(57)【要約】【課題】冷凍サイクル装置の信頼性を高める。【解決手段】冷凍サイクル装置１００は、第１圧縮機１０１、第２圧縮機１０２、放熱器４、蒸発器６および高圧冷媒経路５０を備えている。第１圧縮機１０１は、第１圧縮機構１および膨張機構５を備えている。第１圧縮機構１と膨張機構５とはシャフト２３で連結されている。第２圧縮機１０２の第２圧縮機構２は、冷媒回路において第１圧縮機構１に対して並列に配置されている。高圧冷媒経路５０は、共通経路５２および連通経路５４を有する。第２圧縮機構２で圧縮された冷媒は、連通経路５４を通じて第１密閉容器１０の内部空間の内部空間に導かれ、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒と合流する。合流した冷媒が共通経路５２を流れ、放熱器４に導かれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧縮機構と、膨張機構と、前記第１圧縮機構と前記膨張機構とを連結しているシャフトと、前記第１圧縮機構、前記膨張機構および前記シャフトを収容するとともに前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒によって内部空間が満たされる第１密閉容器とを有する第１圧縮機と、
冷媒回路において前記第１圧縮機構に対して並列に配置された第２圧縮機構と、前記第２圧縮機構を収容する第２密閉容器とを有する第２圧縮機と、
前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒を前記放熱器に導く経路であって、前記第１密閉容器と前記放熱器とを接続する共通経路と、前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒が前記第１密閉容器の内部空間を経由して前記放熱器へと導かれるように前記第２密閉容器と前記第１密閉容器とを連通する連通経路とを有する高圧冷媒経路と、
を備えた、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
当該冷凍サイクル装置の運転時において、前記連通経路の入口における圧力が出口における圧力よりも高い、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記第２圧縮機は、前記第２密閉容器の内部空間が前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒によって満たされる高圧シェル型であり、
前記連通経路が前記第２密閉容器の内部空間と前記第１密閉容器の内部空間とを連通している、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒の全量を前記連通経路に流して前記放熱器へと導くことが可能である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒が前記連通経路を前記第２密閉容器から前記第１密閉容器へと向う方向にのみ流れる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記第１圧縮機が、前記シャフトを駆動するために前記第１圧縮機構と前記膨張機構との間に配置された第１電動機をさらに有し、
前記第１密閉容器において、前記共通経路の入口が前記第１電動機よりも上側に位置し、前記連通経路の出口が前記第１電動機よりも下側に位置している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記第１圧縮機の前記シャフトの軸方向が鉛直方向に平行であり、
前記連通経路を通じて前記第１密閉容器の内部空間に導かれた冷媒が、前記第１電動機の中または周囲の空間を鉛直方向に進んで前記共通経路の入口に至る、請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記第１圧縮機の前記シャフトの軸方向が鉛直方向に平行であり、
前記第１密閉容器内において、前記第１圧縮機構が前記第１電動機よりも上側、前記膨張機構が前記第１電動機よりも下側に配置されており、
前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒が前記第１電動機の中を通って前記第１電動機の下側の空間に導かれ、その空間において、前記第１圧縮機で圧縮された冷媒と前記と前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒とが合流し、その後、前記第１電動機の周囲の空間を上方向に進んで前記共通経路の入口に至る、請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記第１圧縮機が、前記第１密閉容器の内部空間を前記シャフトの軸方向に沿って前記第１圧縮機構および前記第１電動機が配置されている上側空間と、前記膨張機構が配置されている下側空間とに仕切ることによって、前記第１密閉容器の底部に溜められたオイルの流動を抑制する抑制部材をさらに有し、
鉛直方向に関して、前記連通経路の出口が前記第１電動機と前記抑制部材との間に位置している、請求項５〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記第１圧縮機が、前記第１密閉容器の底部に溜められたオイルを前記第１圧縮機構および前記膨張機構の一方または両方に供給するための、前記第１圧縮機構と前記膨張機構との間に配置されたオイルポンプをさらに有し、
前記シャフトには、前記オイルポンプから吐出されたオイルが前記第１圧縮機構および前記膨張機構の一方または両方に導かれるように軸方向に延びる給油路が形成されている、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記第１圧縮機の前記シャフトの軸方向が鉛直方向に平行であり、
前記第１密閉容器内において、前記第１圧縮機構、前記第１電動機、前記抑制部材、前記オイルポンプおよび前記膨張機構が上からこの順に並んでおり、
前記オイルポンプに吸入されたオイルが前記給油路を通じて前記第１圧縮機構に供給される、請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記第２圧縮機が、前記第２密閉容器内に配置された第２電動機と、前記第２圧縮機構および前記第２電動機が鉛直方向に並ぶように両者を連結している第２シャフトと、前記第２密閉容器の内部空間を鉛直方向に沿って前記第２圧縮機構および前記第２電動機が配置されている上側空間とオイルが溜められた下側空間とに仕切ることによって前記第２密閉容器の底部に溜められたオイルの流動を抑制する第２抑制部材とをさらに有し、
前記第１圧縮機の前記抑制部材が前記第２圧縮機の前記第２抑制部材よりも鉛直方向の上側に位置している、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記高圧冷媒経路が、前記連通経路から分岐して前記共通経路に合流しているバイパス経路をさらに有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記第１密閉容器の底部に形成された第１オイル溜まりと前記第２密閉容器の底部に形成された第２オイル溜まりとを連通する均油管をさらに備えた、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
