JPWO2010122812A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置１００は、膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２を備えている。膨張機一体型圧縮機１０１の第１オイル溜まり１３は、連絡管３０によって第２圧縮機１０２の第２オイル溜まり１４に連通している。連絡管３０には、連絡管３０内のオイルの流れを遮断できる第１弁３１が設けられている。冷凍サイクル装置１００の運転を停止する際、（ａ）連絡管３０を通じて第２オイル溜まり１４のオイルを第１オイル溜まり１３へと移動させるための第１運転を含むオイル量調整運転と、（ｂ）第１弁３１を閉じるステップ、膨張機一体型圧縮機１０１を停止するステップ、および、第２圧縮機１０２を停止するステップを含む停止処理とを実行する。

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置は、給湯機や空調機等の様々な分野で応用されている。大能力の冷凍サイクル装置には、大能力の圧縮機が必要である。特許文献１には、複数台の圧縮機を並列に接続することによって、冷凍サイクル装置の大能力化を図る技術が開示されている。特許文献１に開示されている圧縮機を図１３に示す。

図１３に示すように、連結圧縮機７００は、第１圧縮機７０１ａおよび第２圧縮機７０１ｂを備えている。第１圧縮機７０１ａの上部と第２圧縮機７０１ｂの上部とが、均圧管７０７によって接続されている。第１圧縮機７０１ａの底部と第２圧縮機７０１ｂの底部とが、均油管７０８によって接続されている。均油管７０８を通じて、第１圧縮機７０１ａと第２圧縮機７０１ｂとの間をオイルが往来できるため、各圧縮機でのオイルの過不足が起こらない。

一方で、昨今、冷凍サイクル装置の省エネルギー化に関する研究開発が活発に行われている。省エネルギー化に関する技術の一つとして、膨張機一体型圧縮機の開発が進められている。膨張機一体型圧縮機は、圧縮機と膨張機とがシャフトで連結された流体機械のことである。特許文献２に開示されている膨張機一体型圧縮機を図１４に示す。

図１４に示すように、膨張機一体型圧縮機８００は、密閉容器８０２と、密閉容器８０２内の下部に配置された圧縮機構８０１と、密閉容器８０２内の上部に配置された膨張機構８０４とを備えている。圧縮機構８０１と膨張機構８０４とがシャフト８０３によって連結されている。密閉容器８０２の底部にはオイル溜まり８０５が形成されている。シャフト８０３の下端には、膨張機構８０４にオイルを供給するためのオイルポンプ８０８が設けられている。膨張機構８０４で冷媒から回収された動力は、シャフト８０３を介して圧縮機構８０１に伝達される。これにより、圧縮機構８０１を駆動するためのモータの負荷を軽減できる。

また、必要なオイルレベルが互いに異なる圧縮機同士を配管で接続し、オイルを確保する技術が特許文献３に開示されている。特許文献３に開示された構成を図１５に示す。

冷凍サイクル装置９００は、主圧縮機９０１と、第２圧縮機９０２と、放熱器９０３と、膨張弁９０４と、蒸発器９０５とを備えている。これらは配管９０６で接続されている。主圧縮機９０１は、圧縮機構９０７と第１密閉容器９０８とを有する。第1密閉容器９０８の底部にはオイル９０９が溜められている。第２圧縮機９０２は、圧縮機構９１０と第２密閉容器９１１とを有する。第２密閉容器９１１の底部にもオイル９０９が溜められている。

第１密閉容器９０８の底面の高さは、第２密閉容器９１１の底面の高さに一致していない。そのため、主圧縮機９０１に必要なオイルレベルは、第２圧縮機９０２に必要なオイルレベルと異なる。第１密閉容器９０８の底部は、第１均油管９１２で第２密閉容器９１１の底部に接続されている。第１均油管９１２には、第２密閉容器９１１内のオイル９０９が第１密閉容器９０８内へと流れるのを防止する逆止弁９１３が設けられている。さらに、第２密閉容器９１１と主圧縮機９０１の吸入管９１４とが第２均油管９１５で接続されている。第２均油管９１５は、第２圧縮機９０２のオイルレベルの下限Ａよりも高い位置で第２密閉容器９１１に接続されている。

圧縮機構９１０には第２密閉容器９１１の外部から冷媒が直接流入する。冷媒は、配管を通じて圧縮機構９１０から第２密閉容器９１１の外部に直接流出する。第２密閉容器９１１の内部圧力は圧縮機構９１０の内部圧力に依存しない。第２密閉容器９１１内のオイルレベルが下限Ａを超えた場合、オイル９０９は第２均油管９１５を通じて吸入管９１４に流入し、第１密閉容器９０８へと返される。第２密閉容器９１１から第１密閉容器９０８へのオイル９０９の流れは逆止弁９１３によって阻止される。したがって、密閉容器９０８および９１１の底面の高さを揃えたり、オイルレベルを維持するための特別な制御をしたりしなくても、密閉容器９０８および９１１内のオイルレベルは自動的に適切な高さに保たれる。

特開平７−３５０４５号公報 特開２００５−２９９６３２号公報 国際公開２００７／０２３５９９号公報

図１４に示す膨張機一体型圧縮機８００では、オイルポンプ８０８で膨張機構８０４に給油する。圧縮機構８０１には、オイル溜まり８０５のオイルが直接供給されうる。そのため、圧縮機構８０１の上側シリンダ８０１ａに給油できる高さにオイルレベルがあることが必要となる。

図１３に示す第２圧縮機７０１ｂに代えて膨張機一体型圧縮機８００を用いた場合、圧縮機構８０１の上側シリンダ８０１ａは、第１圧縮機構７０３ａへの給油路の入口７０５ａよりも相対的に上に位置する。つまり、膨張機一体型圧縮機８００のオイルレベルを第１圧縮機７０１ａのオイルレベルよりも高く維持する必要がある。

冷凍サイクル装置の停止時には、第１密閉容器７０２ａの内部圧力が密閉容器８０２の内部圧力に一致する。そのため、第１圧縮機７０１ａのオイルレベルと膨張機一体型圧縮機８００のオイルレベルとが一致する。第１圧縮機７０１ａのオイルレベルは、必要なオイルレベルよりも高くなり、膨張機一体型圧縮機８００のオイルレベルは、必要なオイルレベルを下回る。このような状態で膨張機一体型圧縮機８００を起動すると、圧縮機構８０１の上側シリンダ８０１ａに給油できず、潤滑不良を招く可能性がある。必要なオイルレベルを確保するために、台を用いて第１圧縮機７０１ａを底上げすることも考えられる。しかし、その場合には、製造コストや信頼性の再検討が必要となる。

図１５に示す冷凍サイクル装置９００では、第２均油管９１５および吸入管９１４を通じてオイルが第１密閉容器９０８に戻る。第１密閉容器９０８内は圧縮機構９０７の吸入冷媒で満たされている必要がある。そのため、密閉容器内を圧縮冷媒で満たす高圧シェル型の圧縮機に、図１５に示す技術を適用するのは困難である。

本発明の目的は、複数台の圧縮機のオイルレベルを適切に確保することにある。

すなわち、本発明は、
第１密閉容器と、前記第１密閉容器の底部に形成された第１オイル溜まりと、前記第１密閉容器内に配置された第１圧縮機構と、前記第１密閉容器内に配置された膨張機構と、前記第１圧縮機構と前記膨張機構とを接続している第１シャフトと、を含む膨張機一体型圧縮機と、
第２密閉容器と、前記第２密閉容器の底部に形成された第２オイル溜まりと、前記第２密閉容器内に配置された第２圧縮機構と、を含む第２圧縮機と、
前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記第１オイル溜まりと前記第２オイル溜まりとを連通している連絡通路と、
前記連絡通路に設けられ、前記連絡通路内のオイルの流れを遮断できる第１弁と、
当該冷凍サイクル装置の運転停止契機を取得することに応じて、（ａ）前記連絡通路を通じて前記第２オイル溜まりのオイルを前記第１オイル溜まりへと移動させるための第１運転を含むオイル量調整運転と、（ｂ）前記第１弁を閉じるステップ、前記膨張機一体型圧縮機を停止するステップ、および、前記第２圧縮機を停止するステップを含む運転停止処理とを実行するコントローラと、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。

本発明によると、冷凍サイクル装置の運転を停止する際に、オイル量調整運転を実行して第２オイル溜まりのオイルを第１オイル溜まりへと移動させる。オイル量を調整できたら第１弁を閉じて連絡通路内のオイルの行き来を遮断する。第１弁を閉じれば、冷凍サイクル装置の運転停止後、第１密閉容器の内部圧力が第２密閉容器の内部圧力に等しくなったとしても、連絡経路を通じてオイルが移動するのを防げる。したがって、次に冷凍サイクル装置を起動するときに膨張機一体型圧縮機に必要なオイルレベルを超える量のオイルを第１オイル溜まりに確保できる。同様に、第２圧縮機に必要なオイルレベルを超える量のオイルを第２オイル溜まりに確保できる。その結果、冷凍サイクル装置の起動時に膨張機一体型圧縮機および第２圧縮機がオイル不足に陥るのを防止でき、ひいては冷凍サイクル装置の信頼性が高まる。

本発明の第１実施形態にかかる冷凍サイクル装置の構成図 図１に示す膨張機一体型圧縮機および第２圧縮機の縦断面図 図１に示す冷凍サイクル装置の運転手順を示すフローチャート 図３に示す終了運転のフローチャート 図４に示すオイル量調整運転のフローチャート オイル量調整運転の他のフローチャート オイル量調整運転のさらに他のフローチャート オイル量調整運転のさらに他のフローチャート 図４に示すオイル回収運転のフローチャート 図３に示す終了運転の他のフローチャート 通常運転時の異常停止を考慮した運転手順を示すフローチャート オイル量調整運転時の異常停止を考慮した運転手順を示すフローチャート 連絡管の他の接続位置を示す構成図 本発明の第２実施形態にかかる膨張機一体型圧縮機および第２圧縮機の縦断面図 その他の実施形態にかかる冷凍サイクル装置の構成図 従来の圧縮機の縦断面図 従来の膨張機一体型圧縮機の縦断面図 従来の冷凍サイクル装置の構成図

（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかる冷凍サイクル装置の構成図である。図２は、図１に示す膨張機一体型圧縮機および第２圧縮機の縦断面図である。図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置１００は、膨張機一体型圧縮機１０１、第２圧縮機１０２、放熱器４および蒸発器６を備えている。冷媒回路が形成されるように、これらが配管３ａ〜３ｄで接続されている。膨張機一体型圧縮機１０１と第２圧縮機１０２との間をオイル（冷凍機油）が往来できるように、膨張機一体型圧縮機１０１と第２圧縮機１０２とが連絡管３０（連絡経路）によって接続されている。

冷媒回路には、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボン等の冷媒が充填されている。二酸化炭素を使用すると、冷媒回路における高低圧差が大きくなり、より多くの膨張エネルギーを回収可能となる。そのため、膨張機一体型圧縮機１０１を用いた動力回収式の冷凍サイクル装置１００の冷媒として、二酸化炭素は好適である。本実施形態では、冷媒が冷媒回路を一定の方向に流れる。ただし、冷媒の流れ方向を変更できるように、冷媒回路に方向切替弁を設けてもよい。

冷凍サイクル装置１００は、さらに、運転を制御する手段としてのコントローラ４０を備えている。コントローラ４０として、入出力回路、演算回路、記憶装置等を含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）を使用できる。コントローラ４０は、膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の回転数を制御する。コントローラ４０は、また、後述する第１弁３１、第１流量調整弁３２および第２流量調整弁３３の制御も行う。

