WO2017126539A1

WO2017126539A1 - 並列接続される複数の多段圧縮機を備えた冷凍サイクル

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Publication number: WO2017126539A1
Application number: PCT/JP2017/001519
Authority: WO
Inventors: 峰正大村; 村上　健一; 猛志竹田; 尚夫水野; 章夫川西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2018-07-20
Also published as: AU2017209481A1; JP6718240B2; CN108369037A; AU2017209481B2; EP3379169A1; EP3379169A4; JP2017129310A; CN108369037B

Abstract

並列に接続される複数の多段圧縮機と、多段圧縮機の各々のハウジング内に中間圧の冷媒ガスを供給するインジェクション回路とを備えた構成において、インジェクション量を確保しながら、各ハウジング内の潤滑油を平均化する。　冷凍サイクル１は、複数の多段圧縮機１１Ａ，１１Ｂのハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ同士を連結する均油経路１７と、気液分離器１４内のガス冷媒を、対応する多段圧縮機のハウジング内に供給する複数のガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂと、冷却器１２および第１膨張弁１３の間から抽出された冷媒を、対応する多段圧縮機のハウジング内に供給する複数のバイパス経路３０Ａ，３０Ｂと、複数の多段圧縮機のそれぞれのバイパス経路２０Ａ，２０Ｂの少なくともいずれかの流量を変更可能なバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂと、逆止弁２１Ａ，２１Ｂと、制御部４０と、を備えている。

Description

並列接続される複数の多段圧縮機を備えた冷凍サイクル

　本発明は、並列に接続される複数の多段圧縮機と、それらの多段圧縮機の各々のハウジング内に中間圧の冷媒ガスを供給する回路とを備えた冷凍サイクルに関する。

　２つの圧縮機構を有する２段圧縮機のハウジング内に、中間圧の冷媒ガスを供給するガスインジェクション回路を備えた冷凍サイクルが知られている。
　２段圧縮および中間圧冷媒のインジェクションによれば、１段圧縮により同じ冷凍能力を得る場合と比べて、圧縮効率を担保し、かつ圧縮機から吐出される冷媒の温度を抑制することができる。
　また、冷凍能力を広範に変化させるため、並列接続された複数の２段圧縮機を備えた冷凍サイクルも知られている（特許文献１）。

　ところで、冷媒ガスに含まれる潤滑油の圧縮機ハウジングからの吐出量および戻り量が、並列接続された複数の圧縮機の間でばらつくため、長時間に亘り運転を継続していると、ハウジング内の潤滑油が運転条件に応じて一部の圧縮機に偏ってしまう。
　そのため、複数の圧縮機のハウジング同士を配管で接続するとともに、ハウジング間に圧力差を与え、圧力差に従って複数の圧縮機のハウジング間で潤滑油を移動させる均油運転が適時に行われる。
　特許文献１では、均油に必要な圧力差を与えるために、ガスインジェクション回路を利用している。特許文献１では、複数の圧縮機ハウジング内にそれぞれ中間圧の冷媒ガスを供給するガスインジェクション回路の各々に流量調整弁を設け、それらの流量調整弁の開度を制御してハウジング間に圧力差を与えることで、ハウジング内の潤滑油をハウジング間で平均化している。

特許第５１９３０１１号

　均油を図るため、一部の圧縮機の回転数を上げ、圧縮機に吸入、吐出される冷媒の圧力損失を増やすことにより複数の圧縮機の各々のハウジング間に圧力差を与えることが考えられる。
　しかし、それによって各ハウジング内の圧力を変化させてハウジング間に圧力差を与えることができるのは、低圧の冷媒ガスのみがハウジング内に供給される１段圧縮の圧縮機が並列接続されている場合に限られる。
　低圧の冷媒ガスだけでなく、ガスインジェクション回路からの中間圧ガスが各ハウジング内に同じ流量だけ供給されていると、一部の圧縮機の回転数を上げたとしても、各ハウジング内の圧力がさほど変化しないので、潤滑油を移動させるために必要なハウジング間の圧力差を得ることが難しい。
　そこで、特許文献１のように各ガスインジェクション回路に設けられた流量調整弁の開度を制御して圧縮機ハウジング内への中間圧冷媒ガスの供給量を増減させることが考えられる。しかし、中間圧冷媒ガスの供給量が減少されると、必要なインジェクション量（流量）を確保できないおそれがある。

　以上より、本発明は、並列に接続される複数の多段圧縮機と、それらの多段圧縮機の各々のハウジング内に中間圧の冷媒ガスを供給するガスインジェクション回路とを備えた冷凍サイクルにおいて、必要なインジェクション量を確保しながら、各ハウジング内の潤滑油を平均化することを目的とする。