前記第１圧縮機構および前記第２圧縮機構の型式がスクロール式であり、前記膨張機構の型式がロータリ式である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１６】
前記冷媒が二酸化炭素である、請求項１〜１５のいずれか１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】
近年、冷凍サイクル装置の高効率化を図る手段として、膨張弁に代えて容積式の膨張機を用いた冷凍サイクル装置が提案されている。作動流体（冷媒）が膨張する過程でその圧力エネルギーを膨張機によって動力の形で回収し、その回収した動力を圧縮機の駆動に使用することで消費電力が低減する。そのような冷凍サイクル装置には、圧縮機構、電動機および膨張機構がシャフトで連結された構造の圧縮機（膨張機一体型圧縮機）が用いられる。
【０００３】
そのような圧縮機によると、圧縮機構と膨張機構とがシャフトで連結されているので、膨張機構の入口における冷媒の密度ρeと圧縮機構の入口における冷媒の密度ρcとの比（ρe／ρc）が常に一定となる（密度比一定の制約）。そのため、設計上の理想条件から外れた条件では効率のよい運転を行えない。
【０００４】
この問題を受けて、図１０に示すように、第１圧縮機２３０および第２圧縮機２４０を備えた冷凍サイクル装置が提案されている（特許文献１）。第１圧縮機２３０は、シャフトで互いに連結された第１圧縮機構２１０、電動機２１１および膨張機構２１２を備えている。第２圧縮機２４０は、電動機２２０および第２圧縮機構２２１を備えている。冷媒回路において、第１圧縮機構２１０と第２圧縮機構２２１とが並列に配置されている。この冷凍サイクル装置によると、各圧縮機の回転数を制御することによって密度比一定の制約を回避できるため、ＣＯＰ（coefficient of performance）を常時高く維持できる。
【０００５】
一方、冷凍サイクル装置の高出力化のために、圧縮機を複数台用いた冷凍サイクル装置が知られている。例えば、特許文献２には、図１１に示す冷凍サイクル装置が開示されている。この冷凍サイクル装置では、２台の圧縮機３２０，３３０が並列に配置されている。圧縮機３２０，３３０の内部には、各圧縮機の摺動部分の潤滑およびシールに使用されるオイルが溜められている。圧縮機３２０，３３０のオイル保持量の均衡が崩れると、信頼性および効率の面で問題となるので、圧縮機３２０，３３０のオイル保持量を均衡させる構造が採用されている。
【０００６】
すなわち、圧縮機３２０の吐出側にオイルセパレータ３１１が設けられ、そのオイルセパレータ３１１と圧縮機３２０の吸込管とを接続するオイルバイパス管３１２が設けられている。圧縮機３３０側にも同様のオイルセパレータ３１１とオイルバイパス管３１２が設けられている。また、図１２に示すように、圧縮機３２０，３３０の下部には均油管３５０が設けられており、均油管３５０を通じて圧縮機３２０，３３０同士の間のオイルの流通が可能となっている。
【０００７】
さらに、圧縮機３２０，３３０の２台運転時、均油運転として以下の運転が行われる。
【０００８】
一方の圧縮機３２０の運転周波数をまず一定値だけステップアップし、設定時間ｔａが経過するまでの間、圧力センサ３１５の検出圧力Ｐｄが変化しないように、他方の圧縮機３３０の運転周波数を下げる。設定時間ｔａが経過したら、一方の圧縮機３２０の運転周波数を一定値だけステップダウンし、同じく設定時間ｔａが経過するまでの間、圧力センサ３１５の検出圧力Ｐｄが変化しないように他方の圧縮機３３０の運転周波数を上げる。こうして、再び設定時間ｔａが経過したら、圧縮機３２０，３３０の運転周波数を元に戻す。そして、設定時間ｔｂが経過する毎に、上記ステップアップ、ステップダウンの均油運転を繰り返す。
【０００９】
このように、圧縮機３２０，３３０同士を均油管３５０で接続するとともに、圧縮機３２０，３３０の２台運転時、圧縮機３２０，３３０の運転周波数を交互に上下させることにより、圧縮機３２０，３３０のオイルが均油管３５０を通じて効率よく流通し、双方の圧縮機３２０，３３０のオイル保持量の均衡が保たれる。
【特許文献１】特開２００４−２１２００６号公報
【特許文献２】特開平１−１２７８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
オイル保持量の均衡が崩れる問題は、図１０に示す冷凍サイクル装置にもある。しかし、第１圧縮機２３０と第２圧縮機２４０とを連通する均油管を設けたとしても、十分な均油効果が得られるとは限らない。なぜなら、第１圧縮機２３０の内部圧力と第２圧縮機２４０の内部圧力とが常に一致するとは限らず、その場合には、内部圧力の差がオイルレベルに影響を及ぼすからである。
【００１１】
上述した均油運転を図１０の冷凍サイクル装置に適用することも考えられるが、それも難しい。なぜなら、第１圧縮機２３０には圧縮機構２１０だけでなく膨張機構２１２が設けられており、第１圧縮機２３０でのオイル利用量と第２圧縮機２４０でのオイル利用量とが一致するとは限らないからである。また、運転周波数の上げ下げを伴う均油運転と、ＣＯＰが最大になるように第１圧縮機２３０および第２圧縮機２４０の運転周波数を制御する高効率運転との両立が困難という問題もある。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、効率を犠牲にすることなく、互いに異なる構造の第１圧縮機と第２圧縮機とを備えた冷凍サイクル装置の信頼性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明は、
第１圧縮機構と、膨張機構と、前記第１圧縮機構と前記膨張機構とを連結しているシャフトと、前記第１圧縮機構、前記膨張機構および前記シャフトを収容するとともに前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒によって内部空間が満たされる第１密閉容器とを有する第１圧縮機と、
冷媒回路において前記第１圧縮機構に対して並列に配置された第２圧縮機構と、前記第２圧縮機構を収容する第２密閉容器とを有する第２圧縮機と、
前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒を前記放熱器に導く経路であって、前記第１密閉容器と前記放熱器とを接続する共通経路と、前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒が前記第１密閉容器の内部空間を経由して前記放熱器へと導かれるように前記第２密閉容器と前記第１密閉容器とを連通する連通経路とを有する高圧冷媒経路と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
第１圧縮機構および第２圧縮機構で冷媒に混ざったオイルは、圧縮冷媒とともに第１密閉容器や第２密閉容器の内部空間に吐出され、それら内部空間において冷媒から分離される。分離されたオイルは、第１密閉容器や第２密閉容器の底部のオイル溜りに戻る。一方、膨張機構で冷媒に混ざったオイルは、冷媒とともに冷媒回路にそのまま流出する。つまり、第１圧縮機（膨張機一体型圧縮機）および第２圧縮機を備えた冷凍サイクル装置では、通常、第１圧縮機から冷媒回路に流出するオイルの量が、第２圧縮機から冷媒回路に流出するオイルの量よりも多い。したがって、第１圧縮機のオイル保持量が次第に減少し、第２圧縮機のオイル保持量が次第に増大する。
【００１５】
