特許 6615030 多段圧縮装置、これを備える冷凍サイクル、及び多段圧縮装置の運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6615030

(24)【登録日】2019年11月15日

(45)【発行日】2019年12月4日

(54)【発明の名称】多段圧縮装置、これを備える冷凍サイクル、及び多段圧縮装置の運転方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20191125BHJP

   F25B 1/10 20060101ALI20191125BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 387K

   F25B1/00 361A

   F25B1/00 371M

   F25B1/10 G

   F25B1/00 387A

【請求項の数】14

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-64534(P2016-64534)

(22)【出願日】2016年3月28日

(65)【公開番号】特開2017-180878(P2017-180878A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年12月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(72)【発明者】

【氏名】前野 政司

(72)【発明者】

【氏名】吉田 茂

【審査官】 石黒 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２４４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１４６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１４２００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第２０８８３８８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２７９１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−３５４２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒の循環ライン中に直列に配置されている複数の圧縮機と、
複数の前記圧縮機毎に設けられ、前記圧縮機の回転数を変える回転数変更器と、
複数の前記圧縮機の回転数を制御する制御装置と、
を備え、
複数の圧縮機は、前記冷媒を圧縮し、前記回転数変更器により回転数が変わる圧縮部と、前記圧縮部を覆い且つ前記圧縮部の動作に必要な油が溜められるハウジングと、を有し、
前記ハウジングには、前記冷媒を吸い込む吸込口と、前記圧縮部で圧縮された前記冷媒を前記油と共に吐出する吐出口と、前記油が溜まる油溜り部とが形成され、
前記制御装置は、
複数の前記圧縮機毎に、圧縮機の回転数を含む圧縮機の運転状態と前記油の単位時間当たりの流出油量との関係が記憶されている記憶部と、
複数の前記圧縮機毎の前記関係を用いて、複数の前記圧縮機のうちの上流側の圧縮機の流出油量に対して下流側の圧縮機の流出油量が少なくなるよう、複数の前記圧縮機毎に圧縮機の回転数を定める回転数設定部と、
前記回転数設定部で設定された複数の前記圧縮機毎の回転数のそれぞれを対応する回転数変更器に指示する回転数指示部と、を有する、
多段圧縮装置。

【請求項2】

請求項１に記載の多段圧縮装置において、
複数の前記圧縮機毎に、前記油溜り部に溜まっている前記油の過熱度を把握する過熱度把握部を備え、
前記関係における前記流出油量は、前記油の過熱度に応じて補正された流出油量であり、
前記回転数設定部は、複数の前記圧縮機毎の前記関係及び前記過熱度把握部で把握された過熱度を用いて、複数の前記圧縮機のうちの上流側の圧縮機の流出油量に対して下流側の圧縮機の流出油量が少なくなるよう、複数の前記圧縮機毎に過熱度に応じた回転数を定める、
多段圧縮装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の多段圧縮装置において、
複数の前記圧縮機毎に設けられ、前記圧縮機から吐出された前記冷媒が他の圧縮機に流入する前に、前記圧縮機から吐出された前記冷媒中から前記油を分離する油分離器と、
前記油分離器で分離された油を、前記油分離器に対応する前記圧縮機の前記ハウジング内に戻す油戻しラインと、
を備える、
多段圧縮装置。

【請求項4】

請求項３に記載の多段圧縮装置において、
複数の前記圧縮機毎の前記油分離器のうち、上流側の圧縮機に対する油分離器の油分離効率よりも下流側の圧縮機に対する油分離器の油分離効率の方が高く、
前記関係における前記流出油量は、前記油分離器の油分離効率に応じて補正された流出油量である、
多段圧縮装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の多段圧縮装置において、
複数の前記圧縮機のうち、最上流の圧縮機を除く全ての圧縮機毎の前記油溜り部に第一端が接続され、前記第一端の接続元の前記圧縮機に対して上流側に隣接する圧縮機の前記油溜り部に第二端が接続されている均油ラインを備える、
多段圧縮装置。

【請求項6】

請求項５に記載の多段圧縮装置において、
前記均油ラインに設けられ、前記均油ラインを流れる油の流量を調節する均油弁を備える、
多段圧縮装置。

【請求項7】

請求項６に記載の多段圧縮装置において、
前記制御装置は、
最上流の圧縮機を除く全ての圧縮機毎の前記油溜り部に溜まっている前記油の量を把握する油量把握部と、
前記油量把握部で把握された一以上の圧縮機の油量のうち、いずれかの圧縮機である対象圧縮機の油溜り部における油量が予め定めた上限値に至ると、前記対象圧縮機の油溜り部と前記対象圧縮機の上流側に隣接する圧縮機の油溜り部とを接続する前記均油ラインに設けられている対象均油弁に対して開指示を与える均油弁指示部と、
を有する、
多段圧縮装置。

【請求項8】

請求項７に記載の多段圧縮装置において、
前記油量把握部は、互いに隣接する一対の圧縮機のうち、下流側の圧縮機に関する前記関係を用いて、前記下流側の圧縮機の運転状態に応じた前記下流側の圧縮機の単位時間当たりの流出油量を求めると共に、上流側の圧縮機に関する前記関係を用いて、前記上流側の圧縮の運転状態に応じた前記上流側の圧縮機の単位時間当たりの流出油量を求め、前記下流側の圧縮機の単位時間当たりの流出油量から前記上流側の圧縮機の単位時間当たり流出油量を減算した値に基づき、前記下流側の圧縮機内に溜まっている前記油の量を推定する油量推定部を有する、
多段圧縮装置。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の多段圧縮装置において、
前記均油弁指示部は、前記対象均油弁に対して所定時間だけ前記開指示を与え、
前記所定時間は、前記対象圧縮機内から前記対象圧縮機の上流側に隣接する圧縮機内に流す油の単位時間当たりの油量に基づく総油量が、予め定められた油量になるまで時間であり、
前記単位時間当たりの油量は、前記対象圧縮機のハウジング内の圧力と前記対象圧縮機の上流側に隣接する圧縮機のハウジング内の圧力との差に応じて定まる油量である、
多段圧縮装置。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載の多段圧縮装置において、
前記制御装置は、
複数の前記圧縮機のうち、最上流の圧縮機内に溜まっている前記油の量を把握する最上流油量把握部と、
前記最上流油量把握部で把握された油量が予め定められた下限値に至ると、前記循環ラインに接続されているいずれかの機器に対して、前記循環ライン中の油が前記最上流の圧縮機内に戻り得る状態になるよう指示する油戻し運転指示部と、
を有する多段圧縮装置。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の多段圧縮装置と、
前記循環ライン中に配置され、前記循環ラインを流れる前記冷媒と第一媒体とを熱交換させて、前記冷媒を相変化させる第一熱交換器と、
前記循環ライン中に配置され、前記循環ラインを流れる前記冷媒と第二媒体とを熱交換させて、前記冷媒を相変化させる第二熱交換器と、
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間の循環ライン中であって、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間に前記多段圧縮装置が配置されていない循環ライン中の部分に配置されている膨張弁と、
を備える冷凍サイクル。

【請求項12】

冷媒の循環ライン中に直列に配置されている複数の圧縮機と、複数の前記圧縮機毎に設けられ、前記圧縮機の回転数を変える回転数変更器と、を備え、
複数の圧縮機は、前記冷媒を圧縮し、前記回転数変更器により回転数が変わる圧縮部と、前記圧縮部を覆い且つ前記圧縮部の駆動に必要な油が溜められるハウジングと、を有し、
前記ハウジングには、前記冷媒を吸い込む吸込口と、前記圧縮部で圧縮された前記冷媒を前記油と共に吐出する吐出口と、前記油が溜まる油溜り部とが形成されている多段圧縮装置の運転方法において、
複数の前記圧縮機毎の、圧縮機の回転数を含む圧縮機の運転状態と単位時間当たりの流出油量との予め定められている関係を用いて、複数の前記圧縮機のうちの上流側の圧縮機の流出油量に対して下流側の圧縮機の流出油量が少なくなるよう、複数の前記圧縮機毎に圧縮機の回転数を定める回転数設定工程と、
前記回転数設定工程で定められた複数の前記圧縮機毎の回転数のそれぞれを前記圧縮機に対応する回転数変更器に指示する回転数指示工程と、
を実行する多段圧縮装置の運転方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の多段圧縮装置の運転方法において、
複数の前記圧縮機のうち、最上流の圧縮機を除く全ての圧縮機毎の前記油溜り部に溜まっている前記油の量を把握する油量把握工程と、
前記油量把握工程で把握された圧縮機内の油量のうち、いずれかの圧縮機である対象圧縮機内の油量が予め定めた上限値に至ると、前記対象圧縮機内の前記油の一部を前記対象圧縮機の上流側に隣接する圧縮機内に送る均油量処理工程と、
を実行する、
多段圧縮装置の運転方法。

【請求項14】

請求項１２又は１３に記載の多段圧縮装置の運転方法において、
複数の前記圧縮機のうち、最上流の圧縮機の前記油溜り部に溜まっている前記油の量を把握する最上流油量把握工程と、
前記最上流油量把握工程で把握された油量が予め定められた下限値に至ると、前記循環ラインに接続されているいずれかの機器に対して、前記循環ライン中の油が前記最上流の圧縮機内に戻り得る状態になるよう指示する油戻し処理工程と、
を実行する、
多段圧縮装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多段圧縮装置、これを備える冷凍サイクル、及び多段圧縮装置の運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

冷凍サイクルでは、冷媒が循環する循環ライン中に圧縮装置が配置されている。この圧縮装置としては、例えば、複数の圧縮機が循環ライン中に直列配置された多段圧縮装置がある。

