(57)【要約】      （修正有）【課題】冷凍装置の起動処理時において、圧縮機内の潤滑油量の不足を防止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１１と、圧縮装置と、制御部２とを有する。圧縮装置は、第１圧縮機１２と、第１油分離器１４と、分離された潤滑油を第１圧縮機１２で生成された差圧を利用して第１圧縮機１２に戻す第１油戻し回路とを有する。制御部２は、冷凍装置１０の起動処理時に、第１圧縮機１２で生成された差圧が第１圧縮機１２の回転速度に対応する閾値以下であるときには、第１圧縮機１２の回転速度を上昇させない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルを行う冷媒回路（11）を有する冷凍装置（10）であって、
上記冷媒回路（11）は、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮装置（8）と、
上記圧縮装置（8）から吐出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圧縮装置（8）に供給する蒸発器（23）と、
上記圧縮装置（8）の動作を制御する制御部（2）とを備え、
上記圧縮装置（8）は、
上記蒸発器（23）から供給された冷媒を圧縮し、吐出する第１圧縮機（12）と、
上記第１圧縮機（12）から吐出された冷媒から潤滑油を分離する第１油分離器（14）と、
分離された潤滑油を上記第１圧縮機（12）で生成された差圧を利用して上記第１圧縮機（12）に戻す第１油戻し回路（30L）とを有し、
上記制御部（2）は、上記第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させる、上記冷凍装置の起動処理時において、上記圧縮装置（8）で生成された圧力が目標圧力より大きい、又は、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下であるときには、上記第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させない
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記圧縮装置（8）は、
上記第１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第２圧縮機（16）と、
上記第２圧縮機（16）から吐出された冷媒から潤滑油を分離する第２油分離器（18）と、
分離された潤滑油を上記第２圧縮機（16）で生成された差圧を利用して上記第２圧縮機（16）に戻す第２油戻し回路（30H）とを更に有し、
上記放熱器（21）は、上記第２油分離器（18）で潤滑油が分離された冷媒に放熱させ、
上記制御部（2）は、上記起動処理時に上記第２圧縮機（16）の回転速度も上昇させ、上記起動処理時に、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下であるときには、上記第２圧縮機（16）の回転速度を上昇させない
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記制御部（2）は、上記圧縮装置（8）で生成された圧力が上記目標圧力以下であり、かつ、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値より大きいときには、上記第１圧縮機（12）及び上記第２圧縮機（16）のうち、少なくとも上記第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させる
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項２において、
上記制御部（2）は、上記第１圧縮機（12）で生成された上記差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下である、又は、上記第２圧縮機（16）で生成された差圧が上記第２圧縮機（16）の回転速度に対応する閾値以下であるときには、上記第１圧縮機（12）及び上記第２圧縮機（16）の回転速度を上昇させない
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、上記圧縮装置（8）で生成された圧力が上記目標圧力以下である場合であって、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値より大きく、かつ、上記第２圧縮機（16）で生成された差圧が上記第２圧縮機（16）の回転速度に対応する閾値より大きいときには、上記第１圧縮機（12）及び上記第２圧縮機（16）のうち、少なくとも上記第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させる
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項２において、
