(57)【要約】  第１圧縮機（膨張機一体型圧縮機）と第２圧縮機とを均油管で連結しただけでは、第１圧縮機の潤滑が十分に行われず、信頼性の低下を招くおそれがあった。  第１圧縮機（１０１）の第１有効オイル空間（１３０）の容積（Ｖ１）を第２圧縮機（１０２）の第２有効オイル空間（１４０）の容積（Ｖ２）よりも大きくする。これにより、定常運転状態に移行するまでの間に、第１オイル溜り（１３）のオイル面（Ｓ１）が下降しても、第１圧縮機（１０１）内にオイルを十分に確保することができ、流体機械として高い信頼性を実現することができる。
2009141956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に第１オイル溜りが形成され、前記第１オイル溜りよりも上側の内部空間が作動流体で満たされる第１密閉容器と、
前記第１密閉容器内に配置された第１電動機と、
前記第１密閉容器内に配置された、作動流体を圧縮する第１圧縮機構と、
前記第１密閉容器内に配置された、膨張する作動流体から動力を回収する膨張機構と、
前記第１電動機と前記第１圧縮機構と前記膨張機構とを連結する第１シャフトと、
前記第１オイル溜りのオイルを第１オイル吸入口から吸い込み、前記第１シャフトに設けられた前記第１オイル溜りよりも上側に延びる第１オイル供給路を通じて前記第１圧縮機構と前記膨張機構の一方または双方に供給する第１オイルポンプと、
前記第１密閉容器内の空間を上下に仕切るように配置された、前記第１密閉容器内の作動流体の流動に伴って前記第１オイル溜りのオイルが流動することを抑制する第１抑制部材と、
底部に第２オイル溜りが形成され、前記第２オイル溜りよりも上側の内部空間が作動流体で満たされる第２密閉容器と、
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密閉容器内に配置された、作動流体を圧縮する第２圧縮機構であって、前記第１密閉容器と前記第２密閉容器とが互いに配管で接続されることにより作動流体回路中で前記第１圧縮機構と並列に接続される第２圧縮機構と、
前記第２電動機と前記第２圧縮機構とを連結する第２シャフトと、
前記第２オイル溜りのオイルを第２オイル吸入口から吸い込み、前記第２シャフトに設けられた第２オイル供給路を通じて前記第２圧縮機構に供給する第２オイルポンプと、
前記第２密閉容器内の空間を上下に仕切るように配置された、前記第２密閉容器内の作動流体の流動に伴って前記第２オイル溜りのオイルが流動することを抑制する第２抑制部材と、を備え、
前記第１密閉容器内における前記第１抑制部材から前記第１オイル吸入口までの第１有効オイル空間の容積は、前記第２密閉容器内における前記第２抑制部材から前記第２オイル吸入口までの第２有効オイル空間の容積よりも大きく設定されている、流体機械。
【請求項２】
前記第１オイル溜りと前記第２オイル溜りとを連通する均油管をさらに備え、
前記流体機械は、前記均油管によって前記第１オイル溜りのオイル面と前記第２オイル溜りのオイル面とが同一水平面上に保たれた時に、前記第１有効オイル空間のうち前記第１オイル溜りのオイル面から下側の部分の容積が、前記第２有効オイル空間のうち前記第２オイル溜りのオイル面から上側の部分の容積よりも大きくなるように構成されている、請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記第１シャフトおよび前記第２シャフトは、上下方向に延びている、請求項１または２に記載の流体機械。
【請求項４】
前記第１密閉容器および前記第２密閉容器は、上端部および下端部が塞がれた上下方向に延びる円筒状の形状を有していて、前記第１密閉容器の内径は前記第２密閉容器の内径と同じになっており、
前記第１オイル吸入口は、前記第２オイル吸入口よりも下側に位置している、請求項３に記載の流体機械。
【請求項５】
前記第１抑制部材と前記第２抑制部材は、同一水平面に対して略同じ高さ位置にある、請求項３または４に記載の流体機械。
【請求項６】
前記膨張機構は、前記第１抑制部材よりも下側に配置されており、前記第１圧縮機構および前記第１電動機は、前記第１抑制部材よりも上側に配置されている、請求項３〜５のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項７】
前記第１電動機は、前記第１圧縮機構と前記第１抑制部材との間に位置している、請求項６に記載の流体機械。
【請求項８】
前記第１オイルポンプは、前記第１抑制部材と前記膨張機構との間に配置されていて、前記第１オイル吸入口が前記膨張機構よりも上側に位置しており、
前記第１オイル溜りのオイルは、前記第１オイル供給路を通じて前記第１圧縮機構に供給される、請求項６または７に記載の流体機械。
【請求項９】
前記第１オイルポンプと前記膨張機構との間に配置された、前記第１オイル溜りを上層部と下層部とに仕切るとともに前記上層部と前記下層部との間でのオイルの流通を規制する断熱部材をさらに備える、請求項８に記載の流体機械。
【請求項１０】
前記第２圧縮機構、前記第２電動機、前記第２抑制部材、および前記第２オイルポンプは、上から下に向かってこの順に配置されている、請求項３〜９のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項１１】
前記第１圧縮機構および前記第２圧縮機構はスクロール式であり、前記膨張機構は２段ロータリ式である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の流体機械が組み込まれた作動流体回路を備え、
前記作動流体回路中には、前記第１圧縮機構と前記第２圧縮機構とが並列に配置されており、この作動流体回路には、作動流体として二酸化炭素が充填されている、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、給湯機や空調機等に用いられる流体機械およびこれを用いた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更なる高効率化を図る手段として、膨張弁に代えて膨張機構を用い、冷媒（作動流体）が膨張する過程でその圧力エネルギーを膨張機構によって動力の形で回収し、その回収分だけ圧縮機構の駆動に要する電力を低減する動力回収式の冷凍サイクル装置が提案されている。このような冷凍サイクル装置では、電動機、圧縮機構、および膨張機構がシャフトで連結された膨張機一体型圧縮機が用いられる。【０００３】
ところで、膨張機一体型圧縮機では、圧縮機構と膨張機構とがシャフトによって連結されているので、運転条件によっては、圧縮機構の押しのけ量が不足したり膨張機構の押しのけ量が不足したりすることがある。そこで、圧縮機構の押しのけ量が不足するような運転条件でも回収動力を確保して冷凍サイクル装置のＣＯＰ（Coefficient of Performance）を高く維持できるようにするために、膨張機一体型圧縮機に加え、さらに第２の圧縮機を用いた冷凍サイクル装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷凍サイクル装置では、冷凍サイクルの高圧を所定の目標値となるように第２の圧縮機が運転される。【０００４】
図８は、特許文献１に記載された冷凍サイクル装置を示す構成図である。図８に示すように、膨張機一体型圧縮機２２０および第２の圧縮機２３０を用いた冷凍サイクル装置は、冷媒回路２１０と、制御手段であるコントローラ２５０とを備えている。冷媒回路２１０中では、室内熱交換器２１１と室外熱交換器２１２との間に、膨張機一体型圧縮機２２０の第１圧縮機構２２１と第２の圧縮機２３０の第２圧縮機構２３１とが並列に配置されている。また、第１圧縮機構２２１は、電動機２２２および膨張機構２２３とシャフトで連結されており、第２圧縮機構２３１は、電動機２３２とシャフトで連結されている。【０００５】
コントローラ２５０は、冷凍サイクルの高圧が所定の目標値となるように、第２の圧縮機２３０の制御を行う。具体的に、このコントローラ２５０は、高圧Ｐｈの測定値が目標値よりも高ければ、電動機２３２の回転速度を低下させて第２圧縮機構２３１の吐出量を削減し、逆に、高圧Ｐｈの測定値が目標値よりも低ければ、電動機２３２の回転速度を上昇させて第２圧縮機構２３１の吐出量を増大させる。【０００６】
従って、第１圧縮機構２２１だけでは押しのけ量が不足するような運転条件においても、第２圧縮機構２３１を駆動することで押しのけ量の不足分を補うことができ、ＣＯＰを高く保ちながら冷凍サイクル装置の運転を継続することができる。【０００７】
ところで、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もある。例えば、特許文献２には、図９に示すような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は、２台の圧縮機３２０，３３０が並列に配置された冷媒回路３１０を備えている。圧縮機３２０，３３０の内部には、圧縮機構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。このような冷凍サイクル装置では、双方の圧縮機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。その問題を解決するために、特許文献２に開示された冷凍サイクル装置では、双方の圧縮機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。【０００８】
すなわち、図９に示すように、圧縮機３２０，３３０の冷媒吐出側配管には、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から圧縮機３２０，３３０の冷媒吸込側配管にかけてオイルバイパス管３１２が設けられている。また、図１０に示すように、圧縮機３２０，３３０の下部同士は、均油管３５０で相互に連結されており、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。さらに、冷凍サイクルの高圧側配管には、圧力センサー３１５が設けられている。【０００９】
そして、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。【００１０】
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、圧力センサー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、圧力センサー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。【００１１】
このように、圧縮機３２０，３３０同士を均油管３５０で連結するとともに、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ようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図８に示す特許文献１に記載された動力回収式の冷凍サイクル装置に対して、膨張機一体型圧縮機２３０と第２の圧縮機２３０とを均油管で相互に連結し、特許文献２に記載されたような均油運転を行ってオイル保持量の均衡を図ろうとしても、第１圧縮機２２０と第２圧縮機２３０とは非対称な流体機械であるために十分な均油効果は得られない。すなわち、回転機械が第２圧縮機構２３１一つである第２圧縮機２３０に比べ、膨張機一体型圧縮機２２０は、第１圧縮機構２２１に加え膨張機構２２３も備えているためにオイルの利用量が多い。そのため、一定時間毎に運転周波数を交互に上下させたとしても、第１圧縮機２２０内のオイル保持量が減少してしまい、オイルが圧縮機構または膨張機構の摺動部分に十分に供給されなくなるおそれがある。そうすると、信頼性が低下することになる。【００１４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、膨張機構と複数の圧縮機構を備えた信頼性の高い流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明は、底部に第１オイル溜りが形成され、前記第１オイル溜りよりも上側の内部空間が作動流体で満たされる第１密閉容器と、前記第１密閉容器内に配置された第１電動機と、前記第１密閉容器内に配置された、作動流体を圧縮する第１圧縮機構と、前記第１密閉容器内に配置された、膨張する作動流体から動力を回収する膨張機構と、前記第１電動機と前記第１圧縮機構と前記膨張機構とを連結する第１シャフトと、前記第１オイル溜りのオイルを第１オイル吸入口から吸い込み、前記第１シャフトに設けられた前記第１オイル溜りよりも上側に延びる第１オイル供給路を通じて前記第１圧縮機構と前記膨張機構の一方または双方に供給する第１オイルポンプと、前記第１密閉容器内の空間を上下に仕切るように配置された、前記第１密閉容器内の作動流体の流動に伴って前記第１オイル溜りのオイルが流動することを抑制する第１抑制部材と、底部に第２オイル溜りが形成され、前記第２オイル溜りよりも上側の内部空間が作動流体で満たされる第２密閉容器と、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密閉容器内に配置された、作動流体を圧縮する第２圧縮機構であって、前記第１密閉容器と前記第２密閉容器とが互いに配管で接続されることにより作動流体回路中で前記第１圧縮機構と並列に接続される第２圧縮機構と、前記第２電動機と前記第２圧縮機構とを連結する第２シャフトと、前記第２オイル溜りのオイルを第２オイル吸入口から吸い込み、前記第２シャフトに設けられた第２オイル供給路を通じて前記第２圧縮機構に供給する第２オイルポンプと、前記第２密閉容器内の空間を上下に仕切るように配置された、前記第２密閉容器内の作動流体の流動に伴って前記第２オイル溜りのオイルが流動することを抑制する第２抑制部材と、を備え、前記第１密閉容器内における前記第１抑制部材から前記第１オイル吸入口までの第１有効オイル空間の容積は、前記第２密閉容器内における前記第２抑制部材から前記第２オイル吸入口までの第２有効オイル空間の容積よりも大きく設定されている、流体機械を提供する。【００１６】
