(57)【要約】【課題】冷媒としての二酸化炭素を低段側圧縮機構（44,64a）及び高段側圧縮機構（54,64b）によって臨界圧力以上まで圧縮する圧縮ユニット（10,11）を有する冷凍装置において、低段側圧縮機構（44,64a）の摺動部に供給される潤滑油の粘度低下を抑制する。【解決手段】潤滑油の粘度が低段側圧縮機構（44,64a）の摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上となるように、潤滑油が曝される中間圧冷媒の過熱度（Tsh）を所定の目標過熱度（Tset）以上に調整する過熱度調整部（3）を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒としての二酸化炭素を圧縮して中間圧冷媒とする低段側圧縮機構（44,64a）と、上記中間圧冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して高圧冷媒とする高段側圧縮機構（54,64b）と、少なくとも上記低段側圧縮機構（44,64a）を収容し内部が上記中間圧冷媒で満たされたケーシング（41,61）と、該ケーシング（41,61）内に貯留された潤滑油を少なくとも上記低段側圧縮機構（44,64a）の摺動部に供給する油供給機構（49,69）と、を有する圧縮ユニット（10,11）を含み、二段圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（2）と、
上記潤滑油の粘度が、上記摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上となるように、上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）を所定の目標過熱度（Tset）以上に調整する過熱度調整部（3）と、を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記過熱度調整部（3）は、
上記低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の比エンタルピーを調整する比エンタルピー調整部（42,62）と、
上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が上記所定の目標過熱度（Tset）以上となるように上記比エンタルピー調整部（42,62）を制御する制御部（5）と、を有することを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記比エンタルピー調整部は、上記低段側圧縮機（44,64a）の吸入冷媒の流量を調整する流量調整部（42,62）を有し、
上記制御部（5）は、上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が上記所定の目標過熱度（Tset）以上となるように上記流量調整部（42,62）を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１つにおいて、
上記圧縮ユニット（10）は、
上記低段側圧縮機構（44）と、該低段側圧縮機構（44）を収容し内部が上記中間圧冷媒で満たされる上記ケーシングとしての低段側ケーシング（41）と、該低段側ケーシング（41）内に貯留された潤滑油を上記低段側圧縮機構（44）の摺動部に供給する上記油供給機構としての低段側油供給機構（49）とを有する低段側圧縮機（40）と、
上記高段側圧縮機構（54）と、該高段側圧縮機構（54）を収容し内部が上記高圧冷媒で満たされる高段側ケーシング（51）と、該高段側ケーシング（51）内に貯留された潤滑油を上記高段側圧縮機構（54）の摺動部に供給する高段側油供給機構（59）とを有する高段側圧縮機（50）と、を含み、
上記過熱度調整部（3）は、上記低段側ケーシング（41）内の潤滑油の粘度が上記目標粘度以上となるように、上記低段側ケーシング（41）内の中間圧冷媒の過熱度（Tsh）を上記所定の目標過熱度（Tset）以上に調整するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１から３のうちいずれか１つにおいて、
上記圧縮ユニット（11）は、上記ケーシング（61）内に上記低段側圧縮機構（64a）と上記高段側圧縮機構（64b）とが収容される二段圧縮機（60）で構成され、
上記油供給機構（69）は、上記低段側圧縮機構（64a）の摺動部と上記高段側圧縮機構（64b）の摺動部とに上記潤滑油を供給するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項１から５のうちいずれか１つにおいて、
上記潤滑油は、ポリアルキレングリコールであって、
上記所定の目標過熱度（Tset）は、５度であることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構を備えた冷凍装置に関し、特に圧縮機構の摺動部の信頼性向上に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構を含む冷媒回路において、冷媒として二酸化炭素を用いて超臨界サイクルを行う冷凍装置が知られている。例えば、特許文献１には、冷媒として二酸化炭素が充填された冷媒回路に、いわゆる中間圧ドーム型の低段側圧縮機と、高圧ドーム型の高段側圧縮機と、室外熱交換器と、室外膨張弁と、室内熱交換器と、室内膨張弁とが接続された冷凍装置が開示されている。
【０００３】
この冷凍装置における冷房運転では、冷媒は、低段側圧縮機で中間圧まで圧縮された後、高段側圧縮機によって臨界圧力（二酸化炭素の臨界圧力は７．３８ＭＰａ）以上まで圧縮される。このように圧縮された超臨界状態の冷媒は、室外熱交換器を流れて室外へ放熱する。それから、冷媒は、室外膨張弁及び室内膨張弁を通過することにより減圧された後、室内熱交換器で蒸発し、これにより室内が冷却される。室内熱交換器で蒸発した冷媒はガス冷媒となり、低段側圧縮機及び高段側圧縮機によって再び臨界圧力以上まで圧縮される。このように冷媒が冷媒回路を循環することにより、冷凍装置において冷房運転が行われる。
【０００４】
一方、上記低段側圧縮機及び高段側圧縮機の摺動部を潤滑するために、各圧縮機には潤滑油を貯留するための油溜め部がケーシングの底部に設けられている。この潤滑油は、ポンプ等によって摺動部へ搬送され、該摺動部の異常摩耗や焼き付けを抑制する。
【０００５】
ここで、一般的に、冷媒が臨界圧力に至っていない亜臨界状態の雰囲気下では、潤滑油の粘度が、冷媒の温度の低下に伴って大きく低下する。例えば、亜臨界状態の二酸化炭素の雰囲気下における、二酸化炭素の温度に対するポリアルキレングリコールの粘度特性が、非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０３０９５４
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】金子正人、他４名、「ＣＯ２冷媒用新規冷凍機油ＥＣＰの開発」、ＴＨＥ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ  ＯＮ  ＮＥＷ  ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮＳ  ＡＮＤ  ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ２００８、ｐ．３８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、高圧ドーム型に形成された高段側圧縮機のケーシング内は、該高段側圧縮機によって圧縮された超臨界状態の高圧冷媒で満たされている。
【０００９】
一般的に、超臨界状態の冷媒の雰囲気下では、潤滑油に対する冷媒の溶解度が、冷媒の温度の影響をほとんど受けないことが知られている。よって、上記高圧冷媒の雰囲気下では、該高圧冷媒の温度が変化しても、潤滑油の粘度はほぼ一定に保たれる。
【００１０】
