CN102510985B - 冷冻循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明的冷冻循环装置包括：冷冻循环，通过配管依次连接了第一压缩机(1)、散热器、使通过了散热器的制冷剂膨胀并从制冷剂回收动力的膨胀机(8)以及蒸发器；旁通配管(24)，一端与膨胀机的排出配管连接，另一端与第一压缩机的吸入配管连接；压力传感器(85)和温度传感器(91)，作为吸入膨胀机(8)的制冷剂的物理量分别检测膨胀机(8)的吸入压力和吸入温度；旁通阀(10)，设置在旁通配管(24)上，调整制冷剂的流量；控制装置(103)，控制旁通阀(10)的开度。控制装置(103)基于膨胀机(8)的吸入压力和吸入温度决定膨胀机的适当排出压力，当膨胀机(8)排出制冷剂的压力高于所决定的适当排出压力时打开旁通阀(10)。

Description

冷冻循环装置

技术领域

本发明涉及使用成为超临界状态的流体等的制冷剂的冷冻循环装置，尤其是涉及具有对膨胀过程中的流体能量进行动力回收的膨胀机的冷冻循环装置。

背景技术

以往，作为具有对膨胀过程中的流体能量进行动力回收的膨胀机的冷冻循环装置有以下冷冻循环装置，即例如包括：通过电动机驱动、压缩制冷剂的第一压缩机；使被上述第一压缩机压缩的上述制冷剂的热量进行散热的散热器；对通过了上述散热器的上述制冷剂进行减压的膨胀机；使通过上述膨胀机减压的上述制冷剂蒸发的蒸发器；以及利用由上述膨胀机回收的膨胀动力进行驱动且排出侧与第一压缩机的吸入侧连接的第二压缩机(例如参考专利文献1)。

另外，还具有以下冷冻循环装置，即包括：第一压缩机；使被上述第一压缩机压缩的上述制冷剂的热量进行散热的散热器；对通过了上述散热器的上述制冷剂进行减压的膨胀机；使通过由上述膨胀机减压的上述制冷剂蒸发的蒸发器；以及使由上述蒸发器蒸发的制冷剂升压并向上述第一压缩机供给的增压器(第二压缩机)(例如参考专利文献2)。

专利文献1：日本特开2006-125790号公报(图4、摘要)

专利文献2：日本特开2009-79850号公报(图2、摘要)

在上述专利文献1所述的现有的冷冻循环装置中，在膨胀机的排出侧设置过冷却热交换器，其对从膨胀机流出的制冷剂进行过冷却，在过冷却热交换器内，在制冷剂通过的主流部和副流部之中，使副流部的一方通过过冷却膨胀阀与从连接上述膨胀阀与上述主流部的配管旁通了的旁通配管连接，使副流部的另一方与第一压缩机的吸入侧连接。并且，通过由过冷却热交换器对从膨胀阀流出的制冷剂进行过冷却，从而可以提高冷冻循环的效率。但是，在该旁通回路打开过冷却膨胀阀的情况下，不能降低膨胀机排出侧的压力，当旁通发挥散热器或蒸发器功能的室外热交换器或室内热交换器的制冷剂增加时，膨胀机出口压力反而有时会上升。

另外，在上述专利文献2所述的现有的冷冻循环装置中，设置使制冷剂从膨胀机排出侧向第一压缩机的吸入侧旁通的旁通路，在上述旁通路上设置开关阀。并且，在起动第一压缩机时，使处在从膨胀机的出口到第二压缩机的吸入口为止的制冷剂回路中的制冷剂不通过第二压缩机，而是通过旁通路向压缩机供给。由此，防止在起动时向压缩机供给的制冷剂不足，使膨胀机的吸入侧和排出侧的压力差增大，消除上述膨胀机的起动不良。但是，开关阀检测到第二压缩机起动后就关闭，在第二压缩机起动后上述膨胀机的排出压力达到适当膨胀压力之前，也有上述第二压缩机和上述膨胀机的转动不稳定这样的问题。

本发明是为了解决上述课题而完成的，目的是提供可以通过膨胀机稳定地回收动力的冷冻循环装置。

发明内容

本发明的冷冻循环装置，其具备：冷冻循环，该冷冻循环通过配管依次连接有压缩制冷剂的第一压缩机、对由第一压缩机压缩了的制冷剂的热量进行散热的散热器、使通过了散热器的制冷剂膨胀并从制冷剂回收动力的膨胀机和使由膨胀机膨胀了的制冷剂蒸发的蒸发器；第一旁通配管，该第一旁通配管的一端与膨胀机的排出配管连接，另一端与第一压缩机的吸入配管连接；物理量检测单元，该物理量检测单元检测吸入到膨胀机的制冷剂的物理量；第一旁通阀，该第一旁通阀设置于第一旁通配管，调整制冷剂的流量；和控制单元，该控制单元控制第一旁通阀的开度；控制单元基于由物理量检测单元检测出的物理量来决定膨胀机的适当排出压力，当膨胀机排出制冷剂的压力高于所决定的适当排出压力时，打开第一旁通阀。

发明的效果

根据本发明的冷冻循环装置，在根据冷冻循环装置的运转状态、膨胀机的排出压力大于适当排出压力的情况下，打开第一旁通阀，使制冷剂从膨胀机的排出配管向第一压缩机的吸入侧旁通，从而可以降低膨胀机的排出压力。由此，可以防止膨胀机发生过膨胀，可以使膨胀机的转动变得稳定。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的具有冷冻循环装置的空调机的制冷运转时的制冷剂回路图。

图2是表示图1的本发明的第一实施方式的空调机的制冷运转动作的P-h线图。

图3是表示本发明的第一实施方式的空调机的制热运转时的制冷剂回路图。

图4是表示本发明的第一实施方式的空调机的制冷运转动作的P-h线图。

图5是本发明的第一实施方式的空调机的与第二压缩机呈一体式的涡卷式膨胀机的剖视图。

图6是示意表示作为本发明的第一实施方式的空调机的第二压缩机和膨胀机的设计点的作用于第二压缩机侧的推力负荷的分布和作用于膨胀机侧的推力负荷的分布的图。

图7是表示本发明的第一实施方式的空调机的膨胀机过膨胀时的制冷运转动作的P-h线图。

图8是表示本发明的第一实施方式的空调机的膨胀机形成适当膨胀过程时的P-v线图。

图9是表示本发明的第一实施方式的空调机的膨胀机形成过膨胀过程时的P-v线图。

图10是示意表示本发明的第一实施方式的空调机的膨胀机形成过膨胀过程时的、作用于第二压缩机侧的推力负荷的分布和作用于膨胀机侧的推力负荷的分布的图。

图11是表示本发明的第一实施方式的防止空调机的膨胀机过膨胀的动作的流程图。

图12是表示本发明的第一实施方式的膨胀机的适当排出压力Po相对于吸入压力和吸入温度的关系的一个例子的图。

图13是表示本发明的第一实施方式的进行了防止膨胀机过膨胀的动作时的、制冷运转时的运转状态的一个例子的P-h线图。

图14是表示本发明的第一实施方式的膨胀机的吸入压力降低时的膨胀过程的P-v线图。

图15是表示本发明的第二实施方式的防止具有冷冻循环装置的空调机的膨胀机过膨胀的动作的流程图。

图16是表示本发明的第二实施方式的空调机起动时的高压与膨胀机排出压力的变化的图。

图17是本发明的第三实施方式的具有冷冻循环装置的空调机的制冷运转时的制冷剂回路图。

图18是表示本发明的第三实施方式的空调机的制冷运转动作的P-h线图。

具体实施方式

第一实施方式

图1是本发明的第一实施方式的具有冷冻循环装置的空调机在制冷运转时的制冷剂回路图。图2是图1的空调机在制冷运转时的制冷剂回路图。

图1的空调机具有冷冻循环装置，冷冻循环装置通过配管依次连接通过电动机驱动并压缩制冷剂的第一压缩机、第二压缩机、室外热交换器4、使通过内部的制冷剂膨胀并从制冷剂回收动力的膨胀机8以及室内热交换器32。第二压缩机2和膨胀机8通过驱动轴52连接，通过膨胀机8回收动力，利用该动力经由驱动轴52驱动第二压缩机2。

