(57)【要約】【課題】複数の圧縮機が同時に運転された時に圧縮機容器内の潤滑油量に偏りが生じた場合において、シンプルな構成で圧縮機容器内の潤滑油切れを防止すること。【解決手段】複数の圧縮機構（１１，１２）、利用側熱交換器１３、中間熱交換器１４、第１膨張装置１５、熱源側熱交換器１６から形成される主冷媒回路１０と、利用側熱交換器１３から第１膨張装置１５までの間から分岐され、分岐された冷媒が第２膨張装置２１により減圧された後に、中間熱交換器１４で主冷媒回路１０を流れる冷媒と熱交換され、複数の圧縮機構（１１，１２）の圧縮途中に合流されるバイパス冷媒回路と、複数の圧縮機構（１１，１２）の吐出冷媒温度を検出する複数の温度サーミスタ（５６、５７）とを備え、複数の温度サーミスタ（５６、５７）の検知温度の差が、第１の所定の温度差以上の場合には、運転中の少なくとも１台の圧縮機構の運転動作を変更する冷凍サイクル装置。【選択図】図１
2020204411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮回転要素から構成される複数の圧縮機構、前記圧縮回転要素から吐出された冷媒により利用側熱媒体を加熱する利用側熱交換器、中間熱交換器、第１膨張装置、熱源側熱交換器が配管で順次接続されて形成される主冷媒回路と、
前記利用側熱交換器から前記第１膨張装置までの間の前記配管から分岐され、分岐された冷媒が、第２膨張装置により減圧された後に、前記中間熱交換器で前記主冷媒回路を流れる前記冷媒と熱交換され、前記複数の圧縮機構における前記圧縮回転要素の圧縮途中の前記冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、
前記複数の圧縮機構において、それぞれの圧縮回転要素からの吐出冷媒温度を検出する複数の温度サーミスタと、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検知温度の差が、第１の所定の温度差以上の場合には、運転中の前記複数の圧縮機構のうち、少なくとも１台の前記圧縮機構の運転動作を変更することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も低い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の運転を停止することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も高い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の運転は継続することを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も高い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の前記圧縮回転要素の回転数を上昇させて、運転を継続することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も低い吐出冷媒温度である前記圧縮機構を、所定時間停止させた後に、再度運転させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記圧縮機構に接続されている吸入冷媒配管の、前記圧縮機構との接続部から最も高い位置までの内容積は、（圧縮機構の適正潤滑油量−吸入冷媒配管接続位置以下の圧縮機構内部の潤滑油量）と同一であり、前記圧縮機構に接続される前記吸入冷媒配管は、前記最も高い位置よりも低い位置で、前記主冷媒回路から分岐されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も低い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の前記圧縮回転要素の回転数を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も高い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の前記圧縮回転要素の回転数を低下させることを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検知温度の差が、第２の所定の温度差未満の場合には、運転中の前記複数の圧縮機構の前記圧縮回転要素の回転数を同一にすることを特徴とする請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記複数の圧縮機構は、前記圧縮回転要素が、低段側圧縮回転要素と高段側圧縮回転要素とから構成された多段圧縮機構であり、前記複数の温度サーミスタは、複数の低段側圧縮回転要素からのそれぞれの吐出冷媒温度を検出することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記冷媒を二酸化炭素としたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置を備え、搬送装置によって前記利用側熱媒体を循環させる利用側熱媒体回路を備えたことを特徴とする流体加熱装置。
【請求項１３】
前記利用側熱媒体を水又は不凍液としたことを特徴とする請求項１２に記載の流体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置及びそれを備えた流体加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する二段圧縮機と、循環する冷媒の一部を圧縮機の圧縮途中の冷媒にインジェクションするインジェクション回路とを備えた冷凍サイクル装置を開示し、冷媒には二酸化炭素を用いている。
【０００３】