　本発明は、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構が含まれる多段の圧縮機構を収容するハウジングをそれぞれ備え、並列に接続される複数の多段圧縮機を備えた冷凍サイクルであって、複数の多段圧縮機、冷却器、第１減圧部、気液分離器、第２減圧部、および蒸発器が順次接続されることにより冷媒回路が構成され、複数の多段圧縮機のハウジング同士を連結する均油経路と、気液分離器内のガス冷媒を、対応する多段圧縮機のハウジング内の低段側圧縮機構と高段側圧縮機構との間に供給する複数のガスインジェクション回路と、冷却器および第１減圧部の間から抽出された冷媒を、対応する多段圧縮機のハウジング内の前記低段側圧縮機構と前記高段側圧縮機構との間に供給する複数のバイパス経路と、複数の多段圧縮機のそれぞれのバイパス経路の少なくともいずれかを流れる前記冷媒の流量を変更可能なバイパス弁と、ガスインジェクション回路に備えられ、ハウジング内に向けて流れるガス冷媒の逆流を防ぐ逆止弁と、バイパス弁の開度を制御するように構成される制御部と、を備えることを特徴とする。
　本発明における「冷却器」は、冷媒の温度を低下させるものであり、凝縮器あるいはガスクーラを包含する。

　本発明の冷凍サイクルにおいて、バイパス経路は、冷却器および第１減圧部の間から抽出された冷媒をガスインジェクション回路へと流入させることが好ましい。
　一方で、本発明の冷凍サイクルにおいて、バイパス経路は、多段圧縮機のハウジング内にそれぞれ直接接続されるように構成されてもよい。

　本発明の冷凍サイクルにおいて、制御部は、少なくとも、均油経路を通じて複数の多段圧縮機の各々のハウジング間で潤滑油を移動させる均油運転時に、バイパス弁の開度を制御するように構成されることができる。

　本発明の冷凍サイクルは、多段圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度を検知する吐出温度センサを備え、制御部は、吐出温度を用いてバイパス弁の開度を制御するように構成されることが好ましい。
　また、本発明の冷凍サイクルは、多段圧縮機のハウジングに流入するインジェクションガス冷媒および／またはバイパス冷媒の圧力を検知する圧力センサを備え、制御部は、圧力センサにより検知された冷媒の圧力に基づいてバイパス弁の開度を制御するように構成されてもよい。

　本発明の冷凍サイクルにおいて、バイパス弁は、流量を調整可能な流量調整弁であり、複数のバイパス経路のそれぞれに備えられていることが好ましい。
　一方で、本発明の冷凍サイクルにおいて、バイパス弁は、複数のバイパス経路の少なくとも1つに備えられるように構成されてもよい。

　本発明の冷凍サイクルにおいて、冷媒回路を循環する冷媒としてＣＯ_２が用いられていることが好ましい。

　冷却器および第１減圧部の間からバイパス経路へと抽出された冷媒は、液体あるいは液相優位の状態であり、気液分離器内から抽出されたガス冷媒よりも圧力が高い。そのため、バイパス弁の開度を制御し、複数のバイパス経路の間で流量に差を付けることにより、均油経路を通じてハウジング内の潤滑油を移動させるために必要なハウジング間の圧力差を実現することができる。本発明では、ハウジング間の圧力差を得るために、気液分離器内から抽出されたガス冷媒をハウジングに供給する複数のガスインジェクション回路のうちの一部についてガス冷媒の流量を減少させる必要がない。

　本発明における多段圧縮機のハウジング内には、気液分離器内からガスインジェクション回路へと抽出された低温のガス冷媒に加え、冷却器と第１減圧部との間からバイパス経路へと抽出された低温の冷媒が余分に供給されることとなる。
　そのため、均油運転時に限らず、ガスインジェクション回路のみを用いるインジェクションによってはハウジング内の温度および圧力や圧縮機から吐出された冷媒の温度が上限を超えるおそれのある運転条件の際に、バイパス経路を用いることができる。
　つまり、バイパス経路を通じた低温冷媒のインジェクションを含め、全体として必要なインジェクション量を確保しつつ、圧縮機からそれぞれ吐出される冷媒の過熱やハウジングの温度や内圧が過大となることを防ぐことができる。

　本発明におけるバイパス経路には、ガスインジェクション回路を流れるガス冷媒よりも密度が高い冷媒が流れるため、バイパス弁には、ガスインジェクション回路の流量を増減させる場合にガスインジェクション回路に備えられる流量調整弁よりも口径が小さいものを用いることができる。そのため、弁に要するコストを抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクルを示す模式図である。本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクルを示す模式図である。本発明の変形例に係る冷凍サイクルを示す模式図である。本発明の他の変形例に係る冷凍サイクルを示す模式図である。本発明の実施形態との比較例に係る冷凍サイクルを示す模式図である。

　以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
　図１に示す冷凍サイクル１は、並列に接続された２つの２段圧縮機１１Ａ，１１Ｂ（以下、圧縮機）を備えた冷媒回路１０と、２段圧縮機１１Ａ，１１Ｂを相互に接続する均油経路１７と、２つの圧縮機１１Ａ，１１Ｂに対応して２つずつ用意されたガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂ、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂと、冷凍サイクル１の運転全般を制御する制御部４０とを備えている。
　１１Ａ，２０Ａ，３０Ａのように、末尾に「Ａ」の符号が付されたものが互いに対応している。同様に、１１Ｂ，２０Ｂ，３０Ｂのように、末尾に「Ｂ」の符号が付されたものが互いに対応している。