室外热交换器4在制冷运转时成为内部制冷剂散热的散热器，在制热运转时成为内部制冷剂蒸发的蒸发器。另外，室内热交换器32在制冷运转时成为内部制冷剂蒸发的蒸发器，在制热运转时成为内部制冷剂散热的散热器。

另外，该空调机具有使制冷剂从膨胀机8的排出配管23向蓄能器11的入口配管27旁通的旁通配管24、和调整在旁通配管24流动的制冷剂流量的旁通阀10。

另外，该空调使用二氧化碳作为制冷剂，该二氧化碳与现有的氟利昂类的制冷剂相比，对臭氧层的破坏系数为零，全球气候变暖系数小。

在第一实施方式中，在室外机101中收容第一压缩机1、第二压缩机2、制冷剂流路切换装置即第一四通阀3、室外热交换器4、制冷剂流路切换装置即第二四通阀6、预膨胀阀7、膨胀机8、旁通阀5、旁通阀10、蓄能器11。膨胀阀31a和室内热交换器32a收容在室内机102a，膨胀阀31b和室内热交换器32b收容在室内机102b。统辖控制整个空调机的控制装置103也收容在室外机101。另外，在第一实施方式中，室内机102(室内热交换器32)的数量为两台，但室内机102的数量是任意的。另外，室外机101和室内机102a、102b通过液管28、气管29连接。

第一压缩机1通过电动机(未图示)驱动，对吸入的制冷剂进行压缩后排出。第二压缩机2和膨胀机8收容于容器51。第二压缩机2通过驱动轴52与膨胀机8连接，膨胀机8产生的动力通过驱动轴52回收后向第二压缩机2传输。因此，第二压缩机2吸入从第一压缩机1排出的制冷剂后将其进一步压缩。

在室外热交换器4、第二压缩机2、室内热交换器32以及蓄能器11之间的制冷剂流路上设置第一四通阀3。另外，在室外热交换器4、膨胀机8以及室内热交换器32之间的制冷剂流路上设置第二四通阀6。第一四通阀3和第二四通阀6基于控制装置103的命令，与制冷制热的运转模式对应地进行切换，切换制冷剂路径。

在制冷运转时，制冷剂从第二压缩机2起依次向室外热交换器4、膨胀机8、室内热交换器32、蓄能器11、第一压缩机1流动后返回第二压缩机2。

在制热运转时，制冷剂从第二压缩机2起依次向室内热交换器32、膨胀机8、室外热交换器4、蓄能器11、第一压缩机1流动后返回第二压缩机2。

由第一四通阀3和第二四通阀6通过膨胀机8和第二压缩机2的制冷剂的方向无论是制冷运转还是制热运转都形成同一方向。

室外热交换器4例如具有使制冷剂通过的导热管和用于扩大在该导热管流动的制冷剂与外气之间的导热面积的散热片(未图示)，进行制冷剂与空气(外气)的热交换。例如，在制热运转时发挥蒸发器的功能，使制冷剂蒸发气(气体)化。另一方面，在制冷运转中发挥冷凝器或气体冷却器(以下作为冷凝器)的功能。根据情况不同，有时也不完全气化、液化，而形成液体和气体的两相混合(气液两相制冷剂)的状态。蓄能器11的作用是防止冷冻循环回路中存储过剩的制冷剂，或防止制冷剂液大量地返回第一压缩机而导致第一压缩机1破损。

在第二四通阀6与膨胀机8的入口之间的制冷剂流路22上，设置调整通过膨胀机8的制冷剂的流量的预膨胀阀7。在膨胀机8的出口与第二四通阀6之间的制冷剂流路23上，设置将制冷剂的流动方向调整成一个方向的止回阀9。在室外热交换器4与室内热交换器32之间的制冷剂流路上，设置旁通第二四通阀6、预膨胀阀7、膨胀机8以及止回阀9的旁通配管25、以及调整通过该旁通配管25的制冷剂的流量的旁通阀5。通过调整旁通阀5和预膨胀阀7，来调整通过膨胀机的制冷剂的流量并调整高压侧的压力，可以将冷冻循环保持在高效率的状态。另外，不局限于调整旁通阀5和预膨胀阀7，也可以使用其它方法来调整高压侧的压力。

在膨胀机8的制冷剂出口和蓄能器11的制冷剂入口之间，设置旁通膨胀阀31和室内热交换器32的旁通配管24、以及调整通过该旁通配管24的制冷剂的流量的旁通阀10。

在第二压缩机2的制冷剂出口设置压力传感器81，其检测流出第二压缩机2的制冷剂的压力，在膨胀机8的制冷剂出口设置压力传感器82，其检测流出膨胀机8的制冷剂的压力，在第二四通阀6和膨胀阀31之间的制冷剂流路上设置压力传感器83，其检测进入膨胀阀31的制冷剂的压力或流出膨胀阀31的制冷剂的压力，在第一压缩机1的制冷剂入口设置压力传感器84，其检测进入第一压缩机1的制冷剂的压力，在膨胀机8的制冷剂入口设置压力传感器85，其检测进入膨胀机8的制冷剂的压力。

另外，压力传感器81、82、83、84、85不局限于这些位置，只要是可以检测流出第二压缩机2的制冷剂的压力、流出膨胀机8的制冷剂的压力、进入膨胀阀31的制冷剂的压力或流出膨胀阀31的制冷剂的压力、进入第一压缩机1的制冷剂的压力以及进入膨胀阀8的制冷剂的压力的位置即可。另外，压力传感器81、82、83、84、85若可以推测压力，则也可以是推测制冷剂温度的温度传感器。

在膨胀机8的制冷剂入口设置温度传感器91，其检测进入膨胀机8的制冷剂的温度，在室外热交换器4与第二四通阀6及旁通阀5之间的配管上设置温度传感器92，其检测流出室外热交换器4的制冷剂或进入室外热交换器4的制冷剂的温度。另外，温度传感器91、92不局限于这些位置，只要是可以分别检测进入膨胀机8的制冷剂的温度以及流出室外热交换器4的制冷剂或进入室外热交换器4的制冷剂的温度的位置即可。

室内热交换器32例如具有使制冷剂通过的导热管和用于扩大在该导热管流动的制冷剂与空气之间的导热面积的散热片(未图示)，进行制冷剂与室内空气的热交换。例如，在制冷运转时发挥蒸发器的功能，使制冷剂蒸发气(气体)化。另一方面，在制热运转时发挥冷凝器或气体冷却器(以下作为冷凝器)的功能。

在室内热交换器32a上连接膨胀阀31a，在室内热交换器32b上连接膨胀阀31b。膨胀阀31a、31b调整流入室内热交换器32a、32b的制冷剂的流量。当制冷剂在膨胀机8未充分减压时，通过膨胀阀31a、31b来调整高低压。

(运转模式)

以下利用图1的制冷剂回路图和图2的P-h线图就第一实施方式的空调机的制冷运转时的动作进行说明。图1和图2的记号A-K是彼此对应的。在后述的图中，制冷剂回路以及与该制冷剂回路对应的P-h线图上的各记号也是对应的。在此，对于冷冻循环回路等上的压力高低，不是通过与作为基准的压力的关系来决定的，而是可以通过作为由第一压缩机1和第二压缩机2的压缩、旁通阀5或膨胀机8的减压等形成的相对压力表示成高压、低压。另外，温度的高低也是一样。另外，在此，旁通阀10被关闭，在旁通配管24中无制冷剂流动。