そして、この冷凍サイクル装置は複数の二段圧縮機を備え、各二段圧縮機から吐出された冷媒中に含まれる潤滑油をオイルセパレータで分離して捕捉し、二段圧縮機の容器に設けられたオイルレベルサーミスタの検知レベルが所定値以下となった二段圧縮機に対し、オイルセパレータで捕捉した潤滑油を、返油回路に設けられた流量弁を開けて圧縮機容器内に戻し、潤滑油量を確保している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
オイルレベルサーミスタは、圧縮機容器と連通した別容器内にフロートスイッチが内蔵されており、油面の上下によりフロートが動作し、潤滑油が過少となり油面が低下した場合や、潤滑油が過多となり油面が上昇した場合に接点出力がオンオフされる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６７３８６号公報
【特許文献２】特開平５−１２６４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら前記従来の構成では、圧縮機容器内の潤滑油切れを防止するために、潤滑油が貯留できる大容量のオイルセパレータと、流量弁を備えた返油回路や、オイルレベルサーミスタが各圧縮機に必要となり、部品点数が増加することで、コストが高くなるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複数の圧縮機が同時に運転された時に圧縮機容器内の潤滑油量に偏りが生じた場合において、シンプルな構成で圧縮機容器内の潤滑油切れを防止できる冷凍サイクル装置及びそれを備えた流体加熱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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮回転要素から構成される複数の圧縮機構、前記圧縮回転要素からの吐出冷媒により利用側熱媒体を加熱する利用側熱交換器、中間熱交換器、第１膨張装置、熱源側熱交換器が配管で順次接続されて形成される主冷媒回路と、前記利用側熱交換器から前記第１膨張装置までの間の前記配管から分岐され、分岐された冷媒が、第２膨張装置により減圧された後に、前記中間熱交換器で前記主冷媒回路を流れる前記冷媒と熱交換され、前記複数の圧縮機構における前記圧縮回転要素の圧縮途中の前記冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、前記複数の圧縮機構において、それぞれの圧縮回転要素からの吐出冷媒温度を検出する複数の温度サーミスタと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検知温度の差が、第１の所定の温度差以上の場合には、運転中の前記複数の圧縮機構のうち、少なくとも１台の前記圧縮機構の運転動作を変更することを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、圧縮機構の容器内の潤滑油量が低下した場合、圧縮回転要素のオイルシールが低下し、圧縮機構の容器内で流動している高温高圧冷媒が、圧力の低い圧縮回転要素の圧縮室内に流入する。
【００１０】
エンタルピーが高い冷媒が圧縮室に流入することで、潤滑油量が少ない圧縮機構の吐出温度は上昇する。よって、複数の圧縮機構の吐出温度を比較することで、潤滑油量が低下している圧縮機構を検出することができる。逆に、吐出温度が最も低い圧縮機構の潤滑油量は、十分確保されていると推定できる。
【００１１】
そして、圧縮機構の運転動作を変更することで、潤滑油量が余剰である圧縮機構の潤滑油の吐出量を増加させるとともに、潤滑油量の少ない圧縮機構は、潤滑油の吸入量を増加させることができ、潤滑油量が適正に調整される。
【００１２】
したがって流出した潤滑油は、運転中の圧縮機構の吸入冷媒配管を経て、冷媒とともに圧縮機構に吸入されるので、潤滑油量が低下した圧縮機構の潤滑油量が増加し、適正な潤滑油量を確保できる。
【００１３】
これにより、少ない部品点数で圧縮機構の潤滑油切れを防止することができるとともに、潤滑油量減少による体積効率の低下を抑制することができるので、低コストで高い信頼性、および、高い運転効率を実現する冷凍サイクル装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の圧縮機が同時に運転された時に圧縮機容器内の潤滑油量に偏りが生じた場合において、シンプルな構成で圧縮機容器内の潤滑油切れを防止できる冷凍サイクル装置及びそれを備えた流体加熱装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における流体加熱装置の構成図
【図２】同冷凍サイクル装置について理想条件での圧力―エンタルピー線図（Ｐ−ｈ線図）
【図３】同圧縮機構の潤滑油量をバランスさせる動作についての説明図
【図４】同圧縮機構の吸入冷媒配管形状の概略図
【図５】同圧縮機構の潤滑油量をバランスさせる他の動作についての説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、圧縮回転要素から構成される少なく圧縮回転要素から構成される複数の圧縮機構、前記圧縮回転要素からの吐出冷媒により利用側熱媒体を加熱する利用側熱交換器、中間熱交換器、第１膨張装置、熱源側熱交換器が配管で順次接続されて形成される主冷媒回路と、前記利用側熱交換器から前記第１膨張装置までの間の前記配管から分岐され、分岐された冷媒が、第２膨張装置により減圧された後に、前記中間熱交換器で前記主冷媒回路を流れる前記冷媒と熱交換され、前記複数の圧縮機構における前記圧縮回転要素の圧縮途中の前記冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、前記複数の圧縮機構において、それぞれの圧縮回転要素からの吐出冷媒温度を検出する複数の温度サーミスタと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検知温度の差が、第１の所定の温度差以上の場合には、運転中の前記複数の圧縮機構のうち、少なくとも１台の前記圧縮機構の運転動作を変更することを特徴とする冷凍サイクル装置である。
