(57)【要約】  【課題】缶飲料などの商品を冷却若しくは加温する冷却加温システムに関し、特に５０〜１００℃に加温する場合に炭化水素冷媒の使用冷媒量を最小に抑えることができる冷却加温システムの提供を目的とする。  【解決手段】低圧シェル型圧縮機２０を用い、冷媒としてＲ６００ａを用いるとともに、圧縮機の潤滑油として安価で一般に使用実績のある４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓの鉱油あるいはエステル油を用いるとともに、低圧シェル型圧縮機２０をカバー２１で囲い、低圧シェル型圧縮機２０の周囲温度をセンサ２２で計測しながら、その値が所定値を下回ったらヒータ２３に通電するようにして、加温時に潤滑油温度を４０〜８０℃に保つことで最小限の冷媒使用量が維持できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商品を収納する室内に設置された室内熱交換器と、商品を収納する区画の外に設置された室外熱交換器と、膨張機構と、圧縮機と、前記圧縮機と膨張機構と前記室内熱交換器と前記室外熱交換器とを環状に接続する冷却加温システム配管と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器から前記膨張機構および前記室内熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するか、あるいは前記室内熱交換器から前記膨張機構および前記室外熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するかのどちらかを選択する四方切換弁とを備え、前記圧縮機を低圧シェル型圧縮機とするとともに、冷媒としてＲ６００ａを用い、前記圧縮機の潤滑油として４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓの鉱油を用いたことを特徴とする冷却加温システム。
【請求項２】
商品を収納する室内に設置された室内熱交換器と、商品を収納する区画の外に設置された室外熱交換器と、膨張機構と、圧縮機と、前記圧縮機と膨張機構と前記室内熱交換器と前記室外熱交換器とを環状に接続する冷却加温システム配管と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器から前記膨張機構および前記室内熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するか、あるいは前記室内熱交換器から前記膨張機構および前記室外熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するかのどちらかを選択する四方切換弁とを備え、前記圧縮機を低圧シェル型圧縮機とするとともに、冷媒としてＲ６００ａを用い、前記圧縮機の潤滑油として４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓのエステル油を用いたことを特徴とする冷却加温システム。
【請求項３】
圧縮機を断熱材で囲い、加温時の潤滑油温度を４０〜８０℃に保つことを特徴とする請求項１あるいは２記載の冷却加温システム。
【請求項４】
圧縮機を加温するヒータを備え、加温時に前記圧縮機の温度が所定値を下回った場合、前記ヒータを通電することを特徴とする請求項１〜３記載の冷却加温システム。
【請求項５】
圧縮機を冷却するファンを備え、冷却時に前記圧縮機の温度が所定値を上回った場合、前記ファンを稼動することを特徴とする請求項１〜４記載の冷却加温システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶飲料などの商品を加温あるいは冷却して販売する自動販売機やショーケースなどにおいて、圧縮機で圧縮された冷媒が凝縮する際に生じる潜熱を利用して冷却および加温を行う冷却加温システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動販売機やショーケースなどの冷蔵および温蔵機器に対する消費電力量削減の要求が高まってきており、ヒータによる加温時の消費電力量を削減する手段として、冷暖房空調装置などと同じように冷却システムをヒートポンプに切換えて加温に利用したものが提案されている。また、地球温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素冷媒を用いた場合、冷媒漏洩時の安全性を高めるために、圧縮機の潤滑油に溶解する冷媒量を抑制することが重要となる。特に、冷却システムをヒートポンプに切換えて加温に利用する場合、冷却時と加温時で圧縮機の潤滑油に溶解する冷媒量が大きく変化しない工夫が必要である。冷媒溶解量が大きく変化すると、最適冷媒量を維持するために常に液冷媒を貯留しておく必要が生じて、結果として冷媒使用量の増大を招く。