膨張機一体型圧縮機１０１は、第１密閉容器９、第１圧縮機構１、膨張機構５、第１モータ１１、第１オイルポンプ１５および第１シャフト２３を備えている。第１シャフト２３の軸方向が鉛直方向に平行である。第１圧縮機構１は、第１密閉容器９内の上部に配置されている。膨張機構５は、第１密閉容器９内の下部に配置されている。第１モータ１１は、第１圧縮機構１と膨張機構５との間に配置されている。第１シャフト２３により、第１圧縮機構１、膨張機構５および第１モータ１１が相互に連結されている。膨張機構５で冷媒から回収された動力が、第１シャフト２３を介して第１圧縮機構１に伝達される。これにより、第１モータ１１の負荷が軽減されて冷凍サイクル装置１００の効率が向上する。

第１密閉容器９は、上下が閉じられた円筒の形を有する。第１密閉容器９の底部には第１オイル溜り１３が形成されている。第１オイル溜まり１３には、第１圧縮機構１および膨張機構５の潤滑およびシールのためのオイルが溜められている。膨張機構５は、第１オイル溜まり１３のオイルに浸漬している。

本実施形態において、第１圧縮機構１および膨張機構５は、ともに容積式の流体機構である。具体的に、第１圧縮機構１はスクロール圧縮機構であり、膨張機構５は２段ロータリ膨張機構である。ただし、第１圧縮機構１および膨張機構５の型式に限定はなく、ロータリ式（ローリングピストン式、スイング式およびスライディングベーン式を含む）やスクロール式等の型式を適宜採用できる。

図２に示すように、第１シャフト２３は、圧縮シャフト２３ａおよび膨張シャフト２３ｂを含む。圧縮シャフト２３ａは第１圧縮機構１側に位置している部分であり、膨張シャフト２３ｂは膨張機構５側に位置している部分である。圧縮シャフト２３ａの内部には、軸方向に延びる給油経路２８ａが形成されている。膨張シャフト２３ｂの内部にも軸方向に延びる給油経路２８ｂが形成されている。圧縮シャフト２３ａと膨張シャフト２３ｂとは連結器２３ｃによって連結されている。そのため、第１圧縮機構１の回転数が膨張機構５の回転数に常に等しい。なお、連結器２３ｃを使用せず、圧縮シャフト２３ａと膨張シャフト２３ｂとが直接嵌め合わされていてもよい。第１シャフト２３が単一の部品で作られていてもよい。第１圧縮機構１の回転数と膨張機構５の回転数とが相違するように、ギア、クラッチ、トルクコンバータ等が設けられていてもよい。

第１オイルポンプ１５は、第１オイル溜まり１３のオイルを第１圧縮機構１に供給するために第１圧縮機構１と膨張機構５との間に配置されている。第１オイルポンプ１５は、例えば容積式のオイルポンプである。第１シャフト２３によって第１オイルポンプ１５が駆動されるように、第１シャフト２３が第１オイルポンプ１５の中を通っている。第１オイルポンプ１５は第１オイル溜まり１３に開口した吸入口２５を有する。つまり、第１オイル溜まり１３のオイルレベルは、吸入口２５よりも上にある。吸入口２５を通じて第１オイル溜まり１３のオイルが第１オイルポンプ１５に吸入され、給油経路２８ａに導かれる。オイルは、給油経路２８ａを通じて第１圧縮機構１へと供給される。

第１モータ１１は、第１圧縮機構１を駆動するために、第１オイルポンプ１５と第１圧縮機構１との間において第１シャフト２３（詳細には圧縮シャフト２３ａ）に同軸に取り付けられている。

第１モータ１１と第１オイルポンプ１５との間には、圧縮シャフト２３ａの下部を支持する第１軸受部材１７が設けられている。第１軸受部材１７は、例えば一枚の平らな円板でできており、第１密閉容器９に固定されている。第１軸受部材１７には、第１モータ１１によって引き起こされた旋回流で第１オイル溜まり１３のオイルがかき混ぜられるのを防止する役割もある。

第１オイルポンプ１５と膨張機構５の間には、流動抑制板２７が設けられている。流動抑制板２７と第１密閉容器９との間には、オイルが流通できる隙間が形成されている。流動抑制板２７の役割は、主に、流動抑制板２７よりも上にあるオイルと、流動抑制板２７よりも下にあるオイルとが混ざるのをなるべく防ぐことにある。流動抑制板２７として、例えば一枚または複数枚の平らな円板を使用できる。流動抑制板２７の法線方向は、第１シャフト２３の軸方向に平行である。流動抑制板２７の下側には、膨張機構５と流動抑制板２７の間に一定の距離を持たせるためのスペーサ４２が設けられている。スペーサ４２は、流動抑制板２７に一体化されていてもよいし、第１オイルポンプ１５に一体化されていてもよい。

第１密閉容器９には、さらに、吸入管７および吐出管１９が接続されている。吸入管７および吐出管１９は、それぞれ、配管３ｄおよび配管３ａの分岐部分を構成している。吸入管７は第１密閉容器９を貫通し、第１圧縮機構１に接続されている。冷媒は、第１密閉容器９の内部空間を経由せずに、吸入管７を通じて第１圧縮機構１に直接吸い込まれる。吐出管１９は、第１密閉容器９の内部空間に向かって開口している。本実施形態では、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒が第１密閉容器９の内部空間に吐出され、内部空間を流通した後、吐出管１９を通じて放熱器４に導かれる。つまり、膨張機一体型圧縮機１０１は、第１密閉容器９の内部空間が圧縮冷媒で満たされる高圧シェル型の圧縮機に属する。

第１密閉容器９には、さらに、吸入管２１および吐出管２２が接続されている。吸入管２１および吐出管２２は、それぞれ、第１密閉容器９を貫通し、膨張機構５に接続されている。冷媒は、第１密閉容器９の内部空間を経由せずに、吸入管２１を通じて膨張機構５に直接吸い込まれる。膨張した冷媒は、吐出管２２を通じて第１密閉容器９の外部に直接吐出される。

第２圧縮機１０２は、第２密閉容器１０、第２圧縮機構２、第２モータ１２、第２オイルポンプ１６および第２シャフト２４を備えている。第２シャフト２４の軸方向が鉛直方向に平行である。第２圧縮機構２は、第２密閉容器１０内の上部に配置されている。第２圧縮機構２、第２モータ１２および第２オイルポンプ１６が上からこの順番で並んでいる。

第２密閉容器１０は、上下が閉じられた円筒の形を有する。第２密閉容器１０の水平断面の面積は、例えば、第１密閉容器９の水平断面の面積に等しい。第２密閉容器１０の底部には、第２オイル溜まり１４が形成されている。第２オイル溜まり１４には、第２圧縮機構２の潤滑およびシールのためのオイルが溜められている。鉛直方向に関して、第２密閉容器１０の底面の高さは、第１密閉容器９の底面の高さに一致している。

本実施形態において、第２圧縮機構２も容積式の流体機構である。具体的に、第２圧縮機構２はスクロール圧縮機構である。ただし、第２圧縮機構２の型式にも限定はない。

第２シャフト２４は、第２圧縮機構２を駆動するための第２モータ１２と第２圧縮機構２とを同軸に連結している。第２シャフト２４の内部には、軸方向に延びる給油経路２９が形成されている。第２オイルポンプ１６は、第２オイル溜まり１４のオイルを第２圧縮機構２に供給するために第２シャフト２４の端部（下端部）に設けられている。第２オイルポンプ１６は、例えば容積式または遠心式のオイルポンプである。第２オイルポンプ１６は第２オイル溜まり１４に開口した吸入口２６を有する。つまり、第２オイル溜まり１４のオイルレベルは、吸入口２６よりも上にある。吸入口２６を通じて第２オイル溜まり１４のオイルが第２オイルポンプ１６に吸入され、給油経路２９に導かれる。オイルは、給油経路２９を通じて第２圧縮機構２へと供給される。

第２モータ１２と第２オイルポンプ１６との間には、第２シャフト２４の下部を支持する第２軸受部材１８が設けられている。第２軸受部材１８は、例えば一枚の平らな円板でできており、第２密閉容器１０に固定されている。第２軸受部材１８には、第２モータ１２によって引き起こされた旋回流で第２オイル溜まり１４のオイルがかき混ぜられるのを防止する役割もある。

第２密閉容器１０には、さらに、吸入管８および吐出管２０が接続されている。吸入管８および吐出管２０は、それぞれ、配管３ｄおよび配管３ａの分岐部分を構成している。吸入管８は第２密閉容器１０を貫通し、第２圧縮機構２に接続されている。冷媒は、第２密閉容器１０の内部空間を経由せずに、吸入管８を通じて第２圧縮機構２に直接吸い込まれる。吐出管２０は、第２密閉容器１０の内部空間に向かって開口している。本実施形態では、第２圧縮機構２で圧縮された冷媒が第２密閉容器１０の内部空間に吐出され、内部空間を流通した後、吐出管２０を通じて放熱器４に導かれる。つまり、第２圧縮機１０２は、第２密閉容器１０の内部空間が圧縮冷媒で満たされる高圧シェル型の圧縮機に属する。

冷媒回路において、第２圧縮機構２は第１圧縮機構１に対して並列に配置されている。吐出管１９には、第１圧縮機構１で圧縮された冷媒を第１密閉容器９から放熱器４へと導く吐出経路（第１吐出経路）としての役割がある。同様に、吐出管２０には、第２圧縮機構２で圧縮された冷媒を第２密閉容器１０内から放熱器４へと導く吐出経路（第２吐出経路）としての役割がある。詳細には、吐出管１９および吐出管２０は、圧縮冷媒を放熱器４に導くための配管３ａの分岐部分を形成している。吸入管７および吸入管８は、圧縮するべき冷媒を第１圧縮機構１および第２圧縮機構２のそれぞれに導くための配管３ｄの分岐部分を形成している。したがって、冷媒は、蒸発器６で蒸発した後、第１圧縮機構１および第２圧縮機構２のどちらかで圧縮される。第１圧縮機構１で圧縮された冷媒と第２圧縮機構２で圧縮された冷媒とが合流して、放熱器４に流入する。また、吐出管１９および吐出管２０を介して、第１密閉容器９の内部空間と第２密閉容器１０の内部空間とが連通している。つまり、吐出管１９および吐出管２０は、均圧管としての役割も果たしている。

吐出管１９には、吐出管１９内の冷媒の流量を調整可能な第１流量調整弁３２が設けられている。吐出管２０には、吐出管２０内の冷媒の流量を調整可能な第２流量調整弁３３が設けられている。詳細には、膨張機一体型圧縮機１０１で圧縮された冷媒を放熱器４へと導く経路（吐出管１９）と、第２圧縮機１０２で圧縮された冷媒を放熱器４へと導く経路（吐出管２０）との合流点から見て膨張機一体型圧縮機１０１側に第１流量調整弁３２、第２圧縮機１０２側に第２流量調整弁３３が位置している。第１流量調整弁３２および第２流量調整弁３３が全開の場合、第１密閉容器９の内部圧力と第２密閉容器１０の内部圧力とは等しい。第１流量調整弁３２の開度を絞ると、第１密閉容器９の内部圧力を第２密閉容器１０の内部圧力よりも高くすることが可能である。同様に、第２流量調整弁３３の開度を絞ると、第２密閉容器１０の内部圧力を第１密閉容器９の内部圧力よりも高くすることが可能である。第１流量調整弁３２および第２流量調整弁３３から選ばれる少なくとも一方を後述するオイル量調整運転で使用できる。

