JP2017150706A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の熱源ユニットを備えた冷凍装置の使い勝手と信頼性の確保を両立させる。【解決手段】冷凍装置（10）の冷媒回路（15）に、三台の熱源ユニット（20a〜20c）を並列に配置する。各熱源ユニット（20a〜20c）は、圧縮機ユニット（50）を備える。コントローラの能力制御部は、三台の熱源ユニット（20a〜20c）のうちの一つが残りの熱源ユニットよりも高い能力を発揮する高能力ユニットとなり、且つ高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わるように、熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の熱源ユニットを備えた冷凍装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、複数の熱源ユニットを備えた冷凍装置が知られている。この冷凍装置の冷媒回路では、複数の熱源ユニットが互いに並列に接続される。そして、冷凍装置では、冷媒回路において冷媒が循環することによって、冷凍サイクルが行われる。

特開２００７−１０７８６０号公報

ところで、冷凍装置の冷媒回路では、熱源ユニットに設けられた圧縮機の潤滑油が、冷媒と共に循環する。つまり、熱源ユニットに設けられた圧縮機からは、圧縮機を潤滑するための潤滑油の一部が、圧縮された冷媒と共に吐出される。冷媒と共に圧縮機から吐出された潤滑油は、冷媒と共に冷媒回路を流れ、冷媒と共に圧縮機へ吸入される。

しかし、冷媒回路に複数の熱源ユニットが設けられている場合、冷媒回路を冷媒と共に流れる潤滑油が全ての熱源ユニットに均等に分配されるとは限らない。このため、一部の熱源ユニットにおいて圧縮機の潤滑油が不足し、圧縮機の摩耗や焼き付き等のトラブルを招くおそれがあった。

この問題について、従来は、全ての熱源ユニットに潤滑油が均等に分配されるように配管の形状を工夫したり、熱源ユニットの運転条件に制約を設ける等の対策が講じられていた。しかし、特殊な配管形状を採用すると、冷凍装置の設置工事が煩雑となる。また、熱源ユニットの運転条件に制約を設けると、冷凍装置の能力を適切に調節できないおそれがある。このため、複数の熱源ユニットを備えた冷凍装置の使い勝手が、全ての熱源ユニットに潤滑油をなるべく均等に分配するための対策によって損なわれるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の熱源ユニットを備えた冷凍装置の使い勝手と信頼性の確保とを両立させることにある。

第１の発明は、利用側ユニット（25a,25b）と互いに並列接続された複数の熱源ユニット（20a〜20c）とを有し、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（15）を備え、各上記熱源ユニット（20a〜20c）は、一つ又は複数の圧縮機（51〜53）により構成された圧縮機ユニット（50）を備え、上記圧縮機（51〜53）の潤滑油が冷媒と共に上記冷媒回路（15）を循環する冷凍装置を対象とする。そして、複数の上記熱源ユニット（20a〜20c）のうちの一つが残りの熱源ユニット（20a〜20c）よりも高い能力を発揮する高能力ユニットとなり、且つ該高能力ユニットとなる上記熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わるように、上記熱源ユニット（20a〜20c）の上記圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する能力制御器（90）を備えるものである。

第１の発明では、冷媒回路（15）に複数の熱源ユニット（20a〜20c）が設けられる。利用側ユニット（25a,25b）において蒸発した冷媒は、複数の熱源ユニット（20a〜20c）に分配される。その際、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）から吐出されて冷媒と共に流れる潤滑油も、複数の熱源ユニット（20a〜20c）に分配される。

第１の発明において、能力制御器（90）は、各熱源ユニット（20a〜20c）に設けられた圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。能力制御器（90）は、例えば、圧縮機ユニット（50）を構成する圧縮機（51〜53）の回転速度を変更したり、圧縮機ユニット（50）を構成する圧縮機（51〜53）の運転台数を変更することによって、圧縮機ユニット（50）の運転容量を調節する。

第１の発明の能力制御器（90）は、複数の熱源ユニット（20a〜20c）のうちの一つが残りの熱源ユニット（20a〜20c）よりも高い能力を発揮する高能力ユニットとなるように、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。高能力ユニットとなっている一つの熱源ユニット（20a〜20c）へ流入する冷媒の流量は、残りの熱源ユニット（20a〜20c）へ流入する冷媒の流量よりも多くなる。従って、高能力ユニットとなっている一つの熱源ユニット（20a〜20c）へ冷媒と共に流入する潤滑油の流量も、残りの熱源ユニット（20a〜20c）へ冷媒と共に流入する潤滑油の流量よりも多くなる。

更に、第１の発明の能力制御器（90）は、高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わるように、圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。例えば、冷媒回路（15）に三台の熱源ユニット（20a〜20c）が設けられている場合、能力制御器（90）は、第１の熱源ユニット（20a）が高能力ユニットとなる状態と、第２の熱源ユニット（20b）が高能力ユニットとなる状態と、第３の熱源ユニット（20c）が高能力ユニットとなる状態とを、所定時間毎に順に切り換えるための動作を、繰り返し行う。この場合、第１の熱源ユニット（20a）が高能力ユニットとなる状態では第１の熱源ユニット（20a）の圧縮機ユニット（50）へ潤滑油が確実に戻り、第２の熱源ユニット（20b）が高能力ユニットとなる状態では第２の熱源ユニット（20b）の圧縮機ユニット（50）へ潤滑油が確実に戻り、第３の熱源ユニット（20c）が高能力ユニットとなる状態では第３の熱源ユニット（20c）の圧縮機ユニット（50）へ潤滑油が確実に戻る。従って、高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わると、全ての熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量が確保される。