【0003】

このような多段圧縮装置としては、例えば、以下の特許文献１に記載されている装置がある。この多段圧縮装置における圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮部を覆うと共に潤滑油を溜めるハウジングと、を有する。ハウジング内の潤滑油は、圧縮部の駆動に伴なって、ハウジングから冷媒と共に吐出される。そこで、この多段圧縮装置では、各圧縮機の吐出側に油分離器を設け、油分離器に溜まった潤滑油を圧縮機のハウジング内に戻している。さらに、この多段圧縮装置では、下流側の高圧段圧縮機におけるハウジング内の油溜り部と上流側の低圧段圧縮機におけるハウジング内の油溜り部とを均油ラインで接続している。上流側の低圧段圧縮機から吐出され、この低圧段圧縮機の油分離器で捕捉されなかった潤滑油は、下流側の高圧段圧縮機内に流入し、一部が高圧段圧縮機の油溜り部に溜まる。高圧段圧縮機のハウジング内圧は、低圧段圧縮機のハウジング内圧より高い。このため、この高圧段圧縮機の油溜り部に溜まった潤滑油の一部は、均油ラインを介して、低圧段圧縮機の油溜り部に戻る。

【0004】

この多段圧縮装置では、高圧段圧縮機内の潤滑油の量と低圧段圧縮機内の潤滑油量との均等化を図ることで、各圧縮機における潤滑油不足の解消を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−０２４４４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記特許文献１に記載の技術のように、油分離器を設けても、この油分離器で捕捉され得なかった潤滑油は、次第に循環ライン中に拡散する。このため、低圧段圧縮機に溜まっている潤滑油と高圧段圧縮機に溜まっている潤滑油との総量は、次第に少なくなる。このように、潤滑油の多くが循環ラインに拡散してしまった場合、例えば、循環ライン中に拡散した潤滑油を圧縮機に戻す油戻し運転が行われる。

【0007】

仮に、上記特許文献１に記載の技術で、下流側の高圧段圧縮機の潤滑油の量が下限値に至ったため、油戻し運転したとする。この場合、循環ライン中に拡散した潤滑油は、上流側の低圧段圧縮機に戻ることになる。低圧段圧縮機に戻った潤滑油は、この低圧段圧縮機から徐々に流出し、油分離器を経て、高圧段圧縮機に至る。このため、上記特許文献１に記載の技術では、下流側の高圧段圧縮機の潤滑油の量が下限値に至った場合、この高圧段圧縮機の潤滑油の油量回復に時間がかかる、という問題点がある。

【0008】

そこで、本発明は、油量回復の時間を短くすることができる多段圧縮装置、これを備える冷凍サイクル、及び多段圧縮装置の運転方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としての多段圧縮装置は、
冷媒の循環ライン中に直列に配置されている複数の圧縮機と、複数の前記圧縮機毎に設けられ、前記圧縮機の回転数を変える回転数変更器と、複数の前記圧縮機の回転数を制御する制御装置と、を備え、複数の圧縮機は、前記冷媒を圧縮し、前記回転数変更器により回転数が変わる圧縮部と、前記圧縮部を覆い且つ前記圧縮部の動作に必要な油が溜められるハウジングと、を有し、前記ハウジングには、前記冷媒を吸い込む吸込口と、前記圧縮部で圧縮された前記冷媒を前記油と共に吐出する吐出口と、前記油が溜まる油溜り部とが形成され、前記制御装置は、複数の前記圧縮機毎に、圧縮機の回転数を含む圧縮機の運転状態と前記油の単位時間当たりの流出油量との関係が記憶されている記憶部と、複数の前記圧縮機毎の前記関係を用いて、複数の前記圧縮機のうちの上流側の圧縮機の流出油量に対して下流側の圧縮機の流出油量が少なくなるよう、複数の前記圧縮機毎に圧縮機の回転数を定める回転数設定部と、前記回転数設定部で設定された複数の前記圧縮機毎の回転数のそれぞれを対応する回転数変更器に指示する回転数指示部と、を有する。

【0010】

当該多段圧縮装置では、上流側の圧縮機の流出油量に対して下流側の圧縮機の流出油量が少なくなるよう、各圧縮機が運転される。このため、当該多段圧縮装置では、上流側の圧縮の油量が下限値になるより先に、下流側の圧縮機の油量が下限値になることを防ぐことができる。言い換えると、当該多段圧縮装置では、いずれかの圧縮機の油量が下限値になる場合、その圧縮機は上流側の圧縮機になる。また、油戻り運転では、循環ライン中に拡散していた油が、下流側の圧縮機内に戻る前に、上流側の圧縮機内に戻る。よって、当該多段圧縮装置では、いずれかの圧縮機の油量が下限値になっても、油戻し運転により、油量が下限値になった圧縮機の油量を短時間で回復させることができる。

【0011】

ここで、前記多段圧縮装置において、複数の前記圧縮機毎に、前記油溜り部に溜まっている前記油の過熱度を把握する過熱度把握部を備え、前記関係における前記流出油量は、前記油の過熱度に応じて補正された流出油量であり、前記回転数設定部は、複数の前記圧縮機毎の前記関係及び前記過熱度把握部で把握された過熱度を用いて、複数の前記圧縮機のうちの上流側の圧縮機の流出油量に対して下流側の圧縮機の流出油量が少なくなるよう、複数の前記圧縮機毎に過熱度に応じた回転数を定めてもよい。

【0012】

圧縮機からの流出油量は、圧縮機内に溜まっている油の過熱度に応じて変化する。このため、圧縮機の運転転状態を示す一パラメータとして油の過熱度を含ることで、各圧縮機からの流出油量を正確に把握できるようになる。

【0013】

また、以上のいずれかの前記多段圧縮装置において、複数の前記圧縮機毎に設けられ、前記圧縮機から吐出された前記冷媒が他の圧縮機に流入する前に、前記圧縮機から吐出された前記冷媒中から前記油を分離する油分離器と、前記油分離器で分離された油を、前記油分離器に対応する前記圧縮機の前記ハウジング内に戻す油戻しラインと、を備えてもよい。

【0014】

当該多段圧縮装置では、圧縮機から冷媒と共に吐出された油の一部を、油分離器を介して、この圧縮機に戻すことができるので、この圧縮機の油量減少を抑えることができる。

【0015】

前記油分離器を備える前記多段圧縮装置において、複数の前記圧縮機毎の前記油分離器のうち、上流側の圧縮機に対する油分離器の油分離効率よりも下流側の圧縮機に対する油分離器の油分離効率の方が高く、前記関係における前記流出油量は、前記油分離器の油分離効率に応じて補正された流出油量であってもよい。

【0016】

当該多段圧縮装置では、最下流の圧縮機に対する油分離器の油分離効率が、他の圧縮機に対する油分離器の油分離効率よりも高い。このため、当該多段圧縮装置では、循環ライン中で多段圧縮装置の冷媒が流れる部分から、循環ライン中で残りの部分に流出する油の量を効果的に抑えることができる。また、当該多段圧縮装置では、油分離器の油分離効率を考慮することで、各圧縮機からの流出油量を正確に把握することができる。

【0017】

また、以上のいずれかの前記多段圧縮装置において、複数の前記圧縮機のうち、最上流の圧縮機を除く全ての圧縮機毎の前記油溜り部に第一端が接続され、前記第一端の接続元の前記圧縮機に対して上流側に隣接する圧縮機の前記油溜り部に第二端が接続されている均油ラインを備えてもよい。

【0018】

当該多段圧縮装置では、上流側の圧縮機の流出油量に対して下流側の圧縮機の流出油量が少なくなるよう、各圧縮機が運転される。このため、互いに隣接する二つの圧縮機のうち、上流側の圧縮機内の油量は時間経過に伴って減り、下流側の圧縮機内の油量は時間経過に伴って増える。当該多段圧縮装置では、下流側の圧縮機の油溜り部と上流側の圧縮機の油溜り部とが均油ラインで接続されているため、下流側の高圧の圧縮機内に溜まっている油を、均油ラインを介して、上流側の低圧の圧縮機内に送ることができる。このため、当該多段圧縮装置では、上流側の圧縮機内の油量減少を抑えることができる。

【0019】

前記均油ラインを備える前記多段圧縮装置において、前記均油ラインに設けられ、前記均油ラインを流れる油の流量を調節する均油弁を備えてもよい。

【0020】

下流側の圧縮機の油溜り部と上流側の圧縮機の油溜り部とが均油ラインで常時連通している状態では、下流側の圧縮機内の圧力が常時低下し、下流側の高圧の圧縮機における圧縮効率が常時低下している状態になる。当該多段圧縮装置では、下流側の圧縮機内に溜まっている油を上流側の圧縮機内に送る必要性が高まったときだけ、均油弁を開けることで、上流側の圧縮機内の油量回復を図ることができると共に、下流側の圧縮機における圧縮効率の低下を一時的なものにすることができる。

【0021】

前記均油弁を備える前記多段圧縮装置において、前記制御装置は、最上流の圧縮機を除く全ての圧縮機毎の前記油溜り部に溜まっている前記油の量を把握する油量把握部と、前記油量把握部で把握された一以上の圧縮機の油量のうち、いずれかの圧縮機である対象圧縮機の油溜り部における油量が予め定めた上限値に至ると、前記対象圧縮機の油溜り部と前記対象圧縮機の上流側に隣接する圧縮機の油溜り部とを接続する前記均油ラインに設けられている対象均油弁に対して開指示を与える均油弁指示部と、を有する。

【0022】

当該多段圧縮装置では、上流側の圧縮機内の油量が低下した適切なタイミングで、この上流側の圧縮機内の油量回復を図ることができる。

【0023】

前記油量把握部を有する前記多段圧縮装置において、前記油量把握部は、互いに隣接する一対の圧縮機のうち、下流側の圧縮機に関する前記関係を用いて、前記下流側の圧縮機の運転状態に応じた前記下流側の圧縮機の単位時間当たりの流出油量を求めると共に、上流側の圧縮機に関する前記関係を用いて、前記上流側の圧縮の運転状態に応じた前記上流側の圧縮機の単位時間当たりの流出油量を求め、前記下流側の圧縮機の単位時間当たりの流出油量から前記上流側の圧縮機の単位時間当たり流出油量を減算した値に基づき、前記下流側の圧縮機内に溜まっている前記油の量を推定する油量推定部を有する。