　本実施形態の冷凍サイクル１は、例えば、冷凍装置、空気調和機、給湯器等に用いることができる。
　制御部４０は、熱負荷に応じて、圧縮機１１Ａ，１１Ｂのうちの１台のみ、あるいは２台共を動作させることにより、冷凍能力を変更する。

　冷媒回路１０は、圧縮機１１Ａ，１１Ｂと、冷却器１２と、第１膨張弁（第１減圧部）１３と、気液分離器１４と、第２膨張弁（第２減圧部）１５と、蒸発器１６とが順次接続されることにより構成されている。
　冷媒回路１０を循環する冷媒として、本実施形態では自然冷媒であるＣＯ_２を使用している。
　但し、その他の冷媒、例えば、アンモニア、プロパン、ハイドロクロロフルオロカーボン（HCFC）類、ハイドロフルオロカーボン（HFC）類等を使用することもできる。

　圧縮機１１Ａは、低段側圧縮機構１０１および高段側圧縮機構１０２と、それらの圧縮機構１０１，１０２を駆動する電動機（図示しない）と、圧縮機構１０１，１０２および電動機を密閉状態で収容するハウジング１０３Ａとを備えている。圧縮機１１Ａ，１１Ｂは、制御部４０による制御の下、回転速度に応じて圧縮容量が可変に構成されている。
　低段側圧縮機構１０１として、本実施形態ではロータリーピストン型の圧縮機構が採用されている。
　高段側圧縮機構１０２として、本実施形態ではスクロール型の圧縮機構が採用されている。
　上記は一例に過ぎず、適宜に圧縮機構１０１，１０２を構成することができる。

　ハウジング１０３Ａ内の低段側圧縮機構１０１に吸入ポートＰ１を通じて吸入された低圧の冷媒は、低段側圧縮機構１０１により中間圧にまで圧縮され、低段側圧縮機構１０１よりも上方のハウジング１０３Ａ内空間に吐出される。低段側圧縮機構１０１からハウジング１０３Ａ内に吐出された冷媒と、ガスインジェクション回路２０Ａからハウジング１０３Ａ内に供給された冷媒とが高段側圧縮機構１０２により吸入される。そして、高段側圧縮機構１０２により圧縮された高圧のガス冷媒が、吐出ポートＰ２から冷媒回路１０へと吐出される。

　ここで、「中間圧」は、第２膨張弁１５および蒸発器１６を経て、低段側圧縮機構１０１に吸入される冷媒の圧力と、高段側圧縮機構１０２から吐出される冷媒の圧力との間の圧力をいうものとする。「中間圧」を基準として相対的に低い圧力を「低圧」といい、相対的に高い圧力を「高圧」というものとする。

　圧縮機１１Ｂも、圧縮機１１Ａと同様に、低段側圧縮機構１０１および高段側圧縮機構１０２と、それらの圧縮機構１０１，１０２を駆動する電動機（図示しない）と、圧縮機構１０１，１０２および電動機を密閉状態で収容するハウジング１０３Ｂとを備えている。

　圧縮機１１Ａ，１１Ｂの各々のハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の底部には、圧縮機構１０１，１０２や電動機の軸受等の摺動部に供給される潤滑油が貯留されている。摺動部に潤滑油を十分に供給して信頼性を確保するため、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内には所定の量の潤滑油が存在している必要がある。
　ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の潤滑油は、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の冷媒に混入された状態でハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内からそれぞれ吐出され、冷媒回路１０を巡ってハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内へと戻ってくる。
　十分な信頼性を確保するため、必要に応じて、高段側圧縮機構１０２により吐出された冷媒から潤滑油を分離してハウジング１０３Ａ，１０３Ｂへと戻す油戻し機構が設けられる。

　圧縮機１１Ａ，１１Ｂの運転開始時に、圧縮機１１Ａ，１１Ｂの各々のハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内に同じ量の潤滑油が存在していたとしても、運転が継続されるうちに、圧縮機１１Ａ，１１Ｂの間でハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の潤滑油の量に偏りが生じる。
　それは、圧縮機１１Ａ，１１Ｂの個体差による吐出量の相違や、油戻し機構の抵抗の相違等に起因して起こる。

　圧縮機１１Ａのハウジング１０３Ａと圧縮機１１Ｂのハウジング１０３Ｂとの間で潤滑油を移動させ、各ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内に必要量の潤滑油を確保するため、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ同士が均油経路１７により接続されている。
　均油経路１７は、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂの底部の付近で、圧縮機１１Ａのハウジング１０３Ａ内と圧縮機１１Ｂのハウジング１０３Ｂ内とを連結している。

　均油経路１７には、均油経路１７を開閉する均油弁１７１が備えられている。
　均油弁１７１は、適時に行われる冷凍サイクル１の均油運転時に開かれる。均油運転時以外の運転時には、均油弁１７１は閉じられる。
　均油運転時に均油経路１７を通じて潤滑油を圧縮機１１Ａ，１１Ｂの各ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間で移動させるために必要な圧力差を得るため、本実施形態では、後述するバイパス経路３０Ａ，３０Ｂそれぞれを通じてハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内に圧力を導入することが可能である。

