(57)【要約】      （修正有）【課題】各圧縮機の潤滑油不足を素早く解消する冷凍装置及びヒートポンプを提供する。【解決手段】冷凍装置１０は、冷凍サイクルを行う冷媒回路と、連通管３１と、連通弁３７とを有する。上記冷媒回路は、冷媒を圧縮して吐出する低段圧縮機１２と、吐出された冷媒から潤滑油を分離する低段油分離器１４と、潤滑油が分離された冷媒を圧縮して吐出する高段圧縮機１６と、高段油分離器１８とを有する。上記連通管３１は、上記低段圧縮機１２の底部を上記高段圧縮機１６の底部に連通させる。上記連通弁３７は、上記連通管３１に設けられ、上記連通管３１における潤滑油の流通を制御する。【選択図】図２
2016161190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍装置（10）であって、
冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）と、
連通管（31）と、
連通弁（37）とを備え、
上記冷媒回路（11）は、
冷媒を圧縮して吐出する低段圧縮機（12）と、
上記低段圧縮機（12）から吐出された冷媒から潤滑油を分離する低段油分離器（14）と、
上記低段油分離器（14）で潤滑油が分離された冷媒を圧縮して吐出する高段圧縮機（16）と、
上記高段圧縮機（16）から吐出された冷媒から潤滑油を分離する高段油分離器（18）と、
上記高段油分離器（18）で潤滑油が分離された冷媒に放熱させる放熱器（21）と、
上記放熱器（21）で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構（22）と、
上記膨張機構（22）で膨張した冷媒を蒸発させて上記低段圧縮機（12）に供給する蒸発器（23）とを有し、
上記連通管（31）は、上記低段圧縮機（12）の底部を上記高段圧縮機（16）の底部に連通させ、
上記連通弁（37）は、上記連通管（31）に設けられ、上記連通管（31）における潤滑油の流通を制御する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記高段油分離器（18）で分離された潤滑油が流れる高段油戻し管（33）と、
上記高段油戻し管（33）に設けられ、上記高段油戻し管（33）における潤滑油の流通を制御する高段開閉弁（39）とを更に有し、
上記連通管（31）には、上記連通弁（37）より上記高段圧縮機（16）に近い位置で、上記高段油戻し管（33）が接続されている
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記低段油分離器（14）で分離された潤滑油が流れる低段油戻し管（32）と、
低段開閉弁（38）とを更に有し、
上記連通管（31）には、上記連通弁（37）より上記低段圧縮機（12）に近い位置で、上記低段油戻し管（32）が接続されており、
上記低段開閉弁（38）は、上記連通管（31）において、上記低段油戻し管（32）が接続された上記位置と上記低段圧縮機（12）との間に設けられ、潤滑油の流通を制御する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項３において、
上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の第１閾値以上であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが上記低段圧縮機（12）の第１閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）及び上記低段開閉弁（38）を開き、上記高段開閉弁（39）を閉じる制御部（2）を更に備える
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項４において、
上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値以上であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが、上記低段圧縮機（12）の上記第１閾値以上、上記低段圧縮機（12）の第２閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）、上記低段開閉弁（38）、及び上記高段開閉弁（39）を開き、
上記低段圧縮機（12）の第２閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第１閾値に所定値を加えた値である
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項５において、
上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値以上、上記高段圧縮機（16）の第２閾値未満であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値以上、上記低段圧縮機（12）の第３閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）を閉じ、上記低段開閉弁（38）及び上記高段開閉弁（39）を開き、
上記高段圧縮機（16）の上記第２閾値は、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値に所定値を加えた値であり、
上記低段圧縮機（12）の上記第３閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値に所定値を加えた値である
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項５において、
上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の第２閾値以上であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値以上、上記低段圧縮機（12）の第３閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）及び上記高段開閉弁（39）を閉じ、上記低段開閉弁（38）を開き、
上記高段圧縮機（16）の上記第２閾値は、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値に所定値を加えた値であり、
上記低段圧縮機（12）の上記第３閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値に所定値を加えた値である
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
請求項５において、
上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値以上、上記高段圧縮機（16）の第２閾値未満であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが上記低段圧縮機（12）の第３閾値以上である、と判定した場合には、上記連通弁（37）及び上記低段開閉弁（38）を閉じ、上記高段開閉弁（39）を開き、
上記高段圧縮機（16）の上記第２閾値は、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値に所定値を加えた値であり、
上記低段圧縮機（12）の上記第３閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値に所定値を加えた値である
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項９】
請求項５において、
上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の第２閾値以上であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが上記低段圧縮機（12）の第３閾値以上である、と判定した場合には、上記連通弁（37）、上記低段開閉弁（38）、及び上記高段開閉弁（39）を閉じ、