一方、低段側圧縮機のケーシング内は、該低段側圧縮機によって圧縮された中間圧冷媒で満たされている。つまり、低段側圧縮機内の潤滑油は、超臨界状態に至っていない亜臨界状態の中間圧冷媒の雰囲気下にある。従って、中間圧冷媒の温度が低下すると、潤滑油に対して冷媒が溶けやすくなるため、潤滑油の粘度は低下する。この潤滑油の粘度低下が顕著となると、摺動部に十分な厚さの油膜が形成されなくなるため摺動部で潤滑不良が発生し、ひいては該摺動部が異常摩耗したり焼付きが発生したりしてしまう。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低段側圧縮機構の摺動部に供給される潤滑油の粘度の低下を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、冷凍装置を対象とし、冷媒としての二酸化炭素を圧縮して中間圧冷媒とする低段側圧縮機構（44,64a）と、上記中間圧冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して高圧冷媒とする高段側圧縮機構（54,64b）と、少なくとも上記低段側圧縮機構（44,64a）を収容し内部が上記中間圧冷媒で満たされたケーシング（41,61）と、該ケーシング（41,61）内に貯留された潤滑油を少なくとも上記低段側圧縮機構（44,64a）の摺動部に供給する油供給機構（49,69）と、を有する圧縮ユニット（10,11）を含み、二段圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（2）と、上記潤滑油の粘度が、上記摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上となるように、上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）を所定の目標過熱度（Tset）以上に調整する過熱度調整部（3）と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
第１の発明では、圧縮ユニット（10,11）は、低段側圧縮機構（44,64a）において冷媒としての二酸化炭素を圧縮して中間圧冷媒とした後、高段側圧縮機構（54,64b）において上記中間圧冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して高圧冷媒とする。また、低段側圧縮機構（44,64a）の摺動部を潤滑するため、該摺動部には、ケーシング（41,61）内に貯留された潤滑油が油供給機構（49,69）によって供給される。
【００１４】
ここで、上記潤滑油は、ケーシング（41,61）内に満たされた中間圧冷媒に曝された状態となっている。上記中間圧冷媒は亜臨界状態であるため、中間圧冷媒の温度が低下すると潤滑油に対して冷媒は溶解しやすくなり、潤滑油の粘度が低下してしまう。これに対して、第１の発明では、潤滑油の粘度が摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上となるように、上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が、過熱度調整部（3）によって所定の目標過熱度（Tset）以上に調整される。これにより、潤滑油の粘度が、摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上に保たれる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、上記過熱度調整部（3）は、上記低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の比エンタルピーを調整する比エンタルピー調整部（42,62）と、上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が上記所定の目標過熱度（Tset）以上となるように上記比エンタルピー調整部（42,62）を制御する制御部（5）と、を有することを特徴とする。
【００１６】
第２の発明では、制御部（5）が比エンタルピー調整部（42,62）を制御することによって、低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の比エンタルピーが調整される。つまり、低段側圧縮機構（44,64a）の乾き度又は過熱度が、比エンタルピー調整部（42,62）によって調整される。これにより、低段側圧縮機構（44,64a）から吐出される中間圧冷媒の過熱度も調整され、この過熱度（Tsh）が所定の目標過熱度（Tset）以上となる。
【００１７】
第３の発明は、第２の発明において、上記比エンタルピー調整部は、上記低段側圧縮機（44,64a）の吸入冷媒の流量を調整する流量調整部（42,62）を有し、上記制御部（5）は、上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が上記所定の目標過熱度（Tset）以上となるように上記流量調整部（42,62）を制御することを特徴とする。
【００１８】
第３の発明では、制御部（5）が流量調整部（42,62）を制御することによって、低段側圧縮機構（44,64a）に吸入される冷媒の流量が調整される。すると、冷凍サイクルの蒸発工程において、単位質量あたりの冷媒に対する空気からの入熱量が変化する。これにより、低段側圧縮機構（44,64a）に吸入される冷媒の比エンタルピー（すなわち、乾き度や過熱度）が調整可能となる。従って、低段側圧縮機構（44,64a）によって圧縮される中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が、所定の目標過熱度（Tset）以上となるように調整できるため、潤滑油の粘度が、摺動部の潤滑不良が抑制される目標粘度以上に保たれる。
【００１９】
第４の発明は、第１から第３の発明のうちいずれか１つにおいて、上記圧縮ユニット（10）は、上記低段側圧縮機構（44）と、該低段側圧縮機構（44）を収容し内部が上記中間圧冷媒で満たされる上記ケーシングとしての低段側ケーシング（41）と、該低段側ケーシング（41）内に貯留された潤滑油を上記低段側圧縮機構（44）の摺動部に供給する上記油供給機構としての低段側油供給機構（49）とを有する低段側圧縮機（40）と、上記高段側圧縮機構（54）と、該高段側圧縮機構（54）を収容し内部が上記高圧冷媒で満たされる高段側ケーシング（51）と、該高段側ケーシング（51）内に貯留された潤滑油を上記高段側圧縮機構（54）の摺動部に供給する高段側油供給機構（59）とを有する高段側圧縮機（50）と、を含み、上記過熱度調整部（3）は、上記低段側ケーシング（41）内の潤滑油の粘度が上記目標粘度以上となるように、上記低段側ケーシング（41）内の中間圧冷媒の過熱度（Tsh）を上記所定の目標過熱度（Tset）以上に調整するように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
第４の発明では、圧縮ユニット（10）は、低段側圧縮機（40）において冷媒を圧縮して中間圧冷媒とした後、高段側圧縮機（50）によって上記中間圧冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して高圧冷媒とする。低段側圧縮機構（44）の摺動部には、該低段側圧縮機構（44）の摺動部を潤滑するため、低段側ケーシング（41）内に貯留された潤滑油が低段側油供給機構（49）によって供給される。一方、高段側圧縮機構（54）の摺動部には、該高段側圧縮機構（54）の摺動部を潤滑するため、高段側ケーシング（51）内に貯留された潤滑油が高段側油供給機構（59）によって供給される。
【００２１】
ここで、上記高段側圧縮機構（54）の摺動部を潤滑する潤滑油は、高段側ケーシング（51）内に満たされた超臨界状態の高圧冷媒に曝された状態となっているため、該高圧冷媒の温度が変化しても、潤滑油に対する冷媒の溶解度はあまり変化しない。従って、潤滑油の粘度は、高圧冷媒の温度によらずほぼ一定となるため、潤滑油の粘度低下による高段側圧縮機構（54）の摺動部の潤滑不良が抑制される。
【００２２】