【０００３】
従来、圧縮機をヒータで加温することで圧縮機内の潤滑油の温度を一定以上に保つ構成（例えば、特許文献１参照）や、炭化水素冷媒の溶解量が比較的小さい特殊な潤滑油を使用する構成（例えば、特許文献２参照）が提案されている。ここで、炭化水素冷媒を用いた冷蔵庫では一般的な鉱油系潤滑油を用いるが、低圧シェル型圧縮機を低い蒸発温度でのみ使用するため、潤滑油に溶解する冷媒量が小さく大きな問題とならない。圧縮機の潤滑油に溶解する冷媒量が問題となるのは、比較的蒸発温度が高いヒートポンプあるいは高圧シェル型圧縮機を使用した冷却システムの場合である。
【０００４】
以下、図面を参照しながら従来の冷却加温システムを説明する。
【０００５】
図６は従来の冷却加温システムの冷媒回路図である。
【０００６】
図６に示すように、従来の冷却加温システムは炭化水素冷媒であるプロパンあるいはイソブタンを用いるとともに、高圧シェル型圧縮機１、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４、室内熱交換器５を基本構成とし、室内を冷却する場合は高圧シェル型圧縮機１から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切替えて室外熱交換器４から室内熱交換器５へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から高圧シェル型圧縮機１へ還流するとともに、室内を加温する場合は高圧シェル型圧縮機１から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切替えて室内熱交換器５から室外熱交換器４へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から高圧シェル型圧縮機１へ還流するものである。
【０００７】
ここで、一般に室内熱交換器５は缶飲料などの冷却加温する対象物が収納された断熱空間（図示せず、以下収納室という）内に設置されるとともに、高圧シェル型圧縮機１、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４は前記断熱空間の外に配置される。
【０００８】
また、室外熱交換器４と室内熱交換器５を結ぶ配管には、加温用キャピラリチューブ６、冷却用逆止弁７、冷却用キャピラリチューブ８、加温用逆止弁９およびドライヤ１０が接続されている。ここで、加温用キャピラリチューブ６と冷却用逆止弁７、および冷却用キャピラリチューブ８と加温用逆止弁９はそれぞれ並列に接続されるとともに、加温用キャピラリチューブ６と冷却用キャピラリチューブ８に挟まれる位置にドライヤ１０が接続される。また、一般に室外熱交換器４、室内熱交換器５はそれぞれ独立の送風ファン（図示せず）で必要に応じて送風され、空冷および熱交換を促進される。
【０００９】
ここで、高圧シェル型圧縮機１の出口配管には、吐出ガスの温度を測定するセンサ１１、高圧シェル型圧縮機１の下面には、シェル下面を加温するヒータ１２、高圧シェル型圧縮機１の側方には、空冷用のファン１３を備えている。
【００１０】
以上のように構成された従来の冷温切替システムについて、以下その動作を説明する。
【００１１】
収納室内を冷却する場合、高圧シェル型圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切替えて室外熱交換器４へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器４から出た液冷媒は冷却用逆止弁７を経てドライヤ１０に供給される。そして、ドライヤ１０から出た液冷媒は冷却用キャピラリチューブ８で減圧されて室内熱交換器５へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から高圧シェル型圧縮機１へ還流する。
【００１２】