また、本発明は、上記の流体機械が組み込まれた作動流体回路を備え、前記作動流体回路中には、前記第１圧縮機構と前記第２圧縮機構とが並列に配置されており、この作動流体回路には、作動流体として二酸化炭素が充填されている、冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
上記の構成によれば、第１有効オイル空間の容積が第２有効オイル空間の容積よりも大きく設定されていて、第１オイル吸入口よりも上側には十分な量のオイルが確保されるようになる。このため、双方の圧縮機が運転されて、第１オイル溜りのオイル面が下がったとしても、第１オイル溜りのオイルを第１オイルポンプによって圧縮機構または膨張機構に十分に供給することができる。従って、本発明によれば、信頼性の高い流体機械を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体機械を用いた冷凍サイクル装置を示す概略構成図
【図２】第１実施形態の第１圧縮機の縦断面図
【図３】図３ＡはIIIA−IIIA線での横断面図、図３Ｂは図２のIIIB−IIIB線での横断面図
【図４】第１実施形態の第２圧縮機の縦断面図
【図５】図１に示した冷凍サイクル装置の起動直後におけるオイル流動状態図
【図６】図６Ａは流体機械における運転時間経過に伴うオイル流量の変化図、図６Ｂは流体機械における運転時間経過に伴うオイル面高さの変化図
【図７】図１に示した冷凍サイクル装置の定常状態におけるオイル流動状態図
【図８】従来の冷凍サイクル装置を示す構成図
【図９】従来の他の冷凍サイクル装置を示す構成図
【図１０】図９に示した冷凍サイクル装置における、圧縮機および均油管を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体機械１０５を用いた冷凍サイクル装置を示している。この冷凍サイクル装置は、流体機械１０５が組み込まれた冷媒回路（作動流体回路）１０３を備えている。冷媒回路１０３は、第１圧縮機（膨張機一体型圧縮機）１０１、第２圧縮機１０２、放熱器４、蒸発器６、およびこれらの機器を接続する第１〜第４配管（冷媒配管）３ａ〜３ｄで構成されている。本実施形態では、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２とは、均油管２５により互いに連結されており、第１圧縮機１０１、第２圧縮機１０２、および均油管２５によって流体機械１０５が構成されている。
【００２１】
具体的に、第１圧縮機１０１の第１吐出管１９および第２圧縮機１０２の第２吐出管２０は、２本の枝管が１本の本管になる第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を介して第１圧縮機１０１の膨張側吸入管２１に接続されている。第１圧縮機１０１の膨張側吐出管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、１本の本管が２本の枝管になる第４配管３ｄを介して第１圧縮機１０１の第１吸入管７および第２圧縮機１０２の第２吸入管８に接続されている。
【００２２】
第１圧縮機１０１は、互いに第１シャフト２３により連結された第１圧縮機構１、第１電動機１１、および膨張機構５を収容する第１密閉容器９を有している。第２圧縮機構１０２は、互いに第２シャフト２４により連結された第２圧縮機構２および第２電動機１２を収容する第２密閉容器１０を有している。そして、第１圧縮機構１で圧縮された作動流体（冷媒）および第２圧縮機構２で圧縮された作動流体は、それぞれ第１吐出管１９および第２吐出管２０を通じて第１密閉容器９および第２密閉容器１０外に吐出される。第１密閉容器９外に吐出された作動流体と第２密閉容器１０外に吐出された作動流体は、第１配管３ａを流れる途中で合流し、放熱器４で放熱した後に膨張機構５に導かれる。膨張機構５に導かれた作動流体は、ここで膨張する。このとき、膨張機構５は、膨張する作動流体から動力を回収する。膨張した作動流体は、吸熱器６で吸熱した後に、第４配管３ｄを流れる途中で分流し、第１圧縮機構１および第２圧縮機構２に導かれる。すなわち、第１密閉容器９と第２密閉容器１０とが第１配管３ａおよび第４配管３ｄによって互いに接続されることにより、第１圧縮機構１と第２圧縮機構２とが冷媒回路１０３中に並列に配置されている。換言すれば、冷媒回路１０３中では、第１圧縮機構１は第２圧縮機構２と並列に接続されている。
【００２３】
冷媒回路１０３には、高圧部分（第１圧縮機構１と第２圧縮機構２から放熱器４を経て膨張機構５に至る部分）において超臨界状態となる作動流体が充填されている。本実施形態では、そのような作動流体として冷媒回路１０３に二酸化炭素（ＣＯ2）が充填されている。ただし、作動流体の種類は特に限定されるものではない。作動流体は、運転時に超臨界状態とならない作動流体（例えばフロン系の作動流体等）であってもよい。
【００２４】
また、本発明の流体機械が組み込まれる冷媒回路１０３は、作動流体を一方向にのみ流通させる冷媒回路に限られない。本発明の流体機械は、作動流体の流通方向の変更が可能な冷媒回路に設けられていてもよく、例えば、四方弁等を有することによって暖房運転および冷房運転の切り替えが可能な冷媒回路に設けられていてもよい。
【００２５】
＜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。
【００２６】
第１密閉容器９は、上端部および下端部が塞がれた上下方向に延びる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が形成されており、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、第１圧縮機構１から吐出された作動流体で満たされている。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中に浸されており、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。そして、第１シャフト２３は、第１圧縮機構１と膨張機構５に跨って上下方向に延びている。また、第１密閉容器９内には、第１圧縮機構１と膨張機構５との間に、第１電動機１１、第１オイル流動抑制板（第１抑制部材）１７、第１オイルポンプ１５、および断熱部材３７が上から下に向かってこの順に配置されている。
【００２７】
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２３ｅ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オイル流動抑制板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２３ｅは、上側シャフト２３ａを軸方向に貫通する上側オイル経路２３ｃと、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の側面に開口する下側オイル経路２３ｄとで構成されている。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２３ｆが形成されている。
【００２８】
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、圧縮機構１はスクロール式のものである。ただし、圧縮機構１の形式等は何ら限定されるものではなく、例えばロータリ式圧縮機等を用いることも可能である。
【００２９】
より詳しくは、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には、互いに噛み合う渦巻形状（例えばインボリュート形状等）のラップ５１ａ，５２ａが形成されており、これらのラップ５１ａとラップ５２ａの間に、渦巻状の圧縮室５８が区画されている。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。そのため、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。また、可動スクロール５２には、第１オイル供給路２３ｅから供給される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。
【００３０】
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吐出路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通路６３が形成されている。このような構成により、圧縮室５８で圧縮された作動流体は、吐出孔５１ｂからカバー６２内の空間にいったん吐出された後、吐出路６１を通じて第１圧縮機構１の下方に吐出される。そして、第１圧縮機構１の下方の作動流体は、流通路６３を通じて第１圧縮機構１の上方に導かれる。
【００３１】
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の上方の空間に開口している。
【００３２】
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。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。
【００３３】
第１オイル流動抑制板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、第１密閉容器９内の空間を上下に、すなわち上側空間９ａと下側空間９ｂとに仕切るように配置されている。本実施形態では、第１オイル流動抑制板１７は、第１密閉容器９の内径と略同一の直径を有する上下方向に扁平な円盤状の形状を有しており、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。そして、第１オイル流動抑制板１７によって、第１密閉容器９内の作動流体の流動に伴って第１オイル溜り１３のオイルが流動することが抑制されている。具体的には、上側空間９ａを満たす作動流体は、第１電動機１１の回転子１１ａの回転によって旋回流を形成するが、この旋回流が第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１に至る前に第１オイル流動抑制板１７で遮られるようになる。
【００３４】
本実施形態では、第１オイル流動抑制板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、例えば、断熱部材３７または膨張機構５の後述する上軸受部材２９を第１密閉容器９に固定し、これを介してオイルポンプ１５および第１オイル流動抑制板１７を第１密閉容器９に固定することも可能である。この場合、第１オイル流動抑制板１７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になっていて、次に説明するオイル戻り路が第１オイル流動抑制板１７の周縁部と第１密閉容器９の内周面の間の隙間によって構成されていてもよい。しかし、第１オイル流動抑制板１７を第１密閉容器９に直接的に固定する構成であれば、機器の組み付けが容易になる。
【００３５】
第１オイル流動抑制板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９ａから下側空間９ｂへオイルを流下させるオイル戻り路が構成されている。なお、貫通穴１７ａの数量および形状は、適宜選定可能である。また、第１オイル流動抑制板１７の中心には、貫通孔１７ｂが設けられている。そして、第１オイル流動抑制板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。
【００３６】
軸受部材４２の下面には、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、所定の断面形状で上下方向に延び、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。
【００３７】
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の形式等はなんら限定されるものではなく、例えばトロコイド型のギア式ポンプ等を用いることも可能である。
【００３８】
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が形成されており、この作動室１５ｂは、上方から中間部材４１で閉塞され、下方から断熱部材３７で閉塞されている。ハウジング３９には、作動室１５ｂを第１オイル溜り１３に開放する吸入路１５ｃが設けられており、この吸入路１５ｃの入口が第１オイル吸入口１５ａを構成している。また、中間部材４１の下面には、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２３ｅ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２３ｅを通じて第１圧縮機構１に供給される。
【００３９】
