JP7460877B2

JP7460877B2 - 熱源ユニットおよびそれを備える冷凍装置

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Publication number: JP7460877B2
Application number: JP2019147374A
Authority: JP
Inventors: 東近藤; 武夫植野; 哲荒井; 覚阪江; 雅章竹上
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2024-04-03
Anticipated expiration: 2039-08-09
Also published as: JP2021028549A

Description

本開示は、熱源ユニットおよびそれを備える冷凍装置に関するものである。

従来より、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構と、油分離器とを備えた冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の冷凍装置では、油分離器で冷媒から分離された油は、低段側圧縮機構と高段側圧縮機構にそれぞれ送られる。その際、各圧縮機構に送られる油の量は、低段用の油流量調整手段と高段用の油流量調整手段によってそれぞれ調整される。

特開２００７－２３２２３０号公報

ところで、特許文献１は、冷凍装置の定常運転時における油流量の調整については開示しているが、冷凍装置の起動運転時における油流量の調整については開示していない。

本開示の目的は、起動運転時に油分離器から各圧縮機へ送られる油の流量を最適化することにある。

本開示の第１の態様は、冷凍装置（10）用の熱源ユニット（20）を対象とする。熱源ユニット（20）は、低段側圧縮機（52,53）と、上記低段側圧縮機（52,53）から吐出された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機（51）と、上記高段側圧縮機（51）が吐出する冷媒から油を分離する油分離器（62）と、上記油分離器（62）で分離された油を上記高段側圧縮機（51）へ送る第１油戻し管（68a）と、上記油分離器（62）で分離された油を上記低段側圧縮機（52,53）へ送る第２油戻し管（68b）と、上記第１油戻し管（68a）に設けられ、該第１油戻し管（68a）の油の流量を調節する第１油量調節機構（75）と、上記第２油戻し管（68b）に設けられ、該第２油戻し管（68b）の油の流量を調節する第２油量調節機構（76）と、上記低段側圧縮機（52,53）を起動する起動運転において、上記油分離器（62）から上記低段側圧縮機（52,53）へ送られる油の流量が、上記油分離器（62）から上記高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量よりも多くなるように上記第１油量調節機構（75）および上記第２油量調節機構（76）を制御する制御部（90）とを備える。

第１の態様では、起動運転において、同運転時に油が不足しがちな低段側圧縮機（52,53）に送られる油の流量が、高段側圧縮機（51）に送られる油の流量よりも多くなる。これにより、起動運転時に低段側圧縮機（52,53）で油が不足するのを抑止できる。

本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、上記制御部（90）は、上記起動運転の後に上記冷凍装置（10）の冷凍サイクルが定常状態となる定常運転において、上記油分離器（62）から上記高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量が、上記油分離器（62）から上記低段側圧縮機（52,53）へ送られる油の流量よりも多くなるように上記第１油量調節機構（75）および上記第２油量調節機構（76）を制御することを特徴とする。

第２の態様では、定常運転において、同運転時に油が不足しがちな高段側圧縮機（51）に送られる油の流量が、低段側圧縮機（52,53）に送られる油の流量よりも多くなる。これにより、定常運転時に高段側圧縮機（51）で油が不足するのを抑止できる。

本開示の第３の態様は、上記第１または第２の態様において、上記制御部（90）は、上記低段側圧縮機（52,53）が吸入する冷媒の過熱度が所定値以上であるという条件が満たされると、該条件が満たされる前よりも、上記油分離器（62）から上記低段側圧縮機（52,53）へ送られる油の流量が増えるように上記第１油量調節機構（75）および上記第２油量調節機構（76）を制御することを特徴とする。

第３の態様では、当該条件が満たされる前よりも、低段側圧縮機（52,53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）を下げることができる。

本開示の第４の態様は、上記第１～第３の態様のいずれか１つにおいて、上記低段側圧縮機（52,53）の圧縮途中に冷媒を供給するインジェクション管（67）と、上記インジェクション管（67）の冷媒の流量を調節する冷媒量調節機構（77）とを備え、上記制御部（90）は、上記低段側圧縮機（52,53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）または上記低段側圧縮機（52,53）の運転容量に基づいて上記冷媒量調節機構（77）を制御することを特徴とする。

第４の態様では、冷媒量調節機構（77）を制御することで、低段側圧縮機（52,53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）を調節することができる。

本開示の第５の態様は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（40）を備える冷凍装置（10）を対象とする。冷凍装置（10）は、上記第１～第４の態様のいずれか１つの熱源ユニット（20）を備える。

