(57)【要約】      （修正有）【課題】冷凍機油に冷媒が溶け込む現象により冷凍機油の粘度が下がった場合に、圧縮機の内部で潤滑不良が生じるのを防止できるようにし、冷凍機油から冷媒を分離させるための通電時間や消費電力の無駄も抑える。【解決手段】圧縮機11のケーシング21内で冷媒が溶け込んだ油溜まり40の冷凍機油に超音波振動を与える超音波加振部30を設ける。油溜まり26の冷凍機油に冷媒が溶け込む現象(冷媒寝込み)が生じたときに、電動機24に高周波信号を与えて電動機24を振動させることにより、冷媒の寝込み状態を解消することができるので、圧縮機11の起動による潤滑不良が生じるのを防止することができる。また、電動機24に高周波信号を与えると冷媒がすぐに発泡するので、本実施形態では冷媒の粘度が低下した状態を解消するのに要する時間が短くて済み、しかも通電時間が短いので消費電力も少なくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備え、該冷媒回路（10）の圧縮機（11）が、ケーシング（21）の内部に冷凍機油を貯留する油溜まり（26）を備えた冷凍装置であって、
上記圧縮機（11）のケーシング（21）内で冷媒が溶け込んだ油溜まり（26）の冷凍機油に超音波振動を与える超音波加振部（30）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記超音波加振部（30）は、上記圧縮機（11）のケーシング（21）内に設けられている圧縮機構（22）を駆動する電動機（24）と、該電動機（24）を制御するコントローラ（31）とを含み、該コントローラ（31）が、圧縮機構（22）に高周波信号を入力する加振回路（33）を含んでいることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記コントローラ（31）は、上記圧縮機構（22）を可変周波数で駆動するインバータ駆動回路（32）を有することを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項３において、
上記加振回路（33）の周波数は、６kHz以上２０kHz以下の範囲で可変であることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１において、
上記超音波加振部（30）は、超音波振動子（35）と、該超音波振動子（35）を駆動する加振回路（33）とを含み、該超音波振動子（35）が、上記圧縮機（11）のケーシング（21）内に設けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項５において、
上記超音波振動子（35）が、上記油溜まり（26）の内部または近傍に設けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項１において、
上記超音波加振部（30）は、超音波振動子（35）と、該超音波振動子（35）を駆動する加振回路（33）とを含み、該超音波振動子（35）が、上記圧縮機（11）のケーシング（21）の外面に設けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１つにおいて、
上記圧縮機（11）に、上記油溜まり（26）を加熱するクランクケースヒータ（40）が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１つにおいて、
上記冷媒回路（10）の冷媒がＲ３２であることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路に圧縮機を備えた冷凍装置に関し、特に、圧縮機の内部で冷凍機油に冷媒が溶け込む現象により冷凍機油の粘度が下がった場合に、圧縮機の内部の潤滑不良が生じるのを防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路を備え、この冷媒回路の圧縮機が、ケーシングの内部に冷凍機油を貯留する油溜まりを備えた冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この冷凍装置の圧縮機において、停止時に圧縮機の温度が低下して冷凍機油に冷媒が溶け込む現象（冷媒寝込み）が生じることがある。過剰な冷媒寝込みが生じると、冷凍機油が希釈されて粘度が低下する。冷凍機油の粘度が低い状態で圧縮機を起動すると、その粘度の低い冷凍機油が圧縮機構や軸受に供給され、圧縮機構や軸受が焼き付くなどの潤滑不良が生じるおそれがある。
【０００３】