連絡管３０は、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４とを連通している。言い換えれば、連絡管３０は、第１オイル溜まり１３のオイルを第２オイル溜まり１４に移動させること、および第２オイル溜まり１４のオイルを第１オイル溜まり１３に移動させることができる位置で、第１密閉容器９と第２密閉容器１０とを連通している。連絡管３０として、第１オイル溜まり１３から第２オイル溜まり１４に向かって真っ直ぐに延びる円管を使用できる。ただし、連絡管３０は円管に限定されず、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４とを連通させる通路であれば、その形状は問わない。また、連絡管３０が第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間で曲がっていてもよい。例えば、連絡管３０がクランク状に曲がっている場合、密閉容器９および１０への連絡管３０の接続作業（溶接や嵌め合わせ等）が容易化する。

連絡管３０には、連絡管３０内の物質の行き来（詳細にはオイルまたは冷媒の流れ）を遮断できる第１弁３１が設けられている。第１弁３１を開くと連絡管３０をオイルが流通できる状態になり、第１弁３１を閉じると連絡管３０をオイルが流通できない状態になる。第１弁３１として、一般的な開閉弁を使用できる。第１弁３１として、ノーマリークローズド弁を有利に使用できる。ノーマリークローズド弁は、作動信号を入力していない状態（非通電状態）で閉じ、作動信号を入力した状態（通電状態）で開く弁である。冷凍サイクル装置１００の通常の運転時において、第１弁３１は閉じている。そのため、第１弁３１がノーマリークローズド弁の場合、第１弁３１の消費電力を抑えることができる。また、後述するように、停電等の異常時の対策として、ノーマリークローズド弁を使用できる。

連絡管３０の一端は、第１密閉容器９の側壁を貫通し、第１オイル溜まり１３に開口している。第１密閉容器９内において、連絡管３０は、鉛直方向に関して第１オイルポンプ１５の吸入口２５と第１モータ１１との間に位置している開口部３５（第１開口部）を有する。詳細には、開口部３５は、吸入口２５と第１軸受部材１７との間に位置している。このような位置関係によると、仮に、第１弁３１が開いている場合でも、開口部３５より下のオイルは連絡管３０に流入しえない。つまり、第１オイルポンプ１５が第１オイル溜まり１３のオイルを確実に吸入できる。開口部３５の位置（開口部３５の下端）は、通常運転時において膨張機一体型圧縮機１０１に必要なオイルレベルの下限に一致していてもよい。

連絡管３０の一端は、第１密閉容器９の側壁を貫通し、第１オイル溜まり１３に開口している。第１密閉容器９内において、連絡管３０は、鉛直方向に関して第１オイルポンプ１５の吸入口２５と第１モータ１１との間に位置している開口部３５（第１開口部）を有する。詳細には、開口部３５は、吸入口２５と第１軸受部材１７との間に位置している。このような位置関係によると、仮に、第１弁３１が開いている場合でも、開口部３５より下のオイルは連絡管３０に流入しえない。つまり、第１オイルポンプ１５が第１オイル溜まり１３のオイルを確実に吸入できる。開口部３５の位置（開口部３５の下端）は、通常運転時において膨張機一体型圧縮機１０１に必要なオイルレベルの下限に一致していてもよい。

同様に、連絡管３０の他端は、第２密閉容器１０の側壁を貫通し、第２オイル溜まり１４に開口している。第２密閉容器１０内において、連絡管３０は、鉛直方向に関して第２オイルポンプ１６の吸入口２６と第２モータ１２との間に位置している開口部３７（第２開口部）を有する。詳細には、開口部３７は、第２オイルポンプ１６の吸入口２６と第２軸受部材１８との間に位置している。このような位置関係によると、仮に、第１弁３１が開いている場合でも、開口部３７より下のオイルは連絡管３０に流入しえない。つまり、第２オイルポンプ１６が第２オイル溜まり１４のオイルを確実に吸入できる。開口部３７の位置（開口部３７の下端）は、通常運転時における第２圧縮機１０２に必要なオイルレベルの下限に一致していてもよい。

また、開口部３５が上記の位置に設定されている場合、次のような利点がある。すなわち、第２オイル溜まり１４のオイルレベルを全く監視せずに後述するオイル量調整運転（詳細には、第１の方法による運転）を実行したとしても、第２オイル溜まり１４のオイルレベルが開口部３７を下回った時点で、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へのオイルの移動が自動的に止まる。つまり、一定量以上のオイルを第２オイル溜まり１４に必ず確保できるので、第２オイルポンプ１６は第２オイル溜まり１４のオイルを確実に吸入できる。また、オイルレベルを検出するためのセンサを設けずに済むので、コスト増を回避できる。

同様に、開口部３５および３７が上記の位置に設定されている場合、次のような利点がある。すなわち、第１オイル溜まり１３のオイルレベルを全く監視せずに後述するオイル量調整運転（詳細には、第２の方法による運転）を実行したとしても、第１オイル溜まり１３のオイルレベルが開口部３５を下回った時点で、第１オイル溜まり１３から第２オイル溜まり１４へのオイルの移動が自動的に止まる。つまり、一定量以上のオイルを第１オイル溜まり１３に必ず確保できるので、第１オイルポンプ１５は第１オイル溜まり１３のオイルを確実に吸入できる。同様に、第２オイル溜まり１４のオイルレベルが開口部３７を下回った時点で、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へのオイルの移動が自動的に止まる。つまり、一定量以上のオイルを第２オイル溜まり１４に必ず確保できるので、第２オイルポンプ１６は第２オイル溜まり１４のオイルを確実に吸入できる。また、オイルレベルを検出するためのセンサを設けずに済むので、コスト増を回避できる。

第１オイルポンプ１５が膨張機構５の上に設けられているので、第１オイルポンプ１５の吸入口２５は、膨張機構を持たない第２圧縮機１０２の第２オイルポンプ１６の吸入口２６よりも上に位置している。つまり、冷凍サイクル装置１００の起動時に膨張機一体型圧縮機１０１に必要なオイルレベルは、鉛直方向に関して、同じく第２圧縮機１０２に必要なオイルレベルとは異なっている。開口部３５の位置を開口部３７の位置よりも高くすることにより、各圧縮機に必要なオイルレベルを確保できる。ただし、連絡管３０が水平方向に真っ直ぐ延びていてもよい。すなわち、鉛直方向に関して、開口部３５の位置と開口部３７の位置とが一致していてもよい。

また、連絡管３０を用いたオイル量調整運転によれば、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へと比較的高温のオイルが移動する。そのため、鉛直方向に関して、開口部３５が流動抑制板２７よりも上に位置していると、第２オイル溜まり１４からのオイルが流動抑制板２７よりも下に溜められた比較的低温のオイルと直接混ざるのを防止できる。これにより、膨張機構５から吐出された冷媒の温度上昇および圧縮機構１から吐出された冷媒の温度低下を防止でき、ひいては高効率な冷凍サイクル装置１００を実現できる。

次に、冷凍サイクル装置１００の運転について説明する。第１圧縮機構１が第１モータ１１によって駆動されると、冷媒は、吸入管７を通じて第１圧縮機構１に吸入されて圧縮される。圧縮された冷媒は、第１密閉容器９の内部空間および吐出管１９を通じて放熱器４に導かれる。同様に、第２圧縮機構２が第２モータ１２によって駆動されると、冷媒は、吸入管８を通じて第２圧縮機構２に吸入されて圧縮される。圧縮された冷媒は、第２密閉容器１０の内部空間および吐出管２０を通じて放熱器４に導かれる。放熱器４は、圧縮冷媒を冷却する。冷却された冷媒は、吸入管２１を通じて膨張機構５に吸入される。膨張機構５は、冷媒を膨張させるとともに、冷媒から動力を回収する。膨張した冷媒は、吐出管２２を通じて蒸発器６に導かれる。蒸発器６において、冷媒は、外部から熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は、吸入管７または８を通じて、圧縮機構１または２に再び吸入される。

第１密閉容器９の内部空間は、吐出管１９および吐出管２０を介して第２密閉容器１０の内部空間に連通しているので、冷媒は、第１密閉容器９と第２密閉容器１０との間を行き来できる。第１密閉容器９の内部圧力および第２密閉容器１０の内部圧力の一方が他方よりも高くなると、圧力差が駆動力となって一方から他方へと冷媒が流れる。その結果、両密閉容器９および１０の内部圧力が等しくなる。例えば、第１密閉容器９の内部圧力が第２密閉容器１０の内部圧力よりも高くなると、第１密閉容器９内の高圧の冷媒の一部が、吐出管１９および吐出管２０を通じて、第２密閉容器１０に流入する。

次に、オイルの挙動について説明する。膨張機一体型圧縮機１０１において、第１オイル溜まり１３のオイルは、第１オイルポンプ１５によって、給油経路２８ａを通じて第１圧縮機構１へと供給される。第１圧縮機構１に供給されたオイルは、第１圧縮機構１の各部を潤滑した後、冷媒とともに第１密閉容器９の内部空間に排出される。その後、オイルの大部分は、重力や遠心力で冷媒から分離され、第１オイル溜まり１３に戻る。冷媒から分離されなかった一部のオイルは、吐出管１９を通じて冷媒とともに第１密閉容器９の外に吐出され、冷媒回路を循環する。

膨張機構５には、第１シャフト２３（膨張シャフト２３ｂ）内に形成された給油経路２８ｂを通じて、第１オイル溜まり１３のオイルが供給される。オイルは、膨張機構５内と第１密閉容器９内との圧力差、および第１シャフト２３の回転に基づく遠心力で汲み上げられる。本実施形態では、膨張機構５が２段ロータリ膨張機構なので、ベーンとベーン溝とのすき間に第１オイル溜まり１３のオイルが直接供給される。膨張機構５に供給されたオイルの大部分は膨張機構５から第１オイル溜まり１３に排出される。第１オイル溜まり１３に排出されなかった残りのオイルは、吐出管２２を通じて冷媒とともに第１密閉容器９の外に吐出され、冷媒回路を循環する。

第２圧縮機１０２におけるオイルの挙動は、膨張機一体型圧縮機１０１の第１圧縮機構１におけるオイルの挙動と基本的に同じである。

本実施形態では、連絡管３０の開口部３５が第１オイルポンプ１５の吸入口２５よりも上に位置している。そのため、開口部３５よりも下のオイルは、第２オイル溜まり１４に移動しえず、第１オイルポンプ１５に吸入されうる。同様に、開口部３７が第２オイルポンプ１６の吸入口２６よりも上に位置しているため、開口部３７よりも下のオイルは、第１オイル溜まり１３に移動しえず、第２オイルポンプ１６に吸入されうる。

これに対し、開口部３５よりも上に存在するオイルや開口部３７よりも上に存在するオイルは、密閉容器９および１０の内部圧力に差があったり、ヘッド差（オイルレベルの高低差および冷媒の密度差）があったりすると、連絡管３０に流入しうる。第１密閉容器９と第２密閉容器１０とは、吐出管１９および吐出管２０で連通しているので、安定した運転状態では、第１密閉容器９の内部圧力が第２密閉容器１０の内部圧力に等しい。そのため、第１弁３１が開いている場合には、ヘッド差に基づき、高いオイルレベルを有するオイル溜まりから低いオイルレベルを有するオイル溜まりへとオイルが移動する。第１弁３１を閉じた場合には、連絡管３０内のオイルの移動は禁止される。本実施形態では、第１オイルポンプ１５の吸入口２５が第２オイルポンプ１６の吸入口２６よりも上にあるため、第１オイル溜まり１３のオイルレベルを常に第２オイル溜まり１４のオイルレベルよりも高く維持する必要がある。