上記制御部（2）は、上記第２圧縮機（16）の吸入圧を、上記第１圧縮機（12）の吸入圧及び上記第２圧縮機（16）の吐出圧から推定し、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧を、推定された上記第２圧縮機（16）の吸入圧から求める
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項１において、
上記制御部（2）は、上記圧縮装置（8）で生成された圧力に対応する、上記冷媒の凝縮温度が、上記目標圧力に対応する、上記冷媒の目標凝縮温度より高い場合には、上記圧縮装置（8）で生成された圧力が上記目標圧力より大きいと判定する
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
請求項１〜７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、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】
例えば特許文献１には、２台の圧縮機が直列に接続された冷凍装置が記載されている。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、キャピラリを経由して各圧縮機に戻される。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ので、この冷凍装置は、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】
一般に圧縮機では、冷媒とともに潤滑油が圧縮機の外へ吐出される（油上がりと呼ばれる）。吐出された潤滑油は、油分離器で分離され、キャピラリを経由して圧縮機に戻される。冷凍装置の起動処理時には、立ち上がり時間を短縮するために圧縮機の回転速度を急激に上昇させることがある。しかし、冷凍装置が長時間停止して系全体が冷えている場合には、系に熱を奪われるので、圧縮機の吐出圧がすぐには上がらず、圧縮機の吸入圧と吐出圧と間の差圧（キャピラリの両端の差圧）が極端に小さい時間が長く続くことがある。
【０００５】
このような場合、圧縮機の回転速度は高い（油上がりが多い）にもかかわらず、キャピラリの差圧が設計ポイントより極端に小さい（油が戻りにくい）状態になる。すると、圧縮機に貯留された潤滑油の量が不足し、圧縮機の正常な運転ができなくなる可能性が生じる。更に、起動処理時には、圧縮機の底部に貯留された潤滑油に溶け込んだ液冷媒がフォーミングすることによって、冷媒とともに圧縮機の外へ吐出される潤滑油が多くなることがある。
【０００６】
本発明は、冷凍装置の起動処理時において、圧縮機内の潤滑油量の不足を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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）を有する冷凍装置（10）であって、上記冷媒回路（11）は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮装置（8）と、上記圧縮装置（8）から吐出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圧縮装置（8）に供給する蒸発器（23）と、上記圧縮装置（8）の動作を制御する制御部（2）とを有する。上記圧縮装置（8）は、上記蒸発器（23）から供給された冷媒を圧縮し、吐出する第１圧縮機（12）と、上記第１圧縮機（12）から吐出された冷媒から潤滑油を分離する第１油分離器（14）と、分離された潤滑油を上記第１圧縮機（12）で生成された差圧を利用して上記第１圧縮機（12）に戻す第１油戻し回路（30L）とを有する。上記制御部（2）は、上記第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させる、上記冷凍装置の起動処理時において、上記圧縮装置（8）で生成された圧力が目標圧力より大きい、又は、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下であるときには、上記第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させない。
【０００８】
これによると、制御部（2）は、起動処理時に、第１圧縮機（12）で生成された差圧が第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下であるときには、第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させない。回転速度を上昇させなければ、第１圧縮機（12）からの潤滑油の単位時間当たりの吐出量は増加しない。このため、第１圧縮機（12）で生成された差圧が、この差圧を利用して第１油戻し回路（30L）が第１油分離器（14）で分離された潤滑油を第１圧縮機（12）に戻すには十分ではない場合に、第１圧縮機（12）内の潤滑油量の不足を防止することができ、潤滑が不十分になることによる不具合を防止することができる。
【０００９】
