JP2011141078A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張機構と連結された第１圧縮機構に第２圧縮機構を並列に接続した冷凍サイクル装置において、双方の圧縮機構の吐出温度の温度差を低減できるようにする。
【解決手段】冷凍サイクル装置１００は、第１圧縮機２Ａ、第２圧縮機２Ｂ、放熱器２３、蒸発器２５、および制御装置７を備えている。第１圧縮機２Ａは、第１圧縮機構２１、膨張機構２４、および第１電動機３２を含み、第２圧縮機２Ｂは、冷媒回路１中で第１圧縮機構２１と並列に接続される第２圧縮機構２２、および第２電動機３４を含む。制御装置７は、冷凍サイクル装置１００を立ち上げる起動運転の際に、第１電動機３２を第２電動機３４よりも大きな回転数で回転させる温度差調整運転を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯機または空調機などに用いられる冷凍サイクル装置に関する。

従来から、膨張機一体型圧縮機を用いた冷凍サイクル装置が知られている。例えば特許文献１には、図１４に示すような冷凍サイクル装置５００が開示されている。この冷凍サイクル装置５００では、膨張機一体型圧縮機５２１の第１圧縮機構５０１に第２圧縮機５２２の第２圧縮機構５０２が並列に接続されている。

具体的に、膨張機一体型圧縮機５２１では、第１圧縮機構５０１が回転軸５１１により膨張機構５０４と第１電動機５１２の両方に連結され、膨張機構５０４と第１電動機５１２の両方によって駆動される。一方、第２圧縮機５２２では、第２圧縮機構５０２が回転軸５１３により第２電動機５１４だけに連結され、第２電動機９によって駆動される。

また、冷凍サイクル装置５００は、第１圧縮機構５０１および第２圧縮機構５０２で圧縮されて高圧となったガス冷媒を冷却する放熱器５０３と、膨張機構５０４で減圧されて低圧となった冷媒を蒸発気化させる蒸発器５０５を備えている。さらに、特許文献１に開示された冷凍サイクル装置５００は、膨張機構５０４をバイパスするバイパス路５０６を備えており、このバイパス路５０６にはバイパス弁５０７が設けられている。

以上のように構成された冷凍サイクル装置５００について、以下その動作を説明する。第１圧縮機構５０１および第２圧縮機構５０２から吐出された高圧のガス冷媒は、合流後に放熱器５０３に流入する。放熱器５０３で冷却されたガス冷媒は、膨張機構５０４に吸入される分とバイパス路５０６を流れる分とに分流する。膨張機構５０４に吸入される冷媒は、膨張機構５０４により等エントロピー変化の減圧作用を受けて低圧まで減圧される。このとき、膨張機構５０４と第１圧機構機５０１とが回転軸５１１で連結されていることにより、膨張機構５０４により回収されたエネルギーが第１圧機構機５０１を回転するのに消費されるエネルギーとして利用される。一方、バイパス路５０６を流れる冷媒は、バイパス弁５０７により低圧に減圧される。その後、膨張機構５０４から吐出された冷媒とバイパス路５０６を流れた冷媒は、蒸発器５０５の前で合流する。合流後の冷媒は、蒸発器５０５において吸熱してガス状となり、第１圧縮機構５０１および第２圧縮機構５０２に吸入される。

なお、冷凍サイクル装置５００においては、第１電動機５１２および第２電動機５１４のそれぞれの回転数、もしくはバイパス路５０６に設けられたバイパス弁５０７の開度を調整することにより、冷凍サイクルの高圧側の圧力が目標値となるように制御が行われる。

特開２００４−２１２００６号公報

ところで、図１４に示す構成の冷凍サイクル装置５００では、停止状態から膨張機一体型圧縮機５２１および第２圧縮機５２２を起動させ始めた起動時などの温度変化が著しい過渡条件の際に、第１圧縮機構５０１の吐出温度（第１圧縮機構５０１から吐出される高圧冷媒の温度）と第２圧縮機構５０２の吐出温度（第２圧縮機構５０２から吐出される高圧冷媒の温度）の間で大きな温度差が生じる。例えば、図１５に、起動時の第１圧縮機構５０１および第２圧縮機構５０２の吐出温度の変化を示す。

ここで、吐出温度に大きな温度差が生じるのは、膨張機一体型圧縮機５２１では第１圧縮機構５０１が膨張機構５０４と同じ密閉容器（図示せず）内に収容されているためである。同じ密閉容器内に膨張機構５０４が収容されていることにより、第１圧縮機構５０１を収容する密閉容器の方が第２圧縮機構５０２を収容する密閉容器（図示せず）よりも内部容積が多い。また、密閉容器内で高温の第１圧縮機構５０１から低温の膨張機構５０４への熱移動が発生してしまう。これら２つの要因により、膨張機構５０４が同じ密閉容器内に収容される第１圧縮機構５０１の吐出温度の方が、第２圧縮機構５０２の吐出温度よりも低くなる傾向となる。