第２の発明は、上記第１の発明において、各上記熱源ユニット（20a〜20c）の上記圧縮機ユニット（50）は、それぞれの運転容量の最大値が等しく、上記能力制御器（90）は、上記高能力ユニットとなる上記熱源ユニット（20a〜20c）の上記圧縮機ユニット（50）の運転容量を、残りの上記熱源ユニット（20a〜20c）の上記圧縮機ユニット（50）の運転容量よりも大きくするように構成されるものである。

第２の発明において、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）は、それぞれの運転容量の最大値が互いに等しい。このため、圧縮機ユニット（50）の運転容量が相対的に最も大きい熱源ユニット（20a〜20c）が、他の熱源ユニット（20a〜20c）よりも能力の大きい高能力ユニットとなる。そこで、能力制御器（90）は、高能力ユニットとすべき熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）運転容量を、残りの熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）運転容量よりも大きくする。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記冷媒回路（15）は、上記利用側ユニット（25a,25b）と複数の上記熱源ユニット（20a〜20c）を繋いで液冷媒を流す液側連絡配管（30）と、上記利用側ユニット（25a,25b）と複数の上記熱源ユニット（20a〜20c）を繋いでガス冷媒を流すガス側連絡配管（35）とを有し、上記ガス側連絡配管（35）は、複数の上記熱源ユニット（20a〜20c）のそれぞれに一本ずつ接続する分岐ガス管（37a〜37c）と、全ての該分岐ガス管（37a〜37c）に接続する集合ガス管（36）とを備え、各上記分岐ガス管（37a〜37c）は、上記集合ガス管（36）に接続する端部に形成され、上記利用側ユニット（25a,25b）から上記熱源ユニット（20a〜20c）へ向かって上方へ延びる立ち上がり部（39a）を有するものである。

第３の発明では、熱源ユニット（20a〜20c）において凝縮した冷媒が液側連絡配管（30）を通って利用側ユニット（25a,25b）へ供給され、利用側ユニット（25a,25b）において蒸発した冷媒がガス側連絡配管（35）を通って複数の熱源ユニット（20a〜20c）に分配される。利用側ユニット（25a,25b）からガス側連絡配管（35）へ流入した冷媒は、まず集合ガス管（36）を流れ、その後に複数の分岐ガス管（37a〜37c）に分かれて流入する。各分岐ガス管（37a〜37c）は、集合ガス管（36）に接続する端部に、利用側ユニット（25a,25b）から熱源ユニット（20a〜20c）へ向かって上方へ延びる立ち上がり部（39a）が形成されている。

第３の発明において、高能力ユニットである熱源ユニット（20a〜20c）に接続する分岐ガス管（37a〜37c）における冷媒の流量は、高能力ユニットではない熱源ユニット（20a〜20c）に接続する分岐ガス管（37a〜37c）における冷媒の流量よりも多い。このため、高能力ユニットである熱源ユニット（20a〜20c）に接続する分岐ガス管（37a〜37c）では、そこへ流入した潤滑油の殆どが冷媒と共に立ち上がり部（39a）を上方へ流れて熱源ユニット（20a〜20c）へ到達する一方、高能力ユニットではない熱源ユニット（20a〜20c）に接続する分岐ガス管（37a〜37c）では、そこへ流入した潤滑油の多くが立ち上がり部（39a）を登り切ることができず、その一部は分岐ガス管（37a〜37c）の内壁を伝って流れ落ち、高能力ユニットである熱源ユニット（20a〜20c）に接続する分岐ガス管（37a〜37c）へ流入する。

本発明において、能力制御器（90）は、高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わるように、圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。他の熱源ユニット（20a〜20c）よりも能力の高い高能力ユニットとなった熱源ユニット（20a〜20c）は、他の熱源ユニット（20a〜20c）に比べて流入する冷媒の流量が多くなるため、冷媒と共に流入する潤滑油の流量も多くなる。このため、高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わると、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）へ確実に潤滑油が戻る期間が確保され、全ての熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量が充分に確保される。

つまり、本発明によれば、全ての熱源ユニット（20a〜20c）に潤滑油が均等に分配されるように配管の形状を工夫したり、熱源ユニット（20a〜20c）の運転条件に制約を設ける等の対策が講じなくても、全ての熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量を確保することができる。従って、本発明によれば、複数の熱源ユニット（20a〜20c）を備えた冷凍装置（10）の使い勝手を損なうこと無く、潤滑油の不足に起因する圧縮機（51〜53）の損傷を未然に防いで冷凍装置（10）の信頼性を確保することができる。