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、上記圧縮装置（8）は、上記第１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第２圧縮機（16）と、上記第２圧縮機（16）から吐出された冷媒から潤滑油を分離する第２油分離器（18）と、分離された潤滑油を上記第２圧縮機（16）で生成された差圧を利用して上記第２圧縮機（16）に戻す第２油戻し回路（30H）とを更に有する。上記放熱器（21）は、上記第２油分離器（18）で潤滑油が分離された冷媒に放熱させる。上記制御部（2）は、上記起動処理時に上記第２圧縮機（16）の回転速度も上昇させ、上記起動処理時に、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下であるときには、上記第２圧縮機（16）の回転速度を上昇させない。
【００１０】
これによると、制御部（2）は、起動処理時に、第１圧縮機（12）で生成された差圧が第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下であるときには、第２圧縮機（16）の回転速度を上昇させない。第１圧縮機（12）で生成された差圧が十分ではない場合には、第２圧縮機（16）で生成された差圧も、この差圧を利用して第２油戻し回路（30H）が第２油分離器（18）で分離された潤滑油を第２圧縮機（16）に戻すには十分ではないと考えられる。このため、このような場合に、第２圧縮機（16）内の潤滑油量の不足を防止することができ、潤滑が不十分になることによる不具合を防止することができる。
【００１１】
本発明に係る第３の冷凍装置では、第２の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記圧縮装置（8）で生成された圧力が上記目標圧力以下であり、かつ、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値より大きいときには、上記第１圧縮機（12）及び上記第２圧縮機（16）のうち、少なくとも上記第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させる。
【００１２】
これによると、制御部（2）は、圧縮装置（8）で生成された圧力が目標圧力以下であり、かつ、第１圧縮機（12）で生成された差圧が第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値より大きいときには、少なくとも第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させる。高圧側の第２圧縮機（16）より差圧を生じさせにくい低圧側の第１圧縮機（12）の回転速度を、より早く上昇させることができ、システム効率を落とさないようにすることができる。
【００１３】
本発明に係る第４の冷凍装置では、第２の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記第１圧縮機（12）で生成された上記差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下である、又は、上記第２圧縮機（16）で生成された差圧が上記第２圧縮機（16）の回転速度に対応する閾値以下であるときには、上記第１圧縮機（12）及び上記第２圧縮機（16）の回転速度を上昇させない。
【００１４】
これによると、制御部（2）は、第２圧縮機（16）で生成された差圧が第２圧縮機（16）の回転速度に対応する閾値以下であるときにも、第１圧縮機（12）及び第２圧縮機（16）の回転速度を上昇させない。このため、第２圧縮機（16）で生成された差圧が、この差圧を利用して第２油戻し回路（30H）が第２油分離器（18）で分離された潤滑油を第２圧縮機（16）に戻すには十分ではない場合に、第２圧縮機（16）内の潤滑油量の不足を防止することができ、潤滑が不十分になることによる不具合を防止することができる。
【００１５】
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、上記圧縮装置（8）で生成された圧力が上記目標圧力以下である場合であって、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧が上記第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値より大きく、かつ、上記第２圧縮機（16）で生成された差圧が上記第２圧縮機（16）の回転速度に対応する閾値より大きいときには、上記第１圧縮機（12）及び上記第２圧縮機（16）のうち、少なくとも上記第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させる。
【００１６】
これによると、制御部（2）は、圧縮装置（8）で生成された圧力が目標圧力以下であり、第１圧縮機（12）で生成された差圧が第１圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値より大きく、かつ、第２圧縮機（16）で生成された差圧が第２圧縮機（16）の回転速度に対応する閾値より大きいときには、少なくとも第１圧縮機（12）の回転速度を上昇させる。高圧側の第２圧縮機（16）より差圧を生じさせにくい低圧側の第１圧縮機（12）の回転速度を、より早く上昇させることができ、システム効率を落とさないようにすることができる。