膨張機一体型圧縮機５２１および第２圧縮機５２２を起動させ始めた起動時には、第１圧縮機構５０１および第２圧縮機構５０２の吐出温度が目標温度になるように、バイパス路５０６に設けられたバイパス弁５０７を絞って冷凍サイクルの高圧側と低圧側の圧力差を広げるなどのことが行われる。この時、バイパス弁５０７を絞ることにより、圧力差がつくと共に第１圧機構機５０１および第２圧機構機５０２の吐出温度は時間の経過と共に上昇していく。

しかしながら、第１圧機構機５０１と第２圧機構機５０２とでは前記のような構成上の違いにより、吐出温度の上昇スピードも第２圧機構機５０２の方が速く、第２圧機構機５０２の方が早く目標温度に到達する。この時、第１圧機構機５０１の吐出温度は、第２圧機構機５０２の吐出温度よりも低く、目標温度を満たしていない。ここで、第１圧機構機５０１の吐出温度が目標温度を満たしていないために、バイパス弁５０７をさらに絞っていくと、第１圧機構機５０１の吐出温度は目標温度に近づくが、第２圧機構機５０２の吐出温度はさらに上昇していき、目標温度を大きく上回る温度まで上昇してしまう。

このように、バイパス弁５０７の制御だけでは、並列に並んだ圧縮機構の吐出温度に大きな温度差が発生し、第２圧機構機５０２の吐出温度の過剰上昇を発生させてしまうおそれがある。このような第２圧機構機５０２の吐出温度の過剰上昇は、第２圧機構機５０２の信頼性を低下させる要因となる。

本発明は、このような事情に鑑み、膨張機構と連結された第１圧縮機構に第２圧縮機構を並列に接続した冷凍サイクル装置において、双方の圧縮機構の吐出温度の温度差を低減できるようにすることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、冷凍サイクル装置であって、冷媒を圧縮する第１圧縮機構、膨張する冷媒から動力を回収する膨張機構、ならびに回転軸により前記第１圧縮機構および前記膨張機構と連結された第１電動機を含む第１圧縮機と、冷媒を圧縮する第２圧縮機構であって冷媒回路中で前記第１圧縮機構と並列に接続される第２圧縮機構、および回転軸により前記第２圧縮機構と連結された第２電動機を含む第２圧縮機と、前記第１圧縮機構および前記第２圧縮機構から吐出される冷媒を放熱させる放熱器と、前記膨張機構から吐出される冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記冷凍サイクル装置を立ち上げる起動運転の際に、前記第１電動機を前記第２電動機よりも大きな回転数で回転させる温度差調整運転を行う制御装置と、を備える、冷凍サイクル装置を提供する。

本発明の冷凍サイクル装置によれば、膨張機構と連結された第１圧縮機構の吐出温度と第２圧縮機構の吐出温度の温度差を低減できる。これにより、起動時における第２圧縮機構の吐出温度の過剰上昇を抑え、第２圧縮機構の信頼性を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図 第１実施形態における制御方法を示すフローチャート 第１実施形態における第１電動機および第２電動機の回転数の変化を示すグラフ 本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図 第２実施形態における制御方法を示すフローチャート 第２実施形態における第１電動機および第２電動機の回転数の変化を示すグラフ 第２実施形態の変形例の冷凍サイクル装置の構成図 本発明の第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図 第３実施形態における制御方法を示すフローチャート 第３実施形態における第１電動機および第２電動機の回転数の変化を示すグラフ 本発明の第４実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図 第４実施形態における制御方法を示すフローチャート 第４実施形態における第１電動機および第２電動機の回転数の変化を示すグラフ 従来の冷凍サイクル装置の構成図 従来の冷凍サイクル装置における起動時の第１圧縮機および第２圧縮機の吐出温度の変化を示すグラフ

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置１００を示す。この冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷媒回路１を備えている。冷媒回路１は、第１圧縮機（膨張機一体型圧縮機）２Ａ、第２圧縮機２Ｂ、放熱器２３、蒸発器２５、およびこれらの機器を接続する第１〜第４配管１１〜１４で構成されている。

本実施形態では、冷媒として高圧側で超臨界状態となる二酸化酸素が用いられている。ただし、本発明の冷媒はこれに限られるものではなく、高圧側で超臨界状態とならないフロン系冷媒であってもよい。

また、本実施形態では、放熱器２３が、冷媒と水との間で熱交換を行わせて水を加熱する熱交換器となっており、放熱器２３には、放熱器２３に水を供給する供給管８１と放熱器２３で加熱された水を回収する回収管８２とが接続されている。

第１圧縮機２Ａは、回転軸３１により互いに連結された第１圧縮機構２１、第１電動機３２、および膨張機構２４と、これら２１，３２，２４を収容する第１密閉容器３Ａとを有している。第２圧縮機２Ｂは、回転軸３３により互いに連結された第２圧縮機構２２および第２電動機３４と、これら２２，３４を収容する第２密閉容器３Ｂとを有している。

第１密閉容器３Ａおよび第２密閉容器３Ｂの内部には、潤滑用の油により油溜まり（図示せず）が形成されている。本実施形態では、第１密閉容器３Ａと第２密閉容器３Ｂとが、前記油溜まり同士を連通する均油管３０により互いに連結されている。このため、双方の油溜まりの間で油面のバランスが崩れたときは、均油管３０を通じた油の移動が発生する。