図１は、実施形態の冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。図２は、実施形態の冷凍装置の冷却動作中の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図３は、冷却動作中に制御器が行う油戻し制御を示すフロー図である。

実施形態について説明する。本実施形態の冷凍装置（10）は、例えば、チルド食品および冷凍食品を製造するための冷却システム（図示せず）に設けられる。なお、冷凍装置（10）の適用対象は、これに限らない。

図１に示すように、冷凍装置（10）は、熱源ユニット（20）と、冷却ユニット（30）と、制御器（90）とを備える。冷凍装置（10）では、液側連絡配管（41）およびガス側連絡配管（42）を介して接続された熱源ユニット（20）と冷却ユニット（30）によって、冷媒回路（40）が形成される。制御器（90）は、熱源ユニット（20）に設けられる。制御器（90）は、制御部を構成している。

熱源ユニット（20）は、熱源側回路（50）と、熱源側ファン（21）と、制御器（90）とを備える。冷却ユニット（30）は、利用側回路（80）と、利用側ファン（31）とを備える。液側連絡配管（41）は、熱源側回路（50）の液側閉鎖弁（59）を、利用側回路（80）の液側端（81）に接続する。ガス側連絡配管（42）は、熱源側回路（50）のガス側閉鎖弁（61）を、利用側回路（80）のガス側端（82）に接続する。

〈熱源側回路〉
熱源側回路（50）は、高段側圧縮機（51）と、第１低段側圧縮機（52）と、第２低段側圧縮機（53）と、四方切換弁（54）と、熱源側熱交換器（55）と、レシーバ（56）と、熱源側膨張弁（57）と、過冷却熱交換器（58）と、液側閉鎖弁（59）と、ガス側閉鎖弁（61）とを備える。

高段側圧縮機（51）の吐出管は、四方切換弁（54）の第１ポートに接続される。高段側圧縮機（51）の吸入管は、四方切換弁（54）の第２ポートに接続される。第１低段側圧縮機（52）の吐出管は、四方切換弁（54）の第４ポートに接続される。第１低段側圧縮機（52）の吸入管は、ガス側閉鎖弁（61）に接続される。第２低段側圧縮機（53）の吐出管は、四方切換弁（54）の第４ポートに接続される。第２低段側圧縮機（53）の吸入管は、ガス側閉鎖弁（61）に接続される。

四方切換弁（54）の第３ポートは、熱源側熱交換器（55）のガス側端に接続される。熱源側熱交換器（55）の液側端は、レシーバ（56）の流入口に接続される。レシーバ（56）の流出口は、熱源側膨張弁（57）の一端に接続される。熱源側膨張弁（57）の他端は、過冷却熱交換器（58）の第１流路（58a）の一端に接続される。過冷却熱交換器（58）の第１流路（58a）の他端は、液側閉鎖弁（59）に接続される。

高段側圧縮機（51）、第１低段側圧縮機（52）、および第２低段側圧縮機（53）の各々は、全密閉型のスクロール圧縮機である。本実施形態では、高段側圧縮機（51）および第１低段側圧縮機（52）が容量可変に構成される一方、第２低段側圧縮機（53）が容量一定に構成される。なお、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）が、共に容量可変に構成されてもよいし、共に容量一定に構成されてもよい。

四方切換弁（54）は、第１状態（図１に実線で示す状態）と第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り替わる弁である。第１状態の四方切換弁（54）では、第１ポートが第３ポートと連通し、かつ第２ポートが第４ポートと連通する。第２状態の四方切換弁（54）では、第１ポートが第４ポートと連通し、かつ第２ポートが第３ポートと連通する。

熱源側熱交換器（55）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ熱交換器である。熱源側熱交換器（55）は、熱源側ファン（21）によって送られる室外空気を、冷媒と熱交換させる。過冷却熱交換器（58）は、第１流路（58a）と第２流路（58b）とが形成されたプレート式熱交換器である。過冷却熱交換器（58）は、第１流路（58a）を流れる冷媒を、第２流路（58b）を流れる冷媒と熱交換させる。熱源側膨張弁（57）は、開度可変の電子膨張弁である。

高段側圧縮機（51）と四方切換弁（54）の第１ポートを接続する配管には、油分離器（62）と第１逆止弁（CV1）とが設けられる。油分離器（62）は、高段側圧縮機（51）から冷媒と共に吐出された冷凍機油（以下、単に油ともいう。）を、冷媒から分離する。第１逆止弁（CV1）は、高段側圧縮機（51）から四方切換弁（54）へ向かう冷媒の流れを許容し、逆向きの冷媒の流れを遮断する。