また、収納室内を加温する場合、高圧シェル型圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切替えて室内熱交換器５へ供給されて凝縮液化する。室内熱交換器５から出た液冷媒は加温用逆止弁９を経てドライヤ１０に供給される。そして、ドライヤ１０から出た液冷媒は加温用キャピラリチューブ６で減圧されて室外熱交換器４へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から高圧シェル型圧縮機１へ還流する。
【００１３】
ここで、高圧シェル型圧縮機１を用いた場合、高圧シェル型圧縮機１の内部に貯留された鉱油系潤滑油が凝縮圧力の炭化水素冷媒にさらされて、炭化水素冷媒を溶解する。一般に、鉱油系潤滑油の温度が低いときには大量の炭化水素冷媒を溶解することが知られている。そこで、常にセンサ１１の指示値を監視し、所定値よりも低い場合はヒータ１２に通電するとともに、所定値よりも高い場合はファン１３を駆動して空冷することにより、高圧シェル型圧縮機１およびその内部に貯留される潤滑油の温度を略一定に高く保つ。
【００１４】
このように、ヒータ１２とファン１３を用いて、高圧シェル型圧縮機１の温度を略一定に高く保つことで潤滑油中の冷媒量を少なくかつ略一定に保つことができ、冷媒使用量の増大を防止できる。
【特許文献１】特開２０００−２８３６２１号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来の構成はエアコンのヒートポンプなどの比較的低い凝縮温度３０〜４０℃程度を想定しており、缶飲料などの商品を５０〜１００℃に加温する場合、凝縮圧力が高くなり、高い凝縮圧力でも炭化水素冷媒の溶解量を低く保つために鉱油系潤滑油の温度をさらに高く維持する必要が生じる。この結果、高圧シェル型圧縮機１を高温に維持するために必要なヒータ電力が増大するとともに、加温時に外部に漏洩する熱量も増大して大きな効率低下を招く。また、潤滑に必要な粘度を高温で確保するためにより粘度の高い潤滑油を用いると、冷媒とともにシステム配管へ吐出された潤滑油が蒸発温度にある熱交換器内で異常に粘度上昇して滞留し、システム配管の閉塞や圧縮機内での潤滑油不足という２次的な問題が発生する危険も増大する。
【００１６】
一方、炭化水素冷媒の溶解量の小さい特殊な潤滑油は高価であるとともに、十分な実績がないことから一般に適用するのは困難である。
【００１７】
本発明は、従来の課題を解決するもので、特に缶飲料などの商品を５０〜１００℃の高温に加温する場合に潤滑油中の冷媒溶解量を略一定に抑えることができる冷却加温システムを提案し、炭化水素冷媒の使用量を抑制しながら効率および信頼性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記従来の課題を解決するために、本発明の冷却加温システムは、低圧シェル型圧縮機を用い、冷媒としてＲ６００ａを用いるとともに、圧縮機の潤滑油として安価で一般に使用実績のある４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓの鉱油あるいはエステル油を用いることを特徴とするものである。
【００１９】
これによって、圧縮機内部の圧力を低い蒸発圧力に保つことで潤滑油中の冷媒溶解量を低く抑え、炭化水素冷媒の使用量を削減することができる。同時に、凝縮温度が５０〜１００℃と極めて高い条件でも凝縮圧力の低い炭化水素冷媒Ｒ６００ａを用いることで４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓの比較的小さい粘度の潤滑油でも圧縮機の耐久性を維持することができるので、システム経路内で潤滑油が滞留するなどの信頼性の問題を解消することができる。
【００２０】
また、本発明の他の冷却加温システムは、低圧シェル型圧縮機を用い、冷媒としてＲ６００ａを用いるとともに、圧縮機を断熱材で囲い、加温時に潤滑油温度を４０〜８０℃に保つことを特徴とするものである。
【００２１】
これによって、圧縮機内部の圧力を低い蒸発圧力に保つことで潤滑油中の冷媒溶解量を低く抑えるとともに、冷却時に比べて蒸発温度が高くなる加温時に、圧縮機を断熱材で囲い潤滑油温度を４０〜８０℃に保つことで、外部に漏洩する熱量を抑えながら冷却時と加温時の冷媒溶解量の差を抑制することができる。