また、従来は、一部の熱源ユニット（20a〜20c）へ戻る潤滑油の流量が不足しても直ちに圧縮機（51〜53）が損傷しないように、圧縮機（51〜53）に予め入れておく潤滑油の量を多くする対策も採られていた。具体的には、冷凍装置（10）を据え付ける際に、圧縮機（51〜53）へ潤滑油を追加充填する場合があった。これに対し、本発明では、能力制御器（90）の動作によって、全ての熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量が確保される。従って、本発明によれば、圧縮機（51〜53）への潤滑油の追加が必要な場合であっても、圧縮機（51〜53）へ追加する潤滑油の量を削減できるため、冷凍装置（10）の据え付け作業の工数を削減できる。

上記第３の発明において、ガス側連絡配管（35）の各分岐ガス管（37a〜37c）は、集合ガス管（36）に接続する端部に、利用側ユニット（25a,25b）から熱源ユニット（20a〜20c）へ向かって上方へ延びる立ち上がり部（39a）が形成されている。このため、高能力ユニットである熱源ユニット（20a〜20c）へ流入する潤滑油の量を増やすことができ、高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わることと相まって、全ての熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量を充分に確保することができる。

図１は、冷凍装置の概略構成を示す冷媒回路図である。 図２は、冷媒回路の要部と熱源ユニットの概略構成を示す冷媒回路図である。 図３は、ガス側連絡配管の要部の概略斜視図である。 図４は、コントローラの概略構成と、冷凍装置の信号系統とを示すブロック図である。 図５は、運転１、運転２、及び運転３のそれぞれにおける各熱源ユニットの相対能力値を示す図である。 図６は、実施形態の変形例のガス側連絡配管の要部の概略斜視図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本実施形態の冷凍装置（10）は、三台の熱源ユニット（20a,20b,20c）と、二台の利用側ユニット（25a,25b）とを備えている。この冷凍装置（10）では、三台の熱源ユニット（20a〜20c）と二台の利用側ユニット（25a,25b）を液側連絡配管（30）及びガス側連絡配管（35）を介して接続することによって、冷媒回路（15）が構成される。なお、冷凍装置（10）に設けられる熱源ユニット（20a〜20c）及び利用側ユニット（25a,25b）の台数は、単なる一例である。また、本実施形態の冷凍装置（10）は、制御システム（90）を備えている。

〈利用側ユニット〉
利用側ユニット（25a,25b）は、例えば、冷蔵倉庫の庫内を冷却するユニットクーラや、スーパーマーケット等に設置される冷蔵・冷凍用のショーケースである。各利用側ユニット（25a,25b）は、利用側熱交換器（27a,27b）と利用側膨張弁（26a,26b）とを一つずつ備えている。また、図示しないが、各利用側ユニット（25a,25b）は、利用側熱交換器（27a,27b）へ庫内空気を送るための利用側ファンを備えている。

各利用側ユニット（25a,25b）は、利用側膨張弁（26a,26b）側の接続部に液側連絡配管（30）が接続され、利用側熱交換器（27a,27b）側の接続部にガス側連絡配管（35）が接続されている。冷媒回路（15）において、二台の利用側ユニット（25a,25b）は、互いに並列に接続されている。

〈熱源ユニット〉
熱源ユニット（20a〜20c）は、屋外に設置されている。三台の熱源ユニット（20a〜20c）は、それぞれの構成が同じである。各熱源ユニット（20a〜20c）には、液側連絡配管（30）の対応する分岐液管（32a〜32c）と、ガス側連絡配管（35）の対応する分岐ガス管（37a〜37c）とが接続されている。冷媒回路（15）において、三台の熱源ユニット（20a〜20c）は、互いに並列に接続されている。

図２に示すように、各熱源ユニット（20a〜20c）は、熱源側回路（40）と、熱源側ファン（21）とを備えている。熱源側ファン（21）は、後述する熱源側回路（40）の熱源側熱交換器（43）へ室外空気を供給する。

熱源側回路（40）には、圧縮機ユニット（50）と、熱源側熱交換器（43）と、レシーバ（44）と、過冷却熱交換器（45）とが設けられている。また、熱源側回路（40）は、その一端に液側閉鎖弁（41）が設けられ、その他端にガス側閉鎖弁（42）が設けられている。液側閉鎖弁（41）には、対応する分岐液管（32a〜32c）が接続され、ガス側閉鎖弁（42）には、対応する分岐ガス管（37a〜37c）が接続されている。

圧縮機ユニット（50）は、互いに並列に接続された三台の圧縮機（51,52,53）によって構成されている。なお、圧縮機ユニット（50）を構成する圧縮機の台数は、単なる一例である。圧縮機ユニット（50）は、一台の圧縮機で構成されていてもよい。

各圧縮機（51〜53）は、全密閉型のスクロール圧縮機である。なお、ここに示した圧縮機（51〜53）の形式は、単なる一例である。各圧縮機（51〜53）では、圧縮機構と、圧縮機構を駆動する電動機とが、密閉ケーシングに収容されている。各圧縮機（51〜53）の密閉ケーシングには、潤滑油が貯留されている。この潤滑油は、圧縮機構の潤滑や、圧縮室のシールに利用される。