第１低段側圧縮機（52）と四方切換弁（54）の第４ポートを接続する配管には、第２逆止弁（CV2）が設けられる。第２逆止弁（CV2）は、第１低段側圧縮機（52）から四方切換弁（54）へ向かう冷媒の流れを許容し、逆向きの冷媒の流れを遮断する。第２低段側圧縮機（53）と四方切換弁（54）の第４ポートを接続する配管には、第３逆止弁（CV3）が設けられる。第３逆止弁（CV3）は、第２低段側圧縮機（53）から四方切換弁（54）へ向かう冷媒の流れを許容し、逆向きの冷媒の流れを遮断する。

熱源側熱交換器（55）とレシーバ（56）を接続する配管には、第４逆止弁（CV4）が設けられる。第４逆止弁（CV4）は、熱源側熱交換器（55）からレシーバ（56）へ向かう冷媒の流れを許容し、逆向きの冷媒の流れを遮断する。熱源側膨張弁（57）と過冷却熱交換器（58）の第１流路（58a）を接続する配管には、第５逆止弁（CV5）が設けられる。第５逆止弁（CV5）は、熱源側膨張弁（57）から過冷却熱交換器（58）の第１流路（58a）へ向かう冷媒の流れを許容し、逆向きの冷媒の流れを遮断する。

熱源側回路（50）は、第１接続配管（63）と、第２接続配管（64）と、第３接続配管（65）とをさらに備える。

第１接続配管（63）の一端は、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）とガス側閉鎖弁（61）との間の配管に接続される。第１接続配管（63）の他端は、第２逆止弁（CV2）および第３逆止弁（CV3）と四方切換弁（54）との間の配管に接続される。第１接続配管（63）には、第１調節弁（71）が設けられる。第１調節弁（71）は、開度可変の電子膨張弁である。

第２接続配管（64）の一端は、過冷却熱交換器（58）の第１流路（58a）と液側閉鎖弁（59）との間の配管に接続される。第２接続配管（64）の他端は、第４逆止弁（CV4）とレシーバ（56）との間の配管に接続される。第２接続配管（64）には、第６逆止弁（CV6）が設けられる。第６逆止弁（CV6）は、第２接続配管（64）の一端から他端へ向かう冷媒の流れを許容し、逆向きの冷媒の流れを遮断する。

第３接続配管（65）の一端は、熱源側膨張弁（57）と第５逆止弁（CV5）との間の配管に接続される。第３接続配管（65）の他端は、熱源側熱交換器（55）と第４逆止弁（CV4）との間の配管に接続される。第３接続配管（65）には、第７逆止弁（CV7）が設けられる。第７逆止弁（CV7）は、第３接続配管（65）の一端から他端へ向かう冷媒の流れを許容し、逆向きの冷媒の流れを遮断する。

熱源側回路（50）は、インジェクション管（67）と、油戻し配管（68）とをさらに備える。

インジェクション管（67）の一端は、過冷却熱交換器（58）の第１流路（58a）と液側閉鎖弁（59）との間に接続される。インジェクション管（67）の他端部は、第１分岐管（67a）と第２分岐管（67b）とに分岐する。第１分岐管（67a）は、第１低段側圧縮機（52）の中間インジェクションポートに接続する。第２分岐管（67b）は、第２低段側圧縮機（53）の中間インジェクションポートに接続する。

インジェクション管（67）には、その一端から分岐点に向かって順に、過冷却膨張弁（77）と、過冷却熱交換器（58）の第２流路（58b）とが設けられる。第１分岐管（67a）には、第２調節弁（73）が設けられる。第２分岐管（67b）には、第３調節弁（74）が設けられる。過冷却膨張弁（77）、第２調節弁（73）、および第３調節弁（74）は、開度可変の電子膨張弁である。過冷却膨張弁（77）は、冷媒量調節機構を構成している。

油戻し配管（68）は、油分離器（62）の油を各圧縮機（51,52,53）へ送るための配管である。油戻し配管（68）の一端は、油分離器（62）に接続される。油戻し配管（68）の他端部は、第３分岐管（68a）と第４分岐管（68b）とに分岐する。第３分岐管（68a）は、高段側圧縮機（51）の中間インジェクションポートに接続される。第４分岐管（68b）は、インジェクション管（67）における過冷却熱交換器（58）の第２流路（58b）と分岐点との間に接続される。第３分岐管（68a）は、第１油戻し管を構成し、第４分岐管（68b）は、第２油戻し管（68b）を構成している。