ここで、第１密閉容器９内の空間のうち、鉛直方向において第１オイル流動抑制板１７から第１オイル吸入口１５ａまでの、オイルで満たされうる部分を、第１有効オイル空間１３０と定義し、その容積をＶ１とする。すなわち、第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１とは、鉛直方向において第１オイル流動抑制板１７から第１オイル吸入口１５ａまでの第１密閉容器９内の容積から、その領域における第１密閉容器９の内周面と対向する第１圧縮機１０１の構成部材（本実施形態では、軸受部材４２、中間部材４１、およびオイルポンプ１５のハウジング３９）の占有体積を引いたものである。また、第１有効オイル空間１３０内に実際に存在するオイルの容量をｖ１とする。
【００４０】
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上下方向に扁平な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。そして、断熱部材３７の中心を下側シャフト２３ｂが貫通している。
【００４１】
なお、断熱部材３７としては、上層部１３ａと下層部１３ｂとを仕切るとともにこれらの間のオイルの流通を制限するものであればよく、その形状および構成は適宜選定可能である。例えば、断熱部材３７の直径が第１密閉容器９の内径と一致していて、断熱部材３７にオイルの流通を許容する貫通孔または端面からの切り込みが設けられていてもよい。あるいは、断熱部材３７が複数の部品によって中空状(例えば、リール状)に形成されていて、その中にオイルが一旦保持されるようになっていてもよい。
【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の形式等は何ら限定されるものではなく、例えば、単段のロータリ膨張機、スクロール型膨張機、スライディングベーン型膨張機等の他形式の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は、第１膨張部２８ａよりも高さが高くなっている。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円筒状のピストン３２ａと、このピストン３２ａを収容する略円筒状のシリンダ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が区画されている。また、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が摺動可能に挿入されている。また、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、第１膨張部２８ａとほぼ同様の構成を有している。すなわち、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円筒状のピストン３２ｂと、このピストン３２ｂを収容する略円筒状のシリンダ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が区画されている。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が摺動可能に挿入されている。また、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に戻って、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を下方から閉塞している。この下軸受部材２７の下面には、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に作動流体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を上方から閉塞し、第２流体室３３ｂを下方から閉塞している。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を上方から閉塞している。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に作動流体を導出させる吐出ポート２９ａが設けられている。
【００５０】
次に、第１圧縮機１０１内のオイルの循環について説明する。
【００５１】
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２３ｅを通じて第１圧縮機構１に供給される。その途中、上側シャフト２３ａと下側シャフト２３ｂとの連結部分では、連結部材２６と上側シャフト２３ａおよび下側シャフト２３ｂとの間の僅かの隙間からオイルが漏れ出るおそれがあるが、連結部材２６を収容する収容室４３は軸受部材４２と中間部材４１とで閉塞されているため、安定して第１圧縮機構１へオイルを供給することができる。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た後、一部は作動流体と共に吐出路６１を通じて吐出され、残りは軸受部材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。その後、第１圧縮機構１の下方に排出されたオイルは、作動流体と共に、第１電動機１１の下方に移動する。ここで、重力および遠心力により作動流体から分離されたオイルは、第１オイル流動抑制板１７の貫通穴１７ａを通って、再び第１オイル溜り１３へと戻る。一方、作動流体から分離されなかったオイルは、作動流体と共に、流通路６３等を通って第１圧縮機構１の上方に導かれ、第１吐出管１９から第１配管３ａに吐出される。
【００５２】
一方、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２３ｆによって第１オイル溜り１３の下層部１３ｂからオイルが汲み上げられることにより行われる。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。
【００５３】
＜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。
【００５４】
第２密閉容器１０は、上端部および下端部が塞がれた上下方向に延びる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１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が形成されており、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から吐出された作動流体で満たされている。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オイル流動抑制板（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。そして、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とに跨って上下方向に延びている。
【００５５】
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。
【００５６】
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。また、第２電動機１２も第１電動機１１と同じものである。そこで、第２圧縮機構２および第２電動機１２の構成に関しては、第１圧縮機構１および第１電動機１１と同部材には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
第２オイル流動抑制板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、第２密閉容器１０内の空間を上下に、すなわち上側空間１０ａと下側空間１０ｂとに仕切るように配置されている。本実施形態では、第２オイル流動抑制板１８は、第２密閉容器１０の内径と略同一の直径を有する上下方向に扁平な円盤状の形状を有しており、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。そして、第２オイル流動抑制板１８によって、第２密閉容器１０内の作動流体の流動に伴って第２オイル溜り１４のオイルが流動することが抑制されている。具体的には、上側空間１０ａを満たす作動流体は、第２電動機１２の回転子１１ａの回転によって旋回流を形成するが、この旋回流が第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２に至る前に第２オイル流動抑制板１８で遮られるようになる。
【００５８】
第２オイル流動抑制板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によって上側空間１０ａから下側空間１０ｂへオイルを流下させるオイル戻り路が構成されている。なお、貫通穴１８ａの数量および形状は、適宜選定可能である。また、第２オイル流動抑制板１８の中心には、貫通孔１８ｂが設けられている。そして、第２オイル流動抑制板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。
【００５９】
本実施形態の第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。
【００６０】
また、本実施形態では、オイル経路板４６の下側に、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等を用いることも可能である。
【００６１】
ここで、第２密閉容器１０内の空間のうち、鉛直方向において第２オイル流動抑制板１８から第２オイル吸入口１６ａまでの、オイルで満たされうる部分を、第２有効オイル空間１４０と定義し、その容積をＶ２とする。すなわち、第２有効オイル空間１４０の容積Ｖ２とは、鉛直方向において第２オイル流動抑制板１８から第２オイル吸入口１６ａまでの第２密閉容器１０内の容積から、その領域における第２密閉容器１０の内周面と対向する第２圧縮機１０２の構成部材（本実施形態では、軸受部材４４、オイルポンプ１６のオイル経路板４６、およびストレーナ４７）の占有体積を引いたものである。また、第２有効オイル空間１４０内に実際に存在するオイルの容量をｖ２とする。
【００６２】
次に、第２圧縮機１０２内のオイルの循環について説明する。
【００６３】
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。その後のオイルの流動状況は、第１圧縮機１０１の圧縮機構１に関するオイル流動状況と同じである。
【００６４】
＜第１圧縮機と第２圧縮機との関係＞
次に、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２との関係について説明する。
【００６５】
第１オイル流動抑制板１７と第２オイル流動抑制板１８は、同一水平面に対して略同じ高さ位置にあり、水平方向に並んでいる。また、第１オイル溜り１３と第２オイル溜り１４とは、均油管２５を通じて連通している。均油管２５には均油管バルブ２５ａが設けられており、この均油管バルブ２５ａの開閉によって第１オイル溜り１３と第２オイル溜り１４との間でのオイルの流通を制限したり完全に禁止したりできるようになっている。そして、運転停止時に均油管バルブ２５ａが開かれると、第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１と第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２とが同一水平面上に保たれるようになる。すなわち、第１オイル流動抑制板１７の下面から第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１までの距離と第２オイル流動抑制板１８の下面から第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２までの距離とが同じになる。
【００６６】
また、第１密閉容器９内の第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１は、第２密閉容器１０内の第２有効オイル空間１４０の容積Ｖ２よりも大きく設定されている。具体的には、第１オイル吸入口１５ａが第２オイル吸入口１６ａよりも下側に位置している。
【００６７】
ここで、流体機械１０５は、均油管２５によって第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１と第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２とが同一水平面上に保たれた時に、第１有効オイル空間１３０のうち第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１から下側の部分の容積が第２有効オイル空間１３０のうち第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２から上側の部分の容積よりも大きくなるように構成されていることが好ましい。このようになっていれば、第１圧縮機１０１内のオイルが第２有効オイル空間１４０を満たすまで第２圧縮機１０２に移動しても、第１有効オイル空間１３０に、すなわち第１オイル吸入口１５ａの上側にオイルが残るようになるからである。
【００６８】