在制冷运转时，首先，第一压缩机1所吸入的低压制冷剂被压缩后成为高温中压(从状态A到状态B)。

从第一压缩机1排出的制冷剂被吸入第二压缩机2，被进一步压缩后成为高温高压(从状态B到状态C)。

从第二压缩机2排出的制冷剂通过第一四通阀3后进入室外热交换器4。

在室外热交换器4进行散热并将热传输到室外空气的制冷剂成为低温高压(从状态C到状态D)。

流出室外热交换器4的制冷剂分支到向着第二四通阀6的路径和向着旁通阀5的路径。

通过了四通阀6的制冷剂通过预膨胀阀7(从状态D到状态E)后被吸入膨胀机8，经过减压成为低压，形成低干度的状态(从状态E到状态F)。

此时，在膨胀机8中，随着制冷剂的减压而产生动力，该动力通过驱动轴52回收，被向第二压缩机2传输，用于第二压缩机2压缩制冷剂。

从膨胀机8流出的制冷剂通过止回阀9和第二四通阀6之后，与向着旁通阀5通过了旁通配管25的制冷剂合流(从状态F到状态G)，流出室外机101后通过液管28进入室内机102a、102b，进入膨胀阀31a、31b。

制冷剂在膨胀阀31a、31b被进一步减压(从状态G到状态I)。

流出膨胀阀31a、31b的制冷剂在室内热交换器32a、32b从室内空气吸热后蒸发，保持低压地形成干度高的状态(从状态I到状态J)。

由此，室内空气被冷却。

流出室内热交换器32a、32b的制冷剂流出室内机102a、102b，通过气管29进入室外机101，通过第一四通阀3进入蓄能器11，被重新吸入第一压缩机1。

通过反复进行上述的动作，室内空气的热量被向室外空气传输，对室内制冷。

以下利用图3的制冷剂回路和图4的P-h线图就第一实施方式的空调机的制热运转时的动作进行说明。另外，在此，旁通阀10被关闭，在旁通配管24中无制冷剂流动。

在制热运转时，首先，被第一压缩机1吸入的低压制冷剂被压缩后成为高温中压(从状态A到状态B)。

从第一压缩机1排出的制冷剂被吸入第二压缩机2，被进一步压缩后成为高温高压(从状态B到状态J)。

从第二压缩机2排出的制冷剂通过第一四通阀3后流出室外机101。

流出室外机101的制冷剂通过气管29进入室内机102a、102b，进入室内热交换器32a、32b，在室内热交换器32a、32b进行散热而向室内空气传输了热的制冷剂形成低温高压(从状态J到状态I)。

流出室内热交换器32a、32b的制冷剂在膨胀阀31a、31b减压(从状态I到状态G)。

流出膨胀阀31a、31b的制冷剂流出室内机102a、102b，通过液管28进入室外机101，分支到向着第二四通阀6的路径和向着旁通阀5的路径。

通过了第二四通阀6的制冷剂通过预膨胀阀7(从状态G到状态E)后进入膨胀机8，被减压成为低压，形成干度低的状态(从状态E到状态F)。此时，在膨胀机8中，随着制冷剂的减压而产生动力，该动力通过驱动轴52回收，被向第二压缩机2传输，用于第二压缩机2压缩制冷剂。

从膨胀机8流出的制冷剂通过止回阀9和第二四通阀6之后，与向着旁通阀5通过了旁通配管25的制冷剂合流(从状态F到状态D)，进入室外热交换器4。

在室外热交换器4中，制冷剂从室外空气吸热后蒸发，保持低压地形成干度高的状态(从状态D到状态C)。

流出室外热交换器4的制冷剂通过第一四通阀3后进入蓄能器11，重新被第一压缩机1吸入。

通过反复进行上述的动作，室外空气的热量被向室内空气传输，对室内制热。

以下，作为第二压缩机2和膨胀机8的一个例子，就涡卷式的膨胀机8和涡卷式的第二压缩机2的结构和动作进行说明。另外，第二压缩机2和膨胀机8不局限于涡卷式，也可以是其它的容积式。

图5是与第二压缩机2呈一体式的涡卷式的膨胀机8的剖视图。通过膨胀机固定涡卷件59的涡卷齿67和摆动涡卷件57的下表面的涡卷齿65构成使制冷剂膨胀并回收动力的膨胀机8。另外，通过压缩机固定涡卷件58的涡卷齿66和摆动涡卷件57的上表面的涡卷齿64构成第二压缩机2，第二压缩机2通过膨胀机8所回收的动力压缩制冷剂。即，膨胀机8的涡卷齿65与第二压缩机2的涡卷齿64利用摆动涡卷件57在通用的台板的两面背对背地形成一体，因此在摆动涡卷件57摆动时，可在一方进行压缩，而在另一方进行膨胀。

从第一压缩机1排出的高温中压的制冷剂被第二压缩机2的吸入配管53吸入，导入由压缩机固定涡卷件58的涡卷齿66和摆动涡卷件57的涡卷齿64形成的第二压缩机2的外周侧。然后，通过摆动涡卷件57的摆动，制冷剂在第二压缩机2内逐渐向内周侧移动，被压缩成高温高压。经过压缩的制冷剂被从第二压缩机2的排出配管54排出。

另一方面，在室外热交换器4或室内热交换器32被冷却的高压制冷剂被从膨胀机8的吸入配管55吸入，被导入由膨胀机固定涡卷件的涡卷齿67和摆动涡卷件57的涡卷齿65形成的膨胀机8的内周侧。然后，通过摆动涡卷件57的摆动，制冷剂在膨胀机8内逐渐向外周侧移动，膨胀成低压。经过膨胀的制冷剂被从膨胀机8的排出管56排出。由膨胀机8使制冷剂膨胀的动力经由驱动轴52回收，传递给第二压缩机2而作为压缩动力。

构成第二压缩机2和膨胀机8的上述机构收容在容器51内。

这里，就作用于摆动涡卷件57的推力负荷(轴方向负荷)进行说明。图6是示意表示作为第二压缩机2和膨胀机8的设计点的、作用于第二压缩机2侧的推力负荷的分布以及作用于膨胀机8侧的推力负荷的分布的图。另外，作用于第二压缩机2侧的推力负荷是指要将摆动涡卷件57向膨胀机8的固定涡卷件59的方向推动的力。另外，作用于膨胀机8侧的推力负荷是指要将摆动涡卷件57向第二压缩机2的固定涡卷件58的方向推动的力。

另外，涡卷件内部压力分布所示的高压是指第二压缩机2的排出压力，中压是指第二压缩机2的吸入压力，低压是指膨胀机8的排出压力。这里，要推动的力的基准压力为低压。

首先，求出因在第二压缩机2被压缩的制冷剂而作用于第二压缩机2的推力负荷。设摆动涡卷件57从第二压缩机2所压缩的制冷剂接受负荷的面积为Sc[mm2]。如果第二压缩机2的外周侧的压力与基准压力之差即中压PM-低压PL[MPa]和内周侧的压力与基准压力之差即高压PH-低压PL[MPa]的平均值作用于该Sc，则通过公式(1)求出第二压缩机2的推力负荷Fthc[N]。

Fthc＝(PH+PM-2PL)/2·Sc…(1)

然后，求出因在膨胀机8膨胀的制冷剂而作用于膨胀机8的推力负荷。设摆动涡卷件57从由膨胀机8膨胀的制冷剂接受负荷的面积为Se[mm2]。由于膨胀机8的外周侧是与基准压力相同的低压，因此，如果内周侧的压力与基准压力之差即高压PH-低压PL[MPa]的1/2作用于Se，则通过公式(2)求出膨胀机8的推力负荷Fthe[N]。