第１圧縮機構２１および第２圧縮機構２２は、２本の枝管が１本の本管になる第１配管１１を介して放熱器２３に接続されており、放熱器２３は、第２配管１２を介して膨張機構２４に接続されている。また、膨張機構２４は、第３配管１３を介して蒸発器２５に接続されており、蒸発器２５は、１本の本管が２本の枝管になる第４配管１４を介して第１圧縮機構２１および第２圧縮機構２２に接続されている。すなわち、冷媒回路１中では、第１圧縮機構２１は第２圧縮機構２２と並列に接続されている。

第１配管１１には、第１圧縮機構２１から吐出される冷媒の温度（すなわち、第１圧縮機２１の吐出温度）Ｔ_d1を検出する第１吐出温度センサ６１と、第２圧縮機構２２から吐出される冷媒の温度（すなわち、第２圧縮機２２の吐出温度）Ｔ_d2を検出する第２吐出温度センサ６２とが設けられている。また、本実施形態の冷凍サイクル装置１００には、外気温度を検出する外気温度センサ６３も設けられている。

さらに、本実施形態では、冷媒回路１に、第３配管１３から膨張機構２４をバイパスして第４配管１４に至るバイパス路４が設けられており、このバイパス路４にはバイパス弁４１が設けられている。

また、冷凍サイクル装置１００は、各種の温度センサ６１〜６３で検出される温度に基づいて、第１電動機３２の回転数ｆ１および第２電動機３４の回転数ｆ２ならびにバイパス弁４１の開度を主に制御する制御装置７を備えている。制御装置７は、インバータ５１，５２を介して第１電動機３２および第２電動機３４に接続されている。

次に、冷凍サイクル装置１００の動作について説明する。

第１圧縮機構２１で圧縮された冷媒および第２圧縮機構２２で圧縮された冷媒は、第１圧縮機構２１および第２圧縮機構２２から第１配管１１に吐出された後、第１配管１１を流れる途中で合流し、放熱器２３に導かれる。圧縮機構２１，２２で圧縮された冷媒は、圧縮機構２１，２２からいったん密閉容器３Ａ，３Ｂ内に吐出された後に密閉容器３Ａ，３Ｂから第１配管１１に排出されるようになっていてもよい。放熱器２３に導かれた冷媒は、ここで放熱した後に、第２配管１２を通って膨張機構２４に導かれる。膨張機構２４に導かれた冷媒は、ここで膨張する。このとき、膨張機構２４は、膨張する冷媒から動力を回収する。膨張した冷媒は、膨張機構２４から第３配管１３に吐出され、蒸発器２５に導かれる。蒸発器２５に導かれた冷媒は、ここで吸熱した後に、第４配管１４を流れる途中で分流し、第１圧縮機構２１および第２圧縮機構２２に導かれる。

バイパス弁４１が開かれている場合には、放熱器２３から流出した冷媒は、第２配管１２の途中で、膨張機構２４に吸入される分とバイパス路４を流れる分とに分流する。バイパス路４を流れる冷媒は、バイパス弁４１によって減圧された後に、膨張機構２４から吐出された冷媒と合流する。

制御装置７は、冷凍サイクル装置１００を立ち上げる起動運転を行った後に、定常運転に移行する。起動運転の際には、制御装置７は、図３に示すように第１電動機３２を第２電動機３４よりも大きな回転数で回転させる温度差調整運転を行う。本実施形態では、制御装置７は、温度差調整運転において第１電動機３２と第２電動機３４の双方を回転させる。以下、制御装置７が行う起動運転時の制御を、図２のフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、制御装置７は、外気温度センサ６３で外気温度を検出する（ステップＳ１）。次に、制御装置７は、検出された外気温度に基づいて、起動運転において冷凍サイクル装置１００全体を温めるのに必要な必要加熱量を決定する（ステップＳ２）。ここで、外気温度が低い場合には、起動前の圧縮機２Ａ，２Ｂの温度が低く、また圧縮機２Ａ，２Ｂから外気に放熱される熱量も多くなるため、必要加熱量を大きくすることが好ましい。そこで、制御装置７は、検出された外気温度が低いほど、必要加熱量を大きくする。

その後、制御装置７は、決定した必要加熱量に基づいて、起動運転における第１電動機３２の目標回転数Ｆ１と第２電動機３４の目標回転数Ｆ２を決定する（ステップＳ３）。ただし、熱容量が大きな第１圧縮機２Ａ側の目標回転数Ｆ１を第２圧縮機２Ｂ側の目標回転数Ｆ２よりも大きくする。さらに、制御装置７は、必要加熱量が大きいほど、換言すれば検出された外気温度が低いほど、温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差が大きくなるように目標回転数Ｆ１，Ｆ２を決定する。

