以下、本発明の実施の形態について、図� ��を参照しながら説明する。

 (第1実施形態)
 図1は、本発明の第1実施形態に係る流体機� �105を用いた冷凍サイクル装置を示している� �この冷凍サイクル装置は、流体機械105が組� �込まれた冷媒回路(作動流体回路)103を備えて いる。冷媒回路103は、第1圧縮機(膨張機一体� ��圧縮機)101、第2圧縮機102、放熱器4、蒸発器6 、およびこれらの機器を接続する第1~第4配管 (冷媒配管)3a~3dで構成されている。本実施形� �では、第1圧縮機101と第2圧縮機102とは、均油 管25により互いに連結されており、第1圧縮機 101、第2圧縮機102、および均油管25によって流 体機械105が構成されている。

 具体的に、第1圧縮機101の第1吐出管19およ び第2圧縮機102の第2吐出管20は、2本の枝管が1 本の本管になる第1配管3aを介して放熱器4に� �続されている。放熱器4は、第2配管3bを介し� ��第1圧縮機101の膨張側吸入管21に接続されて� ��る。第1圧縮機101の膨張側吐出管22は、第3配 管3cを介して蒸発器6に接続されている。蒸発 器6は、1本の本管が2本の枝管になる第4配管3d を介して第1圧縮機101の第1吸入管7および第2� �縮機102の第2吸入管8に接続されている。

 第1圧縮機101は、互いに第1シャフト23によ り連結された第1圧縮機構1、第1電動機11、お� ��び膨張機構5を収容する第1密閉容器9を有し� ��いる。第2圧縮機構102は、互いに第2シャフ� �24により連結された第2圧縮機構2および第2電 動機12を収容する第2密閉容器10を有している� ��そして、第1圧縮機構1で圧縮された作動流� �(冷媒)および第2圧縮機構2で圧縮された作動� ��体は、それぞれ第1吐出管19および第2吐出管 20を通じて第1密閉容器9および第2密閉容器10� �に吐出される。第1密閉容器9外に吐出された 作動流体と第2密閉容器10外に吐出された作動 流体は、第1配管3aを流れる途中で合流し、放 熱器4で放熱した後に膨張機構5に導かれる。� ��張機構5に導かれた作動流体は、ここで膨張 する。このとき、膨張機構5は、膨張する作� �流体から動力を回収する。膨張した作動流� �は、吸熱器6で吸熱した後に、第4配管3dを流� ��る途中で分流し、第1圧縮機構1および第2圧� ��機構2に導かれる。すなわち、第1密閉容器9� ��第2密閉容器10とが第1配管3aおよび第4配管3d� ��よって互いに接続されることにより、第1圧 縮機構1と第2圧縮機構2とが冷媒回路103中に並 列に配置されている。換言すれば、冷媒回路 103中では、第1圧縮機構1は第2圧縮機構2と並� �に接続されている。

 冷媒回路103には、高圧部分(第1圧縮機構1と� ��2圧縮機構2から放熱器4を経て膨張機構5に至 る部分)において超臨界状態となる作動流体� �充填されている。本実施形態では、そのよ� �な作動流体として冷媒回路103に二酸化炭素(C O ₂ )が充填されている。ただし、作動流体の種� �は特に限定されるものではない。作動流体� �、運転時に超臨界状態とならない作動流体(� ��えばフロン系の作動流体等)であってもよい 。

 また、本発明の流体機械が組み込まれる� ��媒回路103は、作動流体を一方向にのみ流通� ��せる冷媒回路に限られない。本発明の流体� ��械は、作動流体の流通方向の変更が可能な� ��媒回路に設けられていてもよく、例えば、� ��方弁等を有することによって暖房運転およ� ��冷房運転の切り替えが可能な冷媒回路に設� ��られていてもよい。

 <第1圧縮機>
 次に、図2を参照して、第1圧縮機101につい� �詳細に説明する。

 第1密閉容器9は、上端部および下端部が� �がれた上下方向に延びる円筒状の形状を有� �ている。第1密閉容器9の底部には、オイルが 溜まることにより第1オイル溜り13が形成され ており、第1密閉容器9の第1オイル溜り13より� ��上側の内部空間は、第1圧縮機構1から吐出� �れた作動流体で満たされている。膨張機構5� ��、第1密閉容器9内の下側位置に配置されて� �て第1オイル溜り13中に浸されており、第1圧� ��機構1は、第1密閉容器9内の上側位置に配置� ��れている。そして、第1シャフト23は、第1圧 縮機構1と膨張機構5に跨って上下方向に延び� ��いる。また、第1密閉容器9内には、第1圧縮� ��構1と膨張機構5との間に、第1電動機11、第1� ��イル流動抑制板(第1抑制部材)17、第1オイル� ��ンプ15、および断熱部材37が上から下に向か ってこの順に配置されている。