一方、上記低段側圧縮機構（44）の摺動部を潤滑する潤滑油は、低段側ケーシング（41）内に満たされた亜臨界状態の中間圧冷媒に曝された状態となっているため、該潤滑油の粘度は、中間圧冷媒の温度によって変化する。これに対して、第４の発明では、過熱度調整部（3）によって、低段側ケーシング（41）内の潤滑油の粘度が、低段側圧縮機構（44）の摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上となるように、上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が所定の目標過熱度（Tset）以上に調整される。これにより、低段側圧縮機構（44）を潤滑する潤滑油の粘度が、低段側圧縮機構（44）の摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上に保たれる。
【００２３】
第５の発明は、第１から第３の発明のうちいずれか１つにおいて、上記圧縮ユニット（11）は、上記ケーシング（61）内に上記低段側圧縮機構（64a）と上記高段側圧縮機構（64b）とが収容される二段圧縮機（60）で構成され、上記油供給機構（69）は、上記低段側圧縮機構（64a）の摺動部と上記高段側圧縮機構（64b）の摺動部とに上記潤滑油を供給するように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
第５の発明では、圧縮ユニットとしての二段圧縮機（60）は、低段側圧縮機構（64a）において冷媒を圧縮して中間圧冷媒とした後、高段側圧縮機構（64b）において上記中間圧冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して高圧冷媒とする。一方、低段側圧縮機構（64a）の摺動部、及び高段側圧縮機構（64b）の摺動部を潤滑するため、各摺動部には、１つのケーシング（61）内に貯留された潤滑油が油供給機構（69）によって供給される。
【００２５】
ここで、上記潤滑油は、ケーシング（61）内に満たされた亜臨界状態の中間圧冷媒に曝されているため、該潤滑油の粘度は、中間圧冷媒の温度によって変化する。これに対して、第５の発明では、過熱度調整部（3）によって、潤滑油の粘度が上記摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上となるように、上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が所定の目標過熱度（Tset）以上に調整される。これにより、潤滑油の粘度が、低段側圧縮機構（64a）の摺動部及び高段側圧縮機構（64b）の摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上に保たれる。
【００２６】
第６の発明は、第１から第５の発明のうちいずれか１つにおいて、上記潤滑油は、ポリアルキレングリコールであって、上記所定の目標過熱度（Tset）は、５度であることを特徴とする。
【００２７】
第６の発明では、過熱度調整部（3）によって、中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が５度以上となるように調整されるため、該中間圧冷媒に曝される潤滑油としてのポリアルキレングリコールの粘度が所定の粘度以上に保たれる。
【発明の効果】
【００２８】
上記第１の発明によれば、低段側圧縮機構（44,64a）の摺動部に供給される潤滑油が、該低段側圧縮機構（44,64a）によって圧縮された中間圧冷媒に曝された状態で貯留される圧縮ユニット（10,11）を含む冷凍装置において、上記潤滑油が低段側圧縮機構（44,64a）の摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上となるように上記中間圧冷媒の過熱度（Tsh）を調整する過熱度調整部（3）を設けた。これにより、潤滑油の粘度が目標粘度以上に保たれるため、潤滑油の粘度の低下を抑制できる。
【００２９】
また、上記第２の発明によれば、制御部（5）によって比エンタルピー調整部（42,62）が調整されることにより中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が調整され、潤滑油の粘度が目標粘度以上となるため、潤滑油の粘度の低下を抑制できる。
【００３０】
また、上記第３の発明によれば、制御部（5）によって流量調整部（42,62）が調整されることにより、低段側圧縮機構（44,64a）に流入する冷媒の流量が調整される。これにより、低段側圧縮機構（44,64a）に吸入される冷媒の比エンタルピー（すなわち、乾き度や過熱度）が調整可能となる。従って、中間圧冷媒の過熱度（Tsh）を目標過熱度（Tset）以上にでき、潤滑油の粘度が目標粘度以上となるため、潤滑油の粘度の低下を抑制できる。
【００３１】
また、上記第４の発明によれば、低段側ケーシング（41）内に満たされた中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が、過熱度調整部（3）によって所定の目標過熱度（Tset）以上となるように調整されるため、低段側ケーシング（41）に貯留された潤滑油の粘度が目標粘度以上に保たれる。これにより、低段側圧縮機構（44）の摺動部を潤滑する潤滑油の粘度の低下を抑制できる。
【００３２】
また、上記第５の発明によれば、ケーシング（61）内に低段側圧縮機構（64a）及び高段側圧縮機構（64b）が収容される二段圧縮機（60）において、ケーシング（61）内に満たされた中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が所定の目標過熱度（Tset）以上となるように調整されるため、ケーシング（61）内に貯留された潤滑油の粘度が目標粘度以上に保たれる。これにより、低段側圧縮機構（64a）の摺動部、及び高段側圧縮機構（64b）の摺動部を潤滑油する潤滑油の粘度の低下を抑制できる。
【００３３】
また、上記第６の発明によれば、過熱度調整部（3）によって中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が５度以上となるように調整されるため、潤滑油としてのポリアルキレングリコールの粘度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、実施形態１に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】図２は、実施形態１における低段側圧縮機の縦断面図である。
【図３】図３は、実施形態１における高段側圧縮機の縦断面図である。
【図４】図４は、実施形態１における過熱度調整部のブロック図である。
【図５】図５は、実施形態１における過熱度調整部の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施形態２に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
【図７】図７は、実施形態２における二段圧縮機の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００３６】
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１に係る冷凍装置は、室内の空調を行う空気調和装置（1）を構成するものである。この空気調和装置（1）は、室内の冷房と暖房とを切り替えて行うように構成されている。
【００３７】
〈冷媒回路の構成〉
空気調和装置（1）は、図１に示すように、冷媒が充填される冷媒回路（2）を備えている。この冷媒回路（2）には、冷媒として二酸化炭素が充填されていて、この冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。特に、この冷媒回路（2）では、冷媒を臨界圧力以上まで圧縮する、いわゆる超臨界サイクルが行われる。冷媒回路（2）には、低段側圧縮機（40）と高段側圧縮機（50）とを有する圧縮ユニット（10）と、室内熱交換器（27）と、室内膨張弁（26）と、室外熱交換器（23）と、室外膨張弁（24）とが設けられている。
【００３８】