【００１７】
これにより、圧縮機構の容器内の潤滑油量が低下した場合、圧縮回転要素のオイルシールが低下し、圧縮機構の容器内で流動している高温高圧冷媒が、圧力の低い圧縮回転要素の圧縮室内に流入する。
【００１８】
エンタルピーが高い冷媒が圧縮室に流入することで、潤滑油量が少ない圧縮機構の吐出温度は上昇する。よって、複数の圧縮機構の吐出温度を比較することで、潤滑油量が低下している圧縮機構を検出することができる。逆に、吐出温度が最も低い圧縮機構の潤滑油量は、十分確保されていると推定できる。
【００１９】
そして、圧縮機構の運転動作を変更することで、潤滑油量が余剰である圧縮機構の潤滑油の吐出量を増加させるとともに、潤滑油量の少ない圧縮機構は、潤滑油の吸入量を増加させることができ、潤滑油量が適正に調整される。
【００２０】
したがって流出した潤滑油は、運転中の圧縮機構の吸入冷媒配管を経て、冷媒とともに圧縮機構に吸入されるので、潤滑油量が低下した圧縮機構の潤滑油量が増加し、適正な潤滑油量を確保できる。
【００２１】
これにより、少ない部品点数で圧縮機構の潤滑油切れを防止することができるとともに、潤滑油量減少による体積効率の低下を抑制することができるので、低コストで高い信頼性、および、高い運転効率を実現する冷凍サイクル装置を提供できる。
【００２２】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も低い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の運転を停止することを特徴とするものである。
【００２３】
これにより、吐出温度が最も低い圧縮機構を停止することで、運転中の圧縮機構から吐出される高圧の冷媒が、停止した圧縮機構の容器内に流入して容器内が高圧となり、圧力差によって容器内の潤滑油が圧縮機構の吸入冷媒配管から押し出され、運転中の圧縮機構の吸入冷媒配管から冷媒とともに圧縮機構に吸入されて、潤滑油量が低下した圧縮機構の潤滑油量が増加する。
【００２４】
よって、潤滑油が不足している圧縮機構に、余剰な潤滑油を保有する圧縮機構から確実に潤滑油を移動することができるので、圧縮機構の潤滑油を適正量に保つことができる。
【００２５】
第３の発明は、特に、第２の発明において、前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も高い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の運転は継続することを特徴とするものである。
【００２６】
これにより、潤滑油量の最も少ない圧縮機構の運転を優先して継続するので、停止した圧縮機構から確実に余剰潤滑油を回収することができる。
【００２７】
第４の発明は、特に、第３の発明において、前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も高い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の前記圧縮回転要素の回転数を上昇させて、運転を継続することを特徴とするものである。
【００２８】
これにより、潤滑油量の最も少ない圧縮機構の圧縮回転要素の回転数を上昇させて運転するので、停止した圧縮機構の余剰潤滑油を回収する時間が短縮されるとともに、加熱能力の低下も防止することができる。
【００２９】
第５の発明は、特に、第２の発明において、前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も低い吐出冷媒温度である前記圧縮機構を、所定時間停止させた後に、再度運転させることを特徴とするものである。
【００３０】
これにより、時間経過で停止した圧縮機構を再起動するので、圧縮機構の停止による加熱能力の低下が制限される。
【００３１】
第６の発明は、特に、第２〜第５のいずれかの発明において、前記圧縮機構に接続されている吸入冷媒配管の、前記圧縮機構との接続部から最も高い位置までの内容積は、（圧縮機構の適正潤滑油量−吸入冷媒配管接続位置以下の圧縮機構内部の潤滑油量）と同一であり、前記圧縮機構に接続される前記吸入冷媒配管は、前記最も高い位置よりも低い位置で、前記主冷媒回路から分岐されていることを特徴とするものである。
【００３２】
これにより、停止中の圧縮機構の容器内からは、圧力差により吸入冷媒配管を通して余剰潤滑油が押し出されるが、圧縮機構との接続部から最も高い位置までの吸入冷媒配管に溜まった潤滑油が、停止中の圧縮機構が運転することで容器内に戻るので、適正な潤滑油量が確保される。
【００３３】
第７の発明は、特に、第１の発明において、前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も低い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の前記圧縮回転要素の回転数を上昇させることを特徴とするものである。
【００３４】
これにより、余剰な潤滑油量を保有する圧縮機構の圧縮回転要素の回転数が増加することで、圧縮機構から吐出される潤滑油量が増加し、主冷媒回路およびバイパス冷媒回路を経由して、潤滑油が不足している圧縮機構に、確実に潤滑油を移動することができるので、圧縮機構の潤滑油切れを確実に防止することができる。
【００３５】