 第1シャフト23の内部には、第1オイル溜り 13よりも上側に延びて、第1オイルポンプ15か� ��のオイルを第1圧縮機構1に導く第1オイル供� ��路23eが形成されている。より詳しくは、第1 シャフト23は、上側シャフト23aと下側シャフ� ��23bで構成されており、これらのシャフト23a, 23bは第1オイル流動抑制板17よりも少し下側位 置で連結部材26によって互いに連結されてい� ��。そして、第1オイル供給路23eは、上側シャ フト23aを軸方向に貫通する上側オイル経路23c と、下側シャフト23bの上端面から下方に延び 、下側シャフト23bの側面に開口する下側オイ ル経路23dとで構成されている。また、下側シ ャフト23bの内部には、当該下部シャフト23bの 下端面から膨張機構5の各摺動部分にオイル� �導く膨張機構側オイル供給路23fが形成され� �いる。

 圧縮機構1は、第1密閉容器9の内周面に溶� ��等により固定されている。本実施形態では� ��圧縮機構1はスクロール式のものである。た だし、圧縮機構1の形式等は何ら限定される� �のではなく、例えばロータリ式圧縮機等を� �いることも可能である。

 より詳しくは、圧縮機構1は、固定スクロ ール51と、固定スクロール51と軸方向に対向� �る可動スクロール52と、上側シャフト23aの上 部を支持する軸受部材53とを備えている。固� ��スクロール51および可動スクロール52には、 互いに噛み合う渦巻形状(例えばインボリュ� �ト形状等)のラップ51a,52aが形成されており、 これらのラップ51aとラップ52aの間に、渦巻状 の圧縮室58が区画されている。固定スクロー� ��51の中央部には、リード弁64により開閉され る吐出孔51bが設けられている。可動スクロー ル52の下側には、可動スクロール52の回転を� �止するオルダムリング60が配置されている。 上側シャフト23aの上端部には偏心部が形成さ れており、この偏心部に可動スクロール52が� ��合している。そのため、可動スクロール52� �、上側シャフト23aの軸心から偏心した状態� �旋回する。また、可動スクロール52には、第 1オイル供給路23eから供給されるオイルを各� �動部分に導くオイル分配路52bが設けられて� �る。

 固定スクロール51の上側には、カバー62が 設けられている。固定スクロール51および軸� ��部材53には、カバー62で覆われる位置に、こ れらを上下に貫通する吐出路61が形成されて� ��る。また、固定スクロール51および軸受53に は、カバー62の外側の位置に、これらを上下� ��貫通する流通路63が形成されている。この� �うな構成により、圧縮室58で圧縮された作動 流体は、吐出孔51bからカバー62内の空間にい� ��たん吐出された後、吐出路61を通じて第1圧� ��機構1の下方に吐出される。そして、第1圧� �機構1の下方の作動流体は、流通路63を通じ� �第1圧縮機構1の上方に導かれる。

 第1吸入管7は、第1密閉容器9の側部を貫通 し、固定スクロール51に接続されている。こ� ��により、第1吸入管7は第1圧縮機構1の吸入側 に接続されている。第1吐出管19は、第1密閉� �器9の上部を貫通しており、第1吐出管19の下� ��は、第1密閉容器9内の第1圧縮機構1の上方の 空間に開口している。

 第1電動機11は、上側シャフト23aの中途部� ��固定された回転子11aと、回転子11aの外周側� ��配置された固定子11bとから構成されている� ��固定子11bは、第1密閉容器9の内周面に固定� �れている。固定子11bは、モータ配線65を介し て端子66に接続されている。この第1電動機11� ��よって上側シャフト23aが回転させられるこ� ��により、第1圧縮機構1が駆動される。

 第1オイル流動抑制板17は、第1オイル溜り 13よりも少し上側位置(運転停止時)に、第1密� ��容器9内の空間を上下に、すなわち上側空間 9aと下側空間9bとに仕切るように配置されて� �る。本実施形態では、第1オイル流動抑制板1 7は、第1密閉容器9の内径と略同一の直径を有 する上下方向に扁平な円盤状の形状を有して おり、周縁部が第1密閉容器9の内周面に溶接� ��で固定されている。そして、第1オイル流動 抑制板17によって、第1密閉容器9内の作動流� �の流動に伴って第1オイル溜り13のオイルが� �動することが抑制されている。具体的には� �上側空間9aを満たす作動流体は、第1電動機11 の回転子11aの回転によって旋回流を形成する が、この旋回流が第1オイル溜り13のオイル面 S1に至る前に第1オイル流動抑制板17で遮られ� ��ようになる。

 本実施形態では、第1オイル流動抑制板17� ��介してオイルポンプ15、断熱部材37、および 膨張機構5等が第1密閉容器9に固定されている 。ただし、例えば、断熱部材37または膨張機� ��5の後述する上軸受部材29を第1密閉容器9に� �定し、これを介してオイルポンプ15および第 1オイル流動抑制板17を第1密閉容器9に固定す� ��ことも可能である。この場合、第1オイル流 動抑制板17は、第1密閉容器9の内径よりも僅� �に小さな直径を有する円盤状になっていて� �次に説明するオイル戻り路が第1オイル流動� ��制板17の周縁部と第1密閉容器9の内周面の間 の隙間によって構成されていてもよい。しか し、第1オイル流動抑制板17を第1密閉容器9に� ��接的に固定する構成であれば、機器の組み� ��けが容易になる。