次に、運転時での冷凍サイクル装置全体でのオイル流動状況と、第１圧縮機１０１の第１オイル溜り１３および第２圧縮機１０２の第２オイル溜り１４の各オイル面高さの変動の関係を、図５、図６Ａ、図６Ｂ、図７を用いて説明する。図５は、冷凍サイクル装置において起動直後のオイル流動状態とオイル面高さを表した図で、図７は定常運転時のオイル流動状態とオイル面高さを表した図である。また、図６Ａは、運転開始から定常状態になるまでの時間と各箇所におけるオイル流量の変動を表した図で、図６Ｂは、運転開始から定常状態になるまでの時間とそのときのオイル面高さの変化を表した図である。
【００６９】
図５に示すように、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２からは、吐出された作動流体と共にオイルが第１配管３ａへと流出する。その時の第１吐出管１９からのオイル質量流量をＦｄ１、第２吐出管２０からのオイル質量流量をＦｄ２とする。流出したオイルはその後、第１配管３ａ内で合流し、その時のオイル質量流量をＦhighとすると、Ｆhigh＝Ｆｄ１＋Ｆｄ２の関係となる。一方、第１圧縮機１０１内の膨張機構５において、前述のとおりオイルは部品間を潤滑およびシールしながら膨張機構５内部へと流入し、その後膨張機構５に流入してくる作動流体とそれと伴流してくるオイルと合流し、膨張側吐出管２２から第３配管３ｃに吐出される。その時の膨張機構５からのオイル質量流量をＦexpとし、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＝Ｆhigh＋Ｆexpの関係となる。その後、蒸発器６を通って戻ってくるオイルは、第１吸入管７と第２吸入管８とに分流される。その時の第１吸入管７のオイル質量流量をＦｓ１、第２吸入管８の質量流量をＦｓ２とする。ここで、本実施形態の説明において、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２の回転数は同じとし、第４配管３ｄでオイルが二等分されるとすると、オイル質量流量の関係は、Ｆｓ１＝Ｆｓ２＝Ｆlow／２となる。また、運転開始時においては、第１オイル流動抑制板１７から第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１までの距離と第２オイル流動抑制板１８から第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２までの距離が同じであり、同形式の圧縮機構が同回転で運転するので、運転開始時の第１吐出管１９からのオイル質量流量Ｆｄ１と、第２吐出管２０からのオイル質量流量Ｆｄ２は、Ｆｄ１＝Ｆｄ２＝Ｆhigh／２の関係にある。
【００７０】
ここで、Ｆｓ２に着目し、上述の関係からＦｓ２をＦｄ２を用いて表すと、
Ｆｓ２＝Ｆlow／２＝（Ｆhigh＋Ｆexp）／２＝Ｆｄ２+Ｆexp／２
となる。つまりＦｄ２＜Ｆｓ２となり、この差分（Ｆexp／２）が第２密閉容器１０の内部に残ることになり、最終的には第２有効オイル空間１４０内のオイル容積ｖ２が増えて第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２が上昇する。逆に、第１密閉容器９からは前記の差分（Ｆexp／２）のオイルが流出することになり、最終的には第１有効オイル空間１３０内のオイル容積ｖ１が減り第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１が下降する。
【００７１】
次に定常状態までの過渡時の状況を説明する。前述のように運転開始時はオイル質量流量のバランスにより、第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２は上昇し、反対に第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１は下降する。オイル面高さが上昇すると、密閉容器内部での作動流体とオイルの分離空間が縮小し、また密閉容器下部空間での作動流体流れとオイル面との距離が縮まるため、密閉容器からのオイル吐出流量が増加する。すなわちオイル面Ｓ２が上昇する傾向にある第２圧縮機１０２のオイル吐出流量Ｆｄ２は時間の経過と共に増加する。反対に、オイル面Ｓ１が下降する傾向にある第１圧縮機１０１のオイル吐出流量Ｆｄ１は時間の経過と共に減少する。なお、膨張機構５が消費するオイル流量Ｆexpは回転数にのみ依存し、オイル面高さとは関連がないため、時間の経過によらず一定である。
【００７２】
さらに時間が経過し、第２オイル溜り１４のオイル面高さが第２オイル流動抑制板１８と同じ高さになった時（Ｔ＝ｔ１、Ｖ２＝ｖ２）、オイル面Ｓ２は第２オイル流動抑制板１８を越え、第２密閉容器１０下部の作動流体流れに直接影響を受けることになる。そうすると、それ以降のオイル面高さの増加は急激に鈍化し、代わりにオイル吐出流量Ｆｄ２が急増する。そして、オイル吐出流量Ｆｄ１とオイル吐出流量Ｆｄ２の差が、膨張機構５が消費するオイル流量Ｆexpと等しくなったとき（Ｆｄ２−Ｆｄ１＝Ｆexp）、オイル面高さの変動は止まり定常状態へと移行する（Ｔ＝ｔ２）。上記の状態を式で表すと、
Ｆｓ２＝（Ｆhigh＋Ｆexp）／２＝（Ｆｄ１+Ｆｄ２+Ｆexp）／２＝Ｆｄ２
であり、第２圧縮機１０２の吸入オイル流量Ｆｓ２と吐出オイル流量Ｆｄ２が等しくなり、オイル面高さの変動は停止する。
【００７３】
以上のように、本実施形態によれば、第１圧縮機１０１の第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１を第２圧縮機１０２の第２有効オイル空間１４０の容積Ｖ２よりも大きく設定しているので、定常運転状態に移行するまでの間に、第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１が下降しても、第１オイル吸入口１５ａの上側に十分な量のオイルを確保することができ、高い信頼性を得ることができる。なお、上記のような課題解決の別手段として、複数の圧縮機間のオイル不均衡を許容するために各圧縮機のオイル保持量を各々極端に多くする方法も考えられるが、オイル保持量を多くすると圧縮機から吐出されるオイル量が増え、冷凍サイクル装置内の熱交換器内壁に付着し伝熱阻害を引き起こしたり、冷媒配管内の管壁にオイル膜が形成し、管流路面積が減少することで管の圧力損失が増え、膨張機構５で回収できる動力が減少したりすることで冷凍サイクル装置の効率を著しく低下させる要因になるため、好ましい方法とは言えない。
【００７４】
また、本実施形態によれば、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２に同じ内径の密閉容器９，１０を用いており、第１オイル流動抑制板１７から第１オイル吸入口１５ａまでの距離を、第２オイル流動抑制板１８から第２オイル吸入口１６ａまでの距離よりも長くしている。このため、比較的に簡単な構成で、前記のような第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１の設定を行うことができる。しかも、同じ内径の密閉容器とそれに対応する同じ圧縮機構を使用できるため、部品コストの削減および製造コストの削減効果を得ることができる。
【００７５】
また、本実施形態によれば、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２を、均油管２５によって連結しているので、運転停止時に均油管バルブ２５ａを開放することにより、オイル溜り１３とオイル溜り１４との偏りを解消することができる。なお、運転時は、必ずしも均油管バルブ２５ａを閉じておく必要はなく、少し開いておくようにしてもよい。
【００７６】
また、本実施形態によれば、第１オイル流動抑制板１７と第２オイル流動抑制板１８とが水平方向に並んでいるので、均油時にオイル面Ｓ１，Ｓ２とオイル流動抑制板１７，１８との間の距離を両圧縮機１０１，１０２で同じにすることができる。このため、均油時には、第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１から第１オイル吸入口１５ａまでの距離を、第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２から第２オイル吸入口１６ａまでの距離よりも長く確保することができ、さらに信頼性を向上させることができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、２段ロータリ式の膨張機構５を用いている。２段ロータリ式の膨張機構は単段ロータリ式膨張機構に比べて高効率ではあるが、一方でオイル消費量が多いという特徴がある。本実施形態では、２段ロータリ式膨張機構を用いてもオイル消費量の多さは問題にはならず、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うことができる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、作動流体にＣＯ2を使用している。ＣＯ2は他のフロン系冷媒に比べて比重が大きく、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効果が高いが、本実施形態によれば、冷媒の比重が大きい場合でも、高い信頼性を確保することができる。
【００７９】
（変形例）
前記実施形態では、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２とは同じ回転数としたが、異なる回転数の時にも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００８０】
また、均油管２５がない場合は、停止時においても図７に示すようなオイルが偏った状態が保たれるだけであり、特に問題ないため、均油管２５を省略することも可能である。ただし、均油管２５を設けておけば、上述したように停止時に第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２とでオイル量をバランスさせることができる。
【００８１】
また、前記実施形態では、第１密閉容器９と第２密閉容器１０で内径が同じである構成を主に示したが、内径の異なる密閉容器を用いたとしても、第１圧縮機１０１の第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１を第２圧縮機１０２の第２有効オイル空間１４０の容積Ｖ２よりも大きくしさえすれば、同様の効果を得ることは言うまでもない。
【００８２】
なお、軸受部材４２を第１オイル流動抑制板１７に一体に設けたものを第１抑制部材として用いることも可能である。このように下面に高低差のある第１抑制部材を用いた場合の第１有効オイル空間１３０は、第１抑制部材の下面のうち一番高い位置の部分から第１オイル吸入口１５ａまでとなる。同様に、軸受部材４４を第２オイル流動抑制板１８に一体に設けたものを第２抑制部材として用いることも可能であり、下面に高低差のある第２抑制部材を用いた場合には、第２抑制部材の下面のうち一番高い位置の部分から第２オイル吸入口１６ａまでが第２有効オイル空間１４０となる。
【００８３】
また、第１オイルポンプ１５は、第１シャフト２３の下端部に設けられていて、第１オイル溜り１３のオイルが第１シャフトに設けられた第１オイル供給路を通じて膨張機構５と第１圧縮機構１の双方に供給されるようになっていてもよい。この場合、膨張機構５の上軸受部材２９を第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１よりも上側に位置させるとともに第１密閉容器９の内周面まで拡張して、この上軸受部材２９で第１抑制部材を構成することも可能である。ただし、前記実施形態のように、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、圧縮機構１を経由して比較的に高温となったオイルが膨張機構５の周囲に流れ込むことを抑制することができ、オイルを介した圧縮機構１から膨張機構５への熱移動を抑制することができる。
【００８４】
さらに、前記実施形態では、第１圧縮機構１と膨張機構５のオイル供給源として同じオイル溜り（オイルが連続的に繋がっている）を用いたが、このオイル溜りが部材等によって区画され、複数のオイル溜りであったとしても、膨張機構５用のオイル溜りが第１圧縮機構１用のオイル溜りより先に枯渇しないような構成であるのならば、オイル溜りが連続的に繋がっているいないにかかわらず、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、前記実施形態では、第１圧縮機構１の下に膨張機構５が配置されているが、第１圧縮機１の上方に膨張機構５が存在する場合でも、同様の効果を得ることができるのは言うまでもない。例えば、圧縮機構１が第１密閉容器９内の下側位置に配置される場合、圧縮機構１の軸受部材５３で第１抑制部材を構成してもよい。さらには、第１電動機１１の位置もこれを問わず、第１電動機１１の下に第１圧縮機構１と膨張機構５が存在するような場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００８６】
また、第２圧縮機１０１の第２圧縮機構２と第２電動機１２の配置が上下逆になっていてもよい。
【００８７】
さらに、本実施形態では、第１圧縮機１０１として第１シャフト２３が鉛直方向に延びる縦型のものを用いたが、第１シャフト２３が水平方向に延びる横型のものを用いても第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、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。同様に、第２圧縮機１０２も横型のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の流体機械は、冷凍サイクルにおける作動流体の膨張エネルギーを回収して動力回収を行う手段として有用である。