【0024】

当該多段圧縮装置では、液レベル計等を用いずに、圧縮機内に溜まっている油の量を把握することができる。

【0025】

前記均油弁指示部を有する前記多段圧縮装置において、前記均油弁指示部は、前記対象均油弁に対して所定時間だけ前記開指示を与え、前記所定時間は、前記対象圧縮機内から前記対象圧縮機の上流側に隣接する圧縮機内に流す油の単位時間当たりの油量に基づく総油量が、予め定められた油量になるまで時間であり、前記単位時間当たりの油量は、前記対象圧縮機のハウジング内の圧力と前記対象圧縮機の上流側に隣接する圧縮機のハウジング内の圧力との差に応じて定まる油量であってもよい。

【0026】

当該多段圧縮装置では、下流側の圧縮機内に溜まっている油のうち、適切な量の油を上流側の圧縮機内に送ることができる。

【0027】

以上のいずれかの前記多段圧縮装置において、前記制御装置は、複数の前記圧縮機のうち、最上流の圧縮機内に溜まっている前記油の量を把握する最上流油量把握部と、前記最上流油量把握部で把握された油量が予め定められた下限値に至ると、前記循環ラインに接続されているいずれかの機器に対して、前記循環ライン中の油が前記最上流の圧縮機内に戻り得る状態になるよう指示する油戻し運転指示部と、を有してもよい。

【0028】

当該多段圧縮装置では、油戻し運転指示部が循環ラインに接続されている機器に対して指示すると、循環ライン中に拡散したいた油を最上流の圧縮機内に戻すことができる。

【0029】

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としての冷凍サイクルは、
以上のいずれかの前記多段圧縮装置と、前記循環ライン中に配置され、前記循環ラインを流れる前記冷媒と第一媒体とを熱交換させて、前記冷媒を相変化させる第一熱交換器と、前記循環ライン中に配置され、前記循環ラインを流れる前記冷媒と第二媒体とを熱交換させて、前記冷媒を相変化させる第二熱交換器と、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間の循環ライン中であって、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間に前記多段圧縮装置が配置されていない循環ライン中の部分に配置されている膨張弁と、を備える。

【0030】

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としての多段圧縮装置の運転方法は、
冷媒の循環ライン中に直列に配置されている複数の圧縮機と、複数の前記圧縮機毎に設けられ、前記圧縮機の回転数を変える回転数変更器と、を備え、複数の圧縮機は、前記冷媒を圧縮し、前記回転数変更器により回転数が変わる圧縮部と、前記圧縮部を覆い且つ前記圧縮部の駆動に必要な油が溜められるハウジングと、を有し、前記ハウジングには、前記冷媒を吸い込む吸込口と、前記圧縮部で圧縮された前記冷媒を前記油と共に吐出する吐出口と、前記油が溜まる油溜り部とが形成されている多段圧縮装置の運転方法において、複数の前記圧縮機毎の、圧縮機の回転数を含む圧縮機の運転状態と単位時間当たりの流出油量との予め定められている関係を用いて、複数の前記圧縮機のうちの上流側の圧縮機の流出油量に対して下流側の圧縮機の流出油量が少なくなるよう、複数の前記圧縮機毎に圧縮機の回転数を定める回転数設定工程と、前記回転数設定工程で定められた複数の前記圧縮機毎の回転数のそれぞれを前記圧縮機に対応する回転数変更器に指示する回転数指示工程と、を実行する。

【0031】

ここで、前記多段圧縮装置の運転方法において、複数の前記圧縮機のうち、最上流の圧縮機を除く全ての圧縮機毎の前記油溜り部に溜まっている前記油の量を把握する油量把握工程と、前記油量把握工程で把握された圧縮機内の油量のうち、いずれかの圧縮機である対象圧縮機内の油量が予め定めた上限値に至ると、前記対象圧縮機内の前記油の一部を前記対象圧縮機の上流側に隣接する圧縮機内に送る均油量処理工程と、を実行してもよい。

【0032】

以上のいずれかの前記多段圧縮装置の運転方法において、複数の前記圧縮機のうち、最上流の圧縮機の前記油溜り部に溜まっている前記油の量を把握する最上流油量把握工程と、前記最上流油量把握工程で把握された油量が予め定められた下限値に至ると、前記循環ラインに接続されているいずれかの機器に対して、前記循環ライン中の油が前記最上流の圧縮機内に戻り得る状態になるよう指示する油戻し処理工程と、を実行する。

【発明の効果】

【0033】

本発明の一態様では、圧縮機の油量回復の時間を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明に係る一実施形態における冷凍サイクルの系統図である。

【図2】本発明に係る一実施形態における制御装置の機能ブロック図である。

【図3】本発明に係る一実施形態における関係情報を説明するための説明図である。

【図4】油溜り部の過熱度と吐出油量との関係を示すグラフである。

【図5】本発明に係る一実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図6】本発明に係る一実施形態における高圧段圧縮機内の油量変化及び低圧段圧縮機の油量変化を示す説明図である。

【図7】本発明に係る一実施形態の変形例における多段圧縮装置の系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明に係る実施形態及び変形例について、図面を用いて説明する。

【0036】

「実施形態」
本発明に係る冷凍サイクルの実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

【0037】

本実施形態の冷凍サイクルは、図１に示すように、第一熱交換器１と、第二熱交換器２と、膨張弁３と、四方切替弁４と、循環ライン１０と、多段圧縮装置２０と、制御装置１００と、を備える。

【0038】

第一熱交換器１、第二熱交換器２、膨張弁３、四方切替弁４、及び多段圧縮装置２０は、いずれも、冷媒Ｒが流れる循環ライン１０に設けられている。第一熱交換器１は、冷媒Ｒと第一媒体Ｍ１とを熱交換させて、冷媒Ｒを相変化させる。第二熱交換器２は、冷媒Ｒと第二媒体Ｍ２とを熱交換させて、冷媒Ｒを相変化させる。第一熱交換器１は、第一冷媒口１ａ及び第二冷媒口１ｂを有する。また、第二熱交換器２も、第一冷媒口２ａ及び第二冷媒口２ｂを有する。多段圧縮装置２０は、気体の冷媒Ｒを圧縮する。膨張弁３は、液体の冷媒Ｒの圧力を減圧する。四方切替弁４は、四つのポートを有し、各ポート間で冷媒Ｒの流れを選択的に変えることができる。この四方切替弁４は、第一接続形態と第二接続形態とを選択的にとることで、各ポート間での冷媒Ｒの流れを変える。第一接続形態は、第一ポート４ａと第二ポート４ｂとが接続され、且つ第三ポート４ｃと第四ポート４ｄとが接続されている形態である。また、第二接続形態は、第二ポート４ｂと第三ポート４ｃとが接続され、且つ第四ポート４ｄと第一ポート４ａとが接続されている形態である。

【0039】

循環ライン１０は、多段圧縮装置２０の一部を構成する圧縮ライン１５と、第一熱交換器１の第一冷媒口１ａに接続されている第一ライン１１と、第二熱交換器２の第一冷媒口２ａに接続されている第二ライン１２と、第二熱交換器２の第二冷媒口２ｂに接続されている第三ライン１３と、を有する。圧縮ライン１５の低圧側、言い換えると上流側の端は、四方切替弁４の第三ポート４ｃに接続されている。圧縮ライン１５の高圧側、言い換えると下流側の端は、四方切替弁４の第一ポート４ａに接続されている。第一ライン１１の二つの端のうち、一方の端は、四方切替弁４の第二ポート４ｂに接続され、他方の端は、前述したように、第一熱交換器１の第一冷媒口１ａに接続されている。第二ライン１２の二つの端のうち、一方の端は、第一熱交換器１の第二冷媒口１ｂに接続され、他方の端は、前述したように、第二熱交換器２の第一冷媒口２ａに接続されている。第三ライン１３の二つの端のうち、一方の端は、前述したように、第二熱交換器２の第二冷媒口２ｂに接続され、他方の端は、四方切替弁４の第四ポート４ｄに接続されている。

【0040】

第一熱交換器１の第二冷媒口１ｂと第二熱交換器２の第一冷媒口２ａとは、前述したように、第二ライン１２で接続されている。また、第二熱交換器２の第二冷媒口２ｂと第一熱交換器１の第一冷媒口１ａとは、第三ライン１３、圧縮ライン１５、及び第一ライン１１で接続されている。膨張弁３は、第二ライン１２中に配置されている。よって、この膨張弁３は、第一熱交換器１と第二熱交換器２との間の循環ライン１０中であって、第一熱交換器１と第二熱交換器２との間に多段圧縮装置２０が配置されていない循環ライン１０中に配置されている。

【0041】

多段圧縮装置２０は、アキュムレータ３１と、低圧段圧縮機２１Ａと、高圧段圧縮機２１Ｃと、低圧用回転数変更器２９Ａと、高圧用回転数変更器２９Ｃと、低圧油分離器３２Ａと、高圧油分離器３２Ｃと、前述の圧縮ライン１５と、低圧油戻しライン３３Ａと、高圧油戻しライン３３Ｃと、均油ライン３４と、均油弁３５と、を備える。

【0042】

アキュムレータ３１は、冷媒Ｒを一時的に溜めておき、液相の冷媒Ｒと気相の冷媒Ｒとを分離する機能を有する。アキュムレータ３１には、冷媒入口３１ａと冷媒出口３１ｂとが形成されている。