 第1オイル流動抑制板17の周縁部には、複� ��の貫通穴17aが設けられており、これらの貫� ��穴17aによって上側空間9aから下側空間9bへオ イルを流下させるオイル戻り路が構成されて いる。なお、貫通穴17aの数量および形状は、 適宜選定可能である。また、第1オイル流動� �制板17の中心には、貫通孔17bが設けられてい る。そして、第1オイル流動抑制板17の下面に は、貫通穴17bに嵌め込まれるようにして、上 側シャフト23aの下部を支持する軸受部材42が� ��り付けられている。

 軸受部材42の下面には、連結部材26を収容 する収容室43が設けられている。さらに、軸� ��部材42の下側には、所定の断面形状で上下� �向に延び、その中心を下側シャフト23bが貫� �する中間部材41が配置されており、この中間 部材41によって収容室43が閉塞されている。

 第1オイルポンプ15は、中間部材41と断熱� �材37とに挟まれている。本実施形態では、第 1オイルポンプ15はロータリ式のものである。 ただし、第1オイルポンプ15の形式等はなんら 限定されるものではなく、例えばトロコイド 型のギア式ポンプ等を用いることも可能であ る。

 具体的に、第1オイルポンプ15は、下側シ� ��フト23bに形成された偏心部に嵌合して偏心� ��動するピストン40と、このピストン40を収容 するハウジング(シリンダ)39とを有している� �ピストン40とハウジング39との間には三日月� ��の作動室15bが形成されており、この作動室1 5bは、上方から中間部材41で閉塞され、下方� �ら断熱部材37で閉塞されている。ハウジング 39には、作動室15bを第1オイル溜り13に開放す� ��吸入路15cが設けられており、この吸入路15c� ��入口が第1オイル吸入口15aを構成している。 また、中間部材41の下面には、オイルポンプ1 5から吐出されたオイルを第1オイル供給路23e� ��入口に導く案内路41aが形成されている。こ� ��ため、第1シャフト23が回転すると、第1オイ ル溜り13のオイルは、第1オイルポンプ15によ� ��て第1オイル吸入口15aから吸い込まれた後に 案内路41aに吐出されて、案内路41aおよび第1� �イル供給路23eを通じて第1圧縮機構1に供給さ れる。

 ここで、第1密閉容器9内の空間のうち、� �直方向において第1オイル流動抑制板17から� �1オイル吸入口15aまでの、オイルで満たされ� ��る部分を、第1有効オイル空間130と定義し、 その容積をV1とする。すなわち、第1有効オイ ル空間130の容積V1とは、鉛直方向において第1 オイル流動抑制板17から第1オイル吸入口15aま での第1密閉容器9内の容積から、その領域に� ��ける第1密閉容器9の内周面と対向する第1圧� ��機101の構成部材(本実施形態では、軸受部材 42、中間部材41、およびオイルポンプ15のハウ ジング39)の占有体積を引いたものである。ま た、第1有効オイル空間130内に実際に存在す� �オイルの容量をv1とする。

 断熱部材37は、第1オイル溜り13を上層部13 aと下層部13bとに仕切るとともに上層部13aと� �層部13bとの間でのオイルの流通を規制する� �のである。本実施形態では、断熱部材37は、 第1密閉容器9の内径よりも僅かに小さな直径� ��有する上下方向に扁平な円盤状をなしてお� ��、断熱部材37と第1密閉容器9の内周面との間 に形成された隙間を通じてオイルの流通が僅 かに許容されている。そして、断熱部材37の� ��心を下側シャフト23bが貫通している。

 なお、断熱部材37としては、上層部13aと� �層部13bとを仕切るとともにこれらの間のオ� �ルの流通を制限するものであればよく、そ� �形状および構成は適宜選定可能である。例� �ば、断熱部材37の直径が第1密閉容器9の内径� ��一致していて、断熱部材37にオイルの流通� �許容する貫通孔または端面からの切り込み� �設けられていてもよい。あるいは、断熱部� �37が複数の部品によって中空状(例えば、リ� �ル状)に形成されていて、その中にオイルが� ��旦保持されるようになっていてもよい。

 膨張機構5は、断熱部材37の下側に、スペ� ��サ38を隔てて設置されている。このスペー� �38は、断熱部材37と膨張機構5との間に下層部 13bのオイルで満たされる空間を形成する。ス ペーサ38によって確保された空間を満たすオ� ��ルは、それ自体が断熱材として働き、軸方� ��に温度成層を形成する。

 本実施形態では、膨張機構5は2段ロータ� �式のものである。ただし、膨張機構5の形式� ��は何ら限定されるものではなく、例えば、� ��段のロータリ膨張機、スクロール型膨張機� ��スライディングベーン型膨張機等の他形式� ��膨張機を用いることも可能である。