上記本発明の冷凍サイクル装置によれば、第２圧縮機構で圧縮された冷媒が連通経路を通じて第１密閉容器に導かれ、第１密閉容器の内部空間を経由して放熱器へと流れる。つまり、第２圧縮機構で圧縮された冷媒を放熱器に導くための主要な経路（流量が最も多い経路）が第１密閉容器の内部空間で形成されている。第１圧縮機構で圧縮された冷媒も第１密閉容器の内部空間を経由して放熱器へと流れる。第１密閉容器では、第１圧縮機構で圧縮された冷媒と第２圧縮機構で圧縮された冷媒との両方からオイルが分離されうる。これにより、第１圧縮機のオイル保持量の減少および第２圧縮機のオイル保持量の増加が防止される。オイル不足による第１圧縮機での潤滑不良やオイル過多による第２圧縮機での負荷増大を防止でき、高効率で信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１００は、第１圧縮機１０１（膨張機一体型圧縮機）、第２圧縮機１０２、放熱器４、蒸発器６、およびこれらの機器を相互に接続して冷媒回路を形成している複数の配管３ａ〜３ｄを備えている。冷媒回路において、第１圧縮機構１と第２圧縮機構２とは、互いに並列に配置されている。冷媒回路には、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボン等の冷媒が充填されている。
【００１７】
第１圧縮機１０１は、冷媒を圧縮する第１圧縮機構１、冷媒を膨張させる膨張機構５、第１圧縮機構１と膨張機構５とを連結しているシャフト２３、シャフト２３を駆動する第１電動機１１、第１圧縮機構１にオイルを供給するオイルポンプ１５、およびこれらを収容している第１密閉容器９を備えている。第１密閉容器９には、第１吸入管７、第１吐出管１９、膨張側吸入管２１、膨張側吐出管２２および導入管４９が取り付けられている。第１密閉容器９の底部には第１オイル溜り１３が形成されている。
【００１８】
第２圧縮機１０２は、冷媒を圧縮する第２圧縮機構２、第２圧縮機構２に接続されたシャフト２４、シャフト２４を駆動する第２電動機１２、第２圧縮機構２にオイルを供給するオイルポンプ１６、およびこれらを収容している第２密閉容器１０を備えている。第２密閉容器１０には、第２吸入管８および第２吐出管２０が取り付けられている。第２密閉容器１０の底部には第２オイル溜り１４が形成されている。
【００１９】
第１吐出管１９は、第１配管３ａを介して放熱器４に接続されている。放熱器４は、第２配管３ｂを介して膨張側吸入管２１に接続されている。膨張側吐出管２２は、第３配管３ｃを介して蒸発器６に接続されている。蒸発器６は、第４配管３ｄを介して第１吸入管７および第２吸入管８に接続されている。第４配管３ｄは、蒸発器６に接続されている側とは反対側の端部が二股に分かれており、分かれた部分が第１吸入管７および第２吸入管８のそれぞれに接続されている。
【００２０】
冷凍サイクル装置１００は、さらに、第２圧縮機１０２の第２吐出管２０と第１圧縮機１０１の導入管４９とを接続している連通管４８を備えている。第２圧縮機構２で圧縮された冷媒は、第２密閉容器１０の内部空間、第２吐出管２０、連通管４８、導入管４９、第１密閉容器９の内部空間、第１吐出管１９および第１配管３ａを放熱器４に向かってこの順に流れる。このように、冷凍サイクル装置１００は、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒および第２圧縮機構２で圧縮された冷媒を放熱器４に導く高圧冷媒経路５０を備えており、その高圧冷媒経路５０が、第１密閉容器９と放熱器４とを接続する共通経路５２と、第２圧縮機構２で圧縮された冷媒が第１密閉容器９の内部空間を経由して放熱器４へと導かれるように第２密閉容器１０と第１密閉容器９とを連通する連通経路５４とを有している。詳細には、共通経路５２が第１吐出管１９および第１配管３ａで形成され、連通経路５４が第２吐出管２０、連通管４８および導入管４９で形成されている。
【００２１】
第２圧縮機構２で圧縮された冷媒とともに第１密閉容器９に流入したオイルは、第１密閉容器９の内部空間において冷媒から分離されうる。第１圧縮機１０１は、第１圧縮機構１に加えて膨張機構５を備えているので、第１圧縮機１０１におけるオイルの利用量は第２圧縮機１０２におけるそれよりも多いが、第１圧縮機１０１に戻されるオイルの量も多いので、第１圧縮機１０１および第２圧縮機１０２のオイル保持量の均衡は保たれる。したがって、第１圧縮機１０１でのオイル不足や第２圧縮機１０２でのオイル過多の発生を防止できる。
【００２２】
第１圧縮機構１で圧縮された冷媒および第２圧縮機構２で圧縮された冷媒は、第１密閉容器９の内部空間で合流する。圧縮冷媒は、第１吐出管１９および第１配管３ａを流れ、放熱器４で放熱した後、膨張機構５に導かれる。膨張機構５において冷媒は膨張し、膨張機構５は膨張する冷媒から動力を回収する。その後、冷媒は蒸発器６で吸熱し、第４配管３ｄを通じて第１圧縮機構１および第２圧縮機構２のそれぞれに導かれる。
【００２３】
冷凍サイクル装置１００の運転時において、連通経路５４の入口における圧力は連通経路５４の出口における圧力よりも高い。詳細には、第２吐出管２０における冷媒の圧力が導入管４９における冷媒の圧力よりも高い。なぜなら、第２圧縮機構２で圧縮された冷媒が連通経路５４を第２密閉容器１０から第１密閉容器９へと向う方向に流れるからである。入口と出口の間の圧力差は連通経路５４における圧力損失に等しい。
【００２４】
冷凍サイクル装置１００の運転時において、第１密閉容器９の内部空間は、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒および第２圧縮機構２で圧縮された冷媒によって満たされる。第２密閉容器１０の内部空間も第２圧縮機構２で圧縮された冷媒によって満たされる。つまり、第１圧縮機１０１および第２圧縮機１０２は、いわゆる高圧シェル型である。高圧シェル型によると、電動機の熱を冷媒に加えることによるＣＯＰの改善効果がある。また、第１圧縮機１０１および第２圧縮機１０２が高圧シェル型なので、連通経路５４によって第２密閉容器１０の内部空間と第１密閉容器９の内部空間とを連通するだけで、第２圧縮機構２で圧縮された冷媒を第１密閉容器９の内部空間に導ける。ただし、第２圧縮機構２から第１密閉容器９の内部空間に圧縮冷媒が直接流入する構成も考えられる。
【００２５】
また、本実施形態では、第２圧縮機構２で圧縮された冷媒の全量を連通経路５４に流して放熱器４へと導くことが可能である。第２圧縮機構２で圧縮された冷媒の全量が第１密閉容器９に流入することは、第２密閉容器１０の内部空間において冷媒から分離されなかったオイルの全部が第１密閉容器９の内部空間に流入することを意味する。したがって、第２圧縮機１０２から第１圧縮機１０１に適量のオイルが移動しうる。
【００２６】
第２密閉容器１０には、第２吐出管２０以外に圧縮冷媒の出口が設けられていない。そのため、第２圧縮機構２で圧縮された冷媒が連通経路５４を第２密閉容器１０から第１密閉容器９へと向う方向にのみ流れる。これにより、第１圧縮機１０１から第２圧縮機１０２へのオイルの移動を防げる。なお、連通経路５４に逆流防止用の弁が設けられていてもよい。
【００２７】
共通経路５２の流路面積と連通経路５４の流路面積とは等しくてもよいし異なっていてもよい。例えば、第２吐出管２０、連通管４８、導入管４９、第１吐出管１９および配管３ａ〜３ｄに同じ冷媒管を使用すれば、コストを節約できる。
【００２８】
<<第１圧縮機>>
次に、図２を参照して、第１圧縮機１０１について詳細に説明する。
【００２９】