　さて、本実施形態では、冷却器１２と蒸発器１６との間に第１膨張弁１３、気液分離器１４、および第２膨張弁１５が配置されている。圧縮機１１Ａ，１１Ｂから吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷却器１２において放熱されることで液化される。冷却器１２から流れ出た液冷媒は、第１膨張弁１３における減圧により気液二相とされ、気液分離器１４内において気液分離される。気液分離器１４内のガス冷媒が、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂを通じて圧縮機１１Ａ，１１Ｂのハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の低段側圧縮機構１０１と高段側圧縮機構１０２との間に供給される。

　本実施形態では、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂに共通の配管２０により、中間圧のガス冷媒を気液分離器１４内から抽出した後、ガスインジェクション回路２０Ａとガスインジェクション回路２０Ｂとに分岐させている。

　冷凍サイクル１においては、圧縮機１１Ａ，１１Ｂから吐出される冷媒温度の抑制や、圧縮効率の改善、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂの内圧低下等を目的として、低段側圧縮機構１０１と高段側圧縮機構１０２との間に、低温の中間圧ガス冷媒をガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂを通じて供給している。

　気液分離器１４内からガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂへと抽出されるインジェクションガス冷媒は、第２膨張弁１５による減圧と、蒸発器１６による吸熱とを経ていない。
　インジェクションガス冷媒の圧力は、中間圧に相当する。インジェクションガス冷媒の温度は、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の冷媒の温度よりも低いので、インジェクションガス冷媒がハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の冷媒と共に高段側圧縮機構１０２に吸入されて圧縮されることにより、高段側圧縮機構１０２から吐出される冷媒の温度が抑制される。

　特に、冷凍サイクル１における冷媒の最高温度および最高圧力が高くなりがちなＣＯ_２を冷媒として使用している場合に、中間圧・低温冷媒のインジェクションが有効である。
　ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の電動機コイルの使用可能な温度、潤滑油の品質維持、冷凍サイクルの効率等を考慮すると、中間圧・低温冷媒のインジェクションにより、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の温度および圧力、そして吐出冷媒の温度を許容限度以下に抑える必要がある。そのためには、所定以上のインジェクション量（インジェクション流量）を確保する必要がある。

　次に、本実施形態の主要な特徴であるバイパス経路３０Ａ，３０Ｂについて説明する。
　バイパス経路３０Ａ，３０Ｂは、冷却器１２および第１膨張弁１３の間と、対応するガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂとを接続する。
　バイパス経路３０Ａ，３０Ｂにより、冷却器１２を経た冷媒が第１膨張弁１３および気液分離器１４を通らずに（迂回されて）ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂへと流入し、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂを通じてハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の低段側圧縮機構１０１と高段側圧縮機構１０２との間に供給される。

　バイパス経路３０Ａ，３０Ｂは、必要なインジェクション量を確保することで、吐出冷媒の温度やハウジング１０３Ａ，１０３Ｂの内圧、サイクル効率等を満足しつつ、均油に必要なハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間の圧力差を得るために、冷凍サイクル１に備えられている。

　冷却器１２と第１膨張弁１３との間からバイパス経路３０Ａ,３０Ｂへと抽出されたバイパス冷媒は、冷却器１２を経ているため低温である。また、バイパス冷媒は、第１膨張弁１３を経ていないため、液体あるいは液相優位の状態であって、気液分離器１４内からガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂへと抽出されたガス冷媒よりも圧力が高い。このバイパス冷媒がハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内に供給されることで、吐出冷媒の温度やハウジング１０３Ａ，１０３Ｂの内圧を許容値以下に低く抑えつつ、潤滑油をハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間で移動させるための圧力差を得ることが可能となる。
　バイパス経路３０Ａ，３０Ｂを通じてハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内へと供給される低温冷媒は、低段側圧縮機構１０１によりハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内に吐出されるガスに対して少量であり、その吐出ガスとの混合時に蒸発し、高段側圧縮機構１０２へと吸入される。
　気液分離器１４内から抽出されたガス冷媒よりも圧力が高いバイパス冷媒が流入するため、ガスインジェクション回路２０Ａには逆止弁２１Ａが備えられ、ガスインジェクション回路２０Ｂには逆止弁２１Ｂが備えられている。これらの逆止弁２１Ａ，２１Ｂにより、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂをハウジング１０３Ａ，１０３Ｂに向けてそれぞれ流れる冷媒の逆流を防ぐことができる。

　バイパス経路３０Ａには、流量を調整可能なバイパス流量調整弁（バイパス弁）３１Ａが備えられており、バイパス経路３０Ｂには、流量を調整可能なバイパス流量調整弁（バイパス弁）３１Ｂが備えられている。
　均油運転時にバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの各々の開度を制御部４０により操作することで、圧縮機１１Ａ，１１Ｂの各々のハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の圧力を変化させ、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間に圧力差を与えることができる。