膨張機一体型圧縮機１０１のオイル消費量は、通常、第２圧縮機１０２のオイル消費量に等しくない。典型的には、膨張機一体型圧縮機１０１のオイル消費量が、第２圧縮機１０２のオイル消費量よりも多い。膨張機一体型圧縮機１０１では、第１オイル溜まり１３のオイルを第１圧縮機構１および膨張機構５のそれぞれに供給する。そのため、膨張機一体型圧縮機１０１で冷媒に混ざるオイル量は、圧縮機単体の場合のそれに比べて多い。一方、オイルを圧縮冷媒から分離する能力に関していえば、膨張機一体型圧縮機１０１と第２圧縮機１０２とでほぼ等しい。ゆえに、第１オイル溜まり１３のオイルは減少する傾向があり、第２オイル溜まり１４のオイルは増加する傾向がある。第１オイル溜まり１３のオイルが枯渇するのを防ぐために、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へと連絡管３０を通じてオイルを戻すための運転を行えばよい。

ただし、常に、第２オイル溜まり１４でオイルが過剰となり、第１オイル溜まり１３でオイルが不足するとも限らない。例えば、第１オイル溜まり１３に積極的にオイルを戻すために、オイルを圧縮冷媒から分離する能力を高めるための特別な構成を膨張機一体型圧縮機１０１に設けたり、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数が第２圧縮機１０２の回転数と大きく異なったりする場合には、どちらのオイル溜まりでオイルが過剰になりやすいのか予測が困難となる。第１オイル溜まり１３でオイルが過剰となり、第２オイル溜まり１４でオイルが不足する可能性もある。こうした場合にも、第１オイル溜まり１３のオイル量と第２オイル溜まり１４のオイル量との間の不均衡を是正するための運転が必要となる。

本明細書では、各オイル溜まりのオイル量を適正に保つための運転を「オイル量調整運転」と総称する。オイル量調整運転は、冷凍サイクル装置１００の運転中に、１時間〜２時間程度の間隔をおいて定期的に行われる。ただし、除霜運転中や起動直後など、圧縮機１０１および１０２が高回転となる場合により頻繁に行えば、冷凍サイクル装置１００の信頼性が高まる。さらに、このオイル量調整運転を冷凍サイクル装置１００の運転停止時に実行し、第１弁３１を閉じれば、次に冷凍サイクル装置１００を起動する際に各圧縮機１０１および１０２に必要なオイルレベルを確実に確保できる。

圧縮機１０１および１０２のオイルレベルを適切に確保するために、本実施形態では、いくつかの方法にかかるオイル量調整運転を提案する。第１の方法は、第２オイル溜まり１４のオイルが過剰となり、第１オイル溜まり１３のオイルが不足する場合に好適に採用できる。第２の方法は、どちらのオイル溜まりでオイルが過剰になりやすいのか予測が困難な場合に好適に採用できる。第３の方法は第１オイル溜まり１３のオイルが過剰となり、第２オイル溜まり１４のオイルが不足する場合に好適に採用できる。

<<第１の方法>>
図３に冷凍サイクル装置１００の運転手順のフローチャートを示す。運転開始契機を取得することに応じて、コントローラ４０は、図３に示す各処理を実行する。運転開始契機とは、冷凍サイクル装置１００の運転を開始するべき旨の命令を意味する。給湯機を例にすると、ユーザーが運転スイッチをオンした場合、貯湯タンク内の湯量が所定の下限値を下回った場合、深夜電力を使って自動的に貯湯運転を実行する場合等に運転開始契機が発生する。

まず、ステップＳ１で起動運転を行い、冷凍サイクル装置１００の運転状態を安定させる。次に、ステップＳ２で第１弁３１を開く。起動時には多量のオイルが冷媒回路に吐出される傾向にあるので、第１オイル溜まり１３のオイル量と第２オイル溜まり１４のオイル量との間に不均衡が生じやすい。このオイル量の不均衡を解消するために、ステップＳ３でオイル量調整運転（図５Ａおよび５Ｂ参照）を実行する。ステップＳ３でオイル量調整運転を実行した後、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間でオイルが移動しないように、ステップＳ４で第１弁３１を閉じる。ステップＳ５では通常運転を実行する。ステップＳ６では、通常運転を続行するかどうかを判断する。具体的には、運転停止契機を取得したかどうかを判断し、運転停止契機を取得していない場合にはステップＳ７に移り、運転停止契機を取得した場合にはステップＳ８の終了運転に移る。運転停止契機とは、冷凍サイクル装置１００の運転を停止するべき旨の命令を意味する。給湯機を例にすると、ユーザーが運転スイッチをオフした場合、貯湯タンク内の湯量が所定の上限値を上回った場合等に運転停止契機が発生する。

ステップＳ７では所定値Ｔoと積算運転時間Ｔとを比較し、Ｔ≧Ｔoであれば積算運転時間Ｔをリセットし、ステップＳ２へ戻る。「積算運転時間Ｔ」は、前回のオイル量調整運転の終了時点からの経過時間に対応する。Ｔ＜Ｔoであれば引き続き通常運転を実行する。つまり、所定値Ｔoは、第ｎ回目のオイル量調整運転と第（ｎ＋１）回目のオイル量調整運転との間のインターバル時間である（ｎ：自然数）。所定値Ｔoとして、例えば１〜２時間の範囲の任意の時間を設定できる。ステップＳ８で終了運転を実行した後、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁（第１モータ１１の回転数）および第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂（第２モータ１２の回転数）をゼロにセットする。これにより、膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２が停止し、冷凍サイクル装置１００の運転が終了する。

ステップＳ８の終了運転について詳しく説明する。図４はステップＳ８の終了運転の詳細なフローチャートである。コントローラ４０は、運転停止契機の取得に応じて、図４に示す各処理を実行する。

まず、ステップＳ１１で第１弁３１を開く。次に、ステップＳ１２でオイル量調整運転を実行する。オイル量調整運転を実行すると、連絡管３０を通じて、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へとオイルが移動する。ステップＳ１３では、第１オイル溜まり１３に移動したオイルが連絡管３０を通じて第２オイル溜まり１４に戻らないように、第１弁３１を閉じる。ステップＳ１４では、冷媒回路内に滞留しているオイルを第１オイル溜まり１３および第２オイル溜まり１４に回収するためのオイル回収運転を実行する。ステップＳ１４のオイル回収運転が終了したら、図３のルーチンに戻り、冷凍サイクル装置１００の運転を終了する。

本実施形態によれば、オイル量調整運転の終了後に運転停止処理を実行する。つまり、第１弁３１を閉じるステップＳ１３、膨張機一体型圧縮機１０１を停止するステップＳ９、および、第２圧縮機１０２を停止するステップＳ９を含む運転停止処理を、オイル量調整運転の終了後に実行する。このような順番によると、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間でオイルが再移動するのを確実に防げる。ただし、オイル量調整運転の終了間際に第１弁３１を閉じたり、膨張機一体型圧縮機１０１の停止直後に第１弁３１を閉じたりすることも考えられる。

次に、図３のステップＳ３および図４のステップＳ１２に示すオイル量調整運転について詳しく説明する。図５Ａは第１の方法にかかるオイル量調整運転の詳細なフローチャートである。

まず、ステップＳ２１では、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁を第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂よりも約１０ｒｐｓ（revolutions per second）高くした準備運転を行う。例えば、各圧縮機の運転範囲における中央の回転数がＦｒｐｓであるとき、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁をＦ＋５ｒｐｓに、第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂をＦ−５ｒｐｓに設定する。この準備運転によれば、各圧縮機に大きな負担がかかるのを防げる。なお膨張機一体型圧縮機１０１の中央の回転数Ｆは、第２圧縮機１０２の中央の回転数Ｆと一致していてもよいし、異なっていてもよい。

ステップＳ２２では、積算時間Ｔ１と所定値Ｔａとの大小を比較する。積算時間Ｔ１は、ステップＳ２１の運転の開始時点から現在までの経過時間を表す。Ｔ１≧ＴａであればステップＳ２３に移り、Ｔ１＜ＴａであればステップＳ２１の運転を続行する。所定値Ｔａとして、例えば２０〜３０秒の範囲の任意の時間を設定できる。

ステップＳ２３では、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁を下げ、第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂を上げる。回転数Ｆ₁を下げる処理および回転数Ｆ₂を上げる処理は、なるべく短時間で実行することが好ましい。つまり、回転数Ｆ₁および回転数Ｆ₂を素早く変化させる。例えば、約１ｒｐｓ／秒のレートで膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の各回転数を変化させる。ステップＳ２３における回転数の変化量は、例えば５〜１０ｒｐｓである。ステップＳ２３によれば、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁がＦ＋５ｒｐｓからＦｒｐｓに下がり、第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂がＦ−５ｒｐｓからＦｒｐｓに上がる。

ステップＳ２４では、積算時間Ｔ２と所定値Ｔｂとの大小を比較する。積算時間Ｔ２は、ステップＳ２３で回転数を変化させた時点から現在までの経過時間を表す。所定値Ｔｂとして、例えば１０〜３０秒の範囲の任意の時間を設定できる。Ｔ２≧ＴｂであればステップＳ２５に移り、Ｔ２＜ＴｂであればステップＳ２３で設定した回転数を維持して運転を続行する。

ステップＳ２５では、ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理の実行回数Ｎ（Ｎ：自然数）と所定値Ｎａとを比較する。所定値Ｎａは、例えば５回程度にするとよい。Ｎ≧ＮａであればＮをリセットし、オイル量調整運転を終了する。Ｎ＜ＮａならばステップＳ２６へ移り、実行回数ＮをインクリメントしてステップＳ２１へ戻る。

上記のようなオイル量調整運転を実行することにより、一時的に、第１密閉容器９の内部圧力が第２密閉容器１０の内部圧力よりも低くなる。第１密閉容器９は、吐出管１９および２０によって第２密閉容器１０に連通しているが、急激な圧力変化が発生した場合には一時的に差圧が発生する。吐出管１９および２０を通じて、第１密閉容器９の内部圧力と第２密閉容器１０の内部圧力とが等しくなるまでに多少の時間が必要だからである。差圧が発生すると、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へとオイルが移動しうる。

ただし、差圧が発生した状態は数秒程度で解消すると予測される。したがって、ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理がＮａ回繰り返し実行されるように、ステップＳ２５およびＳ２６を設ける。このようにすれば、差圧が発生した状態をある程度長い時間維持でき、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へと十分な量のオイルを移動させることが可能となる。

なお、連絡管３０の開口部３７よりも上にあるオイルのみが第１密閉容器９に移動できるので、第２オイル溜まり１４のオイルレベルを監視する必要はない。オイル量調整運転後、第２オイル溜まり１４には、少なくとも開口部３７の高さまでオイルが溜められている。したがって、冷凍サイクル装置１００の起動時に第２オイルポンプ１６が確実にオイルを吸入できる。もちろん、オイル溜まり１３および１４のオイルレベルを監視するために、オイル溜まり１３および１４の少なくとも一方にオイルレベルセンサを設けてもよい。しかし、第１の方法によれば、オイルレベルセンサを使用しないのでコストや信頼性の面で有利である。

冷凍サイクル装置１００の運転を止めると、第１密閉容器９の内部圧力、第２密閉容器１０の内部圧力および冷媒回路（配管３ａ）内の圧力は等しくなる。本実施形態では、冷凍サイクル装置１００の停止中は第１弁３１を閉じる。そのため、開口部３５の高さと開口部３７の高さが異なっていたとしても、冷凍サイクル装置１００の停止中に第１オイル溜まり１３から第２オイル溜まり１４にオイルが流れない。

先に説明したように、冷凍サイクル装置１００の運転中において、通常、第１オイル溜まり１３のオイルレベルは徐々に低下する傾向にあり、第２オイル溜まり１４のオイルレベルは徐々に上昇する傾向にある。第１の方法にかかるオイル量調整運転を実行することにより、第２オイル溜まり１４の余剰のオイルが第１オイル溜まり１３へと移動する。その結果、第１オイル溜まり１３のオイル不足が解消されるので、膨張機一体型圧縮機１０１の信頼性が向上する。また、連絡管３０を通じてオイルを移動させるので、オイルセパレータ等の新たな部品を設ける必要がなく、コストも低廉である。さらに、連絡管３０を用いれば、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へのオイルの移動を迅速に行える。

