(57)【要約】【課題】冷媒圧縮機とヒートポンプ装置の性能変動を抑えることができる低圧シェル形冷媒圧縮機を有するヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】冷媒圧縮機を構成する密閉容器に底部に油加熱器８１が設置され、油加熱器８１に放熱器１０２を通過したサブクール領域の冷媒が供給され、油加熱器８１において、密閉容器８内の潤滑油はサブクール領域の冷媒から温熱を受け取って加熱される。【選択図】図１
2013234796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧シェル構造の密閉容器に収納された冷媒圧縮機構を備えた冷媒圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器と、これらを順次連結して冷媒を循環させる主冷媒回路と、前記放熱器に熱的に接続され、利用流体が循環する利用流体回路と、油加熱器とを備え、
前記油加熱器が、前記密閉容器の底部の外面または内面に設置され、
前記放熱器を通過した後のサブクール領域の冷媒が前記油加熱器に供給され、
前記油加熱器において、前記密閉容器の底部に貯蔵された潤滑油が前記サブクール領域の冷媒によって加熱されることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
低圧シェル構造の密閉容器に収納された冷媒圧縮機構を備えた冷媒圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器と、これらを順次連結して冷媒を循環させる主冷媒回路と、前記放熱器に熱的に接続された利用流体回路と、油加熱器とを備え、
前記放熱器を通過した後のサブクール領域の冷媒を前記油加熱器に供給するサブクール冷媒回路と、前記密閉容器の底部に貯蔵された潤滑油を吸引し、前記油加熱器に熱的に接続した後、前記潤滑油を前記冷媒圧縮機構の吸引側に戻す油循環回路と、が設けられ、
前記油加熱器において、前記油循環回路を循環する潤滑油が前記サブクール冷媒回路を流れる冷媒によって加熱されることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項３】
低圧シェル構造の密閉容器に収納された冷媒圧縮機構を備えた冷媒圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器と、これらを順次連結して冷媒を循環させる主冷媒回路と、前記放熱器に熱的に接続され、利用流体が循環する利用流体回路と、油加熱器とを備え、
前記放熱器を通過した後のサブクール領域の冷媒を前記油加熱器に供給するサブクール冷媒回路と、前記密閉容器の底部に貯蔵された潤滑油を吸引し、前記油加熱器に熱的に接続した後、前記潤滑油を前記密閉容器に戻す、ポンプが設置された油循環回路と、が設けられ、
前記油加熱器において、前記油循環回路を循環する潤滑油が前記サブクール冷媒回路を流れる冷媒によって加熱されることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項４】
低圧シェル構造の密閉容器に収納された冷媒圧縮機構を備えた冷媒圧縮機機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器と、これらを順次連結して冷媒を循環させる主冷媒回路と、前記放熱器に熱的に接続され、利用流体が循環する利用流体回路と、油加熱器とを備え、
前記油加熱器が、前記密閉容器の底部の外面または内面に設置され、
前記利用流体回路に、利用流体が貯蔵された利用流体タンクが設置され、
該利用流体タンクに貯蔵された利用流体を循環させると共に、前記油加熱器に熱的に接続した中温流体回路が設けられ、
前記油加熱器において、前記密閉容器の底部に貯蔵された潤滑油が前記中温流体回路を循環する利用流体によって加熱されることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項５】
低圧シェル構造の密閉容器に収納された冷媒圧縮機構を備えた冷媒圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器と、これらを順次連結して冷媒を循環させる主冷媒回路と、前記放熱器に熱的に接続された利用流体回路と、油加熱器とを備え、