特許文献１の冷凍装置では、圧縮機にクランクケースヒータを設け、圧縮機のケーシングを介して冷凍機油を加熱する構成を採用し、圧縮機構や軸受の潤滑不良を防止できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０８３４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧縮機のケーシングにクランクケースヒータを設けると、冷媒が溶け込んだ冷凍機油だけでなく、圧縮機のケーシングや機械要素も加熱されるため、多くの電力が無駄になってしまう。また、ケーシングの熱容量が大きいので温度上昇に時間がかかり圧縮機を起動できる状態になるまで時間がかかってしまう。これに対して、圧縮機を即時起動できるようにするためにクランクケースヒータに予め通電しておく技術もあるが、その場合は電力の無駄が多くなってしまう。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮機の内部で冷凍機油に冷媒が溶け込む現象により冷凍機油の粘度が下がった場合に、圧縮機の起動により潤滑不良が生じるのを防止できるようにし、クランクケースヒータを用いる場合のような冷凍機油から冷媒を分離させるための通電時間や消費電力の無駄も抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備え、該冷媒回路（10）の圧縮機（11）が、ケーシング（21）の内部に冷凍機油を貯留する油溜まり（26）を備えた冷凍装置を前提としている。
【０００８】
そして、この冷凍装置は、上記圧縮機（11）のケーシング（21）内で冷媒が溶け込んだ油溜まり（26）の冷凍機油に超音波振動を与える超音波加振部（30）を備えていることを特徴としている。
【０００９】
この第１の発明では、圧縮機（11）の内部の油溜まり（26）で冷凍機油に冷媒が溶け込む状態になると、超音波加振部（30）から冷凍機油に超音波振動が与えられる。冷媒が溶け込んだ冷凍機油に振動が与えられると、冷媒が発泡して気化することで冷凍機油から分離する。その結果、冷凍機油の粘度が、冷媒が溶け込んで希釈された状態から上がっていく。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、上記超音波加振部（30）が、上記圧縮機（11）のケーシング（21）内に設けられている圧縮機構（22）を駆動する電動機（24）と、該電動機（24）を制御するコントローラ（31）とを含み、該コントローラ（31）が、圧縮機構（22）に高周波信号を入力する加振回路（33）を含んでいることを特徴としている。
【００１１】
この第２の発明では、加振回路（33）から電動機（24）に高周波信号を入力して該電動機（24）を振動させることにより、その振動が油溜まり（26）の冷凍機油に与えられて冷媒が発泡する。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、上記コントローラ（31）が、上記圧縮機構（22）を可変周波数で駆動するインバータ駆動回路（32）を有することを特徴としている。
【００１３】
この第３の発明では、インバータ駆動回路（32）と加振回路（33）とを有するコントローラ（31）により電動機（24）を制御して、圧縮機（11）の通常の運転制御と、冷媒寝込み時の加振制御とが行われる。
【００１４】
第４の発明は、第３の発明において、上記加振回路（33）の周波数が、６kHz以上２０kHz以下の範囲で可変であることを特徴としている。
【００１５】
この第４の発明では、上記の範囲から最適な周波数の高周波信号を選択して冷媒寝込み時に電動機（24）を振動させることができる。
【００１６】
第５の発明は、第１の発明において、上記超音波加振部（30）が、超音波振動子（35）と、該超音波振動子（35）を駆動する加振回路（33）とを含み、該超音波振動子（35）が、上記圧縮機（11）のケーシング（21）内に設けられていることを特徴としている。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、上記超音波振動子（35）が、上記油溜まり（26）の内部または近傍に設けられていることを特徴としている。
【００１８】
第７の発明は、第１の発明において、上記超音波加振部（30）が、超音波振動子（35）と、該超音波振動子（35）を駆動する加振回路（33）とを含み、該超音波振動子（35）が、上記圧縮機（11）のケーシング（21）の外面に設けられていることを特徴としている。
【００１９】
上記第５から第７の発明では、超音波振動子（35）の超音波振動を利用して冷媒を発泡させることにより、冷凍機油の粘度が低下した状態を解消することができる。
【００２０】
第８の発明は、第１から第７の発明の何れか１つにおいて、上記圧縮機（11）に、上記油溜まり（26）を加熱するクランクケースヒータ（40）が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