第１の方法にかかるオイル量調整運転では、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へとオイルが移動するように、第２密閉容器１０の内部圧力を第１密閉容器９の内部圧力よりも高くする。第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４とが連絡管３０で連通しているので、第２密閉容器１０の内部圧力を第１密閉容器９の内部圧力よりも高くすると、連絡管３０を通じて第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へとオイルが移動する。オイルポンプ等の移送手段が不要なので、本実施形態はコスト面で有利である。

第１密閉容器９の内部圧力をＰ１、第２密閉容器１０の内部圧力をＰ２、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４とのオイルレベルの高低差をｈ、オイルの密度をρ、重力加速度をｇと定義したとき、オイル量調整運転時には、（Ｐ２−Ｐ１）＞ρｇｈを満足することが好ましい。具体的には、（Ｐ２−Ｐ１）が５〜１００ｋＰａの範囲内にあれば、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へとオイルがスムーズに移動しうる。

第１の方法にかかるオイル量調整運転では、第２密閉容器１０の内部圧力が第１密閉容器９の内部圧力よりも高くなるように、第１圧縮機構１の回転数を下げるとともに第２圧縮機構２の回転数を上げている。圧縮機構１および２の回転数を同時に変化させると、密閉容器９および１０の内部圧力に一時的に差がつく。つまり、第１密閉容器９の内部圧力が一時的に第２密閉容器１０の内部圧力よりも低くなる。特別な装置を用いることなく圧力差を生じさせることが可能なので、本実施形態はコスト面で有利である。流量調整弁３２および３３も省略可能である。

ただし、第２流量調整弁３３を使用すれば、より確実に差圧を生じさせることができる。第２流量調整弁３３を使用したオイル量調整運転のフローチャートを図５Ｂに示す。まず、ステップＳ３１において、第２密閉容器１０の内部圧力が第１密閉容器９の内部圧力よりも高くなるように、第２流量調整弁３３の開度を変更する。具体的には、第２流量調整弁３３の開度を絞る。ステップＳ３２において、第２流量調整弁３３の開度を絞った時点から所定時間が経過したかどうか判断する。この所定時間として、例えば１〜１０分の範囲の任意の時間を設定できる。所定時間が経過していない場合には、ステップＳ３３でタイマをインクリメントする。所定時間が経過している場合には、ステップＳ３４で第２流量調整弁３３を全開にして、元のルーチンに戻る。なお、回転数の調整による方法（図５Ａ）と第２流量調整弁３３による方法（図５Ｂ）とを併用してもよい。

<<第２の方法>>
次に、第２の方法にかかるオイル量調整運転について説明する。図３および図４のフローチャートは、各方法で共通である。図４に示すように、まず、ステップＳ１１で第１弁３１を開く。次に、ステップＳ１２でオイル量調整運転を実行する。すなわち、第１オイル溜まり１３から第２オイル溜まり１４へとオイル（場合によっては冷媒）を移動させるための第２運転と、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へとオイル（場合によっては冷媒）を移動させるための第１運転とを実行する。オイル量調整運転を実行すると、連絡管３０を通じて、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間でオイルが行き来し、それによって各オイル溜まりのオイル量が調整される。このように、第２の方法は、第１運転および第２運転の両方を実施する点で、第１運転のみを実施する第１の方法と異なる。

オイルの行き来によってオイル量の調整を行うことができる理由は、次の通りである。オイル量調整運転の開始直後は、オイルが過剰なオイル溜まりから、オイルが不足しているオイル溜まりへと一方向に移動する。先に説明したように、オイルレベルが連絡管３０の開口部３５または３７（正確には開口部３５および３７の各下端）よりも上に達しない限り、オイルは、一方のオイル溜まりから他方のオイル溜まりへと移動しえない。第１運転および第２運転を交互に繰り返し実行すると、各オイル溜まりのオイルレベルが開口部３５および３７よりも上に達する。各オイル溜まりのオイルレベルが開口部３５および３７よりも上に達すると、オイルの移動が双方向で起こりうるが、各オイル溜まりのオイルレベルが開口部３５および３７を下回ることはない。このような結果として、オイル量の調整が適切に行われる。オイル量調整運転の開始時に、オイル量が過剰となっているオイル溜まりを判別する必要もない。

次に、ステップＳ１３では、適切なオイルレベルが保持されるように、第１弁３１を閉じる。ステップＳ１４では、冷媒回路内に滞留しているオイルを第１オイル溜まり１３および第２オイル溜まり１４に回収するためのオイル回収運転を実行する。ステップＳ１４のオイル回収運転が終了したら、図３のルーチンに戻り、冷凍サイクル装置１００の運転を終了する。

図５Ｃは、第２の方法にかかるオイル量調整運転の詳細なフローチャートである。図５Ｃにおいて、ステップＳ１２５が第１運転に該当し、ステップＳ１２３が第２運転に該当する。

まず、ステップＳ１２１では、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁を第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂よりも約１０ｒｐｓ低くした準備運転を行う。例えば、各圧縮機の運転範囲における中央の回転数がＦｒｐｓであるとき、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁をＦ−５ｒｐｓに、第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂をＦ＋５ｒｐｓに設定する。この準備運転によれば、各圧縮機に大きな負担がかかるのを防げる。

ステップＳ１２２では、積算時間Ｔ１と所定値Ｔａとの大小を比較する。積算時間Ｔ１は、ステップＳ１２１の運転の開始時点から現在までの経過時間を表す。Ｔ１≧ＴａであればステップＳ１２３に移り、Ｔ１＜ＴａであればステップＳ１２１の運転を続行する。所定値Ｔａとして、例えば２０〜３０秒の範囲の任意の時間を設定できる。

ステップＳ１２３では、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁を上げ、第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂を下げる。回転数Ｆ₁を上げる処理および回転数Ｆ₂を下げる処理は、なるべく短時間で実行することが好ましい。つまり、回転数Ｆ₁および回転数Ｆ₂を素早く変化させる。例えば、約１ｒｐｓ／秒のレートで膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の各回転数を変化させる。ステップＳ１２３における回転数の変化量は、例えば５〜１０ｒｐｓである。ステップＳ１２３によれば、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁がＦ−５ｒｐｓからＦ＋５ｒｐｓに上がり、第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂がＦ＋５ｒｐｓからＦ−５ｒｐｓに下がる。

ステップＳ１２４では、積算時間Ｔ２１と所定値Ｔｂ１との大小を比較する。積算時間Ｔ２１は、ステップＳ１２３で回転数を変化させた時点から現在までの経過時間を表す。所定値Ｔｂ１として、例えば１０〜３０秒の範囲の任意の時間を設定できる。Ｔ２１≧Ｔｂ１であればステップＳ１２５に移り、Ｔ２１＜Ｔｂ１であればステップＳ１２３で設定した回転数を維持して運転を続行する。

ステップＳ１２５では、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁を下げ、第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂を上げる。ステップＳ１２５において回転数を変化させる割合は、ステップＳ１２３と同様である。ステップＳ１２５によれば、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁がＦ＋５ｒｐｓからＦ−５ｒｐｓに下がり、第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂がＦ−５ｒｐｓからＦ＋５ｒｐｓに上がる。

ステップＳ１２６では、積算時間Ｔ２２と所定値Ｔｂ２との大小を比較する。積算時間Ｔ２２は、ステップＳ１２５で回転数を変化させた時点から現在までの経過時間を表す。所定値Ｔｂ２として、例えば１０〜３０秒の範囲の任意の時間を設定できる。Ｔ２２≧Ｔｂ２であればステップＳ１２７に移り、Ｔ２２＜Ｔｂ２であればステップＳ１２５で設定した回転数を維持して運転を続行する。

ステップＳ１２７では、ステップＳ１２３〜Ｓ１２６の処理の実行回数Ｎ（Ｎ：自然数）と所定値Ｎａとを比較する。所定値Ｎａは、例えば５回程度にするとよい。Ｎ≧ＮａであればＮをリセットし、オイル量調整運転を終了する。Ｎ＜ＮａならばステップＳ１２８へ移り、実行回数ＮをインクリメントしてステップＳ１２３へ戻る。

上記のようなオイル量調整運転を実行することにより、一時的に第１密閉容器９の内部圧力と第２密閉容器１０の内部圧力との間に高低差のついた状態が交互に繰り返される。第１密閉容器９は、吐出管１９および２０によって第２密閉容器１０に連通しているが、急激な圧力変化が発生した場合には一時的に差圧が発生する。吐出管１９および２０を通じて、第１密閉容器９の内部圧力と第２密閉容器１０の内部圧力とが等しくなるまでに多少の時間が必要だからである。第１密閉容器９の内部圧力が第２密閉容器１０の内部圧力よりも高くなると、第１オイル溜まり１３から第２オイル溜まり１４へとオイルが移動しうる。同様に、第２密閉容器１０の内部圧力が第１密閉容器９の内部圧力よりも高くなると、第２オイル溜まり１４から第１オイル溜まり１３へとオイルが移動しうる。

ただし、差圧が発生した状態は数秒程度で解消すると予測される。したがって、ステップＳ１２３〜Ｓ１２６の処理がＮａ回繰り返し実行されるように、ステップＳ１２７およびＳ１２８を設ける。このようにすれば、差圧によるオイルの移動が一回では不十分な場合でも、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間で十分な量のオイルを移動させることが可能となる。

なお、連絡管３０の開口部３５および３７よりも上にあるオイルのみが第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間を行き来できるので、オイル溜まり１３および１４のオイルレベルを監視する必要はない。オイル量調整運転後、第１オイル溜まり１３には、少なくとも開口部３５の高さまでオイルが溜められている。同様に、第２オイル溜まり１４には、少なくとも開口部３７の高さまでオイルが溜められている。したがって、冷凍サイクル装置１００の起動時にオイルポンプ１５および１６が確実にオイルを吸入できる。もちろん、オイル溜まり１３および１４のオイルレベルを監視するために、オイル溜まり１３および１４の少なくとも一方にオイルレベルセンサを設けてもよい。しかし、本実施形態によれば、オイルレベルセンサを使用しないのでコストや信頼性の面で有利である。

冷凍サイクル装置１００の運転を止めると、第１密閉容器９の内部圧力、第２密閉容器１０の内部圧力および冷媒回路（配管３ａ）内の圧力は等しくなる。本実施形態では、冷凍サイクル装置１００の停止中は第１弁３１を閉じる。そのため、開口部３５の高さと開口部３７の高さが異なっていたとしても、冷凍サイクル装置１００の停止中に第１オイル溜まり１３から第２オイル溜まり１４、またはその逆方向にオイルが流れない。

先に説明したように、冷凍サイクル装置１００の運転中において、どちらのオイル溜まりでオイルが過剰になりやすいのか予測できない場合がある。第２の方法にかかるオイル量調整運転を実行することにより、オイル溜まり１３または１４の余剰のオイルが両オイル溜まりを行き来する。その結果、第１オイル溜まり１３または第２オイル溜まり１４のオイル不足が解消されるので、膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の信頼性が向上する。また、連絡管３０を通じてオイルを移動させるので、オイルセパレータ等の新たな部品を設ける必要がなく、コストも低廉である。さらに、連絡管３０を用いれば、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間のオイルの移動を迅速に行える。

第２の方法にかかるオイル量調整運転によれば、第２運転として、第１密閉容器９の内部圧力を第２密閉容器１０の内部圧力よりも高くする運転を行う。第１運転として、第２密閉容器１０の内部圧力を第１密閉容器９の内部圧力よりも高くする運転を行う。そして、第１密閉容器９の内部圧力と第２密閉容器１０の内部圧力との間の高低関係が交互に入れ替わるように、オイル量調整運転において、第１運転と第２運転とを交互に繰り返し実行する。これにより、連絡管３０を通じて第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間をオイルが行き来する。オイルポンプ等の移送手段が不要なので、本実施形態はコスト面で有利である。