この結果、最適冷媒量を維持するために常に液冷媒を貯留しておく必要がなく、最小限の冷媒使用量が維持できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の冷却加温システムは、圧縮機の潤滑油中の冷媒溶解量を抑制することで、特に缶飲料などの商品を５０〜１００℃の高温に加温する場合に冷媒使用量を最小に抑えるとともに、冷却時と加温時の冷媒溶解量の差を抑制することができるので、炭化水素冷媒の使用量を抑制しながら効率および信頼性の向上が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の請求項１に記載の発明は、商品を収納する室内に設置された室内熱交換器と、商品を収納する区画の外に設置された室外熱交換器と、膨張機構と、圧縮機と、前記圧縮機と膨張機構と前記室内熱交換器と前記室外熱交換器とを環状に接続する冷却加温システム配管と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器から前記膨張機構および前記室内熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するか、あるいは前記室内熱交換器から前記膨張機構および前記室外熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するかのどちらかを選択する四方切換弁とを備え、前記圧縮機を低圧シェル型圧縮機とするとともに、冷媒としてＲ６００ａを用い、前記圧縮機の潤滑油として４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓの鉱油を用いたことを特徴とする冷却加温システムであるので、圧縮機内部の圧力を低い蒸発圧力に保つことで潤滑油中の冷媒溶解量を低く抑え、炭化水素冷媒の使用量を削減することができる。同時に、凝縮温度が５０〜１００℃と極めて高い条件でも凝縮圧力の低い炭化水素冷媒Ｒ６００ａを用いることで４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓの比較的小さい粘度の潤滑油でも圧縮機の耐久性を維持することができるので、システム経路内で潤滑油が滞留するなどの信頼性の問題を解消することができる。
【００２４】
本発明の請求項２に記載の発明は、商品を収納する室内に設置された室内熱交換器と、商品を収納する区画の外に設置された室外熱交換器と、膨張機構と、圧縮機と、前記圧縮機と膨張機構と前記室内熱交換器と前記室外熱交換器とを環状に接続する冷却加温システム配管と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器から前記膨張機構および前記室内熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するか、あるいは前記室内熱交換器から前記膨張機構および前記室外熱交換器を循環して前記圧縮機に帰還するかのどちらかを選択する四方切換弁とを備え、前記圧縮機を低圧シェル型圧縮機とするとともに、冷媒としてＲ６００ａを用い、前記圧縮機の潤滑油として４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓのエステル油を用いたことを特徴とする冷却加温システムであるので、圧縮機内部の圧力を低い蒸発圧力に保つことで潤滑油中の冷媒溶解量を低く抑え、炭化水素冷媒の使用量を削減することができる。同時に、凝縮温度が５０〜１００℃と極めて高い条件でも凝縮圧力の低い炭化水素冷媒Ｒ６００ａを用いることで４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓの比較的小さい粘度の潤滑油でも圧縮機の耐久性を維持することができるので、システム経路内で潤滑油が滞留するなどの信頼性の問題を解消することができる。また、水分の飽和溶解量の大きいエステル油を用いることで、冷却時の水分チョークの危険が解消されるので液冷媒が滞留するドライヤを省くことができ、結果としてさらに冷媒使用量を削減することができる。
【００２５】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１あるいは請求項２に記載の発明において、圧縮機を断熱材で囲い、加温時の潤滑油温度を４０〜８０℃に保つことを特徴とする冷却加温システムであるので、圧縮機内部の圧力を低い蒸発圧力に保つことで潤滑油中の冷媒溶解量を低く抑えるとともに、冷却時に比べて蒸発温度が高くなる加温時に、圧縮機を断熱材で囲い潤滑油温度を４０〜８０℃に保つことで、外部に漏洩する熱量を抑えながら冷却時と加温時の冷媒溶解量の差を抑制することができる。この結果、最適冷媒量を維持するために常に液冷媒を貯留しておく必要がなく、最小限の冷媒使用量が維持できる。