第３分岐管（68a）には、第４調節弁（75）が設けられる。第４分岐管（68b）には、第５調節弁（76）が設けられる。第４調節弁（75）および第５調節弁（76）は、開度可変の電子膨張弁である。第４調節弁（75）は、第１油量調節機構を構成し、第５調節弁（76）は、第２油量調節機構を構成している。

〈利用側回路〉
利用側回路（80）は、冷却熱交換器（83）と、利用側膨張弁（84）と、ドレンパンヒータ（85）とを備える。利用側回路（80）では、そのガス側端（82）から液側端（81）に向かって順に、冷却熱交換器（83）と、利用側膨張弁（84）と、ドレンパンヒータ（85）とが配置される。

冷却熱交換器（83）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ熱交換器である。冷却熱交換器（83）は、利用側ファン（31）によって送られる室内空気を、冷媒と熱交換させる。利用側膨張弁（84）は、開度可変の機械式膨張弁である。ドレンパンヒータ（85）は、冷却熱交換器（83）の下方に配置されるドレンパン（図示せず）を冷媒で加熱するための配管である。

〈センサ〉
冷凍装置（10）は、複数のセンサを備える。具体的に、冷凍装置（10）の熱源ユニット（20）は、吐出圧力センサ（22）と、第１吸入圧力センサ（23）と、第２吸入圧力センサ（24）と、第１吐出温度センサ（25）と、第２吐出温度センサ（26）と、第３吐出温度センサ（27）とを備える。なお、冷凍装置（10）が備えるセンサは、これらに限らない。

吐出圧力センサ（22）および第１吐出温度センサ（25）は、高段側圧縮機（51）の吐出管と四方切換弁（54）の第１ポートを接続する配管に設けられる。吐出圧力センサ（22）は、高段側圧縮機（51）が吐出した冷媒の圧力（HP）（冷凍サイクルにおける高圧圧力（HP））を計測する。第１吐出温度センサ（25）は、高段側圧縮機（51）が吐出した冷媒の温度（Td1）を計測する。

第１吸入圧力センサ（23）は、高段側圧縮機（51）の吸入管と四方切換弁（54）の第２ポートを接続する配管に設けられる。第１吸入圧力センサ（23）は、高段側圧縮機（51）が吸入する冷媒の圧力（MP）（冷凍サイクルにおける中間圧力（MP））を計測する。

第２吸入圧力センサ（24）は、第１低段側圧縮機（52）の吸入管および第２低段側圧縮機（53）の吸入管とガス側閉鎖弁（61）を接続する配管に設けられる。第２吸入圧力センサ（24）は、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）が吸入する冷媒の圧力（LP）（冷凍サイクルにおける低圧圧力（LP））を計測する。

第２吐出温度センサ（26）は、第１低段側圧縮機（52）の吐出管と四方切換弁（54）の第４ポートを接続する配管に設けられる。第２吐出温度センサ（26）は、第１低段側圧縮機（52）が吐出した冷媒の温度（Td2）を計測する。

第３吐出温度センサ（27）は、第２低段側圧縮機（53）の吐出管と四方切換弁（54）の第４ポートを接続する配管に設けられる。第３吐出温度センサ（27）は、第２低段側圧縮機（53）が吐出した冷媒の温度（Td3）を計測する。

〈制御器〉
制御器（90）は、演算処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）（91）と、プログラムおよびデータなどを記憶するメモリ（92）とを備える。制御器（90）は、ＣＰＵ（91）がメモリ（92）に記憶されたプログラムを実行することによって、冷凍装置（10）に設けられた各機器の動作を制御する制御動作を行う。

具体的に、制御器（90）は、吐出圧力センサ（22）、第１および第２吸入圧力センサ（23,24）、ならびに第１～第３吐出温度センサ（25～27）と通信線で接続されていて、これらのセンサ類から検出信号を受信する。制御器（90）は、各圧縮機（51～53）、四方切換弁（54）、各ファン（21,31）、およびその他の冷媒回路（40）の構成機器と通信線で接続されていて、受信したセンサ類の検出信号に基づいてこれらの構成機器を制御する。

－運転動作－
冷凍装置（10）の運転動作を説明する。冷凍装置（10）は、冷却動作を行う。なお、冷凍装置（10）は、その他の運転動作（例えば、デフロスト動作）も行うこともできる。

冷凍装置（10）の冷却動作は、室内空気を冷却する動作である。以下、冷却動作について、図２を参照しながら説明する。なお、図２では、各圧縮機（51,52,53）が運転している場合の冷媒の流れを示している。