上記高段圧縮機（16）の上記第２閾値は、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値に所定値を加えた値であり、
上記低段圧縮機（12）の上記第３閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値に所定値を加えた値である
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１０】
請求項３において、
上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の第１閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）及び上記高段開閉弁（39）を開き、上記低段開閉弁（38）を閉じる制御部（2）を更に備える
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
上記制御部（2）は、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが上記低段圧縮機（12）の第１閾値未満である、と判定した場合には、回転速度が低下するように上記高段圧縮機（16）及び上記低段圧縮機（12）を制御する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１２】
請求項４〜１１のいずれか１項において、
上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さを検出する高段油面センサ（66）と、
上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さを検出する低段油面センサ（66）と
を更に備え、
上記制御部（2）は、上記高段油面センサ（66）の出力に基づいて上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さを求め、上記低段油面センサ（66）の出力に基づいて上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さを求める
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１３】
請求項４〜１１のいずれか１項において、
上記制御部（2）は、上記低段圧縮機（12）の油流出量と上記高段圧縮機（16）の油流出量とを算出し、算出された油流出量に基づいて、上記低段圧縮機（12）及び上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さを求める
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項の冷凍装置（10）と、
上記冷凍装置（10）の上記冷媒回路（11）の冷媒から熱を吸収して熱媒体を加熱する熱媒体回路（40）と
を備えることを特徴とするヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列に接続された複数の圧縮機を有する冷凍装置、及びこれを有するヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、２台の圧縮機が直列に接続された冷凍装置が知られている。各圧縮機からは、冷媒と共に潤滑油が吐出され、吐出された潤滑油は油分離器で分離されて各圧縮機に戻される。このような冷凍装置では、一方の圧縮機において他方の圧縮機より潤滑油が不足することがある。そのような場合に、一方の圧縮機の油分離器の潤滑油を他方の圧縮機に移動させることができるように構成された冷凍装置が、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３９９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（１）２台の圧縮機が直列に接続された冷凍装置では、一般に、低段圧縮機から吐出される潤滑油量が高段圧縮機から吐出される潤滑油量より多く、低段圧縮機において潤滑油が不足する傾向がある。特許文献１に記載されているように、高段油分離器の潤滑油の一部を低段圧縮機に戻しても、低段圧縮機に戻ってくる油量が低段圧縮機から出ていく油量に追いつけず、潤滑油の不足がより深刻になる場合がある。また、急速に多くの潤滑油が吐出された場合には、油量回復に時間がかかり、圧縮機の軸受の潤滑が不十分になることがある。例えば、次に示すような場合には、低段圧縮機の潤滑油量が不足する。
【０００５】
（ａ）低段圧縮機に液体の冷媒が戻り、オイルフォーミングにより急速に潤滑油が流出することがある。
【０００６】
（ｂ）低段圧縮機の方が吸入冷媒の密度が小さいので、例えば低段圧縮機と高段圧縮機に同質量流量の冷媒を流す場合には、低段圧縮機の方が体積流量が多く、流速が速くなる。その結果、低段圧縮機において圧縮機構に吸入される潤滑油が、高段圧縮機より多くなる。圧縮機構に吸入された潤滑油の多くは、圧縮機の外に吐出される。
【０００７】
（ｃ）コスト低減のため、低段圧縮機及び高段圧縮機として同じ圧縮機（同じシリンダ容積を有する）を採用することがある。この場合、低段圧縮機の方が吸入密度が小さいので、例えば同質量流量の冷媒を流すためには、低段圧縮機を高段圧縮機より高速に回転させる必要があり、低段圧縮機における油ポンプの汲み上げ油量や撹拌される油量が高段圧縮機より多い。その結果、低段圧縮機において圧縮機構に吸入される潤滑油が、高段圧縮機より多くなる。
【０００８】
（２）圧損を減らすことを目的として、圧縮機の吸入管は圧縮機構に近い位置に配置されることが多い。このような場合、油分離器からの潤滑油を圧縮機の吸入管に戻すと、圧縮機内に入った潤滑油の多くは冷媒と共に圧縮機構内に吸入されてしまい、圧縮機の底部に戻る油量は少ない。冷媒の流量が多いほど、冷媒の流速は速くなるので、この現象は顕著になる。冷媒の流量が多いときには、潤滑油の吐出が多く、油溜まりの油量が少なくなるので、より大きな問題となる。
【０００９】
（３）特許文献１では、高段圧縮機の潤滑油が不足している場合に、低段油分離器に油を貯めることによって低段油分離器の分離効率を下げ、高段圧縮機への潤滑油の供給を増やしている。しかし、実際に分離効率が下がるまでには時間がかかるため、潤滑油が更に不足し、高段圧縮機の軸受の潤滑が不十分になることがある。
【００１０】
本発明は、複数の圧縮機が直列に接続された冷凍装置において、各圧縮機の潤滑油不足を素早く解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る第１の冷凍装置は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）と、連通管（31）と、連通弁（37）とを有する。上記冷媒回路（11）は、冷媒を圧縮して吐出する低段圧縮機（12）と、上記低段圧縮機（12）から吐出された冷媒から潤滑油を分離する低段油分離器（14）と、上記低段油分離器（14）で潤滑油が分離された冷媒を圧縮して吐出する高段圧縮機（16）と、上記高段圧縮機（16）から吐出された冷媒から潤滑油を分離する高段油分離器（18）と、上記高段油分離器（18）で潤滑油が分離された冷媒に放熱させる放熱器（21）と、上記放熱器（21）で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構（22）と、上記膨張機構（22）で膨張した冷媒を蒸発させて上記低段圧縮機（12）に供給する蒸発器（23）とを有する。上記連通管（31）は、上記低段圧縮機（12）の底部を上記高段圧縮機（16）の底部に連通させる。上記連通弁（37）は、上記連通管（31）に設けられ、上記連通管（31）における潤滑油の流通を制御する。
【００１２】