第１密閉容器９は、上端部および下端部が塞がれた円筒状の形状を有している。第１密閉容器９の底部には、オイルが溜まることにより第１オイル溜り１３が形成されている。第１密閉容器９の第１オイル溜り１３よりも上側の内部空間は、圧縮冷媒で満たされている。膨張機構５は、第１密閉容器９内の下側位置に配置されていて第１オイル溜り１３中に浸されている。第１圧縮機構１は、第１密閉容器９内の上側位置に配置されている。第１シャフト２３の軸方向は鉛直方向に平行である。第１密閉容器９内において、第１圧縮機構１、第１電動機１１、第１抑制板（第１抑制部材）１７、第１オイルポンプ１５、断熱部材３７および膨張機構５が上からこの順で並んでいる。
【００３０】
第１シャフト２３の内部には、第１オイル溜り１３よりも上側に延びて、第１オイルポンプ１５からのオイルを第１圧縮機構１に導く第１オイル供給路２３ｃが形成されている。より詳しくは、第１シャフト２３は、上側シャフト２３ａと下側シャフト２３ｂで構成されており、これらのシャフト２３ａ，２３ｂは第１抑制板１７よりも少し下側位置で連結部材２６によって互いに連結されている。そして、第１オイル供給路２３ｃは、上側シャフト２３ａを軸方向に貫通するとともに下側シャフト２３ｂの上端面から下方に延び、下側シャフト２３ｂの側面に開口している。また、下側シャフト２３ｂの内部には、当該下部シャフト２３ｂの下端面から膨張機構５の各摺動部分にオイルを導く膨張機構側オイル供給路２３ｅが形成されている。
【００３１】
第１圧縮機構１は、第１密閉容器９の内周面に溶接等により固定されている。本実施形態では、第１圧縮機構１はスクロール式のものである。ただし、第１圧縮機構１の形式等に限定はなく、例えばロータリ式圧縮機を用いることも可能である。
【００３２】
より詳しくは、第１圧縮機構１は、固定スクロール５１と、固定スクロール５１と軸方向に対向する可動スクロール５２と、上側シャフト２３ａの上部を支持する軸受部材５３とを備えている。固定スクロール５１および可動スクロール５２は、それぞれ、互いに噛み合う渦巻形状（例えばインボリュート形状）のラップ５１ａ，５２ａを有する。ラップ５１ａとラップ５２ａの間に、渦巻状の圧縮室５８が形成されている。固定スクロール５１の中央部には、リード弁６４により開閉される吐出孔５１ｂが設けられている。可動スクロール５２の下側には、可動スクロール５２の回転を防止するオルダムリング６０が配置されている。上側シャフト２３ａの上端部には偏心部が形成されており、この偏心部に可動スクロール５２が嵌合している。可動スクロール５２は、上側シャフト２３ａの軸心から偏心した状態で旋回する。可動スクロール５２には、第１オイル供給路２３ｃから供給されたオイルを各摺動部分に導くオイル分配路５２ｂが設けられている。
【００３３】
固定スクロール５１の上側には、カバー６２が設けられている。固定スクロール５１および軸受部材５３には、カバー６２で覆われる位置に、これらを上下に貫通する流路６１が形成されている。また、固定スクロール５１および軸受部材５３には、カバー６２の外側の位置に、これらを上下に貫通する流路６３が形成されている。圧縮室５８で圧縮された冷媒は、吐出孔５１ｂからカバー６２で囲まれた空間に吐出された後、流路６１を通じて第１圧縮機構１の下側に吐出され、さらに、流路６３を通じて第１圧縮機構１の上側に導かれる。
【００３４】
第１吸入管７は、第１密閉容器９の側部を貫通し、固定スクロール５１に接続されている。これにより、第１吸入管７は第１圧縮機構１の吸入側に接続されている。第１吐出管１９は、第１密閉容器９の上部を貫通しており、第１吐出管１９の下端は、第１密閉容器９内の第１圧縮機構１の上側の空間に開口している。
【００３５】
第１電動機１１は、上側シャフト２３ａの中途部に固定された回転子１１ａと、回転子１１ａの外周側に配置された固定子１１ｂとから構成されている。固定子１１ｂは、第１密閉容器９の内周面に固定されている。固定子１１ｂは、モータ配線６５を介して端子６６に接続されている。回転子１１ａと固定子１１ｂとの間には、冷媒が流通可能な空間Ｇが形成されている。固定子１１ｂと第１密閉容器９との間にも冷媒が流通可能な空間Ｈが形成されている。この第１電動機１１によって上側シャフト２３ａが回転させられることにより、第１圧縮機構１が駆動される。
【００３６】
第１抑制板１７は、第１オイル溜り１３よりも少し上側位置（運転停止時）に配置されており、第１密閉容器９の内部空間をシャフト２３の軸方向に沿って第１圧縮機構１および第１電動機１１が配置されている上側空間と、膨張機構５が配置されている下側空間とに仕切っている。本実施形態では、第１抑制板１７は、第１密閉容器９の内径と略同一の直径を有する円盤状の形状を有しており、その周縁部が第１密閉容器９の内周面に溶接等で固定されている。第１抑制板１７によって、第１密閉容器９の底部に溜められたオイルの流動が抑制されている。
【００３７】
第１抑制板１７の周縁部には、複数の貫通穴１７ａが設けられており、これらの貫通穴１７ａによって上側空間から下側空間へとオイルを流下させるオイル戻り路が構成されている。第１抑制板１７の中心には、貫通穴１７ｂが設けられている。第１抑制板１７の下面には、貫通穴１７ｂに嵌め込まれるようにして、上側シャフト２３ａの下部を支持する軸受部材４２が取り付けられている。第１抑制板１７を介してオイルポンプ１５、断熱部材３７、および膨張機構５等が第１密閉容器９に固定されている。ただし、断熱部材３７や膨張機構５が第１密閉容器９に直接的に固定されていてもよい。
【００３８】
軸受部材４２には、連結部材２６を収容する収容室４３が設けられている。さらに、軸受部材４２の下側には、所定の断面形状で鉛直方向に延び、その中心を下側シャフト２３ｂが貫通する中間部材４１が配置されており、この中間部材４１によって収容室４３が閉塞されている。
【００３９】
第１オイルポンプ１５は、中間部材４１と断熱部材３７とに挟まれている。本実施形態では、第１オイルポンプ１５はロータリ式のものである。ただし、第１オイルポンプ１５の形式等に限定はなく、例えばトロコイド型のギア式ポンプを用いることも可能である。
【００４０】
具体的に、第１オイルポンプ１５は、下側シャフト２３ｂに形成された偏心部に嵌合して偏心運動するピストン４０と、このピストン４０を収容するハウジング（シリンダ）３９とを有している。ピストン４０とハウジング３９との間には三日月状の作動室１５ｂが形成されている。作動室１５ｂは、上側から中間部材４１で閉塞され、下側から断熱部材３７で閉塞されている。ハウジング３９には、第１オイル溜り１３と作動室１５ｂとを連通する第１オイル吸入口１５ａが形成されている。中間部材４１には、オイルポンプ１５から吐出されたオイルを第１オイル供給路２３ｃの入口に導く案内路４１ａが形成されている。このため、第１シャフト２３が回転すると、第１オイル溜り１３のオイルは、第１オイルポンプ１５によって第１オイル吸入口１５ａから吸い込まれた後に案内路４１ａに吐出されて、案内路４１ａおよび第１オイル供給路２３ｃを通じて第１圧縮機構１に供給される。
【００４１】
断熱部材３７は、第１オイル溜り１３を上層部１３ａと下層部１３ｂとに仕切るとともに上層部１３ａと下層部１３ｂとの間でのオイルの流通を規制するものである。本実施形態では、断熱部材３７は、第１密閉容器９の内径よりも僅かに小さな直径を有する円盤状をなしており、断熱部材３７と第１密閉容器９の内周面との間に形成された隙間を通じてオイルの流通が僅かに許容されている。断熱部材３７の中心を下側シャフト２３ｂが貫通している。
【００４２】