低段側圧縮機（40）は、吸入した冷媒を圧縮して４ＭＰａから７ＭＰａ程度の中間圧冷媒とするように構成されている。一方、高段側圧縮機（50）は、低段側圧縮機（40）からの中間圧冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して高圧冷媒とするように構成されている。つまり、これらの低段側圧縮機（40）及び高段側圧縮機（40）で構成された圧縮ユニット（10）は、冷媒を二段階で圧縮するいわゆる二段圧縮を行うように構成されている。これらの低段側圧縮機（40）及び高段側圧縮機（50）の構造については、詳しくは後述する。
【００３９】
室内熱交換器（27）は、例えばフィンアンドチューブ式の熱交換器で構成されている。室内熱交換器（27）では、その内部を流れる冷媒が、室内ファン（29）によって室内空気と熱交換する。室外熱交換器（23）は、例えばフィンアンドチューブ式の熱交換器で構成されている。室外熱交換器（23）では、その内部を流れる冷媒が、室外ファン（28）によって室外空気と熱交換する。
【００４０】
室内膨張弁（26）及び室外膨張弁（24）は、ともに開度可変の電子膨張弁によって構成されている。室内膨張弁（26）は室内熱交換器（27）に、室外熱膨張弁（24）は、室外熱交換器（23）に、それぞれ接続されている。
【００４１】
更に、冷媒回路（2）には、四路切替弁（22）が設けられている。四路切替弁（22）は、第１から第４までの４つのポートを備えている。四路切替弁（22）では、第１ポートが高段側圧縮機（50）の吐出管（36）と繋がり、第２ポートが低段側圧縮機（40）の吸入管（31）と繋がり、第３ポートが室外熱交換器（23）と繋がり、第４ポートが室内熱交換器（27）と繋がっている。四路切替弁（22）は、第１ポートと第３ポートとを連通させると同時に第２ポートと第４ポートとを連通させる第１状態（図１の実線状態）と、第１ポートと第２ポートとを連通させると同時に第３ポートと第４ポートとを連通させる第２状態（図１の破線状態）とに切替可能になっている。
【００４２】
更に、冷媒回路（2）には、ブリッジ回路（30）と気液分離器（25）とが設けられている。
【００４３】
ブリッジ回路（30）は、室内膨張弁（26）と室外膨張弁（24）との間に設けられている。ブリッジ回路（30）は、第１から第４までの分岐間（30a,30b,30c,30d）がブリッジ状に接続されて形成されている。各分岐管（30a,30b,30c,30d）には、第１から第４までの逆止弁（CV1,CV2,CV3,CV4）が設けられている。第１分岐管（30a）の流出端と第４分岐管（30d）の流入端とは室外膨張弁（24）と繋がっている。第２分岐管（30b）の流出端と第３分岐管（30c）の流入端とは室内膨張弁（26）と繋がっている。第１分岐管（30a）の流入端と第２分岐管（30b）の流入端とは、詳しくは後述する液冷媒管（34d）の一端と繋がっている。第３分岐管（30c）の流出端と第４分岐管（30d）の流出端とは、詳しくは後述する流入管（34b）の一端と繋がっている。
【００４４】
気液分離器（25）は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものである。気液分離器（25）は、密閉容器内に冷媒を分離するための空間が形成され、その下部側に液冷媒が溜まる液貯留部（25a）が形成され、その上部側にガス冷媒が溜まるガス貯留部（25b）が形成されている。
【００４５】
気液分離器（25）には、上記液冷媒管（34d）及び流入管（34b）と、ガスインジェクション管（34a）とが接続されている。液冷媒管（34d）の一端は上述のように第１分岐管（30a）の流入端及び第２分岐管（30b）の流入端と繋がっている一方、その他端は気液分離器（25）の液貯留部（25a）と繋がっている。流入管（34b）の一端は上述のように第３分岐管（30c）の流出端及び第４分岐管（30d）の流出端と繋がっている一方、その他端は気液分離器（25）のガス貯留部（25b）と繋がっている。ガスインジェクション管（34a）は、その一端が気液分離器（25）のガス貯留部（25b）と繋がっている一方、その他端は低段側圧縮機（40）と高段側圧縮機（50）との間に繋がっている。
【００４６】
〈低段側圧縮機の構成〉
低段側圧縮機（40）は、図２に示すように、縦長円筒状の密閉ドーム型の低段側ケーシング（41）と、該低段側ケーシング（41）内における上部寄りに設けられた電動機（42）と、該電動機（42）から上下方向に延びる駆動軸（43）と、該駆動軸（43）によって駆動されて冷媒を圧縮する低段側圧縮機構（44）と、低段側油供給機構（49）とを備えている。また、低段側圧縮機（40）は、低段側ケーシング（41）の内部が中間圧冷媒で満たされる、いわゆる中間圧ドーム型で構成されている。つまり、低段側ケーシング（41）内の空間は、低段側圧縮機構（44）によって圧縮された亜臨界状態の中間圧冷媒で満たされている。
【００４７】
低段側ケーシング（41）は、上下方向に延びる円筒状のケーシング本体（41a）と、該ケーシング本体（41a）の上下の開口部をそれぞれ閉塞する上壁部（41b）及び底壁部（41c）とを備えている。ケーシング本体（41a）の下側には圧縮前の冷媒を低段側圧縮機構（44）へ導くための吸入管（31）が、上壁部（41b）には低段側圧縮機構（44）で圧縮された冷媒を冷媒回路（2）へ送るための吐出管（32）が、それぞれ設けられている。また、底壁部（41c）には、低段側圧縮機構（44）の摺動部を潤滑するための潤滑油が貯留されている。
【００４８】
電動機（42）は、ステータ（42a）とロータ（42b）とを備えている。該ステータ（42a）は、圧縮機構（20）の上方で低段側ケーシング（41）の側壁部の内周面に固定されている。ロータ（42b）は、ステータ（42a）を軸方向に貫通しており、駆動軸（43）と連結している。電動機（42）は、インバータ回路（図示省略）によって運転周波数が調整されることで、駆動軸（43）の回転数が調整可能となっている。つまり、低段側圧縮機（40）は、容量が可変なインバータ式に構成されている。
【００４９】
駆動軸（43）は、軸部（43b，43ｃ）と該軸部（43b，43ｃ）の回転中心から偏心した偏心部（43a）とで構成されている。上記軸部（43b，43ｃ）は、偏心部（43a）の上側に形成される主軸部（43b）と、偏心部（43a）の下側に形成される副軸部（43c）とを有している。偏心部（43a）は、上記軸部（43b，43ｃ）よりも大径に形成されている。偏心部（43a）の外周には、低段側ピストン（46）が嵌合されている。また、駆動軸（43）には、低段側ケーシング（41）の底壁部（41c）に貯留された潤滑油を、低段側圧縮機構（44）の摺動部へ導くための給油路（図示省略）が形成されている。この給油路は、詳しくは後述する低段側油供給機構（49）の一部を構成している。
【００５０】
低段側圧縮機構（44）は、いわゆる揺動ピストン型の圧縮機構で構成されている。低段型圧縮機構（44）は、低段側ケーシング（41）内における底壁部（41c）寄りに配置されている。低段側圧縮機構（44）は、低段側シリンダ（45）と、該低段側シリンダ（45）の内部に収納された低段側ピストン（46）とを備えている。低段側シリンダ（45）は、上下方向に開口する円筒状に形成されていて、上側がフロントヘッド（47）によって閉塞される一方、下側がリアヘッド（48）によって閉塞されている。これにより、低段側シリンダ（45）の内部に圧縮室（S1）が形成される。また、フロントヘッド（47）及びリアヘッド（48）には、それぞれ、軸受部（47a,48a）が形成されていて、駆動軸（43）を回転可能に支持している。低段側圧縮機構（44）は、圧縮室（S1）内を低段側シリンダ（45）が偏心回転することにより、吸入管（31）から吸入された冷媒を圧縮して、吐出管（32）から吐出するように構成されている。
【００５１】
低段側油供給機構（49）は、油ポンプ（49a）と、上記駆動軸（43）に形成された給油路とを備えている。油ポンプ（49a）は、ケーシング（41）の底壁部（41c）に溜められた潤滑油に浸漬されていて、潤滑油を汲み上げて駆動軸（43）と軸受部（47a,48a）との間の摺動部へ搬送する。上記底壁部（41c）に貯留される潤滑油は、ポリアルキレングリコールで構成されている。この潤滑油は、低段側圧縮機構（44）から吐出された亜臨界状態の中間圧冷媒の雰囲気下で貯留されている。