これによると、連通管（31）が、低段圧縮機（12）の底部を高段圧縮機（16）の底部に連通させる。このため、高段圧縮機（16）の底部の油溜まりの潤滑油を、直接、低段圧縮機（12）の底部に送ること、及び、通常は低段圧縮機（12）に戻る潤滑油を、高段圧縮機（16）の底部に送ることが可能となり、各圧縮機（12,16）の潤滑油不足を素早く解消することができる。また、連通弁（37）が、連通管（31）に設けられ、連通管（31）における潤滑油の流通を制御する。このため、低段圧縮機（12）と高段圧縮機（16）との間で油量調整が不要の場合には、連通弁（37）を閉じることにより、低段圧縮機（12）と高段圧縮機（16）との間の不要なバイパスをなくすことができ、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の容積効率の低下を防ぐことができる。
【００１３】
本発明に係る第２の冷凍装置では、第１の冷凍装置において、上記高段油分離器（18）で分離された潤滑油が流れる高段油戻し管（33）と、上記高段油戻し管（33）に設けられ、上記高段油戻し管（33）における潤滑油の流通を制御する高段開閉弁（39）とを更に有する。上記連通管（31）には、上記連通弁（37）より上記高段圧縮機（16）に近い位置で、上記高段油戻し管（33）が接続されている。
【００１４】
これによると、高段油戻し管（33）における潤滑油の流通を制御する高段開閉弁（39）が、高段油戻し管（33）に設けられている。このため、高段開閉弁（39）を閉じることにより、高段圧縮機（16）の底部の油溜まりの潤滑油を、より急速に低段圧縮機（12）の底部に送ることができる。
【００１５】
本発明に係る第３の冷凍装置では、第１又は第２の冷凍装置において、上記低段油分離器（14）で分離された潤滑油が流れる低段油戻し管（32）と、低段開閉弁（38）とを更に有する。上記連通管（31）には、上記連通弁（37）より上記低段圧縮機（12）に近い位置で、上記低段油戻し管（32）が接続されている。上記低段開閉弁（38）は、上記連通管（31）において、上記低段油戻し管（32）が接続された上記位置と上記低段圧縮機（12）との間に設けられ、潤滑油の流通を制御する。
【００１６】
これによると、低段開閉弁（38）が、連通管（31）において、低段油戻し管（32）が接続された位置と低段圧縮機（12）との間に設けられ、潤滑油の流通を制御する。このため、低段開閉弁（38）を閉じることにより、低段油分離器（14）の潤滑油を高段圧縮機（16）の底部に送ることができる。
【００１７】
本発明に係る第４の冷凍装置は、第３の冷凍装置において、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の第１閾値以上であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが上記低段圧縮機（12）の第１閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）及び上記低段開閉弁（38）を開き、上記高段開閉弁（39）を閉じる制御部（2）を更に備える。
【００１８】
これによると、連通弁（37）及び低段開閉弁（38）を開き、高段開閉弁（39）を閉じる制御部（2）を有するので、高段圧縮機（16）の底部の油溜まりの潤滑油を、より急速に低段圧縮機（12）の底部に送ることができる。
【００１９】
本発明に係る第５の冷凍装置では、第４の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値以上であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが、上記低段圧縮機（12）の上記第１閾値以上、上記低段圧縮機（12）の第２閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）、上記低段開閉弁（38）、及び上記高段開閉弁（39）を開く。上記低段圧縮機（12）の第２閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第１閾値に所定値を加えた値である。
【００２０】
これによると、連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）を開くので、高段油分離器（18）の潤滑油を低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）に戻すことができる。つまり、低段圧縮機（12）には、低段油分離器（14）の潤滑油に加えて、高段油分離器（18）の潤滑油も戻すことができる。
【００２１】
本発明に係る第６の冷凍装置では、第５の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値以上、上記高段圧縮機（16）の第２閾値未満であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値以上、上記低段圧縮機（12）の第３閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）を閉じ、上記低段開閉弁（38）及び上記高段開閉弁（39）を開く。上記高段圧縮機（16）の上記第２閾値は、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値に所定値を加えた値である。上記低段圧縮機（12）の上記第３閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値に所定値を加えた値である。
【００２２】
これによると、連通弁（37）を閉じ、低段開閉弁（38）及び高段開閉弁（39）を開くので、低段油分離器（14）の潤滑油を低段圧縮機（12）に戻し、高段油分離器（18）の潤滑油を高段圧縮機（16）に戻す、通常の運転を行うことができる。
【００２３】
本発明に係る第７の冷凍装置では、第５の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の第２閾値以上であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値以上、上記低段圧縮機（12）の第３閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）及び上記高段開閉弁（39）を閉じ、上記低段開閉弁（38）を開く。上記高段圧縮機（16）の上記第２閾値は、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値に所定値を加えた値である。上記低段圧縮機（12）の上記第３閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値に所定値を加えた値である。
【００２４】
これによると、連通弁（37）及び高段開閉弁（39）を閉じ、低段開閉弁（38）を開くので、低段圧縮機（12）には潤滑油を戻し、高段圧縮機（16）には潤滑油を戻さないようにすることができる。高段圧縮機（16）へ潤滑油を戻す必要がない場合に、高段開閉弁（39）を閉じることにより、高段圧縮機（16）の吸入側と吐出側との間の不要なバイパスをなくすことができるので、高段圧縮機（16）の容積効率の低下を防ぐことができる。
【００２５】
本発明に係る第８の冷凍装置では、第５の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値以上、上記高段圧縮機（16）の第２閾値未満であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが上記低段圧縮機（12）の第３閾値以上である、と判定した場合には、上記連通弁（37）及び上記低段開閉弁（38）を閉じ、上記高段開閉弁（39）を開く。上記高段圧縮機（16）の上記第２閾値は、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値に所定値を加えた値である。上記低段圧縮機（12）の上記第３閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値に所定値を加えた値である。
【００２６】
これによると、連通弁（37）及び低段開閉弁（38）を閉じ、高段開閉弁（39）を開くので、低段圧縮機（12）には潤滑油を戻さず、高段圧縮機（16）には潤滑油を戻すようにすることができる。低段圧縮機（12）へ潤滑油を戻す必要がない場合に、低段開閉弁（38）を閉じることにより、低段圧縮機（12）の吸入側と吐出側との間の不要なバイパスをなくすことができるので、低段圧縮機（12）の容積効率の低下を防ぐことができる。