前記利用流体回路に、利用流体が貯蔵された利用流体タンクが設置され、
該利用流体タンクに貯蔵された利用流体を循環させると共に、前記油加熱器に熱的に接続した中温流体回路が設けられ、
前記底部に貯蔵された潤滑油を吸引し、前記油加熱器に熱的に接続した後、前記潤滑油を前記冷媒圧縮機を形成する冷媒圧縮機構の吸引側に戻す油循環回路と、が設けられ、
前記油加熱器において、前記油循環回路を循環する潤滑油が前記中温流体回路を循環する利用流体によって加熱されることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項６】
低圧シェル構造の密閉容器に収納された冷媒圧縮機構を備えた冷媒圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器と、これらを順次連結して冷媒を循環させる主冷媒回路と、前記放熱器に熱的に接続された利用流体回路と、油加熱器とを備え、
前記利用流体回路に、利用流体が貯蔵された利用流体タンクが設置され、
該利用流体タンクに貯蔵された利用流体を循環させると共に、前記油加熱器に熱的に接続した中温流体回路が設けられ、
前記密閉容器の底部に貯蔵された潤滑油を吸引し、前記油加熱器に熱的に接続した後、前記潤滑油を前記密閉容器に戻すポンプが設置された油循環回路と、が設けられ、
前記油加熱器において、前記油循環回路を循環する潤滑油が前記中温流体回路を循環する利用流体によって加熱されることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記潤滑油は、炭化水素冷媒と前記冷媒との相溶性が小さいことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記潤滑油は、エチレンオキサイドを含有させたポリアルキレングリコールであって、４０℃の大気圧中において、動粘度が１８ｃＳｔ以上であることを特徴とする請求項７記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートポンプ装置、特に、冷凍冷蔵庫、空調機あるいは給湯機等のヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷媒圧縮機において地球温暖化防止を図る観点から、使用するフロン冷媒量を削減する技術や、オゾン層破壊係数がゼロで地球温暖化係数の小さな可燃性冷媒を用いる技術が必要となっている。
特に、冷媒特性に優れた炭化水素冷媒（以下、「ＨＣ冷媒」と称す）が期待されている。ＨＣ冷媒は摺動部潤滑性能、漏れシール性能、理論ＣＯＰの観点からフロン冷媒と同等の冷媒特性を備えており、既にイソブタンを用いた冷凍冷蔵庫が量産されているが、可燃性冷媒の危険性から、国際規格で冷媒許容充填量が制限されている。例えば、ＩＥＣ規格によると、家庭用エアコンに充填できる炭化水素冷媒量は約１５０ｋｇ以内に削減することが必要になっている。
【０００３】
このため、冷媒許容充填量の制限を解決する手段として、ＰＡＧ油（ポリアルキレングリコール）はＨＣ冷媒（Ｒ２９０）との相溶性が低く、ＰＡＧ油を潤滑油に用いることにより冷媒充填量を低減できる（潤滑油への溶け込み量を見こして余分に冷媒量を封入する必要がなくなる）ことが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、潤滑油としてＨＣ冷媒との相溶性が低い油（非相溶油化）を用いると共に、潤滑油を貯蔵した密閉シェル内を冷媒吸入圧雰囲気とする（低圧シェル化）ことにより、潤滑油に対するＨＣ冷媒の溶け込み量を低減する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、ＨＣ冷媒に非相溶性の潤滑油を用いると、冷凍サイクル中に持ち出された潤滑油が冷媒圧縮機内に十分戻ってこない問題があるとして、高圧シェル形冷媒圧縮機または中間圧型冷媒圧縮機を採用し、ＨＣ冷媒がよく溶ける性質があるパラフィン系鉱油を潤滑油として用い、冷媒圧縮機の運転中に冷媒圧縮機内の潤滑油を加熱する加熱手段を設けて、潤滑油中に溶解する冷媒量を低下させる発明が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２００２２４号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献２】特開平１１−２９４８７７号公報（第３−４頁、図３）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】高橋仁“冷媒／冷凍機油混合物の特性について”、日本冷凍空調工業会主催、代替冷媒と環境  