Fthe＝(PH-PL)/2·Se…(2)

如果设要将摆动涡卷件57向膨胀机8的固定涡卷件59的方向推动的推力负荷Fthc的方向为正，Fthe与Fthc成为反向负荷，作用于摆动涡卷件57的推力负荷Fth成为公式(3)。

Fth＝Fthc-Fthe…(3)

在推力负荷Fth足够大的情况下，摆动涡卷件57的涡卷齿65的齿尖72被向膨胀机固定涡卷件59推动，从而摆动涡卷件57与膨胀机固定涡卷件59的摩擦增大，膨胀机8所回收的动力将作为摩擦损失而损失。

通过公式(1)和公式(2)，比较压力分布的平均值，则明显为

(PH+PM-2PL)/2＞(PH-PL)/2…(4)

但结构上如果Se＞Sc，则可以缩小Fth。作为图6的设计点，缩小Fth，使摆动涡卷件57的涡卷齿65的齿尖72被适度地向膨胀机固定涡卷件59推动，从而缩小摆动涡卷件57与膨胀机固定涡卷件59的摩擦。

(防止膨胀机过膨胀的动作)

有时，空调机在运转中室内机102的运转台数有变化，负荷过度地变动时等，在膨胀机8与第二压缩机2中流动的流量失去平衡，第二压缩机2与膨胀机8的旋转变得不稳定。在上述情况下，例如在第二压缩机2与膨胀机8的转速过度降低时，成为对制冷剂流通的阻力，高压将上升。

这里，图7的P-h的线图表示空调机的高压过度上升时的、空调机在制冷运转时的运转状态。第二压缩机2的排出压力(状态C2)与室外热交换器4的出口压力(状态D2)提高。

这里，就膨胀机8的膨胀过程中的压力与体积的变化进行说明。图8是膨胀机8的出口成为状态F的适当膨胀过程时的P-v线图，图9是膨胀机8的出口成为状态F2的过膨胀过程时的P-v线图。在图8的适当膨胀过程中，制冷剂通过膨胀机固定涡卷件的涡卷齿67与摆动涡卷件57的涡卷齿65，以压力PH、体积Vei的状态被吸入、隔开，随着体积V的增加，被隔开的制冷剂被减压。并且，当被膨胀机固定涡卷件的涡卷齿67和摆动涡卷件57的涡卷齿65隔开的体积V为最大的Vo时膨胀结束，压力成为Po，该Po是在膨胀机内部压力最低的状态。如果假设在膨胀机8的内部进行绝热膨胀，则Po是通过膨胀机8的吸入压力PH与膨胀机8的膨胀容积比Vi/Vo求出的压力。当体积V成为Vo后，被膨胀机固定涡卷件59的涡卷齿67和摆动涡卷件57的涡卷齿65隔开的制冷剂通过膨胀机8的排出管56而开放成低压PL。作为膨胀机的设计点，低压PL与膨胀结束的压力Po几乎相等。

另一方面，在图9的过膨胀过程中，膨胀机8的排出压力PL2高于膨胀机8的膨胀过程中压力最低的Po2(适当排出压力)。在图9的过膨胀过程中，被膨胀机固定涡卷件59的涡卷齿67和摆动涡卷件57的涡卷齿65隔开的制冷剂，在从压力最低的Po2向膨胀机8的排出管56开放时，上升到低压PL2。这样，将膨胀机8的排出压力PL2高于适当排出压力Po2的情况称为过膨胀。为了防止过膨胀，进行以下动作即可，即，适当降低膨胀机8的排出压力，使膨胀机8的排出压力不高于适当排出压力。

图10是示意表示高压为PH2、中压为PM2、低压为PL2时的第二压缩机2和膨胀机8的、作用于第二压缩机2侧的推力负荷的分布以及作用于膨胀机8侧的推力负荷的分布的图。此时，作用于摆动涡卷件57的第二压缩机2侧的推力负荷Fthc2[N]与公式(1)同样，通过公式(5)求出。

Fthc2＝(PH2+PM2-2PL2)/2·Sc…(5)

但是，摆动涡卷件57的膨胀机8侧的外周的压力是膨胀结束的压力Po2，低于低压PL2。即，在摆动涡卷件57的外周侧，由于与内周侧相反方向的力进行作用，因此，作用于摆动涡卷件57的涡卷齿65的推力负荷Fthc2成为不等式(6)，小于通过公式(2)求出的值。

Fthe2＜(PH2-PL2)/2·Se…(6)

因此，即使在公式(3)中将推力负荷Fth设计成变小，如图9和图10所示，在膨胀机8侧形成过膨胀过程的情况下，Fthc2比Fthe2更为从设计点变大。其结果，摆动涡卷件57被向膨胀机固定涡卷件59推动的力增加。

如果摆动涡卷件57被向膨胀机固定涡卷件59推动的力增加，则摆动涡卷件57与膨胀机固定涡卷件59的摩擦就会增大，成为摆动涡卷件57摆动时的阻力，因此，作为摩擦损失而丢失膨胀能量。另外，当摩擦过度变大时，转速就降低。

另外，若膨胀机8的膨胀过程成为过膨胀过程，则从膨胀结束的压力Po2直到制冷剂开放成低压PL2，制冷剂将被压缩，因此，相应地膨胀机8的回收动力减少，第二压缩机2的驱动力降低。于是，第二压缩机2和膨胀机8的转速将进一步降低。

如上所述，若第二压缩机2和膨胀机8的转速降低，第二压缩机2和膨胀机8就成为制冷剂流通时的阻力，从而引起空调机的高压PH过上升这样的问题。

因此，在第一实施方式的冷冻循环装置即空调机中，通过以下方法使膨胀机8的排出压力降低，防止膨胀机8的膨胀过程成为过膨胀。具体是，设置旁通配管24，其使制冷剂从膨胀机8的排出配管23向蓄能器11的入口配管27旁通，在旁通配管24上设置调整制冷剂旁通量的旁通阀10。这样，通过将膨胀阀8的排出侧在冷冻循环内与最低压的第一压缩机1的吸入侧连接，从而可以降低膨胀机8的排出压力，进而可以防止膨胀机8中的膨胀过程成为过膨胀。

而且，还在膨胀机8的排出配管23的旁通配管24连接口的下游侧设置止回阀9。如图2所明确的那样，在止回阀9的入口侧的制冷剂的状态F和出口侧的制冷剂的状态G中，状态G的压力高。因此，制冷剂从高压力那侧向低压力那侧流动，但通过止回阀9防止这种情况。即，通过了旁通配管25的制冷剂从图1的G点向F点流动，通过止回阀9防止制冷剂通过旁通配管24流入蓄能器11。

通过上述结构，即使在膨胀机8的排出压力会提高那样的空调机的运转状态下，也可以降低膨胀机8的排出压力。

以下，就第一实施方式的空调机中的防止膨胀机8过膨胀的动作进行说明。图11是表示第一实施方式的空调机中的防止膨胀机过膨胀的动作的流程图。以下有时将通过某个压力传感器检测的压力P利用该压力传感器的附图标记标注为P(附图标记)(例如压力传感器83的情况下为P(83))。

空调机在通常的制冷运转或制热运转等定时控制中，定期确认膨胀机8的动作，进行防止膨胀机8过膨胀的动作。即，控制装置103在定时控制中判断是否经过了规定时间(步骤S101)。经过了规定时间后，判断通过压力传感器82检测的压力P(82)的值是否高于成为适当膨胀时的膨胀机8的排出压力(适当排出压力)Po(步骤S102)。如上所述，该适当排出压力Po根据以往的膨胀机8的吸入压力及吸入温度、和事先存储在控制装置103的按膨胀机8的各个吸入压力的吸入温度与适当排出压力Po的关系数据来决定。