冷却動作において、冷凍装置（10）は、熱源側熱交換器（55）が凝縮器または放熱器として機能し、かつ冷却熱交換器（83）が蒸発器として機能する冷凍サイクルを行う。冷却動作において、制御器（90）は、冷却熱交換器（83）における冷媒の蒸発温度が所定の目標値となるように、各圧縮機（51,52,53）の回転速度を制御する。冷却動作における蒸発温度の目標値は、例えば－６５℃である。

冷却動作では、四方切換弁（54）が第１状態に設定され、利用側膨張弁（84）の開度が調節され、熱源側膨張弁（57）が全開状態に保たれる。冷却動作では、第２調節弁（73）、第３調節弁（74）、第４調節弁（75）、および第５調節弁（76）の開度と、利用側ファン（31）および熱源側ファン（21）の回転速度とが調節される。冷却動作では、過冷却膨張弁（77）の開度が、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）または運転容量（回転数）に基づいて、当該温度（Td2,Td3）を目標値に近づけるように調節される。冷却動作では、第１調節弁（71）は、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）が停止している場合に開かれる一方、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）の少なくとも一方が運転している場合に閉じられる。四方切換弁（54）などの冷凍装置（10）に設けられた各機器の制御は、制御器（90）によって行われる。

冷却動作中の冷媒回路（40）における冷媒の流れを説明する。

冷却動作において、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）から吐出された冷媒は、四方切換弁（54）を通過後に高段側圧縮機（51）に吸入される。高段側圧縮機（51）に吸入された冷媒は、さらに圧縮された後に高段側圧縮機（51）から吐出される。高段側圧縮機（51）から吐出された冷媒は、四方切換弁（54）を通過後に熱源側熱交換器（55）へ流入し、外気へ放熱して凝縮する。熱源側熱交換器（55）から流出した冷媒は、レシーバ（56）を通過後に過冷却熱交換器（58）の第１流路（58a）へ流入し、第２流路（58b）を流れる冷媒によって冷却される。その後、冷媒は、その一部がインジェクション管（67）へ流入し、残りが液側連絡配管（41）を通って利用側回路（80）へ流入する。

インジェクション管（67）へ流入した冷媒は、過冷却膨張弁（77）を通過する際に膨張する。過冷却膨張弁（77）を通過した冷媒は、過冷却熱交換器（58）の第２流路（58b）へ流入し、第１流路（58a）を流れる冷媒から吸熱して蒸発する。過冷却熱交換器（58）から流出した冷媒は、第１分岐管（67a）と第２分岐管（67b）に分流する。第１分岐管（67a）に流入した冷媒は、第２調節弁（73）を通過後に第１低段側圧縮機（52）の中間インジェクションポートへ流入する。第２分岐管（67b）に流入した冷媒は、第３調節弁（74）を通過後に第２低段側圧縮機（53）の中間インジェクションポートへ流入する。

利用側回路（80）へ流入した冷媒は、ドレンパンヒータ（85）において放熱する。その後、冷媒は、利用側膨張弁（84）を通過する際に膨張してから冷却熱交換器（83）へ流入し、冷却熱交換器（83）において室内空気から吸熱して蒸発する。その結果、冷却熱交換器（83）では、利用側ファン（31）によって供給された室内空気が冷却される。

冷却熱交換器（83）から流出した冷媒は、ガス側連絡配管（42）を通って熱源側回路（50）へ流入し、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）に吸入される。第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）に吸入された冷媒は、圧縮された後に第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）から吐出される。

〈油戻し制御〉
冷凍装置（10）の冷却動作では、制御器（90）によって油戻し制御が行われる。油戻し制御は、各圧縮機（51,52,53）に送られる油の流量を最適化するための制御である。以下、油戻し制御について、図３を参照しながら説明する。なお、図３のフロー図は、開始時点において高段側圧縮機（51）が運転している場合のものである。

ステップ１では、起動運転が開始される。ここで、起動運転とは、低段側圧縮機（本実施形態では、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53））を起動する運転である。本実施形態の起動運転は、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）の少なくとも一方（この例では、両方）を起動する運転である。起動運転は、低段側圧縮機が吐出する冷媒の温度の上昇勾配が所定以上である運転である。本実施形態の起動運転は、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）の上昇勾配が所定値（例えば、２℃／秒）以上である運転である。続けて、ステップ２へ進む。

ステップ２では、第４調節弁（75）の開度が小さくされる。例えば、第４調節弁（75）の開度は、直前の開度の半分にされる。続けて、ステップ３へ進む。

ステップ３では、第５調節弁（76）の開度が起動開度とされる。起動開度は、例えば、第５調節弁（76）の全開度の６０％の開度である。ステップ２およびステップ３の制御により、油分離器（62）から第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）へ送られる油の流量が、油分離器（62）から高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量よりも多くなる。続けて、ステップ４へ進む。