【図１】
2009141956.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月18日(2010.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機や空調機等に用いられる流体機械およびこれを用いた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更なる高効率化を図る手段として、膨張弁に代えて膨張機構を用い、冷媒（作動流体）が膨張する過程でその圧力エネルギーを膨張機構によって動力の形で回収し、その回収分だけ圧縮機構の駆動に要する電力を低減する動力回収式の冷凍サイクル装置が提案されている。このような冷凍サイクル装置では、電動機、圧縮機構、および膨張機構がシャフトで連結された膨張機一体型圧縮機が用いられる。
【０００３】
ところで、膨張機一体型圧縮機では、圧縮機構と膨張機構とがシャフトによって連結されているので、運転条件によっては、圧縮機構の押しのけ量が不足したり膨張機構の押しのけ量が不足したりすることがある。そこで、圧縮機構の押しのけ量が不足するような運転条件でも回収動力を確保して冷凍サイクル装置のＣＯＰ（Coefficient of Performance）を高く維持できるようにするために、膨張機一体型圧縮機に加え、さらに第２の圧縮機を用いた冷凍サイクル装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷凍サイクル装置では、冷凍サイクルの高圧を所定の目標値となるように第２の圧縮機が運転される。
【０００４】
図８は、特許文献１に記載された冷凍サイクル装置を示す構成図である。図８に示すように、膨張機一体型圧縮機２２０および第２の圧縮機２３０を用いた冷凍サイクル装置は、冷媒回路２１０と、制御手段であるコントローラ２５０とを備えている。冷媒回路２１０中では、室内熱交換器２１１と室外熱交換器２１２との間に、膨張機一体型圧縮機２２０の第１圧縮機構２２１と第２の圧縮機２３０の第２圧縮機構２３１とが並列に配置されている。また、第１圧縮機構２２１は、電動機２２２および膨張機構２２３とシャフトで連結されており、第２圧縮機構２３１は、電動機２３２とシャフトで連結されている。
【０００５】
コントローラ２５０は、冷凍サイクルの高圧が所定の目標値となるように、第２の圧縮機２３０の制御を行う。具体的に、このコントローラ２５０は、高圧Ｐｈの測定値が目標値よりも高ければ、電動機２３２の回転速度を低下させて第２圧縮機構２３１の吐出量を削減し、逆に、高圧Ｐｈの測定値が目標値よりも低ければ、電動機２３２の回転速度を上昇させて第２圧縮機構２３１の吐出量を増大させる。
【０００６】
従って、第１圧縮機構２２１だけでは押しのけ量が不足するような運転条件においても、第２圧縮機構２３１を駆動することで押しのけ量の不足分を補うことができ、ＣＯＰを高く保ちながら冷凍サイクル装置の運転を継続することができる。
【０００７】
ところで、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もある。例えば、特許文献２には、図９に示すような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は、２台の圧縮機３２０，３３０が並列に配置された冷媒回路３１０を備えている。圧縮機３２０，３３０の内部には、圧縮機構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。このような冷凍サイクル装置では、双方の圧縮機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。その問題を解決するために、特許文献２に開示された冷凍サイクル装置では、双方の圧縮機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。
【０００８】
すなわち、図９に示すように、圧縮機３２０，３３０の冷媒吐出側配管には、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から圧縮機３２０，３３０の冷媒吸込側配管にかけてオイルバイパス管３１２が設けられている。また、図１０に示すように、圧縮機３２０，３３０の下部同士は、均油管３５０で相互に連結されており、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。さらに、冷凍サイクルの高圧側配管には、圧力センサー３１５が設けられている。
【０００９】
そして、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。
【００１０】
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、圧力センサー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、圧力センサー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。
【００１１】
このように、圧縮機３２０，３３０同士を均油管３５０で連結するとともに、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ようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図８に示す特許文献１に記載された動力回収式の冷凍サイクル装置に対して、膨張機一体型圧縮機２２０と第２の圧縮機２３０とを均油管で相互に連結し、特許文献２に記載されたような均油運転を行ってオイル保持量の均衡を図ろうとしても、第１圧縮機２２０と第２圧縮機２３０とは非対称な流体機械であるために十分な均油効果は得られない。すなわち、回転機械が第２圧縮機構２３１一つである第２圧縮機２３０に比べ、膨張機一体型圧縮機２２０は、第１圧縮機構２２１に加え膨張機構２２３も備えているためにオイルの利用量が多い。そのため、一定時間毎に運転周波数を交互に上下させたとしても、第１圧縮機２２０内のオイル保持量が減少してしまい、オイルが圧縮機構または膨張機構の摺動部分に十分に供給されなくなるおそれがある。そうすると、信頼性が低下することになる。
【００１４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、膨張機構と複数の圧縮機構を備えた信頼性の高い流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明は、底部に第１オイル溜りが形成され、前記第１オイル溜りよりも上側の内部空間が作動流体で満たされる第１密閉容器と、前記第１密閉容器内に配置された第１電動機と、前記第１密閉容器内に配置された、作動流体を圧縮する第１圧縮機構と、前記第１密閉容器内に配置された、膨張する作動流体から動力を回収する膨張機構と、前記第１電動機と前記第１圧縮機構と前記膨張機構とを連結する第１シャフトと、前記第１オイル溜りのオイルを第１オイル吸入口から吸い込み、前記第１シャフトに設けられた前記第１オイル溜りよりも上側に延びる第１オイル供給路を通じて前記第１圧縮機構と前記膨張機構の一方または双方に供給する第１オイルポンプと、前記第１密閉容器内の空間を上下に仕切るように配置された、前記第１密閉容器内の作動流体の流動に伴って前記第１オイル溜りのオイルが流動することを抑制する第１抑制部材と、底部に第２オイル溜りが形成され、前記第２オイル溜りよりも上側の内部空間が作動流体で満たされる第２密閉容器と、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密閉容器内に配置された、作動流体を圧縮する第２圧縮機構であって、前記第１密閉容器と前記第２密閉容器とが互いに配管で接続されることにより作動流体回路中で前記第１圧縮機構と並列に接続される第２圧縮機構と、前記第２電動機と前記第２圧縮機構とを連結する第２シャフトと、前記第２オイル溜りのオイルを第２オイル吸入口から吸い込み、前記第２シャフトに設けられた第２オイル供給路を通じて前記第２圧縮機構に供給する第２オイルポンプと、前記第２密閉容器内の空間を上下に仕切るように配置された、前記第２密閉容器内の作動流体の流動に伴って前記第２オイル溜りのオイルが流動することを抑制する第２抑制部材と、を備え、前記第１密閉容器内における前記第１抑制部材から前記第１オイル吸入口までの第１有効オイル空間の容積は、前記第２密閉容器内における前記第２抑制部材から前記第２オイル吸入口までの第２有効オイル空間の容積よりも大きく設定されている、流体機械を提供する。
【００１６】
また、本発明は、上記の流体機械が組み込まれた作動流体回路を備え、前記作動流体回路中には、前記第１圧縮機構と前記第２圧縮機構とが並列に配置されており、この作動流体回路には、作動流体として二酸化炭素が充填されている、冷凍サイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
上記の構成によれば、第１有効オイル空間の容積が第２有効オイル空間の容積よりも大きく設定されていて、第１オイル吸入口よりも上側には十分な量のオイルが確保されるようになる。このため、双方の圧縮機が運転されて、第１オイル溜りのオイル面が下がったとしても、第１オイル溜りのオイルを第１オイルポンプによって圧縮機構または膨張機構に十分に供給することができる。従って、本発明によれば、信頼性の高い流体機械を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体機械を用いた冷凍サイクル装置を示す概略構成図
【図２】第１実施形態の第１圧縮機の縦断面図
【図３】図３ＡはIIIA−IIIA線での横断面図、図３Ｂは図２のIIIB−IIIB線での横断面図
【図４】第１実施形態の第２圧縮機の縦断面図
【図５】図１に示した冷凍サイクル装置の起動直後におけるオイル流動状態図
【図６】図６Ａは流体機械における運転時間経過に伴うオイル流量の変化図、図６Ｂは流体機械における運転時間経過に伴うオイル面高さの変化図
【図７】図１に示した冷凍サイクル装置の定常状態におけるオイル流動状態図
【図８】従来の冷凍サイクル装置を示す構成図
【図９】従来の他の冷凍サイクル装置を示す構成図
【図１０】図９に示した冷凍サイクル装置における、圧縮機および均油管を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体機械１０５を用いた冷凍サイクル装置を示している。この冷凍サイクル装置は、流体機械１０５が組み込まれた冷媒回路（作動流体回路）１０３を備えている。冷媒回路１０３は、第１圧縮機（膨張機一体型圧縮機）１０１、第２圧縮機１０２、放熱器４、蒸発器６、およびこれらの機器を接続する第１〜第４配管（冷媒配管）３ａ〜３ｄで構成されている。本実施形態では、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２とは、均油管２５により互いに連結されており、第１圧縮機１０１、第２圧縮機１０２、および均油管２５によって流体機械１０５が構成されている。
【００２１】
具体的に、第１圧縮機１０１の第１吐出管１９および第２圧縮機１０２の第２吐出管２０は、２本の枝管が１本の本管になる第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を介して第１圧縮機１０１の膨張側吸入管２１に接続されている。第１圧縮機１０１の膨張側吐出管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、１本の本管が２本の枝管になる第４配管３ｄを介して第１圧縮機１０１の第１吸入管７および第２圧縮機１０２の第２吸入管８に接続されている。
【００２２】
第１圧縮機１０１は、互いに第１シャフト２３により連結された第１圧縮機構１、第１電動機１１、および膨張機構５を収容する第１密閉容器９を有している。第２圧縮機１０２は、互いに第２シャフト２４により連結された第２圧縮機構２および第２電動機１２を収容する第２密閉容器１０を有している。そして、第１圧縮機構１で圧縮された作動流体（冷媒）および第２圧縮機構２で圧縮された作動流体は、それぞれ第１吐出管１９および第２吐出管２０を通じて第１密閉容器９および第２密閉容器１０外に吐出される。第１密閉容器９外に吐出された作動流体と第２密閉容器１０外に吐出された作動流体は、第１配管３ａを流れる途中で合流し、放熱器４で放熱した後に膨張機構５に導かれる。膨張機構５に導かれた作動流体は、ここで膨張する。このとき、膨張機構５は、膨張する作動流体から動力を回収する。膨張した作動流体は、吸熱器６で吸熱した後に、第４配管３ｄを流れる途中で分流し、第１圧縮機構１および第２圧縮機構２に導かれる。すなわち、第１密閉容器９と第２密閉容器１０とが第１配管３ａおよび第４配管３ｄによって互いに接続されることにより、第１圧縮機構１と第２圧縮機構２とが冷媒回路１０３中に並列に配置されている。換言すれば、冷媒回路１０３中では、第１圧縮機構１は第２圧縮機構２と並列に接続されている。
【００２３】