【００２７】
本発明に係る第９の冷凍装置では、第５の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の第２閾値以上であり、かつ、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが上記低段圧縮機（12）の第３閾値以上である、と判定した場合には、上記連通弁（37）、上記低段開閉弁（38）、及び上記高段開閉弁（39）を閉じる。上記高段圧縮機（16）の上記第２閾値は、上記高段圧縮機（16）の上記第１閾値に所定値を加えた値である。上記低段圧縮機（12）の上記第３閾値は、上記低段圧縮機（12）の上記第２閾値に所定値を加えた値である。
【００２８】
これによると、連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）を閉じるので、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）に潤滑油を戻さないようにすることができる。低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）へ潤滑油を戻す必要がない場合に、低段開閉弁（38）及び高段開閉弁（39）を閉じることにより、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）のいずれにおいても吸入側と吐出側との間の不要なバイパスをなくすことができるので、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の容積効率の低下を防ぐことができる。
【００２９】
本発明に係る第１０の冷凍装置は、第３の冷凍装置において、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さが上記高段圧縮機（16）の第１閾値未満である、と判定した場合には、上記連通弁（37）及び上記高段開閉弁（39）を開き、上記低段開閉弁（38）を閉じる制御部（2）を更に備える。
【００３０】
これによると、連通弁（37）及び高段開閉弁（39）を開き、低段開閉弁（38）を閉じる制御部（2）を有するので、低段油分離器（14）の潤滑油を高段圧縮機（16）の底部に送ることができる。
【００３１】
本発明に係る第１１の冷凍装置では、第１０の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さが上記低段圧縮機（12）の第１閾値未満である、と判定した場合には、回転速度が低下するように上記高段圧縮機（16）及び上記低段圧縮機（12）を制御する。
【００３２】
これによると、回転速度が低下するように高段圧縮機（16）及び低段圧縮機（12）を制御するので、高段圧縮機（16）及び低段圧縮機（12）において、圧縮機構に吸入されて外に吐出される潤滑油の量を減らすことができる。
【００３３】
本発明に係る第１２の冷凍装置では、第４〜１１のいずれか１つの冷凍装置において、上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さを検出する高段油面センサ（66）と、上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さを検出する低段油面センサ（66）とを更に有する。上記制御部（2）は、上記高段油面センサ（66）の出力に基づいて上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さを求め、上記低段油面センサ（66）の出力に基づいて上記低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さを求める。
【００３４】
これによると、高段油面センサ（66）及び低段油面センサ（66）を有するので、潤滑油の油面高さを容易に求めることができる。
【００３５】
本発明に係る第１３の冷凍装置では、第４〜１１のいずれか１つの冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記低段圧縮機（12）の油流出量と上記高段圧縮機（16）の油流出量とを算出し、算出された油流出量に基づいて、上記低段圧縮機（12）及び上記高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さを求める。
【００３６】
これによると、算出された油流出量に基づいて、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さを求めるので、油面センサを用いずに潤滑油の油面高さを求めることができる。
【００３７】
本発明に係るヒートポンプでは、第１〜１３のいずれか１つの冷凍装置（10）と、上記冷凍装置（10）の上記冷媒回路（11）の冷媒から熱を吸収して熱媒体を加熱する熱媒体回路（40）とを有する。
【００３８】
これによると、上記冷凍装置（10）を有するので、冷凍装置（10）における各圧縮機（12,16）の潤滑油不足を素早く解消することができる。このため、ヒートポンプの信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、複数の圧縮機が直列に接続された冷凍装置において、各圧縮機の潤滑油不足を素早く解消することができる。したがって、冷凍装置及びこれを有するヒートポンプの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るヒートポンプの構成例を示す配管系統図である。
【図２】図２は、図１の低段圧縮機及び高段圧縮機から吐出された潤滑油をこれらの圧縮機に戻すための構成例を示す配管系統図である。
【図３】図３は、図２の低段圧縮機の構成例を示す縦断面図である。
【図４】図４は、図２の低段油分離器の構成例を示す縦断面図である。
【図５】図５は、図２の低段圧縮機の油面高さに関して設定された閾値の例を示す説明図である。
【図６】図６は、図２の高段圧縮機の油面高さに関して設定された閾値の例を示す説明図である。
【図７】図７は、図１及び図２の冷凍装置の運転モードの例を示す説明図である。
【図８】図８は、図１及び図２の冷凍装置の運転モードに対する連通弁、低段開閉弁、及び高段開閉弁の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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。図面において同じ参照番号で示された構成要素は、同一の又は類似の構成要素である。
【００４２】
図１は、本発明の実施形態に係るヒートポンプの構成例を示す配管系統図である。図１のヒートポンプ（100）は、冷凍装置（10）と、熱媒体回路（40）とを有する。冷凍装置（10）は、冷媒回路（11）と、制御部（2）とを有する。ヒートポンプ（100）は、主に産業用として用いられるものであり、被加熱流体を例えば１００℃以上に加熱する。
【００４３】
冷媒回路（11）は、低段圧縮機（12）と、低段油分離器（14）と、高段圧縮機（16）と、高段油分離器（18）と、放熱器（21）と、過冷却熱交換器（25）と、膨張弁（膨張機構）（22）と、蒸発器（23）とを有し、これらの要素はこの順に冷媒配管によって接続されている。冷媒回路（11）は、インジェクション通路（26）と、流量調整弁（27）とを更に有する。低段圧縮機（12）と高段圧縮機（16）とは、互いに直列に接続されて冷媒を圧縮する。低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）は、例えば、スクロール圧縮機である。冷媒回路（11）は、冷媒を循環させることによって二段圧縮式の冷凍サイクルを行う。
【００４４】
具体的には、低段圧縮機（12）は、冷媒を圧縮して低段油分離器（14）に吐出する。低段油分離器（14）は、低段圧縮機（12）から吐出された冷媒から潤滑油を分離し、冷媒を高段圧縮機（16）に吐出する。高段圧縮機（16）は、低段油分離器（14）で潤滑油が分離された冷媒を圧縮して、高段油分離器（18）に吐出する。高段油分離器（18）は、高段圧縮機（16）から吐出された冷媒から潤滑油を分離し、冷媒を放熱器（21）に出力する。