第８の発明は、特に、第７の発明において、前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検出温度が、最も高い吐出冷媒温度である前記圧縮機構の前記圧縮回転要素の回転数を低下させることを特徴とするものである。
【００３６】
これにより、潤滑油量が不足している圧縮機構の圧縮回転要素の回転数が低下することで、圧縮機構から吐出される潤滑油量が減少して、潤滑油量がさらに減少することが抑制されるとともに、余剰な潤滑油量を保有する圧縮機構の圧縮回転要素の回転数増加による加熱能力過多を抑制することができる。
【００３７】
第９の発明は、特に、第７または第８の発明において、前記制御装置は、前記複数の温度サーミスタの検知温度の差が、第２の所定の温度差未満の場合には、運転中の前記複数の圧縮機構の前記圧縮回転要素の回転数を同一にすることを特徴とするものである。
【００３８】
これにより、潤滑油量がバランスしたことを判断し、それぞれの圧縮機構の圧縮回転要素の回転数を同一とすることで、それぞれの圧縮機構の潤滑油の吐出量が同等となり、潤滑油量がアンバランスになることが抑制される。
【００３９】
第１０の発明は、特に、第１〜第９のいずれかの発明において、前記複数の圧縮機構は、前記圧縮回転要素が、低段側圧縮回転要素と高段側圧縮回転要素とから構成された多段圧縮機構であり、前記複数の温度サーミスタは、複数の低段側圧縮回転要素からのそれぞれの吐出冷媒温度を検出することを特徴とするものである。
【００４０】
これにより、低段側の吐出温度は、インジェクションされる冷媒の熱量の影響がないので、潤滑油量の差による吐出温度の差が、より確実に検出できる。
【００４１】
第１１の発明は、特に、第１〜第１０のいずれかの発明において、冷媒を二酸化炭素としたものである。
【００４２】
これにより、利用側熱交換器において、冷媒で利用側熱媒体を加熱したときの、利用側熱媒体の高温化が可能となる。
【００４３】
第１２の発明は、特に、第１〜第１１のいずれかの冷凍サイクル装置を備え、搬送装置によって前記利用側熱媒体を循環させる利用側熱媒体回路を備えたことを特徴とする流体加熱装置である。
【００４４】
これにより、冷凍サイクル装置の信頼性を低下させることなく、高温の利用側熱媒体を利用することができる。
【００４５】
第１３の発明は、特に、第１２の発明において、前記利用側熱媒体を水又は不凍液としたことを特徴とするものである。
【００４６】
これにより、暖房機器に用い、又は、貯湯タンクに高温水を貯えることができる。
【００４７】
以下、本発明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、こ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。
【００４８】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図１は、本実施の形態による流体加熱装置の構成図である。流体加熱装置は、主冷媒回路１０、バイパス冷媒回路２０、及び利用側熱媒体回路３０から構成される。冷凍サイクル装置は、主冷媒回路１０、バイパス冷媒回路２０から構成される。なお、冷媒や利用側熱媒体の流れ方向は、白矢印で示している。
【００５０】
主冷媒回路１０は、第１第１圧縮機構１１、第１第２圧縮機構１２、放熱器である利用側熱交換器１３、中間熱交換器１４、第１膨張装置１５、蒸発器である熱源側熱交換器１６が配管１７で順次接続されて形成され、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いている。
【００５１】
第１圧縮機構１１は，第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２圧縮機構１２は、第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂとで構成される。
【００５２】
利用側熱交換器１３は、第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２高段側圧縮回転要素１２ｂから吐出された冷媒により利用側熱媒体を加熱する。
【００５３】
なお、第１圧縮機構１１を構成する第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂ，第２圧縮機構１２を構成する第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂとの容積比は一定で、駆動軸（図示せず）を共通化させ、それぞれを１つの容器内に配置した２台の圧縮機で構成されている。
【００５４】
なお、本実施の形態では、圧縮回転要素が、第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂで構成される二段圧縮機構を用いて説明する。
【００５５】
ただし、単一の圧縮機構においても適用でき、単一の圧縮機構の場合には、バイパス冷媒回路２０からの冷媒を圧縮回転要素の圧縮途中とし、バイパス冷媒回路２０からの冷媒が合流する位置までの圧縮回転要素を、第１圧縮機構１１では第１低段側圧縮回転要素１１ａ、第２圧縮機構１２では第２低段側圧縮回転要素１２ａとし、バイパス冷媒回路２０からの冷媒が合流する位置以降の圧縮回転要素を、第１圧縮機構１１では第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２圧縮機構１２では第２高段側圧縮回転要素１２ｂとして適用することができる。
【００５６】
バイパス冷媒回路２０は、利用側熱交換器１３から第１膨張装置１５までの間の配管１７から分岐され、第１低段側圧縮回転要素１１ａ、第２低段側圧縮回転要素１２ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２高段側圧縮回転要素１２ｂとの間の配管１７に接続されている。