国際シンポジウム２００２講演集  第１６０−１６４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、冷媒圧縮機内の潤滑油を加熱するための加熱手段がヒータなどの発熱体であるため、電力を消費し、ヒートポンプ装置の効率を低下させるという問題があった。
さらに、ヒータなどの発熱体を密閉容器の外に設けられた油分離器内に配置するものでは、一旦、冷媒圧縮機構から吐出された高温高圧の冷媒（潤滑油を含む）が密閉容器外において外気によって冷却され（温熱を放出する）易いため、高温の熱エネルギーが有効に使われていないという問題があった。
さらに、特許文献２には、低圧シェル化（圧縮する前の低圧の冷媒が密閉容器内に供給される）と非相溶油化が、有効な手段であることが示されているが、発明者等が下記試験評価等で見出したような、低圧シェル形式の冷媒圧縮機での運転状態の変化に伴う潤滑油の動粘度変化の大きさについては考慮されていない。
また、特許文献２に開示された発明では、高圧シェル（圧縮された高圧の冷媒が密閉容器内に吐出される）または中間圧形式の冷媒圧縮機が記載されるのみであり、低圧シェル化については考慮されていない。
そして、低圧シェル形式の冷媒圧縮機について、高圧シェル形式の冷媒圧縮機との性能を比較する下記試験評価等によって以下のような課題が明らかになっていた。
【０００７】
（試験条件）
発明者等は低圧シェル化と非相溶油化による新たな課題抽出のために、ＨＣ冷媒としてＲ２９０を用い、１．５馬力クラスの低圧シェル形ロータリ冷媒圧縮機と高圧シェル形ロータリ冷媒圧縮機の性能試験を実施した。
図７は、かかる性能試験の条件（以下、「冷媒圧縮機試験条件」と称す）を整理したものであって、（ａ）ＡＳＨＲＡＥ−Ｔ条件、（ｂ）定格冷房試験条件、（ｃ）中間冷房試験条件、（ｄ）定格暖房試験条件、（ｅ）中間冷房試験条件、（ｆ）欧州給湯暖房Ａ２Ｗ３５条件、および（ｇ）中国ＧＢ条件の７条件について、それぞれ実施した。
このとき、ＨＣ冷媒としてＲ２９０を用い、潤滑油として相溶性の高いナフテン系鉱油（ＮＭ１００）と、ＥＯ５０％を含む相溶性の低いＰＡＧ油（ＶＧ２２）との２水準について、各運転時の油動粘度を、冷媒圧縮機シェル底に、粘度計（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ社Ｖｉｓｃｏｐｒｏ  １６００）を取り付けて測定した。
【０００８】
（Ｒ２９０とナフテン系鉱油）
図８は、ＨＣ冷媒としてＲ２９０を用い、相溶性の高いナフテン系鉱油（ＮＭ１００）を潤滑油として、上記各試験を実施した場合における測定結果であって、当該潤滑油の動粘度変化を示すものである。
図８に示されるように、低圧シェル形冷媒圧縮機の場合、高圧シェル形冷媒圧縮機に比べて油動粘度が高く、例えば定格暖房運転時は約５倍に達し、機械損失が非常に大きくなる。さらに、油動粘度変動幅も大きく、最大値（中間冷房試験条件時）と最小値（定格暖房試験条件時）の比率が約７倍に達するので、幅広い条件で軸受耐久性確保と機械損失低減とを両立する設計が難しい。
このように低圧シェル形冷媒圧縮機において、ＨＣ冷媒を用い、相溶性の高いナフテン系鉱油などの鉱油を潤滑油として用いた場合、油動粘度変動幅が大きく、幅広い条件で軸受耐久性確保（粘度大が好ましい）と機械損失低減（粘度小が好ましい）とを両立する設計が難しいという問題が明らかになった。
【０００９】
（Ｒ２９０とＰＡＧ油）
図９は、潤滑油をＥＯ５０％を含む相溶性の低いＰＡＧ油（ＶＧ２２）に交換して同様の試験を実施した結果であって、当該潤滑油の動粘度変化を示すものである。
図９に示されるように、低圧シェル形冷媒圧縮機の場合、高圧シェル形冷媒圧縮機に比べて、油動粘度が定格暖房運転時で約２．５倍であり、また、油動粘度変動幅は最大値（中間暖房試験条件時）と最小値（中間冷房試験条件）の比率は約２倍である。