　以下、気液分離器１４内からガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂへと抽出されたガス冷媒の流量が調整される場合（比較例）と比較しつつ、本実施形態のバイパス経路３０Ａ，３０Ｂによる作用効果を説明する。
　比較例は、図５に示すような冷媒サイクルである。
　図５に示す冷凍サイクルでは、ガスインジェクション回路２０Ａに流量調整弁９１Ａが備えられ、ガスインジェクション回路２０Ｂに流量調整弁９１Ｂが備えられている。
　均油運転時に流量調整弁９１Ａ，９１Ｂの各々の開度を制御部９０によって制御することにより、均油に必要な圧力差をハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間に与えることを考える。

　流量調整弁９１Ａ，９１Ｂの開度に応じたガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂのそれぞれを流れるガス冷媒の流量に基づいて各ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の圧力が変化する。
　例えば、流量調整弁９１Ａにより流量が減少されると圧縮機１１Ａのハウジング１０３Ａ内の圧力が相対的に小さくなり、流量調整弁９１Ｂにより流量が増加されると圧縮機１１Ｂのハウジング１０３Ｂ内の圧力が相対的に大きくなる。そうすると、圧縮機１１Ａ，１１Ｂのハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間の圧力差に従って、均油経路１７を通じて潤滑油が移動する。

　比較例では、均油に必要なハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間の圧力差を実現するため、圧縮機１１Ａと圧縮機１１Ｂとの間で、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂに供給されるインジェクション冷媒の流量に差を与える必要がある。そのため、複数のガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂのうちの一方のガスインジェクション回路を流れるガス冷媒の流量を減少する必要が生じ、流量が減少された圧縮機１１Ａについて必要なインジェクション量を確保できない可能性がある。

　上記の比較例とは異なり、本実施形態（図１）では、気液分離器１４内からガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂへと抽出されるガス冷媒の流量には差を付けておらず、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂにより調整されるバイパス経路３０Ａ，３０Ｂの流量差によってハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間に圧力差を与えている。
　バイパス経路３０Ａ，３０Ｂに抽出される冷媒の流量は、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間で潤滑油を移動させるために必要な限度で足りる。
　上述したように、冷却器１２と第１膨張弁１３との間からバイパス経路３０Ａ，３０Ｂに抽出される冷媒は、液体あるいは液相優位の状態であり、気液分離器１４内から抽出されたガス冷媒よりも圧力が高いため、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂに若干量を抽出すれば、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの一方を全開し、他方を全閉したときを最大として、均油経路１７を潤滑油が移動するために必要なハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間の圧力差を確保することができる。

　また、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂを流れる冷媒は液体あるいは液相優位の状態であり、ガス冷媒よりも密度が高いため、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂのバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂには、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂの流量調整弁９１Ａ，９１Ｂ（図５）よりも口径が小さいものを用いることができる。そのため、本実施形態では、比較例に対して流量調整弁に要するコストを抑えることができる。

　均油運転時の制御部４０による制御について説明する。
　冷凍サイクル１の運転が長時間継続されており、圧縮機１１Ａのハウジング１０３Ａと圧縮機１１Ｂのハウジング１０３Ｂとの間で潤滑油の偏りが生じている可能性のある適宜なタイミングで、冷凍サイクル１は制御部４０により均油運転に移行される。

　本実施形態の制御部４０は、運転条件に応じてハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内から流出した潤滑油の量を積算し、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間における潤滑油の偏りの状況を推定することで、冷凍サイクル１を均油運転に移行する。具体的には、均油弁１７１を開き、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの開度を設定する。均油運転が行われる毎に、流出した潤滑油の積算量はリセットされる。
　均油運転が、所定の運転継続時間毎に行われるようにしてもよい。

　圧縮機１１Ａのハウジング１０３Ａ内から圧縮機１１Ｂのハウジング１０３Ｂ内へと潤滑油が移動する向きに応じた圧力差と、それとは逆に、圧縮機１１Ｂのハウジング１０３Ｂ内から圧縮機１１Ａのハウジング１０３Ａ内へと潤滑油が移動する向きに応じた圧力差とが圧縮機１１Ａ，１１Ｂのハウジング１０３Ａ，１０３Ｂに与えられる。そうすると、圧縮機１１Ａ，１１Ｂのいずれのハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内に潤滑油が多いのか、いずれのハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内に潤滑油が少ないのかが不明であっても、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の潤滑油の平均化を図ることができる。

　そのため、制御部４０は、まず、圧縮機１１Ａのハウジング１０３Ａの圧力＞圧縮機１１Ｂのハウジング１０３Ｂの圧力となるように、バイパス流量調整弁３１Ａの開度がバイパス流量調整弁３１Ｂの開度よりも大きくなるようにバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂのそれぞれの開度を設定する。その後、圧縮機１１Ａのハウジング１０３Ａの圧力＜圧縮機１１Ｂのハウジング１０３Ｂの圧力となるように、バイパス流量調整弁３１Ｂの開度がバイパス流量調整弁３１Ａの開度よりも大きくなるようにバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂのそれぞれの開度を設定する。
　そうすると、均油運転前における各ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の潤滑油の偏りの状況によらず、圧縮機１１Ａ，１１Ｂのハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間で潤滑油が平均化される。