【００１７】
本発明に係る第６の冷凍装置では、第２の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記第２圧縮機（16）の吸入圧を、上記第１圧縮機（12）の吸入圧及び上記第２圧縮機（16）の吐出圧から推定し、上記第１圧縮機（12）で生成された差圧を、推定された上記第２圧縮機（16）の吸入圧から求める。
【００１８】
これによると、制御部（2）は、第２圧縮機（16）の吸入圧を、第１圧縮機（12）の吸入圧及び第２圧縮機（16）の吐出圧から推定するので、第２圧縮機（16）の吸入圧を測定するための圧力センサが不要になり、冷凍装置のコストを抑えることができる。
【００１９】
本発明に係る第７の冷凍装置では、第１の冷凍装置において、上記制御部（2）は、上記圧縮装置（8）で生成された圧力に対応する、上記冷媒の凝縮温度が、上記目標圧力に対応する、上記冷媒の目標凝縮温度より高い場合には、上記圧縮装置（8）で生成された圧力が上記目標圧力より大きいと判定する。
【００２０】
これによると、冷媒の凝縮温度が、冷媒の目標凝縮温度より高い場合には、圧縮装置（8）で生成された圧力が目標圧力より大きいと判定するので、制御部（2）は、凝縮温度に基づいて判定を行うことができる。
【００２１】
本発明に係るヒートポンプは、第１〜７の冷凍装置のいずれか１つと、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。
【００２２】
これによると、第１〜７の冷凍装置のいずれか１つを有するので、第１圧縮機（12）で生成された差圧が十分ではない場合に、第１圧縮機（12）内の潤滑油量の不足を防止することができ、潤滑が不十分になることによる不具合を防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、圧縮機を有する冷凍装置の起動処理時において、圧縮機の潤滑油不足を防止することができる。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】
【００２４】
【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１のヒートポンプの起動処理時の動作例について示すフローチャートである。
【図６】図６は、図１の低段圧縮機について、回転速度と生成された差圧との関係の例を示すグラフである。
【図７】図７は、図１の高段圧縮機について、回転速度と生成された差圧との関係の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
具体的には、低段圧縮機（12）は、蒸発器（23）から供給された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、潤滑油が分離された冷媒を高段圧縮機（16）に吐出する。高段圧縮機（16）は、低段油分離器（14）から吐出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、潤滑油が分離された冷媒を放熱器（21）に吐出する。
【００２９】
放熱器（21）は、高段油分離器（18）から吐出された冷媒に放熱させる。インジェクション通路（26）は、低段油分離器（14）と高段圧縮機（16）との間の冷媒配管に接続されている。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。流量調整弁（27）は、インジェクション通路（26）に流れる冷媒の流量を制御する。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
制御部（2）は、ヒートポンプ（100）全体の動作の制御を行う。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。
【００３３】
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、低段油戻し回路（30L）と、高段油戻し回路（30H）と、連通管（31）と、連通弁（37）と、圧力センサ（19L,19M,19H）とを更に有する。低段圧縮機（12）、低段油分離器（14）、高段圧縮機（16）、高段油分離器（18）、低段油戻し回路（30L）、及び高段油戻し回路（30H）は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮装置（8）を構成する。
【００３４】