このように低圧シェル形冷媒圧縮機において、ＨＣ冷媒を用い、相溶性の低いＰＡＧ油を潤滑油として用いた場合、油動粘度変動幅はナフテン系鉱油などの鉱油を潤滑油として用いた場合に比べて小さくなる。
【００１０】
また、ＨＣ冷媒とＰＡＧ油との溶解度について、非特許文献１には、Ｒ２９０（プロパン）冷媒と主な潤滑油（鉱油、ＰＯＥ油、ＰＡＧ油）との溶解度曲線が示されており、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）油が、ＨＣ冷媒に対して相溶性が低く、鉱油などの相溶性の油に比べて、冷媒溶解度の変化が小さく、ＨＣ冷媒封入量を削減することがわかる。
このように、低圧シェルにおいて、ＨＣ冷媒に対し相溶性の低いＰＡＧ油を潤滑油として用いることで、鉱油を潤滑油として用いる場合に比べて油動粘度変動幅を小さくでき、また、非相溶油化および低圧シェル化によりＨＣ冷媒の潤滑油への溶け込み量を減らすことができる（冷媒充填量を低減できる）。
しかしながら、軸受耐久性確保と機械損失低減とを両立する設計の自由度を確保する観点から、ＰＡＧ油の油動粘度変動幅を更に小さくする必要がある。
【００１１】
また、ＰＡＧ油中のＥＯ（エチレンオキサイト）含有量を増やすと、ＨＣ冷媒に対する相溶性を下げることができる（冷媒充填量を低減できる）が、それにより潤滑磨耗性能が低下し、特に５０％以上では潤滑磨耗性能が急激に低下する問題を生じる。このため、ＥＯ含有量を増やすことによる潤滑磨耗性能の低下に対する対策として、ＰＡＧ油の油動粘度を制御する何らかの手段が必要となる。
また、ＰＡＧ油中の平均分子量を下げると標準状態の粘度を下げることができるが、一方、揮発性が高くなり、引火点が低下する。ＶＧ１８（ＩＳＯ粘度規格）で引火点が１８
３℃であり、ＶＧ１８が実用上使える粘度の限界である。このようなＰＡＧ油の標準状態の粘度低下の限界からも、ＰＡＧ油の油動粘度を制御する何らかの手段が必要となる。
【００１２】
（冷媒溶解度の変化範囲）
図１０は、温度および圧力に対する冷媒溶解度の変化範囲について、低圧シェル形の場合と高圧シェル形の場合とで比較した図である。
図１１は、冷媒溶解時の油動粘度の変化範囲について、低圧シェル形の場合と高圧シェル形の場合とで比較した図である。
一般的に、図１０に示すように、冷媒溶解度と圧力との関係を示すグラフは圧力０のとき冷媒溶解度０となる対数カーブが、異なる温度条件ごとに表される。すなわち、潤滑油を貯蔵した密閉シェル内を冷媒吐出圧雰囲気とする高圧シェル形の場合、冷媒圧縮機の吐出圧条件が変化すると、密閉シェル内に貯蔵する油の圧力と温度が変化する。一方、低圧シェル形の場合、冷媒圧縮機の吸入圧条件が変化すると、密閉シェル内に貯蔵する油の圧力と温度が変化する。
図１０のような対数カーブで表すことができる冷媒溶解度曲線の特性上、低温低圧側で圧力と温度が変化する低圧シェル形のほうが、高圧シェル形のよりも冷媒溶解度に与える影響が大きく冷媒溶解度が変化する。その結果、図１１に示すように、油動粘度変化範囲も低圧シェル形のほうが高圧シェル形に比べて大きくなる。
【００１３】
以上のように、低圧シェル化と非相溶油化とに対応するために、以下のような新たな課題が抽出された。
（１）ＨＣ冷媒の冷媒溶解度を低減する手段として、非相溶性のＰＡＧ油を用いることが有効であるが、ＰＡＧ油はＶＧ１８より粘度の低い油が実用上製造できない。したがって、軸受け設計を適正化し機械損失を低減するためには、ＰＡＧ油の油物性を制御する別の手段が必要である。
（２）さらに、低圧シェル形式を用いる場合には、密閉シェル内に貯蔵する油の冷媒溶解度と動粘度が変化しやすい。したがって、軸受け設計を適正化し機械損失を低減するためには、油物性を制御する新たな手段が必要である。
【００１４】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、低圧シェル形式の冷媒圧縮機において、冷媒の油中溶解度を小さくし、冷媒封入量を削減することができると共に、冷媒圧縮機効率を改善することができるヒートポンプ装置を得るものである。また、利用流体に受け渡される温熱量を減少させないヒートポンプ装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るヒートポンプ装置は、低圧シェル構造の密閉容器に収納された冷媒圧縮機構を備えた冷媒圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器と、これらを順次連結して冷媒を循環させる主冷媒回路と、前記放熱器に熱的に接続され、利用流体が循環する利用流体回路と、油加熱器とを備え、