冷媒回路１０３には、高圧部分（第１圧縮機構１と第２圧縮機構２から放熱器４を経て膨張機構５に至る部分）において超臨界状態となる作動流体が充填されている。本実施形態では、そのような作動流体として冷媒回路１０３に二酸化炭素（ＣＯ2）が充填されている。ただし、作動流体の種類は特に限定されるものではない。作動流体は、運転時に超臨界状態とならない作動流体（例えばフロン系の作動流体等）であってもよい。
【００２４】
また、本発明の流体機械が組み込まれる冷媒回路１０３は、作動流体を一方向にのみ流通させる冷媒回路に限られない。本発明の流体機械は、作動流体の流通方向の変更が可能な冷媒回路に設けられていてもよく、例えば、四方弁等を有することによって暖房運転および冷房運転の切り替えが可能な冷媒回路に設けられていてもよい。
【００２５】
＜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。
【００２６】
第１密閉容器９は、上端部および下端部が塞がれた上下方向に延びる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が形成されており、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、第１圧縮機構１から吐出された作動流体で満たされている。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中に浸されており、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。そして、第１シャフト２３は、第１圧縮機構１と膨張機構５に跨って上下方向に延びている。また、第１密閉容器９内には、第１圧縮機構１と膨張機構５との間に、第１電動機１１、第１オイル流動抑制板（第１抑制部材）１７、第１オイルポンプ１５、および断熱部材３７が上から下に向かってこの順に配置されている。
【００２７】
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２３ｅ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オイル流動抑制板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２３ｅは、上側シャフト２３ａを軸方向に貫通する上側オイル経路２３ｃと、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の側面に開口する下側オイル経路２３ｄとで構成されている。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２３ｆが形成されている。
【００２８】
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、圧縮機構１はスクロール式のものである。ただし、圧縮機構１の形式等は何ら限定されるものではなく、例えばロータリ式圧縮機等を用いることも可能である。
【００２９】
より詳しくは、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には、互いに噛み合う渦巻形状（例えばインボリュート形状等）のラップ５１ａ，５２ａが形成されており、これらのラップ５１ａとラップ５２ａの間に、渦巻状の圧縮室５８が区画されている。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。そのため、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。また、可動スクロール５２には、第１オイル供給路２３ｅから供給される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。
【００３０】
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吐出路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通路６３が形成されている。このような構成により、圧縮室５８で圧縮された作動流体は、吐出孔５１ｂからカバー６２内の空間にいったん吐出された後、吐出路６１を通じて第１圧縮機構１の下方に吐出される。そして、第１圧縮機構１の下方の作動流体は、流通路６３を通じて第１圧縮機構１の上方に導かれる。
【００３１】
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の上方の空間に開口している。
【００３２】
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。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。
【００３３】
第１オイル流動抑制板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、第１密閉容器９内の空間を上下に、すなわち上側空間９ａと下側空間９ｂとに仕切るように配置されている。本実施形態では、第１オイル流動抑制板１７は、第１密閉容器９の内径と略同一の直径を有する上下方向に扁平な円盤状の形状を有しており、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。そして、第１オイル流動抑制板１７によって、第１密閉容器９内の作動流体の流動に伴って第１オイル溜り１３のオイルが流動することが抑制されている。具体的には、上側空間９ａを満たす作動流体は、第１電動機１１の回転子１１ａの回転によって旋回流を形成するが、この旋回流が第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１に至る前に第１オイル流動抑制板１７で遮られるようになる。
【００３４】
本実施形態では、第１オイル流動抑制板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、例えば、断熱部材３７または膨張機構５の後述する上軸受部材２９を第１密閉容器９に固定し、これを介してオイルポンプ１５および第１オイル流動抑制板１７を第１密閉容器９に固定することも可能である。この場合、第１オイル流動抑制板１７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になっていて、次に説明するオイル戻り路が第１オイル流動抑制板１７の周縁部と第１密閉容器９の内周面の間の隙間によって構成されていてもよい。しかし、第１オイル流動抑制板１７を第１密閉容器９に直接的に固定する構成であれば、機器の組み付けが容易になる。
【００３５】
第１オイル流動抑制板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９ａから下側空間９ｂへオイルを流下させるオイル戻り路が構成されている。なお、貫通穴１７ａの数量および形状は、適宜選定可能である。また、第１オイル流動抑制板１７の中心には、貫通孔１７ｂが設けられている。そして、第１オイル流動抑制板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。
【００３６】
軸受部材４２の下面には、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、所定の断面形状で上下方向に延び、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。
【００３７】
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の形式等はなんら限定されるものではなく、例えばトロコイド型のギア式ポンプ等を用いることも可能である。
【００３８】
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が形成されており、この作動室１５ｂは、上方から中間部材４１で閉塞され、下方から断熱部材３７で閉塞されている。ハウジング３９には、作動室１５ｂを第１オイル溜り１３に開放する吸入路１５ｃが設けられており、この吸入路１５ｃの入口が第１オイル吸入口１５ａを構成している。また、中間部材４１の下面には、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２３ｅ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２３ｅを通じて第１圧縮機構１に供給される。
【００３９】
ここで、第１密閉容器９内の空間のうち、鉛直方向において第１オイル流動抑制板１７から第１オイル吸入口１５ａまでの、オイルで満たされうる部分を、第１有効オイル空間１３０と定義し、その容積をＶ１とする。すなわち、第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１とは、鉛直方向において第１オイル流動抑制板１７から第１オイル吸入口１５ａまでの第１密閉容器９内の容積から、その領域における第１密閉容器９の内周面と対向する第１圧縮機１０１の構成部材（本実施形態では、軸受部材４２、中間部材４１、およびオイルポンプ１５のハウジング３９）の占有体積を引いたものである。また、第１有効オイル空間１３０内に実際に存在するオイルの容量をｖ１とする。
【００４０】
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上下方向に扁平な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。そして、断熱部材３７の中心を下側シャフト２３ｂが貫通している。
【００４１】
なお、断熱部材３７としては、上層部１３ａと下層部１３ｂとを仕切るとともにこれらの間のオイルの流通を制限するものであればよく、その形状および構成は適宜選定可能である。例えば、断熱部材３７の直径が第１密閉容器９の内径と一致していて、断熱部材３７にオイルの流通を許容する貫通孔または端面からの切り込みが設けられていてもよい。あるいは、断熱部材３７が複数の部品によって中空状(例えば、リール状)に形成されていて、その中にオイルが一旦保持されるようになっていてもよい。
【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の形式等は何ら限定されるものではなく、例えば、単段のロータリ膨張機、スクロール型膨張機、スライディングベーン型膨張機等の他形式の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は、第１膨張部２８ａよりも高さが高くなっている。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円筒状のピストン３２ａと、このピストン３２ａを収容する略円筒状のシリンダ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が区画されている。また、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が摺動可能に挿入されている。また、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、第１膨張部２８ａとほぼ同様の構成を有している。すなわち、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円筒状のピストン３２ｂと、このピストン３２ｂを収容する略円筒状のシリンダ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が区画されている。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が摺動可能に挿入されている。また、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に戻って、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を下方から閉塞している。この下軸受部材２７の下面には、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に作動流体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を上方から閉塞し、第２流体室３３ｂを下方から閉塞している。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を上方から閉塞している。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に作動流体を導出させる吐出ポート２９ａが設けられている。
【００５０】
次に、第１圧縮機１０１内のオイルの循環について説明する。
【００５１】
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２３ｅを通じて第１圧縮機構１に供給される。その途中、上側シャフト２３ａと下側シャフト２３ｂとの連結部分では、連結部材２６と上側シャフト２３ａおよび下側シャフト２３ｂとの間の僅かの隙間からオイルが漏れ出るおそれがあるが、連結部材２６を収容する収容室４３は軸受部材４２と中間部材４１とで閉塞されているため、安定して第１圧縮機構１へオイルを供給することができる。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た後、一部は作動流体と共に吐出路６１を通じて吐出され、残りは軸受部材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。その後、第１圧縮機構１の下方に排出されたオイルは、作動流体と共に、第１電動機１１の下方に移動する。ここで、重力および遠心力により作動流体から分離されたオイルは、第１オイル流動抑制板１７の貫通穴１７ａを通って、再び第１オイル溜り１３へと戻る。一方、作動流体から分離されなかったオイルは、作動流体と共に、流通路６３等を通って第１圧縮機構１の上方に導かれ、第１吐出管１９から第１配管３ａに吐出される。