低段油戻し回路（30L）は、低段油戻し管（32）と、キャピラリ（34）と、低段開閉弁（38）とを有し、低段油分離器（14）で分離された潤滑油を、低段圧縮機（12）で生成された差圧を利用して低段圧縮機（12）に戻す。高段油戻し回路（30H）は、高段油戻し管（33）と、キャピラリ（35）と、高段開閉弁（39）とを有し、高段油分離器（18）で分離された潤滑油を、高段圧縮機（16）で生成された差圧を利用して高段圧縮機（16）に戻す。圧力センサ（19L）は、低段圧縮機（12）の吸入圧（PL）を測定し、測定値を制御部（2）に通知する。圧力センサ（19M）は、高段圧縮機（16）の吸入圧（PM）を測定し、測定値を制御部（2）に通知する。圧力センサ（19H）は、高段圧縮機（16）の吐出圧（PH）を測定し、測定値を制御部（2）に通知する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。給油ポンプから供給された潤滑油は、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、通常は、潤滑油のほとんどは油溜まり（57）に戻る。油溜まり（57）の油面高さが最低油面高（TL0）以上であるとき、給油ポンプは油溜まり（57）から潤滑油を吸い込むことができる。
【００４３】
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。
【００４４】
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。つまり、圧縮機構（53）の吸入口がケーシング（52）内に開口している。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、圧縮機構（53）の吐出口がケーシング（52）内に開口する、いわゆる高圧ドーム型の圧縮機であってもよい。この場合、分離された潤滑油を、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の吸入管（62）等に戻してもよい。
【００４９】
−  動作  −
図１のヒートポンプ（100）の通常運転時の動作について説明する。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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
駆動軸（55）が回転すると、この駆動軸（55）によって給油ポンプが駆動される。給油ポンプは、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、旋回スクロールと固定スクロールとの摺動面等に供給される。
【００５３】
図１のヒートポンプ（100）の起動処理時の動作について説明する。起動処理時においては、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）を開いている。起動処理時においては、制御部（2）は、高段圧縮機（16）の吐出圧（PH）が目標圧力に達するように、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の回転速度を上昇させる。しかし、所定の条件が満たされる場合には、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の回転速度を上昇させない。
【００５４】
図５は、図１のヒートポンプ（100）の起動処理時の動作例について示すフローチャートである。図６は、図１の低段圧縮機（12）について、回転速度と生成された差圧（ΔPA）との関係の例を示すグラフである。図７は、図１の高段圧縮機（16）について、回転速度と生成された差圧（ΔPB）との関係の例を示すグラフである。図６において、曲線（CA）は、低段圧縮機（12）で生成された差圧（ΔPA）について、回転速度に対応する閾値を示している。図７において、曲線（CB）は、高段圧縮機（16）で生成された差圧（ΔPB）について、回転速度に対応する閾値を示している。低段圧縮機（12）の差圧（ΔPA）は、キャピラリ（34）の両端の差圧にほぼ等しい。高段圧縮機（16）の差圧（ΔPB）は、キャピラリ（35）の両端の差圧にほぼ等しい。
【００５５】
各圧縮機の各回転速度について、冷媒とともに圧縮機の外へ吐出される潤滑油の量と、その圧縮機に戻って来る潤滑油の量とが等しくなる差圧を、差圧閾値として予め求めておく。差圧が差圧閾値以上であるとき、その圧縮機においては潤滑油が不足しない。低段圧縮機（12）に戻って来る潤滑油の量は、キャピラリ（34）のＣＶ値とキャピラリ（34）の両端の差圧との積から求められる。高段圧縮機（16）に戻って来る潤滑油の量は、キャピラリ（35）のＣＶ値とキャピラリ（35）の両端の差圧との積から求められる。差圧閾値を表す複数の点をつなぐことにより、曲線（CA,CB）が求められる。
【００５６】
図６において、点（AH）は、キャピラリ（34）の設計ポイントであって、点（AH）においては、低段圧縮機（12）の回転速度が最大であり、低段圧縮機（12）から吐出される潤滑油と同じ量の潤滑油が低段圧縮機（12）に戻る。図７において、点（BH）は、キャピラリ（35）の設計ポイントであって、点（BH）においては、高段圧縮機（16）の回転速度が最大であり、高段圧縮機（16）から吐出される潤滑油と同じ量の潤滑油が高段圧縮機（16）に戻る。低段圧縮機（12）の差圧（ΔPA）は、圧力センサ（19M）で求められた高段圧縮機（16）の吸入圧（PM）と、圧力センサ（19L）で求められた低段圧縮機（12）の吸入圧（PL）との差である。高段圧縮機（16）の差圧（ΔPB）は、圧力センサ（19H）で求められた高段圧縮機（16）の吐出圧（PH）と、圧力センサ（19M）で求められた高段圧縮機（16）の吸入圧（PM）との差である。