 より詳しくは、膨張機5は、閉塞部材36、� ��軸受部材27、第1膨張部28a、中板30、第2膨張� ��28b、および上軸受部材29を備えており、こ� �らは下から上に向ってこの順に配置されて� �る。第2膨張部28bは、第1膨張部28aよりも高さ が高くなっている。本実施形態では、膨張側 吸入管21および膨張側吐出管22が第1密閉容器9 の側部を貫通して上軸受部材29に接続されて� ��る。

 図3Aに示すように、第1膨張部28aは、下側� ��ャフト23bに形成された偏心部に嵌合する円� ��状のピストン32aと、このピストン32aを収容� ��る略円筒状のシリンダ31aとを備えている。� ��リンダ31aの内周面とピストン32aの外周面と� ��間には、第1流体室33aが区画されている。ま た、シリンダ31aには、径方向外側向きに延び るベーン溝34cが形成され、このベーン溝34cに はベーン34aが摺動可能に挿入されている。ま た、シリンダ31aのベーン34aの背面側(径方向� �側)には、ベーン溝34cと連通し、径方向外側� ��きに延びる背面室34hが形成されている。背� ��室34h内には、ベーン34aをピストン32aに向か� ��て付勢するばね35aが設けられている。ベー� ��34aは、第1流体室33aを高圧側流体室VH1と低圧 側流体室VL1とに仕切っている。

 図3Bに示すように、第2膨張部28bは、第1膨 張部28aとほぼ同様の構成を有している。すな わち、第2膨張部28bは、下側シャフト23bに形� �された偏心部に嵌合する円筒状のピストン32 bと、このピストン32bを収容する略円筒状の� �リンダ31bとを備えている。シリンダ31bの内� �面とピストン32bの外周面との間には、第2流� ��室33bが区画されている。シリンダ31bにも、� ��方向外側向きに延びるベーン溝34dが形成さ� ��、このベーン溝34dにはベーン34bが摺動可能� ��挿入されている。また、シリンダ31bのベー� ��34bの背面側には、ベーン溝34dと連通し、径� ��向外側向きに延びる背面室34iが形成されて� ��る。背面室34i内には、ベーン34bをピストン3 2bに向かって付勢するばね35bが設けられてい� ��。ベーン34bは、第2流体室33bを高圧側流体室 VH2と低圧側流体室VL2とに仕切っている。

 図2に戻って、下軸受部材27は、下側シャ� ��ト23bを支持するとともに、第1流体室33aを下 方から閉塞している。この下軸受部材27の下� ��には、導入路31cを通じて膨張側吸入管21と� �通する膨張前流体室27bが設けられており、� �の膨張前流体室27bが閉塞部材36で閉塞されて いる。また、下軸受部材27には、膨張前流体� ��27bから第1膨張部28aの高圧側流体室VH1に作動 流体を流入させる吸入ポート27aが設けられて いる。

 中板30は、第1流体室33aを上方から閉塞し� ��第2流体室33bを下方から閉塞している。また 、中板30には、第1膨張部28aの低圧側流体室VL1 と第2膨張部28bの高圧側流体室VH2とを連通し� �膨張室を構成する連通路30aが形成されてい� �。

 上軸受部材29は、下側シャフト23bを支持� �るとともに、第2流体室33bを上方から閉塞し� ��いる。また、上軸受部材29には、第2膨張部2 8bの低圧側流体室VL2から膨張側吐出管22に作� �流体を導出させる吐出ポート29aが設けられ� �いる。

 次に、第1圧縮機101内のオイルの循環につ いて説明する。

 第1オイル溜り13の上層部13aのオイルは、� ��1オイルポンプ15によって第1オイル供給路23e を通じて第1圧縮機構1に供給される。その途� ��、上側シャフト23aと下側シャフト23bとの連� ��部分では、連結部材26と上側シャフト23aお� �び下側シャフト23bとの間の僅かの隙間から� �イルが漏れ出るおそれがあるが、連結部材26 を収容する収容室43は軸受部材42と中間部材41 とで閉塞されているため、安定して第1圧縮� �構1へオイルを供給することができる。さら� ��、第1圧縮機構1へ供給されたオイルは、部� �間のシールおよび潤滑に使用された後、一� �は作動流体と共に吐出路61を通じて吐出され 、残りは軸受部材53および上側シャフト23aを� ��滑しながら回転子11aの上端に流れ落ちる。� ��の後、第1圧縮機構1の下方に排出されたオ� �ルは、作動流体と共に、第1電動機11の下方� �移動する。ここで、重力および遠心力によ� �作動流体から分離されたオイルは、第1オイ� ��流動抑制板17の貫通穴17aを通って、再び第1� ��イル溜り13へと戻る。一方、作動流体から� �離されなかったオイルは、作動流体と共に� �流通路63等を通って第1圧縮機構1の上方に導� ��れ、第1吐出管19から第1配管3aに吐出される� ��

 一方、膨張機構5へのオイルの供給は、下 側シャフト23b内に設けられた膨張機構側オイ ル供給路23fによって第1オイル溜り13の下層部 13bからオイルが汲み上げられることにより行 われる。膨張機構5へ供給されたオイルは、� �品間のシールおよび潤滑に使用される。こ� �とき、オイルの一部はピストン32a,32bおよび� ��ーン34a,34bの周囲の隙間を通って、第1流体� �33aおよび第2流体室33b内に流入する。流入し� ��オイルは、膨張側吐出管22から第3配管3cに� �出される。