【0043】

低圧段圧縮機２１Ａ及び高圧段圧縮機２１Ｃは、いずれも、冷媒Ｒを圧縮する圧縮部２２と、圧縮部２２を回転させるモータ２３と、これらを覆うハウジング２４と、を有する。圧縮部２２は、例えば、ロータリー型である。ハウジング２４は、上下方向の延びる中心軸を中心として円筒状の胴部と、円筒状の胴の両端の開口を塞ぐ鏡部と、を有する。ハウジング２４の胴部には、吸込口２５が形成され、ハウジング２４の上の鏡部には、吐出口２６が形成されている。ハウジング２４の下の鏡部内を含むハウジング２４内の下部は、モータ２３及び圧縮部２２を動作させるために必要な油Ｏが溜まる油溜り部２７（下ドーム部）を構成する。低圧用回転数変更器２９Ａは、低圧段圧縮機２１Ａのモータ２３の回転数を変更する。高圧用回転数変更器２９Ｃは、高圧段圧縮機２１Ｃのモータ２３の回転数を変更する。各回転数変更器２９Ａ，２９Ｃは、例えば、モータ２３に供給する交流電力の周波数を変更するインバータである。

【0044】

低圧油分離器３２Ａは、低圧段圧縮機２１Ａから冷媒Ｒと共に吐出された油Ｏの一部を捕捉する。高圧油分離器３２Ｃは、高圧段圧縮機２１Ｃから冷媒Ｒと共に吐出された油Ｏの一部を捕捉する。すなわち、各油分離器３２Ａ，３２Ｃは、圧縮機２１Ａ，２１Ｃから吐出された流体中から油Ｏを分離する。高圧油分離器３２Ｃの油分離効率は、低圧油分離器３２Ａの油分離効率よりも高い。

【0045】

多段圧縮装置２０の一部を構成する圧縮ライン１５は、第一吸込ライン１６と、第二吸込ライン１７と、低圧吐出ライン１８と、高圧吐出ライン１９と、を有する。第一吸込ライン１６の二つの端のうち、一方の端は、四方切替弁４の第三ポート４ｃに接続され、他方の端は、アキュムレータ３１の冷媒入口３１ａに接続されている。第二吸込ライン１７の二つの端のうち、一方の端は、アキュムレータ３１の冷媒出口３１ｂに接続され、他方の端は、低圧段圧縮機２１Ａの吸込口２５に接続されている。低圧吐出ライン１８の二つの端のうち、一方の端は、低圧段圧縮機２１Ａの吐出口２６に接続され、他方の端は、高圧段圧縮機２１Ｃの吸込口２５に接続されている。高圧吐出ライン１９の二つの端のうち、一方の端は、高圧段圧縮機２１Ｃの吐出口２６に接続され、他方の端は、四方切替弁４の第一ポート４ａに接続されている。

【0046】

低圧油分離器３２Ａは、低圧吐出ライン１８中に配置されている。高圧油分離器３２Ｃは、高圧吐出ライン１９中に配置されている。低圧油戻しライン３３Ａの二つの端のうち、一方の端は、低圧油分離器３２Ａに接続され、他方の端は、第二吸込ライン１７に接続されている。高圧油戻しライン３３Ｃの二つの端のうち、一方の端は、高圧油分離器３２Ｃに接続され、他方の端は、低圧吐出ライン１８に接続されている。均油ライン３４の二つの端のうち、一方の端は、高圧段圧縮機２１Ｃの油溜り部２７に接続され、他方の端は、低圧段圧縮機２１Ａの油溜り部２７に接続されている。均油弁３５は、この均油ライン３４に設けられている。

【0047】

多段圧縮装置２０は、さらに、低圧用温度計３７Ａと、高圧用温度計３７Ｃと、低圧用圧力計３８Ａと、高圧用圧力計３８Ｃと、を備える。低圧用温度計３７Ａは、低圧段圧縮機２１Ａの油溜り部２７に溜まっている油Ｏの温度を検知する。高圧用温度計３７Ｃは、高圧段圧縮機２１Ｃの油溜り部２７に溜まっている油Ｏの温度を検知する。低圧用圧力計３８Ａは、低圧段圧縮機２１Ａが吸い込む冷媒Ｒの圧力、つまり第二吸込ライン１７内の圧力を検知する。高圧用圧力計３８Ｃは、高圧段圧縮機２１Ｃが吸い込む冷媒Ｒの圧力、つまり低圧吐出ライン１８内の圧力を検知する。

【0048】

制御装置１００は、図２に示すように、機能構成として、受付部１０１と、回転数設定部１０２と、油量推定部１０３と、油量判定部１０４と、回転数指示部１０５と、均油弁指示部１０６と、膨張弁指示部１０７と、切替弁指示部１０８と、記憶部１０９と、を有する。この制御装置１００は、ハード構成として、各種演算を実行する演算器と、各種プログラムや各種データ等を一時的に記憶するメモリ等の主記憶装置と、各種プログラムや各種データ等を記憶するハードディスクドライブ装置等の補助記憶装置と、外部とデータ等の入出力を行うインタフェース回路と、を有する。受付部１０１、回転数指示部１０５、均油弁指示部１０６、膨張弁指示部１０７及び切替弁指示部１０８は、いずれも、インタベース回路と、主記憶装置と、主記憶装置に記憶されたプログラムを実行する演算器とを有して構成される。回転数設定部１０２、油量推定部１０３及び油量判定部１０４は、主記憶装置と、主記憶装置に記憶されたプログラムを実行する演算器とを有して構成される。記憶部１０９は、主記憶装置及び補助記憶装置を有して構成される。

【0049】

受付部１０１は、各種情報や指示等を受け付ける。低圧用温度計３７Ａで検知された温度、高圧用温度計３７Ｃで検知された温度、低圧用圧力計３８Ａで検知された圧力、高圧用圧力計３８Ｃで検知された圧力は、この受付部１０１が受け付ける。回転数設定部１０２は、二つの圧縮機２１Ａ，２１Ｃのモータ２３毎の回転数を設定する。油量推定部１０３は、二つの圧縮機２１Ａ，２１Ｃの各油溜り部２７に溜まっている油量を推定する。油量判定部１０４は、二つの圧縮機２１Ａ，２１Ｃの各油溜り部２７に溜まっている油量が上限値又は下限値に至ったか否かを判定する。回転数指示部１０５は、二つの圧縮機２１Ａ，２１Ｃ毎の回転数を対応する回転数変更器２９Ａ，２９Ｃに指示する。均油弁指示部１０６は、均油弁３５に対して開閉を指示する。膨張弁指示部１０７は、膨張弁３に対して弁開度を指示する。切替弁指示部１０８は、四方切替弁４に対してポート間の接続形態として第一接続形態か第二接続形態かを指示する。

【0050】

記憶部１０９には、回転数設定部１０２が二つの圧縮機２１Ａ，２１Ｃのモータ２３毎の回転数を設定するために必要な情報が記憶されている。記憶部１０９に記憶されている情報は、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃにおける油溜り部２７の初期油量Ｌls，Ｌhs及び油戻し運転後の油量Ｌlr，Ｌhrと、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数Ｎと油Ｏの単位時間当たりの流出油量ＦＯとの関係情報とである。

【0051】

初期油量Ｌhs，Ｌlsとは、製品出荷時に油溜り部２７に溜まっている油量、又は外部から油Ｏが補給された直後の油量である。また、油戻し運転後の油量Ｌhr，Ｌlrとは、後述の油戻し工程直後に油溜り部２７に溜まっている油量である。

【0052】

圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数Ｎと圧縮機２１Ａ，２１Ｃからの油Ｏの単位時間当たりの流出油量ＦＯとの関係情報について説明する。

【0053】

図３に示すように、圧縮機２１Ａ，２１Ｃの吐出口２６から単位時間当たりの油Ｏの量、つまり単位時間当たりの吐出油量Ｑは、圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数Ｎの増加に伴って増加する。なお、図３中、Ｑlは低圧段圧縮機２１Ａの単位時間当たりの吐出油量を示し、Ｑhは高圧段圧縮機２１Ｃの単位時間当たりの吐出油量を示す。

【0054】

また、吐出油量Ｑは、図４に示すように、油溜り部２７（ドーム下部）の過熱度ΔＴの増加に伴って減少する。そこで、本実施形態では、図３に示すように、回転数Ｎに応じた吐出油量Ｑを油溜り部２７の過熱度ΔＴに応じて補正し、これを補正後の吐出油量Ｑ_ΔＴとする。なお、図３中、Ｑl_ΔＴ1は、過熱度ΔＴ１のときの低圧段圧縮機２１Ａの単位時間当たりの吐出油量を示し、Ｑl_ΔＴ２は、過熱度ΔＴ２のときの低圧段圧縮機２１Ａの単位時間当たりの吐出油量を示す。また、Ｑh_ΔＴ1は、過熱度ΔＴ１のときの高圧段圧縮機２１Ｃの単位時間当たりの吐出油量を示し、Ｑh_ΔＴ1は、過熱度ΔＴ２のときの高圧段圧縮機２１Ｃの単位時間当たりの吐出油量を示す。

【0055】

ここで、油溜り部２７の過熱度ΔＴとは、以下の式（１）に示すように、ＣＳＳＴ（Compressor Suction Saturated Temperature:圧縮機吸込飽和温度）に対する油溜り部２７の温度Ｔｄの温度偏差である。
ΔＴ＝Ｔｄ−ＣＳＳＴ ・・・・・（１）

【0056】

本実施形態では、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの吐出側に油分離器３２Ａ，３２Ｃを設けている。圧縮機２１から吐出した油Ｏの一部は、この油分離器３２で捕捉される。油分離器３２で捕捉された油Ｏは、油戻しライン３３を介して、圧縮機２１の吸込口２５からこの圧縮機２１の油溜り部２７に戻る。このため、圧縮機２１と油分離器３２とを含めた系からの単位時間当たり流出油量ＦＯは、圧縮機２１の吐出口２６から吐出した油Ｏのうちで、油分離器３２で捕捉されなかった油Ｏの量になる。そこで、本実施形態では、以下の式（２）に示すように、吐出油量Ｑ_ΔＴを油分離器の油分離効率ａ（＜１）で補正し、これを単位時間当たりの流出油量ＦＯとする。なお、図３中、ＦＯl_ΔＴ1ａは、過熱度ΔＴ１のときの低圧段圧縮機２１Ａの単位時間当たりの流出油量を示し、ＦＯl_ΔＴ２ａは、過熱度ΔＴ２のときの低圧段圧縮機２１Ａの単位時間当たりの流出油量を示す。また、ＦＯh_ΔＴ1ａは、過熱度ΔＴ１のときの高圧段圧縮機２１Ｃの単位時間当たりの流出油量を示し、ＦＯh_ΔＴ２ａは、過熱度ΔＴ２のときの高圧段圧縮機２１Ｃの単位時間当たりの流出油量を示す。
ＦＯ＝Ｑ_ΔＴ×（１−ａ） ・・・・・（２）