　なお、本実施形態において、圧縮機１１Ａ，１１Ｂのいずれかの回転数を上げ、吸入、吐出される冷媒の圧力損失を増やすことによりハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間の圧力差の実現に寄与することも許容される。

　ところで、バイパス流量調整弁３１Ａや３１Ｂが開いていれば、対応するバイパス経路３０Ａ，３０Ｂが開通しているので、開通しているバイパス経路３０Ａ，３０Ｂを通じてハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内には、冷却器１２と第１膨張弁１３との間から抽出された低温の冷媒が供給される。ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂには、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂを通じて低温のガス冷媒が供給されているが、それに加え、開通しているバイパス経路３０Ａ，３０Ｂを通じて低温の冷媒が余分に供給されることとなる。

　そのため、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂのみを用いるガスインジェクションによってはハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内の温度および圧力や圧縮機１１Ａ，１１Ｂから吐出された冷媒の温度が上限を超えるおそれのある運転条件の際に、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂを用いることができる。
　本実施形態の制御部４０は、均油運転時には限らず、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの開度を制御することにより、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂを通じた低温冷媒のインジェクションを行う。

　制御部４０は、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの各々の開度を制御するにあたり、圧縮機１１Ａ，１１Ｂから吐出された冷媒の温度を指標として用いる。
　そのために、冷媒回路１０には、圧縮機１１Ａから吐出された冷媒の温度を検知する温度センサ（吐出温度センサ）３２Ａと、圧縮機１１Ｂから吐出された冷媒の温度を検知する温度センサ（吐出温度センサ）３２Ｂとが備えられている。
　以下、圧縮機１１Ａ，１１Ｂからそれぞれ吐出された冷媒の温度のことを「吐出温度」と称する。

　図１に示すように、制御部４０は、温度センサ３２Ａ，３２Ｂから吐出温度を取得する吐出温度取得部４１と、温度センサ３２Ａ，３２Ｂにより検知された吐出温度が所定の閾値を超えているか否かを判定する判定部４２と、判定部４２による判定結果に応じてバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの開度を設定する開度設定部４３とを備えている。

　制御部４０による制御のフローについて説明する。
　制御部４０の吐出温度取得部４１は、温度センサ３２Ａ，３２Ｂによりそれぞれ検知された吐出温度を取得する。
　次に、制御部４０の判定部４２は、取得された圧縮機１１Ａ，１１Ｂの吐出温度がそれぞれ所定の閾値を超えているか否かを判定する。
　そして、制御部４０の開度設定部４３は、吐出温度が閾値を超えている場合に、閾値を超えている吐出温度に対応する圧縮機のハウジング（１０３Ａ，１０３Ｂの一方または両方）に接続されたバイパス経路のバイパス流量調整弁（３１Ａ，３１Ｂの一方または両方）を所定の開度で開く。

　例えば、圧縮機１１Ａの吐出温度が閾値を超えているならば、開度設定部４３は、バイパス流量調整弁３１Ａを開くことで低温の冷媒を圧縮機１１Ａのハウジング１０３Ａ内に供給する。その冷媒がハウジング１０３Ａ内の冷媒と共に高段側圧縮機構１０２により圧縮されることで、圧縮機１１Ａの吐出温度が抑制される。
　また、圧縮機１１Ｂの吐出温度が閾値を超えているならば、開度設定部４３は、バイパス流量調整弁３１Ｂを開いて低温の冷媒を圧縮機１１Ｂのハウジング１０３Ｂ内に供給し、圧縮機１１Ｂの吐出温度を抑制する。
　閾値温度に対する吐出温度の偏差が大きい程、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂを大きい開度に設定することが好ましい。それにより、吐出温度を迅速に閾値以下に抑えることができる。
　吐出温度が閾値以下である場合は、吐出温度を抑制するためにバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂを開く必要はない。

　以上のように、吐出温度を用いてバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの開度を制御することを通じて、吐出温度と同様に、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂの温度および内圧も許容値以下に抑えることができる。
　吐出温度の代わりにハウジング１０３Ａ，１０３Ｂの温度や内圧等の検出値を用いて、あるいは、運転条件に応じて決められた所定の開度にて、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂを制御することもできる。

　以上で説明したように、本実施形態では、気液分離器１４内から抽出されてハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内へと供給されるガス冷媒よりも圧力が高い冷媒が、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂを通じてハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内へと供給されるとともに、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの開度の制御により、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂのそれぞれを流れる冷媒の流量に差が与えられる。
　この構成により、均油運転時には、圧縮機１１Ａと圧縮機１１Ｂとのハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間に圧力差を与えて均油を図ることができる。
　また、均油運転時に限らず、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂを通じた低温冷媒のインジェクションにより、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂを通じたガス冷媒のインジェクションと合わせた全体として、必要な冷媒のインジェクション量を確保しつつ、圧縮機１１Ａ，１１Ｂからそれぞれ吐出される冷媒の過熱やハウジング１０３Ａ，１０３Ｂの温度や内圧が過大となることを防ぐことができる。