【００５７】
バイパス冷媒回路２０には、第２膨張装置２１を設けている。利用側熱交換器１３を通過後の一部の高圧冷媒、又は中間熱交換器１４を通過後の一部の高圧冷媒は、第２膨張装置２１により減圧されて中間圧冷媒となった後に、中間熱交換器１４で主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒と熱交換され、第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂとの間の冷媒と合流される。
【００５８】
利用側熱媒体回路３０は、利用側熱交換器１３、搬送ポンプである搬送装置３１、暖房端末３２ａが熱媒体配管３３で順次接続されて形成され、利用側熱媒体として水又は不凍液を用いている。
【００５９】
本実施の形態における利用側熱媒体回路３０は、暖房端末３２ａと並列に貯湯タンク３２ｂを備えており、第１切替弁３４、第２切替弁３５の切り替えによって利用側熱媒体を、暖房端末３２ａ又は貯湯タンク３２ｂに循環させる。
【００６０】
なお、利用側熱媒体回路３０は、暖房端末３２ａ及び貯湯タンク３２ｂのいずれかを備えていればよい。
【００６１】
利用側熱交換器１３で生成された高温水は、暖房端末３２ａで放熱して暖房に利用され、暖房端末３２ａで放熱された低温水は再び利用側熱交換器１３で加熱される。
【００６２】
また、利用側熱交換器１３で生成された高温水は、貯湯タンク３２ｂの上部から貯湯タンク３２ｂに導入され、貯湯タンク３２ｂの下部から低温水が導出されて利用側熱交換器１３で加熱される。
【００６３】
給湯用熱交換器４２は、貯湯タンク３２ｂ内に配置され、給水配管４３からの給水と貯湯タンク３２ｂ内の高温水との間で熱交換させる。すなわち、給湯栓４１が開栓されると、給水配管４３から給湯用熱交換器４２内に給水され、給湯用熱交換器４２で加熱されて、給湯栓４１で所定温度になるように調整され、給湯栓４１からから給湯される。
【００６４】
なお、給水配管４３から給水され、給湯用熱交換器４２で加熱されて、給湯栓４１から給湯される湯水と、貯湯タンク３２ｂ内の高温水とは、互いに混ざり合うことがない間接加熱である。
【００６５】
給湯用熱交換器４２は、伝熱管として銅管あるいはステンレス管を使用する水熱交換器であって、図１に示すように、給水源（水道）から延びる給水配管４３と、給湯栓４１とが接続されている。
【００６６】
給水配管４３は、常温の水を、給湯用熱交換器４２の下端、すなわち、貯湯タンク３２ｂ内の下方に入れる。給水配管４３より給湯用熱交換器４２に入った常温水は、貯湯タンク３２ｂ内を下方から上方に移動しながら、貯湯タンク３２ｂ内の高温水から熱を奪い、加熱された高温の加熱水となって給湯栓４１から給湯される。
【００６７】
貯湯タンク３２ｂには、複数の異なる高さ位置において温水の温度を計測する目的で、例えば、複数の第１貯湯タンク温度サーミスタ５５ａ、第２貯湯タンク温度サーミスタ５５ｂ、第３貯湯タンク温度サーミスタ５５ｃが備えられている。
【００６８】
給水配管４３より給湯用熱交換器４２に入った常温水は、貯湯タンク３２ｂ内を下方から上方に移動しながら貯湯タンク３２ｂ内の高温水から熱を奪う構成のため、貯湯タンク３２ｂ内の温水は、自然と、上部が高温、下部が低温となる。
【００６９】
主冷媒回路１０には、第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２高段側圧縮回転要素１２ｂの吐出側配管が集合した後の配管１７に、高圧側圧力検出装置５１を設けている。
【００７０】
なお、高圧側圧力検出装置５１は、第１高段側圧縮回転要素１１ｂまたは第２高段側圧縮回転要素１２ｂの吐出側から、第１膨張装置１５の上流側までの、主冷媒回路１０に設けられていて、主冷媒回路１０の高圧冷媒の圧力を検出できればよい。
【００７１】
バイパス冷媒回路２０には、第２膨張装置２１の下流側に、中間圧側圧力検出装置５２が設けられている。
【００７２】
利用側熱媒体回路３０には、利用側熱交換器１３から流出する利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体出口温度サーミスタ５３と、利用側熱交換器１３に流入する利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体入口温度サーミスタ５４とを備えている。
【００７３】
制御装置６０は、高圧側圧力検出装置５１及び中間圧側圧力検出装置５２で検出される検出圧力、熱媒体出口温度サーミスタ５３及び熱媒体入口温度サーミスタ５４で検出される検出温度によって、第１圧縮機構１１の第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂの回転数、及び、第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂの回転数、第１膨張装置１５と第２膨張装置２１の減圧量、及び、搬送装置３１の水流量を制御する。
【００７４】
図２は、本実施の形態における流体加熱装置について理想条件での圧力―エンタルピー線図（Ｐ−ｈ線図）を示している。
【００７５】
図２のａ〜ｅ点、およびＡ〜Ｂ点は、図１に示す流体加熱装置における各ポイントに相当する。
【００７６】
まず、第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２高段側圧縮回転要素１２ｂから吐出される高圧冷媒（ａ点）は、利用側熱交換器１３で放熱した後に冷媒分岐点Ａで主冷媒回路１０から分岐し、第２膨張装置２１により中間圧まで減圧されて中間圧冷媒（ｅ点）となり、中間熱交換器１４にて熱交換する。
【００７７】
利用側熱交換器１３で放熱した後の主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒は、バイパス冷媒回路２０を流れる中間圧冷媒（ｅ点）によって冷却され、エンタルピーが低減された状態（ｂ点）で第１膨張装置１５にて減圧される。