前記油加熱器が、前記密閉容器の底部の外面または内面に設置され、
前記放熱器を通過した後のサブクール領域の冷媒が前記油加熱器に供給され、
前記油加熱器において、前記密閉容器の底部に貯蔵された潤滑油が前記サブクール領域の冷媒によって加熱されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は前記構成であるから、密閉容器内に貯蔵する潤滑油を加熱し、冷媒の油中溶解度とその変動幅を小さくすることができるので、冷媒封入量を削減する効果と、圧縮機効率及びヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。また、潤滑油の加熱が、放熱器を通過した後のサブクール領域の冷媒（保有する温熱）によるため、潤滑油の加熱によって、放熱器から利用流体に受け渡される温熱量が減少することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図。
【図２】本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図。
【図３】本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図。
【図４】本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図。
【図５】本発明の実施の形態５に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図。
【図６】本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図。
【図７】低圧シェル形と高圧シェル形とを比較する性能試験の条件。
【図８】Ｒ２９０とナフテン系鉱油を潤滑油とした場合の測定結果。
【図９】温度および圧力に対する冷媒溶解度の変化を示す測定結果。
【図１０】低圧シェル形と高圧シェル形の油動粘性を比較する測定結果。
【図１１】冷媒溶解度と油動粘度との関係を示す測定結果。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図である。なお、各部位は模式的に描いたものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。
図１において、ヒートポンプ装置１００は、低圧シェル形２シリンダ冷媒圧縮機（以下、「冷媒圧縮機」と称す）１０１、放熱器１０２、膨張弁１０３、蒸発器１０４およびこれらを順次連結して冷媒を循環させる主冷媒回路１０７と、放熱器１０２に熱的に接続された利用流体回路１０８と、を備える。
【００１９】
すなわち、冷媒圧縮機１０１から放熱器１０２、膨張弁１０３、蒸発器１０４に向かって順次接続した主冷媒回路１０７で構成し、放熱器１０２において冷媒圧縮機１０１が圧縮した冷媒と利用流体回路１０８を流れる利用流体（例えば、水、空気、ブライン等）とを熱交換することにより、冷媒が冷やされ、利用流体が温められる。一方、利用流体回路１０８は、上述したように、放熱器１０２において熱交換される（温熱を受け取ることにより温められた利用流体を活用するものである）。
なお、以上は利用流体回路１０８が放熱器１０２に熱的に接続されているが、本発明はこれに限定するものではなく、利用流体回路１０８と共にあるいは利用流体回路１０８を撤去して、蒸発器１０４にも利用流体回路１０８を熱的に接続し、冷熱を受け取って冷却された利用流体を活用するようにしてもよい。
【００２０】
（低圧シェル形２シリンダ冷媒圧縮機）
冷媒圧縮機１０１は、密閉容器８と、密閉容器８内に設けられた電動機９と、電動機９によって駆動される駆動軸６と、駆動軸６の両端を支持する短軸側軸受け７ａおよび長軸側軸受け７ｂと、下側シリンダ１１を具備する下側冷媒圧縮機構１０、上側シリンダ２１を具備する上側冷媒圧縮機構２０と、下側シリンダ１１と上側シリンダ２１とを仕切る中間仕切板５と、を有している。