【００４５】
放熱器（21）は、高段油分離器（18）で潤滑油が分離された冷媒に放熱させる。インジェクション通路（26）には、放熱器（21）で放熱した冷媒の一部が流れる。膨張弁（22）は、放熱器（21）で放熱した冷媒を膨張させる。蒸発器（23）は、膨張弁（22）で膨張した冷媒を蒸発させて、低段圧縮機（12）に供給する。
【００４６】
放熱器（21）は、低温流路（21B）および高温流路（21A）を有している。高温流路（21A）の流入端は高段油分離器（18）の吐出側と接続され、高温流路（21A）の流出端は過冷却熱交換器（25）と接続されている。放熱器（21）の低温流路（21B）は、熱媒体回路（40）の一部を成している。放熱器（21）では、高温流路（21A）を流れる高圧冷媒と低温流路（21B）を流れる熱媒体回路（40）の熱媒体（例えば、水）とが熱交換し、熱媒体が加熱される。つまり、本実施形態では、熱媒体回路（40）の熱媒体が放熱器（21）の被加熱流体である。このように、熱媒体回路（40）は、冷媒回路（11）の冷媒から熱を吸収して熱媒体を加熱する。
【００４７】
熱媒体回路（40）は、温水の恒温槽（46）内に設けられる加熱熱交換器（44）と、ポンプ（42）とを有する。熱媒体回路（40）は、ポンプ（42）によって熱媒体が循環する閉回路である。熱媒体回路（40）では、放熱器（21）で加熱された熱媒体が加熱熱交換器（44）で恒温槽（46）内の水と熱交換し、恒温槽（46）内の水が加熱される。
【００４８】
制御部（2）は、ヒートポンプ（100）全体の制御を行う。制御部（2）は、例えば、低段圧縮機（12）、高段圧縮機（16）及びポンプ（42）の駆動、並びに、膨張弁（22）及び流量調整弁（27）等の制御を行う。
【００４９】
図２は、図１の低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）から吐出された潤滑油をこれらの圧縮機に戻すための構成例を示す配管系統図である。冷凍装置（10）は、冷媒回路（11）に加えて、図２に示されているように、連通管（31）と、低段油戻し管（32）と、高段油戻し管（33）と、キャピラリ（34,35）と、連通弁（37）と、低段開閉弁（38）と、高段開閉弁（39）とを更に有する。
【００５０】
連通管（31）は、低段圧縮機（12）の底部（56）を高段圧縮機（16）の底部（56）に連通させる。連通管（31）には、連通弁（37）が設けられている。連通弁（37）は、連通管（31）における潤滑油の流通を制御する。
【００５１】
高段油戻し管（33）には、高段油分離器（18）で分離された潤滑油が流れる。高段油戻し管（33）には、高段油戻し管（33）における潤滑油の流通を制御する高段開閉弁（39）が設けられている。連通管（31）には、連通弁（37）より高段圧縮機（16）に近い位置で、高段油戻し管（33）が接続されている。高段油戻し管（33）には、高段油分離器（18）と高段開閉弁（39）との間に、キャピラリ（35）が設けられている。
【００５２】
連通管（31）には、連通弁（37）より低段圧縮機（12）に近い位置で、低段油戻し管（32）が接続されている。低段油戻し管（32）には、低段油分離器（14）で分離された潤滑油が流れる。低段開閉弁（38）は、連通管（37）において、低段油戻し管（32）が接続された位置と低段圧縮機（12）との間に設けられ、潤滑油の流通を制御する。低段油戻し管（32）には、キャピラリ（34）が設けられている。図１の制御部（2）は、連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）の制御も行う。
【００５３】
図３は、図２の低段圧縮機（12）の構成例を示す縦断面図である。図３の低段圧縮機（12）は、回転式圧縮機であって、例えばスクロール圧縮機である。低段圧縮機（12）は、ケーシング（52）と、圧縮機構（53）と、電動機（54）と、駆動軸（55）とを有している。ケーシング（52）の内部には、圧縮機構（53）、電動機（54）、及び駆動軸（55）等が収容されている。駆動軸（55）は、上下方向へ延びる姿勢で配置され、圧縮機構（53）を電動機（54）に連結している。
【００５４】
ケーシング（52）には、吸入管（62）と、吐出管（63）と、流出入管（64）とが設けられている。吸入管（62）は、ケーシング（52）の側面を貫通しており、ケーシング（52）内における下部空間（68）に開口している。下部空間（68）は、圧縮機構（53）より下の空間である。吸入管（62）は蒸発器（23）に接続されている。吸入管（62）には蒸発器（23）からの冷媒が流入する。
【００５５】
吐出管（63）は、ケーシング（52）の頂部を貫通しており、圧縮機構（53）に接続されている。圧縮機構（53）は、低圧の下部空間（68）から吸い込んだ冷媒を圧縮して、吐出管（63）へ吐出する。吐出管（63）は低段油分離器（14）に接続されている。
【００５６】
圧縮機構（53）は、例えば、スクロール式の圧縮機構であり、固定スクロールと、駆動軸（55）に係合する旋回スクロールとを有する。ケーシング（52）の底部(56)には、潤滑油が貯留されている。つまり、ケーシング（52）内には、油溜まり（57）が形成されている。流出入管（64）には、連通管（31）が接続されている。低段圧縮機（12）の底部(56)は、潤滑油が貯留される部分であって、例えば、ケーシング（52）内における、電動機（54）より下の部分である。
【００５７】
駆動軸（55）の内部には、その軸方向へ延びる給油通路が形成されている。この給油通路の下端には、給油ポンプが取り付けられている。給油ポンプは、例えばトロコイドポンプであるが、これには限られない。駆動軸（55）が回転すると、給油ポンプは油溜まり（57）から潤滑油を吸い込んで、給油通路に供給する。潤滑油は、圧縮機構（53）や、駆動軸（55）の軸受へ供給され、これらの潤滑に利用される。潤滑に利用された後、潤滑油のほとんどは油溜まり（57）に戻る。
【００５８】
低段圧縮機（12）は、ケーシング（52）内の下部に油面センサ（66）を有している。油面センサ（66）は、例えば、その少なくとも一部が圧縮機（12）の油溜まり（57）の潤滑油に浸されるように配置されており、低段圧縮機（12）の油溜まり（57）における潤滑油の油面高さを検出する。油面センサ（66）は、例えば静電容量式のセンサであって、２つの電極間の静電容量に対応する信号を制御部（2）に出力する。油面高さに応じて電極間の静電容量が変化するので、制御部（2）は油面高さを測定することができる。
【００５９】
蒸発器（23）に代えて低段油分離器（14）に接続され、低段油分離器（14）に代えて高段油分離器（18）に接続される点以外は、図１及び図２の高段圧縮機（16）も、低段圧縮機（12）と同様に構成されている。高段圧縮機（16）の油面センサ（66）は、高段圧縮機（16）の油溜まり（57）における潤滑油の油面高さを検出する。以上のように、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）は、いわゆる低圧ドーム型の圧縮機である。
【００６０】
なお、油面センサ（66）の出力から油面高さを求める場合について説明したが、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）が油面センサ（66）を有さず、制御部（2）が、低段圧縮機（12）の油流出量と高段圧縮機（16）の油流出量とを算出し、これらの算出された油流出量に基づいて、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の潤滑油の油面高さを求めてもよい。
【００６１】
低段圧縮機（12）の油流出量が高段圧縮機（16）の油流出量より大きいときには、高段圧縮機（16）から吐出されシステムを回って低段圧縮機（12）に戻って来る潤滑油の量よりも、低段圧縮機（12）から高段圧縮機（16）へ吐出される潤滑油の量の方が多くなり、低段圧縮機（12）において潤滑油が減少する。一方、高段圧縮機（16）の油流出量が低段圧縮機（12）の油流出量より大きいときには、高段圧縮機（16）から吐出されシステムを回って低段圧縮機（12）に戻って来る潤滑油の量の方が、低段圧縮機（12）から高段圧縮機（16）へ吐出される潤滑油の量よりも多くなり、高段圧縮機（16）において潤滑油が減少する。このような特性を利用することにより、制御部（2）は、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の油面高さを求める。