【００７８】
これにより、第１膨張装置１５にて減圧された後に熱源側熱交換器１６に流入する冷媒（ｃ点）の冷媒エンタルピーも低減される。熱源側熱交換器１６に流入する時点での冷媒乾き度（全冷媒に対して気相成分が占める重量比率）が低下して冷媒の液成分が増大するため、熱源側熱交換器１６において蒸発に寄与し、冷媒比率が増大して外気からの吸熱量が増大され、第１低段側圧縮回転要素１１ａ、第２低段側圧縮回転要素１２ａの吸入側（ｄ点）に戻る。
【００７９】
一方、熱源側熱交換器１６において蒸発に寄与しない気相成分に相当する量の冷媒は、バイパス冷媒回路２０にバイパスされて低温の中間圧冷媒（ｅ点）となり、中間熱交換器１４にて主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒によって加熱されて冷媒エンタルピーが高まった状態で、第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂとの間にある冷媒合流点Ｂ、及び、第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂとの間にある冷媒合流点Ｂに至る。
【００８０】
従って、第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２高段側圧縮回転要素１２ｂの吸入側（Ｂ点）では、第１低段側圧縮回転要素１１ａ、第２低段側圧縮回転要素１２ａの吸入側（ｄ点）より冷媒圧力が高いため冷媒密度も高く、かつ、第１低段側圧縮回転要素１１ａ、第２低段側圧縮回転要素１２ａから吐出した冷媒と合流した冷媒が吸入され、第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２高段側圧縮回転要素１２ｂで更に圧縮されて吐出されるため、利用側熱交換器１３に流入する冷媒流量が大幅に増大し、利用側熱媒体である水を加熱する能力が大幅に増大する。
【００８１】
ここで、第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２は、吐出冷媒圧力や温度、インジェクション冷媒量のアンバランスによる運転効率低下を抑制するために、圧縮回転要素の容積が同一であり、同一の回転数で運転することが望ましい。
【００８２】
例えば、利用側の熱負荷が小さくなった場合は、制御装置６０は、第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２の回転数を、同一回転数を低下させて加熱能力を低減するようにしている。
【００８３】
しかしながら、第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２の圧縮回転要素の容積と運転回転数が同一である場合においても、第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２の固体差により生じた潤滑油の吐出量の差や、あるいは、第１低段側圧縮回転要素１１ａ、第２低段側圧縮回転要素１２ａに接続されている配管１７の形状による偏流で、潤滑油の吸入量に差が生じることにより、第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２の潤滑油量はアンバランスとなる。
【００８４】
潤滑油量のアンバランスが進行すると、圧縮回転要素のオイルシール低下や給油量の増加により圧縮機構の体積効率が低下し、運転効率が低下するばかりか、最悪の場合、圧縮機構の潤滑油が枯渇してしまう。
【００８５】
よって、運転効率の低下や圧縮機構の損傷を未然に防止するためには、圧縮機構の潤滑油量不足を検出し、圧縮機構間の潤滑油量をバランスさせることが重要である。
【００８６】
以下、潤滑油量のバランス方法について説明する。
【００８７】
本実施の形態では、第１低段側圧縮回転要素１１ａ、第２低段側圧縮回転要素１２ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂ、第２高段側圧縮回転要素１２ｂとの間の配管１７には、バイパス冷媒回路２０からの冷媒が合流する位置より上流側に、第１低段側圧縮回転要素１１ａから吐出される冷媒の温度を検出する第１低段側吐出温度サーミスタ５６、第２低段側圧縮回転要素１２ａから吐出される冷媒の温度を検出する第２低段側吐出温度サーミスタ５７が設けられている。
【００８８】
制御装置６０は、第１圧縮機構１１の第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂの回転数、及び、第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂの回転数を同一回転数で運転し、利用側熱媒体を加熱する運転制御を実行する。
【００８９】
しかしながら、加熱運転中において、例えば、第１圧縮機構１１と第２圧縮機構１２の容器内の潤滑油量が、アンバランスとなり、第２圧縮機構１２の潤滑油が適正油量より減少し、第１圧縮機構１１の潤滑油量が増加した場合、第２圧縮機構１２の容器内の油面レベルが低下することで、第２低段側圧縮回転要素１２ａに供給される潤滑油量が減少し、第２低段側圧縮回転要素１２ａのオイルシール性が低下する。
【００９０】
そのため、第２圧縮機構１２の容器内に充満している第２高段側圧縮回転要素１２ｂから吐出された高温かつ高圧の冷媒が、第２低段側圧縮回転要素１２ａに流入する量が増加し、圧縮途中の冷媒エンタルピーが増加することで、第２低段側圧縮回転要素１２ａから吐出される冷媒の温度が上昇する。
【００９１】