低圧の冷媒は冷媒圧縮機吸入管１から一旦、密閉容器８内を経由した後に、密閉容器８内に設置された下側シリンダ吸入管１５から下側冷媒圧縮機構１０の下側シリンダ圧縮室１１ａと、上側シリンダ吸入管２５から上側冷媒圧縮機構２０の上側シリンダ圧縮室２１ａとに、それぞれ吸入される。
【００２１】
そして、下側シリンダ圧縮室１１ａにおいて圧縮された冷媒（以下、「高圧冷媒」と称す）は、下側吐出ポート１７から下側吐出マフラ空間３１に吐出され、同様に、上側シリンダ圧縮室２１ａにおいて圧縮された冷媒（以下、「高圧冷媒」と称す）は、上側吐出ポート２７から上側吐出マフラ空間４１に吐出される。
下側吐出マフラ空間３１と上側吐出マフラ空間４１とは、下側シリンダ１１、上側シリンダ２１および中間仕切板５を軸方向に貫く連通流路４６によって連通しているから、下側吐出マフラ空間３１に吐出された高圧冷媒は上側吐出マフラ空間４１内の高圧冷媒と合流して、冷媒圧縮機吐出管２を経由して、密閉容器８外の主冷媒回路１０７に供給される。すなわち、高圧冷媒は密閉容器８内に供給されない。
【００２２】
密閉容器８の底部の外面には、サブクール冷媒−油熱交換器（以下、「油加熱器」と称す）８１が備えられている。また、主冷媒回路１０７は放熱器１０２と膨張弁１０３との間に、分岐部７０ａおよび合流部７０ｂが設けられ、両端がそれぞれ分岐部７０ａおよび合流部７０ｂに接続されたサブクール冷媒回路７２が設けられている。そして、主冷媒回路１０７の分岐部７０ａおよび合流部７０ｂとの間には開閉バルブ７０が、サブクール冷媒回路７２には開閉バルブ７１がそれぞれ設置されている。
したがって、油加熱器８１には、主冷媒回路１０７の放熱器１０２において熱交換を行った（温熱を放出した）後のサブクール領域からの冷媒が、サブクール冷媒回路７２を経由して供給され、密閉容器８の底部に貯蔵された潤滑油に温熱を受け渡し可能になっている。すなわち、開閉バルブ７０と開閉バルブ７１の開閉を切り替えることによって油加熱器８１への冷媒の供給、停止をする。
なお、油加熱器８１の形式は限定するものではなく、密閉容器８の外周面または底面にサブクール冷媒回路７２を形成する配管を巻きつけて直接熱交換を行う形式でも、サブクール冷媒回路７２を形成する配管を熱伝達媒体が封入された容器内を通過するようにして、熱伝達媒体を介して間接的に熱交換するようにしてもよい。
【００２３】
従来は、例えば、低温環境条件においては、吸入温度の低下により密閉容器８内に貯蔵される潤滑油の温度（以下、「油温」と称す）が低下し、油粘度が増加して冷媒圧縮機機械損失が増加するという問題があったが、ヒートポンプ装置１００は以上の構成であるから、開閉バルブ７１を開いて開閉バルブ７０を閉じることで油温よりも温度の高いサブクール領域の冷媒（以下、「サブクール冷媒」と称す）をサブクール冷媒回路７２に供給して、油加熱器８１において油と熱交換を行う（温熱を受け渡す）ことによって油温を上昇させ、油粘度を低下させる効果が得られる。
すなわち、低圧シェル化によって、ＨＣ冷媒の潤滑油への溶け込み量を減らすことができ、ＰＡＧ油を用いることで、鉱油より油動粘度変動を小さくでき、ＰＡＧ油中のＥＯ含有量を増やすことで、ＨＣ冷媒の溶け込み量をさらに減らすことができる。このとき、低圧シェルでは、シェル内の油温度が低温であり、ＰＡＧ油の平均分子量を増やして油粘度を下げようとすると、引火点が低下するため限界があるが、ヒートポンプ装置１００では、油加熱器８１を有するため、油粘度を下げて効率の改善を図ることが可能である。
【００２４】
また、放熱器１０２において、利用流体回路１０８に温熱を受け渡した後のサブクール冷媒が油加熱器８１に流入することから、潤滑油を加熱することによって、利用流体回路１０８に受け渡される温熱量が減少することがない。
なお、サブクール冷媒によって潤滑油を加熱することができるのは、冷媒圧縮機１０１が「低圧シェル形」であって、密閉容器８内の油温度が低いためである。一方、高圧シェル形の冷媒圧縮機では、密閉容器内の油温度が高いため、サブクール冷媒によって潤滑油が冷却され、加熱することができない。
なお、開閉バルブ７０および開閉バルブ７１のバルブ開度の制御は、密閉容器８内の油温、密閉容器８の外壁温度、または、吐出温度などを検知しながら、能動的に制御してもよいし、あるいは、用途や環境条件によって平均的に最も効率のよいバルブ開度に調整しておいてもよい。