【００５７】
図５のブロック（B12）において、制御部（2）は、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）に初期動作を行わせる。すなわち、停止していた低段圧縮機（12）の回転速度を、初期値（RA）にし、停止していた高段圧縮機（16）の回転速度を、初期値（RB）にする。このとき、低段圧縮機（12）の状態に対応する図６の点は、点（A0）から点（A1）に移動し、高段圧縮機（16）の状態に対応する図７の点は、点（B0）から点（B1）に移動する。
【００５８】
ブロック（B14）において、制御部（2）は、圧縮装置（8）で生成された圧力としての高段圧縮機（16）の吐出圧（PH）が、目標圧力より大きいか否かを判定する。吐出圧（PH）が目標圧力より大きい場合には、低段圧縮機（12）又は高段圧縮機（16）の回転速度を上昇させる必要がなく、処理はブロック（B14）に戻る。吐出圧（PH）が目標圧力以下である場合には、処理はブロック（B16）に進む。
【００５９】
ブロック（B16）において、制御部（2）は、低段圧縮機（12）で生成された差圧（ΔPA）が低段圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値（曲線（CA）上の値）より大きいか否かを判定する。差圧（ΔPA）が閾値より大きい場合には、処理はブロック（B18）に進む。差圧（ΔPA）が閾値以下である場合には、処理はブロック（B14）に戻る。この場合、制御部（2）は、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の回転速度を上昇させない。
【００６０】
低段圧縮機（12）の状態が図６の点（A1）に対応している場合には、低段圧縮機（12）の差圧（ΔPA）が閾値（回転速度（RA）における曲線（CA）上の値）以下である。この場合、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の回転速度は上昇しない。しかし、この場合でも、低段圧縮機（12）で生成された差圧（ΔPA）及び高段圧縮機（16）で生成された差圧（ΔPB）は、大きくなっていく。ブロック（B14及びB16）の処理を繰り返し、差圧（ΔPA）が閾値を超え、低段圧縮機（12）の状態が例えば図６の点（A2）に対応するようになると、ブロック（B14）における判定によって、処理はブロック（B18）に進む。
【００６１】
ブロック（B18）において、制御部（2）は、低段圧縮機（12）の回転速度を上昇させる。回転速度をどのように上昇させるかは、予め決められている。例えば、ステップ番号が大きくなるに従って回転速度が上昇するように、各ステップ番号に対応して低段圧縮機（12）の回転速度を決めておく。ブロック（B18）において、制御部（2）は、ステップ番号を１又はそれより大きな整数だけ増加させ、新たなステップ番号に対応する回転速度で回転するように、低段圧縮機（12）を制御する。
【００６２】
ブロック（B18）において、制御部（2）は、高段圧縮機（16）の回転速度を、上昇させてもよいし、上昇させなくても（すなわち、変更しなくても）よい。例えば、ステップ番号が大きくなるに従って回転速度が上昇するように、各ステップ番号に対応して高段圧縮機（16）の回転速度を決めておく。例えば、所定値以下の複数のステップ番号に対しては初期値（RB）を対応させてもよい。ブロック（B18）において、制御部（2）は、低段圧縮機（12）の制御に用いたステップ番号と同じステップ番号に対応する回転速度で回転するように、高段圧縮機（16）を制御する。
【００６３】
その後、処理はブロック（B14）に戻り、同様の処理が繰り返される。低段圧縮機（12）の回転速度が上昇したが、低段圧縮機（12）で生成された差圧（ΔPA）があまり上昇せず、差圧（ΔPA）が低段圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下である場合（例えば図６の点（A3））には、ブロック（B18）の処理は行われない。この場合、制御部（2）は、低段圧縮機（12）の回転速度を上昇させない。低段圧縮機（12）の回転速度が上昇し、低段圧縮機（12）で生成された差圧（ΔPA）が低段圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値より大きい場合（例えば図６の点（A4））には、ブロック（B18）の処理が行われる。この場合、制御部（2）は、低段圧縮機（12）の回転速度を更に上昇させる。
【００６４】
ブロック（B16）において、制御部（2）は、更に、高段圧縮機（16）で生成された差圧（ΔPB）をも用いて判定してもよい。すなわち、高段圧縮機（16）で生成された差圧（ΔPB）が高段圧縮機（16）の回転速度に対応する閾値（曲線（CB）上の値）以下である場合（例えば図７の点（B1））には、制御部（2）は、処理をブロック（B14）に戻してもよい。このとき制御部（2）は、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）の回転速度を上昇させない。