この第８の発明では、超音波加振部（30）による振動とクランクケースヒータ（40）による加熱とを併用して、冷凍機油に冷媒が溶け込む状態を解消できる。
【００２２】
第９の発明は、第１から第８の発明の何れか１つにおいて、冷媒回路（10）の冷媒がＲ３２であることを特徴としている。
【００２３】
冷媒がＲ３２である場合、温度条件や圧力条件によっては運転中に冷凍機油と液冷媒が２層分離する場合があり、そのような場合、粘度が極端に低い液冷媒が圧縮機構（22）や軸受に供給されることになると、圧縮機構（22）や軸受が焼き付いてしまうおそれがあるのに対して、この第９の発明では液冷媒を気化させることにより、圧縮機構（22）や軸受の焼き付きなどの潤滑不良を防止できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、圧縮機（11）の内部で冷凍機油に冷媒が溶け込む状態になると、超音波加振部（30）から油溜まり（26）の冷凍機油に超音波振動を与えることにより、冷媒が発泡して気化することで冷凍機油から分離するので、冷凍機油の粘度がそれまでの希釈された状態から上がっていく。したがって、圧縮機（11）を運転したときに、圧縮機（11）の内部の圧縮機構（22）や軸受の潤滑不良を防止できる。また、超音波振動により冷媒を発泡させる時間は短くてよいので、通電時間が短くなり、消費電力も少なくできる。
【００２５】
上記第２の発明によれば、冷媒が溶け込んだ冷凍機油に、電動機（24）を利用して超音波振動を与えることにより、粘度の低下した状態を解消できるので、潤滑不良や消費電力の無駄を防止できるとともに、装置構成が複雑になるのも防止できる。
【００２６】
上記第３の発明によれば、インバータ駆動回路（32）と加振回路（33）を有する１つのコントローラ（31）で通常の運転制御と冷媒寝込み時の加振制御とを行えるので、構成の複雑化を確実に防止できる。特に、インバータ駆動回路（32）と加振回路（33）を１つの回路で構成すると回路や制御も簡素化することが可能になる。
【００２７】
上記第４の発明によれば、加振回路（33）の可変周波数から最適な周波数の高周波信号を選択して電動機（24）を振動させることができるので、冷媒の発泡速度などを最適値に制御して、発泡の状態を調整できる。
【００２８】
上記第５から第７の発明によれば、超音波振動子（35）を用いるだけで圧縮機（11）の内部で冷媒が溶け込んだ冷凍機油から冷媒を分離させて、冷凍機油の粘度を高められるので、圧縮機（11）の内部の潤滑不良を防止できる。また、上記第１の発明と同様、通電時間が短くてよいので消費電力も抑えられる。
【００２９】
上記第８の発明によれば、超音波加振部（30）による振動とクランクケースヒータ（40）による加熱とを併用することにより、冷凍機油への冷媒の寝込み状態をより確実に解消することが可能になる。
【００３０】
上記第９の発明によれば、冷媒がＲ３２である場合に、運転中に生じ得る潤滑不良を防止することができるので、圧縮機（11）の信頼性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る空気調和装置の回路構成図である。
【図２】図２は、実施形態２に係る空気調和装置の回路構成図である。
【図３】図３は、実施形態２の変形例に係る空気調和装置の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。この実施形態１は、空気調和装置（冷凍装置）（1）に関するものである。この空気調和装置は、図１に示すように、圧縮機（11）と四路切換弁（12）と室外熱交換器（熱源側熱交換器）（13）と膨張弁（14）と室内熱交換器（利用側熱交換器）（15）とを順に接続した冷媒回路を備えている。この冷媒回路（10）には、冷媒としてＲ３２（ＣＨ２Ｆ２：ジフルオロメタン）が充填されている。
【００３４】
上記冷媒回路（10）において、圧縮機（11）の吐出側は四路切換弁（12）の第１ポート（P1）に接続され、圧縮機の吸入側は四路切換弁の第３ポート（P3）に接続されている。四路切換弁の第２ポート（P2）は室外熱交換器のガス側端に接続され、室外熱交換器の液側端は膨張弁を介して室内熱交換器の液側端に接続されている。また、室内.熱交換器のガス側端は四路切換弁の第４ポート（P4）に接続されている。
【００３５】
四路切換弁は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）が連通して第３ポート（P3）と第４ポート（P4）が連通する冷房運転時の第１位置(図１の実線の位置)と、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）が連通して第２ポート（P2）と第３ポート（P3）が連通する暖房運転時の第２位置(図１の破線の位置)とに切り換え可能に構成されている。