なお、各熱源ユニット（20a〜20c）の第１圧縮機（51）の圧縮機構は、それぞれ一回転当たりの吸込容積が互いに等しい。また、各熱源ユニット（20a〜20c）の第２圧縮機（52）の圧縮機構は、それぞれ一回転当たりの吸込容積が互いに等しい。また、各熱源ユニット（20a〜20c）の第３圧縮機（53）の圧縮機構は、それぞれ一回転当たりの吸込容積が互いに等しい。

第１圧縮機（51）は、運転容量が可変となっている。つまり、第１圧縮機（51）は、その回転速度が変更可能となっている。一方、第２圧縮機（52）と第３圧縮機（53）は、運転容量が固定となっている。つまり、第２圧縮機（52）と第３圧縮機（53）は、それぞれの回転速度が一定となっている。第１圧縮機（51）の回転速度を変更することと、第２圧縮機（52）と第３圧縮機（53）のそれぞれの運転と停止を切り換えることとによって、圧縮機ユニット（50）の運転容量が変更される。

各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）は、それぞれの運転容量の最大値が同じである。具体的に、各圧縮機ユニット（50）は、それぞれの第１圧縮機（51）の運転容量の最大値が等しく、それぞれの第２圧縮機（52）の運転容量が等しく、それぞれの第３圧縮機（53）の運転容量が等しい。つまり、各圧縮機ユニット（50）は、それぞれの第１圧縮機（51）の回転速度の最大値が等しく、それぞれの第２圧縮機（52）の回転速度が等しく、それぞれの第３圧縮機（53）の回転速度が等しい。

各圧縮機（51〜53）は、吸入口が吸入配管（46）を介してガス側閉鎖弁（42）に接続され、吐出口が吐出配管（47）を介して熱源側熱交換器（43）のガス側端に接続されている。圧縮機（51〜53）に接続する吐出配管（47）の分岐管には、油分離器（56,57,58）と逆止弁（CV1,CV2,CV3）とが設けられている。具体的に、第１圧縮機（51）に接続する分岐管には油分離器（56）と逆止弁（CV1）とが設けられ、第２圧縮機（52）に接続する分岐管には油分離器（57）と逆止弁（CV2）とが設けられ、第３圧縮機（53）に接続する分岐管には油分離器（58）と逆止弁（CV3）とが設けられている。

熱源側回路（40）において、熱源側熱交換器（43）の液側端は、液配管（48）を介して液側閉鎖弁（41）に接続されている。液配管（48）には、熱源側熱交換器（43）から液側閉鎖弁（41）に向かって順に、レシーバ（44）と、過冷却熱交換器（45）の一次側流路（45a）と、逆止弁（CV4）とが配置されている。

熱源側回路（40）には、インジェクション配管（60）が設けられている。インジェクション配管（60）は、一端が液配管（48）における過冷却熱交換器（45）と逆止弁（CV4）の間に接続されている。インジェクション配管（60）の集合管には、その入口側から出口側へ向かって順に、過冷却膨張弁（49）と、過冷却熱交換器（45）の二次側流路（45b）とが順に配置されている。インジェクション配管（60）の分岐管は、対応する圧縮機（51〜53）のインジェクションポートに接続されている。インジェクション配管（60）は、第１圧縮機（51）に接続する分岐管に電動弁（61）が設けられ、第２圧縮機（52）に接続する分岐管に電磁弁（62）と逆止弁（CV5）とが設けられ、第３圧縮機（53）に接続する分岐管に電磁弁（63）と逆止弁（CV6）とが設けられている。

インジェクション配管（60）の集合管には、油戻し配管（59）が接続されている。油戻し配管（59）の分岐管は、油分離器（56〜58）に接続されている。油戻し配管（59）は、油分離器（56）に接続する分岐管にキャピラリチューブ（CP1）が設けられ、油分離器（57）に接続する分岐管に逆止弁（CV7）とキャピラリチューブ（CP2）とが設けられ、油分離器（58）に接続する分岐管に逆止弁（CV8）とキャピラリチューブ（CP3）とが設けられている。

熱源側回路（40）には、バイパス配管（65）が設けられている。バイパス配管（65）は、一端が液配管（48）における逆止弁（CV4）と液側閉鎖弁（41）の間に接続され、他端が液配管（48）における熱源側熱交換器（43）とレシーバ（44）の間に接続されている。バイパス配管（65）には、逆止弁（CV9）が設けられている。

〈連絡配管〉
液側連絡配管（30）は、液側連絡配管（30）を流れる全ての冷媒が通過する一本の集合液管（31）と、熱源ユニット（20a〜20c）と同数（本実施形態では三本）の分岐液管（32a,32b,32c）とを備えている。各分岐液管（32a〜32c）は、集合液管（31）に接続されている。

ガス側連絡配管（35）は、ガス側連絡配管（35）を流れる全ての冷媒が通過する一本の集合ガス管（36）と、熱源ユニット（20a〜20c）と同数（本実施形態では三本）の分岐ガス管（37a〜37c）とを備えている。図３にも示すように、各分岐ガス管（37a〜37c）は、分配部（38）を介して集合ガス管（36）に接続されている。分配部（38）は、両端が閉塞された円筒状の部材である。各分岐ガス管（37a〜37c）は、分配部（38）の軸方向と直交する方向に接続されている。