 <第2圧縮機>
 次に、図4を参照して、第2圧縮機102につい� �詳細に説明する。

 第2密閉容器10は、上端部および下端部が� ��がれた上下方向に延びる円筒状の形状を有� ��ている。本実施形態では、第2密閉容器10の� ��径は、第1密閉容器9の内径と同じになって� �る。第1密閉容器10の底部には、オイルが溜� �ることにより第2オイル溜り14が形成されて� �り、第2密閉容器10の第2オイル溜り14よりも� �側の内部空間は、第2圧縮機構2から吐出され た作動流体で満たされている。第2密閉容器10 内には、第2圧縮機構2、第2電動機12、第2オイ ル流動抑制板(第2抑制部材)18、および第2オイ ルポンプ16が上から下に向かってこの順に配� ��されている。そして、第2シャフト24は、第2 圧縮機構2と第2オイルポンプ16とに跨って上� �方向に延びている。

 第2シャフト24の内部には、当該第2シャフ ト24を軸方向に貫通して、第2オイルポンプ16� ��らのオイルを第2圧縮機構2に導く第2オイル� ��給路24aが形成されている。

 本実施形態では、第2圧縮機構2として、� �1圧縮機構1と同じスクロール式の圧縮機構が 用いられている。また、第2電動機12も第1電� �機11と同じものである。そこで、第2圧縮機� �2および第2電動機12の構成に関しては、第1圧 縮機構1および第1電動機11と同部材には同一� �号を付し、その説明を省略する。

 第2オイル流動抑制板18は、第2オイル溜り 14よりも少し上側位置(運転停止時)に、第2密� ��容器10内の空間を上下に、すなわち上側空� �10aと下側空間10bとに仕切るように配置され� �いる。本実施形態では、第2オイル流動抑制� ��18は、第2密閉容器10の内径と略同一の直径� �有する上下方向に扁平な円盤状の形状を有� �ており、周縁部が第2密閉容器10の内周面に� �接等で固定されている。そして、第2オイル� ��動抑制板18によって、第2密閉容器10内の作� �流体の流動に伴って第2オイル溜り14のオイ� �が流動することが抑制されている。具体的� �は、上側空間10aを満たす作動流体は、第2電� ��機12の回転子11aの回転によって旋回流を形� �するが、この旋回流が第2オイル溜り14のオ� �ル面S2に至る前に第2オイル流動抑制板18で遮 られるようになる。

 第2オイル流動抑制板18の周縁部には、複� ��の貫通穴18aが設けられており、これらの貫� ��穴18aによって上側空間10aから下側空間10bへ� ��イルを流下させるオイル戻り路が構成され� ��いる。なお、貫通穴18aの数量および形状は� ��適宜選定可能である。また、第2オイル流動 抑制板18の中心には、貫通孔18bが設けられて� ��る。そして、第2オイル流動抑制板18の下面� ��は、貫通穴18bに嵌め込まれるようにして、� ��2シャフト24の下部を支持する軸受部材44が� �り付けられている。

 本実施形態の第2オイルポンプ16は、オイ� ��ギアポンプ45とオイル経路板46とで構成され ている。オイルギアポンプ45は、軸受部材44� �下面に設けられた凹部44a内に配置され、第2� ��ャフト24の下端部に取り付けられている。� �イル経路板46は、軸受部材44に凹部44aを塞ぐ� ��うに取り付けられている。オイル経路板46� �は、当該オイル経路板46を貫通してオイルギ アポンプ45の作動室にオイルを導入させる吸� ��路46aと、オイルギアポンプ45の作動室から� �2オイル供給路24aにオイルを導く吐出路46bと� ��形成されている。

 また、本実施形態では、オイル経路板46� �下側に、ロート状のオイルストレーナ47が配 置されており、オイルストレーナ47の入口に� ��って第2オイル吸入口16aが構成されている。 なお、オイルストレーナ47は省略可能である� ��この場合、オイル経路板46の吸入路46aの下� �が第2オイル吸入口16aを構成することになる� ��また、第2オイルポンプ16の形式等はなんら� ��定されるものではなく、例えば第1オイルポ ンプ15と同様のロータリ式ポンプ等を用いる� ��とも可能である。

 ここで、第2密閉容器10内の空間のうち、� ��直方向において第2オイル流動抑制板18から� ��2オイル吸入口16aまでの、オイルで満たされ うる部分を、第2有効オイル空間140と定義し� �その容積をV2とする。すなわち、第2有効オ� �ル空間140の容積V2とは、鉛直方向において第 2オイル流動抑制板18から第2オイル吸入口16a� �での第2密閉容器10内の容積から、その領域� �おける第2密閉容器10の内周面と対向する第2� ��縮機102の構成部材(本実施形態では、軸受部 材44、オイルポンプ16のオイル経路板46、およ びストレーナ47)の占有体積を引いたものであ る。また、第2有効オイル空間140内に実際に� �在するオイルの容量をv2とする。