目標回転数Ｆ１，Ｆ２を決定した後は、制御装置７は、第１電動機３２および第２電動機３４の起動を開始し、第１電動機３２を目標回転数Ｆ１まで回転させるとともに、第２電動機３４を目標回転数Ｆ２まで回転させる（ステップＳ４）。これにより、温度差調整運転が開始される。そして、制御装置７は、第１吐出温度センサ６１で検出される第１圧縮機構２１の吐出温度Ｔ_d1が予め定められた所定値Ｔ_da1を上回るか、または第２吐出温度センサ６２で検出される第２圧縮機構２２の吐出温度Ｔ_d2が予め定められた所定値Ｔ_da2を上回るまで、第１電動機３２の回転数ｆ１および第２電動機３４の回転数ｆ２をそれぞれ目標回転数Ｆ１，Ｆ２に維持する（ステップＳ５，Ｓ６）。

ここで、所定値Ｔ_da1，Ｔ_da2は、起動運転において到達させるべき目標温度から例えば１０℃程度低い値であることが好ましい。このようにすれば、起動運転において、吐出温度が目標温度に対して過剰に上がりすぎるオーバーシュートが起きることを抑制することができる。

時間が経過し、ステップＳ６の条件が満たされたときは、双方の圧縮機２Ａ，２Ｂが十分に加熱されたと判断できる。そこで、制御装置７は、温度差調整運転を終了して第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２を定常運転用の回転数に変更し（ステップＳ７）、起動運転から定常運転に移行する。このときの回転数の変更は、段階的に行うことが好ましい。このようにすれば、起動運転から定常運転への移行を、急激な圧力変化および温度変化を発生させずに、スムーズに行うことができる。なお、定常運転用の回転数については、第２電動機３４の回転数が第１電動機３２の回転数よりも大きくてもよいし、その逆であってもよいし、双方の回転数が同じであってもよい。定常運転用の回転数は、通常の方法により、外気温度、放熱器２３に流入する水の温度および放熱器２３で加熱すべき水の目標温度に基づいて決定される。定常運転用の回転数は、目標回転数Ｆ１，Ｆ２を決定するステップＳ３の前に決定してもよいし、ステップＳ７の直前に決定してもよい。

なお、目標回転数Ｆ１，Ｆ２は双方の圧縮機構２１，２２の吐出温度差を小さくするように決められるため、一方の吐出温度が所定値を上回ったときには他方の吐出温度も同程度の温度になっていると想定される。このような観点から本実施形態では一方の吐出温度が所定値を上回ったときに温度差調整運転を終了している。ただし、制御装置７は、第１圧縮機構２１の吐出温度Ｔ_d1が所定値Ｔ_da1を上回り、かつ、第２圧縮機構２２の吐出温度Ｔ_d2が所定値Ｔ_da2を上回ったときに、温度差調整運転を終了してもよい。この点は、後述する第３および第４実施形態でも同様である。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１電動機３２を第２電動機３４よりも大きな回転数で回転させる温度差調整運転を行うことにより、膨張機構２４と連結された第１圧縮機構２１の吐出温度と第２圧縮機構２２の吐出温度の温度差を低減できる。これにより、起動時における第２圧縮機構２２の吐出温度の過剰上昇を抑え、第２圧縮機構２２の信頼性を確保することができる。

さらに、本実施形態では、外気温度センサ６３で検出される外気温度が低いほど、温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差が大きくされる。これにより、双方の圧縮機構２１，２２の吐出温度を比較的に短時間で目標温度まで上昇させることができる。

なお、起動運転の間は、バイパス弁４１の開度が一定に保たれていてもよいが、双方の圧縮機２Ａ，２Ｂを急速に加熱できるようにバイパス弁４１の開度を調整してもよい。本実施形態のような温度差調整運転を行う場合は、バイパス弁４１の開度の調整を同時に行うとより効果的である。

＜変形例＞
前記実施形態では、図３に示すように温度差調整運転における第１電動機３２および第２電動機３４の回転数ｆ１，ｆ２が目標回転数Ｆ１，Ｆ２に保たれているが、第１電動機３２および第２電動機３４の回転数ｆ１，ｆ２をいったん目標回転数Ｆ１，Ｆ２にした後は、第１圧縮機構２１の吐出温度Ｔ_d1および／または第２圧縮機構２２の吐出温度Ｔ_d2に応じて、第１電動機３２の回転数ｆ１および／または第２電動機３４の回転数ｆ２を変化させてもよい。ただし、その場合でも、起動運転の間はｆ１＞ｆ２の関係を満たすようにする。

また、前記実施形態では、制御装置７が、外気温度センサ６３で検出される外気温度が低いほど、温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差を大きくする。しかしながら、双方の圧縮機構２１，２２の吐出温度を比較的に短時間で目標温度まで上昇させるには、次の５つの例のようにしてもよい。

１つ目の例では、第１密閉容器３Ａに当該第１密閉容器３Ａの温度を検出する第１密閉容器温度センサ６４（図４参照）を設け、第１密閉容器温度センサ６４で検出される温度が低いほど、制御装置７により温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差を大きくする。２つ目の例では、第２密閉容器３Ｂに当該第２密閉容器３Ｂの温度を検出する第２密閉容器温度センサ６５（図７参照）を設け、第２密閉容器温度センサ６５で検出される温度が低いほど、制御装置７により温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差を大きくする。３つ目の例では、双方の密閉容器温度センサ６４，６５を用い、第１密閉容器温度センサ６４で検出される温度と第２密閉容器温度センサ６５で検出される温度との差が大きいほど、制御装置７により温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差を大きくする。４つ目の例では、供給管８１に放熱器２３に流入する水の温度を検出する水温度センサ６６（図８参照）を設け、水温度センサで検出される温度が低いほど、制御装置７により温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差を大きくする。５つ目の例では、冷凍サイクル装置１００の休止時間（前回の運転終了からの経過時間）が長いほど、制御装置７により温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差を大きくする。なお、これらの５つの例および前記実施形態で採用した構成は、任意に組み合わせ可能である。