ステップ４では、起動運転を終了するべきか否かが判定される。具体的に、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）の上昇勾配が所定値（例えば、２℃／秒）未満であるか、または起動運転を開始してから所定時間（例えば、３分）が経過していれば、起動運転を終了するべきと判定され、そうでなければ起動運転を継続するべきと判定される。起動運転を終了するべきと判定されればステップ５へ進み、起動運転を継続するべきと判定されればステップ４を繰り返す。

ステップ５では、定常運転が開始される。ここで、定常運転とは、起動運転を開始してからある程度の時間が経過した後に開始される運転である。定常運転は、冷凍装置（10）の冷凍サイクルが定常状態（例えば、上記の上昇勾配が上記の所定値未満となる状態）となる運転である。定常運転は、例えば、利用側の負荷（室内温度の目標温度と、冷却ユニット（30）の吸込み温度との差）に応じて各圧縮機（51,52,53）の回転速度が制御される運転である。ステップ５では、第５調節弁（76）の開度が通常開度とされる。通常開度は、例えば、第５調節弁（76）の全開度の１０％の開度である。なお、第５調節弁（76）の通常開度は、上記起動開度よりも小さいのであれば、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）に吸入される冷媒の圧力（LP）に応じて、または第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）の回転数に応じて調節される開度であってもよい。続けて、ステップ６へ進む。

ステップ６では、第４調節弁（75）の開度が通常制御により適宜調節される。例えば、第４調節弁（75）の開度は、高段側圧縮機（51）における冷媒循環量に高段側圧縮機（51）の油上がり率を乗じて得られる高段側圧縮機（51）の油上がり量に基づいて調節される。ここで、油上がり率は、高段側圧縮機（51）が吐出する冷媒の単位循環量当たりに含まれる油の量であり、例えば、高段側圧縮機（51）の回転数と、冷凍サイクルにおける高圧圧力（HP）および中間圧力（MP）とに基づいて算出されてもよいし、さらに高段側圧縮機（51）が吸入する冷媒の過熱度をも考慮して算出されてもよい。ステップ５およびステップ６の制御により、油分離器（62）から高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量が、油分離器（62）から第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）へ送られる油の流量よりも多くなる。なお、前者の流量が、後者の流量以下となるように第４調節弁（75）の開度が調節されてもよい。

－実施形態の効果－
本実施形態の熱源ユニット（20）は、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）と、上記第１低段側圧縮機（52）および上記第２低段側圧縮機（53）から吐出された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機（51）と、上記高段側圧縮機（51）が吐出する冷媒から油を分離する油分離器（62）と、上記油分離器（62）で分離された油を上記高段側圧縮機（51）へ送る第３分岐管（68a）と、上記油分離器（62）で分離された油を上記第１低段側圧縮機（52）および上記第２低段側圧縮機（53）へ送る第４分岐管（68b）と、上記第３分岐管（68a）に設けられ、該第３分岐管（68a）の油の流量を調節する第４調節弁（75）と、上記第４分岐管（68b）に設けられ、該第４分岐管（68b）の油の流量を調節する第５調節弁（76）と、上記第１低段側圧縮機（52）および上記第２低段側圧縮機（53）の少なくとも一方を起動する起動運転において、上記油分離器（62）から上記第１低段側圧縮機（52）および上記第２低段側圧縮機（53）へ送られる油の流量が、上記油分離器（62）から上記高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量よりも多くなるように上記第４調節弁（75）および上記第５調節弁（76）を制御する制御器（90）とを備える。これにより、起動運転において、同運転時に油が不足しがちな第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）に送られる油の流量が、高段側圧縮機（51）に送られる油の流量よりも多くなる。これにより、起動運転時に第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）で油が不足するのを抑止できる。

また、本実施形態の熱源ユニット（20）は、上記制御器（90）が、上記起動運転の後に上記冷凍装置（10）の冷凍サイクルが定常状態となる定常運転において、上記油分離器（62）から上記高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量が、上記油分離器（62）から上記第１低段側圧縮機（52）および上記第２低段側圧縮機（53）へ送られる油の流量よりも多くなるように上記第４調節弁（75）および上記第５調節弁（76）を制御する。これにより、定常運転において、同運転時に油が不足しがちな高段側圧縮機（51）に送られる油の流量が、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）に送られる油の流量よりも多くなる。これにより、定常運転時に高段側圧縮機（51）で油が不足するのを抑止できる。