【００３６】
上記圧縮機（11）は、ケーシング（21）と、ケーシング（21）の内部に収納された圧縮機構（22）及び駆動機構（23）を備えている。駆動機構（23）は、電動機（24）と駆動軸（25）とを備え、駆動軸（25）が圧縮機構（22）に接続されている。圧縮機構（22）は、例えば揺動ピストン型の圧縮機構やスクロール型の圧縮機構のような回転式の圧縮機構である。上記ケーシング（21）の内部には、冷凍機油を貯留する油溜まり（26）が設けられている。
【００３７】
この実施形態には、圧縮機（11）を制御するコントローラ（31）が設けられている。コントローラ（31）は、電動機（24）の回転速度を制御して圧縮機（11）を駆動するインバータ駆動回路（32）と、電動機（24）に高周波信号を入力する加振回路（33）とを有している。そして、上記電動機（24）と加振回路（33）により、圧縮機（11）のケーシング（21）内で油溜まり（26）の冷凍機油に冷媒が溶け込んだ状態になるとその冷凍機油に超音波振動を与える超音波加振部（30）が構成されている。
【００３８】
加振回路（33）は、電動機（24）に高周波信号を与えることにより、該電動機（24）のステータを振動させる回路である。加振回路（33）は、上記高周波信号の周波数を例えば６kHz以上２０kHz以下の範囲で可変に設定できるように構成されている。
【００３９】
図ではインバータ駆動回路（32）と加振回路（33）は別々の回路として示しているが、これらの回路は１つの回路で構成することができる。
【００４０】
−運転動作−
次に、この空気調和装置（1）の運転動作について説明する。
【００４１】
圧縮機（11）の電動機（24）を起動すると圧縮機構（22）が回転を始め、蒸発器（室内熱交換器（15）または室外熱交換器（13））から低圧の冷媒が吸入される。圧縮機構（22）に吸入された冷媒は、圧縮機構（22）で圧縮されて高圧冷媒になり、圧縮機（11）から吐出される。この高圧冷媒は、四路切換弁（12）が第１位置に設定される冷房運転時には、室外熱交換器（13）へ流入して凝縮する。室外熱交換器（13）から流出した冷媒は膨張弁（14）で減圧されてから室内熱交換器（15）へ流入し、室内熱交換器（15）において室内空気と熱交換する。このとき、室内空気が冷却され、冷媒は蒸発する。蒸発した冷媒は四路切換弁（12）を介して圧縮機（11）へ吸入される。
【００４２】
四路切換弁（12）が第２位置に切り換えられる暖房運転時には、圧縮機（11）から吐出された冷媒が室内熱交換器（15）で放熱して室内空気を加熱した後、膨張弁（14）で減圧され、室外熱交換器（13）で蒸発して圧縮機（11）に吸入される。
【００４３】
ここで、例えば圧縮機（11）の運転を停止したときに外気温度が低くなると、圧縮機（11）の温度が低下して冷媒が液化し、油溜まり（26）の冷凍機油に冷媒が溶け込む現象(冷媒寝込み)が生じることがある。その場合、冷凍機油が希釈されて粘度が下がることになる。そして、冷凍機油の粘度が下がった状態で圧縮機（11）を再起動すると、圧縮機構（22）の摺動部や駆動軸（25）の軸受部に粘度の低い冷凍機油が供給されることになり、圧縮機（11）の潤滑不良が生じてしまう。
【００４４】
そこで、本実施形態では、冷媒が寝込んだ状態で圧縮機（11）を起動するときには、コントローラ（31）の加振回路（33）により電動機（24）に高周波信号を与えるようにしている。電動機（24）に高周波信号を与えると、電動機（24）のステータが振動し、その振動が油溜まり（26）に伝達される。油溜まり（24）に振動が伝達されると、冷凍機油に溶け込んでいる冷媒が発泡して気化する。このことにより、冷媒が冷凍機油から分離され、冷凍機油の粘度が、それまでの低下した状態から上がっていく。
【００４５】
その後、電動機（24）をコントローラ（31）のインバータ駆動回路（32）により駆動すると、圧縮機構（22）が回転するとともに、粘度の低下した状態が解消された冷凍機油が圧縮機構（22）の摺動部や駆動軸（25）の軸受部に供給される。このことにより、圧縮機（11）の所期の潤滑性能を得ることができるようになる。
【００４６】
なお、冷媒の寝込み状態を検出するためには、例えば、圧縮機（11）の停止中に外気温度や圧縮機（11）の内部温度を検出することができる。そして、温度が所定値よりも低下すると冷媒の寝込みが生じていると判断して、加振回路（33）により制御を行うようにするとよい。
【００４７】
−実施形態１の効果−
本実施形態によれば、油溜まり（26）の冷凍機油に冷媒が溶け込む現象(冷媒寝込み)が生じたときに、電動機（24）に高周波信号を与えて電動機（24）を振動させることにより、冷媒の寝込み状態を解消することができるので、圧縮機（11）の起動による潤滑不良が生じるのを防止することができる。また、電動機（24）に高周波信号を与えると冷媒がすぐに発泡するので、本実施形態では冷媒の粘度が低下した状態を解消するのに要する時間が短くて済み、しかも通電時間が短いので消費電力も少なくすることができる。