【００６２】
制御部（2）は、高段圧縮機（16）及び低段圧縮機（12）のそれぞれについて、吸入又は吐出される冷媒の状態（圧力、温度、又は密度）と回転速度との組み合わせに対応する、単位時間当たりの潤滑油の流出量をデータベースとして有している。制御部（2）は、高段圧縮機（16）及び低段圧縮機（12）のそれぞれについて、吸入又は吐出される冷媒の状態及び回転速度から単位時間当たりの潤滑油の流出量を求め、単位時間当たりの潤滑油の流出量の時間積分を油流出量として算出する。制御部（2）は、高段圧縮機（16）及び低段圧縮機（12）のそれぞれの油流出量から、それぞれの潤滑油量を求め、更にそれぞれの潤滑油の油面高さ（LL,LH）を求める。このように、油面センサ（66）を設けなくても、高段圧縮機（16）及び低段圧縮機（12）の潤滑油の油面高さ（LL,LH）を求めることができる。
【００６３】
図４は、図２の低段油分離器（14）の構成例を示す縦断面図である。図４の低段油分離器（14）は、ケーシング（72）と、油分離部材（73）と、冷媒流入管（75）と、冷媒流出管（76）と、油流出管（77）とを有する。冷媒流入管（75）、冷媒流出管（76）、及び油流出管（77）は、ケーシング（72）を貫通するように設けられている。
【００６４】
低段圧縮機（12）から吐出された冷媒には潤滑油が混ざっており、この冷媒は冷媒流入管（75）に流入する。油分離部材（73）は、例えばバッフル板やデミスタ等で構成される。油分離部材（73）は、冷媒中の潤滑油を捕捉してケーシング（72）の底部に落とす。つまり、低段油分離器（14）は、低段圧縮機（12）から吐出された冷媒から、潤滑油を分離して貯留し、冷媒を冷媒流出管（76）から吐出する。分離された潤滑油は、低段油分離器（14）の底部に油溜まり（74）を形成する。油溜まり（74）の潤滑油は、油流出管（77）からキャピラリ（34）に流出する。
【００６５】
図１及び図２の高段油分離器（18）も、低段油分離器（14）と同様に構成されている。すなわち、高段油分離器（18）は、高段圧縮機（16）から吐出された冷媒から、潤滑油を分離して貯留し、冷媒を冷媒流出管（76）から吐出する。分離された潤滑油は、高段油分離器（18）の底部に油溜まり（74）を形成する。油溜まり（74）の潤滑油は、油流出管（77）からキャピラリ（35）に流出する。
【００６６】
図５は、図２の低段圧縮機（12）の油面高さに関して設定された閾値の例を示す説明図である。低段圧縮機（12）には、最低油面高（TL0）が設定されている。最低油面高（TL0）は、低段圧縮機（12）の給油ポンプが潤滑油を吸い込み可能な最低の油面高であり、例えば、駆動軸（55）の下端の高さである。低段圧縮機（12）の流出入管（64）は、最低油面高（TL0）より上で開口している。
【００６７】
低段圧縮機（12）の第１閾値（TL1）は、最低油面高（TL0）より値（CL1）だけ高い。低段圧縮機（12）の第２閾値（TL2）は、第１閾値（TL1）より値（CL2）だけ高い。低段圧縮機（12）の第３閾値（TL3）は、第２閾値（TL2）より値（CL3）だけ高い。ここで、値（CL1）は０以上の値、値（CL2,CL3）はいずれも正の値である。第１閾値（TL1）は、正常な運転のために保つべき油面高さを示す値である。第３閾値（TL3）は、潤滑油が十分にあり、安全であることを示す値である。第２閾値（TL2）は、第１閾値（TL1）と第３閾値（TL3）との間の値であり、例えば、第１閾値（TL1）と第３閾値（TL3）との平均値である。
【００６８】
図６は、図２の高段圧縮機（16）の油面高さに関して設定された閾値の例を示す説明図である。高段圧縮機（16）には、最低油面高（TH0）が設定されている。最低油面高（TH0）は、高段圧縮機（16）の給油ポンプが潤滑油を吸い込み可能な最低の油面高であり、例えば、駆動軸（55）の下端の高さである。
【００６９】
高段圧縮機（16）の流出入管（64）（図３）は、最低油面高（TH0）より上で開口している。このため、差圧を利用して高段圧縮機（16）の底部に溜まった潤滑油を低段圧縮機（12）の底部に直接送る際に、潤滑油を送りすぎることによって高段圧縮機（16）の潤滑油が不足し、高段圧縮機（16）の潤滑が不十分になることを防ぐことができる。
【００７０】
高段圧縮機（16）の第１閾値（TH1）は、最低油面高（TH0）より値（CH1）だけ高い。高段圧縮機（16）の第２閾値（TH2）は、第１閾値（TH1）より値（CH2）だけ高い。ここで、値（CH1）は０以上の値、値（CH2）は正の値である。第１閾値（TH1）は、正常な運転のために保つべき油面高さを示す値である。第２閾値（TH2）は、潤滑油が十分にあり、安全であることを示す値である。
【００７１】
なお、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）は、低圧ドーム型の圧縮機であるとして説明したが、いわゆる高圧ドーム型の圧縮機であってもよい。
【００７２】
−  動作  −
低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）が動作すると、低段圧縮機（12）が冷媒を圧縮し、低段圧縮機（12）で圧縮された冷媒は高段圧縮機（16）で更に圧縮されて高圧冷媒となる。高段圧縮機（16）から吐出された高圧冷媒は、放熱器（21）で熱媒体回路（40）の熱媒体と熱交換して凝縮し、熱媒体が例えば１００℃以上に加熱される。放熱器（21）で凝縮した高圧冷媒のうち、一部はインジェクション通路（26）に流れ、残りは過冷却熱交換器（25）の高温流路（25A）に流れる。インジェクション通路（26）に流れた高圧冷媒は、流量調整弁（27）で減圧された後、過冷却熱交換器（25）の低温流路（25B）に流れて高温流路（25A）の高圧冷媒と熱交換する。これによって、高温流路（25A）の高圧冷媒は過冷却される一方、低温流路（25B）の冷媒は蒸発して中間圧の過熱ガス冷媒となる。
【００７３】
過冷却熱交換器（25）で過冷却された高圧冷媒は、膨張弁（22）で減圧されて低圧冷媒となる。低圧冷媒は、蒸発器（23）に流れて、冷水回路（28）の熱源水（W）と熱交換して蒸発し、熱源水が冷却されて冷水となる。蒸発器（23）から流出した冷媒は、低段圧縮機（12）に吸入されて再び圧縮される。低段圧縮機（12）から吐出された冷媒は、インジェクション通路（26）からの中間圧の過熱ガス冷媒と合流して高段圧縮機（16）に吸入される。熱媒体回路（40）では、放熱器（21）で加熱された熱媒体が加熱熱交換器（44）に流れて恒温槽（46）の水と熱交換し、水が加熱されて温水となる。
【００７４】
低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）は、次のように動作する。制御部（2）が電動機（54）を回転させると、駆動軸（55）に係合する旋回スクロールが駆動される。旋回スクロールは、自転運動は行わずに公転運動だけを行う。旋回スクロールが公転すると、固定スクロールとの間に形成された圧縮室の容積が変化し、吸入管（62）を通って圧縮機構（53）へ流入した低圧ガス冷媒が圧縮室へ吸い込まれる。つまり、圧縮機構（53）は、ケーシング（52）の外から吸入管（62）を通ってケーシング（52）の内部空間へ流入した低圧のガス冷媒を、圧縮室へ吸入して圧縮する。圧縮室内で圧縮されたガス冷媒は、吐出管（63）を通ってケーシング（52）の外部へ流出してゆく。
【００７５】
駆動軸（55）が回転すると、この駆動軸（55）によって油ポンプが駆動される。油ポンプは、油溜まり（57）の潤滑油を吸い込み、吸い込んだ潤滑油を給油通路へ流入させる。給油通路を流れる潤滑油は、駆動軸（55）の軸受け、旋回スクロール（50）と固定スクロール（30）との摺動面等に供給される。
【００７６】
図７は、図１及び図２の冷凍装置（10）の運転モードの例を示す説明図である。制御部（2）は、低段圧縮機（12）の油面センサ（低段油面センサ）（66）の出力に基づいて低段圧縮機（12）の油面高さ（LL）を求め、高段圧縮機（16）の油面センサ（高段油面センサ）（66）の出力に基づいて高段圧縮機（16）の油面高さ（LH）を求める。制御部（2）は、油面高さ（LL及びLH）に基づいて、冷凍装置（10）の運転モードを選択する。具体的には、例えば、以下の通りである。