　本実施形態では、圧縮機１１Ａ，１１Ｂのそれぞれの吐出温度に応じて、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂを流れる冷媒の流量をバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂによりそれぞれ適切な流量に調整することができる。そのため、例えば、閾値からの吐出温度の偏差が大きいほど大きい開度となるようにバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂを制御し、閾値から逸脱した吐出温度を迅速に閾値以下に収めるといったように、吐出温度を適切にコントロールすることが可能となる。

　さらに、本実施形態では、インジェクションのための配管が、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂへのバイパス経路３０Ａ，３０Ｂの流入位置よりも下流では１つにまとまっており、インジェクション冷媒を受け入れるインジェクションポートＰ３をハウジング１０３Ａ，１０３Ｂのそれぞれにつき１つだけ設ければよい。そのため、ガスインジェクション回路２０Ａおよびバイパス経路３０Ａを（またはガスインジェクション回路２０Ｂおよびバイパス経路３０Ｂを）個別に構成する場合と比べて、重量やコストを抑えることができる。

　バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂに代えてオンオフ弁を用いることも可能である。例えば、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂにそれぞれ配置されたオンオフ弁を断続的にON／OFFさせ、単位時間あたりのONの比率を変更したり、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂのそれぞれに複数のオンオフ弁を並列に設けて、それらのオンオフ弁のON／OFFの個数比を変更したりすることで、流量調整弁と同様の機能を実現することができる。

〔第２実施形態〕
　次に、図２を参照し、本発明の第２実施形態について説明する。
　第２実施形態は、インジェクションガス冷媒よりも温度が低い冷媒を圧縮機１１Ａ，１１Ｂのハウジング１０３Ａ，１０３Ｂに供給するためのより基本的な回路を示している。
　図２に示す冷凍サイクル２では、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂがガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂには接続されておらず、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内に直接接続されている。
　ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂに備えられた逆止弁２１Ａ，２１Ｂにより、ガスインジェクション回路２０Ａ，２０Ｂにおける冷媒の逆流を防いでいる。図２に示す構成によっても、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの開度を制御部４０により制御してバイパス経路３０Ａ，３０Ｂを流れる冷媒に流量差を与えることで、均油に必要なハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間の圧力差を得ることができる。
　また、吐出温度等の許容値に対して厳しい運転条件であっても、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂを通じてハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ内にそれぞれ供給されるインジェクション冷媒により、過熱を防ぐために必要なインジェクション量を確保することができる。

　図３に示す冷凍サイクル３は、圧縮機１１Ａのハウジング１０３ＡのインジェクションポートＰ３へと流入するインジェクション冷媒の圧力を検知する圧力センサ３３Ａと、圧縮機１１Ｂのハウジング１０３ＢのインジェクションポートＰ３へと流入するインジェクション冷媒の圧力を検知する圧力センサ３３Ｂとを備えている。
　制御部４０は、圧力センサ３３Ａ，３３Ｂによりそれぞれ検知される圧力に基づいて、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂを流れる冷媒に必要十分な流量差が付くようにバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの開度を制御することができる。そうすることで、均油に必要なハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間の圧力差をより確実に得ることができる。

　また、圧縮機１１Ａ，１１Ｂの吐出温度等をより適切にコントロールするため、制御部４０は、温度センサ３２Ａ，３２Ｂにより検知される吐出温度に加え、圧力センサ３３Ａ，３３Ｂにより検知される圧力を用いて、対応するバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの開度を制御することができる。

　図２に示す冷凍サイクル２においてバイパス経路３０Ａ，３０Ｂからのインジェクション冷媒が流入するインジェクションポートＰ３´の近傍に圧力センサ３３Ａ，３３Ｂを設けることもできる。その場合も、制御部４０により、圧力センサ３３Ａ，３３Ｂにより検知される圧力を用いて、バイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂの開度を制御することができる。

　上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
　図１の冷凍サイクル１のバイパス流量調整弁３１Ａ，３１Ｂに代えて、オンオフ弁を用いることもできる。制御部４０により、例えば、バイパス経路３０Ａに対応するオンオフ弁を開き、バイパス経路３０Ｂに対応するオンオフ弁を閉じることにより、圧縮機１１Ａ，１１Ｂの各ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間に、潤滑油の移動に必要な圧力差を持たせることができる。
　また、圧縮機１１Ａ，１１Ｂからの吐出温度が閾値を超えていたならば、吐出温度が閾値を超えている圧縮機に対応するバイパス経路のオンオフ弁を開くことにより、吐出温度等の制限を守ることができる。

　本発明の冷凍サイクルにおいては、少なくとも、インジェクション量を確保しながら、圧縮機のハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間で均油できれば目的に足りる。吐出温度の制限は、一定速度で運転される圧縮機の場合や、押しのけ量の観点から、必要でない場合もある。
　したがって、本発明の冷凍サイクルにおいては、複数の圧縮機の各ハウジングに対応するバイパス経路３０Ａ，３０Ｂのうち冷媒の流量の変更が必要であるものにだけバイパス弁を設けることができ、必ずしも、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂにそれぞれバイパス弁を設ける必要はない。
　例えば、図４に示す冷凍サイクル４のように、バイパス経路３０Ａ，３０Ｂの口径に差を与えてバイパス経路３０Ａ，３０Ｂを流れる冷媒の流量を互いに相違させるとともに、流量が大きい一方のバイパス経路３０Ａにだけオンオフ弁３５を設けることができる。
　上記構成においては、オンオフ弁３５を開放することによって、あるいは、オンオフ弁３５を閉じることによって、ハウジング１０３Ａ，１０３Ｂ間に均油のための圧力差を与えることができる。