また、前記実施形態では、第１圧縮機構２１および第２圧縮機構２２の吐出温度を検出し、ステップＳ７の条件が満たされたときに温度差調整運転を終了しているが、吐出温度を検出せずに双方の電動機３２，３４の起動からの経過時間により温度差調整運転を終了してもよい。

（第２実施形態）
図４に、本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置２００を示す。なお、本実施形態では、第１実施形態と同一の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。この点は、後述する第３および第４実施形態でも同様である。

本実施形態の冷凍サイクル装置２００が第１実施形態の冷凍サイクル装置１００と異なる点は、外気温度センサ６３（図１参照）の代わりに第１密閉容器温度センサ６４が用いられている点と、図６に示すように制御装置７が温度差調整運転において第１電動機３２のみを回転させる点である。すなわち、温度差調整運転における第２電動機３４の回転数はゼロであってもよい。なお、本実施形態の冷凍サイクル装置２００の動作は第１実施形態の冷凍サイクル装置１００の動作と同じである。

次に、制御装置７が行う起動運転時の制御を、図５のフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、制御装置７は、第１密閉容器温度センサ６４で第１密閉容器３Ａの温度を検出する（ステップＳ１１）。次に、制御装置７は、検出された第１密閉容器３Ａの温度に基づいて、起動運転において冷凍サイクル装置１００全体を温めるのに必要な必要加熱量を決定する（ステップＳ１２）。ここで、第１密閉容器３Ａの温度が低い場合には、第１圧縮機２Ａ自体を温めるのに多くの熱量が必要になるため、必要加熱量を大きくすることが好ましい。そこで、制御装置７は、検出された第１密閉容器３Ａの温度が低いほど、必要加熱量を大きくする。

その後、制御装置７は、決定した必要加熱量に基づいて、起動運転における第１電動機３２の目標回転数Ｆ１と第２電動機３４の目標回転数Ｆ２を決定する（ステップＳ１３）。ただし、制御装置７は、必要加熱量が大きいほど、換言すれば検出された第１密閉容器３Ａの温度が低いほど、温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差が大きくなるように目標回転数Ｆ１を大きくする。本実施形態では、第２電動機３４の目標回転数Ｆ２は、第１電動機３２の目標回転数Ｆ１と同じであってもそれより大きくてもよい。また、第２電動機３４の目標回転数Ｆ２は、定常運転用の回転数と同じであってもよい。

目標回転数Ｆ１，Ｆ２を決定した後は、制御装置７は、第１電動機３２の起動を開始し、第１電動機３２を目標回転数Ｆ１まで回転させる（ステップＳ１４）。これにより、温度差調整運転が開始される。そして、制御装置７は、第１吐出温度センサ６１で検出される第１圧縮機構２１の吐出温度Ｔ_d1が予め定められた所定値Ｔ_da1を上回るまで、第１電動機３２の回転数ｆ１を目標回転数Ｆ１に維持する（ステップＳ１５，Ｓ１６）。なお、所定値Ｔ_da1は第１実施形態で説明しているので、ここでの説明は省略する。

時間が経過し、ステップＳ１６の条件が満たされたときは、第１圧縮機２Ａが十分に加熱されたと判断できる。そこで、制御装置７は、温度差調整運転を終了して第２電動機３４の駆動を開始し、第２電動機３４を目標回転数Ｆ２まで回転させる（ステップＳ１７）。その後、所定時間が経過したときまたは第２吐出温度センサ６２で検出される第２圧縮機構２２の吐出温度Ｔ_d2が予め定められた所定値Ｔ_da2を上回ったときに、第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２を定常運転用の回転数に変更し（ステップＳ１８）、起動運転から定常運転に移行する。

本実施形態のように制御した場合でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜変形例＞
前記実施形態では、第１圧縮機構２１の吐出温度を検出し、ステップＳ１６の条件が満たされたときに温度差調整運転を終了しているが、吐出温度を検出せずに第１電動機３２の起動からの経過時間により温度差調整運転を終了してもよい。

さらに、図７に示す変形例の冷凍サイクル装置２００’のように、第１密閉容器温度センサ６４に代えて第２密閉容器温度センサ６５を用いてもよい。第２密閉容器３Ｂの温度が低い場合には、第２圧縮機２Ｂ自体を温めるのに多くの熱量が必要になるため、必要加熱量を大きくすることが好ましい。そこで、制御装置７は、検出された第２密閉容器３Ｂの温度が低いほど、必要加熱量を大きくしてもよい。

また、第１密閉容器３Ａの温度を効果的に高めるためには、均油管３０に開閉弁を設け、第１電動機３２のみを回転させる温度差調整運転の間は開閉弁を閉じ、均油管３０を通じて流れる油を介した熱移動を防ぐようにしてもよい。