したがって、ヒートポンプ装置１００は、冷媒の油中溶解度と変動幅を小さくすることができるので、冷媒封入量を削減する効果と、冷媒圧縮機効率及びヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。
【００２５】
［実施の形態２］
図２は本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図２において、ヒートポンプ装置２００は、実施の形態１において説明したヒートポンプ装置１００における油加熱器８１を、密閉容器８の内部の底部に配置したものであって、これを除く構成はヒートポンプ装置１００に同じである（説明の便宜上、「油加熱器８２」としている）。
したがって、ヒートポンプ装置２００は、ヒートポンプ装置１００と同様に、冷媒の油中溶解度と変動幅を小さくすることができるので、冷媒封入量を削減する効果と、冷媒圧縮機効率及びヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。
【００２６】
［実施の形態３］
図３は本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図３において、ヒートポンプ装置３００は、実施の形態１において説明したヒートポンプ装置１００における油加熱器８１を密閉容器８から熱的に離隔する（説明の便宜上、「油加熱器８３」としている）と共に、油加熱器８３に熱的に接続され、潤滑油が循環する油循環回路７５を設けたものである。
油循環回路７５は密閉容器８の下部と、下側シリンダ１１および上側シリンダ２１の吸引側とに接続され、途中に開閉バルブ７４が設置されている。すなわち、潤滑油を循環するには、開閉バルブ７４を開いて冷媒が下側シリンダ１１および上側シリンダ２１に吸入される際の負圧を利用する。
なお、油循環回路７５の途中に油循環ポンプを設けて循環させてもよい。このとき、油循環ポンプを利用するので、下側シリンダ１１および上側シリンダ２１の吸引力に頼る必要がなくなるため、油循環回路７５は密閉容器８の下部と密閉容器８の任意の場所との間に設置することができ、潤滑油の循環量の調整が容易になる。
また、潤滑油に受け渡す温熱量は、開閉バルブ７０および開閉バルブ７１のバルブ開度を制御することによって調整する。
【００２７】
したがって、ヒートポンプ装置３００は、ヒートポンプ装置１００と同様に、冷媒の油中溶解度と変動幅を小さくすることができるので、冷媒封入量を削減する効果と、冷媒圧縮機効率及びヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。
【００２８】
［実施の形態４］
図４は本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図４において、ヒートポンプ装置４００は、サブクール冷媒の代わりに、利用流体回路１０８における温熱を用いて潤滑油を加熱するものである。
ヒートポンプ装置４００は、実施の形態１で説明したヒートポンプ装置１００において、サブクール冷媒回路７２を撤去し、利用流体回路１０８に設置された利用流体タンク１１０に中温流体回路１０９を接続し、中温流体回路１０９が油加熱器８１を通過するようにしたものである。すなわち、中温流体回路１０９は、ヒートポンプ装置１００における主冷媒回路１０７に接続されたサブクール冷媒回路７２を、主冷媒回路１０７に替えて、利用流体タンク１１０に接続したものに相当している。なお、図中、中温流体回路１０９に設置された開閉バルブおよびポンプの記載を省略している。
【００２９】
したがって、利用流体タンク１１０内の中温の利用流体（例えば、約５０℃±１０℃程度の中温水）と潤滑油との間で熱交換を行うものである。中温水は、例えば、エコキュートなどで昼間利用されずに残ったお湯が中温水となり、中温水の再加熱は効率が悪いため、ヒートポンプ装置４００ではこれを油温の上昇に利用する。
よって、ヒートポンプ装置３００は、ヒートポンプ装置１００と同様に、冷媒の油中溶解度と変動幅を小さくすることができるので、冷媒封入量を削減する効果と、冷媒圧縮機効率及びヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。
【００３０】
［実施の形態５］