一方、第１圧縮機構１１は、容器内の油面レベルが上昇しているので、第１低段側圧縮回転要素１１ａに供給される潤滑油量が増加し、オイルシール性が向上するので第１低段側圧縮回転要素１１ａに流入する冷媒量は低減し、圧縮途中の冷媒エンタルピーが低下することで、第１低段側圧縮回転要素１１ａはから吐出される冷媒の温度は低下する。
【００９２】
制御装置６０は、加熱運転中において、第１低段側吐出温度サーミスタ５６、第２低段側吐出温度サーミスタ５７の検知温度の差分（検知温度差）を常時演算するとともに、予め設定された第１の所定の温度差と比較判定している。
【００９３】
そして、検知温度差が第１の所定の温度差以上の場合には、第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２の潤滑油量がアンバランス状態であり、低段側吐出冷媒温度が高い第２圧縮機構１２の潤滑油量が少なく、第１低段側吐出温度サーミスタ５６の検出温度が低い第１圧縮機構１１の潤滑油量が多い状態であると判定する。
【００９４】
なお、検出する圧縮機構の吐出冷媒温度は高段側圧縮回転要素の吐出冷媒温度でも良いが、インジェクション冷媒の影響が無い低段側圧縮回転要素の吐出冷媒温度がより良い。
【００９５】
また、圧縮回転要素が独立していない圧縮機構の場合でも、圧縮機構からの吐出冷媒温度を検出すればよい。
【００９６】
次に、第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２の潤滑油量をバランスさせる制御動作について、図３を用いて説明する。
【００９７】
図３において、第１圧縮機構１１は潤滑油量が多い状態、第２圧縮機構１２は潤滑油量の少ない状態を示している。
【００９８】
制御装置６０は、潤滑油量が多い状態である第１圧縮機構１１の運転を停止し、潤滑油量の少ない第２圧縮機構１２の運転を継続する。
【００９９】
これにより、第２圧縮機構１２の第２高段側圧縮回転要素１２ｂから吐出された冷媒の一部が、第１圧縮機構１１の容器内に流入し、容器内は高圧となる。そのため、第１圧縮機構１１の容器内の潤滑油は、第１低段側圧縮回転要素１１ａに接続された、低圧の吸入側配管から圧力差で流出する。
【０１００】
流出した潤滑油は、図３の黒矢印で示すように、第１圧縮機構１１の吸入側配管からＣ点を経由し、第２圧縮機構１２の吸入側配管に流入し、熱源側熱交換器１６から流出した冷媒と合流して、運転を継続している第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａに吸入される。
【０１０１】
これによって、第１圧縮機構１１の余剰潤滑油が第２圧縮機構１２に移動し、潤滑油量がバランスされる。
【０１０２】
また、制御装置６０は、第１圧縮機構１１が停止している間の、第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂの回転数を、例えば２倍に上昇させる。
【０１０３】
これにより、第１圧縮機構１１が停止したことによる冷媒循環量の低下が補足されて加熱能力が維持されるとともに、第２高段側圧縮回転要素１２ｂの吐出冷媒圧力と第２低段側圧縮回転要素１２ａの吸入冷媒圧力の圧力差が大きくなる。
【０１０４】
これにより、第１圧縮機構１１の容器内から流出する潤滑油の流量が増加し、第２圧縮機構１２への潤滑油移動時間が短くなる。
【０１０５】
また、制御装置６０は、停止させた第１圧縮機構１１を所定時間後に再起動させて、停止前の回転数で運転させるとともに、第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂの回転数も、第１圧縮機構１１の第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂの回転数と同一回転数に制御する。
【０１０６】
これによって、第１圧縮機構１１の再起動により、冷凍サイクル装置の圧力変動を最小限に抑制し、確実に加熱能力が復元される。
【０１０７】
図４は、本実施の形態による第１圧縮機構１１の吸入冷媒配管形状の概略図である。
【０１０８】
第１圧縮機構１１の吸入冷媒配管は、第１圧縮機構１１との接続位置から上方に立ち上げられており、配管の内容積が、第１圧縮機構１１の適正油量と、吸入冷媒配管の接続位置以下の潤滑油量の差となる位置（最高位置）で下方に曲げられている。
【０１０９】
また、吸入冷媒配管は、最高位置より下方にあるＣ点で配管１７から第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２の各々の吸入冷媒配管に分岐されている。
【０１１０】
第１圧縮機構１１が停止すると、余剰の潤滑油は吸入冷媒配管の第１圧縮機構１１との接続位置まで流出し、吸入冷媒配管が適正油量となる油面高さ位置より下方に接続されている場合は、第１圧縮機構１１の油量が適正油量以下まで潤滑油が流出してしまう。
【０１１１】
しかしながら、適正油量より減少した潤滑油の量は、吸入冷媒配管の立ち上がり部分の内容積Ｖｐと同等量であるので、第１圧縮機構１１が再起動後に吸入冷媒配管の立ち上がり部分に貯留された潤滑油が、再び第１圧縮機構１１に戻り、適正油量が確保される。なお、第２圧縮機構１２の吸入配管形状も同様である。
【０１１２】
本実施の形態による冷凍サイクル装置では、冷媒を二酸化炭素とすることが好ましい。これは、利用側熱交換器１３において、冷媒である二酸化炭素で、利用側熱媒体を加熱したときの、利用側熱媒体の高温化が可能となるためである。
【０１１３】
また、利用側熱媒体を水又は不凍液とすることで、暖房端末３２ａに用い、又は貯湯タンク３２ｂに高温水を貯えることができる。
【０１１４】
次に、第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２の潤滑油量をバランスさせる他の制御動作について図５を用いて説明する。
【０１１５】