【００５２】
一方、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２３ｆによって第１オイル溜り１３の下層部１３ｂからオイルが汲み上げられることにより行われる。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。
【００５３】
＜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。
【００５４】
第２密閉容器１０は、上端部および下端部が塞がれた上下方向に延びる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が形成されており、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から吐出された作動流体で満たされている。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オイル流動抑制板（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。そして、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とに跨って上下方向に延びている。
【００５５】
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。
【００５６】
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。また、第２電動機１２も第１電動機１１と同じものである。そこで、第２圧縮機構２および第２電動機１２の構成に関しては、第１圧縮機構１および第１電動機１１と同部材には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
第２オイル流動抑制板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、第２密閉容器１０内の空間を上下に、すなわち上側空間１０ａと下側空間１０ｂとに仕切るように配置されている。本実施形態では、第２オイル流動抑制板１８は、第２密閉容器１０の内径と略同一の直径を有する上下方向に扁平な円盤状の形状を有しており、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。そして、第２オイル流動抑制板１８によって、第２密閉容器１０内の作動流体の流動に伴って第２オイル溜り１４のオイルが流動することが抑制されている。具体的には、上側空間１０ａを満たす作動流体は、第２電動機１２の回転子１１ａの回転によって旋回流を形成するが、この旋回流が第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２に至る前に第２オイル流動抑制板１８で遮られるようになる。
【００５８】
第２オイル流動抑制板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によって上側空間１０ａから下側空間１０ｂへオイルを流下させるオイル戻り路が構成されている。なお、貫通穴１８ａの数量および形状は、適宜選定可能である。また、第２オイル流動抑制板１８の中心には、貫通孔１８ｂが設けられている。そして、第２オイル流動抑制板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。
【００５９】
本実施形態の第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。
【００６０】
また、本実施形態では、オイル経路板４６の下側に、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等を用いることも可能である。
【００６１】
ここで、第２密閉容器１０内の空間のうち、鉛直方向において第２オイル流動抑制板１８から第２オイル吸入口１６ａまでの、オイルで満たされうる部分を、第２有効オイル空間１４０と定義し、その容積をＶ２とする。すなわち、第２有効オイル空間１４０の容積Ｖ２とは、鉛直方向において第２オイル流動抑制板１８から第２オイル吸入口１６ａまでの第２密閉容器１０内の容積から、その領域における第２密閉容器１０の内周面と対向する第２圧縮機１０２の構成部材（本実施形態では、軸受部材４４、オイルポンプ１６のオイル経路板４６、およびストレーナ４７）の占有体積を引いたものである。また、第２有効オイル空間１４０内に実際に存在するオイルの容量をｖ２とする。
【００６２】
次に、第２圧縮機１０２内のオイルの循環について説明する。
【００６３】
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。その後のオイルの流動状況は、第１圧縮機１０１の圧縮機構１に関するオイル流動状況と同じである。
【００６４】
＜第１圧縮機と第２圧縮機との関係＞
次に、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２との関係について説明する。
【００６５】
第１オイル流動抑制板１７と第２オイル流動抑制板１８は、同一水平面に対して略同じ高さ位置にあり、水平方向に並んでいる。また、第１オイル溜り１３と第２オイル溜り１４とは、均油管２５を通じて連通している。均油管２５には均油管バルブ２５ａが設けられており、この均油管バルブ２５ａの開閉によって第１オイル溜り１３と第２オイル溜り１４との間でのオイルの流通を制限したり完全に禁止したりできるようになっている。そして、運転停止時に均油管バルブ２５ａが開かれると、第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１と第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２とが同一水平面上に保たれるようになる。すなわち、第１オイル流動抑制板１７の下面から第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１までの距離と第２オイル流動抑制板１８の下面から第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２までの距離とが同じになる。
【００６６】
また、第１密閉容器９内の第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１は、第２密閉容器１０内の第２有効オイル空間１４０の容積Ｖ２よりも大きく設定されている。具体的には、第１オイル吸入口１５ａが第２オイル吸入口１６ａよりも下側に位置している。
【００６７】
ここで、流体機械１０５は、均油管２５によって第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１と第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２とが同一水平面上に保たれた時に、第１有効オイル空間１３０のうち第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１から下側の部分の容積が第２有効オイル空間１４０のうち第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２から上側の部分の容積よりも大きくなるように構成されていることが好ましい。このようになっていれば、第１圧縮機１０１内のオイルが第２有効オイル空間１４０を満たすまで第２圧縮機１０２に移動しても、第１有効オイル空間１３０に、すなわち第１オイル吸入口１５ａの上側にオイルが残るようになるからである。
【００６８】
次に、運転時での冷凍サイクル装置全体でのオイル流動状況と、第１圧縮機１０１の第１オイル溜り１３および第２圧縮機１０２の第２オイル溜り１４の各オイル面高さの変動の関係を、図５、図６Ａ、図６Ｂ、図７を用いて説明する。図５は、冷凍サイクル装置において起動直後のオイル流動状態とオイル面高さを表した図で、図７は定常運転時のオイル流動状態とオイル面高さを表した図である。また、図６Ａは、運転開始から定常状態になるまでの時間と各箇所におけるオイル流量の変動を表した図で、図６Ｂは、運転開始から定常状態になるまでの時間とそのときのオイル面高さの変化を表した図である。
【００６９】
図５に示すように、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２からは、吐出された作動流体と共にオイルが第１配管３ａへと流出する。その時の第１吐出管１９からのオイル質量流量をＦｄ１、第２吐出管２０からのオイル質量流量をＦｄ２とする。流出したオイルはその後、第１配管３ａ内で合流し、その時のオイル質量流量をＦhighとすると、Ｆhigh＝Ｆｄ１＋Ｆｄ２の関係となる。一方、第１圧縮機１０１内の膨張機構５において、前述のとおりオイルは部品間を潤滑およびシールしながら膨張機構５内部へと流入し、その後膨張機構５に流入してくる作動流体とそれと伴流してくるオイルと合流し、膨張側吐出管２２から第３配管３ｃに吐出される。その時の膨張機構５からのオイル質量流量をＦexpとし、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＝Ｆhigh＋Ｆexpの関係となる。その後、蒸発器６を通って戻ってくるオイルは、第１吸入管７と第２吸入管８とに分流される。その時の第１吸入管７のオイル質量流量をＦｓ１、第２吸入管８の質量流量をＦｓ２とする。ここで、本実施形態の説明において、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２の回転数は同じとし、第４配管３ｄでオイルが二等分されるとすると、オイル質量流量の関係は、Ｆｓ１＝Ｆｓ２＝Ｆlow／２となる。また、運転開始時においては、第１オイル流動抑制板１７から第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１までの距離と第２オイル流動抑制板１８から第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２までの距離が同じであり、同形式の圧縮機構が同回転で運転するので、運転開始時の第１吐出管１９からのオイル質量流量Ｆｄ１と、第２吐出管２０からのオイル質量流量Ｆｄ２は、Ｆｄ１＝Ｆｄ２＝Ｆhigh／２の関係にある。
【００７０】
ここで、Ｆｓ２に着目し、上述の関係からＦｓ２をＦｄ２を用いて表すと、
Ｆｓ２＝Ｆlow／２＝（Ｆhigh＋Ｆexp）／２＝Ｆｄ２+Ｆexp／２
となる。つまりＦｄ２＜Ｆｓ２となり、この差分（Ｆexp／２）が第２密閉容器１０の内部に残ることになり、最終的には第２有効オイル空間１４０内のオイル容積ｖ２が増えて第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２が上昇する。逆に、第１密閉容器９からは前記の差分（Ｆexp／２）のオイルが流出することになり、最終的には第１有効オイル空間１３０内のオイル容積ｖ１が減り第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１が下降する。
【００７１】
次に定常状態までの過渡時の状況を説明する。前述のように運転開始時はオイル質量流量のバランスにより、第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２は上昇し、反対に第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１は下降する。オイル面高さが上昇すると、密閉容器内部での作動流体とオイルの分離空間が縮小し、また密閉容器下部空間での作動流体流れとオイル面との距離が縮まるため、密閉容器からのオイル吐出流量が増加する。すなわちオイル面Ｓ２が上昇する傾向にある第２圧縮機１０２のオイル吐出流量Ｆｄ２は時間の経過と共に増加する。反対に、オイル面Ｓ１が下降する傾向にある第１圧縮機１０１のオイル吐出流量Ｆｄ１は時間の経過と共に減少する。なお、膨張機構５が消費するオイル流量Ｆexpは回転数にのみ依存し、オイル面高さとは関連がないため、時間の経過によらず一定である。
【００７２】
さらに時間が経過し、第２オイル溜り１４のオイル面高さが第２オイル流動抑制板１８と同じ高さになった時（Ｔ＝ｔ１、Ｖ２＝ｖ２）、オイル面Ｓ２は第２オイル流動抑制板１８を越え、第２密閉容器１０下部の作動流体流れに直接影響を受けることになる。そうすると、それ以降のオイル面高さの増加は急激に鈍化し、代わりにオイル吐出流量Ｆｄ２が急増する。そして、オイル吐出流量Ｆｄ１とオイル吐出流量Ｆｄ２の差が、膨張機構５が消費するオイル流量Ｆexpと等しくなったとき（Ｆｄ２−Ｆｄ１＝Ｆexp）、オイル面高さの変動は止まり定常状態へと移行する（Ｔ＝ｔ２）。上記の状態を式で表すと、
Ｆｓ２＝（Ｆhigh＋Ｆexp）／２＝（Ｆｄ１+Ｆｄ２+Ｆexp）／２＝Ｆｄ２
であり、第２圧縮機１０２の吸入オイル流量Ｆｓ２と吐出オイル流量Ｆｄ２が等しくなり、オイル面高さの変動は停止する。
【００７３】