【００２６】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、圧縮機を加温するヒータを備え、加温時に前記圧縮機の温度が所定値を下回った場合、前記ヒータを通電することを特徴とする冷却加温システムであるので、冷却時に比べて蒸発温度が高くなる加温時に、圧縮機が始動してまだ温度が上昇するまでの間にヒータで加温することで、圧縮機中に溶解している液冷媒を速やかにシステム内に供給して凝縮温度を上げシステムの立ち上がり特性を向上することができる。
【００２７】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、圧縮機を冷却するファンを備え、冷却時に前記圧縮機の温度が所定値を上回った場合、前記ファンを稼動することを特徴とする冷却加温システムであるので、加温時に比べて蒸発温度が低くなる冷却時には、圧縮機の温度を下げることで圧縮機効率を向上することができる。
【００２８】
以下、本発明による自動販売機の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の冷却加温システムの冷媒回路図である。図２は同実施の形態の鉱油Ａの油中冷媒溶解量の特性を示す図である。図３は同実施の形態の鉱油Ａの油粘度の特性を示す図である。図４は同実施の形態の鉱油Ｂの油中冷媒溶解量の特性を示す図である。図５は同実施の形態の鉱油Ｂの油粘度の特性を示す図である。
【００３０】
図１に示すように、本発明の冷却加温システムは、炭化水素冷媒であるイソブタンを用いるとともに、低圧シェル型圧縮機２０、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４、室内熱交換器５を基本構成とし、室内を冷却する場合は低圧シェル型圧縮機２０から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切替えて室外熱交換器４から室内熱交換器５へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から低圧シェル型圧縮機２０へ還流するとともに、室内を加温する場合は低圧シェル型圧縮機２０から吐出された冷媒を四方弁２で流路を切替えて室内熱交換器５から室外熱交換器４へ供給して、再び四方弁２を経てアキュームレータ３から低圧シェル型圧縮機２０へ還流するものである。
【００３１】
ここで、一般に室内熱交換器５は缶飲料などの冷却加温する対象物が収納された収納室内に設置されるとともに、低圧シェル型圧縮機２０、四方弁２、アキュームレータ３、室外熱交換器４は収納室外に配置される。
【００３２】
また、室外熱交換器４と室内熱交換器５を結ぶ配管には、加温用キャピラリチューブ６、冷却用逆止弁７、冷却用キャピラリチューブ８、加温用逆止弁９およびドライヤ１０が接続されている。ここで、加温用キャピラリチューブ６と冷却用逆止弁７、および冷却用キャピラリチューブ８と加温用逆止弁９はそれぞれ並列に接続されるとともに、加温用キャピラリチューブ６と冷却用キャピラリチューブ８に挟まれる位置にドライヤ１０が接続される。また、一般に室外熱交換器４、室内熱交換器５はそれぞれ独立の送風ファン（図示せず）で必要に応じて送風され、空冷および熱交換を促進される。
【００３３】
ここで、低圧シェル型圧縮機２０は、断熱材からなるカバー２１で囲われるとともに、カバー２１内部の温度を計測するセンサ２２、低圧シェル型圧縮機２０を加温するヒータ２３、カバー２１内に外気を取り入れるファン２４を備えている。
【００３４】
以上のように構成された本発明の冷却加温システムについて、以下その動作を説明する。
【００３５】
収納室内を冷却する場合、低圧シェル型圧縮機２０から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切替えて室外熱交換器４へ供給されて凝縮液化する。室外熱交換器４から出た液冷媒は冷却用逆止弁７を経てドライヤ１０に供給される。そして、ドライヤ１０から出た液冷媒は冷却用キャピラリチューブ８で減圧されて室内熱交換器５へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から低圧シェル型圧縮機２０へ還流する。
【００３６】
また、収納室内を加温する場合、低圧シェル型圧縮機２０から吐出された冷媒は四方弁２で流路を切替えて室内熱交換器５へ供給されて凝縮液化する。室内熱交換器５から出た液冷媒は加温用逆止弁９を経てドライヤ１０に供給される。そして、ドライヤ１０から出た液冷媒は加温用キャピラリチューブ６で減圧されて室外熱交換器４へ供給されて蒸発気化し、ガス冷媒は再び四方弁２を経てアキュームレータ３から低圧シェル型圧縮機２０へ還流する。