【００５２】
〈高段側圧縮機の構成〉
高段側圧縮機（50）は、低段側圧縮機（40）と概ね同様の構成をしている。具体的には、高段側圧縮機（50）は、図３に示すように、縦長円筒状の密閉ドーム型の高段側ケーシング（51）と、該高段側ケーシング（51）内における上部寄りに設けられた電動機（52）と、該電動機（52）から上下方向に延びる駆動軸（53）と、該駆動軸（53）によって駆動されて冷媒を圧縮する高段側圧縮機構（54）と、高段側油供給機構（59）とを備えている。また、高段側圧縮機（50）は、高段側ケーシング（51）の内部が高圧冷媒で満たされる、いわゆる高圧ドーム型で構成されている。つまり、高段側ケーシング（51）内の空間は、高段側圧縮機構（54）によって圧縮された高圧冷媒で満たされている。
【００５３】
高段側ケーシング（51）は、低段側ケーシング（41）と同様の構成であるケーシング本体（51a）、上壁部（51b）及び底壁部（51c）とを備えている。ケーシング本体（51a）の下側には低段側圧縮機（40）で圧縮された中間圧冷媒を高段側圧縮機構（54）へ導くための吸入管（35）が、上壁部（51b）には高段側圧縮機構（54）で圧縮された冷媒を冷媒回路（2）へ戻すための吐出管（36）が、それぞれ設けられている。また、底壁部（51c）には、高段側圧縮機構（54）の摺動部を潤滑するための潤滑油が貯留されている。
【００５４】
電動機（52）は、低段側圧縮機（40）の電動機（42）と同様の構成であるステータ（52a）とロータ（52b）とを備えている。ロータ（52b）には、低段側圧縮機（40）の駆動軸（43）と同様の構成である駆動軸（53）が連結されている。この駆動軸（53）にも給油路（図示省略）が形成されている。この給油路は、詳しくは後述する高段側油供給機構（59）の一部を構成している。また、この電動機（52）も、低段側圧縮機（40）の電動機（42）と同様、インバータ式に構成されている。
【００５５】
高段側圧縮機構（54）は、低段側圧縮機構（44）と同様、いわゆる揺動ピストン型の圧縮機構で構成されている。高段型圧縮機構（54）は、高段側ケーシング（51）内における底壁部（51c）寄りに配置されている。高段側圧縮機構（54）は、高段側シリンダ（55）と、該高段側シリンダ（55）の内部に収納された高段側ピストン（56）とを備えている。高段側シリンダ（55）は、上下方向に開口する円筒状に形成されていて、上側がフロントヘッド（57）によって閉塞される一方、下側がリアヘッド（58）によって閉塞されている。これにより、高段側シリンダ（55）の内部に圧縮室（S2）が形成される。また、フロントヘッド（57）及びリアヘッド（58）には、それぞれ、軸受部（57a,58a）が形成されていて、駆動軸（53）を回転可能に支持している。高段側圧縮機構（54）は、圧縮室（S2）内を高段側シリンダ（55）が偏心回転することにより、吸入管（35）から吸入された冷媒を圧縮して、吐出管（36）から吐出するように構成されている。
【００５６】
高段側油供給機構（59）は、低段側油供給機構（59）と同様、油ポンプ（59a）と給油路とを備えている。油ポンプ（59a）は、ケーシング（51）の底壁部（51c）に溜められた潤滑油に浸漬されていて、潤滑油を汲み上げて駆動軸（53）と軸受部（57a,58a）との間の摺動部へ搬送する。上記底壁部（51c）に貯留される潤滑油は、低段側圧縮機（40）で用いられる潤滑油と同様、ポリアルキレングリコールで構成されている。この潤滑油は、高段側圧縮機構（44）で圧縮された高圧冷媒、すなわち臨界圧力以上まで圧縮された二酸化炭素の雰囲気下で貯留されている。
【００５７】
〈センサ及びコントローラ〉
図１に示すように、空気調和装置（1）は、更に、圧力センサ（6）と温度センサ（7）とを備えている。これらの圧力センサ（6）及び温度センサ（7）は、低段側圧縮機（40）の吐出側に設けられている。これらの圧力センサ（6）及び温度センサ（7）は、それぞれ、低段側圧縮機（40）で圧縮された中間圧冷媒の圧力及び温度を検出するためのものである。
【００５８】
空気調和装置（1）は、コントローラ（4）を備えている。コントローラ（4）には、各センサ（6,7）で検出された信号が入力される。コントローラ（4）は、冷媒回路（2）の各構成機器へ制御信号を出力する。コントローラ（4）は、過熱度調整部（3）を備えている。この過熱度調整部（3）は、電動機（42）（流量調整部、比エンタルピー調整部）と、該電動機（42）の回転数を制御することにより低段側圧縮機構（44）の回転数を制御する制御部（5）と、を有している。
【００５９】
制御部（5）は、上記圧力センサ（6）及び温度センサ（7）の値に応じて、電動機（42）の回転数を制御することにより低段側圧縮機構（44）の回転数を調整するように構成されている。具体的には、制御部（5）は、図４に示すように、算出部（5a）と、設定部（5b）と、指令部（5c）とを備えている。算出部（5a）は、圧力センサ（6）で検出された中間圧冷媒の圧力値、及び温度センサ（7）で検出された中間圧冷媒の温度に基づいて、中間圧冷媒の過熱度（Tsh）を算出するように構成されている。設定部（5b）は、運転条件等に応じて予め決定された目標過熱度（Tset）を設定可能に構成されている。指令部（5c）は、過熱度（Tsh）が目標過熱度（Tset）以下のときに、電動機（42）の回転数を下げることにより低段側圧縮機構（44）の回転数を下げるように構成されている。
【００６０】
目標過熱度（Tset）は、中間圧冷媒の雰囲気下にある低段側圧縮機（40）内の潤滑油の粘度が目標粘度以上となるような値に設定される。本実施形態では、目標過熱度（Tset）は、例えば５度に設定されている。
【００６１】
−運転動作−
次に、実施形態１の空気調和装置（1）の運転動作について説明する。空気調和装置（1）の冷媒回路（2）では、四路切替弁（22）の設定に応じて冷媒の循環方向が切り替わる。その結果、この空気調和装置（1）では、室内熱交換器（27）が蒸発器となり室外熱交換器（23）が放熱器となる冷房運転と、室内熱交換器（27）が放熱器となり室外熱交換器（23）が蒸発器となる暖房運転とが切替可能となっている。
【００６２】
〈冷房運転〉
冷房運転では、四路切替弁（22）が第１状態（図１における実線状態）に設定され、各膨張弁（24,26）の開度が適宜調整される。
【００６３】
高段側圧縮機（50）で臨界圧力以上まで圧縮された高圧冷媒は、四路切替弁（22）の第１ポート及び第３ポートを通じて室外熱交換器（23）を流れる。室外熱交換器（23）では、高圧冷媒が室外空気へ放熱する。室外熱交換器（23）で放熱した高圧冷媒は、室外膨張弁（24）で減圧されて気液二相状態の中間圧冷媒となり、ブリッジ回路（30）の第４分岐管（30d）及び流入管（34b）を通じて気液分離器（25）へ流入する。
【００６４】
気液分離器（25）に流入した中間圧冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。このガス冷媒は、気液分離器（25）のガス貯留部（25b）からガスインジェクション管（34a）を通じて高段側圧縮機（50）の吸入側へ流れる。一方、上記気液分離器（25）によって分離された液冷媒は、気液分離器（25）の液貯留部（25a）に一端貯留され、液冷媒管（34d）及びブリッジ回路（30）の第２分岐管（30b）を通過する。そして、この液冷媒は、室内膨張弁（26）で減圧されて気液二相状態の低圧冷媒となって室内熱交換器（27）へ流入する。この気液二相状態の低圧冷媒が蒸発器として動作する室内熱交換器（27）で蒸発することにより室内が冷却される。気液二相状態の低圧冷媒は、上記蒸発により低圧のガス冷媒となる。
【００６５】
上記低圧のガス冷媒は、四路切替弁（22）の第４ポート及び第２ポートを通じて低段側圧縮機（40）へ吸入される。吸入された低圧のガス冷媒は、低段側圧縮機（40）で圧縮されて中間圧冷媒となって吐出される。そして、この中間圧冷媒と、ガスインジェクション管（34a）からの中間圧冷媒とが合流し、高段側圧縮機（50）へ吸入される。合流した中間圧冷媒は高段側圧縮機（50）によって、臨界圧力以上まで圧縮されて高圧冷媒となって、再び室外熱交換器（23）に流入する。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において冷房運転が行われる。