（第３実施形態）
図８に、本発明の第３実施形態に係る冷凍サイクル装置３００を示す。本実施形態の冷凍サイクル装置３００が第１実施形態の冷凍サイクル装置１００と異なる点は、均油管３０に開閉弁３０ａが設けられている点と、外気温度センサ６３（図１参照）の代わりに水温度センサ６６が用いられている点と、図１０に示すように制御装置７が温度差調整運転の前に第１電動機３２を第２電動機３４よりも小さな回転数で回転させる予備運転を行う点である。なお、本実施形態の冷凍サイクル装置３００の動作は第１実施形態の冷凍サイクル装置１００の動作と同じである。

次に、制御装置７が行う起動運転時の制御を、図９のフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、制御装置７は、水温度センサ６６で水温度を検出する（ステップＳ２１）。次に、制御装置７は、検出された水温度に基づいて、起動運転において冷凍サイクル装置１００全体を温めるのに必要な必要加熱量を決定する（ステップＳ２２）。ここで、水温度が低い場合には、水を所定温度まで加熱するのに多くの熱量が必要になるため、必要加熱量を大きくすることが好ましい。そこで、制御装置７は、検出された水温度が低いほど、必要加熱量を大きくする。

その後、制御装置７は、決定した必要加熱量に基づいて、起動運転における第１電動機３２の目標回転数Ｆ１と第２電動機３４の目標回転数Ｆ２を決定するとともに、予備運転における第１電動機３２の目標予備回転数Ｆ１’と第２電動機３４の目標予備回転数Ｆ２’を決定する（ステップＳ２３）。ただし、温度差調整運転における第１電動機３２の目標回転数Ｆ１を第２電動機３４の目標回転数Ｆ２よりも大きくする。また、予備運転における第１電動機３２の目標予備回転数Ｆ１’を第２電動機３４の目標予備回転数Ｆ２’よりも小さくする。さらに、制御装置７は、必要加熱量が大きいほど、換言すれば検出された水温度が低いほど、温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差が大きくなるように目標回転数Ｆ１，Ｆ２を決定する。また、制御装置７は、必要加熱量が大きいほど、換言すれば検出された水温度が低いほど、予備運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差が大きくなるように目標予備回転数Ｆ１’，Ｆ２’を決定する。なお、予備運転における目標予備回転数Ｆ２’は、温度差調整運転における目標回転数Ｆ２以上であってもよいが、目標回転数Ｆ２未満であることが好ましい。

予備運転の目的は、第１圧縮機２Ａの方に油を偏らせることである。一般に、回転数が大きくなるほど圧縮機から吐出される油の量は増える。このような観点から、予備運転における第１電動機３２の目標予備回転数Ｆ１’を第２電動機３４の目標予備回転数Ｆ２’よりも小さくする。なお、予備運転における目標予備回転数Ｆ１’は、目標予備回転数Ｆ２’の３分の２以下であることが好ましい。

目標回転数Ｆ１，Ｆ２および目標予備回転数Ｆ１’，Ｆ２’を決定した後は、制御装置７は、開閉弁３０ａを閉じた上で（ステップＳ２４）、第１電動機３２および第２電動機３４の起動を開始し、第１電動機３２を目標予備回転数Ｆ１’まで回転させるとともに、第２電動機３４を目標予備回転数Ｆ２’まで回転させる（ステップＳ２５）。これにより、予備運転が開始される。そして、制御装置７は、内蔵するタイマーで検出される運転時間Ｘが予め定められた設定時間Ｘ_a（例えば、２〜３分）を超えるまで、第１電動機３２の回転数ｆ１および第２電動機３４の回転数ｆ２をそれぞれ目標予備回転数Ｆ１’，Ｆ２’に維持する（ステップＳ２６，Ｓ２７）。

運転時間Ｘが設定時間Ｘ_aを超えたときは、制御装置７は、予備運転を終了し、第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２を目標回転数Ｆ１，Ｆ２に変更する（ステップＳ２８）。これにより、温度差調整運転が開始される。そして、制御装置７は、第１吐出温度センサ６１で検出される第１圧縮機構２１の吐出温度Ｔ_d1が予め定められた所定値Ｔ_da1を上回るか、または第２吐出温度センサ６２で検出される第２圧縮機構２２の吐出温度Ｔ_d2が予め定められた所定値Ｔ_da2を上回るまで、第１電動機３２の回転数ｆ１および第２電動機３４の回転数ｆ２をそれぞれ目標回転数Ｆ１，Ｆ２に維持する（ステップＳ２９，Ｓ３０）。

時間が経過し、ステップＳ３０の条件が満たされたときは、双方の圧縮機２Ａ，２Ｂが十分に加熱されたと判断できる。そこで、制御装置７は、開閉弁３０ａを開けた上で（ステップＳ３１）、温度差調整運転を終了して第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２を定常運転用の回転数に変更し（ステップＳ３２）、起動運転から定常運転に移行する。