図５は本発明の実施の形態５に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図である。なお、実施の形態２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図５において、ヒートポンプ装置５００は実施の形態４で説明したヒートポンプ装置４００と同様に、利用流体回路１０８における温熱を用いて潤滑油を加熱するものである。
ヒートポンプ装置５００は、実施の形態２で説明したヒートポンプ装置２００において、サブクール冷媒回路７２を撤去し、利用流体回路１０８に設置された利用流体タンク１１０に中温流体回路１０９を接続し、中温流体回路１０９が油加熱器８２を通過するようにしたものである。
よって、ヒートポンプ装置５００は、ヒートポンプ装置２００と同様に、冷媒の油中溶解度と変動幅を小さくすることができるので、冷媒封入量を削減する効果と、冷媒圧縮機効率及びヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。
【００３１】
［実施の形態６］
図６は本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ装置を模式的に示す構成図である。なお、実施の形態３と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図６において、ヒートポンプ装置６００は実施の形態４で説明したヒートポンプ装置４００と同様に、利用流体回路１０８における温熱を用いて潤滑油を加熱するものである。
ヒートポンプ装置６００は、実施の形態３で説明したヒートポンプ装置３００において、サブクール冷媒回路７２を撤去し、利用流体回路１０８に設置された利用流体タンク１１０に中温流体回路１０９を接続し、中温流体回路１０９が油加熱器８２を通過するようにしたものである。
よって、ヒートポンプ装置５００は、ヒートポンプ装置３００と同様に、冷媒の油中溶解度と変動幅を小さくすることができるので、冷媒封入量を削減する効果と、冷媒圧縮機効率及びヒートポンプ効率を改善する効果が得られる。
【００３２】
［その他の実施の形態］
以上、本発明に係る実施の形態１〜６では、低圧シェル形の２シリンダ冷媒圧縮機を想定したロータリ冷媒圧縮機で説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、低圧シェル形の１シリンダ、多段圧縮などのロータリ冷媒圧縮機でも同様の構成を採用することができ、同様の効果を得ることができる。また、ロータリ圧縮方式以外にも、レシプロ式やスクロール式などの冷媒圧縮機方式にも、同様の構成を採用することができ、同様の効果を得ることができる。
さらに、流体抵抗を調整する手段として膨張弁１０３を用いたが、流路断面積や長さの調整や、流路折り曲げ、キャピラリーチューブなどの別の手段を用いてもよい。また、開閉バルブ７０等の形式は限定しない。
【符号の説明】
【００３３】
１：冷媒圧縮機吸入管、２：冷媒圧縮機吐出管、５：中間仕切板、６：駆動軸、７ａ：短軸側軸受け、７ｂ：長軸側軸受け、８：密閉容器、９：電動機、１０：下側冷媒圧縮機構、１１：下側シリンダ、１１ａ：下側シリンダ圧縮室、１５：下側シリンダ吸入管、１７：下側吐出ポート、２０：上側冷媒圧縮機構、２１：上側シリンダ、２１ａ：上側シリンダ圧縮室、２５：上側シリンダ吸入管、２７：上側吐出ポート、３１：下側吐出マフラ空間、４１：上側吐出マフラ空間、４６：連通流路、７０：開閉バルブ、７０ａ：分岐部、７０ｂ：合流部、７１：開閉バルブ、７２：サブクール冷媒回路、７４：開閉バルブ、７５：油循環回路、８１：油加熱器（実施の形態１、４）、８２：油加熱器（実施の形態２、５）、８３：油加熱器（実施の形態３、６）、１００：ヒートポンプ装置（実施の形態１）、１０１：冷媒圧縮機、１０２：放熱器、１０３：膨張弁、１０４：蒸発器、１０７：主冷媒回路、１０８：利用流体回路、１０９：中温流体回路、１１０：利用流体タンク、２００：ヒートポンプ装置（実施の形態２）、３００：ヒートポンプ装置（実施の形態３）、４００：ヒートポンプ装置（実施の形態４）、５００：ヒートポンプ装置（実施の形態５）、６００：ヒートポンプ装置（実施の形態６）。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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