【００６６】
〈暖房運転〉
暖房運転では、四路切替弁（22）が第２状態（図１における破線状態）に設定される。そして、各膨張弁（24,26）の開度が適宜調整される。
【００６７】
高段側圧縮機（50）で臨界圧力以上まで圧縮された高圧冷媒は、四路切替弁（22）の第１ポート及び第４ポートを通じて室内熱交換器（27）を流れる。室内熱交換器（27）では、高圧冷媒が室内空気へ放熱する。これにより、室内の温度が上昇する。
【００６８】
上記室内へ放熱した後の高圧冷媒は、室内膨張弁（26）で減圧されて気液二相状態の中間圧冷媒となり、ブリッジ回路（30）の第３分岐管（30c）及び流入管（34b）を介して気液分離器（25）へ流入する。
【００６９】
気液分離器（25）に流入した中間圧冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。このガス冷媒は、気液分離器（25）のガス貯留部（25b）からガスインジェクション管（34a）を通じて高段側圧縮機（50）の吸入側へ流れる。一方、上記気液分離器によって分離された液冷媒は、気液分離器（25）の液貯留部（25a）に一端貯留され、ブリッジ回路（30）の第１分岐管（30a）を通じた後、室外膨張弁（24）で減圧されて気液二相の低圧冷媒となって、室外熱交換器（23）へ流入する。この気液二相状態の低圧冷媒は、蒸発器として動作する室外熱交換器（23）で蒸発する。気液二相状態の低圧冷媒は、上記蒸発により低圧のガス冷媒となる。
【００７０】
上記低圧のガス冷媒は、四路切替弁（22）の第３ポート及び第２ポートを通じて低段側圧縮機（40）へ吸入される。吸入された低圧のガス冷媒は、低段側圧縮機（40）で圧縮されて中間圧冷媒となって吐出される。そして、この中間圧冷媒と、ガスインジェクション管（34a）からの中間圧冷媒とが合流し、高段側圧縮機（50）へ吸入される。合流した中間圧冷媒は高段側圧縮機（50）によって、臨界圧力以上まで圧縮されて高圧冷媒となって、再び室内熱交換器（27）へ流入する。このように冷媒が循環することにより、空気調和装置（1）において暖房運転が行われる。
【００７１】
〈低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構の摺動部の潤滑作用〉
上記空気調和装置（1）の運転中には、低段側圧縮機（40）において、駆動軸（43）と軸受部（47a,48a）との間の摺動部を潤滑するため、潤滑油が低段側油供給機構（49）によって上記摺動部に供給される。また、これと同様に、高段側圧縮機（50）においても、高段側油供給機構（59）によって、該高段側圧縮機（50）の駆動軸（53）と軸受部（57a,58a）との間の摺動部に潤滑油が供給される。
【００７２】
ここで、高段側圧縮機構（54）の摺動部を潤滑する潤滑油は、高段側圧縮機（54）で臨界圧力以上にまで圧縮された超臨界状態の高圧冷媒に曝されているため、潤滑油に対する冷媒の溶解度は冷媒の温度によらずほぼ一定に保たれる。すなわち、潤滑油の粘度は、高圧冷媒の温度によらずほぼ一定となる。従って、潤滑油の粘度が高くなることに起因する高段側圧縮機構（54）の摺動部における動力損失の増大や、潤滑油の粘度が低くなることに起因する上記摺動部の潤滑不良を抑制することができる。
【００７３】
一方、低段側圧縮機構（44）の摺動部に搬送される潤滑油は、低段側圧縮機（44）で４ＭＰａから７ＭＰａ程度まで圧縮された亜臨界状態の中間圧冷媒に曝されているため、該中間圧冷媒の温度が低下すると、潤滑油に対して冷媒が溶けやすくなり、その結果、潤滑油の粘度が低下してしまう。この潤滑油の粘度低下が顕著となると、摺動部に十分な厚さの油膜が形成されなくなるため摺動部で潤滑不良が発生してしまう。
【００７４】
これに対して、本実施形態では、過熱度調整部（3）によって、低段側圧縮機（40）の低段側ケーシング（41）内の中間圧冷媒の過熱度が適正な過熱度に保たれることにより、低段側圧縮機構（44）を潤滑する潤滑油が所定の粘度以上に保たれる。この過熱度調整部（3）の動作について、図５のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００７５】
ステップＳ１１では、圧力センサ（6）が低段側圧縮機（40）から吐出される中間圧冷媒の圧力を検出し、温度センサ（7）が低段側圧縮機（40）から吐出される中間圧冷媒の温度を検出する。次のステップＳ１２では、上記中間圧冷媒の圧力及び温度に基づいて、低段側圧縮機（40）から吐出される中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が算出部（5a）によって算出される。
【００７６】
次のステップＳ１３では、指令部（5c）において、上記算出部（5a）で算出された過熱度（Tsh）と、設定部（5b）で設定された目標過熱度（Tset）とが比較される。そして、過熱度（Tsh）が目標過熱度（Tset）以上であればステップＳ１１へ戻る一方、過熱度（Tsh）が目標過熱度（Tset）よりも低ければステップＳ１４へ移行する。
【００７７】
ステップＳ１４では、指令部（5c）が、電動機（42）の回転数を下げる。すると、これに伴い低段側圧縮機構（44）の回転数が下がる。そうなると、冷媒回路（2）における冷媒の循環量が減少するため、蒸発器としての室内熱交換器（27）又は室外熱交換器（23）を通過する冷媒の質量流量も減少する。その結果、蒸発器（27,28）において、単位質量当たりの冷媒に対する空気からの入熱量が増えるため、低段側圧縮機構（40）に吸入される冷媒の比エンタルピーが大きくなる。これにより、この冷媒の乾き度、或いは過熱度が高くなる。従って、低段側圧縮機（40）から吐出される中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が上昇する。
【００７８】
上述のように、過熱度調整部（3）は、中間圧冷媒の過熱度（Tsh）、つまり低段側圧縮機（40）内の潤滑油が曝される雰囲気の過熱度（Tsh）が、目標過熱度（Tset）以上になるように動作する。この目標過熱度（Tset）は、該目標過熱度（Tset）の雰囲気下における潤滑油の粘度が、低段側圧縮機構（44）の摺動部の潤滑不良を抑制する目標粘度以上となるような過熱度に設定されている。具体的には、目標過熱度（Tset）は、上述のように５度に設定されている。こうすると、非特許文献１のグラフから読み取れるように、中間圧冷媒（二酸化炭素）の圧力が４ＭＰａから７ＭＰａの範囲内である場合、潤滑油（ポリアルキレングリコール）の粘度は１．８ｍｍ２／ｓ以上に保たれる。これにより、摺動部の潤滑不良を抑制することができる。
【００７９】
また、このように中間圧冷媒の過熱度を高くすると、高圧冷媒の温度も高くなる。しかしながら、上述のように、超臨界状態の高圧冷媒の雰囲気下における潤滑油の粘度は、該高圧冷媒の温度によらずほぼ一定である。従って、高段側圧縮機（50）において、潤滑油の粘度低下による摺動部の潤滑不良も抑制される。
【００８０】
−実施形態１の効果−
以上のように、本実施形態１に係る空気調和装置（1）では、低段側圧縮機（40）及び高段側圧縮機（50）によって冷媒としての二酸化炭素を二段圧縮して超臨界サイクルを行うように構成された圧縮ユニット（10）において、制御部（5）によって電動機（42）の回転数を制御することにより低段側圧縮機（40）に吸入される冷媒の流量を調整して、低段側圧縮機（40）の摺動部を潤滑する潤滑油（ポリアルキレングリコール）が曝される中間圧冷媒の過熱度が５度以上に保たれるようにした。これにより、低段側圧縮機構（44）内の潤滑油の粘度は１．８ｍｍ２／ｓ以上に保たれるため、潤滑油の粘度が低下することに起因する低段側圧縮機構（44）の摺動部の潤滑不良を抑制することができる。
【００８１】
また、高段側圧縮機構（54）を潤滑する潤滑油は、超臨界状態の高圧冷媒に曝されているため、該潤滑油の粘度は、高圧冷媒の温度によらずほぼ一定となる。従って、潤滑油の粘度上昇に起因する高段側圧縮機（50）の摺動部の動力損失の増大や、潤滑油の粘度低下に起因する該摺動部の潤滑不良を抑制することができる。
【００８２】