控制装置103在步骤S102中判断出P(82)高于Po的情况下，进入步骤S104。在步骤S104，控制装置103使设置于旁通配管24上的旁通阀10的开度L10增大事先设定的规定量ΔL，增加流入旁通配管24的制冷剂流量(步骤S103)。这样，打开旁通阀10从膨胀机8使排出侧和冷冻循环中压力最低的蓄能器11的吸入侧连通，使从膨胀机8排出的制冷剂向旁通配管24侧流动，通过旁通阀10减压后吸入蓄能器11，从而可以降低膨胀机8的排出压力P(82)。

然后，控制装置102在步骤S103中判断出P(82)低于Po的情况下，关闭旁通阀10而结束防止过膨胀的动作。

在此，图12表示膨胀机8的各个吸入压力的吸入温度与适当排出压力Po的关系的一个例子。在图12中表示吸入压力为10MPa、9MPa、8MPa时各自的吸入压力与适当排出压力的关系。根据膨胀机8的吸入压力和吸入温度求出吸入比容积。另外，由于膨胀机8的吸入容积Vi与排出容积Vo的关系是恒定的，因此，根据膨胀机8的吸入比容积求出膨胀过程结束时的比容积。可以根据上述比容积大致算出适当排出压力Po。因此，根据膨胀机8的吸入压力即压力传感器85检测的压力、吸入温度即温度传感器91检测的温度、以及事先存储于控制装置103的图12所示的关系线图，可以大致预测与膨胀机8的吸入压力和吸入温度相应的适当排出压力Po。

在此，利用图13的P-h线图，就进行用于防止膨胀机8过膨胀的上述图11的流程图的控制时的、制冷运转时的空调机的运转状态进行说明。

流出室外热交换器4的制冷剂分支成向着第二四通阀6的路径和向着旁通阀5的路径。

通过了第二四通阀6的制冷剂通过预膨胀阀7(从状态D3到状态E3)，被吸入膨胀机8，经减压而成为低压，形成干度低的状态(从状态E3到状态F3)。

从膨胀机8排出的制冷剂从膨胀机8的排出配管23向旁通配管24流动。然后，通过旁通阀10进一步减压(从状态F3到状态M)。

另一方面，通过了旁通阀5被减压的制冷剂(从状态D3到状态G3)流出室外机101后通过液管28，进入室内机102a、102b，进入膨胀阀31a、31b。在此，如果比较通过了旁通阀5后的制冷剂的状态G3和通过了膨胀阀8后的制冷剂的状态F，则状态G3的制冷剂压力更高。因此，虽然制冷剂从压力高的一方向低的一方流动，但由于在此如上所述地设置了止回阀9，因此制冷剂不向图1的G点和F点之间的流路流动，通过了旁通阀5的制冷剂全部流向朝着室内机102a、102b侧的流路。

制冷剂在膨胀阀31a、31b被进一步减压(从状态G3到状态I3)。

从膨胀阀31a、31b流出的制冷剂在室内热交换器32a、32b从室内空气吸热后蒸发，以低压的状态成为干度高的状态(从状态I3到状态J)。

从室内热交换器32a、32b流出的制冷剂流出室内机102a、102b，通过气管29进入室外机101，通过第一四通阀3后与通过了旁通阀10的制冷剂合流，流入蓄能器11(状态K)。

从蓄能器11流出的制冷剂被重新吸入第一压缩机1。

此时，若打开旁通阀10，使从膨胀机8排出的制冷剂流入蓄能器11，则第一压缩机1的吸入压力就有可能上升。这种情况下，在打开旁通阀10时，减小预膨胀阀7的开度，降低膨胀阀8的吸入压力即可。另外，若减小预膨胀阀7的开度，则在膨胀机8流动的制冷剂就会减少，因此这种情况下打开旁通阀5即可。

另外，由于在膨胀机8的排出配管23中比旁通配管24的连接口更靠下游侧的位置设置了止回阀9，因此，可以防止在旁通配管25流动的制冷剂通过旁通配管24后流入蓄能器11。

图14是表示膨胀机的吸入压力降低时的膨胀过程的P-v线图。

如图14所示，通过减小预膨胀阀7的开度，膨胀机8的吸入压力Pi3低于入口E2点的吸入压力Pi2。由此，膨胀过程中的压力变化相对于体积变化的程度变小，因此，与膨胀机8的吸入压力高时(Pi2)相比，膨胀机8的吸入压力Pi与适当排出压力Po之差减小，因此容易使膨胀机8的排出压力PL3接近适当排出压力Po。

另外，从膨胀机8排出的制冷剂是低温低压的气液两相制冷剂，如果第一压缩机1直接吸入该制冷剂，则第一压缩机1就将进行液压缩，影响压缩机的可靠性。因此，在本实施方式的空调机中，由于使在旁通配管24中流动的制冷剂与蓄能器11的入口配管27连接，因此，即使气液两相制冷剂在旁通配管24中流动，也可将气液两相制冷剂存储在蓄能器11中，因而可以防止第一压缩机1进行液压缩。

另外，根据第一实施方式，由于空调机的运转状态，膨胀机8的膨胀过程过渡地成为过膨胀，作用于第二压缩机2和膨胀机8的推力负荷增大，进而第二压缩机2的驱动力降低，第二压缩机2与膨胀机8的旋转变得不稳定，即便如此，通过打开旁通阀10，可以确实降低膨胀机8的排出压力来防止过膨胀。因此，可以使第二压缩机2和膨胀机8的旋转稳定，无需停止空调机的运转。

根据该第一实施方式的空调，在定时控制期间，仅在膨胀机8的排出压力高于适当排出压力时打开旁通阀10，因此，从膨胀机8排出的制冷剂不会浪费地流入蓄能器11。

另外，如上所述，在制冷运转时，在膨胀机8的排出压力提高时进行防止过膨胀的动作，但在制热运转时，也在例如室外交换器4的压力损失大等情况下，膨胀机8的排出压力也有可能提高，因此，即使在制热运转时防止过膨胀的动作也是有效的。在制热运转的情况下，可以根据温度传感器92检测的温度算出制冷剂的饱和压力，作为旁通阀5的出口压力。并且，以旁通阀5的出口压力低于Po时为结束条件。

另外，根据该第一实施方式，如图11所示，虽然使压力传感器82检测的压力P(82)高于膨胀机8的适当排出压力Po时开始进行防止过膨胀的控制，但也可以使开始控制的压力稍微高于膨胀机8的适当排出压力Po。这是由于膨胀机8即使稍微过膨胀，也不会立即对空调机产生不利影响。通过使开始控制的压力稍微高于膨胀机8的适当排出压力Po，可以在压力P(82)稍微有些压力变动时防止空调机频繁地进行防止过膨胀的控制。

另外，虽然将例如制冷运转时压力传感器83检测的压力P(83)低于膨胀机8的适当排出压力Po时作为使防止过膨胀的控制结束的结束条件，但也可以使结束控制的压力稍微低于膨胀机8的适当排出压力Po。另外，在制热运转时，将根据温度传感器92检测的温度算出的压力作为旁通阀5的出口压力、旁通阀5的出口压力低于膨胀机8的适当排出压力Po时作为结束防止过膨胀的控制的结束条件，但在这种情况下，也同样可以使结束控制的压力稍微低于膨胀机8的适当排出压力Po。如上所述，使开始防止过膨胀的控制的压力与结束防止过膨胀的控制的压力有一些差异，可以防止频繁地反复进行防止过膨胀的控制。