【００３７】
ここで、図２および図３を参照しながら、低圧シェル型圧縮機２０の内部に貯留された潤滑油である鉱油Ａの冷媒溶解量特性と油粘度特性について、以下に説明する。
【００３８】
図２に示すように鉱油Ａと冷媒の混合物に含まれる冷媒の重量％（以下油中冷媒溶解量という）は、鉱油Ａの温度（以下油温という）と低圧シェル型圧縮機２０の内部の冷媒圧力（この値を飽和温度に換算したものを、以下冷媒の飽和温度という）によって大きく変化する。特に、冷媒の飽和温度と油温の差が小さくなると油中冷媒溶解量が急激に増加する傾向を示している。一般に、炭化水素冷媒と鉱油の組合せでは同様の傾向を示すことが知られている。また、炭化水素冷媒の使用量を抑制する観点から、油中冷媒溶解量は０〜５重量％が望ましい。
【００３９】
図３に示すように鉱油Ａと冷媒の混合物の動粘度（以下油粘度という）も、油温と冷媒の飽和温度によって大きく変化する。油温４０℃において、冷媒の飽和温度が上昇するに従い急激に油粘度が低下するのは、油中冷媒溶解量が急激に増加するためである。一般に、炭化水素冷媒と鉱油の組合せでは同様の傾向を示すことが知られている。また、圧縮機の耐久性を確保する観点と、潤滑油の粘性抵抗による損失を低減する観点から、油粘度は３〜１０ｍｍ２／ｓが望ましい。
【００４０】
本実施の形態において、収納室内を冷却する場合、室外熱交換器４の凝縮温度は外気温度より若干高い２０〜５０℃、室内熱交換器５の蒸発温度は冷凍〜冷蔵を考慮すると−３０〜−１０℃となる。一方、収納室内を加温する場合、室外熱交換器４の蒸発温度は一般的なヒートポンプエアコンと同等の−１０〜１０℃、室内熱交換器５の凝縮温度は缶飲料などの商品保持温度５０〜６０℃を考慮すると５０〜７０℃となる。
【００４１】
この結果、収納室内を冷却する場合は、冷媒の飽和温度は−３０〜−１０℃であるので、油温が８０℃を越えない範囲において油中冷媒溶解量および油粘度は適正であり、問題ないことがわかる。そこで、冷媒圧力が低いＲ６００ａを用いると吐出ガス温度が低く抑えられることから、低圧シェル型圧縮機２０および油温が大きく上昇することはなく、カバー２１内を換気する程度にファン２４を駆動すればよい。
【００４２】
なお、外気温度が低く凝縮温度が低い場合は、低圧シェル型圧縮機２０および油温は上昇せずファン２４を駆動する必要がないので、低圧シェル型圧縮機２０の周囲温度をセンサ２２で計測しながら、その値が所定値を上回ったらファン２４を駆動することが望ましい。
【００４３】
一方、収納室内を加温する場合は、冷媒の飽和温度は−１０〜＋１０℃であるので、油中冷媒溶解量を適正に抑えるために油温を４０〜８０℃以上に保つ必要があることがわかる。また、８０℃を越えると油粘度が適正値を下回ることから、蒸発温度に合わせて狭い範囲で油温を制御しなければならないことがわかる。そこで、低圧シェル型圧縮機２０をカバー２１で囲い、低圧シェル型圧縮機２０の周囲温度をセンサ２２で計測しながら、その値が所定値を下回ったらヒータ２３に通電するようにして、低圧シェル型圧縮機２０の油温を４０〜８０℃以上に保っている。特に、始動時においては油温が低いことから、ヒータ２３に連続通電して速やかに昇温することが望ましい。
【００４４】
なお、低圧シェル型圧縮機２０の発熱量は、その仕事量に比例することから、収納室内を加温する場合の室内熱交換器５の凝縮温度がほぼ固定であれば、低圧シェル型圧縮機２０を断熱材からなるカバー２１で囲うだけで、室外熱交換器４の蒸発温度−１０〜＋１０℃が低ければ潤滑油の温度は低下し、高ければ潤滑油の温度が上昇することで、油温をほぼ適正に保つ傾向を示す。そこで、カバー２１の断熱特性を適正に調整すれば、ヒータ２３の通電をほぼ零にすることができる。
【００４５】
ここで、４０℃の動粘度が１０ｍｍ２／ｓ程度の鉱油Ａに換えて、４０℃の動粘度が３０ｍｍ２／ｓ程度の鉱油Ｂを用いた場合の影響について、図４および図５を参照しながら、以下に説明する。なお、図２および図３と同一の用語については説明を省略する。
【００４６】
図４に示すように鉱油Ｂの油中冷媒溶解量の特性は、図２で示した鉱油Ａと大差ない傾向を示す。また、炭化水素冷媒の使用量を抑制する観点から、油中冷媒溶解量は０〜５重量％が望ましい。
【００４７】
図５に示すように鉱油Ｂの油粘度の特性は、図３で示した鉱油Ａに比べて油粘度の絶対値が変化するが、その変化傾向は同様であることがわかる。この結果、圧縮機の耐久性を確保する観点と、潤滑油の粘性抵抗による損失を低減する観点から、適正な油粘度３〜１０ｍｍ２／ｓを維持するため、鉱油Ａに比べて油温を高めに制御する必要がある。