膨張機構５は、断熱部材３７の下側に、スペーサ３８を隔てて設置されている。このスペーサ３８は、断熱部材３７と膨張機構５との間に下層部１３ｂのオイルで満たされる空間を形成する。スペーサ３８によって確保された空間を満たすオイルは、それ自体が断熱材として働き、軸方向に温度成層を形成する。
【００４３】
本実施形態では、膨張機構５は２段ロータリ式のものである。ただし、膨張機構５の形式等に限定はなく、例えば、単段のロータリ式膨張機、スクロール式膨張機等の他形式の容積式膨張機を用いることも可能である。
【００４４】
より詳しくは、膨張機構５は、閉塞部材３６、下軸受部材２７、第１膨張部２８ａ、中板３０、第２膨張部２８ｂ、および上軸受部材２９を備えており、これらは下から上に向ってこの順に配置されている。第２膨張部２８ｂの厚みは、第１膨張部２８ａよりも大きい。本実施形態では、膨張側吸入管２１および膨張側吐出管２２が第１密閉容器９の側部を貫通して上軸受部材２９に直接接続されている。
【００４５】
図３Ａに示すように、第１膨張部２８ａは、下側シャフト２３ｂに形成された偏心部に嵌合するリング状のピストン３２ａと、このピストン３２ａを収容するシリンダ３１ａとを備えている。シリンダ３１ａの内周面とピストン３２ａの外周面との間には、第１流体室３３ａが形成されている。シリンダ３１ａには、径方向外側向きに延びるベーン溝３４ｃが形成され、このベーン溝３４ｃにはベーン３４ａが摺動可能に配置されている。シリンダ３１ａのベーン３４ａの背面側（径方向外側）には、ベーン溝３４ｃと連通し、径方向外側向きに延びる背面室３４ｈが形成されている。背面室３４ｈ内には、ベーン３４ａをピストン３２ａに向かって付勢するばね３５ａが設けられている。ベーン３４ａは、第１流体室３３ａを高圧側流体室ＶＨ１と低圧側流体室ＶＬ１とに仕切っている。
【００４６】
図３Ｂに示すように、第２膨張部２８ｂは、下側シャフト２３ｂに形成された偏心部に嵌合するリング状のピストン３２ｂと、このピストン３２ｂを収容するシリンダ３１ｂとを備えている。シリンダ３１ｂの内周面とピストン３２ｂの外周面との間には、第２流体室３３ｂが形成されている。シリンダ３１ｂにも、径方向外側向きに延びるベーン溝３４ｄが形成され、このベーン溝３４ｄにはベーン３４ｂが摺動可能に配置されている。シリンダ３１ｂのベーン３４ｂの背面側には、ベーン溝３４ｄと連通し、径方向外側向きに延びる背面室３４ｉが形成されている。背面室３４ｉ内には、ベーン３４ｂをピストン３２ｂに向かって付勢するばね３５ｂが設けられている。ベーン３４ｂは、第２流体室３３ｂを高圧側流体室ＶＨ２と低圧側流体室ＶＬ２とに仕切っている。
【００４７】
図２に示すように、下軸受部材２７は、下側シャフト２３ｂを支持するとともに、第１流体室３３ａを下側から閉塞している。この下軸受部材２７の下面には、冷媒導入路３１ｃを通じて膨張側吸入管２１と連通する膨張前流体室２７ｂが設けられており、この膨張前流体室２７ｂが閉塞部材３６で閉塞されている。また、下軸受部材２７には、膨張前流体室２７ｂから第１膨張部２８ａの高圧側流体室ＶＨ１に冷媒を流入させる吸入ポート２７ａが設けられている。
【００４８】
中板３０は、第１流体室３３ａ（図３Ａ）を上側から閉塞し、第２流体室３３ｂ（図３Ａ）を下側から閉塞している。また、中板３０には、第１膨張部２８ａの低圧側流体室ＶＬ１と第２膨張部２８ｂの高圧側流体室ＶＨ２とを連通して膨張室を構成する連通路３０ａが形成されている。
【００４９】
上軸受部材２９は、下側シャフト２３ｂを支持するとともに、第２流体室３３ｂを上側から閉塞している。また、上軸受部材２９には、第２膨張部２８ｂの低圧側流体室ＶＬ２から膨張側吐出管２２に冷媒を導出させる吐出ポート２９ａが設けられている。
【００５０】
第１オイル溜り１３の上層部１３ａのオイルは、第１オイルポンプ１５によって第１オイル供給路２３ｃを通じて第１圧縮機構１に供給される。さらに、第１圧縮機構１へ供給されたオイルは、部品間のシールおよび潤滑に使用される。オイルの一部は冷媒と共に流路６１を通じて第１密閉容器９の内部空間に吐出され、残部は軸受部材５３および上側シャフト２３ａを潤滑しながら回転子１１ａの上端に流れ落ちる。第１圧縮機構１の下側に吐出されたオイルおよび圧縮冷媒は、第１電動機１１の中の空間Ｇを下に進み、第１電動機１１の下端を回りこんで第１電動機１１と第１密閉容器９との隙間Ｈを上に進む。この過程において、重力および遠心力により冷媒とオイルとが分離される。冷媒から分離されたオイルは、第１抑制板１７の貫通穴１７ａを通って、第１オイル溜り１３へと戻る。
【００５１】
膨張機構５へのオイルの供給は、下側シャフト２３ｂ内に設けられた膨張機構側オイル供給路２３ｅを通じて行なわれる。膨張機構５へ供給されたオイルは、部品間のシールおよび潤滑に使用される。このとき、オイルの一部はピストン３２ａ，３２ｂおよびベーン３４ａ，３４ｂの周囲の隙間を通って、第１流体室３３ａおよび第２流体室３３ｂ内に流入する。流入したオイルは、膨張側吐出管２２から第３配管３ｃに吐出される。
【００５２】
<<第２圧縮機>>
次に、図４を参照して、第２圧縮機１０２について詳細に説明する。
【００５３】
第２密閉容器１０は、上端部および下端部が塞がれた円筒状の形状を有している。本実施形態では、第２密閉容器１０の内径は、第１密閉容器９の内径と同じになっている。第２密閉容器１０の底部には、オイルが溜まることにより第２オイル溜り１４が形成されている。第２密閉容器１０の第２オイル溜り１４よりも上側の内部空間は、第２圧縮機構２から吐出された冷媒で満たされている。第２密閉容器１０内には、第２圧縮機構２、第２電動機１２、第２抑制板（第２抑制部材）１８、および第２オイルポンプ１６が上から下に向かってこの順に配置されている。
【００５４】
第２シャフト２４は、第２圧縮機構２および第２電動機１２が鉛直方向に並ぶように両者を連結している。また、第２シャフト２４は、第２圧縮機構２と第２オイルポンプ１６とに跨って鉛直方向に延びている。第２シャフト２４の内部には、当該第２シャフト２４を軸方向に貫通して、第２オイルポンプ１６からのオイルを第２圧縮機構２に導く第２オイル供給路２４ａが形成されている。
【００５５】
本実施形態では、第２圧縮機構２として、第１圧縮機構１と同じスクロール式の圧縮機構が用いられている。そこで、第２圧縮機構２の構成に関しては、第１圧縮機構１と同部材には同一符号を付し、その説明を省略する。また、第２電動機１２も第１電動機１１と同じものであり、第２電動機１２の回転子１２ａおよび固定子１２ｂが、それぞれ、第１電動機１１の回転子１１ａおよび固定子１１ｂに対応する。
【００５６】
第２抑制板１８は、第２オイル溜り１４よりも少し上側位置（運転停止時）に配置されており、第２密閉容器１０の内部空間を鉛直方向に沿って第２圧縮機構２および第２電動機１２が配置されている上側空間とオイルが溜められた下側空間とに仕切っている。第２抑制板１８は、第２密閉容器１０の内径と略同一の直径を有する円盤状の形状を有しており、その周縁部が第２密閉容器１０の内周面に溶接等で固定されている。第２抑制板１８によって、第２密閉容器１０の底部に溜められたオイルの流動が抑制されている。
【００５７】
第２抑制板１８の周縁部には、複数の貫通穴１８ａが設けられており、これらの貫通穴１８ａによってオイル戻り路が構成されている。第２抑制板１８の中心には、貫通穴１８ｂが設けられている。第２抑制板１８の下面には、貫通穴１８ｂに嵌め込まれるようにして、第２シャフト２４の下部を支持する軸受部材４４が取り付けられている。
【００５８】