如上所述，第一实施方式的空调机由于在膨胀机8的排出压力高于适当排出压力时打开旁通阀10，防止膨胀机8过膨胀，因此，可以减小第二压缩机2与膨胀机8的推力负荷。另外，由于可以减小第二压缩机2与膨胀机8的推力负荷，容易得到第二压缩机2的驱动力，可以使膨胀机8的转速稳定。

第一实施方式的空调机基于膨胀机8的排出压力来进行防止膨胀机8过膨胀的动作(使旁通阀10的开度增加规定量ΔL)开始的判断，但也可以基于与膨胀机8的排出压力相关的制冷剂的其他物理量。例如，在第二压缩机2和膨胀机8的转速降低的情况下，第二压缩机2的排出压力上升，因此也可以将压力传感器81检测的压力P(81)作为判断要素。另外，也可以直接检测第二压缩机2和膨胀机8的转速，将该转速作为判断要素。

另外，该第一实施方式的空调机在第一压缩机1和第一四通阀3之间的制冷剂路径上设置第二压缩机2，从膨胀机8通过驱动轴52向第二压缩机2传输动力。这样，第二压缩机2可以使用通过膨胀机8对制冷剂进行减压时产生的动力，可以提高空调机的效率。

另外，该第一实施方式的空调机构成为，将摆动涡卷件57配置在一对固定涡卷件58、59之间，通过驱动轴52自由摆动地支撑上述摆动涡卷件57。另外，通过膨胀机固定涡卷件59和摆动涡卷件57构成膨胀机8使制冷剂膨胀，通过压缩机固定涡卷件58和摆动涡卷件57构成第二压缩机2来压缩制冷剂，因而可实现小型且高效率的空调机。

另外，在该第一实施方式的空调机中，将室外热交换器4与室内热交换器32a、32b作为与空气进行热交换的热交换器，但也可以作为与水或盐水等其他热介质进行热交换的热交换器。

另外，在该第一实施方式的空调机中，将第二压缩机2设置在第一压缩机1的下游侧，但也可以将第二压缩机2设置在第一压缩机1的上游侧。

另外，在该第一实施方式的空调中，利用第一四通阀3和第二四通阀6进行与制冷制热的运转模式对应的制冷剂路径的切换，但也可以形成为利用例如二通阀、三通阀或止回阀等切换制冷剂流路的结构。

另外，对仅通过从膨胀机8传输的旋转动力进行动作的第二压缩机2进行了说明，当然不局限于此，例如第二压缩机2也可以通过从膨胀机8传输的旋转动力以及来自电动机的旋转动力进行动作。而且，也可以使发电动机作为由膨胀机8回收的动力的传输目标。

第二实施方式

上述的第一实施方式设计成防止在运转期间膨胀机8成为过膨胀。第二实施方式设计成防止在空调机起动时膨胀机8成为过膨胀。

图15是表示本发明的第二实施方式的防止膨胀机8过膨胀的动作的流程图。另外，图16是表示起动空调时的高压变化和膨胀机排出压力变化的图。在图16中，虚线表示未进行防止膨胀机8过膨胀的动作的情况。在图16中，实线表示进行了防止膨胀机8过膨胀的动作的情况，即进行了图15所示的控制的情况。在此，在说明图15的流程图之前就图16进行简单说明，其表示在起动第一压缩机1之前，空调机的高压PH和膨胀机排出压力是均压，当起动第一压缩机1时，高压PH逐渐上升，膨胀机排出压力逐渐下降。

以下参考图15的流程图和图16，就防止起动空调机时膨胀机8过膨胀的动作进行说明。

控制装置103若向空调机发出运转命令(步骤S201)，则判断空调机是进行制冷运转还是制热运转(步骤S202)。这里省略制热运转(步骤S204)。在步骤S202中若判断是制冷运转(步骤S203)，就将第一四通阀3和第二四通阀6等设定在制冷回路(步骤S205)。然后将旁通阀10的开度设定为L10(步骤S206)。即，在起动第一压缩机1时，打开旁通阀10使膨胀机8的排出侧与第一压缩机1的吸入侧连通。利用控制装置103判断起动第一压缩机1时的频率等，使得在旁通阀10中压力损失不过大地决定L10即可。

然后，控制装置103起动第一压缩机1(步骤S207)。此时，由于旁通阀10已经打开，因此从膨胀机8排出的制冷剂从旁通配管24经过蓄能器11流入第一压缩机1。控制装置103在起动第一压缩机1之后，判断是否过了规定时间(步骤S208)。在空调机刚起动后，制冷剂的温度或压力发生过渡性变化，因此，可以使规定时间缩短为大约10秒至30秒左右。

在经过了规定时间之后，控制装置103判断膨胀机8的排出压力即压力传感器82检测的压力P(82)是否低于膨胀机8的适当排出压力Po(步骤S209)。如上所述，根据以往的膨胀机8的吸入压力和吸入温度、以及事先存储于控制装置103的膨胀机8的各个吸入压力的吸入温度与适当排出压力Po的关系数据，决定该适当排出压力Po。在此，如图16所示，起动空调机时的膨胀机8的排出压力高于适当排出压力。因此，在起动空调机时，反复进行步骤S209和步骤S208，每当经过规定时间就进行步骤S209的判断。

膨胀机8的排出压力随着第一压缩机1起动而如图16所示地逐渐下降。并且，若膨胀机8的排出压力P(82)低于Po，则控制装置103就使旁通阀10的开度L10减小事先设定的ΔL2(步骤S210)，反复进行步骤S208至步骤S210的处理，直到旁通阀10的开度达到最小开度L10min(S211)。即，控制装置103逐渐关闭旁通阀10直到旁通阀10的开度达到最小开度L10min。然后，若旁通阀10的开度达到最小开度L10min，则控制装置103就转移到定时控制(步骤S212)。转移到定时装置后的过膨胀防止动作与第一实施方式相同。

在此，基于图16，比较在起动空调时未进行防止膨胀机8过膨胀的动作的情况与进行了防止膨胀机8过膨胀的动作的情况下的制冷剂的压力变化。如图16所示，在进行了防止膨胀机8过膨胀的动作的情况下，可以更早地降低膨胀机排出压力。即，由于在起动空调机时打开膨胀阀10而使膨胀机8的排出侧与第一压缩机1的吸入侧连通，因此，与使从膨胀机8排出的制冷剂通过液管28和气管29后返回第一压缩机1的情况(即，未进行防止膨胀机8过膨胀的动作的情况)相比，可以更早地降低膨胀机排出压力。因此，在起动空调机时，更容易使第二压缩机2和膨胀机8旋转。由此，可以防止在起动空调机时由于第二压缩机2和膨胀机8的旋转不良而导致高压上升。另外，能够转移到定时控制，而不会因第二压缩机2和膨胀机8的旋转不良使空调机停止。

另外，在制冷运转时在空调机中制冷剂为低压的地方是从膨胀机8的排出侧到第一压缩机1的吸入侧。但是，有时在起动第一压缩机1之后到低压侧的压力降低会花费时间。例如，与之相当的是，空调机是建筑物用多联空调***等，室内机102的数量多，或液管28和气管29的长度例如是超过50m的长度。第二实施方式适合在这种情况下发挥作用。

另外，在进行防止膨胀机8过膨胀的动作时，不仅调整旁通阀10，而且调整预膨胀阀7和旁通阀5的开度，由此可以调整在旁通配管24中流动的制冷剂的流量与在室内热交换器32中流动的制冷剂的流量之比。