 次に、第2圧縮機102内のオイルの循環につ いて説明する。

 第2シャフト24が回転すると、第2オイル溜 り14のオイルは、第2オイルポンプ16によって� ��2オイル吸入口16aから吸い込まれた後に第2� �イル供給路24aに吐出されて、第2オイル供給� ��24aを通じて第2圧縮機構2に供給される。そ� �後のオイルの流動状況は、第1圧縮機101の圧� ��機構1に関するオイル流動状況と同じである 。

 <第1圧縮機と第2圧縮機との関係>
 次に、第1圧縮機101と第2圧縮機102との関係� �ついて説明する。

 第1オイル流動抑制板17と第2オイル流動抑 制板18は、同一水平面に対して略同じ高さ位� ��にあり、水平方向に並んでいる。また、第1 オイル溜り13と第2オイル溜り14とは、均油管2 5を通じて連通している。均油管25には均油管 バルブ25aが設けられており、この均油管バル ブ25aの開閉によって第1オイル溜り13と第2オ� �ル溜り14との間でのオイルの流通を制限した り完全に禁止したりできるようになっている 。そして、運転停止時に均油管バルブ25aが開 かれると、第1オイル溜り13のオイル面S1と第2 オイル溜り14のオイル面S2とが同一水平面上� �保たれるようになる。すなわち、第1オイル� ��動抑制板17の下面から第1オイル溜り13のオ� �ル面S1までの距離と第2オイル流動抑制板18の 下面から第2オイル溜り14のオイル面S2までの� ��離とが同じになる。

 また、第1密閉容器9内の第1有効オイル空� ��130の容積V1は、第2密閉容器10内の第2有効オ� ��ル空間140の容積V2よりも大きく設定されて� �る。具体的には、第1オイル吸入口15aが第2オ イル吸入口16aよりも下側に位置している。

 ここで、流体機械105は、均油管25によっ� �第1オイル溜り13のオイル面S1と第2オイル溜� �14のオイル面S2とが同一水平面上に保たれた� ��に、第1有効オイル空間130のうち第1オイル� �り13のオイル面S1から下側の部分の容積が第2 有効オイル空間130のうち第2オイル溜り14のオ イル面S2から上側の部分の容積よりも大きく� ��るように構成されていることが好ましい。� ��のようになっていれば、第1圧縮機101内のオ イルが第2有効オイル空間140を満たすまで第2� ��縮機102に移動しても、第1有効オイル空間130 に、すなわち第1オイル吸入口15aの上側にオ� �ルが残るようになるからである。

 次に、運転時での冷凍サイクル装置全体� ��のオイル流動状況と、第1圧縮機101の第1オ� �ル溜り13および第2圧縮機102の第2オイル溜り1 4の各オイル面高さの変動の関係を、図5、図6 A、図6B、図7を用いて説明する。図5は、冷凍� ��イクル装置において起動直後のオイル流動� ��態とオイル面高さを表した図で、図7は定常 運転時のオイル流動状態とオイル面高さを表 した図である。また、図6Aは、運転開始から� ��常状態になるまでの時間と各箇所における� ��イル流量の変動を表した図で、図6Bは、運� �開始から定常状態になるまでの時間とその� �きのオイル面高さの変化を表した図である� �

 図5に示すように、第1圧縮機101と第2圧縮機1 02からは、吐出された作動流体と共にオイル� ��第1配管3aへと流出する。その時の第1吐出管 19からのオイル質量流量をFd1、第2吐出管20か� ��のオイル質量流量をFd2とする。流出したオ� ��ルはその後、第1配管3a内で合流し、その時� ��オイル質量流量をF _high とすると、F _high =Fd1+Fd2の関係となる。一方、第1圧縮機101内の 膨張機構5において、前述のとおりオイルは� �品間を潤滑およびシールしながら膨張機構5� ��部へと流入し、その後膨張機構5に流入して くる作動流体とそれと伴流してくるオイルと 合流し、膨張側吐出管22から第3配管3cに吐出� ��れる。その時の膨張機構5からのオイル質量 流量をF _exp とし、膨張側吐出管22から吐出されるオイル� ��量流量をF _low とすると、F _low =F _high +F _exp の関係となる。その後、蒸発器6を通って戻� �てくるオイルは、第1吸入管7と第2吸入管8と� ��分流される。その時の第1吸入管7のオイル� �量流量をFs1、第2吸入管8の質量流量をFs2とす る。ここで、本実施形態の説明において、第 1圧縮機101と第2圧縮機102の回転数は同じとし� ��第4配管3dでオイルが二等分されるとすると� ��オイル質量流量の関係は、Fs1=Fs2=F _low /2となる。また、運転開始時においては、第1 オイル流動抑制板17から第1オイル溜り13のオ� ��ル面S1までの距離と第2オイル流動抑制板18� �ら第2オイル溜り14のオイル面S2までの距離が 同じであり、同形式の圧縮機構が同回転で運 転するので、運転開始時の第1吐出管19からの オイル質量流量Fd1と、第2吐出管20からのオイ ル質量流量Fd2は、Fd1=Fd2=F _high /2の関係にある。