【００４８】
本実施の形態において、鉱油Ａの換わりに鉱油Ｂを用いた場合、収納室内を冷却する場合は、冷媒の飽和温度は−３０〜−１０℃であるので、適正な油粘度を維持するために油温を７０〜１２０℃に保つ必要があることがわかる。そこで、断熱材からなるカバー２１を厚くして断熱性能を上げるか、あるいは外表面積が小さく比較的温度が高くなる低圧シェル型圧縮機２０を選定すれば、本実施の形態と同様に適正な油中冷媒溶解量と油粘度が実現できる。
【００４９】
同様に、収納室内を加温する場合も、適正な油粘度を維持するために油温を７０〜１２０℃に保てばよいこがわかる。これは、冷媒の飽和温度が−１０〜＋１０℃であっても、油温を４０〜８０℃以上に保てば油中冷媒溶解量が適正になるためである。
【００５０】
しかしながら、収納室内を冷却および加温する場合の油温の制御目標が高すぎると、低圧シェル型圧縮機２０の始動時など初期の油温が低いと、油温が目標値に到達して適正運転するまでの時間が長くかかる問題がある。例えば、ヒータ２３を長時間連続通電するなどして大きな電力を消費することから、油温の制御目標の上限は８０℃程度が望ましい。従って、低圧シェル型圧縮機２０では４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓ程度、望ましくは１０ｍｍ２／ｓ程度の鉱油を用いる方がよい。
【００５１】
なお、本実施の形態において、低圧シェル型圧縮機２０に換えて高圧シェル型圧縮機１を用いた場合、冷媒の飽和温度が冷却時２０〜５０℃、加温時５０〜７０℃となることから、図２および図４からわかるように、１２０℃を上回るさらに高い油温が必要である。また、図３および図５からわかるように、１２０℃を上回るさらに高い油温で適正な油粘度を得るには、さらに高粘度の鉱油を使用する必要があり、蒸発温度となる熱交換器からの油戻りが懸念される。特に、加温時の冷媒の飽和温度５０〜７０℃に対応して、油中冷媒溶解量を０〜５重量％の適正値に維持して、冷媒使用量を抑制することはより困難である。従って、炭化水素冷媒の溶解量が小さい特殊な潤滑油を適用する必要があり、その価格や実績不足から実用化が困難となっている。
【００５２】
なお、本実施の形態において、鉱油Ａおよび鉱油Ｂに換えて、４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓ程度のエステル油を用いることもできる。例えば、Ｒ１３４ａを用いた冷蔵庫の潤滑油として一般に使用される、ペンタエリスリトールやネオペンチルグリコールなどの多価アルコールを用いたヒンダードエステルからなるエステル油は、比較的安価であるとともに使用実績があるので実用的である。このようなエステル油は、鉱油と同様の炭化水素冷媒の溶解量を示すので、鉱油と同様に使用することができる。さらに、このようなエステル油は水分溶解量が鉱油の数十倍あるため、水分チョークが発生しにくい特徴があり、ドライヤなしでも運転が可能である。この結果、ドライヤに滞留する炭化水素冷媒の量だけ削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる冷却加温システムは、低圧シェル型圧縮機を用い、冷媒としてＲ６００ａを用いるとともに、圧縮機の潤滑油として安価で一般に使用実績のある４０℃の動粘度が３〜３０ｍｍ２／ｓの鉱油あるいはエステル油を用いることで、特に缶飲料などの商品を５０〜１００℃の高温に加温する場合に潤滑油中の冷媒溶解量を略一定に抑えることができるので、ショーケースや食品保管庫など冷却と加温を切替えて用いる冷却加温システムにおいて、炭化水素冷媒の使用量を抑制しながら効率および信頼性を向上する目的でも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１による冷却加温システムの冷媒回路図
【図２】本発明の実施の形態１による鉱油Ａの油中冷媒溶解量の特性を示す図
【図３】本発明の実施の形態１による鉱油Ａの油粘度の特性を示す図
【図４】本発明の実施の形態１による鉱油Ｂの油中冷媒溶解量の特性を示す図
【図５】本発明の実施の形態１による鉱油Ｂの油粘度の特性を示す図
【図６】従来の冷却加温システムの冷媒回路図
【符号の説明】
【００５５】
２０  低圧シェル型圧縮機
２１  カバー
２２  センサ
２３  ヒータ
２４  ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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