また、本実施形態の熱源ユニット（20）は、上記第１低段側圧縮機（52）および上記第２低段側圧縮機（53）の圧縮途中に冷媒を供給するインジェクション管（67）と、上記インジェクション管（67）の冷媒の流量を調節する過冷却膨張弁（77）とを備え、上記制御器（90）が、上記第１低段側圧縮機（52）および上記第２低段側圧縮機（53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）または上記第１低段側圧縮機（52）および上記第２低段側圧縮機（53）の運転容量（回転数）に基づいて上記過冷却膨張弁（77）を制御する。このように、過冷却膨張弁（77）を制御することで、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）を調節することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態では、起動運転において第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）を起動するが、起動運転において高段側圧縮機（51）と第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）とを実質的に同時に起動してもよい。さらに、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）の少なくとも一方が起動されるのであれば、起動運転で起動される各圧縮機（51,52,53）の組合せは任意に決定可能である。

また、例えば、制御器（90）は、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）が吸入する冷媒の過熱度が所定値以上であるという条件が満たされると、当該条件が満たされる前よりも、油分離器（62）から第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）へ送られる油の流量が増えるように第４調節弁（75）および第５調節弁（76）の開度を調節してもよい。一例として、制御器（90）は、当該条件が満たされると、当該条件が満たされる前よりも、第４調節弁（75）の開度を小さくし、かつ第５調節弁（76）の開度を大きくしてもよい。このような調節により、当該条件が満たされる前よりも、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）を下げることができ、ひいては熱源ユニット（20）の故障を未然に防ぐことができる。

また、例えば、油戻し制御のステップ５またはステップ６において、第２調節弁（73）、第３調節弁（74）、および第４調節弁（75）の開度は、次のように調節されてもよい。具体的に、第２調節弁（73）、第３調節弁（74）、および第４調節弁（75）の開度は、高段側圧縮機（51）の油吐出量、第１低段側圧縮機（52）の油吐出量、第２低段側圧縮機（53）の油吐出量、高段側圧縮機（51）の回転数、第１低段側圧縮機（52）と回転数、第２低段側圧縮機（53）の回転数、ならびに冷凍サイクルの高圧圧力（HP）、中間圧力（MP）、および低圧圧力（LP）などに基づいて調節されてもよい。

また、例えば、第１低段側圧縮機（52）に吸入される冷媒の圧力と、第２低段側圧縮機（53）に吸入される冷媒の圧力とは、互いに異なっていてもよい。

また、例えば、高段側圧縮機（51）は、複数設けられていてもよい。この場合、各低段側圧縮機（52,53）から各高段側圧縮機（51）に送られる油の量は、各低段側圧縮機（52,53）の油吐出量の和と、各高段側圧縮機（51）の回転数および吸入圧力とに基づいて求められてもよい。

また、例えば、第１低段側圧縮機（52）および第２低段側圧縮機（53）は、いずれか一台のみが設けられていてもよい。

以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。

以上説明したように、本開示は、熱源ユニットおよびそれを備える冷凍装置について有用である。

10 冷凍装置
20 熱源ユニット
40 冷媒回路
51 高段側圧縮機
52 第１低段側圧縮機（低段側圧縮機）
53 第２低段側圧縮機（低段側圧縮機）
62 油分離器
67 インジェクション管
68a 第３分岐管（第１油戻し管）
68b 第４分岐管（第２油戻し管）
75 第４調節弁（第１油量調節機構）
76 第５調節弁（第２油量調節機構）
77 過冷却膨張弁（冷媒量調節機構）
90 制御器（制御部）
Td2 第１低段側圧縮機の吐出温度
Td3 第２低段側圧縮機の吐出温度