【００６５】
一方、低段圧縮機（12）で生成された差圧（ΔPA）が低段圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値より大きく、かつ、高段圧縮機（16）で生成された差圧（ΔPB）が高段圧縮機（16）の回転速度に対応する閾値より大きいとき（例えば図６の点（A2）及び図７の点（B2））には、ブロック（B16）において、制御部（2）は、処理をブロック（B18）に進めてもよい。このとき制御部（2）は、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）のうち、少なくとも低段圧縮機（12）の回転速度を上昇させる。
【００６６】
圧力センサ（19M）で高段圧縮機（16）の吸入圧（PM）（中間圧とも称する）を測定する場合について説明したが、圧力センサ（19M）を省略してもよい。この場合、制御部（2）は、低段圧縮機（12）の吸入圧（PL）と、高段圧縮機（16）の吐出圧（PH）と、マージン（A）とを用いて、例えば次式、
PM = √（PL×PH）-A
によって、中間圧（PM）を推定する。マージン（A）は、実際の圧縮機の特性を考慮して、予め決めておく。制御部（2）は、低段圧縮機（12）で生成された差圧（ΔPA）及び高段圧縮機（16）で生成された差圧（ΔPB）を、推定された中間圧（PM）から求める。この場合、中間圧（PM）を測定するための圧力センサ（19M）が不要になり、冷凍装置（10）のコストを抑えることができる。
【００６７】
図５のブロック（B14）において、制御部（2）は、圧縮装置（8）で生成された圧力としての高段圧縮機（16）の吐出圧（PH）を冷媒回路（11）の冷媒の凝縮温度に換算して判定を行ってもよい。より具体的には、制御部（2）は、目標圧力に対応する目標凝縮温度を予め求めておき、冷媒の凝縮温度が目標凝縮温度より高い場合には、圧縮装置（8）で生成された圧力が目標圧力より大きいと判定してもよい。
【００６８】
なお、圧縮装置（8）は高段圧縮機（16）及び高段油分離器（18）を有していなくてもよい。この場合、低段油分離器（14）の冷媒流出管（76）を放熱器（21）に接続し、インジェクション通路（26）は省略する。
【００６９】
−  効果  −
以上で説明した冷凍装置（10）によると、冷凍装置（10）の起動処理時において、低段圧縮機（12）で生成された差圧（ΔPA）が低段圧縮機（12）の回転速度に対応する閾値以下であるときには、低段圧縮機（12）の回転速度を上昇させない。このため、差圧（ΔPA）が十分ではなく、キャピラリ（34）を経由して低段圧縮機（12）に潤滑油が十分に戻らないにもかかわらず、低段圧縮機（12）の回転速度が上昇して潤滑油の単位時間当たりの吐出量が多くなってしまうことを避けることができる。また、高段圧縮機（16）に関しても、差圧（ΔPB）が十分ではなく、キャピラリ（35）を経由して高段圧縮機（16）に潤滑油が十分に戻らないにもかかわらず、高段圧縮機（16）の回転速度が上昇して潤滑油の単位時間当たりの吐出量が多くなってしまうことを避けることができる。したがって、冷凍装置（10）の起動処理時において、低段圧縮機（12）及び高段圧縮機（16）内の潤滑油量の不足を防止することができ、潤滑が不十分になることによる不具合を防止することができる。
【００７０】
また、潤滑油を圧縮機に戻すために必要な差圧が確保できるまでの時間は、外気温の影響等を受けるので毎回異なるが、冷凍装置（10）では、回転速度をどのように上昇させるかを、必要な差圧を示す差圧閾値に従って判断するので、信頼性を確保しながら短時間で回転速度を上げることができる。したがって、快適性やシステム効率を向上させることができる。
【００７１】
本明細書における制御部（2）等の各機能ブロックは、典型的にはハードウェアで実現され得る。代替としては各機能ブロックの一部又は全ては、ソフトウェアで実現され得る。例えばそのような機能ブロックは、プロセッサ及びプロセッサ上で実行されるプログラムによって実現され得る。換言すれば、本明細書で説明される各機能ブロックは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実現され得る。
【００７２】
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】
【００７３】
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】
【００７４】
2  制御部
8  圧縮装置
10  冷凍装置
11  冷媒回路
12  低段圧縮機（第１圧縮機）
14  低段油分離器（第１油分離器）
16  高段圧縮機（第２圧縮機）
18  高段油分離器（第２油分離器）
21  放熱器
22  膨張機構
23  蒸発器
30L  低段油戻し回路（第１油戻し回路）
30H  高段油戻し回路（第２油戻し回路）
40  熱媒体回路
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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