【0057】

本実施形態において、複数の圧縮機２１Ａ，２１Ｃ毎の関係情報は、回転数Ｎ、過熱度ΔＴ及び油分離効率ａに応じた流出油量ＦＯl_ΔＴ1ａ，ＦＯl_ΔＴ２ａ，…，ＦＯh_ΔＴ1ａ，ＦＯh_ΔＴ２ａ，…である。すなわち、本実施形態では、複数の圧縮機２１Ａ，２１Ｃ毎に、以下の式（３）に示すように、単位時間当たりの流出油量ＦＯと、圧縮機２１の回転数Ｎと、油溜り部２７の過熱度ΔＴと、油分離器３２の油分離効率ａとの関係情報が、記憶部１０９に記憶されている。
ＦＯ＝ｇ（Ｎ，ΔＴ，ａ） ・・・・・（３）

【0058】

関係情報を構成する複数のパラメータのうち、油分離器３２の油分離効率ａは、固定値である。よって、関係情報を構成する複数のパラメータのうち、単位時間当たりの流出油量ＦＯと、圧縮機の回転数Ｎと、油溜り部２７の過熱度ΔＴと、が変数として扱われる。

【0059】

記憶部１０９には、以上で説明した関係情報ＦＯl_ΔＴ1ａ，ＦＯl_ΔＴ２ａ，…，ＦＯh_ΔＴ1ａ，ＦＯh_ΔＴ２ａ，…が、マップ形式で又は関数形式で記憶されている。

【0060】

以上のように、冷凍サイクルの構成要素である制御装置１００は、多段圧縮装置２０の各機器を制御する。よって、この制御装置１００は、多段圧縮装置２０の構成要素でもある。

【0061】

次に、冷凍サイクルの動作について説明する。

【0062】

まず、四方切替弁４が第一接続形態のときの冷凍サイクルの基本動作について説明する。なお、第一接続形態とは、前述したように、第一ポート４ａと第二ポート４ｂとが接続され、且つ第三ポート４ｃと第四ポート４ｄとが接続されている形態である。

【0063】

多段圧縮装置２０の各圧縮機２１Ａ，２１Ｃで圧縮された気体の冷媒Ｒは、図１に示すように、四方切替弁４の第一ポート４ａ及び第二ポート４ｂ、第一ライン１１を経て、第一熱交換器１に流入する。気体の冷媒Ｒは、この第一熱交換器１で第一媒体Ｍ１と熱交換する。この結果、第一媒体Ｍ１は加熱される。一方、気体の冷媒Ｒは冷却されて凝縮し、液体の冷媒Ｒになる。よって、第一熱交換器１は、四方切替弁４が第一接続形態のとき凝縮器として機能する。

【0064】

第一熱交換器１で液化した冷媒Ｒは、第二ライン１２を経て、第二熱交換器２に流入する。冷媒Ｒは、この第二ライン１２を流れる過程で、この第二ライン１２中に配置されている膨張弁３で減圧される。

【0065】

液体の冷媒Ｒは、第二熱交換器２で第二媒体Ｍ２と熱交換する。この結果、第二媒体Ｍ２は冷却される。一方、液体の冷媒Ｒは加熱されて気化し、気体の冷媒Ｒになる。よって、第二熱交換器２は、四方切替弁４が第一接続形態のとき蒸発器として機能する。

【0066】

第二熱交換器２で気化した冷媒Ｒは、第三ライン１３、四方切替弁４の第四ポート４ｄ及び第三ポート４ｃを経て、多段圧縮装置２０の第一吸込ライン１６に流入する。気体の冷媒Ｒは、第一吸込ライン１６を経て、アキュムレータ３１内に流入する。気体の冷媒Ｒ中には、ミスト状の液体の冷媒Ｒが僅かに残っている場合がある。アキュムレータ３１では、気体の冷媒Ｒ中から液体の冷媒Ｒを分離し、気体の冷媒Ｒを排出する。

【0067】

アキュムレータ３１からの気体の冷媒Ｒは、第二吸込ライン１７を経て、低圧段圧縮機２１Ａの吸込口２５から低圧段圧縮機２１Ａ内に流入する。低圧段圧縮機２１Ａ内に流入した冷媒Ｒは、この低圧段圧縮機２１Ａの圧縮部２２で圧縮されてから、低圧段圧縮器の吐出口２６から吐出される。この際、低圧段圧縮機２１Ａ内の油Ｏの一部も吐出口２６から吐出される。

【0068】

低圧段圧縮機２１Ａから吐出された冷媒Ｒ及び油Ｏは、低圧吐出ライン１８を経て、高圧段圧縮機２１Ｃの吸込口２５から高圧段圧縮機２１Ｃ内に流入する。油Ｏの一部は、この低圧吐出ライン１８を流れる過程で、この低圧吐出ライン１８に設けられている低圧油分離器３２Ａで捕捉される。低圧油分離器３２Ａで捕捉された油Ｏは、低圧油戻しライン３３Ａ及び第二吸込ライン１７を経て、低圧段圧縮機２１Ａ内に戻る。

【0069】

高圧段圧縮機２１Ｃ内に流入した冷媒Ｒは、この高圧段圧縮機２１Ｃの圧縮部２２で圧縮される。一方、高圧段圧縮機２１Ｃ内に流入した油Ｏの一部は、この高圧段圧縮機２１Ｃに油溜り部２７に溜まる。圧縮部２２で圧縮された冷媒Ｒは、高圧段圧縮機２１Ｃの吐出口２６から吐出される。この際、高圧段圧縮機２１Ｃ内の油Ｏの一部も、吐出口２６から吐出される。

【0070】

高圧段圧縮機２１Ｃから吐出された冷媒Ｒ及び油Ｏは、高圧吐出ライン１９、四方切替弁４の第一ポート４ａ及び第二ポート４ｂ、第一ライン１１を経て、第一熱交換器１に流入する。油Ｏの一部は、この高圧吐出ライン１９を流れる過程で、この高圧吐出ライン１９に設けられている高圧油分離器３２Ｃで捕捉される。高圧油分離器３２Ｃで捕捉された油Ｏは、高圧油戻しライン３３Ｃ及び低圧吐出ライン１８を経て、高圧段圧縮機２１Ｃ内に戻る。

【0071】

以上のように、本実施形態の冷凍サイクルは、四方切替弁４が第一接続形態のとき、冷媒Ｒを介して第二媒体Ｍ２の熱を第一媒体Ｍ１に移動させる。

【0072】

次に、四方切替弁４が第二接続形態のときの冷凍サイクルの基本動作について説明する。なお、第二接続形態とは、前述したように、第二ポート４ｂと第三ポート４ｃとが接続され、且つ第四ポート４ｄと第一ポート４ａとが接続されている形態である。

【0073】

多段圧縮装置２０の各圧縮機で圧縮された気体の冷媒Ｒは、四方切替弁４の第一ポート４ａ及び第四ポート４ｄ、第三ライン１３を経て、第二熱交換器２に流入する。気体の冷媒Ｒは、この第二熱交換器２で第二媒体Ｍ２と熱交換する。この結果、第二媒体Ｍ２は加熱される。一方、気体の冷媒Ｒは冷却されて凝縮し、液体の冷媒Ｒになる。よって、第二熱交換器２は、四方切替弁４が第二接続形態のとき凝縮器として機能する。

【0074】

第二熱交換器２で液化した冷媒Ｒは、第二ライン１２を経て、第一熱交換器１に流入する。冷媒Ｒは、この第二ライン１２を流れる過程で、この第二ライン１２中に配置されている膨張弁３で減圧される。

【0075】

液体の冷媒Ｒは、第一熱交換器１で第一媒体Ｍ１と熱交換する。この結果、第一媒体Ｍ１は冷却される。一方、液体の冷媒Ｒは加熱されて気化し、気体の冷媒Ｒになる。よって、第一熱交換器１は、四方切替弁４が第二接続形態のとき蒸発器として機能する。

【0076】

第一熱交換器１で気化した冷媒Ｒは、第一ライン１１、四方切替弁４の第二ポート４ｂ及び第三ポート４ｃを経て、多段圧縮装置２０の第一吸込ライン１６に流入する。第一吸込ライン１６に流入した冷媒Ｒは、四方切替弁４が第一接続形態のときと同様、多段圧縮装置２０で圧縮される。

【0077】

以上のように、本実施形態の冷凍サイクルは、四方切替弁４が第二接続形態のとき、冷媒Ｒを介して第一媒体Ｍ１の熱を第二媒体Ｍ２に移動させる。

【0078】

本実施形態では、第一媒体Ｍ１を冷却するか加熱するかの指示を受付部１０１が受け付けることで、四方切替弁４が第一接続形態又は第二接続形態になる。

【0079】

次に、図５に示すフローチャートに従って、多段圧縮装置２０の詳細動作について説明する。

【0080】

制御装置１００の受付部１０１が、運転開始指示を受け付けると、多段圧縮装置２０の各機器が動作し始める。この運転開始指示には、第一媒体Ｍ１を冷却するか加熱するかの指示の他、第一冷媒Ｒの目標温度等の指示が含まれる。

【0081】

受付部１０１が運転開始指示を受けると、回転数設定部１０２は、この運転開始指示に含まれる第一冷媒Ｒの目標温度等や圧縮機２１の過熱度ΔＴ等に応じて、回転数設定部１０２が低圧段圧縮機２１Ａの回転数及び高圧段圧縮機２１Ｃの回転数を定める（Ｓ１：回転数設定工程）。