第１密閉容器９の内部圧力をＰ１、第２密閉容器１０の内部圧力をＰ２、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４とのオイルレベルの高低差をｈ、オイルの密度をρ、重力加速度をｇと定義したとき、オイル量調整運転時には、｜Ｐ２−Ｐ１｜＞ρｇｈを満足することが好ましい。具体的には、｜Ｐ２−Ｐ１｜が５〜１００ｋＰａの範囲内にあれば、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間をオイルがスムーズに移動しうる。

図５ＣのフローチャートのステップＳ１２３およびＳ１２５に示すように、第１運転および第２運転において、第１圧縮機構１の回転数（＝膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁）と第２圧縮機構２の回転数（＝第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂）とを交互に上下させる。詳細には、第２運転で第２圧縮機構２の回転数を下げるとともに第１圧縮機構１の回転数を上げ、所定時間経過後、第１運転で第２圧縮機構２の回転数を上げるとともに第１圧縮機構１の回転数を下げる。第１運転と第２運転を交互に所定回数実行する。圧縮機構１および２の回転数を急激に変化させると、密閉容器９および１０の内部圧力に一時的に差がつく。つまり、一方の密閉容器の内部圧力が一時的に他方の密閉容器の内部圧力よりも低くなる。特別な装置を用いることなく圧力差を生じさせることが可能なので、本実施形態はコスト面で有利である。第１流量調整弁３２および第２流量調整弁３３も省略可能である。

ただし、第１流量調整弁３２および第２流量調整弁３３を使用すれば、より確実に差圧を生じさせることができる。第１流量調整弁３２および第２流量調整弁３３を使用したオイル量調整運転のフローチャートを図５Ｄに示す。図５Ｄにおいて、ステップＳ１３１が第２運転に該当し、ステップＳ１３４が第１運転に該当する。第１運転および第２運転において、第１流量調整弁３２の開度および第２流量調整弁３３の開度を変更する。

まず、ステップＳ１３１において、第１密閉容器９の内部圧力が第２密閉容器１０の内部圧力よりも高くなるように、第１流量調整弁３２の開度を変更する。具体的には、第１流量調整弁３２の開度を絞る。第２流量調整弁３３は全開である。ステップＳ１３２において、第１流量調整弁３２の開度を絞った時点から所定時間が経過したかどうか判断する。この所定時間として、例えば１０〜３０秒の範囲の任意の時間を設定できる。所定時間が経過していない場合には、ステップＳ１３３でタイマをインクリメントする。所定時間が経過している場合には、ステップＳ１３４へ移る。

ステップＳ１３４においては、第２密閉容器１０の内部圧力が第１密閉容器９の内部圧力よりも高くなるように、第２流量調整弁３３の開度および第１流量調整弁３２の開度を変更する。具体的には、第２流量調整弁３３の開度を絞り、第１流量調整弁３２を全開にする。ステップＳ１３５において、第２流量調整弁３３の開度を絞った時点から所定時間が経過したかどうか判断する。この所定時間として、例えば１０〜３０秒の範囲の任意の時間を設定できる。所定時間が経過していない場合には、ステップＳ１３６でタイマをインクリメントする。所定時間が経過している場合には、ステップＳ１３７で第２流量調整弁３３を全開にする。

次に、ステップＳ１３８では、ステップＳ１３１〜Ｓ１３７の処理の実行回数Ｎ（Ｎ：自然数）と所定値Ｎｂとを比較する。所定値Ｎｂは、例えば５回程度にするとよい。Ｎ≧ＮｂであればＮをリセットし、オイル量調整運転を終了する。Ｎ＜ＮｂならばステップＳ１３９へ移り、実行回数ＮをインクリメントしてステップＳ１３１へ戻る。なお、回転数の調整による方法（図５Ｃ）と流量調整弁による方法（図５Ｄ）とを併用してもよい。

<<第３の方法>>
次に、第３の方法にかかるオイル量調整運転について説明する。第３の方法は、第１オイル溜まり１３のオイルが過剰となり、第２オイル溜まり１４のオイルが不足する場合を想定している。したがって、先に説明した第１の方法と類似した制御により、第３の方法にかかるオイル量調整運転を実現できる。具体的には、第１密閉容器９の内部圧力を第２密閉容器１０の内部圧力よりも高くする。言い換えれば、第２の方法で説明した第２運転のみを実行する。これにより、第１オイル溜まり１３から第２オイル溜まり１４へとオイルを移動させることができる。

次に、図４のステップＳ１４に示すオイル回収運転について説明する。

図４に示すように、本実施形態では、オイル量調整運転（ステップＳ１２）の終了後、第１弁３１を閉じ（ステップＳ１３）、オイル回収運転（ステップＳ１４）を実行する。オイル回収運転について詳しく説明する。図６はオイル回収運転の詳細なフローチャートである。

まず、ステップＳ４１で膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁をＦＬｒｐｓ、第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂をＦＬ＋５ｒｐｓにセットする。回転数ＦＬは、第１圧縮機構１を安定して運転できる範囲内での低回転数であり、例えば４０ｒｐｓ程度である。ステップＳ４２では、積算時間Ｔ３と所定値Ｔｃとを比較する。積算時間Ｔ３は、ステップＳ４１で回転数を変化させた時点から現在までの経過時間を表す。所定値Ｔｃとして、例えば５〜１０分の範囲の任意の時間を設定できる。Ｔ３≧Ｔｃならば、オイル回収運転を終了し、Ｔ３＜ＴｃならばステップＳ４１の運転を続行する。

オイル回収運転により、冷媒回路内のオイルを第１オイル溜まり１３および第２オイル溜まり１４に戻すことができる。回収したオイルは、次回起動時から直ちに利用できる。つまり、冷媒回路にオイルが滞留することを予め想定して、余分なオイルを溜めておく必要性が小さい。再起動時には冷媒回路に向けて多量のオイルが吐出される傾向があるので、停止時に十分な量のオイルをオイル溜まり１３および１４に溜めておくことは、再起動時におけるオイル不足の防止に資する。

一般に、冷媒回路を循環するオイル量は、圧縮機構１および２の回転数が低ければ低いほど少なく、冷媒回路における高低圧差が小さければ小さいほど少ない。圧縮機構１および２の回転数がある程度低い場合でも、モータ１１および１２が引き起こす旋回流によってオイルは圧縮冷媒から遠心分離され、オイル溜まり１３および１４に戻る。

オイル回収運転のステップＳ４１によると、膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２を低回転数で運転している。低回転数で運転したとしてもオイルは圧縮冷媒から遠心分離されるので、冷媒回路へのオイル吐出量は減る。一方、冷媒回路には、オイル回収運転の以前から比較的多量のオイルが滞留しているので、膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の回転数を落としたとしても、冷媒回路からオイル溜まり１３および１４へのオイルの戻り量は直ぐには減らない。このようなオイルの収支に基づき、冷媒回路内のオイルを第１オイル溜まり１３および第２オイル溜まり１４に回収できる。

膨張機一体型圧縮機１０１から冷媒回路へのオイル吐出量は、第２圧縮機１０２から冷媒回路へのオイル吐出量よりも多い可能性が高い。言い換えれば、膨張機一体型圧縮機１０１のオイル消費量は第２圧縮機１０２のオイル消費量よりも多い可能性が高い。オイル消費量を等しくするためには、膨張機一体型圧縮機１０１から吐出されるべき冷媒からのオイル分離量を増やし、それにより、オイルを第１オイル溜まり１３に積極的に戻すといった構成が必要となる。しかし、そのような構成は定常運転時には有効かもしれないが、起動時のような過渡期においては、その機能を十分に発揮しえない可能性がある。例えば、冷媒の旋回流を利用したオイル分離の効果が高まるように膨張機一体型圧縮機１０１を改良したとしても、起動時のように旋回流が十分に発達していない段階では、オイル分離の効果が十分に発揮されない。そのため、膨張機一体型圧縮機１０１から冷媒回路に多量のオイルが吐出される可能性がある。すなわち、冷凍サイクル装置１００の起動時において、膨張機一体型圧縮機１０１のオイル消費量が、第２圧縮機１０２のオイル消費量を上回る可能性がある。

起動時におけるそうした可能性を考慮し、本実施形態では、オイル回収運転時の膨張機一体型圧縮機１０１の回転数を第２圧縮機１０２の回転数よりも低く設定している。このようにすれば、オイル回収運転でオイル溜まり１３および１４のいずれか一方にのみオイルが多量に戻るのを防止できる。場合によっては、オイル回収運転を行うことによって冷媒回路から第１オイル溜まり１３に戻るオイルの量が、第２オイル溜まり１４に戻るオイルの量を上回る。その結果、第１オイル溜まり１３により多くのオイルが溜められた状態で冷凍サイクル装置１００の運転を終了できる。もちろん、オイル回収運転時に膨張機一体型圧縮機１０１の回転数と第２圧縮機１０２の回転数とを等しくしても、冷媒回路からのオイルの回収は可能である。

図４に示すフローチャートに従うと、オイル量調整運転、運転停止処理の第１弁３１を閉じるステップおよびオイル回収運転がこの順番で実行される。この順番によると、次の起動時に最低限必要なオイル量をオイル量調整運転によって確保した後、第１弁３１を閉じることによって第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４との間のオイルのやり取りを遮断する。さらにその後、オイル回収運転を実行することで、オイル溜まり１３および１４のオイル量を増やせる。オイル溜まり１３および１４のオイル量を豊富にできるので、次の起動時のオイル不足をより確実に防止できる。

ただし、オイル回収運転、オイル量調整運転および運転停止処理の第１弁３１を閉じるステップをこの順番で実行してもよい。具体的には、図７に示すように、ステップＳ５１でオイル回収運転を実行する。オイル回収運転において、第１弁３１を閉じていてもよいし、開いていてもよい。第１弁３１を閉じた状態でオイル回収運転を実行する場合には、オイル回収運転の終了後、ステップＳ５２で第１弁３１を開く。次に、ステップＳ５３でオイル量調整運転を実行する。ステップＳ５４で第１弁３１を閉じた後、図３のルーチンに戻り、冷凍サイクル装置１００の運転を終了する。

以上の制御によると、冷凍サイクル装置１００の起動時に膨張機一体型圧縮機１０１に必要なオイルレベルを超える量のオイルを第１オイル溜まり１３に確保できる。冷凍サイクル装置１００の起動時に第２圧縮機１０２に必要なオイルレベルを超える量のオイルを第２オイル溜まり１４に確保できる。

なお、図３に示すフローチャートによると、起動運転に続いてオイル量調整運転を実行し、その後、通常運転を実行する。この場合、運転終了時に適切なオイルレベルを確保する意義が小さいようにも思われる。しかし、起動運転で冷凍サイクルが安定するまでに比較的長い時間がかかることが十分に考えられる。運転終了時に適切なオイルレベルが確保されていない場合、起動運転の最中にいずれかのオイル溜まりでオイルが枯渇する可能性がある。そのため、運転終了時にオイルレベルを確保する意義は大きい。また、運転終了時に適切なオイルレベルが確保されている場合、起動運転後、オイル量調整運転を実行せずに直ちに通常運転を実行することも可能となる。つまり、冷凍サイクル装置１００の冷凍能力または加熱能力をいち早く使用することが可能となる。