第２オイルポンプ１６は、オイルギアポンプ４５とオイル経路板４６とで構成されている。オイルギアポンプ４５は、軸受部材４４の下面に設けられた凹部４４ａ内に配置され、第２シャフト２４の下端部に取り付けられている。オイル経路板４６は、軸受部材４４に凹部４４ａを塞ぐように取り付けられている。オイル経路板４６には、当該オイル経路板４６を貫通してオイルギアポンプ４５の作動室にオイルを導入させる吸入路４６ａと、オイルギアポンプ４５の作動室から第２オイル供給路２４ａにオイルを導く吐出路４６ｂとが形成されている。
【００５９】
オイル経路板４６の下側には、ロート状のオイルストレーナ４７が配置されており、オイルストレーナ４７の入口によって第２オイル吸入口１６ａが構成されている。なお、オイルストレーナ４７は省略可能である。この場合、オイル経路板４６の吸入路４６ａの下端が第２オイル吸入口１６ａを構成することになる。また、第２オイルポンプ１６の形式等はなんら限定されるものではなく、例えば第１オイルポンプ１５と同様のロータリ式ポンプを用いることも可能である。
【００６０】
第２シャフト２４が回転すると、第２オイル溜り１４のオイルは、第２オイルポンプ１６によって第２オイル吸入口１６ａから吸い込まれた後に第２オイル供給路２４ａに吐出されて、第２オイル供給路２４ａを通じて第２圧縮機構２に供給される。第２圧縮機構２へ供給されたオイルは、その後、第１圧縮機構１に関して説明したのと同じ経路を辿り、第２オイル溜り１４に戻る。一部のオイルは、圧縮冷媒とともに第２吐出管２０から第２密閉容器１０の外部に吐出され、第１密閉容器９に導かれる。
【００６１】
図１に示すように、第１密閉容器９において、第１吐出管１９（共通経路５２）の入口が第１電動機１１よりも上側に位置しており、導入管４９（連通経路５４）の出口が第１電動機１１よりも下側に位置している。このような位置関係によると、導入管４９を通じて第１密閉容器９の内部空間に導かれた冷媒は、重力に逆らう形で共通経路５２に向って流れる。そのため、オイルを冷媒から分離する作用が効果的に働き、第１吐出管１９を通じて第１密閉容器９の外部に流出するオイルの量が少なくなる。
【００６２】
具体的に、図２に示すように、導入管４９（連通経路５４）を通じて第１密閉容器９の内部空間に導かれた冷媒は、第１電動機１１の周囲の空間Ｈおよび流路６３を鉛直方向に進んで第１吐出管１９（共通経路５２）の入口に至る。つまり、第１電動機１１の周囲の空間Ｈおよび流路６３によって、導入管４９の出口から第１吐出管１９の入口への流路が形成されている。
【００６３】
詳細には、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒が第１電動機１１の中を通って第１電動機１１の下側の空間に導かれ、その空間において、第２圧縮機構２で圧縮された冷媒と第１圧縮機構１で圧縮された冷媒とが合流し、その後、第１電動機１１の周囲の空間Ｈおよび流路６３を上方向に進んで第１吐出管１９（共通経路５２）の入口に至る。このような流れを第１密閉容器９内に形成することで、第１密閉容器９の内部空間で冷媒とオイルとを十分に分離できる。
【００６４】
導入管４９を通じて第１密閉容器９に導かれた冷媒の圧力は、圧力損失の影響により、圧縮直後の圧力よりも少し低い。同様に、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒の圧力も第１電動機１１の下側へと進む過程で少し落ちる。第１電動機１１の下側に達する頃には、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒の圧力は、導入管４９を通じて第１密閉容器９に導かれた冷媒の圧力に近づいている。冷媒間の圧力差が小さいので、導入管４９から第１密閉容器９内にスムーズに冷媒を導入できる。
【００６５】
本実施形態では、第１圧縮機構１と第１電動機１１との間に、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒を第１電動機１１の中（空間Ｇ）に導く隔壁６７が設けられている。隔壁６７は、筒の形状を有しており、第１圧縮機構１の軸受部材５３の下面から下方に延びて第１電動機１１の固定子１１ｂの上端に達している。流路６１は、その隔壁６７によって囲まれた空間に開口している。これにより、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒をスムーズに第１電動機１１の中に導ける。
【００６６】
本実施形態では、鉛直方向に関して、導入管４９（連通経路）の出口が第１電動機１１と第１抑制板１７（抑制部材）との間に位置している。このような配置によると、導入管４９を第１密閉容器９に接続する作業が容易であるとともに、導入管４９を設けるためのスペースにも余裕がある。また、導入管４９の出口が第１抑制板１７よりも上側に位置しているので、導入管４９を通じて第１密閉容器９に導かれた冷媒によって第１オイル溜り１３のオイルが撹拌されるのを防止できる。つまり、冷媒にオイルが混ざるのを防止できる。
【００６７】
ただし、第１圧縮機１０２からの圧縮冷媒を第１密閉容器９にスムーズに導入できる限りにおいて、導入管４９の位置は限定されない。例えば、図７に示すように、第１圧縮機構１の吐出孔５１ｂの近傍に導入管４９の出口が位置していてもよい。図７の例によると、カバー６２で囲まれた空間に導入管４９の出口が位置している。カバー６２で囲まれた空間には、第１圧縮機構１の吐出孔５１ｂが開口しているので、この空間において第１圧縮機構１で圧縮された冷媒と第２圧縮機構２で圧縮された冷媒とが合流する。当該合流後、圧縮冷媒は、流路６１、空間Ｇ、空間Ｈおよび流路６３をこの順番で流れて第１吐出管１９に達する。したがって、導入管４９からの圧縮冷媒が第１密閉容器９の中で長い距離移動する。その結果、冷媒からオイルをより確実に分離できる。同様の効果を得る目的で、隔壁６７で囲まれた空間に導入管４９の出口が位置していてもよい。
【００６８】
本実施形態によると、第１圧縮機１０１には、第１密閉容器９の底部に溜められたオイルを第１圧縮機構１に供給するためのオイルポンプ１５が第１圧縮機構１と膨張機構５との間に設けられている。第１シャフト２３には、オイルポンプ１５から吐出されたオイルが第１圧縮機構１に導かれるように軸方向に延びる給油路２３ｃが形成されている。そのため、導入管４９を通じて第１密閉容器９に流入した比較的高温のオイルが、オイルポンプ１５によって優先的に第１圧縮機構１に供給される。このことは、第１圧縮機構１に低温のオイルが供給されることによって圧縮冷媒の温度が下がるのを防ぐ観点で好ましい。
【００６９】
より詳細に、第１シャフト２３の軸方向が鉛直方向に平行であり、第１密閉容器９内において第１圧縮機構１が上側、膨張機構５が下側に配置されている。オイルポンプ１５が、第１抑制板１７と膨張機構５との間に配置されており、オイルポンプ１５から吐出されたオイルがシャフト２３の給油路２３ｃを通じて第１圧縮機構１に供給される。なお、オイルポンプ１５を用いて膨張機構５への給油を行なってもよい。
【００７０】
次に、冷凍サイクル装置１００の運転時におけるオイルの流れと、第１オイル溜り１３および第２オイル溜り１４のオイルレベルの変動との関係を説明する。図５は、冷凍サイクル装置の運転時におけるオイルの流れを矢印で示している。図６は、冷媒回路の所定箇所におけるオイルの質量流量の時間変化を示している。
【００７１】