各分岐ガス管（37a〜37c）には、逆Ｕ字状に湾曲したトラップ部（39）が形成されている。このトラップ部（39）は、分配部（38）に接続する分岐ガス管（37a〜37c）の端部に配置されている。トラップ部（39）には、上下に直線状に延びる部分が二つ形成されており、これら二つの部分のうち分配部（38）寄りに位置する方が、利用側ユニット（25a,25b）から熱源ユニット（20a〜20c）へ向かって上方へ延びる立ち上がり部（39a）を構成している。

〈センサ〉
各熱源ユニット（20a〜20c）の熱源側回路（40）には、高圧センサ（71）と低圧センサ（72）とが設けられている。高圧センサ（71）は、吐出配管（47）の集合管に設けられ、圧縮機ユニット（50）の圧縮機（51〜53）から吐出された冷媒の圧力を計測する。高圧センサ（71）の計測値は、実質的に冷凍サイクルの高圧である。低圧センサ（72）は、吸入配管（46）の集合管に設けられ、圧縮機ユニット（50）の圧縮機（51〜53）へ吸入される冷媒の圧力を計測する。低圧センサ（72）の計測値は、実質的に冷凍サイクルの低圧である。また、図示しないが、各熱源ユニット（20a〜20c）と各利用側ユニット（25a,25b）には、冷凍装置（10）の運転を制御するための各種センサ（例えば、冷媒や空気の温度を計測する温度センサ）が設けられている。

〈制御システム〉
図４に示すように、熱源ユニット（20a〜20c）には、コントローラ（91a,91b,91c）が一つずつ設けられている。各コントローラ（91a〜91c）は、熱源ユニット（20a〜20c）に設けられたセンサの計測値に基づいて、冷凍装置（10）の運転を制御するように構成されている。各熱源ユニット（20a〜20c）において、コントローラ（91a〜91c）は、膨張弁（49）と電動弁（61）の開度調節、電磁弁（232,242）の開閉、熱源側ファン（21）の回転速度などを調節する。

また、各コントローラ（91a〜91c）は、圧縮機制御部（92a,92b,92c）を一つずつ備えている。各熱源ユニット（20a〜20c）において、コントローラ（91a〜91c）の圧縮機制御部（92a〜92c）は、圧縮機ユニット（50）の運転容量を調節する。

各熱源ユニット（20a〜20c）のコントローラ（91a〜91c）は、互いに通信可能に構成されており、互いに信号等の授受を行う。本実施形態の冷凍装置（10）では、各熱源ユニット（20a〜20c）のコントローラ（91a〜91c）が制御システム（90）を構成している。この制御システム（90）は、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を調節することによって各熱源ユニット（20a〜20c）の能力を制御する能力制御器を構成している。

−運転動作−
冷凍装置（10）の運転動作について説明する。

〈冷凍サイクル動作〉
上述したように、冷媒回路（15）では、冷媒が循環することによって蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。

圧縮機ユニット（50）から吐出された冷媒は、吐出配管（47）を通って熱源側熱交換器（43）へ流入し、室外空気へ放熱して凝縮する。その後、冷媒は、液配管（48）へ流入し、レシーバ（44）を通過後に過冷却熱交換器（45）の一次側流路（45a）へ流入し、その二次側流路（45b）を流れる冷媒によって冷却される。過冷却熱交換器（45）において冷却された冷媒は、その一部がインジェクション配管（60）へ流入し、残りが液側連絡配管（30）を通って二つの利用側ユニット（25a,25b）へ分配される。

利用側ユニット（25a,25b）へ流入した冷媒は、利用側膨張弁（26a,26b）を通過する際に膨張した後に利用側熱交換器（27a,27b）へ流入し、庫内空気から吸熱して蒸発する。利用側ユニット（25a,25b）は、利用側熱交換器（27a,27b）において冷却された空気を、庫内空間へ吹き出す。利用側ユニット（25a,25b）から流出した冷媒は、ガス側連絡配管（35）を流れ、三つの熱源ユニット（20a〜20c）に分配される。ガス側連絡配管（35）から熱源ユニット（20a〜20c）の熱源側回路（40）へ流入した冷媒は、吸入配管（46）を通って圧縮機ユニット（50）の圧縮機（51〜53）へ吸い込まれ、再び圧縮される。

インジェクション配管（60）へ流入した冷媒は、過冷却膨張弁（49）を通過する際に膨張した後に過冷却熱交換器（45）の二次側流路（45b）へ流入し、その一次側流路（45a）を流れる冷媒から吸熱して蒸発する。その後、インジェクション配管（60）を流れる冷媒は、油戻し配管（59）から流入した潤滑油と共に、圧縮機ユニット（50）の圧縮機（51〜53）の圧縮行程の途中へ導入される。