《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２に係る冷凍装置も、上記実施形態１と同様、室内の空調を行う空気調和装置（1）を構成するものであり、室内の冷房と暖房を切り替えて行うように構成されている。実施形態２に係る空気調和装置（1）も、上記実施形態１と同様、冷媒回路（2）を備え、いわゆる超臨界サイクルを行うように構成されている。冷媒回路（2）には、図６に示すように、実施形態１における圧縮ユニット（10）とは構成の異なる圧縮ユニット（11）が設けられている。更に、冷媒回路（2）には、それぞれが実施形態１と同様の構成の室内熱交換器（27）と、室内膨張弁（26）と、室外熱交換器（23）と、室外膨張弁（24）と、四路切替弁（22）と、ブリッジ回路（30）と、気液分離器（25）と、が設けられている。
【００８３】
ここで、実施形態２に係る空気調和装置（1）を、実施形態１に係る空気調和装置（1）と比べると、主に圧縮ユニット（11）の構成が異なり、その他の部分の構成や動作はほとんど同じである。従って以下では、異なる部分のみを説明し、構成や動作が同じ部分については説明を省略する。
【００８４】
圧縮ユニット（11）は、冷媒を二段階で圧縮するように構成されたいわゆる二段圧縮機（60）で構成されている。二段圧縮機（60）は、図７に示すように、縦長円筒状の密閉ドーム型のケーシング（61）と、該ケーシング（61）の上方に設けられた電動機（62）と、該電動機（62）から上下方向に延びる駆動軸（63）と、該駆動軸（63）によって駆動される低段側圧縮機構（64a）及び高段側圧縮機構（64b）と、油供給機構（69）とを備えている。
【００８５】
ケーシング（61）は、上下方向に延びる円筒状のケーシング本体（61a）と、該ケーシング本体の上下の開口部をそれぞれ閉塞する上壁部（61b）及び底壁部（61c）とを備えている。ケーシング本体（61a）には、圧縮前の冷媒を低段側圧縮機構（64a）へ導くための吸入管（37）と、高段側圧縮機（64b）で圧縮された冷媒を冷媒回路（2）へ戻すための吐出管（38）とが設けられている。また、ケーシング本体（61a）の上下方向の中央部分にはガスインジェクション管（34a）が挿通固定されている。このガスインジェクション管（34a）は、ケーシング（61）内の内部空間に向かって開口している。さらに、ケーシング本体（61a）には、低段側圧縮機構（64a）で圧縮された中間圧冷媒をガスインジェクション管（34a）に導く中圧配管（39）が挿通固定されている。また、底壁部（61c）には、各圧縮機構（64a,64b）の摺動部を潤滑するための潤滑油が貯留されている。
【００８６】
電動機（62）は、上記各圧縮機（40,50）の電動機（42,52）と同様、ステータ（62a）とロータ（62b）とを備えている。ロータ（62b）には駆動軸（63）が連結されている。
【００８７】
駆動軸（63）は、軸部（63b，63ｃ）と該軸部（63b，63ｃ）の回転中心から偏心した２つの偏心部（63a,63a）とで構成されている。上記軸部（63b，63ｃ）は、偏心部（63a,63a）の上側に形成される主軸部（63b）と、偏心部（63a,63a）の下側に形成される副軸部（63ｃ）とを有している。偏心部（63a,63a）は、上記軸部（63b，63ｃ）よりも大径に形成されていて、所定の間隔を開けて上下に設けられている。下側の偏心部（63a）の外周には、低段側ピストン（66a）が嵌合されていて、上側の偏心部（63a）の外周には、高段側ピストン（66b）が嵌合されている。また、駆動軸（63）には、低段側ケーシング（61）の底壁部（61c）に貯留された潤滑油を、各圧縮機構（64a,64b）の摺動部へ導くための給油路（図示省略）が形成されている。この給油路は、詳しくは後述する油供給機構（69）の一部を構成している。
【００８８】
低段側圧縮機構（64a）及び高段側圧縮機構（64b）は、ともにいわゆる揺動ピストン型の圧縮機構で構成され、ケーシング（61）内における底壁部（61c）寄りに配置されている。低段側圧縮機構（64a）は、低段側シリンダ（65a）と、該低段側シリンダ（65a）の内部に収納された低段側ピストン（66a）とを備えている。低段側シリンダ（65b）は、上下方向に開口する円筒状に形成されていて、上側及び下側が、それぞれミドルプレート（70）及びリアヘッド（68）によって閉塞されている。これにより、低段側シリンダ（65）の内部に圧縮室（S3）が形成される。一方、高段側圧縮機構（64b）は、高段側シリンダ（65b）と、該高段側シリンダ（65b）の内部に収納された高段側ピストン（66b）とを備えている。高段側シリンダ（65b）は、上下方向に開口する円筒状に形成されていて、上側及び下側が、それぞれフロントヘッド（67）及びミドルプレート（70）によって閉塞されている。これにより、高段側シリンダ（65b）の内部に圧縮室（S4）が形成される。また、フロントヘッド（67）及びリアヘッド（68）には、それぞれ、軸受部（67a,68a）が形成されていて、駆動軸（63）を回転可能に支持している。低段側圧縮機構（64a）は、圧縮室（S3）内を低段側シリンダ（66a）が偏心回転することにより、吸入管（37）から吸入された冷媒を圧縮して、中圧配管（39）から吐出するように構成されている。また、高段側圧縮機構（64b）は、圧縮室（S4）内を高段側シリンダ（66b）が偏心回転することにより、低段側圧縮機構（64a）で圧縮されて中圧配管（39）から吐出された中間圧冷媒を、ガスインジェクション管（34a）を介して吸入して圧縮し、吐出管（38）から吐出するように構成されている。
【００８９】
油供給機構（69）は、油ポンプ（69a）と、上記駆動軸（63）に形成された給油路とを備えていて、貯留された潤滑油を低段側圧縮機構（64a）及び高段側圧縮機構（64b）の摺動部へ供給するように構成されている。底壁部（61c）に貯留される潤滑油は、ポリアルキレングリコールで構成されていて、亜臨界状態の中間圧冷媒の雰囲気下で貯留されている。
【００９０】
〈センサ及びコントローラ〉
図６に示すように、空気調和装置（1）は、更に、実施形態１と同様、圧力センサ（6）と温度センサ（7）とを備えている。これらの圧力センサ（6）及び温度センサ（7）は、上記中圧配管（39）に設けられている。これらの圧力センサ（6）及び温度センサ（7）は、それぞれ、低段側圧縮機構（64a）で圧縮された中間圧冷媒の圧力及び温度を検出するためのものである。
【００９１】
空気調和装置（1）は、実施形態１と同様の構成のコントローラ（4）を備えている。そして、コントローラ（4）は、過熱度調整部（3）を備えている。この過熱度調整部（3）は、電動機（62）（流量調整部、比エンタルピー調整部）と、電動機（62）の回転数を制御することにより低段側圧縮機構（64a）の回転数を制御する制御部（5）と、を備えている。制御部（5）は、実施形態１と同様、算出部（5a）と、設定部（5b）と、指令部（5c）とを備え、算出部（5a）によって算出された低段側圧縮機構（64a）の吐出過熱度（Tsh）が、５度に設定された過熱度（Tset）以上になるように、電動機（62）の回転数を制御することにより低段側圧縮機構（64a）の回転数を調整するように構成されている。
【００９２】
〈低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構の摺動部の潤滑作用〉
上記空気調和装置（1）の運転中（冷房運転中及び暖房運転中）には、低段側圧縮機構（64a）及び高段側圧縮機構（64b）両方の摺動部を潤滑するため、潤滑油が油供給機構（69）によって上記摺動部に供給される。この潤滑油は、上述のように、亜臨界状態の中間圧冷媒に曝されているため、該中間圧冷媒の温度の低下とともに潤滑油の粘度も低下してしまう。これに対して、本実施形態２でも、実施形態１と同様、過熱度調整部（3）によってケーシング（61）内の中間圧冷媒の過熱度を適正な過熱度に保つことにより、潤滑油の粘度を所定の粘度以上に保っている。過熱度調整部（3）の動作について、以下で説明する。
【００９３】
〈過熱度調整部の動作〉
過熱度調整部（3）の動作は、実施形態１と同様である。具体的には、算出部（5a）で算出された中間圧冷媒の過熱度（Tsh）と、設定部（5b）に記憶された目標過熱度（Tset）（具体的には５度）とが比較される。