以上のように、本実施形態によれば、第１圧縮機１０１の第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１を第２圧縮機１０２の第２有効オイル空間１４０の容積Ｖ２よりも大きく設定しているので、定常運転状態に移行するまでの間に、第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１が下降しても、第１オイル吸入口１５ａの上側に十分な量のオイルを確保することができ、高い信頼性を得ることができる。なお、上記のような課題解決の別手段として、複数の圧縮機間のオイル不均衡を許容するために各圧縮機のオイル保持量を各々極端に多くする方法も考えられるが、オイル保持量を多くすると圧縮機から吐出されるオイル量が増え、冷凍サイクル装置内の熱交換器内壁に付着し伝熱阻害を引き起こしたり、冷媒配管内の管壁にオイル膜が形成し、管流路面積が減少することで管の圧力損失が増え、膨張機構５で回収できる動力が減少したりすることで冷凍サイクル装置の効率を著しく低下させる要因になるため、好ましい方法とは言えない。
【００７４】
また、本実施形態によれば、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２に同じ内径の密閉容器９，１０を用いており、第１オイル流動抑制板１７から第１オイル吸入口１５ａまでの距離を、第２オイル流動抑制板１８から第２オイル吸入口１６ａまでの距離よりも長くしている。このため、比較的に簡単な構成で、前記のような第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１の設定を行うことができる。しかも、同じ内径の密閉容器とそれに対応する同じ圧縮機構を使用できるため、部品コストの削減および製造コストの削減効果を得ることができる。
【００７５】
また、本実施形態によれば、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２を、均油管２５によって連結しているので、運転停止時に均油管バルブ２５ａを開放することにより、オイル溜り１３とオイル溜り１４との偏りを解消することができる。なお、運転時は、必ずしも均油管バルブ２５ａを閉じておく必要はなく、少し開いておくようにしてもよい。
【００７６】
また、本実施形態によれば、第１オイル流動抑制板１７と第２オイル流動抑制板１８とが水平方向に並んでいるので、均油時にオイル面Ｓ１，Ｓ２とオイル流動抑制板１７，１８との間の距離を両圧縮機１０１，１０２で同じにすることができる。このため、均油時には、第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１から第１オイル吸入口１５ａまでの距離を、第２オイル溜り１４のオイル面Ｓ２から第２オイル吸入口１６ａまでの距離よりも長く確保することができ、さらに信頼性を向上させることができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、２段ロータリ式の膨張機構５を用いている。２段ロータリ式の膨張機構は単段ロータリ式膨張機構に比べて高効率ではあるが、一方でオイル消費量が多いという特徴がある。本実施形態では、２段ロータリ式膨張機構を用いてもオイル消費量の多さは問題にはならず、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うことができる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、作動流体にＣＯ2を使用している。ＣＯ2は他のフロン系冷媒に比べて比重が大きく、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効果が高いが、本実施形態によれば、冷媒の比重が大きい場合でも、高い信頼性を確保することができる。
【００７９】
（変形例）
前記実施形態では、第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２とは同じ回転数としたが、異なる回転数の時にも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００８０】
また、均油管２５がない場合は、停止時においても図７に示すようなオイルが偏った状態が保たれるだけであり、特に問題ないため、均油管２５を省略することも可能である。ただし、均油管２５を設けておけば、上述したように停止時に第１圧縮機１０１と第２圧縮機１０２とでオイル量をバランスさせることができる。
【００８１】
また、前記実施形態では、第１密閉容器９と第２密閉容器１０で内径が同じである構成を主に示したが、内径の異なる密閉容器を用いたとしても、第１圧縮機１０１の第１有効オイル空間１３０の容積Ｖ１を第２圧縮機１０２の第２有効オイル空間１４０の容積Ｖ２よりも大きくしさえすれば、同様の効果を得ることは言うまでもない。
【００８２】
なお、軸受部材４２を第１オイル流動抑制板１７に一体に設けたものを第１抑制部材として用いることも可能である。このように下面に高低差のある第１抑制部材を用いた場合の第１有効オイル空間１３０は、第１抑制部材の下面のうち一番高い位置の部分から第１オイル吸入口１５ａまでとなる。同様に、軸受部材４４を第２オイル流動抑制板１８に一体に設けたものを第２抑制部材として用いることも可能であり、下面に高低差のある第２抑制部材を用いた場合には、第２抑制部材の下面のうち一番高い位置の部分から第２オイル吸入口１６ａまでが第２有効オイル空間１４０となる。
【００８３】
また、第１オイルポンプ１５は、第１シャフト２３の下端部に設けられていて、第１オイル溜り１３のオイルが第１シャフトに設けられた第１オイル供給路を通じて膨張機構５と第１圧縮機構１の双方に供給されるようになっていてもよい。この場合、膨張機構５の上軸受部材２９を第１オイル溜り１３のオイル面Ｓ１よりも上側に位置させるとともに第１密閉容器９の内周面まで拡張して、この上軸受部材２９で第１抑制部材を構成することも可能である。ただし、前記実施形態のように、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、圧縮機構１を経由して比較的に高温となったオイルが膨張機構５の周囲に流れ込むことを抑制することができ、オイルを介した圧縮機構１から膨張機構５への熱移動を抑制することができる。
【００８４】
さらに、前記実施形態では、第１圧縮機構１と膨張機構５のオイル供給源として同じオイル溜り（オイルが連続的に繋がっている）を用いたが、このオイル溜りが部材等によって区画され、複数のオイル溜りであったとしても、膨張機構５用のオイル溜りが第１圧縮機構１用のオイル溜りより先に枯渇しないような構成であるのならば、オイル溜りが連続的に繋がっているいないにかかわらず、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、前記実施形態では、第１圧縮機構１の下に膨張機構５が配置されているが、第１圧縮機１の上方に膨張機構５が存在する場合でも、同様の効果を得ることができるのは言うまでもない。例えば、圧縮機構１が第１密閉容器９内の下側位置に配置される場合、圧縮機構１の軸受部材５３で第１抑制部材を構成してもよい。さらには、第１電動機１１の位置もこれを問わず、第１電動機１１の下に第１圧縮機構１と膨張機構５が存在するような場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００８６】
また、第２圧縮機１０２の第２圧縮機構２と第２電動機１２の配置が上下逆になっていてもよい。
【００８７】
さらに、本実施形態では、第１圧縮機１０１として第１シャフト２３が鉛直方向に延びる縦型のものを用いたが、第１シャフト２３が水平方向に延びる横型のものを用いても第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、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。同様に、第２圧縮機１０２も横型のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の流体機械は、冷凍サイクルにおける作動流体の膨張エネルギーを回収して動力回収を行う手段として有用である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に第１オイル溜りが形成され、前記第１オイル溜りよりも上側の内部空間が作動流体で満たされる第１密閉容器と、
前記第１密閉容器内に配置された第１電動機と、
前記第１密閉容器内に配置された、作動流体を圧縮する第１圧縮機構と、
前記第１密閉容器内に配置された、膨張する作動流体から動力を回収する膨張機構と、
前記第１電動機と前記第１圧縮機構と前記膨張機構とを連結する第１シャフトと、
前記第１オイル溜りのオイルを第１オイル吸入口から吸い込み、前記第１シャフトに設けられた前記第１オイル溜りよりも上側に延びる第１オイル供給路を通じて前記第１圧縮機構と前記膨張機構の一方または双方に供給する第１オイルポンプと、
前記第１密閉容器内の空間を上下に仕切るように配置された、前記第１密閉容器内の作動流体の流動に伴って前記第１オイル溜りのオイルが流動することを抑制する第１抑制部材と、
底部に第２オイル溜りが形成され、前記第２オイル溜りよりも上側の内部空間が作動流体で満たされる第２密閉容器と、
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密閉容器内に配置された、作動流体を圧縮する第２圧縮機構であって、前記第１密閉容器と前記第２密閉容器とが互いに配管で接続されることにより作動流体回路中で前記第１圧縮機構と並列に接続される第２圧縮機構と、
前記第２電動機と前記第２圧縮機構とを連結する第２シャフトと、
前記第２オイル溜りのオイルを第２オイル吸入口から吸い込み、前記第２シャフトに設けられた第２オイル供給路を通じて前記第２圧縮機構に供給する第２オイルポンプと、
前記第２密閉容器内の空間を上下に仕切るように配置された、前記第２密閉容器内の作動流体の流動に伴って前記第２オイル溜りのオイルが流動することを抑制する第２抑制部材と、を備え、
前記第１密閉容器内における前記第１抑制部材から前記第１オイル吸入口までの第１有効オイル空間の容積は、前記第２密閉容器内における前記第２抑制部材から前記第２オイル吸入口までの第２有効オイル空間の容積よりも大きく設定されている、流体機械。
【請求項２】
前記第１オイル溜りと前記第２オイル溜りとを連通する均油管をさらに備え、
前記流体機械は、前記均油管によって前記第１オイル溜りのオイル面と前記第２オイル溜りのオイル面とが同一水平面上に保たれた時に、前記第１有効オイル空間のうち前記第１オイル溜りのオイル面から下側の部分の容積が、前記第２有効オイル空間のうち前記第２オイル溜りのオイル面から上側の部分の容積よりも大きくなるように構成されている、請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記第１シャフトおよび前記第２シャフトは、上下方向に延びている、請求項１または２に記載の流体機械。
【請求項４】
前記第１密閉容器および前記第２密閉容器は、上端部および下端部が塞がれた上下方向に延びる円筒状の形状を有していて、前記第１密閉容器の内径は前記第２密閉容器の内径と同じになっており、
前記第１オイル吸入口は、前記第２オイル吸入口よりも下側に位置している、請求項３に記載の流体機械。
【請求項５】
前記第１抑制部材と前記第２抑制部材は、同一水平面に対して略同じ高さ位置にある、請求項３または４に記載の流体機械。
【請求項６】
前記膨張機構は、前記第１抑制部材よりも下側に配置されており、前記第１圧縮機構および前記第１電動機は、前記第１抑制部材よりも上側に配置されている、請求項３〜５のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項７】
前記第１電動機は、前記第１圧縮機構と前記第１抑制部材との間に位置している、請求項６に記載の流体機械。
【請求項８】
前記第１オイルポンプは、前記第１抑制部材と前記膨張機構との間に配置されていて、前記第１オイル吸入口が前記膨張機構よりも上側に位置しており、
前記第１オイル溜りのオイルは、前記第１オイル供給路を通じて前記第１圧縮機構に供給される、請求項６または７に記載の流体機械。
【請求項９】
前記第１オイルポンプと前記膨張機構との間に配置された、前記第１オイル溜りを上層部と下層部とに仕切るとともに前記上層部と前記下層部との間でのオイルの流通を規制する断熱部材をさらに備える、請求項８に記載の流体機械。
【請求項１０】
前記第２圧縮機構、前記第２電動機、前記第２抑制部材、および前記第２オイルポンプは、上から下に向かってこの順に配置されている、請求項３〜９のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項１１】
前記第１圧縮機構および前記第２圧縮機構はスクロール式であり、前記膨張機構は２段ロータリ式である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の流体機械が組み込まれた作動流体回路を備え、
前記作動流体回路中には、前記第１圧縮機構と前記第２圧縮機構とが並列に配置されており、この作動流体回路には、作動流体として二酸化炭素が充填されている、冷凍サイクル装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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