〈冷媒回路における潤滑油の挙動〉
上述したように、圧縮機ユニット（50）を構成する圧縮機（51〜53）には、潤滑油が貯留されている。この潤滑油は、圧縮機構の圧縮室にも供給される。このため、潤滑油の一部は、圧縮された冷媒と共に圧縮機（51〜53）から吐出される。圧縮機（51〜53）から冷媒と共に吐出された潤滑油は、その大半が油分離器（56〜58）においてガス冷媒から分離される。油分離器（56〜58）においてガス冷媒から分離された潤滑油は、油戻し配管（59）を通ってインジェクション配管（60）へ導入され、インジェクション配管（60）を流れる冷媒と共に圧縮機（51〜53）へ導入される。

油分離器（56〜58）においてガス冷媒から分離されなかった潤滑油は、冷媒と共に冷媒回路（15）を流れ、利用側ユニット（25a,25b）を通過した後に冷媒と共に熱源ユニット（20a〜20c）へ戻り、圧縮機ユニット（50）の圧縮機（51〜53）へ冷媒と共に吸入される。

〈圧縮機制御部の動作〉
各熱源ユニット（20a〜20c）において、コントローラ（91a〜91c）の圧縮機制御部（92a〜92c）は、圧縮機ユニット（50）の運転容量を調節する動作を行う。具体的に、圧縮機制御部（92a〜92c）は、第１圧縮機（51）の回転速度の調節と、第２圧縮機（52）と第３圧縮機（53）のそれぞれの運転と停止の切り換えとを行うことによって、圧縮機ユニット（50）の運転容量を調節する。圧縮機ユニット（50）の運転容量は、第１圧縮機（51）の回転速度を上昇させると大きくなり、第１圧縮機（51）の回転速度を低下させると小さくなる。また、圧縮機ユニット（50）の運転容量は、第２圧縮機（52）と第３圧縮機（53）のうち運転しているものの台数を増やすと大きくなり、第２圧縮機（52）と第３圧縮機（53）のうち停止しているものの台数を増やすと小さくなる。

圧縮機ユニット（50）の運転容量が大きくなるほど、ガス側連絡配管（35）から熱源ユニット（20a〜20c）へ流入する冷媒の体積流量が多くなる。従って、ガス側連絡配管（35）から熱源ユニット（20a〜20c）へ流入する冷媒の圧力（即ち、圧縮機（51〜53）へ吸入される冷媒の圧力）が同じであれば、圧縮機ユニット（50）の運転容量が大きくなるほど、ガス側連絡配管（35）から熱源ユニット（20a〜20c）へ流入する冷媒の質量流量が多くなる。また、ガス側連絡配管（35）から熱源ユニット（20a〜20c）へ流入する冷媒の質量流量が多くなるほど、その熱源ユニット（20a〜20c）が発揮する能力が大きくなる。

〈制御システムの動作、ローテーション制御〉
制御システム（90）は、各熱源ユニット（20a〜20c）が発揮する能力の合計が、利用側ユニット（25a,25b）に要求される冷却能力に見合った能力となるように、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。具体的に、制御システム（90）は、低圧センサ（72）の計測値（即ち、冷凍サイクルの低圧）が所定の目標低圧となるように、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を調節する。

その際、制御システム（90）は、ローテーション制御を行う。つまり、制御システム（90）は、三台の熱源ユニット（20a〜20c）のうちの一台が残りの二台の熱源ユニット（20a〜20c）よりも高い能力を発揮する高能力ユニットとなり、且つ高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わるように、熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。なお、本実施形態の制御システム（90）は、三つのコントローラ（91a〜91c）のうちの一つが残りの二つに対して指令信号を出力することによって、ローテーション制御を行う。

制御システム（90）が行うローテーション制御について、図５を参照しながら説明する。なお、図５に示した数値は、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量が最大値である場合に熱源ユニット（20a〜20c）が発揮する能力を「１００」とした場合における、各熱源ユニット（20a〜20c）の能力の相対値（本明細書では、「相対能力値」という）である。

ここでは、三台の熱源ユニット（20a〜20c）の相対能力値の合計が「１６０」であるときに、利用側ユニット（25a,25b）が必要な冷却能力を発揮できる場合を例に説明する。この場合において、制御システム（90）は、図５に示す運転１と運転２と運転３とが順に繰り返し行われるように、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。その際、制御システム（90）は、運転１と運転２と運転３のそれぞれが所定時間（例えば、５分間）ずつ行われるように、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。

運転１では、第１熱源ユニット（20a）が、第２熱源ユニット（20b）及び第３熱源ユニット（20c）よりも高い能力を発揮する高能力ユニットとなる。この運転１では、第１熱源ユニット（20a）の相対能力値が「１００」となり、第２熱源ユニット（20b）と第３熱源ユニット（20c）のそれぞれの相対能力値が「３０」となるように、制御システム（90）が各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を調節する。例えば、第１熱源ユニット（20a）では、第１圧縮機（51）の回転速度が最大値に設定され、第２圧縮機（52）及び第３圧縮機（53）が作動する。また、第２熱源ユニット（20b）と第３熱源ユニット（20c）のそれぞれでは、第１圧縮機（51）の回転速度が最大値よりも若干低い値に設定され、第２圧縮機（52）及び第３圧縮機（53）が停止する。