【0082】

この回転数設定工程（Ｓ１）では、回転数設定部１０２が、第一冷媒Ｒの目標温度等に応じた各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数を定める。次に、回転数設定部１０２は、記憶部１０９に記憶されている情報を用いて、低圧段圧縮機２１Ａからの流出油量ＦＯlよりも高圧段圧縮機２１Ｃからの流出油量ＦＯhが少なくなるよう、第一冷媒Ｒの目標温度等に応じて定めた各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数を設定し直す。

【0083】

回転数設定部１０２は、まず、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの油溜り部２７の過熱度ΔＴを求める。回転数設定部１０２は、この過熱度ΔＴを求めるため、受付部１０１を介して、低圧用温度計３７Ａで検知された温度、高圧用温度計３７Ｃで検知された温度、低圧用圧力計３８Ａで検知された圧力、高圧用圧力計３８Ｃで検知された圧力を取得する。

【0084】

式（１）を用いて説明したように、過熱度ΔＴは、ＣＳＳＴ（Compressor Suction Saturated Temperature:圧縮機吸込飽和温度）に対する油溜り部２７の温度Ｔｄの温度偏差である。そこで、回転数設定部１０２は、各圧縮機２１Ａ，２１ＣにおけるＣＳＳＴを求める。ＣＳＳＴは、圧縮機２１が吸い込む流体の圧力により一律に定まる。このため、回転数設定部１０２は、低圧用圧力計３８Ａで検知された低圧段圧縮機２１Ａが吸い込む冷媒Ｒの圧力を用いて、低圧段圧縮機２１ＡのＣＳＳＴを求める。さらに、高圧用圧力計３８Ｃで検知された高圧段圧縮機２１Ｃが吸い込む冷媒Ｒの圧力を用いて、高圧段圧縮機２１ＣのＣＳＳＴを求める。回転数設定部１０２は、続いて、低圧用温度計３７Ａで検知された低圧段圧縮機２１Ａにおける油溜り部２７の温度から低圧段圧縮機２１ＡのＣＳＳＴを引いて、低圧段圧縮機２１Ａにおける溜り部の過熱度ΔＴを求める。さらに、高圧用温度計３７Ｃで検知された高圧段圧縮機２１Ｃにおける油溜り部２７の温度から高圧段圧縮機２１ＣのＣＳＳＴを引いて、高圧段圧縮機２１Ｃにおける溜り部の過熱度ΔＴを求める。

【0085】

よって、本実施形態における過熱度把握部は、低圧用温度計３７Ａ、高圧用温度計３７Ｃ、低圧用圧力計３８Ａ、高圧用圧力計３８Ｃ、及びこれらの計測器で計測された値に基づいて過熱度を求める回転数設定部１０２の一機能により構成される。

【0086】

回転数設定部１０２は、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃにおける油溜り部２７の過熱度ΔＴを求めると、記憶部１０９に記憶されている低圧段圧縮機２１Ａの関係情報を用いて、低圧段圧縮機２１Ａの回転数Ｎ及び過熱度ΔＴに対応した流出油量ＦＯlを求める。具体的には、例えば、図３に示すように、低圧段圧縮機２１Ａの回転数がＮｌで、低圧段圧縮機２１Ａの過熱度がΔＴ１である場合、低圧段圧縮機２１Ａの過熱度ΔＴ１のときの関係情報ＦＯl_ΔＴ1ａを用いて、低圧段圧縮機２１Ａの回転数Ｎｌ及び過熱度がΔＴ１に対応した流出油量ＦＯｌ_{（Ｎｌ，ΔＴ１）}を求める。

【0087】

次に、回転数設定部１０２は、記憶部１０９に記憶されている高圧段圧縮機２１Ｃの関係情報を用いて、高圧段圧縮機２１Ｃの流出油量ＦＯhが低圧段圧縮機２１Ａの流出油量ＦＯlよりも小さくなる高圧段圧縮機２１Ｃの回転数Ｎを定める。具体的には、例えば、図３に示すように、低圧段圧縮機２１Ａの流出油量がＦＯｌ_{（Ｎｌ，ΔＴ１）}で、高圧段圧縮機２１Ｃの過熱度がΔＴ２である場合、回転数設定部１０２は、まず、低圧段圧縮機２１Ａの流出油量ＦＯｌ_{（Ｎｌ，ΔＴ１）}よりも予め定められた分ΔＦＯだけ小さい高圧段圧縮機２１Ｃの流出油量ＦＯｈを定める。続いて、高圧段圧縮機２１Ｃの過熱度がΔＴ２のときの関係情報ＦＯl_ΔＴ２ａを用いて、高圧段圧縮機２１Ｃの流出油量がＦＯｈのときの高圧段圧縮機２１Ｃの回転数Ｎｈを定める。

【0088】

以上で、低圧段圧縮機２１Ａからの流出油量ＦＯｌよりも高圧段圧縮機２１Ｃからの流出油量ＦＯｈが少なくなる各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数Ｎが定まる。なお、ここでは、低圧段圧縮機２１Ａの回転数Ｎｌを基準にして高圧段圧縮機２１Ｃの回転数Ｎｈを定めたが、高圧段圧縮機２１Ｃの回転数Ｎｈを基準にして低圧段圧縮機２１Ａの回転数Ｎｌを定めてもよい。

【0089】

回転数設定部１０２が各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数Ｎを定めると、回転数指示部１０５が各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数変更器２９Ａ，２９Ｃに対して、回転数設定部１０２により定められた回転数Ｎｌ，Ｎｈを指示する（Ｓ２：回転数指示工程）。

【0090】

回転数変更器２９は、制御装置１００から回転数Ｎの指示を受け付けると、圧縮機２１のモータ２３の回転数を指示された回転数Ｎにする。回転数設定部１０２が定めた各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数Ｎl，Ｎｈは、低圧段圧縮機２１Ａからの流出油量ＦＯlよりも高圧段圧縮機２１Ｃからの流出油量ＦＯｈが少なくなる回転数である。このため、図６に示すように、低圧段圧縮機２１Ａにおける油溜り部２７の油量は、基本的に、時間経過に伴って少なくなり、逆に、高圧段圧縮機２１Ｃにおける油溜り部２７の油量は、時間経過に伴って多くなる。

【0091】

次に、油量推定部１０３が高圧段圧縮機２１Ｃにおける油溜り部２７の油量を推定する（Ｓ３：高圧段圧縮機の油量推定工程）。高圧段圧縮機２１Ｃにおける油溜り部２７の油量は、前述したように、時間経過に伴って多くなる。この油量の単位時間当たりの増加量ΔＬは、以下の式（４）に示すように、低圧段圧縮機２１Ａの単位時間当たりの流出油量ＦＯｌから高圧段圧縮機２１Ｃの単位時間当たりの流出油量ＦＯｈを減算した値である。
ΔＬ＝ＦＯｌ−ＦＯｈ ・・・・・（４）

【0092】

そこで、油量推定部１０３は、低圧用温度計３７Ａで検知された温度、低圧用圧力計３８Ａで検知された圧力、低圧段圧縮機２１Ａの回転数、及び低圧段圧縮機２１Ａの関係情報を用いて、低圧段圧縮機２１Ａの単位時間当たりの流出油量ＦＯｌを求める。さらに、油量推定部１０３は、高圧用温度計３７Ｃで検知された温度、高圧用圧力計３８Ｃで検知された圧力、高圧段圧縮機２１Ｃの回転数、高圧段圧縮機２１Ｃの関係情報を用いて、高圧段圧縮機２１Ｃの単位時間当たりの流出油量ＦＯｈを求める。そして、低圧段圧縮機２１Ａの単位時間当たりの流出油量ＦＯｌから高圧段圧縮機２１Ｃの単位時間当たりの流出油量ＦＯｈを減算して、高圧段圧縮機２１Ｃにおける単位時間当たりの油量の増加量ΔＬを求める。

【0093】

続いて、油量推定部１０３は、単位時間当たりの油量の増加量ΔＬについて、高圧段圧縮機２１Ｃにおける油溜り部２７の油量の増加開始時刻から現時刻までの時間分積算し、高圧段圧縮機２１Ｃにおける油溜り部２７の油量の増加開始時刻から現時刻までの油量の増加量ΣΔＬを求める。そして、油量推定部１０３は、油量の増加開始時刻における油量に、この増加量ΣΔＬを加算して、現時点の高圧段圧縮機２１Ｃにおける油溜り部２７の油量Ｌ_ｈ（ｔ）を推定する。なお、油量の増加開始時刻における油量は、前述の初期油量Ｌhs、後述の油戻し運転終了直後の油量Ｌhr、後述の均油運転直後の油量等である。

【0094】

次に、油量推定部１０３が低圧段圧縮機２１Ａにおける油溜り部２７の油量を推定する（Ｓ４：低圧段圧縮機の油量推定工程）。この高圧段圧縮機２１Ｃにおける油溜り部２７の油量の推定方法については、後述する。

【0095】

油量推定部１０３が低圧段圧縮機２１Ａにおける油溜り部２７の油量を推定すると、油量判定部１０４は、低圧段圧縮機２１Ａの油量Ｌlが予め定められている下限値Ｌll以下になったか否かを判断する（Ｓ５：低圧段圧縮機の下限値判定工程）。油量判定部１０４は、低圧段圧縮機２１Ａの油量Ｌlが下限値Ｌll以下になったと判定すると、その旨を回転数指示部１０５及び膨張弁指示部１０７に通知し、循環ライン１０中に拡散した油Ｏを低圧段圧縮機２１Ａ内に戻す油戻し処理工程（Ｓ６）を実行させる。一方、油量判定部１０４は、低圧段圧縮機２１Ａの油量Ｌlが下限値Ｌll以下ではないと判定すると、高圧段圧縮機２１Ｃの油量Ｌhが予め定められている上限値Ｌhaになったか否かを判定する（Ｓ７：高圧段圧縮機の上限値判定工程）。