図５に示すように、第１吸入管７を経て第１圧縮機１０１に戻るオイルの質量流量をＦｓ１、第２吸入管８を経て第２圧縮機１０２に戻るオイルの質量流量をＦｓ２、第２圧縮機構２で圧縮された冷媒とともに連通経路５４を流れるオイルの質量流量をＦｄ２、共通経路５２を通じて膨張機構５に導かれるオイルの質量流量をＦｄ１とする。また、第１オイル溜り１３から膨張機構５内に入り込み、冷媒に混ざるオイルの質量流量をＦexpとする。膨張側吐出管２２から吐出されるオイル質量流量をＦLowとすると、ＦLow＝Ｆｄ１+Ｆexpの関係が成立する。第１圧縮機１０１の回転数と第２圧縮機１０２の回転数とが等しく、かつ第１圧縮機１０１の吸入容積と第２圧縮機１０２の吸入容積とが等しい場合には、Ｆｓ１＝Ｆｓ２＝ＦLow／２の関係も成立する。
【００７２】
次に、運転開始後の過渡状態からオイルレベルが安定する定常状態に至るまでのオイルの流量の変化を説明する。図６では、第１密閉容器９から流出するオイルの質量流量Ｆｄ１よりも、膨張機構５で冷媒に混ざるオイルの質量流量Ｆexpが大きい場合の例が示されている。ただし、Ｆｄ１とＦexpの大小関係は、図６の例とは逆になることもある。
【００７３】
運転開始時（ｔ＝０）において、第２密閉容器１０に流入するオイルの質量流量Ｆｓ２（＝（Ｆｄ１+Ｆexp）／２）は、連通経路５４を流れるオイルの質量流量Ｆｄ２よりも多い。そのため、それらの差分（Ｆｓ２−Ｆｄ２）が第２密閉容器１０の内部に残る。その後、時間が経過すると、第２オイル溜り１４のオイルレベルＳ２は上昇する。オイルレベルＳ２の上昇に伴って、オイルレベルＳ２と第２電動機１２の下端との間の空間ｖ２が狭くなる。空間ｖ２が狭くなると、当該空間ｖ２で冷媒とオイルとが分離されにくくなるので、冷媒とともに第２密閉容器１０から出て行くオイルの質量流量Ｆｄ２が増加する。
【００７４】
一方、第１密閉容器９では、冷媒とともに第１密閉容器９から出て行くオイル（質量流量Ｆｄ１）に加え、膨張機構５で冷媒に混ざるオイル（質量流量Ｆexp）が存在する。そのため、運転開始から暫くの間、オイルレベルＳ１が低下する傾向を示す。しかし、連通経路５４を通じて第１密閉容器９に流入するオイルの質量流量Ｆｄ２が時間と共に増加するため、オイルレベルＳ１の下降速度は徐々に鈍くなる。なお、膨張機構５で冷媒に混ざるオイルの質量流量Ｆexpは、膨張機構５の回転数（＝第１圧縮機構１の回転数）に依存するので、膨張機構５の回転数が一定であれば質量流量Ｆexpも一定である。厳密には、質量流量Ｆexpは冷凍サイクルの高低圧差にも依存する。冷凍サイクルの高低圧差が大きくなるにつれて質量流量Ｆexpも増える。例えば、冷凍サイクル装置１００の起動時には、高低圧差が徐々に大きくなるので質量流量Ｆexpも徐々に増える。サイクルが安定すれば、質量流量Ｆexpは一定となる。
【００７５】
さらに時間が経過すると、第２密閉容器１０に流入するオイルの質量流量Ｆｓ２と、第２密閉容器１０から流出するオイルの質量流量Ｆｄ２が等しくなる（時間ｔ１）。その結果、第２オイル溜り１４のオイルレベルＳ２の上昇が停止する。その後は定常状態が保たれ、安定したオイルレベルを維持しながら運転が継続される。また、この定常状態を第１密閉容器９の視点から見ると、Ｆｓ１＋Ｆｄ２＝Ｆｄ１＋Ｆexpとなり、第１オイル溜り１３のオイルレベルＳ１の下降が停止する。つまり、運転開始から暫く経てば、オイルレベルＳ１およびＳ２が冷凍サイクル装置の仕様や運転条件（例えば各圧縮機の回転数）に応じて定まる所定の位置に自動的に落ち着く。
【００７６】
以上のように、本実施形態によれば、膨張機構５で冷媒に混ざるオイル（質量流量Ｆexp）によって引き起こされるオイル保持量の不均衡を、第２密閉容器１０から流出するオイル（質量流量Ｆｄ２）によって打ち消せる。オイル保持量の均衡を保つための特別な運転を行なわなくても済む。
【００７７】
また、本実施形態では、第１圧縮機構１および第２圧縮機構２の型式がスクロール式であり、膨張機構５の型式がロータリ式である。一般に、ロータリ式流体機構は、スクロール式流体機構に比べて冷媒にオイルが混ざりやすい。特に、膨張機構５の型式がロータリ式の場合には、膨張機構５で冷媒に混ざるオイルの質量流量Ｆexpが多くなりがちなので、本発明の適用がより重要性を増す。
【００７８】
また、本実施形態では、膨張機構５として２段ロータリ式膨張機構を用いている。２段ロータリ式膨張機構は単段ロータリ式膨張機構に比べて高効率である反面、オイル利用量が多く、オイル保持量の不均衡を招きやすい。しかし、本発明を適用すると２段ロータリ式膨張機構の欠点を補うことができ、高い信頼性を確保しながら２段ロータリの利点を活かした高効率な動力回収を行える。
【００７９】
また、本実施形態では、冷媒に二酸化炭素を使用している。二酸化炭素は他のフロン系冷媒に比べて比重が大きいので、密閉容器の中でオイルを撹拌し、密閉容器外へオイルを持ち出す作用が強い。したがって、二酸化炭素のように比重の大きい冷媒を使用する場合には、本発明の適用がより重要性を増す。
【００８０】
（第２実施形態）
図８に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１０４は、第１密閉容器９の内部空間を通らない経路を新たに設けた点で第１実施形態と相違する。さらに、第１密閉容器９の第１オイル溜まり１３と第２密閉容器１０の第２オイル溜まり１４とを連通する均油管２５が設けられている。なお、第１実施形態の冷凍サイクル装置に均油管２５が設けられていてもよい。
【００８１】
具体的に、冷凍サイクル装置１０４は、圧縮冷媒を放熱器４に導く高圧冷媒経路５０として、共通経路５２、連通経路５４、および連通経路５４から分岐して共通経路５２に合流しているバイパス経路５６を有している。バイパス経路５６は、バイパス管７０とバルブ７０ａとで構成されている。バイパス経路５６を設けると、冷媒とともに第２密閉容器１０から流出したオイルの一部を第１密閉容器９に導く一方で、第１密閉容器９を迂回する形で残部を第１配管３ａに導ける。バイパス経路５６は連通経路５４から分岐している経路なので、バイパス管７０を第２密閉容器１０に直接挿し込む必要がなく、組み立てが容易である。また、バルブ７０ａがバイパス管７０と連通管４８との接続部分に設けられていてもよい。
【００８２】
第１実施形態で説明したように、オイルレベルＳ１およびＳ２は自動的に所定の位置に落ち着くので、積極的に管理することは必須ではない。しかし、運転条件の急変等に伴って、オイルレベルＳ１およびＳ２が設計上の想定範囲外に達する可能性もある。オイルレベルＳ１および／またはＳ２を積極的に管理することにより、万が一の事態にも備えることができる。
【００８３】
具体的には、図８に示すように、バルブ７０ａの開閉を制御するためのコントローラ７６と、第１オイル溜り１３のオイルレベルＳ１を検出するためのオイルレベルセンサ７２とを設ける。オイルレベルセンサ７２には、オイルレベルＳ１に応じて上下動するフロートを利用したもの、静電容量の変化に基づいてオイルレベルＳ１を検出するもの、電極間の抵抗値に基づいてオイルレベルＳ１を検出するもの、超音波を利用してオイルレベルＳ１を検出するもの等の種々のレベルセンサを使用できる。
【００８４】
オイルレベルセンサ７２によって検出されたオイルレベル情報に基づき、コントローラ７６はバルブ７０ａの開閉を制御する。例えば、オイルレベルＳ１が予め定められたオイル不足レベルを下回ることを条件としてバルブ７０ａを閉じる一方、オイルレベルＳ１が予め定められたオイル過剰レベルを上回ることを条件としてバルブ７０ａを開く。このようにすれば、第１圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の回転数を全く変更せず、より正確にオイルレベルＳ１を管理できる。