【００９４】
中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が目標過熱度（Tset）以上であれば、所定の時間を経過した後の中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が算出され、該中間圧冷媒の過熱度（Tsh）と目標過熱度（Tset）とが再び比較される。一方、中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が目標過熱度（Tset）よりも低ければ、指令部（5c）によって電動機（62）の回転数が下げられ、低段側圧縮機構（64a）の回転数が下がる。すると、冷媒回路（2）における冷媒の循環量が減少するため、蒸発器としての室内熱交換器（27）又は室外熱交換器（23）を流れる冷媒の流量が減少する。その結果、単位質量当たりの冷媒へ流入する空気からの熱量が増えるため、蒸発器としての室内熱交換器（27）又は室外熱交換器（23）から流出する冷媒、すなわち低段側圧縮機構（64a）へ流入する冷媒の比エンタルピーが上昇する。これにより、低段側圧縮機構（64a）から吐出される中間圧冷媒の過熱度（Tsh）が上昇する。
【００９５】
上述のように、過熱度調整部（3）は、中間圧冷媒の過熱度（Tsh）、つまり二段圧縮機（60）の摺動部を潤滑する潤滑油が曝される雰囲気の過熱度（Tsh）が、目標過熱度（Tset）以上になるように動作する。この目標過熱度（Tset）は、該目標過熱度（Tset）の雰囲気下における潤滑油の粘度が、低段側圧縮機構（64a）及び高段側圧縮機構（64b）両方の摺動部の潤滑不良を抑制する目標粘度以上となるような過熱度である５度に設定されているため、低段側圧縮機構（64a）及び高段側圧縮機構（64b）両方の摺動部の潤滑不良を抑制することができる。
【００９６】
−実施形態２の効果−
以上のように、本実施形態２に係る空気調和装置（1）では、低段側圧縮機構（64a）及び高段側圧縮機（64b）によって冷媒としての二酸化炭素を二段圧縮して超臨界サイクルを行うように構成された二段圧縮機（60）において、制御部（5）によって電動機（62）の回転数を制御することにより低段側圧縮機構（64a）に吸入される冷媒の流量を調整して、二段圧縮機（60）の摺動部を潤滑する潤滑油（ポリアルキレングリコール）が曝される中間圧冷媒の過熱度が５度以上に保たれるようにした。これにより、二段圧縮機（60）の摺動部を潤滑する潤滑油の粘度は１．８ｍｍ２／ｓ以上に保たれるため、潤滑油の粘度が低下することに起因する二段圧縮機（60）の摺動部の潤滑不良を抑制することができる。
【００９７】
−その他の実施形態−
上記実施形態については、以下のような構成にしてもよい。
【００９８】
上記実施形態では、潤滑油としてポリアルキレングリコールを用いているが、この限りでなく、他の潤滑油を用いてもよい。例えば、ポリビニルエーテル、ポリオールエステル、ポリカーボネート、アルキルベンゼン等を用いてもよい。この場合、潤滑油が曝される中間圧冷媒の目標過熱度を、これらの潤滑油の粘度が圧縮機の摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上となるような過熱度に設定する必要がある。
【００９９】
また、上記実施形態では、目標過熱度（Tset）を５度に設定したが、この限りでなく、目標過熱度が、潤滑油の粘度が摺動部の潤滑不良を抑制するための目標粘度以上となるような過熱度であれば、どのような過熱度であってもよい。例えば、目標過熱度（Tset）を１０度に設定すれば、非特許文献１のグラフから読み取れるように、中間圧冷媒（二酸化炭素）の圧力が４ＭＰａから７ＭＰａの範囲内である場合、潤滑油の粘度は、２．８ｍｍ２／ｓ以上に保たれるため、より好ましい。
【０１００】
また、上記実施形態では、潤滑油の粘度を目標粘度以上にするために、制御部（5）で流量調整部としての電動機（42,62）の回転数を制御することによって、低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の流量を調整して中間圧冷媒の過熱度を調整したが、この限りでなく、低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の流量を調整できれば、流量調整部はどのような機構であってもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態では、潤滑油の粘度を目標粘度以上にするために、比エンタルピー調整部としての電動機（42,62）の回転数を制御することによって、低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の比エンタルピーを調整して中間圧冷媒の過熱度を調整したが、この限りでなく、低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の比エンタルピーを調整できれば、比エンタルピー調整部はどのような構成であってもよい。例えば、比エンタルピー調整部として、ファン（28,29）を用いてもよい。ファン（28,29）の風量を調整することによって、蒸発器としての室内熱交換器（27）又は室外熱交換器（23）における冷媒への入熱量を調整することができ、低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の比エンタルピーを調整できる。他にも、比エンタルピー調整部として、膨張弁（24,26）を用いてもよい。膨張弁（24,26）の開度を調整することによって、蒸発器（23,27）における蒸発温度が調整される。これにより、蒸発器（23,27）における冷媒への入熱量を調整できるため、低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の比エンタルピーを調整できる。
【０１０２】
また、上記実施形態において、低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒の比エンタルピーを大きくするために、低段側圧縮機構（44,64a）の吸入冷媒と膨張弁（24,26）の上流を流れる冷媒とを熱交換させる構成としてもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態では、過熱度調整部（3）の構成を、電動機（42,62）及び制御部（5）を備える構成としたが、この限りでなく、中間圧冷媒の過熱度が、潤滑油の粘度が目標粘度以上となるような目標過熱度以上となるような構成であれば、どのような構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
以上説明したように、本発明は、低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構により冷媒としての二酸化炭素を臨界圧力以上まで圧縮する、二段圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置に特に有用である。
【符号の説明】
【０１０５】
１    空気調和装置（冷凍装置）
２    冷媒回路
３    過熱度調整部
４    制御部
２３    室外熱交換器
２７    室内熱交換器
１０，１１    圧縮ユニット
４０    低段側圧縮機
４１    低段側ケーシング
４２，６２    電動機（流量調整部、比エンタルピー調整部）
４４    低段側圧縮機構
４９    低段側油供給機構
５０    高段側圧縮機
５１    高段側ケーシング
５４    高段側圧縮機構
５９    高段側油供給機構
６０    二段圧縮機
６１    ケーシング
６４ａ    低段側圧縮機構
６４ｂ    高段側圧縮機構
６９    油供給機構
Ｔｓｈ    （中間圧冷媒の）過熱度
Ｔｓｅｔ    （中間圧冷媒の）目標過熱度
【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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