【0096】

高圧段圧縮機２１Ｃの油量Ｌhが上限値Ｌhaになっていなければ、回転数設定工程（Ｓ１）に戻る。一方、高圧段圧縮機２１Ｃの油量Ｌhが上限値Ｌhaになっていれば、油量判定部１０４がその旨を均油弁指示部１０６に通知する。均油弁指示部１０６は、この通知を油量判定部１０４から受けると、均油弁３５に対して、予め定められた時間だけ開くよう指示する（Ｓ８：均油量処理工程）。均油弁３５は、この指示を受けると、予め定められた時間だけ開き、その後閉じる。

【0097】

高圧段圧縮機２１Ｃのハウジング２４内の圧力は、低圧段圧縮機２１Ａのハウジング２４内の圧力よりも高い。このため、均油弁３５が開くと、高圧段圧縮機２１Ｃの油溜り部２７に溜まっている油Ｏは、均油ライン３４及び均油弁３５を介して、低圧段圧縮機２１Ａの油溜り部２７に流入し始める。この結果、図６に示すように、均油弁３５の開時刻ｔ１から高圧段圧縮機２１Ｃ内の油量が次第に減少する一方で、低圧段圧縮機２１Ａ内の油量が次第に増加する。

【0098】

低圧段圧縮機２１Ａ内への単位時間当たりの油Ｏの流入量は、高圧段圧縮機２１Ｃのハウジング２４内の圧力と低圧段圧縮機２１Ａのハウジング２４内の圧力との圧力差と、均油ライン３４及び均油弁３５の流路抵抗とで定まる。均油ライン３４及び均油弁３５の流路抵抗は、固定値である。高圧段圧縮機２１Ｃのハウジング２４内の圧力と低圧段圧縮機２１Ａのハウジング２４内の圧力との圧力差も、ほぼ一定である。そこで、本実施形態では、圧力差及び流量抵抗に応じて定まる単位時間当たりの油Ｏの流入量が一定であると仮定して、実際に低圧段圧縮機２１Ａに流入する油量が目的の油量になるまでの時間を定め、この時間分Δｔだけ、均油弁３５を開ける。すなわち、図６に示すように、均油弁３５が時刻ｔ１のときに開いたとすると、この時刻ｔ１からΔｔ時間後の時刻ｔ１ａになると、均油弁３５が閉じる。なお、高圧段圧縮機２１Ｃのハウジング２４内の圧力、及び低圧段圧縮機２１Ａのハウジング２４内の圧力をそれぞれ圧力計で検知し、これらの圧力差に応じて、均油弁３５を開けておく時間を定めてもよい。

【0099】

この結果、高圧段圧縮機２１Ｃの油量は、上限値Ｌhaから少なくなり、例えば、高圧段圧縮機２１Ｃの初期油量Ｌhsよりも少なく且つ高圧段圧縮機２１Ｃの油量の下限値Ｌhlよりも多い油量になる。なお、ここでの上限値Ｌhaは、高圧段圧縮機２１Ｃの動作上の観点から定められた上限値Ｌhhよりも小さい値で、高圧段圧縮機２１Ｃ内の油Ｏを低圧段圧縮機２１Ａ内に送るための閾値としての上限値である。一方、低圧段圧縮機２１Ａの油量は、例えば、低圧段圧縮機２１Ａの初期油量Ｌlsよりも少ない油量から多くなり、例えば、低圧段圧縮機２１Ａの初期油量Ｌlsよりも多く且つ低圧段圧縮機２１Ａの油量の上限値Ｌlhよりも少ない油量になる。

【0100】

その後、受付部１０１が運転停止指示を受け付けると（Ｓ９）、受付部１０１は均油弁指示部１０６及び回転数指示部１０５に対してその旨を通知し、これらに停止処理を実行させる（Ｓ１０：停止処理）。均油弁指示部１０６は、この通知を受けると、均油弁３５に対して予め定められた時間Δｔだけ開くよう指示する。この結果、均油弁３５が一時的に開く。回転数指示部１０５は、その後、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数変更器２９Ａ，２９Ｃに対して回転数０、つまり停止を指示する。この結果、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃは停止する。

【0101】

一方、受付部１０１が運転停止指示を受け付けなければ（Ｓ９）、回転数設定工程（Ｓ１）に戻る。そして、以上で説明したＳ１〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ９の工程が繰り返し実行される。この過程で、高圧段圧縮機２１Ｃ内では、図６に示すように、油量の増加、均油量工程（Ｓ８）の実行による油量の減少を繰り返す。また、低圧段圧縮機２１Ａ内では、油量の減少、均油量工程（Ｓ８）の実行による油量の増加を繰り返す。

【0102】

ところで、高圧段圧縮機２１Ｃの油量は、均油量工程（Ｓ８）が繰り返し実行されても、高圧段圧縮機２１Ｃの上限値Ｌhaに復帰する。一方、低圧段圧縮機２１Ａに関しては、均油量工程（Ｓ８）の実行直後の油量が、均油量工程（Ｓ８）を実行する毎に減少する。これは、多段圧縮装置２０のライン系統内から循環ライン１０中の残りライン中に、高圧段圧縮機２１Ｃからの流出油量ＦＯｈ分だけ油Ｏが拡散するためである。このため、均油量工程（Ｓ８）で低圧段圧縮機２１Ａの油量を増加させても、複数回の均油量工程（Ｓ８）の実行後に、低圧段圧縮機２１Ａの油量は、下限値Ｌllに至ることになる。

【0103】

そこで、本実施形態では、以上で説明したＳ１〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ９の工程中で、低圧段圧縮機２１Ａの油量推定工程（Ｓ４）及び低圧段圧縮機２１Ａの下限値判定工程（Ｓ５）を実行する。そして、本実施形態では、低圧段圧縮機２１Ａの下限値判定工程（Ｓ５）で、低圧段圧縮機２１Ａの油量が下限値Ｌll以下になったと判定されると、油戻し処理工程（Ｓ６）を実行する。

【0104】

多段圧縮装置２０のライン系統内から循環ライン１０中の残りライン中に拡散する単位時間当たり油量は、前述したように、高圧段圧縮機２１Ｃからの単位時間当たりの流出油量ＦＯｈである。このため、以下の式（５）に示すように、現時点における低圧段圧縮機２１Ａの油量と高圧段圧縮機２１Ｃの油量とを合せた総油量Ｌ_total（ｔ）は、間近に行った油戻し運転直後における低圧段圧縮機２１Ａの油量Ｌlrと高圧段圧縮機２１Ｃの油量Ｌhrとを合せた総油量から、高圧段圧縮機２１Ｃからの単位時間当たりの流出油量ＦＯｈを油戻し運転後から現時点までの時間分だけ積算した値ΣＦＯｈを減算した値である。
Ｌ_total（ｔ）＝（Ｌｌｒ＋Ｌｈｒ）−ΣＦＯｈ ・・・・・（５）

【0105】

また、以下の式（６）に示すように、現時点の低圧段圧縮機２１Ａの油量Ｌ_ｌ（ｔ）は、現時点における総油量Ｌ_total（ｔ）から現時点の高圧段圧縮機２１Ｃの油量Ｌ_ｈ（ｔ）を減算した値である。
Ｌ_ｌ（ｔ）＝Ｌ_total（ｔ）−Ｌ_ｈ（ｔ） ・・・・・（６）

【0106】

そこで、油量推定部１０３は、以上の式（５）及び式（６）の演算を実行して、現時点の低圧段圧縮機２１Ａの油量Ｌ_ｌ（ｔ）を求める（Ｓ４：低圧段圧縮機２１Ａの油量推定工程）。ここで、油量推定部１０３は、式（５）中の油戻し運転直後における低圧段圧縮機２１Ａの油量Ｌlrと高圧段圧縮機２１Ｃの油量Ｌhrとを記憶部１０９から取得する。また、油量推定部１０３は、式（５）中の高圧段圧縮機２１Ｃの単位時間当たりの流出油量ＦＯｈとして、高圧段圧縮機２１Ｃの油量推定工程（Ｓ３）で現時点での高圧段圧縮機２１Ｃの油量Ｌ_ｈ（ｔ）を推定する過程で求めた流出油量ＦＯｈを用いる。さらに、油量推定部１０３は、式（６）中の現時点での高圧段圧縮機２１Ｃの油量Ｌ_ｈ（ｔ）として、高圧段圧縮機２１Ｃの油量推定工程（Ｓ３）で求めた現時点での高圧段圧縮機２１Ｃの油量Ｌ_ｈ（ｔ）を用いる。なお、本実施形態では、油量推定部１０３が最上流の圧縮機２１Ａ内の油量を把握しているので、この油量推定部１０３により最上流油量把握部が構成される。

【0107】

油量推定部１０３が低圧段圧縮機２１Ａにおける油溜り部２７の油量を推定すると、前述したように、油量判定部１０４が、低圧段圧縮機２１Ａの油量Ｌlが下限値Ｌll以下になったか否かを判断する（Ｓ５：低圧段圧縮機の下限値判定工程）。油量判定部１０４は、低圧段圧縮機２１Ａの油量油量Ｌlが下限値Ｌll以下ではないと判定すると、前述したように、高圧段圧縮機２１Ｃの上限値判定工程（Ｓ７）を実行する。一方、油量判定部１０４は、低圧段圧縮機２１Ａの油量Ｌlが下限値Ｌll以下になったと判定すると、その旨を回転数指示部１０５及び膨張弁指示部１０７に通知する。回転数指示部１０５は、油量判定部１０４から通知を受けると、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃに対して油戻し運転用として予め定めらた回転数を対応する回転数変更器２９Ａ，２９Ｃに指示する。この結果、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数は、油戻し運転用の回転数になる。また、膨張弁指示部１０７は、油量判定部１０４から通知を受けると、膨張弁３に対して油戻し運転用として予め定めらた弁開度を指示する。この結果、膨張弁３は、油戻し運転用の弁開度になる（Ｓ６：油戻し処理工程）。よって、本実施形態では、回転数指示部１０５及び膨張弁指示部１０７により、油戻し運転指示部が構成される。