次に、圧縮機の温度過昇、停電等の異常による停止を考慮した運転手順について、図８のフローチャートを参照して説明する。図８のフローチャートのステップＳ６３〜Ｓ６７、Ｓ６９、Ｓ７０、Ｓ７２およびＳ７３は、それぞれ、図３のフローチャートのＳ１〜Ｓ９に対応している。ステップＳ６８およびＳ７１に示すように、通常運転中に異常を検出した場合、現在の積算運転時間Ｔを不揮発性のメモリに格納する。その後、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁および第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂をゼロにセットする（ステップＳ７３）。これにより、膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２が停止し、冷凍サイクル装置１００の運転が終了する。不揮発性のメモリは、コントローラ４０に内蔵されていてもよいし、コントローラ４０がアクセス可能となるようにコントローラ４０の外部に設けられていてもよい。不揮発性のメモリの例として、フラッシュメモリ、ＦＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）、磁気ディスク等が挙げられる。

冷凍サイクル装置１００の運転開始時において、不揮発性のメモリから積算運転時間Ｔを読み出し、読み出した積算運転時間Ｔがゼロかどうかを判断する（ステップＳ６０およびＳ６１）。読み出した積算運転時間Ｔがゼロでない場合、その読み出した積算運転時間Ｔを現在の積算運転時間として設定する（ステップＳ６２）。その後、ステップＳ６３〜Ｓ６６をスキップし、ステップＳ６７の通常運転を開始する。このようにすれば、異常により停止して次に運転を開始した際に、オイル量調整運転の実行回数を実質的に１回減らせる。

なお、図８のフローチャートによれば、起動運転（ステップＳ６３）に続いてオイル量調整運転（ステップＳ６５）を行う。しかし、先に触れたように、起動運転後、直ちに通常運転（ステップＳ６７）を行うことも可能である。その場合、異常停止したときの積算運転時間Ｔを記憶するとともに、記憶した積算運転時間Ｔを次の運転開始時の積算運転時間として採用することにより、オイル量の調整がなされないまま通常運転が長い時間行われることを回避できる。

次に、オイル量調整運転中に異常が発生した場合について、図９のフローチャートを参照して説明する。図９のフローチャートのステップＳ２０６、Ｓ２０８、Ｓ２０９、Ｓ２１１、Ｓ２１２およびＳ２１５は、それぞれ、図５ＡのフローチャートのＳ２１〜Ｓ２６に対応している。ステップＳ２０７、Ｓ２１０およびＳ２１３に示すように、オイル量調整運転中に異常を検出した場合、現在の積算時間Ｔ１またはＴ２およびステップＳ２０６〜Ｓ２１１の処理の実行回数Ｎを不揮発性のメモリに格納する。その後、膨張機一体型圧縮機１０１の回転数Ｆ₁および第２圧縮機１０２の回転数Ｆ₂をゼロにセットする（ステップＳ２１４）。これにより、膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２が停止し、冷凍サイクル装置１００の運転が終了する。

図３を参照して説明したように、起動後、通常運転に入る前にオイル量調整運転（ステップＳ３）が行われる。図９のステップＳ２０１に示すように、オイル量調整運転の開始時において、不揮発性のメモリから積算時間Ｔ１、積算時間Ｔ２および実行回数Ｎを読み出す。さらに、読み出した積算時間Ｔ１がゼロかどうかを判断する（ステップＳ２０２）。読み出した積算時間Ｔ１がゼロでない場合、その読み出した積算時間Ｔ１および読み出した実行回数Ｎを現在の値として設定する（ステップＳ２０３）。その後、回転数を調整するための処理（ステップＳ２０６）に移る。他方、読み出した積算時間Ｔ１がゼロの場合、読み出した積算時間Ｔ２がゼロかどうかを判断する（ステップＳ２０４）。読み出した積算時間Ｔ２がゼロでない場合、その読み出した積算時間Ｔ２および読み出した実行回数Ｎを現在の値として設定する（ステップＳ２０５）。その後、回転数を調整するための処理（ステップＳ２０９）に移る。

このようにすれば、異常により停止して次に運転を開始した際に、前回のオイル量調整運転の途中から新たなオイル量調整運転を開始できる。そのため、無駄の少ない冷凍サイクル装置１００を提供できる。なお、オイル量調整運転中に異常が発生した場合、実行回数Ｎのみを記憶して運転を終了する方法も考えられる。さらに、オイル量調整運転中に異常により停止した場合の各処理を通常運転中に異常により停止した場合のフローチャート（図８）に組み合わせることも可能である。

第１弁３１がノーマリークローズド弁で構成されている場合、作動信号の遮断に応じて第１弁３１が閉じる。つまり、ノーマリークローズド弁は停電対策として有効である。オイル量調整運転の実行中に例えば停電が起きたとしても、第１弁３１が確実に閉じられるからである。

次に、オイル量およびオイルレベルについて補足説明を行う。第１オイル溜まり１３のオイル量と第２オイル溜まり１４のオイル量との合計は、次の（ａ）および（ｂ）に示すオイル量の合計以上に調整されている。（ａ）第１オイル溜まり１３のオイルレベルが当該冷凍サイクル装置１００の起動時に膨張機一体型圧縮機１０１に必要なオイルレベルに一致しているときの第１オイル溜まり１３のオイル量。（ｂ）第２オイル溜まり１４のオイルレベルが当該冷凍サイクル装置１００の起動時に第２圧縮機１０２に必要なオイルレベルに一致しているときの第２オイル溜まり１４のオイル量。

冷凍サイクル装置１００の起動時に膨張機一体型圧縮機１０１に必要なオイルレベルは、例えば、第１軸受部材１７の上面１７ｐに一致している。第２圧縮機１０２に必要なオイルレベルは、例えば、第２軸受部材１８の上面１８ｐに一致している。開口部３５と上面１７ｐとの鉛直方向に関する距離は、例えば、開口部３７と上面１８ｐとの鉛直方向に関する距離にほぼ等しい。このような構成によると、オイル量調整運転、第１弁３１を閉じる処理およびオイル回収運転を実行した後、オイル溜まり１３および１４のそれぞれに起動時に必要な量のオイルが溜められる。冷凍サイクル装置１００の起動時に圧縮機構１および２に確実にオイルを供給できるので、起動時の潤滑不良が防止され、膨張機一体型圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の信頼性が高まる。なお、図１は運転時のオイルレベルを例示しており、図２（および図１１）は停止時のオイルレベルを例示している。

冷凍サイクル装置１００の起動時に膨張機一体型圧縮機１０１に必要なオイルレベルを第１軸受部材１７の上面１７ｐに、第２圧縮機１０２に必要なオイルレベルを第２軸受部材１８の上面１８ｐに、それぞれ設定する理由を説明する。

一般的に、縦置き型のスクロール圧縮機は、停止時において、シャフト、旋回スクロールおよびモータの回転子等による荷重を、副軸受部材（本実施形態の軸受部材１７および１８に対応する部材）のスラスト面で支持している。つまり、起動直前において、副軸受部材のスラスト面は、オイルが排除されて潤滑不良に陥りやすい状態にある。起動時のオイルレベルが副軸受部材の上面よりも上にあれば、起動と同時にオイルが副軸受部材のスラスト面に供給され、潤滑不良が防止される。

本実施形態では、第１圧縮機構１がスクロール圧縮機構である。そのため、第１圧縮機構１がオイルに浸漬していない場合でも、第１シャフト２３の給油経路２８ａを通じて第１圧縮機構１に容易に給油できる。また、温熱源である第１圧縮機構１を上側に配置し、冷熱源である膨張機構５を下側に配置している。この位置関係によると、第１密閉容器９内で冷媒およびオイルの自然対流が生じにくい。つまり、第１圧縮機構１の周囲に高温の冷媒が満たされ、膨張機構５の周囲に比較的低温のオイルが満たされる。その結果、高温の冷媒やオイルから膨張機構５への熱移動が抑制され、圧縮冷媒の温度低下および膨張冷媒の温度上昇が抑制される。

また、膨張機構５が２段ロータリ膨張機構であり、かつオイルに浸漬している。潤滑およびシールが必要な膨張機構５の部分に対し、第１オイル溜まり１３から直接的にオイルが供給される。したがって、膨張機構５を高い効率で運転できる。

なお、第１シャフト２３および第２シャフト２４の軸方向が鉛直方向に平行なことは必須ではない。例えば、第１シャフト２３の軸方向および第２シャフト２４の軸方向の一方または両方が水平方向に平行であってもよい。また、第１圧縮機構１と膨張機構５との位置関係は本実施形態と逆でもよい。つまり、第１圧縮機構１が下側に配置され、膨張機構５が上側に配置されていてもよい。

また、連絡管３０は、図２等を参照して説明した位置以外の位置に取り付けられていてもよい。例えば、図１０に示すように、鉛直方向に関して、開口部３５が第１オイルポンプ１５の吸入口２５よりも下に位置し、かつ開口部３７が第２オイルポンプ１６の吸入口２６よりも下に位置するように、連絡管３０が第１密閉容器９および第２密閉容器１０に取り付けられていてもよい。この場合、第２オイル溜まり１４のオイルレベルを把握しながらオイル量調整運転を行えるように、第２密閉容器１０の内部に第２オイル溜まり１４のオイルレベルを検出するためのセンサ５０（オイルレベルセンサ）を設けることが望ましい。もちろん、第１オイル溜まり１３のオイルレベルを把握できるように、第１密閉容器９の内部にセンサが設けられていてもよい。両オイル溜まり１３および１４のオイルレベルを把握できるように、両密閉容器９および１０の内部のそれぞれにセンサが設けられていてもよい。

（第２実施形態）
図１１に示すように、本実施形態では、第１実施形態で説明した連絡管３０に加えて、第２連絡管４２が設けられている。鉛直方向に関して、第２連絡管４２（第２連絡通路）は、連絡管３０よりも上の位置で第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４とを連通している。ただし、オイルレベルが低いときは、第２連絡管４２により、第１密閉容器９の内部空間と第２密閉容器１０の内部空間とが連通する。第２連絡管４２には、第２連絡管４２内の物質の行き来（詳細には冷媒およびオイルの流れ）を遮断できる第２弁４３が設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同じ符号を付していることから理解できるように、第１実施形態と同じである。

第２連絡管４２および第２弁４３として、それぞれ、連絡管３０および第１弁３１と同じ構造のものを使用できる。また、第２連絡管４２が水平方向に延びて第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４とを連通していてもよい。

第１密閉容器９内において、第２連絡管４２は、鉛直方向に関して第１軸受部材１７と第１モータ１１との間に位置している開口部４６を有する。第１軸受部材１７の上面１７ｐは、冷凍サイクル装置１００の起動時に膨張機一体型圧縮機１０１に必要なオイルレベルに一致しているか、それよりも下である。開口部４６の位置が、冷凍サイクル装置１００の起動時に膨張機一体型圧縮機１０１に必要なオイルレベルの下限に一致していてもよい。冷凍サイクル装置１００の起動時にオイルレベルが第１モータ１１と第１軸受部材１７との間にあれば、オイルが第１モータ１１に接するのを防ぎつつ、第１軸受部材１７の潤滑不良を防止できる。

第２密閉容器１０内において、第２連絡管４２は、鉛直方向に関して第２軸受部材１８と第２モータ１２との間に位置している開口部４８を有する。第２軸受部材１８の上面１８ｐは、冷凍サイクル装置１００の起動時に第２圧縮機１０２に必要なオイルレベルに一致しているか、それよりも下である。開口部４８の位置が、冷凍サイクル装置１００の起動時に第２圧縮機１０２に必要なオイルレベルの下限に一致していてもよい。冷凍サイクル装置１００の起動時にオイルレベルが第２モータ１２と第２軸受部材１８との間にあれば、オイルが第２モータ１２に接するのを防ぎつつ、第２軸受部材１８の潤滑不良を防止できる。