第１電動機３２の回転数ｆ１が第２電動機３４の回転数ｆ２よりも大きな温度差調整運転においては、第１圧縮機２Ａから吐出される油の量が大２圧縮機２Ｂから吐出される油の量よりも多いため、条件によっては第１圧縮機２Ａ内の油の量が極端に少なくなることもある。油の極端な不足は潤滑不良を招き、その結果、摺動部の発熱により第１圧縮機構２１の吐出温度が極端に上昇するおそれがある。従って、第１圧縮機２Ａ内の油の不足を避けるような起動運転を行うことが望まれる。

そこで、本実施形態のように、温度差調整運転の前に、開閉弁３０ａを閉めた状態で第１電動機３２を第２電動機よりも小さな回転数で回転させる予備運転を行えば、温度差調整運転の前に第１圧縮機２Ａの方に油を偏らせることができ、その状態で温度差調整運転を行うことができる。これにより、温度差調整運転において第１圧縮機２Ａ内に油が不足することを抑制することができる。

＜変形例＞
前記実施形態では、タイマーにより温度差調整運転の終了のタイミングを決定しているが、第１密閉容器３Ａ内に形成される油溜まりの油面を検出する油面センサを設け、油面センサで検出される油面が所定レベル以上となったときに予備運転を終了してもよい。

（第４実施形態）
図１１に、本発明の第４実施形態に係る冷凍サイクル装置４００を示す。前記第３実施形態では、制御装置７が予備運転において第１電動機３２と第２電動機３４の双方を回転させているが、本実施形態のように、制御装置４は、予備運転において第２電動機３４のみを回転させてもよい。第１圧縮機２Ａを冷媒が経由しなくても、第２圧縮機２Ｂの稼働により第１配管１１内と第１密閉容器３Ａ内とで圧力差が生じ、この影響で第１配管１１を通じて第１密閉容器３Ａ内に徐々に油が補給される。なお、本実施形態の構成は、第３実施形態の構成から水温度センサ６６（図８参照）を除いたものである。

次に、制御装置７が行う起動運転時の制御を、図１２のフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、制御装置７は、内蔵するタイマーで冷凍サイクル装置４００の休止時間を検出する（ステップＳ４１）。次に、制御装置７は、検出された休止時間に基づいて、起動運転において冷凍サイクル装置１００全体を温めるのに必要な必要加熱量を決定する（ステップＳ４２）。ここで、休止時間が長い場合には、第１圧縮機２Ａおよび第２圧縮機２Ｂ自体が加熱状態から冷め、温度が下がった状態となっているため、必要加熱量を大きくすることが好ましい。そこで、制御装置７は、検出された休止時間が低いほど、必要加熱量を大きくする。

その後、制御装置７は、決定した必要加熱量に基づいて、起動運転における第１電動機３２の目標回転数Ｆ１と第２電動機３４の目標回転数Ｆ２を決定する（ステップＳ４３）。ただし、熱容量が大きな第１圧縮機２Ａ側の目標回転数Ｆ１を第２圧縮機２Ｂ側の目標回転数Ｆ２よりも大きくする。さらに、制御装置７は、必要加熱量が大きいほど、換言すれば検出された休止時間が長いほど、温度差調整運転における第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２の差が大きくなるように目標回転数Ｆ１，Ｆ２を決定する。

目標回転数Ｆ１，Ｆ２を決定した後は、制御装置７は、開閉弁３０ａを閉じた上で（ステップＳ４４）、第２電動機３４の起動を開始し、第２電動機３４を目標回転数Ｆ２まで回転させる（ステップＳ４５）。これにより、予備運転が開始される。そして、制御装置７は、内蔵するタイマーで検出される運転時間Ｘが予め定められた設定時間Ｘ_b（例えば、２〜３分）を超えるまで、第２電動機３４の回転数ｆ２を目標回転数Ｆ２に維持する（ステップＳ４６，Ｓ４７）。

運転時間Ｘが設定時間Ｘ_bを超えたときは、制御装置７は、予備運転を終了し、第１電動機３２の起動を開始し、第１電動機３２を目標回転数Ｆ１まで回転させる（ステップＳ４８）。これにより、温度差調整運転が開始される。そして、制御装置７は、第１吐出温度センサ６１で検出される第１圧縮機構２１の吐出温度Ｔ_d1が予め定められた所定値Ｔ_da1を上回るか、または第２吐出温度センサ６２で検出される第２圧縮機構２２の吐出温度Ｔ_d2が予め定められた所定値Ｔ_da2を上回るまで、第１電動機３２の回転数ｆ１および第２電動機３４の回転数ｆ２をそれぞれ目標回転数Ｆ１，Ｆ２に維持する（ステップＳ４９，Ｓ５０）。

時間が経過し、ステップＳ５０の条件が満たされたときは、双方の圧縮機２Ａ，２Ｂが十分に加熱されたと判断できる。そこで、制御装置７は、開閉弁３０ａを開けた上で（ステップＳ５１）、温度差調整運転を終了して第１電動機３２の回転数ｆ１と第２電動機３４の回転数ｆ２を定常運転用の回転数に変更し（ステップＳ５２）、起動運転から定常運転に移行する。