運転２では、第２熱源ユニット（20b）が、第１熱源ユニット（20a）及び第３熱源ユニット（20c）よりも高い能力を発揮する高能力ユニットとなる。この運転２では、第２熱源ユニット（20b）の相対能力値が「１００」となり、第１熱源ユニット（20a）と第３熱源ユニット（20c）のそれぞれの相対能力値が「３０」となるように、制御システム（90）が各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を調節する。例えば、第２熱源ユニット（20b）では、第１圧縮機（51）の回転速度が最大値に設定され、第２圧縮機（52）及び第３圧縮機（53）が作動する。また、第１熱源ユニット（20a）と第３熱源ユニット（20c）のそれぞれでは、第１圧縮機（51）の回転速度が最大値よりも若干低い値に設定され、第２圧縮機（52）及び第３圧縮機（53）が停止する。

運転３では、第３熱源ユニット（20c）が、第１熱源ユニット（20a）及び第２熱源ユニット（20b）よりも高い能力を発揮する高能力ユニットとなる。この運転３では、第３熱源ユニット（20c）の相対能力値が「１００」となり、第１熱源ユニット（20a）と第２熱源ユニット（20b）のそれぞれの相対能力値が「３０」となるように、制御システム（90）が各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）の運転容量を調節する。例えば、第３熱源ユニット（20c）では、第１圧縮機（51）の回転速度が最大値に設定され、第２圧縮機（52）及び第３圧縮機（53）が作動する。また、第１熱源ユニット（20a）と第２熱源ユニット（20b）のそれぞれでは、第１圧縮機（51）の回転速度が最大値よりも若干低い値に設定され、第２圧縮機（52）及び第３圧縮機（53）が停止する。

運転１と運転２と運転３のそれぞれでは、高能力ユニットである熱源ユニット（20a〜20c）に流入する冷媒の流量が、残りの二台の熱源ユニット（20a〜20c）のそれぞれに流入する冷媒の流量よりも多くなる。このため、高能力ユニットに冷媒と共に流入する潤滑油の流量は、残りの二台の熱源ユニット（20a〜20c）のそれぞれに冷媒と共に流入する潤滑油の流量よりも多くなる。例えば、運転１では、第１熱源ユニット（20a）に冷媒と共に流入する潤滑油の流量が、第２熱源ユニット（20b）に冷媒と共に流入する潤滑油の流量よりも多くなり、且つ第３熱源ユニット（20c）に冷媒と共に流入する潤滑油の流量よりも多くなる。

また、本実施形態の冷凍装置（10）では、ガス側連絡配管（35）の分岐ガス管（37a〜37c）の端部にトラップ部（39）が形成されている。このため、高能力ユニットである熱源ユニット（20a〜20c）に接続する分岐ガス管（37a〜37c）では、そこへ流入した潤滑油の殆どが冷媒と共にトラップ部（39）の立ち上がり部（39a）を上方へ流れて熱源ユニット（20a〜20c）へ到達する一方、高能力ユニットではない熱源ユニット（20a〜20c）に接続する分岐ガス管（37a〜37c）では、そこへ流入した潤滑油の多くがトラップ部（39）の立ち上がり部（39a）を登り切ることができず、その一部は分岐ガス管（37a〜37c）の内壁を伝って分配部（38）へ戻り、高能力ユニットに接続する分岐ガス管（37a〜37c）へ流入する。

このように、運転１と運転２と運転３のそれぞれでは、ガス側連絡配管（35）を冷媒と共に流れる潤滑油の多くが、高能力ユニットへ流入する。このため、運転１と運転２と運転３のそれぞれでは高能力ユニットの圧縮機ユニット（50）の圧縮機（51〜53）へ冷媒と共に吸入される潤滑油の量が多くなり、高能力ユニットの圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量が充分に確保される。

−実施形態の効果−
本実施形態の冷凍装置（10）において、制御システム（90）は、高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わるように、圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する。他の熱源ユニット（20a〜20c）よりも能力の高い高能力ユニットとなった熱源ユニット（20a〜20c）は、他の熱源ユニット（20a〜20c）に比べて流入する冷媒の流量が多くなるため、冷媒と共に流入する潤滑油の流量も多くなる。このため、高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わると、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）へ確実に潤滑油が戻る期間が確保され、全ての熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量が充分に確保される。

つまり、本実施形態によれば、全ての熱源ユニット（20a〜20c）に潤滑油が均等に分配されるように配管の形状を工夫したり、熱源ユニット（20a〜20c）の運転条件に制約を設ける等の対策が講じなくても、全ての熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量を確保することができる。従って、本実施形態によれば、複数の熱源ユニット（20a〜20c）を備えた冷凍装置（10）の使い勝手を損なうこと無く、潤滑油の不足に起因する圧縮機（51〜53）の損傷を未然に防いで冷凍装置（10）の信頼性を確保することができる。