另外，以上就制冷运转时的效果进行了说明，但在制热运转时，容积大的室外热交换器4形成低压，低压侧的压力很难降低，因此第二实施方式在制热运转时也是有效的。

另外，在第二实施方式的空调机中，在起动了第一压缩机1之后，若膨胀机8的排出压力下降到适当排出压力Po，则使旁通阀10形成最小开度，使得制冷剂不流动，因此，在制冷运转时，制冷剂不会旁通室内热交换器32而破坏冷却能力。另外，在制热运转时，不会使制冷剂液过度地流入蓄能器11。

第三实施方式

在上述的第一实施方式和第二实施方式中，使第二压缩机2直接吸入从第一压缩机1排出的制冷剂。在第三实施方式中，使从第一压缩机1排出的制冷剂利用中间冷却器4a冷却后吸入第二压缩机2。另外，在作为防止膨胀机8过膨胀的动作进行图11和图15所示的控制的方面，第三实施方式与第一实施方式和第二实施方式相同。

图17是第三实施方式的空调机的制冷运转时的制冷剂回路图。设置制冷剂热交换器14，其用于使从膨胀机8的排出配管23向蓄能器11的入口配管旁通的制冷剂(通过第一旁通阀10返回第一压缩机1的制冷剂)与通过了旁通阀5的制冷剂(从主散热器4b向作为蒸发器发挥功能的室内热交换器102旁通的制冷剂)进行热交换。

制冷剂热交换器14具有：通过了旁通阀5的制冷剂所通过的一方的流路、和通过了从膨胀机8的排出配管23向蓄能器11的入口配管旁通的旁通配管24的旁通阀10的制冷剂所通过的另一方的流路。一方的流路的流入口与旁通阀5和第二四通阀6连接，流出口与膨胀阀31a、31b连接。另一方的流路的流入口与旁通阀10连接，流出口与蓄能器11连接。

进而，设置有一端与第二压缩机2的吸入配管21连接、另一端与蓄能器11的入口配管连接的旁通配管46，在旁通配管46上设置旁通阀15。旁通阀15在进行防止膨胀机8过膨胀的动作时打开。

室外热交换器4被分成两个热交换器4a、4b，在室外热交换器4主要发挥散热器作用的制冷运转时，热交换器4a作为中间冷却器发挥作用，热交换器4b作为主散热器发挥作用。另外，在空调机进行制热运转时，热交换器4a、4b同时发挥蒸发器的作用。为了改变在空调机进行制冷运转时和制热运转时流入室外热交换器4的制冷剂路径，设置了开关阀12a、12b、13a、13b、13c。

在制冷运转时，打开开关阀12a、12b，关闭开关阀13a、13b、13c。由此，从第一压缩机1排出的制冷剂通过中间冷却器4a之后流入第二压缩机2。这样，在第二压缩机2吸入从第一压缩机1排出的制冷剂之前，暂且冷却。然后，从第二压缩机2排出的制冷剂通过主散热器4b之后流入膨胀机8。这样，使从第二压缩机2排出的制冷剂通过主散热器4b，冷却从第二压缩机2排出的制冷剂。

在制热运转时，关闭开关阀12a、12b，打开开关阀13a、13b、13c。由此，从第一压缩机1排出的制冷剂被第二压缩机2吸入。另外，流入室外热交换器4的制冷剂并列地流向热交换器4a和热交换器4b之后流向第一压缩机1。热交换器4a和热交换器4b如上所述在制热运转时发挥蒸发器的作用。

以下利用图17的制冷剂回路图和图18的P-h线图，就第三实施方式的空调机的制冷运转时的动作进行说明。在此，如第一实施方式所说明的那样，作为防止膨胀机8过膨胀的动作，就在打开旁通阀10的状态下空调机的动作进行说明。另外，在打开旁通阀10的情况下，在图17的F点和G点之间的流路上通过止回阀9使制冷剂不流动的方面，与第一实施方式相同。

吸入第一压缩机1的气体制冷剂被压缩，作为中压高温的超临界(或气体)制冷剂被排出(从状态A到状态B)。

流出第一压缩机1的制冷剂经过配管43流入中间冷却器4a。中压高温的制冷剂在通过中间冷却器4a内的期间通过与外气的热交换被冷却，成为中压中温的超临界(或气体)制冷剂而流出(从状态B到状态L)，经过配管42、第二压缩机2的吸入配管21而被吸入第二压缩机2。

此时，在中间冷却器4a冷却的制冷剂的一部分在旁通配管46流动，在旁通阀15膨胀(从状态L到状态O)。

被吸入第二压缩机2的制冷剂被进一步压缩，作为高压高温的超临界(或气体)制冷剂被排出(从状态L到状态C)。从第二压缩机2流出的制冷剂经过第一四通阀3流入主散热器4b。高压高温的制冷剂在通过主散热器4b内的期间通过与外气进行热交换而被冷却，成为高压低温的超临界(或液体)制冷剂而流出(从状态C到状态D)。

从主散热器4b流出的制冷剂分支到向着第二四通阀6的路径和向着旁通阀5的路径。通过了四通阀6的制冷剂通过预膨胀阀7(从状态D到状态E)，被吸入膨胀阀8，经过减压而成为低压，成为干度低的状态(从状态E到状态F)。此时，在膨胀机8中，随着制冷剂的减压而产生动力，通过驱动轴52回收该动力，传输到第二压缩机2，用于第二压缩机2压缩制冷剂。

从膨胀机8排出的制冷剂从膨胀机8的排出配管23流入旁通配管24，在旁通阀10进行减压(从状态F到状态M)，从制冷剂热交换器14的另一方的流路的流入口进入制冷剂热交换器14。另一方面，从室外热交换器4流出并流入旁通配管25的制冷剂通过旁通阀5减压(从状态F到状态G)，从制冷剂热交换器14的一方的流路的流入口进入制冷剂热交换器14。

在此，在制冷剂热交换器14中的一侧的流路与另一侧的流路中，如果比较各自流入的制冷剂彼此的状态，则流入另一侧的流路的状态M的制冷剂比流入一侧的流路的状态G的制冷剂更加低压低温。因此，经过旁通阀10流入制冷剂热交换器14的另一侧的制冷剂通过与一侧的制冷剂进行热交换而被加热，成为干度高的状态(从状态M到状态N)。另一方面，经过旁通阀5在制冷剂热交换器14流动的一侧的制冷剂通过与另一侧的制冷剂进行热交换而被冷却，成为干度低的状态(从状态G到状态H)。

从制冷剂热交换器14流出的一侧的制冷剂流出室外机101，通过液管28后进入室内机102a、102b，进入膨胀阀31a、31b。制冷剂在膨胀阀31a、31b中被进一步减压(从状态H到状态I)。

从膨胀阀31a、31b流出的制冷剂在室内热交换器32a、32b从室内空气吸热而蒸发，保持低压地成为干度高的状态(从状态I到状态J)。

由此，冷却室内空气。

流出室内热交换器32a、32b的制冷剂从室内机102a、102b流出，通过气管29进入室外机101，通过第一四通阀3。然后，与从制冷剂热交换器14流出的另一方的制冷剂以及通过了旁通阀15的制冷剂合流后进入蓄能器11，被重新吸入第一压缩机1。

在第三实施方式的空调中，与第一实施方式一样，在进行防止膨胀机8过膨胀的动作时打开旁通阀10，此时，还进一步打开旁通阀15使制冷剂流入旁通配管46。通过打开旁通阀15，可以调整第二压缩机2的排出压力。因此，在通过膨胀机8的制冷剂流量减少、膨胀机8与第二压缩机2的转速降低时，通过打开旁通阀15，可以防止第二压缩机2的排出压力过高。例如基于第二压缩机2的排出压力即压力传感器81检测的压力P(81)来调整旁通阀15的开度。