Claims

冷凍装置（10）用の熱源ユニット（20）であって、
低段側圧縮機（52,53）と、
上記低段側圧縮機（52,53）から吐出された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機（51）と、
上記高段側圧縮機（51）が吐出する冷媒から油を分離する油分離器（62）と、
上記油分離器（62）で分離された油を上記高段側圧縮機（51）へ送る第１油戻し管（68a）と、
上記油分離器（62）で分離された油を上記低段側圧縮機（52,53）へ送る第２油戻し管（68b）と、
上記第１油戻し管（68a）に設けられ、該第１油戻し管（68a）の油の流量を調節する第１油量調節機構（75）と、
上記第２油戻し管（68b）に設けられ、該第２油戻し管（68b）の油の流量を調節する第２油量調節機構（76）と、
上記低段側圧縮機（52,53）を起動する起動運転において、上記油分離器（62）から上記低段側圧縮機（52,53）へ送られる油の流量が、上記油分離器（62）から上記高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量よりも多くなるように上記第１油量調節機構（75）および上記第２油量調節機構（76）を制御する制御部（90）とを備え、
上記制御部（90）は、上記起動運転の後に上記冷凍装置（10）の冷凍サイクルが定常状態となる定常運転において、上記油分離器（62）から上記高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量が、上記油分離器（62）から上記低段側圧縮機（52,53）へ送られる油の流量よりも多くなるように上記第１油量調節機構（75）および上記第２油量調節機構（76）を制御する
ことを特徴とする熱源ユニット。
冷凍装置（10）用の熱源ユニット（20）であって、
低段側圧縮機（52,53）と、
上記低段側圧縮機（52,53）から吐出された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機（51）と、
上記高段側圧縮機（51）が吐出する冷媒から油を分離する油分離器（62）と、
上記油分離器（62）で分離された油を上記高段側圧縮機（51）へ送る第１油戻し管（68a）と、
上記油分離器（62）で分離された油を上記低段側圧縮機（52,53）へ送る第２油戻し管（68b）と、
上記第１油戻し管（68a）に設けられ、該第１油戻し管（68a）の油の流量を調節する第１油量調節機構（75）と、
上記第２油戻し管（68b）に設けられ、該第２油戻し管（68b）の油の流量を調節する第２油量調節機構（76）と、
上記低段側圧縮機（52,53）および上記高段側圧縮機（51）を起動する起動運転において、上記油分離器（62）から上記低段側圧縮機（52,53）と上記高段側圧縮機（52）とに油を送るとともに、上記油分離器（62）から上記低段側圧縮機（52,53）へ送られる油の流量が、上記油分離器（62）から上記高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量よりも多くなるように上記第１油量調節機構（75）および上記第２油量調節機構（76）を制御する制御部（90）とを備える
ことを特徴とする熱源ユニット。
冷凍装置（10）用の熱源ユニット（20）であって、
低段側圧縮機（52,53）と、
上記低段側圧縮機（52,53）から吐出された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機（51）と、
上記高段側圧縮機（51）が吐出する冷媒から油を分離する油分離器（62）と、
上記油分離器（62）で分離された油を上記高段側圧縮機（51）へ送る第１油戻し管（68a）と、
上記油分離器（62）で分離された油を上記低段側圧縮機（52,53）へ送る第２油戻し管（68b）と、
上記第１油戻し管（68a）に設けられ、該第１油戻し管（68a）の油の流量を調節する第１油量調節機構（75）と、
上記第２油戻し管（68b）に設けられ、該第２油戻し管（68b）の油の流量を調節する第２油量調節機構（76）と、
上記高段側圧縮機（51）の運転中に上記低段側圧縮機（52,53）を起動する起動運転において、上記油分離器（62）から上記低段側圧縮機（52,53）へ送られる油の流量が、上記油分離器（62）から上記高段側圧縮機（51）へ送られる油の流量よりも多くなるように上記第１油量調節機構（75）および上記第２油量調節機構（76）を制御する制御部（90）とを備え、
上記制御部（90）は、上記高段側圧縮機（51）の運転中に上記低段側圧縮機（52,53）を起動する起動運転において、該低段側圧縮機（52,53）の起動前よりも少ない流量の油を上記高段側圧縮機（51）へ供給するように前記第１油量調節機構（75）を制御する
ことを特徴とする熱源ユニット。
請求項１～３のいずれか１項において、
上記制御部（90）は、上記低段側圧縮機（52,53）が吸入する冷媒の過熱度が所定値以上であるという条件が満たされると、該条件が満たされる前よりも、上記油分離器（62）から上記低段側圧縮機（52,53）へ送られる油の流量が増えるように上記第１油量調節機構（75）および上記第２油量調節機構（76）を制御する
ことを特徴とする熱源ユニット。
請求項１～４のいずれか１項において、
上記低段側圧縮機（52,53）の圧縮途中に冷媒を供給するインジェクション管（67）と、
上記インジェクション管（67）の冷媒の流量を調節する冷媒量調節機構（77）とを備え、
上記制御部（90）は、上記低段側圧縮機（52,53）が吐出する冷媒の温度（Td2,Td3）または上記低段側圧縮機（52,53）の運転容量に基づいて上記冷媒量調節機構（77）を制御する
ことを特徴とする熱源ユニット。
冷凍サイクルを行う冷媒回路（40）を備える冷凍装置（10）であって、
請求項１～５のいずれか１項に記載の熱源ユニット（20）を備える
ことを特徴とする冷凍装置。