【００４８】
また、Ｒ３２を用いた冷媒回路（10）では、運転中でも温度条件や圧力条件によっては冷凍機油と液冷媒が２層分離する場合があり、そのような場合、その液冷媒が軸受部に供給されると潤滑不良が生じることになるが、本実施形態ではそのような場合でも冷媒を発泡させることにより潤滑不良を解消できる。
【００４９】
《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。
【００５０】
図２に示すように、実施形態２は超音波振動子（35）を用いた例である。この実施形態２では、電動機（24）を振動させる構成を採用する代わりに、圧縮機（11）のケーシング（21）内に超音波振動子（35）が設けられている。この超音波振動子（35）は、圧縮機の油溜まり（26）の内部に設けられている。なお、超音波振動子（35）は、仮想線で示すように、油溜まりの近傍に設けてもよい。
【００５１】
超音波振動子（35）には、上記加振回路（33）が接続されている。この加振回路（33）により、超音波振動子（35）に高周波信号が与えられるようになっていて、超音波振動子（35）と加振回路（33）により超音波加振部（30）が構成されている。
【００５２】
この実施形態２の空気調和装置（1）のその他の構成は、実施形態１と同じである。
【００５３】
このように構成しても、油溜まり（26）の冷凍機油に冷媒が溶け込む現象(冷媒寝込み)が生じたときに、超音波振動子（35）に高周波信号を与えて振動させることにより冷媒を発泡させ、冷媒の寝込み状態を解消することができる。したがって、圧縮機（11）の運転時に潤滑不良が生じるのを防止することができる。また、超音波振動子（35）に高周波信号を与えると冷媒がすぐに発泡するので、本実施形態においても冷媒を発泡させるのに要する時間が短くて済み、しかも通電時間が短いので消費電力も少なくできる。
【００５４】
−実施形態２の変形例−
実施形態２の変形例は、図３に示すように、超音波振動子（35）を、圧縮機（11）のケーシング（21）の外面に設けた例である。この変形例は、超音波振動子（35）を圧縮機（11）のケーシング（21）の外面に設けた点を除いては、図２の実施形態２と同様に構成されている。
【００５５】
このように構成しても、油溜まり（26）の冷凍機油に冷媒が溶け込む現象(冷媒寝込み)が生じたときに、超音波振動子（35）に高周波信号を与えて振動させると、その振動がケーシングを介して油溜まり（26）に伝達されるので、冷媒を発泡させ、冷媒の寝込み状態を解消することができる。したがって、圧縮機（11）の起動による潤滑不良が生じるのを防止することができる。また、超音波振動子（35）に高周波信号を与えると冷媒がすぐに発泡するので、本実施形態においても冷媒を発泡させるのに要する時間が短くて済み、しかも通電時間が短いので消費電力も少なくできる。
【００５６】
《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。
【００５７】
例えば、上記実施形態では、図１に仮想線で示すように、油溜まりを加熱するクランクケースヒータ（40）を併用するようにしてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、冷媒にＲ３２を用いるようにしているが、冷媒はＲ３２に限定されるものではない。
【００５９】
また、本発明は、空気調和装置に限らず、冷蔵庫や冷凍庫の庫内を冷却する冷凍装置に適用してもよい。その場合でも、本発明は、外気温度が下がって圧縮機の冷凍機油に冷媒が溶け込む状態において、冷媒の寝込みを解消するのに効果的である。
【００６０】
なお、以上の実施形態は、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。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明は、冷凍装置の圧縮機の内部で冷凍機油に冷媒が溶け込むことによる潤滑不良が生じるのを防止する技術について有用である。
【符号の説明】
【００６２】
1   冷凍装置
10  冷媒回路
11  圧縮機
21  ケーシング
22  圧縮機構
24  電動機
26  油溜まり
30  超音波加振部
31  コントローラ
32  インバータ駆動回路
33  加振回路
35  超音波振動子
40  クランクケースヒータ
【図１】
2015049006.tif 000003
【図２】
2015049006.tif 000004
【図３】
2015049006.tif 000005