根据该第三实施方式的空调机，在制冷运转时，从第一压缩机1排出的中压高温的制冷剂在中间冷却器4a暂且冷却后，在第二压缩机2进一步压缩。因此，与不冷却中压的制冷剂而在第二压缩机2压缩成高压的情况相比，在第二压缩机2的压缩过程中，某种压缩比所需的动力变小。如果使膨胀机8回收的动力为同样大小，则可以提高第二压缩机2中的升压量，从而降低第一压缩机1的升压量。即，第一压缩机1所消耗的电力减少，可以使空调机更节能。

另外，根据该第三实施方式的空调机，在制冷运转时串联连接中间冷却器4a和主散热器4b，可以提高导热性能地进行散热，在制热运转时进行并联连接，可以降低压力损失。

另外，根据该第三实施方式的空调机，在起动空调机时，调整旁通阀5和旁通阀15。因此，即使在起动空调机时，第二压缩机2和膨胀机8的制冷剂流量不一致、旋转不稳定时，也可以使在第二压缩机2和膨胀机8中流动的各个制冷剂适当地旁通同时进行起动。

另外，根据该第三实施方式的空调机，在进行防止制冷运转时膨胀机8过膨胀的动作时，使在旁通配管24流动的制冷剂与流入室内热交换器32a、32b的制冷剂在制冷剂热交换器14中进行热交换。因此，室内热交换器32a、32b可以增大冷冻效果。而且，可以使在旁通配管24流动的制冷剂的干度更大，因而可以使流入蓄能器11的液体制冷剂的量更小。

另外，在制热运转时流入室外热交换器4的制冷剂在流入室外热交换器4之前由制冷剂热交换器14冷却，因此可以使流入室外热交换器4的制冷剂的干度更小。因此，可以进一步减少室外热交换器4中的制冷剂的压力损失，或进一步提高室外热交换器4中的制冷剂的分配性能。

另外，根据该第三实施方式的空调机，制冷剂热交换器14在制冷运转时以使制冷剂彼此成为对流的方式使制冷剂流动，因此可以在制冷运转时进行热交换，以便减小流入室内热交换器32a、32b的制冷剂的焓值。

另外，根据该第三实施方式的空调机，在进行防止膨胀机8过膨胀的动作时，调整旁通阀15的开度，调整第二压缩机2的排出压力。因此，在通过膨胀机8的制冷剂的流量减少、膨胀机8与第二压缩机2的转速降低时，可以防止第二压缩机2的排出压力过高。另外，旁通阀15和旁通配管46也可以设置在图1所示的第一实施方式的制冷剂回路中，在这种情况下也可以得到同样的效果。

另外，该第三实施方式的空调机仅在制冷运转时在中间冷却器4a冷却从第一压缩机1排出的中压高温的制冷剂，但也可以形成为在制热运转时进行中间冷却的结构。

另外，该第三实施方式的空调机将旁通配管46与第二压缩机2的吸入配管21连接，使流出中间冷却器4a的制冷剂向蓄能器11旁通，但也可以将从第一压缩机1排出的制冷剂旁通。

另外，在该第三实施方式的空调机中，将第二压缩机2设置在第一压缩机1的下游侧，但也可以将第二压缩机2设置在第一压缩机1的上游侧。

另外，在上述第一至第三的各实施方式中，例示了将由膨胀机8回收的动力作为第二压缩机2的动力加以使用的方式，但动力的使用目标并不一定局限于第二压缩机2。例如也可以作为第一压缩机1的动力或驱动冷冻循环使用的发电动机的动力加以使用。

附图标记说明

1第一压缩机、2第二压缩机、3第一四通阀、4室外热交换器、5旁通阀、6第二四通阀、7预膨胀阀、8膨胀机、9止回阀、10旁通阀、11蓄能器、12a、12b开关阀、13a、13b、13c开关阀、14制冷剂热交换器、15旁通阀、21第二压缩机2的吸入配管、22膨胀机8的吸入配管、23膨胀机8的排出配管、24旁通配管、25旁通配管、26制冷剂配管、27蓄能器11的入口配管、28液管、29气管、31a、31b膨胀阀、32a、32b室内热交换器41、42、43、44、45制冷剂配管、46旁通配管、51容器、52驱动轴、53第二压缩机2的吸入管、54第二压缩机2的排出管、55膨胀机8的吸入管、56膨胀机8的排出管、57摆动涡卷件、58压缩机固定涡卷件、59膨胀机固定涡卷件、60欧丹环、61滑块、62轴嵌入孔、63摆动轴承部、64摆动涡卷件57上表面的涡卷齿、65摆动涡卷件57下表面的涡卷齿、66压缩机固定涡卷件58的涡卷齿、67膨胀机固定涡卷件59的涡卷齿、68油泵、69润滑油、70平衡器、71涡卷齿64的齿尖、72涡卷齿65的齿尖、81、82、83、84、85压力传感器、91、92、温度传感器、101室外机、102a、102b室内机、103控制装置。

Claims (8)

1.一种冷冻循环装置，其特征在于，具备：

冷冻循环，该冷冻循环通过配管依次连接有压缩制冷剂的压缩机、对由所述压缩机压缩了的制冷剂的热量进行散热的散热器、使通过了所述散热器的制冷剂膨胀并从制冷剂回收动力的膨胀机和使由所述膨胀机膨胀了的制冷剂蒸发的蒸发器；

第一旁通配管，该第一旁通配管的一端与所述膨胀机的排出配管连接，另一端与所述压缩机和所述蒸发器之间的配管连接；

物理量检测单元，该物理量检测单元检测吸入到所述膨胀机的制冷剂的物理量；

第一旁通阀，该第一旁通阀设置于所述第一旁通配管，调整制冷剂的流量；和

控制单元，该控制单元控制所述第一旁通阀的开度；

所述控制单元基于由所述物理量检测单元检测出的物理量来决定所述膨胀机的适当排出压力，当所述膨胀机排出制冷剂的压力高于所述决定的适当排出压力时，打开所述第一旁通阀。

2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，所述压缩机具备第一压缩机和第二压缩机，

所述第二压缩机利用一根驱动轴与所述膨胀机连接，并利用由所述膨胀机回收的动力与所述驱动轴一起被驱动，

所述第一旁通配管与所述第一压缩机以及所述第二压缩机中设在上游侧的一方的吸入配管连接。

3.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其特征在于，在所述膨胀机的排出配管中，设置有用于将制冷剂的流动朝一个方向整流的止回阀。

4.根据权利要求2或3所述的冷冻循环装置，其特征在于，在所述散热器与所述蒸发器之间设有第二旁通配管，该第二旁通配管使通过了所述散热器的制冷剂的一部分向所述蒸发器的入口侧旁通并具有第二旁通阀，所述冷冻循环装置具备制冷剂热交换器，该制冷剂热交换器在通过了所述第二旁通阀而向着所述蒸发器的制冷剂与通过了所述第一旁通阀而向着所述设在上游侧的压缩机的制冷剂之间进行热交换。

5.根据权利要求2或3所述的冷冻循环装置，其特征在于，具备第三旁通配管，该第三旁通配管的一端与所述第一压缩机的排出配管连接，另一端与所述设在上游侧的压缩机的吸入配管连接，

在所述第三旁通配管中设置有调整制冷剂流量的第三旁通阀。

6.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其特征在于，所述控制单元在起动所述第一压缩机之前打开所述第一旁通阀。

7.根据权利要求2所述的冷冻循环装置，其特征在于，所述散热器具备中间冷却器和主散热器，该中间冷却器在将从所述第一压缩机以及所述第二压缩机中的一方排出的制冷剂吸入到所述第一压缩机以及所述第二压缩机中的另一方之前对该制冷剂进行冷却，该主散热器对从所述第一压缩机以及所述第二压缩机中的另一方排出的制冷剂进行冷却。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的冷冻循环装置，其特征在于，所述制冷剂是二氧化碳。