通常の運転時において、基本的には、弁３１および４３は閉じている。本実施形態では、２つの連絡管３０および４２を設けているので、オイル量調整運転（ステップＳ３、Ｓ１２およびＳ５３）で使用するべき連絡管を、想定されるオイルレベルの高さに応じて選択できる。例えば、通常の運転中のオイル量調整運転（ステップＳ３）では、第１実施形態と同様に、連絡管３０および第１弁３１を使用する。通常の運転中は、オイルレベルが下がっているかもしれないが、下の連絡管３０を使用することで、第２オイル溜まり１４と第１オイル溜まり１３との間でオイルを確実に移動させることができる。

他方、終了運転に含まれるオイル量調整運転（ステップＳ１２およびＳ５３）では、連絡管３０および第１弁３１に代えて、第２連絡管４２および第２弁４３を使用できる。図７を参照して説明したように、オイル量調整運転の前にオイル回収運転を実行する場合、ある程度オイルレベルが上がっていることが予測される。この場合、第１弁３１を閉じた状態かつ第２弁４３を開いた状態でオイル量調整運転を実行しうる。このようにすれば、第１オイル溜まり１３から第２オイル溜まり１４へのオイルの移動を防げる。あるいは、第１オイル溜まり１３と第２オイル溜まり１４の間のオイルの授受を、高いオイルレベルを維持した状態で行える。もちろん、弁３１および４３の両方を開いてオイル量調整運転を実行しても構わないし、オイル量調整運転とオイル回収運転の順序も限定されない。

（その他の実施形態）
第１および第２実施形態では、冷媒から動力を回収できる冷凍サイクル装置に本発明を適用している。ただし、本発明は、動力回収を行わない冷凍サイクル装置にも適用できる。図１２に示すように、膨張機一体型圧縮機に代えて、第１圧縮機１０３および膨張弁１０４を使用した冷凍サイクル装置２００に対し、図３〜７を参照して説明した各制御を適用できる。

冷凍サイクル装置２００によると、第１圧縮機１０１ａに対して並列に第２圧縮機１０２が設けられている。第１圧縮機１０１ａと第２圧縮機１０２とは、全く同じ設計を有していてもよいし、互いに異なる設計を有していてもよい。第１圧縮機１０１ａと第２圧縮機１０２とが全く同じものでない場合、例えば、型式や出力が異なる場合、オイル量の不均衡が生ずる可能性がある。また、オイルポンプの吸入口の高さが第１圧縮機１０１ａと第２圧縮機１０２とで相違している可能性がある。そのような場合に本発明が有効である。第１圧縮機１０１ａと第２圧縮機１０２とが同じ設計を有している場合でも、底面の高さが互いに異なるように設置される場合が想定される。そのような場合にも本発明が有効である。

本発明の冷凍サイクル装置は、給湯機、温水暖房装置および空気調和機等の機器に利用できる。

Claims (22)

1. 第１密閉容器と、前記第１密閉容器の底部に形成された第１オイル溜まりと、前記第１密閉容器内に配置された第１圧縮機構と、前記第１密閉容器内に配置された膨張機構と、前記第１圧縮機構と前記膨張機構とを接続している第１シャフトと、を含む膨張機一体型圧縮機と、
   第２密閉容器と、前記第２密閉容器の底部に形成された第２オイル溜まりと、前記第２密閉容器内に配置された第２圧縮機構と、を含む第２圧縮機と、
   前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒および前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、
   前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記第１オイル溜まりと前記第２オイル溜まりとを連通している連絡通路と、
   前記連絡通路に設けられ、前記連絡通路内のオイルの流れを遮断できる第１弁と、
   当該冷凍サイクル装置の運転停止契機を取得することに応じて、（ａ）前記連絡通路を通じて前記第２オイル溜まりのオイルを前記第１オイル溜まりへと移動させるための第１運転を含むオイル量調整運転と、（ｂ）前記第１弁を閉じるステップ、前記膨張機一体型圧縮機を停止するステップ、および、前記第２圧縮機を停止するステップを含む運転停止処理とを実行するコントローラと、
   を備えた、冷凍サイクル装置。
2. 前記オイル量調整運転の終了後に前記運転停止処理を実行する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第１運転において、前記第２オイル溜まりから前記第１オイル溜まりへとオイルが移動するように、前記第２密閉容器の内部圧力を前記第１密閉容器の内部圧力よりも高くする、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第１運転において、前記第２密閉容器の内部圧力が前記第１密閉容器の内部圧力よりも高くなるように、前記第１圧縮機構の回転数を下げ、かつ前記第２圧縮機構の回転数を上げる、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒を前記第２密閉容器内から前記放熱器へと導く吐出経路と、
   前記吐出経路内の冷媒の流量を調整可能な流量調整弁と、をさらに備え、
   前記第２密閉容器の内部圧力が前記第１密閉容器の内部圧力よりも高くなるように、前記流量調整弁の開度を変更する、請求項３または４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記オイル量調整運転は、さらに、前記連絡通路を通じて前記第１オイル溜まりから前記第２オイル溜まりへとオイルを移動させるための第２運転を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記第１運転が、前記第２オイル溜まりから前記第１オイル溜まりへとオイルが移動するように、前記第２密閉容器の内部圧力を前記第１密閉容器の内部圧力よりも高くする運転であり、
   前記第２運転が、前記第１オイル溜まりから前記第２オイル溜まりへとオイルが移動するように、前記第１密閉容器の内部圧力を前記第２密閉容器の内部圧力よりも高くする運転であり、
   前記第１密閉容器の内部圧力と前記第２密閉容器の内部圧力との間の高低関係が交互に入れ替わるように、前記オイル量調整運転において、前記第１運転と前記第２運転とを交互に実行する、請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記第２運転において、前記第１密閉容器の内部圧力が前記第２密閉容器の内部圧力よりも高くなるように、前記第１圧縮機構の回転数を上げ、かつ前記第２圧縮機構の回転数を下げる、請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記第１圧縮機構で圧縮された冷媒を前記第１密閉容器内から前記放熱器へと導く第１吐出経路と、
   前記第１吐出経路内の冷媒の流量を調整可能な第１流量調整弁と、
   前記第２圧縮機構で圧縮された冷媒を前記第２密閉容器内から前記放熱器へと導く第２吐出経路と、
   前記第２吐出経路内の冷媒の流量を調整可能な第２流量調整弁と、をさらに備え、
   前記第１運転および前記第２運転において、前記第１密閉容器の内部圧力および前記第２密閉容器の内部圧力を調整するために、前記第１流量調整弁の開度および第２流量調整弁の開度を変更する、請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記第１弁がノーマリークローズド弁である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記コントローラは、前記オイル量調整運転の前または後に、冷媒回路内に滞留しているオイルを前記第１密閉容器および前記第２密閉容器に回収するオイル回収運転をさらに実行する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記オイル回収運転において、前記第１圧縮機構の回転数と前記第２圧縮機構の回転数とを等しくする、または前記第１圧縮機構の回転数を前記第２圧縮機構の回転数よりも低くする、請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記オイル量調整運転、前記運転停止処理の前記第１弁を閉じるステップおよび前記オイル回収運転をこの順番で実行する、請求項１１または１２に記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記オイル回収運転、前記オイル量調整運転および前記運転停止処理をこの順番で実行する、請求項１１または１２に記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記第１シャフトの軸方向が鉛直方向に平行であり、
    前記第１圧縮機構が前記第１密閉容器内の上部に配置され、前記膨張機構が前記第１オイル溜まりに浸漬するように前記第１密閉容器内の下部に配置されており、
    前記膨張機一体型圧縮機は、前記第１オイル溜まりのオイルを前記第１圧縮機構に供給するために前記第１圧縮機構と前記膨張機構との間に配置された第１オイルポンプと、前記第１圧縮機構を駆動するために前記第１オイルポンプと前記第１圧縮機構との間において前記第１シャフトに同軸に取り付けられた第１モータと、をさらに含み、
    前記第１密閉容器内において、前記連絡通路は、鉛直方向に関して前記第１オイルポンプの吸入口と前記第１モータとの間に位置している開口部を有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
16. 前記第２圧縮機は、前記第２圧縮機構を駆動するための第２モータと、前記第２圧縮機構と前記第２モータとを同軸に連結している第２シャフトと、前記第２オイル溜まりのオイルを前記第２圧縮機構へと供給するために前記第２シャフトの端部に設けられた第２オイルポンプと、をさらに含み、
    前記第２シャフトの軸方向が鉛直方向に平行であり、
    前記第２圧縮機構、前記第２モータおよび前記第２オイルポンプが上からこの順番で並んでおり、
    前記第２密閉容器内において、前記連絡通路は、鉛直方向に関して前記第２オイルポンプの吸入口と前記第２モータとの間に位置している開口部を有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
17. 鉛直方向に関して前記連絡通路よりも上の位置で前記第１オイル溜まりと前記第２オイル溜まりとを連通している第２連絡通路と、
    前記第２連絡通路に設けられ、前記第２連絡通路内のオイルの流れを遮断できる第２弁と、をさらに備えた、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
18. 前記第１シャフトの軸方向が鉛直方向に平行であり、
    前記第１圧縮機構が前記第１密閉容器内の上部に配置され、前記膨張機構が前記第１オイル溜まりに浸漬するように前記第１密閉容器内の下部に配置されており、
    前記膨張機一体型圧縮機は、前記第１オイル溜まりのオイルを前記第１圧縮機構に供給するために前記第１圧縮機構と前記膨張機構との間に配置された第１オイルポンプと、前記第１圧縮機構を駆動するために前記第１オイルポンプと前記第１圧縮機構との間において前記第１シャフトに同軸に取り付けられた第１モータと、前記第１モータと前記第１オイルポンプとの間に配置されて前記第１シャフトを支持する第１軸受部材と、をさらに含み、
    前記第１密閉容器内において、前記第２連絡通路は、鉛直方向に関して前記第１軸受部材と前記第１モータとの間に位置している開口部を有し、
    前記第２圧縮機は、前記第２圧縮機構を駆動するための第２モータと、前記第２圧縮機構と前記第２モータとを同軸に連結している第２シャフトと、前記第２オイル溜まりのオイルを前記第２圧縮機構へと供給するために前記第２シャフトの端部に設けられた第２オイルポンプと、前記第２モータと前記第２オイルポンプとの間に配置されて前記第２シャフトを支持する第２軸受部材と、をさらに含み、
    前記第２シャフトの軸方向が鉛直方向に平行であり、
    前記第２圧縮機構、前記第２モータおよび前記第２オイルポンプが上からこの順番で並んでおり、
    前記第２密閉容器内において、前記第２連絡通路は、鉛直方向に関して前記第２軸受部材と前記第２モータとの間に位置している開口部を有する、請求項１７に記載の冷凍サイクル装置。
19. 前記コントローラは、前記オイル量調整運転の前に、冷媒回路内に滞留しているオイルを前記第１密閉容器および前記第２密閉容器に回収するオイル回収運転をさらに実行し、
    その後、前記第１弁を閉じた状態かつ前記第２弁を開いた状態で前記オイル量調整運転を実行する、請求項１７または１８に記載の冷凍サイクル装置。
20. 前記第１オイル溜まりのオイル量と前記第２オイル溜まりのオイル量との合計は、（ａ）前記第１オイル溜まりのオイルレベルが当該冷凍サイクル装置の起動時に前記膨張機一体型圧縮機に必要なオイルレベルに一致しているときの前記第１オイル溜まりのオイル量と、（ｂ）前記第２オイル溜まりのオイルレベルが当該冷凍サイクル装置の起動時に前記第２圧縮機に必要なオイルレベルに一致しているときの前記第２オイル溜まりのオイル量との合計以上である、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
21. 前記第１圧縮機構および前記第２圧縮機構は、それぞれ、スクロール圧縮機構である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
22. 冷媒として二酸化炭素を用いた、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

Images