【００７７】
高段圧縮機（16）の油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第２閾値（TH2）以上であり、かつ、低段圧縮機（12）の油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第３閾値（TL3）以上である、と判定した場合には、制御部（2）は、モード１−１を選択する。油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第１閾値（TH1）以上第２閾値（TH2）未満であり、かつ、油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第３閾値（TL3）以上である、と判定した場合には、制御部（2）は、モード１−２を選択する。
【００７８】
油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第２閾値（TH2）以上であり、かつ、油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第２閾値（TL2）以上第３閾値（TL3）未満である、と判定した場合には、制御部（2）は、モード１−３を選択する。油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第１閾値（TH1）以上第２閾値（TH2）未満であり、かつ、油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第２閾値（TL2）以上第３閾値（TL3）未満である、と判定した場合には、制御部（2）は、モード１−４を選択する。
【００７９】
油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第１閾値（TH1）以上であり、かつ、油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第１閾値（TL1）以上第２閾値（TL2）未満である、と判定した場合には、制御部（2）は、モード２を選択する。油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第１閾値（TH1）以上であり、かつ、油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第１閾値（TL1）未満である、と判定した場合には、制御部（2）は、モード３を選択する。
【００８０】
油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第１閾値（TH1）未満であり、かつ、油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第１閾値（TL1）以上である、と判定した場合には、制御部（2）は、モード４を選択する。油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第１閾値（TH1）未満であり、かつ、油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第１閾値（TL1）未満である、と判定した場合には、制御部（2）は、モード５を選択する。
【００８１】
図８は、図１及び図２の冷凍装置（10）の運転モードに対する連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）の状態を示す説明図である。制御部（2）は、選択されたモードに応じて、連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）を図８のように制御する。具体的には、例えば、次の通りである。
【００８２】
モード１−１において、制御部（2）は、連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）の全てを閉じる。モード１−２において、制御部（2）は、連通弁（37）及び低段開閉弁（38）を閉じ、高段開閉弁（39）を開く。モード１−３において、制御部（2）は、連通弁（37）及び高段開閉弁（39）を閉じ、低段開閉弁（38）を開く。モード１−４において、制御部（2）は、連通弁（37）を閉じ、低段開閉弁（38）及び高段開閉弁（39）を開く。
【００８３】
モード２において、制御部（2）は、連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）の全てを開く。モード３において、制御部（2）は、連通弁（37）及び低段開閉弁（38）を開き、高段開閉弁（39）を閉じる。モード４及びモード５において、制御部（2）は、連通弁（37）及び高段開閉弁（39）を開き、低段開閉弁（38）を閉じる。また、モード５において、制御部（2）は、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の回転速度を低下させる。
【００８４】
モード１−１、１−２、１−３、及び１−４では、制御部（2）は、通常油戻し運転を行う。これらのいずれのモードにおいても、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）において潤滑油は不足していない。このため、制御部（2）は、連通弁（37）を閉じて、容積効率の低下を防ぐ。また、制御部（2）は、必要に応じて低段開閉弁（38）及び高段開閉弁（39）を開く。つまり、制御部（2）は、高段圧縮機（16）の油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第２閾値（TH2）未満になると、高段開閉弁（39）を開いて高段油分離器（18）の潤滑油を高段圧縮機（16）に戻し、低段圧縮機（12）の油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第３閾値（TL3）未満になると、低段開閉弁（38）を開いて低段油分離器（14）の潤滑油を低段圧縮機（12）に戻す。
【００８５】
モード２では、制御部（2）は、低段油戻し運転（弱）を行う。モード２では、低段圧縮機（12）の油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第２閾値（TL2）未満であり、低段圧縮機（12）の潤滑油がやや不足している。そこで、制御部（2）は、連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）の全てを開くことにより、低段油分離器（14）の潤滑油を低段圧縮機（12）に戻し、高段油分離器（18）の潤滑油を低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）に戻す。つまり、低段圧縮機（12）には、低段油分離器（14）の潤滑油に加えて、高段油分離器（18）の潤滑油の一部も戻される。
【００８６】
モード３では、制御部（2）は、低段油戻し運転（強）を行う。モード３では、低段圧縮機（12）の油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第１閾値（TL1）未満であり、低段圧縮機（12）の潤滑油が不足している。そこで、制御部（2）は、連通弁（37）及び低段開閉弁（38）を開き、高段開閉弁（39）を閉じることにより、低段油分離器（14）の潤滑油を低段圧縮機（12）に戻しつつ、差圧を利用して高段圧縮機（16）の底部に溜まった潤滑油を低段圧縮機（12）の底部に直接送る。高段油分離器（18）には、潤滑油が貯留され続ける。
【００８７】
モード４では、制御部（2）は、高段油戻し運転を行う。モード４では、高段圧縮機（16）の油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第１閾値（TH1）未満であり、高段圧縮機（16）の潤滑油が不足している。そこで、制御部（2）は、連通弁（37）及び高段開閉弁（39）を開き、低段開閉弁（38）を閉じることにより、高段油分離器（18）の潤滑油を高段圧縮機（16）に戻し、低段油分離器（14）の潤滑油を高段圧縮機（16）に送る。