図５において、第１圧縮機構１１は潤滑油量が多い状態、第２圧縮機構１２は潤滑油量の少ない状態を示している。
【０１１６】
制御装置６０は、潤滑油量が多い状態である第１圧縮機構１１の第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂの回転数を増加させ、潤滑油量の少ない第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂの回転数を減少させて運転を継続する。
【０１１７】
これにより、第１圧縮機構１１の第１高段側圧縮回転要素１１ｂから吐出される冷媒流量が増加し、潤滑油が容器内で冷媒から分離され難くなるために、主冷媒回路１０中に流出する冷媒流量に対する潤滑油流量の比率が上昇する。
【０１１８】
一方、第２圧縮機構１２の第２高段側圧縮回転要素１２ｂから吐出される冷媒流量は減少するので、潤滑油は容器内で冷媒から分離され易く、主冷媒回路１０中に流出する冷媒流量に対する潤滑油流量の比率は低下する。
【０１１９】
流出した潤滑油は、図５の黒矢印で示すように、主冷媒回路１０を冷媒とともに循環し、配管１７からＣ点を経由し、第１圧縮機構１１および第２圧縮機構１２の吸入側配管に流入し、第１圧縮機構１１の第１低段側圧縮回転要素１１ａ、第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａに吸入される。
【０１２０】
ここで、吸入される冷媒流量に対する潤滑油量の比率は、第１圧縮機構１１，第２圧縮機構１２ともに同等であるので、潤滑油の収支の差から、第１圧縮機構１１の潤滑油量は減少し、第２圧縮機構１２の潤滑油量は増加するので、第１圧縮機構１１と第２圧縮機構１２との間で、潤滑油量はバランスすることになる。
【０１２１】
また、制御装置６０は、第１圧縮機構１１が停止している間の第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂの回転数を、例えば２倍に上昇させる。
【０１２２】
これにより、第１圧縮機構１１が停止したことによる冷媒循環量の低下が補足されて加熱能力が維持されるとともに、第２高段側圧縮回転要素１２ｂの吐出冷媒圧力と第２低段側圧縮回転要素１２ａの吸入冷媒圧力の圧力差が大きくなるので、第１圧縮機構１１の容器内から流出する潤滑油の流量が増加し、第２圧縮機構１２への潤滑油移動時間が短くなる。
【０１２３】
また、制御装置６０は、第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂの回転数を、第１圧縮機構１１の第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂの回転数の増加分だけ低下させて運転するように制御する。
【０１２４】
これによって、第２圧縮機構１２の回転数変化による冷凍サイクル装置の圧力変動を最小限に抑制し、加熱能力の過多による効率低下や増エネが防止できる。
【０１２５】
さらに、制御装置６０は、加熱運転中において、第１低段側吐出温度サーミスタ５６、第２低段側吐出温度サーミスタ５７の検知温度の差分（検知温度差）を常時演算するとともに、予め設定された第２の所定の温度差と比較判定している。
【０１２６】
そして、検知温度差が第２の所定の温度差未満の場合には、第１圧縮機構１１と第２圧縮機構１２との間で潤滑油量がバランスしたと判断し、第１圧縮機構１１の第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂの回転数、及び、第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂの回転数を同一回転数に変更し、運転を継続する。
【０１２７】
これによって、第１圧縮機構１１の第１低段側圧縮回転要素１１ａと第１高段側圧縮回転要素１１ｂの回転数、及び、第２圧縮機構１２の第２低段側圧縮回転要素１２ａと第２高段側圧縮回転要素１２ｂの回転数を同一とすることで、第１圧縮機構１１の吐出冷媒流量、第２圧縮機構１２の吐出冷媒流量に対する潤滑油流量の比率が略同等となり、潤滑油量がアンバランスになることが抑制される。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明によれば、複数の圧縮機が同時に運転された時に圧縮機容器内の潤滑油量に偏りが生じた場合において、シンプルな構成で圧縮機容器内の潤滑油切れを防止できる冷凍サイクル装置及びそれを備えた流体加熱装置を提供できるので、給湯、暖房等に適用できる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０  主冷媒回路
１１  第１圧縮機構
１２  第２圧縮機構
１１ａ  第１低段側圧縮回転要素
１１ｂ  第１高段側圧縮回転要素、
１２ａ  第２低段側圧縮回転要素
１２ｂ  第２高段側圧縮回転要素
１３  利用側熱交換器
１４  中間熱交換器
１５  第１膨張装置
１６  熱源側熱交換器
１７  配管
２０  バイパス冷媒回路
２１  第２膨張装置
３０  利用側熱媒体回路
３１  搬送装置
３２ａ  暖房端末
３２ｂ  貯湯タンク
３３  熱媒体配管
３４  第１切替弁
３５  第２切替弁
４１  給湯栓
４２  給湯用熱交換器
４３  給水配管
５１  高圧側圧力検出装置
５２  中間圧側圧力検出装置
５３  熱媒体出口温度サーミスタ
５４  熱媒体入口温度サーミスタ
５６  第１低段側吐出温度サーミスタ
５７  第２低段側吐出温度サーミスタ
６０  制御装置
【図１】
2020204411.tif 000003
【図２】
2020204411.tif 000004
【図３】
2020204411.tif 000005
【図４】
2020204411.tif 000006
【図５】
2020204411.tif 000007