　上述した冷凍サイクル１，２，３は、並列に接続される２つの圧縮機１１Ａ，１１Ｂを備えて構成されているが、並列に接続される３つ以上の圧縮機を備えて構成されていてもよい。その場合も、複数の圧縮機の各々のハウジングが相互に均油経路により接続されている。そして、各圧縮機にそれぞれ用意されたバイパス経路のバイパス弁の開度が制御される。例えば、３つの圧縮機のうちの１つの圧縮機に対応するバイパス弁を所定の開度で開き、残りの２つの圧縮機に対応するバイパス弁を閉じると、相対的に圧力が高いハウジングから、相対的に圧力が低いハウジングへと潤滑油を移動させることができる。

１，２，３，４　　　冷凍サイクル
１０　　　冷媒回路
１１Ａ，１１Ｂ　　　圧縮機（多段圧縮機）
１２　　　冷却器
１３　　　第１膨張弁（第１減圧部）
１４　　　気液分離器
１５　　　膨張弁（第２減圧部）
１６　　　蒸発器
１７　　　均油経路
２０Ａ，２０Ｂ　　　ガスインジェクション回路
２１Ａ，２１Ｂ　　　逆止弁
３０Ａ，３０Ｂ　　　バイパス経路
３１Ａ，３１Ｂ　　　バイパス流量調整弁（バイパス弁）
３２Ａ，３２Ｂ　　　温度センサ（吐出温度センサ）
３３Ａ，３３Ｂ　　　圧力センサ
３５　　　オンオフ弁
４０　　　制御部
４１　　　吐出温度取得部
４２　　　判定部
４３　　　開度設定部
９０　　　制御部
９１Ａ，９１Ｂ　　　流量調整弁
１０１　　低段側圧縮機構
１０２　　高段側圧縮機構
１０３Ａ，１０３Ｂ　　　ハウジング
１７１　　均油弁
Ｐ１　　　吸入ポート
Ｐ２　　　吐出ポート
Ｐ３　　　インジェクションポート

Claims

　低段側圧縮機構および高段側圧縮機構が含まれる多段の圧縮機構を収容するハウジングをそれぞれ備え、並列に接続される複数の多段圧縮機を備えた冷凍サイクルであって、
　前記複数の多段圧縮機、冷却器、第１減圧部、気液分離器、第２減圧部、および蒸発器が順次接続されることにより冷媒回路が構成され、
　前記複数の多段圧縮機の前記ハウジング同士を連結する均油経路と、
　前記気液分離器内のガス冷媒を、対応する前記多段圧縮機の前記ハウジング内の前記低段側圧縮機構と前記高段側圧縮機構との間に供給する複数のガスインジェクション回路と、
　前記冷却器および前記第１減圧部の間から抽出された冷媒を、対応する前記多段圧縮機の前記ハウジング内の前記低段側圧縮機構と前記高段側圧縮機構との間に供給する複数のバイパス経路と、
　前記複数の多段圧縮機のそれぞれの前記バイパス経路の少なくともいずれかを流れる前記冷媒の流量を変更可能なバイパス弁と、
　前記ガスインジェクション回路に備えられ、前記ハウジング内に向けて流れる前記ガス冷媒の逆流を防ぐ逆止弁と、
　前記バイパス弁の開度を制御するように構成される制御部と、を備える、
ことを特徴とする冷凍サイクル。
　複数の前記バイパス経路は、
　前記冷却器および前記第１減圧部の間から抽出された前記冷媒を前記ガスインジェクション回路へと流入させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
　前記制御部は、
　少なくとも、前記均油経路を通じて前記複数の多段圧縮機の各々の前記ハウジング間で潤滑油を移動させる均油運転時に、
　前記バイパス弁の開度を制御するように構成される、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル。
　前記多段圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度を検知する吐出温度センサを備え、
　前記制御部は、
　前記吐出温度を用いて前記バイパス弁の開度を制御するように構成される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル。
　前記バイパス弁は、
　前記冷媒の流量を調整可能な流量調整弁であり、
　前記複数のバイパス経路のそれぞれに備えられている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル。
　前記冷媒回路を循環する冷媒としてＣＯ_２が用いられている、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル。
　複数の前記多段圧縮機の前記ハウジングに流入する前記ガス冷媒および／または前記冷媒の圧力を検知する圧力センサを備え、
　前記制御部は、
　前記圧力センサにより検出される前記冷媒の圧力に基づいて前記バイパス弁の開度を制御するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
　複数の前記バイパス経路は、
　複数の前記多段圧縮機の前記ハウジング内にそれぞれ直接接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
　前記バイパス弁は、複数の前記バイパス経路の少なくとも1つに備えられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。