【００８８】
モード５では、制御部（2）は、全体油戻し運転を行う。モード５では、高段圧縮機（16）の油面高さ（LH）が高段圧縮機（16）の第１閾値（TH1）未満であり、かつ、低段圧縮機（12）の油面高さ（LL）が低段圧縮機（12）の第１閾値（TL1）未満であり、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の潤滑油が不足している。そこで、制御部（2）は、連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）をモード４と同様に制御した上で、回転速度が低下するように低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）を制御する。
【００８９】
−  効果  −
以上で説明した冷凍装置（10）によると、連通管（31）が、低段圧縮機（12）の底部を高段圧縮機（16）の底部に連通させるので、高段圧縮機（16）の油溜まり（57）の潤滑油を、差圧により直接、低段圧縮機（12）の底部に送ること、及び、通常は低段圧縮機（12）に戻る潤滑油を、高段圧縮機（16）の底部に送ることが可能となり、各圧縮機（12,16）の潤滑油不足を素早く解消することができる。
【００９０】
冷凍装置（10）では、高段油戻し管（33）における潤滑油の流通を制御する高段開閉弁（39）が、高段油戻し管（33）に設けられている。このため、高段開閉弁（39）を閉じることにより、高段圧縮機（16）の底部の油溜まりの潤滑油を、より急速に低段圧縮機（12）の底部に送ることができる。
【００９１】
冷凍装置（10）では、低段開閉弁（38）が、連通管（31）において、低段油戻し管（32）が接続された位置と低段圧縮機（12）との間に設けられ、潤滑油の流通を制御する。このため、低段開閉弁（38）を閉じることにより、低段油分離器（14）の潤滑油を高段圧縮機（16）の底部に送ることができる。
【００９２】
モード３の運転では、連通弁（37）及び低段開閉弁（38）を開き、高段開閉弁（39）を閉じるので、高段圧縮機（16）の底部の油溜まりの潤滑油を、より急速に低段圧縮機（12）の底部に送ることができる。このため、低段圧縮機（12）において潤滑油が不足した場合に、急速に潤滑油の油面高さを回復することができ、冷凍装置（10）の信頼性が向上する。
【００９３】
冷凍装置（10）では、連通弁（37）が、連通管（31）に設けられ、連通管（31）における潤滑油の流通を制御する。低段圧縮機（12）と高段圧縮機（16）との間で油量調整が不要なモード１−１、１−２、１−３、及び１−４の運転では、制御部（2）が連通弁（37）を閉じるので、低段圧縮機（12）と高段圧縮機（16）との間の不要なバイパスをなくすことができる。このため、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の容積効率の低下を防ぐことができ、冷凍装置（10）のシステムとしての性能が向上する。
【００９４】
モード１−１の運転では、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）へ潤滑油を戻す必要がない場合に、低段開閉弁（38）及び高段開閉弁（39）を閉じることにより、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）のいずれにおいても吸入側と吐出側との間の不要なバイパスをなくすことができるので、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の容積効率の低下を防ぐことができる。
【００９５】
モード１−２の運転では、低段圧縮機（12）へ潤滑油を戻す必要がない場合に、低段開閉弁（38）を閉じることにより、低段圧縮機（12）の吸入側と吐出側との間の不要なバイパスをなくすことができるので、低段圧縮機（12）の容積効率の低下を防ぐことができる。
【００９６】
モード１−３の運転では、高段圧縮機（16）へ潤滑油を戻す必要がない場合に、高段開閉弁（39）を閉じることにより、高段圧縮機（16）の吸入側と吐出側との間の不要なバイパスをなくすことができるので、高段圧縮機（16）の容積効率の低下を防ぐことができる。
【００９７】
圧縮機が直列に接続された冷凍装置（10）では、低段圧縮機（12）から吐出される潤滑油量が高段圧縮機（16）から吐出される潤滑油量より多いので、低段圧縮機（12）において潤滑油が不足し、高段圧縮機（16）において潤滑油が余る傾向がある。このような場合、高段油分離器（18）から低段圧縮機（12）へ潤滑油を戻す必要があり、冷凍装置（10）は、モード２又はモード３の運転を行う。
【００９８】
モード２の運転では、連通弁（37）、低段開閉弁（38）、及び高段開閉弁（39）を開くので、高段油分離器（18）の潤滑油を低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）に戻すことができる。つまり、低段圧縮機（12）には、低段油分離器（14）の潤滑油に加えて、高段油分離器（18）の潤滑油も戻すことができる。一方、モード３の運転によると、モード２の運転より速く、低段圧縮機（12）へ潤滑油を戻すことができる。
【００９９】
しかし、もし、冷凍装置（10）がモード２の運転を行えないとすると、モード３の運転とモード１−１〜１−４の運転とが繰り返され、連通弁（37）及び高段開閉弁（39）の開閉回数が多くなり、これらの寿命が短くなってしまう。冷凍装置（10）では、低段圧縮機（12）の油面高さに関して３つの閾値が設定されており、モード２の運転も行うことができる。このため、冷凍装置（10）がモード３の運転を行う頻度が減少し、連通弁（37）及び高段開閉弁（39）の寿命を延ばすことができる。
【０１００】
モード４の運転によると、連通弁（37）及び高段開閉弁（39）を開き、低段開閉弁（38）を閉じるので、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）が低圧ドーム型の圧縮機である場合には、冷凍装置（10）は、低段油分離器（14）に溜まった潤滑油を高段圧縮機（16）の底部に直接送ることができる。特許文献１には、低段油分離器における油の分離効率を下げて、低段油分離器の潤滑油を冷媒とともに高段圧縮機へ送ることが記載されている。これに対し、冷凍装置（10）によると、低段油分離器（14）の潤滑油を、特許文献１のように送るよりも遙かに速く高段圧縮機（16）へ戻すことができ、高段圧縮機（16）の信頼性が向上する。
【０１０１】
モード５の運転によると、回転速度が低下するように高段圧縮機（16）及び低段圧縮機（12）を制御するので、高段圧縮機（16）及び低段圧縮機（12）において、圧縮機構に吸入されて外に吐出される潤滑油の量を減らすことができる。
【０１０２】
冷凍装置（10）は、潤滑油を低段圧縮機（12）又は高段圧縮機（16）の底部（56）に戻す。これにより、潤滑油を吸入管に戻す場合に比べて、潤滑油の圧縮機構（53）への流入が減り、潤滑油の吐出が減るので、潤滑油の不足が生じにくく、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の信頼性が向上する。
【０１０３】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
以上説明したように、本発明は、冷凍装置及びヒートポンプ等について有用である。
【符号の説明】
【０１０５】
2  制御部
10  冷凍装置
11  冷媒回路
12  低段圧縮機
14  低段油分離器
16  高段圧縮機
18  高段油分離器
21  放熱器
22  膨張機構
23  蒸発器
31  連通管
32  低段油戻し管
33  高段油戻し管
37  連通弁
38  低段開閉弁
39  高段開閉弁
40  熱媒体回路
66  油面センサ
100  ヒートポンプ
【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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