 ここで、Fs2に着目し、上述の関係からFs2をF d2を用いて表すと、
 Fs2=F _low /2=(F _high +F _exp )/2=Fd2+F _exp /2
となる。つまりFd2<Fs2となり、この差分(F _exp /2)が第2密閉容器10の内部に残ることになり、 最終的には第2有効オイル空間140内のオイル� �積v2が増えて第2オイル溜り14のオイル面S2が� ��昇する。逆に、第1密閉容器9からは前記の� �分(F _exp /2)のオイルが流出することになり、最終的に は第1有効オイル空間130内のオイル容積v1が減 り第1オイル溜り13のオイル面S1が下降する。

 次に定常状態までの過渡時の状況を説明す� ��。前述のように運転開始時はオイル質量流� ��のバランスにより、第2オイル溜り14のオイ� ��面S2は上昇し、反対に第1オイル溜り13のオ� �ル面S1は下降する。オイル面高さが上昇する と、密閉容器内部での作動流体とオイルの分 離空間が縮小し、また密閉容器下部空間での 作動流体流れとオイル面との距離が縮まるた め、密閉容器からのオイル吐出流量が増加す る。すなわちオイル面S2が上昇する傾向にあ� ��第2圧縮機102のオイル吐出流量Fd2は時間の経 過と共に増加する。反対に、オイル面S1が下� ��する傾向にある第1圧縮機101のオイル吐出流 量Fd1は時間の経過と共に減少する。なお、膨 張機構5が消費するオイル流量F _exp は回転数にのみ依存し、オイル面高さとは関 連がないため、時間の経過によらず一定であ る。

 さらに時間が経過し、第2オイル溜り14のオ� ��ル面高さが第2オイル流動抑制板18と同じ高� ��になった時(T=t1、V2=v2)、オイル面S2は第2オ� �ル流動抑制板18を越え、第2密閉容器10下部の 作動流体流れに直接影響を受けることになる 。そうすると、それ以降のオイル面高さの増 加は急激に鈍化し、代わりにオイル吐出流量 Fd2が急増する。そして、オイル吐出流量Fd1と オイル吐出流量Fd2の差が、膨張機構5が消費� �るオイル流量F _exp と等しくなったとき(Fd2-Fd1=F _exp )、オイル面高さの変動は止まり定常状態へ� �移行する(T=t2)。上記の状態を式で表すと、
 Fs2=(F _high +F _exp )/2=(Fd1+Fd2+F _exp )/2=Fd2
であり、第2圧縮機102の吸入オイル流量Fs2と� �出オイル流量Fd2が等しくなり、オイル面高� �の変動は停止する。

 以上のように、本実施形態によれば、第1 圧縮機101の第1有効オイル空間130の容積V1を第 2圧縮機102の第2有効オイル空間140の容積V2よ� �も大きく設定しているので、定常運転状態� �移行するまでの間に、第1オイル溜り13のオ� �ル面S1が下降しても、第1オイル吸入口15aの� �側に十分な量のオイルを確保することがで� �、高い信頼性を得ることができる。なお、� �記のような課題解決の別手段として、複数� �圧縮機間のオイル不均衡を許容するために� �圧縮機のオイル保持量を各々極端に多くす� �方法も考えられるが、オイル保持量を多く� �ると圧縮機から吐出されるオイル量が増え� �冷凍サイクル装置内の熱交換器内壁に付着� �伝熱阻害を引き起こしたり、冷媒配管内の� �壁にオイル膜が形成し、管流路面積が減少� �ることで管の圧力損失が増え、膨張機構5で� ��収できる動力が減少したりすることで冷凍� ��イクル装置の効率を著しく低下させる要因� ��なるため、好ましい方法とは言えない。

 また、本実施形態によれば、第1圧縮機101 と第2圧縮機102に同じ内径の密閉容器9,10を用� ��ており、第1オイル流動抑制板17から第1オイ ル吸入口15aまでの距離を、第2オイル流動抑� �板18から第2オイル吸入口16aまでの距離より� �長くしている。このため、比較的に簡単な� �成で、前記のような第1有効オイル空間130の� ��積V1の設定を行うことができる。しかも、� �じ内径の密閉容器とそれに対応する同じ圧� �機構を使用できるため、部品コストの削減� �よび製造コストの削減効果を得ることがで� �る。

 また、本実施形態によれば、第1圧縮機101 と第2圧縮機102を、均油管25によって連結して いるので、運転停止時に均油管バルブ25aを開 放することにより、オイル溜り13とオイル溜� ��14との偏りを解消することができる。なお� �運転時は、必ずしも均油管バルブ25aを閉じ� �おく必要はなく、少し開いておくようにし� �もよい。

 また、本実施形態によれば、第1オイル流 動抑制板17と第2オイル流動抑制板18とが水平� ��向に並んでいるので、均油時にオイル面S1,S 2とオイル流動抑制板17,18との間の距離を両圧 縮機101,102で同じにすることができる。この� �め、均油時には、第1オイル溜り13のオイル� �S1から第1オイル吸入口15aまでの距離を、第2� ��イル溜り14のオイル面S2から第2オイル吸入� �16aまでの距離よりも長く確保することがで� �、さらに信頼性を向上させることができる� �

 また、本実施形態によれば、2段ロータリ 式の膨張機構5を用いている。2段ロータリ式� ��膨張機構は単段ロータリ式膨張機構に比べ� ��高効率ではあるが、一方でオイル消費量が� ��いという特徴がある。本実施形態では、2段 ロータリ式膨張機構を用いてもオイル消費量 の多さは問題にはならず、高い信頼性を確保 しながら2段ロータリの利点を活かした高効� �な動力回収を行うことができる。

 また、本実施形態によれば、作動流体にCO ₂ を使用している。CO ₂ は他のフロン系冷媒に比べて比重が大きく、 密閉容器の中でオイルを撹拌し、密閉容器外 へオイルを持ち出す効果が高いが、本実施形 態によれば、冷媒の比重が大きい場合でも、 高い信頼性を確保することができる。

 (変形例)
 前記実施形態では、第1圧縮機101と第2圧縮� �102とは同じ回転数としたが、異なる回転数� �時にも同様の効果が得られることは言うま� �もない。

 また、均油管25がない場合は、停止時に� �いても図7に示すようなオイルが偏った状態� ��保たれるだけであり、特に問題ないため、� ��油管25を省略することも可能である。ただ� �、均油管25を設けておけば、上述したように 停止時に第1圧縮機101と第2圧縮機102とでオイ� ��量をバランスさせることができる。

 また、前記実施形態では、第1密閉容器9� �第2密閉容器10で内径が同じである構成を主� �示したが、内径の異なる密閉容器を用いた� �しても、第1圧縮機101の第1有効オイル空間130 の容積V1を第2圧縮機102の第2有効オイル空間14 0の容積V2よりも大きくしさえすれば、同様の 効果を得ることは言うまでもない。

 なお、軸受部材42を第1オイル流動抑制板1 7に一体に設けたものを第1抑制部材として用� ��ることも可能である。このように下面に高� ��差のある第1抑制部材を用いた場合の第1有� �オイル空間130は、第1抑制部材の下面のうち� ��番高い位置の部分から第1オイル吸入口15aま でとなる。同様に、軸受部材44を第2オイル流 動抑制板18に一体に設けたものを第2抑制部材 として用いることも可能であり、下面に高低 差のある第2抑制部材を用いた場合には、第2� ��制部材の下面のうち一番高い位置の部分か� ��第2オイル吸入口16aまでが第2有効オイル空� �140となる。

 また、第1オイルポンプ15は、第1シャフト 23の下端部に設けられていて、第1オイル溜り 13のオイルが第1シャフトに設けられた第1オ� �ル供給路を通じて膨張機構5と第1圧縮機構1� �双方に供給されるようになっていてもよい� �この場合、膨張機構5の上軸受部材29を第1オ� ��ル溜り13のオイル面S1よりも上側に位置させ るとともに第1密閉容器9の内周面まで拡張し� ��、この上軸受部材29で第1抑制部材を構成す� ��ことも可能である。ただし、前記実施形態� ��ように、第1オイルポンプ15および第1オイル 吸入口15aが膨張機構5よりも上側に位置して� �れば、圧縮機構1を経由して比較的に高温と� ��ったオイルが膨張機構5の周囲に流れ込むこ とを抑制することができ、オイルを介した圧 縮機構1から膨張機構5への熱移動を抑制する� ��とができる。

 さらに、前記実施形態では、第1圧縮機構 1と膨張機構5のオイル供給源として同じオイ� ��溜り(オイルが連続的に繋がっている)を用� �たが、このオイル溜りが部材等によって区� �され、複数のオイル溜りであったとしても� �膨張機構5用のオイル溜りが第1圧縮機構1用� �オイル溜りより先に枯渇しないような構成� �あるのならば、オイル溜りが連続的に繋が� �ているいないにかかわらず、同様の効果を� �ることができる。

 また、前記実施形態では、第1圧縮機構1� �下に膨張機構5が配置されているが、第1圧縮 機1の上方に膨張機構5が存在する場合でも、� ��様の効果を得ることができるのは言うまで� ��ない。例えば、圧縮機構1が第1密閉容器9内� ��下側位置に配置される場合、圧縮機構1の軸 受部材53で第1抑制部材を構成してもよい。さ らには、第1電動機11の位置もこれを問わず、 第1電動機11の下に第1圧縮機構1と膨張機構5が 存在するような場合でも、同様の効果を得る ことができる。

 また、第2圧縮機101の第2圧縮機構2と第2電 動機12の配置が上下逆になっていてもよい。

 さらに、本実施形態では、第1圧縮機101と して第1シャフト23が鉛直方向に延びる縦型の ものを用いたが、第1シャフト23が水平方向に 延びる横型のものを用いても第1圧縮機構1と� ��張機構5とでオイル溜りを共有するような構 成であれば、同様の効果を得ることができる ことは言うまでもない。同様に、第2圧縮機10 2も横型のものであってもよい。