【００８５】
なお、第２オイル溜り１４のオイルレベルＳ２を検出するためのオイルレベルセンサ７４を設けてもよい。つまり、第１オイル溜り１３のオイルレベルＳ１に代えて、または、第１オイル溜り１３のオイルレベルＳ１とともに第２オイル溜り１４のオイルレベルＳ２を検出し、その検出結果に基づいてバルブ７０ａの開閉を制御してもよい。
【００８６】
また、バルブ７０ａが流量調整バルブであってもよい。流量調整バルブを用いると、連通経路５４を通じて第１密閉容器９に流入する冷媒およびオイルの質量流量を調整可能になる。すなわち、バルブ７０ａの開度を拡大すると、連通経路５４を通じて第１密閉容器９に流れ込む冷媒およびオイルの量が少なくなり、バルブ７０ａの開度を縮小すると、連通経路５４を通じて第１密閉容器９に流れ込む冷媒およびオイルの量が多くなる。
【００８７】
例えば、第１電動機１１の回転数に応じてバルブ７０ａの開度を制御する。膨張機構５で冷媒に混ざるオイルの質量流量Ｆexpは、第１電動機１１の回転数に概ね比例し、第１電動機１１の回転数が高いときにはＦexpも多くなるので、多くのオイルを第２圧縮機１０２側から第１圧縮機１０１側に移動させる。一方、第１電動機１１の回転数が低いときにはＦexpも少なくなるので、少量のオイルを第２圧縮機１０２側から第１圧縮機１０１側に移動させるだけで済む。このような制御を行うことにより、各オイル溜りのオイルレベルを安定して維持できる。
【００８８】
また、本実施形態によると、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４とを連通する均油管２５が設けられている。この均油管２５が万能でないことは先に説明した通りであるが、均油管２５および連通経路５４の相乗効果により、各オイル溜りのオイルレベルを一層安定して維持できる。
【００８９】
なお、均油管２５にはバルブ２５ａが設けられていてもよい。運転停止時に均油管バルブ２５ａを開くことにより、第１オイル溜り１３と第２オイル溜り１４とのオイル保持量の不均衡を解消できる。冷凍サイクル装置１０４の運転時において、バルブ２５ａを少し開いていてもよいし、閉じていてもよい。バルブ２５ａを通じて第２オイル溜り１４から第１オイル溜り１３に直接移動するオイルの量をなるべく少なくすることにより、オイルを介して第２圧縮機構２から膨張機構５に熱が移動するのを防げる。その結果、圧縮冷媒の温度低下および膨張冷媒の温度上昇が抑制され、冷凍サイクル装置のＣＯＰが改善する。
【００９０】
（第３実施形態）
図９に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１０５は、オイルの流動を抑制する抑制板および均油管の位置が第２実施形態と相違している。具体的に、本実施形態では、第１抑制板１７が第２抑制板１８よりも鉛直方向の上側に位置している。
【００９１】
本実施形態によれば、運転停止時に均油バルブ２５ａを開くことにより、オイルレベルＳ１とＳ２が同一水平面に揃う。その結果、オイルレベルＳ２と第２電動機１２との間の空間ｖ２が、オイルレベルＳ１と第１電動機１１との間の空間ｖ１に比べて狭くなる。この状態で冷凍サイクル装置１０５の運転を再開すると、第２密閉容器１０から出て行くオイルの質量流量（図５および図６に示すＦｄ２）が比較的多くなる。なぜなら、空間ｖ２が狭い場合、当該空間ｖ２で冷媒からオイルが分離されにくいからである。この結果、第２密閉容器１０から流出するオイルの質量流量Ｆｄ２が運転開始の直後から多くなり、図６を参照して説明した時間ｔ１（運転開始時から定常状態に移行するまでに費やされる時間）が短くなる。
【００９２】
（変形例）
各実施形態で説明した効果は、第１圧縮機１０１の回転数と第２圧縮機１０２の回転数とが同じであっても異なっていても得られる。
【００９３】
第１オイルポンプ１５を第１シャフト２３の下端に設け、その第１オイルポンプ１５を用いて第１圧縮機構１および膨張機構５に給油を行ってもよい。この場合、膨張機構５の上軸受部材２９をオイルレベルＳ１よりも鉛直方向の上側に位置させるとともに、上軸受部材２９の外周部を第１密閉容器９に接するまで延ばすとよい。そのようにすれば、上軸受部材２９にオイルの流動を抑制する機能を持たせることができる。ただし、第１オイルポンプ１５および第１オイル吸入口１５ａが膨張機構５よりも上側に位置していれば、第１圧縮機構１で加熱されたオイルが膨張機構５の周囲に流れ込むのを防止できる、すなわち、オイルを介して第１圧縮機構１から膨張機構５に熱が移動するのを防止できる。
【００９４】
第１圧縮機１０１において、第１圧縮機構１と膨張機構５の位置関係が上下逆でもよい。また、第２圧縮機１０１において、第２圧縮機構２と第２電動機１２の配置が上下逆でもよい。
【００９５】
第１圧縮機１０１は、第１シャフト２３の軸方向が水平方向に平行な横型であってもよい。第１圧縮機構１と膨張機構５とでオイル溜りを共有するような構成であれば、本発明の効果は得られる。同様に、第２圧縮機１０２も横型のものであってもよい。
【００９６】
第１圧縮機１０１において、第１オイル溜り１３が複数の区画に分かれていてもよい。第１圧縮機１０１が横型である場合には、第１密閉容器９内に隔壁を設けることによって、第１圧縮機構１用のオイル溜りと、膨張機構５用のオイル溜りとを形成できる。
【００９７】
冷媒回路は、高圧側と低圧側とが切り替え可能であってもよい。例えば、冷媒の流通方向を変更するための四方弁等の切換手段が冷媒回路に設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる冷凍サイクル装置の構成図
【図２】図１に示す冷凍サイクル装置に用いられた第１圧縮機の縦断面図
【図３Ａ】図２に示す第１圧縮機のＡ−Ａ線に沿った横断面図
【図３Ｂ】図２に示す第１圧縮機のＢ−Ｂ線に沿った横断面図
【図４】図１に示す冷凍サイクル装置に用いられた第２圧縮機の縦断面図
【図５】冷凍サイクル装置の運転時におけるオイルの流れの説明図
【図６】オイル流量の時間変化を示すグラフ
【図７】導入管の接続位置を変更した第１圧縮機の縦断面図
【図８】本発明の第２実施形態にかかる冷凍サイクル装置の構成図
【図９】オイル流動抑制板および均油管の位置を変更した変形例の構成図
【図１０】従来の動力回収式冷凍サイクル装置の構成図
【図１１】２台の圧縮機を備えた従来の冷凍サイクル装置の構成図
【図１２】均油管で接続された２台の圧縮機の外観図
【符号の説明】
【００９９】
１  第１圧縮機構
２  第２圧縮機構
４  放熱器
５  膨張機構
６  蒸発器
７  第１吸入管
８  第２吸入管
９  第１密閉容器
１０  第２密閉容器
１１  第１電動機
１２  第２電動機
１３  第１オイル溜り
１４  第２オイル溜り
１５  第１オイルポンプ
１９  第１吐出管
２０  第２吐出管
２３  第１シャフト
２４  第２シャフト
２５  均油管
４８  連通管
４９  導入管
５０  高圧冷媒経路
５２  共通経路
５４  連通経路
５６  バイパス経路
７０ａ  バルブ
１００，１０４，１０５  冷凍サイクル装置
１０１  第１圧縮機
１０２  第２圧縮機
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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