮機３２を稼働させる第一操作における所定期間が、第一制御弁４１及び第二制御弁４２を閉じてから所定時間が経過するまでとなっていた。しかしながら、第一操作における所定期間は、これに限られない。
【００５４】
例えば、図６に示すように、流路２５に、冷媒回路２における第二制御弁４２と膨張機３６の間の部分の冷媒の圧力を検出する圧力センサ４８を設け、第一操作における所定期間を、第一制御弁４１及び第二制御弁４２を閉じてから、圧力センサ４８で検出される圧力が所定値を下回るまでとしてもよい。すなわち、ステップＳ１１で第一制御弁４１及び第二制御弁４２も開く場合には、ステップＳ１５までは膨張機３６の吸入側もいったん高圧になるので、図３に示すフローチャート中のステップＳ１６に代えて、圧力センサ４８で検出される圧力が所定値以下になったか否かを判定するステップを採用してもよい。
【００５５】
あるいは、圧力センサ４８の代わりに、冷媒回路２における第二制御弁４２と膨張機３６の間の部分の冷媒の温度を検出する温度センサを用いることも可能である。
【００５６】
また、前記実施形態では、第一制御弁４１及びバイパス弁６１が流路２９と第二バイパス路６のそれぞれに設けられた開閉弁であったが、本発明の第一制御弁及びバイパス弁としては、例えば図７に示すように、第二バイパス路６が流路２９から分岐する位置に設けられた単一の三方弁４３を用いることも可能である。ただし、前記実施形態のように第一制御弁４１とバイパス弁６１が別々になっていれば、第一制御弁４１を閉じた少し後にバイパス弁６１を閉じるなどの柔軟な制御ができる点で好ましい。
【００５７】
（第二実施形態）
次に、図８及び図９を参照して、本発明の第二実施形態に係る冷凍サイクル装置１Ｂついて説明する。
【００５８】
図８に示すように、第二実施形態に係る冷凍サイクル装置１Ｂは、第一実施形態に係る冷凍サイクル装置１Ａに短絡路８及び短絡弁８１を付加しただけであり、その他の構成は冷凍サイクル装置１Ａと同一である。以下では、短絡路８と短絡弁８１について詳細を説明し、他の部分についての説明は省略する。
【００５９】
短絡路８は、流路２２と流路２５における第二制御弁４２よりも下流側部分とを連絡する。本実施形態では、短絡路８の一端が還流路７における還流弁７１よりも上流側部分につながれており、短絡路８が還流路７を介して流路２２と連通している。ただし、短絡路８に一端は、流路２２に直接つながれていてもよい。
【００６０】
短絡路８には、当該短絡路８を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する短絡弁８１が設けられている。本実施形態では、短絡弁８１として、開閉弁が採用されているが、全閉から全開まで開度調整可能な流量調整弁を採用することも可能である。
【００６１】
コントローラが行う起動運転は第一実施形態とほぼ同様だが、第二実施形態では、第二操作で第二開閉弁４２を開く代わりに短絡弁８１を開き、動力回収機構が起動した後は、短絡弁８１を閉じるとともに第二開閉弁４２を開く。冷凍サイクルが気液二相の変化を伴う場合、放熱器を通過した冷媒は液相もしくは液を多量に含む気液二相であるため、放熱器を通過した冷媒を膨張機３６に供給すると、軸受などの摺動部の潤滑油が洗い流されてしまい、摩擦抵抗が増大する。これに対し、第二実施形態では、第二操作で短絡弁８１を通じて主圧縮機３２から吐出された気相冷媒のみを膨張機３６に供給することで、動力回収機構をさらに安定して起動させることができる。
【００６２】
次に、コントローラ４が行う起動運転を、図９のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００６３】
まず、コントローラ４は、冷凍サイクル装置１Ａの運転を開始すべき旨の指令（例えば起動スイッチのオン）が与えられると、ステップＳ３１で、還流弁７１を閉じ、バイパス弁６１を開き、膨張弁５１を所定開度に開くとともに、短絡弁８１を閉じる。ステップＳ３２〜Ｓ３６（第一操作を含む工程）は、図３中のステップＳ１２〜Ｓ１６と同じである。第一操作による作用は、第一実施形態と同じである。