【0108】

油戻し処理、言い換えると油戻し運転が実行させると、循環ライン１０中に拡散していた油Ｏが低圧段圧縮機２１Ａ内に戻り、低圧段圧縮機２１Ａの油量は、低圧段圧縮機２１Ａの油量の下限値Ｌｌｌよりも多い油量になる。

【0109】

なお、ここでは、油戻し運転を実行するために、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの回転数及び膨張弁３の弁開度を調節する。しかしながら、油戻し運転には、公知の各種方法がある。このため、この油戻し処理工程（Ｓ６）では、公知の他の方法で、油戻し運転を実行してもよい。

【0110】

油戻し処理工程（Ｓ６）が終了すると、回転数設定工程（Ｓ１）に戻る。

【0111】

以上のように、本実施形態では、上流側の低圧段圧縮機２１Ａの流出油量ＦＯｌに対して下流側の高圧段圧縮機２１Ｃの流出油量ＦＯｈが少なくなるよう、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃが運転される。このため、本実施形態では、上流側の低圧段圧縮機２１Ａの油量が下限値Ｌllになるより先に、下流側の高圧段圧縮機２１Ｃの油量が下限値Ｌhlになることを防ぐことができる。言い換えると、本実施形態では、いずれかの圧縮機２１Ａ，２１Ｃの油量が下限値になる場合、その圧縮機は上流側の低圧段圧縮機２１Ａになる。また、油戻り運転では、循環ライン１０中に拡散していた油Ｏが、高圧段圧縮機２１Ｃ内に戻る前に、低圧段圧縮機２１Ａ内に戻る。よって、本実施形態では、いずれかの圧縮機２１Ａ，２１Ｃの油量が下限値になっても、油戻し運転により、油量が下限値になった圧縮機２１Ａの油量を短時間で回復させることができる。

【0112】

本実施形態では、複数の圧縮機２１Ａ，２１Ｃ毎に油分離器３２Ａ，３２Ｃ及び油戻しライン３３Ａ，３３Ｃが設けられている。このため、本実施形態では、各圧縮機２１Ａ，２１Ｃの油量減少を抑えることができる。さらに、本実施形態では、最下流の高圧段圧縮機２１Ｃに対する高圧油分離器３２Ｃの油分離効率が、低圧段圧縮機２１Ａに対する低圧油分離器３２Ａの油分離効率よりも高い。このため、本実施形態では、多段圧縮装置２０の冷媒Ｒが流れる系統から外部に流出する油Ｏの量を効果的に抑えることができる。

【0113】

本実施形態では、高圧段圧縮機２１Ｃの油溜り部２７と低圧段圧縮機２１Ａの油溜り部２７とが均油ライン３４で接続されている。このため、本実施形態では、高圧段圧縮機２１Ｃ内に溜まっている油Ｏを、均油ライン３４を介して、低圧段圧縮機２１Ａ内に送ることができ、低圧段圧縮機２１Ａ内の油量減少を抑えることができる。

【0114】

高圧段圧縮機２１Ｃの油溜り部２７と低圧段圧縮機２１Ａの油溜り部２７とが均油ライン３４で常時連通している状態では、高圧段圧縮機２１Ｃ内の圧力が常時低下し、高圧段圧縮機２１Ｃにおける圧縮効率が常時低下している状態になる。本実施形態では、均油ライン３４に均油弁３５が設けられている。このため、本実施形態では、高圧段圧縮機２１Ｃ内に溜まっている油Ｏを低圧段圧縮機２１Ａ内に送る必要性が高まったときだけ、均油弁３５を開けることで、低圧段圧縮機２１Ａ内の油量回復を図ることができると共に、高圧段圧縮機２１Ｃにおける圧縮効率の低下を一時的なものにすることができる。

【0115】

本実施形態では、油戻し運転を実行することで、循環ライン１０中に拡散していた油Ｏを最下流の高圧段圧縮機２１Ｃ内に戻すことができる。

【0116】

「各種変形例」
以上で説明した実施形態の各種変形例について説明する。

【0117】

上記実施形態における多段圧縮装置２０は、２台の圧縮機２１Ａ，２１Ｃが直列に配置されている例である。しかしながら、多段圧縮装置２０は、３台以上の圧縮機が直列に配置されてもよい。例えば、図７に示すように、３台の圧縮機２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが直列に配置されている場合でも、上流側の圧縮機の流出油量に対して下流側の圧縮機の流出油量が少なくなるよう、各圧縮機の回転数を定めることで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、回転数設定部１０２は、最上流の低圧段圧縮機２１Ａの流出油量ＦＯｌに対して、その下流側に配置されている中圧段圧縮機２１Ｂの流出油量ＦＬｍが少なくなるよう、低圧段圧縮機２１Ａ及び中圧段圧縮機２１Ｂの回転数を定める。さらに、回転数設定部１０２は、中圧段圧縮機２１Ｂの流出油量ＦＬｍに対して、その下流側に配置されている高圧段圧縮機２１Ｃの流出油量ＦＬｈが少なくなるよう、高圧段圧縮機２１Ｃの回転数を定める。なお、この場合も、高圧段圧縮機２１Ｃの回転数を定めてから、中圧段圧縮機２１Ｂの回転数を定め、最後に低圧段圧縮機２１Ａの回転数を定めてもよい。

【0118】

また、３台以上の圧縮機が直列に配置されている場合も、各圧縮機の下流側に油分離器を設けると共に、各油分離器と対応する圧縮機とを油戻しラインで接続することが好ましい。この場合も、上流側の圧縮機に対する油分離器の油分離効率よりも、下流側の圧縮機に対する油分離器の油分離効率を高くすることが好ましい。例えば、図７に示すように、３台の圧縮機２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが直列に配置されている場合、低圧段圧縮機２１Ａの下流側に低圧油分離器３２Ａを設け、この低圧油分離器３２Ａと低圧段圧縮機２１Ａとを低圧油戻しライン３３Ａで接続する。中圧段圧縮機２１Ｂの下流側に中圧油分離器３２Ｂを設け、この中圧油分離器３２Ｂと中圧段圧縮機２１Ｂとを中圧油戻しライン３３Ｂで接続する。さらに、高圧段圧縮機２１Ｃの下流側に高圧油分離器３２Ｃを設け、この高圧油分離器３２Ｃと高圧段圧縮機２１Ｃとを高圧油戻しライン３３Ｃで接続する。また、この図７に示す例でも、上流側の低圧油分離器３２Ａの油分離効率よりも、下流側の中圧油分離器３２Ｂの油分離効率を高くし、この中圧油分離器３２Ｂの油分離効率よりも、下流側の高圧油分離器３２Ｃの油分離効率を高くすることが好ましい。

【0119】

上記実施形態では、圧縮機２１に溜まっている油量を把握する油量把握部として、油量推定部１０３を例示している。しかしながら、油量把握部は、圧縮機２１に溜まっている油量を検知する液量計又は液レベル計であってもよい。

【0120】

上記実施形態では、均油ライン３４に均油弁３５を設けている。しかしながら、均油ライン３４には、必ずしも均油弁３５を設ける必要はない。但し、均油弁３５を設けない場合、前述したように、高圧段圧縮機２１Ｃの圧縮効率が常時低下している状態になる。このため、高圧段圧縮機２１Ｃの圧縮効率の低下を抑えたい場合には、本実施形態と同様、均油ライン３４に均油弁３５を設けることが好ましい。

【0121】

上記実施形態では、低圧段圧縮機２１Ａの油量推定工程（Ｓ４）の前に、高圧段圧縮機２１Ｃの油量推定工程（Ｓ３）を実行する。しかしながら、回転数指示工程（Ｓ２）後であって、高圧段圧縮機２１Ｃの上限値判定工程（Ｓ７）の前であれば、高圧段圧縮機２１Ｃの油量推定工程（Ｓ３）をどのタイミングで行ってもよい。

【0122】

上記実施形態における冷凍サイクルは、四方切替弁４を備えている。この四方切替弁４は、前述したように、第一熱交換器１を凝縮器として機能させる場合と、この第一熱交換器１を蒸発器として機能させる場合とに切り替えるために設けられている。このため、第一熱交換器１を専ら凝縮器として機能させる場合や、この第一熱交換器１を専ら蒸発器として機能させる場合には、四方切替弁４は不要である。

【符号の説明】

【0123】

１：第一熱交換器、２：第二熱交換器、３：膨張弁、４：四方切替弁、１０：循環ライン、１１：第一ライン、１２：第二ライン、１３：第三ライン、１５：圧縮ライン、１６：第一吸込ライン、１７：第二吸込ライン、１８：低圧吐出ライン、１９：高圧吐出ライン、２０：多段圧縮装置、２１:圧縮機、２１Ａ：低圧段圧縮機、２１Ｂ：中圧段圧縮機、２１Ｃ：高圧段圧縮機、２２：圧縮部、２３：モータ、２４：ハウジング、２５：吸込口、２６：吐出口、２７：油溜り部、２９：回転数変更器、２９Ａ：低圧用回転数変更器、２９Ｃ：高圧用回転数変更器、３１：アキュムレータ、３２：油分離器、３２Ａ：低圧油分離器、３２Ｂ：中圧油分離器、３２Ｃ：高圧油分離器、３３：油戻しライン、３３Ａ：低圧油戻しライン、３３Ｂ：中圧油戻しライン、３３Ｃ：高圧油戻しライン、３４：均油ライン、３５：均油弁、３７Ａ：低圧用温度計、３７Ｃ：高圧用温度計、３８Ａ：低圧用圧力計、３８Ｃ：高圧用圧力計、１００：制御装置、１０１：受付部、１０２：回転数設定部、１０３：油量推定部、１０４：油量判定部、１０５：回転数指示部、１０６：均油弁指示部、１０７：膨張弁指示部、１０８：切替弁指示部、１０９：記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】