本実施形態のように制御した場合でも、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜変形例＞
前記実施形態では、タイマーにより温度差調整運転の終了のタイミングを決定しているが、第１密閉容器３Ａ内に形成される油溜まりの油面を検出する油面センサを設け、油面センサで検出される油面が所定レベル以上となったときに予備運転を終了してもよい。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、給湯機、冷凍または空調機器などのヒートポンプ装置として利用することができる。

２Ａ 第１圧縮機（膨張機一体型圧縮機）
２Ｂ 第２圧縮機
２１ 第１圧縮機構
２２ 第２圧縮機構
２３ 放熱器
２４ 膨張機構
２５ 蒸発器
２６ 内部熱交換器
３Ａ 第１密閉容器
３Ｂ 第２密閉容器
３０ 均油管
３０ａ 開閉弁
３１，３３ 回転軸
３２ 第１電動機
３４ 第２電動機
６１ 第１吐出温度センサ
６２ 第２吐出温度センサ
６３ 外気温度センサ
６４ 第１密閉容器温度センサ
６５ 第２密閉容器温度センサ
６６ 水温度センサ
７ 制御装置
１００，２００，２００’，３００，４００ 冷凍サイクル装置

Claims (14)

1. 冷凍サイクル装置であって、
   冷媒を圧縮する第１圧縮機構、膨張する冷媒から動力を回収する膨張機構、ならびに回転軸により前記第１圧縮機構および前記膨張機構と連結された第１電動機を含む第１圧縮機と、
   冷媒を圧縮する第２圧縮機構であって冷媒回路中で前記第１圧縮機構と並列に接続される第２圧縮機構、および回転軸により前記第２圧縮機構と連結された第２電動機を含む第２圧縮機と、
   前記第１圧縮機構および前記第２圧縮機構から吐出される冷媒を放熱させる放熱器と、
   前記膨張機構から吐出される冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記冷凍サイクル装置を立ち上げる起動運転の際に、前記第１電動機を前記第２電動機よりも大きな回転数で回転させる温度差調整運転を行う制御装置と、
   を備える、冷凍サイクル装置。
2. 外気温度を検出する外気温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記外気温度センサで検出される温度が低いほど、前記温度差調整運転における前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数の差を大きくする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第１圧縮機は、前記第１圧縮機構、前記膨張機構および前記第１電動機を収容する第１密閉容器を含み、
   前記第１密閉容器の温度を検出する第１密閉容器温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１密閉容器温度センサで検出される温度が低いほど、前記温度差調整運転における前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数の差を大きくする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第２圧縮機は、前記第２圧縮機構および前記第２電動機を収容する第２密閉容器を含み、
   前記第２密閉容器の温度を検出する第２密閉容器温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第２密閉容器温度センサで検出される温度が低いほど、前記温度差調整運転における前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数の差を大きくする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第１圧縮機は、前記第１圧縮機構、前記膨張機構および前記第１電動機を収容する第１密閉容器を含み、
   前記第２圧縮機は、前記第２圧縮機構および前記第２電動機を収容する第２密閉容器を含み、
   前記第１密閉容器の温度を検出する第１密閉容器温度センサと、前記第２密閉容器の温度を検出する第２密閉容器温度センサと、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１密閉容器温度センサで検出される温度と前記第２密閉容器温度センサで検出される温度との差が大きいほど、前記温度差調整運転における前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数の差を大きくする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記放熱器は、冷媒と水との間で熱交換を行わせて水を加熱する熱交換器であり、
   前記放熱器に流入する水の温度を検出する水温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記水温度センサで検出される温度が低いほど、前記温度差調整運転における前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数の差を大きくする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記制御装置は、前記冷凍サイクル装置の休止時間が長いほど、前記温度差調整運転における前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数の差を大きくする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記第１圧縮機構から吐出される冷媒の温度を検出する第１吐出温度センサと、前記第２圧縮機構から吐出される冷媒の温度を検出する第２吐出温度センサと、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１吐出温度センサで検出される温度または前記第２吐出温度センサで検出される温度が予め定められた所定値を上回ったときに、前記温度差調整運転を終了し、前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数を定常運転用の回転数に変更する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記第１圧縮機構から吐出される冷媒の温度を検出する第１吐出温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１吐出温度センサで検出される温度が予め定められた所定値を上回ったときに、前記温度差調整運転を終了する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記制御装置は、前記温度差調整運転において前記第１電動機と前記第２電動機の双方を回転させる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記制御装置は、前記温度差調整運転において前記第１電動機のみを回転させる、請求項１〜７，９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記制御装置は、前記温度差調整運転の前に、前記第１電動機を前記第２電動機よりも小さな回転数で回転させる予備運転を行う、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記第１圧縮機は、前記第１圧縮機構、前記膨張機構および前記第１電動機を収容する第１密閉容器を含み、
    前記第２圧縮機は、前記第２圧縮機構および前記第２電動機を収容する第２密閉容器を含み、
    前記第１密閉容器および前記第２密閉容器の内部には油溜まりが形成されており、前記油溜まり同士を連通する均油管をさらに備え、前記均油管には開閉弁が設けられている、請求項１２に記載の冷凍サイクル装置。
14. 冷媒として二酸化炭素が用いられている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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