また、従来は、一部の熱源ユニット（20a〜20c）へ戻る潤滑油の流量が不足しても、潤滑油の不足によって圧縮機（51〜53）が直ちに損傷しないように、圧縮機（51〜53）に予め入れておく潤滑油の量を多くする対策も採られていた。具体的には、冷凍装置（10）を据え付ける際に、圧縮機（51〜53）へ潤滑油を追加充填する場合があった。これに対し、本実施形態の冷凍装置（10）では、制御システム（90）の動作によって、全ての熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量を確保される。従って、本実施形態によれば、圧縮機（51〜53）への潤滑油の追加が必要な場合であっても、圧縮機（51〜53）へ追加する潤滑油の量を削減できるため、冷凍装置（10）の据え付け作業の工数を削減できる。

また、本実施形態の冷凍装置（10）において、ガス側連絡配管（35）の各分岐ガス管（37a〜37c）は、集合ガス管（36）に接続する端部に、利用側ユニット（25a,25b）から熱源ユニット（20a〜20c）へ向かって上方へ延びる立ち上がり部（39a）が形成されている。このため、高能力ユニットである熱源ユニット（20a〜20c）へ流入する潤滑油の量を増やすことができ、高能力ユニットとなる熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わることと相まって、全ての熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機（51〜53）における潤滑油の貯留量を充分に確保することができる。

−実施形態の変形例１−
上記実施形態の冷凍装置（10）では、ガス側連絡配管（35）が図６に示すように構成されていてもよい。本変形例のガス側連絡配管（35）では、トラップ部（39）の立ち上がり部（39a）の下端が、分配部（38）の上面に接続される。

−実施形態の変形例２−
上記実施形態の冷凍装置（10）において、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）は、それぞれの運転容量の最大値が互いに異なっていてもよい。例えば、各熱源ユニット（20a〜20c）の圧縮機ユニット（50）について、それぞれを構成する圧縮機の台数が異なっていてもよいし、それぞれを構成する圧縮機の圧縮機構の一回転当たりの吸込容積が互いに異なっていてもよいし、それぞれを構成する圧縮機の回転速度の最大値が互いに異なっていてもよい。

なお、本変形例の冷凍装置（10）では、運転容量の最大値が最も小さい圧縮機ユニットを最小圧縮機ユニットとした場合に、最小圧縮機ユニット以外の圧縮機ユニットの運転容量の調節範囲の下限値を、最小圧縮機ユニットの運転容量の最大値以下に設定するのが望ましい。

以上説明したように、本発明は、複数の熱源ユニットを備えた冷凍装置について有用である。

10 冷凍装置
15 冷媒回路
20a 第１熱源ユニット
20b 第２熱源ユニット
20c 第３熱源ユニット
25a,25b 利用側ユニット
30 液側連絡配管
35 ガス側連絡配管
36 集合ガス管
37a,37b,37c 分岐ガス管
39a 立ち上がり部
50 圧縮機ユニット
51 第１圧縮機
52 第２圧縮機
53 第３圧縮機
90 制御システム（能力制御器）

Claims (3)

1. 利用側ユニット（25a,25b）と互いに並列接続された複数の熱源ユニット（20a〜20c）とを有し、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路（15）を備え、
   各上記熱源ユニット（20a〜20c）は、一つ又は複数の圧縮機（51〜53）により構成された圧縮機ユニット（50）を備え、
   上記圧縮機（51〜53）の潤滑油が冷媒と共に上記冷媒回路（15）を循環する冷凍装置であって、
   複数の上記熱源ユニット（20a〜20c）のうちの一つが残りの熱源ユニット（20a〜20c）よりも高い能力を発揮する高能力ユニットとなり、且つ該高能力ユニットとなる上記熱源ユニット（20a〜20c）が所定時間毎に順次切り換わるように、上記熱源ユニット（20a〜20c）の上記圧縮機ユニット（50）の運転容量を制御する能力制御器（90）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   各上記熱源ユニット（20a〜20c）の上記圧縮機ユニット（50）は、それぞれの運転容量の最大値が等しく、
   上記能力制御器（90）は、上記高能力ユニットとなる上記熱源ユニット（20a〜20c）の上記圧縮機ユニット（50）の運転容量を、残りの上記熱源ユニット（20a〜20c）の上記圧縮機ユニット（50）の運転容量よりも大きくするように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１又は２において、
   上記冷媒回路（15）は、上記利用側ユニット（25a,25b）と複数の上記熱源ユニット（20a〜20c）を繋いで液冷媒を流す液側連絡配管（30）と、上記利用側ユニット（25a,25b）と複数の上記熱源ユニット（20a〜20c）を繋いでガス冷媒を流すガス側連絡配管（35）とを有し、
   上記ガス側連絡配管（35）は、複数の上記熱源ユニット（20a〜20c）のそれぞれに一本ずつ接続する分岐ガス管（37a〜37c）と、全ての該分岐ガス管（37a〜37c）に接続する集合ガス管（36）とを備え、
   各上記分岐ガス管（37a〜37c）は、上記集合ガス管（36）に接続する端部に形成され、上記利用側ユニット（25a,25b）から上記熱源ユニット（20a〜20c）へ向かって上方へ延びる立ち上がり部（39a）を有している
   ことを特徴とする冷凍装置。

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