【００６４】
ステップＳ３６でＹｅｓになると、コントローラ４は、膨張弁５１を全閉にし（ステップＳ３７）、短絡弁８１及び還流弁７１を開いて（ステップＳ３８，Ｓ３９）、第二操作を行う。なお、ステップＳ３７〜Ｓ３９はこの順に行われることが好ましい。
【００６５】
まず短絡弁８１を開くことにより、主圧縮機３２から吐出された高圧の冷媒を膨張機３６に導く。副圧縮機３１が一段のロータリ式圧縮機である場合、ピストンの停止位置によっては冷媒が吹抜けてしまい、ピストンに圧力が掛からずに伝動軸１１に起動トルクが発生しない場合がある。これに対し、停止位置に関わらず起動トルクが発生し得る膨張機３６に先ず高圧冷媒を導くことで、起動の確実性を高める。第一操作によって膨張機３６の前後の圧力が低圧に均圧化されているため、この行程（ステップＳ３８）によって膨張機３６に強い力積を与えることができる。さらに、第二実施形態では、放熱器を通過しない気相冷媒が膨張機３６に供給されるので、上述した効果を得ることができる。
【００６６】
続いて還流弁７１を開くことにより、主圧縮機３２から吐出された高圧の冷媒を副圧縮機３１にも導く。これにより、副圧縮機３１にも強い力積を与えることができる。この高圧冷媒の供給により副圧縮機３１が起動すると、吐出側の圧力の方が吸入側の圧力よりも低いため、副圧縮機３１は膨張機又は流体圧モータとして機能する。従って、伝動軸１１に追加の起動トルクが与えられる。
【００６７】
その後、起動検出器４６によって動力回収機構の起動が検出されると（ステップＳ４０でＹｅｓ）、コントローラ４は、第一制御弁４１を開いて副圧縮機３１に低圧冷媒を供給するとともに、還流弁７１を閉じる（ステップＳ４２）。この工程により、副圧縮機３１は、上述した膨張機又は流体圧モータとしてではなく、本来の機能を奏するようになる。次いで、コントローラ４は、第二開閉弁４２を開くとともに、短絡弁８１を閉じる（ステップＳ４３）。最後に、コントローラ４は、バイパス弁６１を閉じる（ステップＳ４４）。
【００６８】
もし、動力回収機構が起動しなかった場合は（ステップＳ２０でＮｏ）、コントローラ４は、還流弁７１及び短絡弁４１を閉じるとともに、膨張弁５１を再度所定開度に開き（ステップＳ２１）、ステップ１３に戻る。すなわち、コントローラ４は、起動検出器４６によって動力回収機構の起動が検出されるまで、上述した第一操作及び第二操作を繰り返す。これにより、動力回収機構に繰り返し力積を与えることができるため、動力回収機構を確実に起動させることができる。
【００６９】
なお、第一実施形態で説明した変形例が第二実施形態にも適用可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の冷凍サイクル装置は、主圧縮機と、主圧縮機に吸入される冷媒を予備的に昇圧する副圧縮機と、副圧縮機と伝動軸によって連結された膨張機とを備えた冷凍サイクル装置において、電動機で伝動軸を回転させなくとも、膨張機及び副圧縮機のより安定した自立起動を実現できる点で有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１Ａ，１Ｂ  冷凍サイクル装置
１１  伝動軸
１２  第二密閉容器
１３  第一密閉容器
１６  区画部材
２    冷媒回路
３１  副圧縮機
３２  主圧縮機
３３，３５  四方弁
３４  室内熱交換器
３６  膨張機
３７  室外熱交換器
４    コントローラ
４１  第一制御弁
４２  第二制御弁
４６  起動検出器
５    第一バイパス路
５１  膨張弁
６    第二バイパス路
６１  バイパス弁
７    還流路
７１  還流弁
８    短絡路
８１  短絡弁
【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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