(57)【要約】【課題】冷媒循環方向が互いに逆向きの第１方向と第２方向に切り換え可能に構成された冷媒回路（10）に、圧縮機（21）へ電力を供給するパワー素子（41）を冷却する素子冷却部（55）を設けた冷凍装置（1）において、パワー素子（41）を安定して冷却する。【解決手段】冷媒回路（10）に、油分離器（22）の流出口から圧縮機（21）の吸入側に向かって、冷媒回路（10）の熱源側熱交換器（24）内またはその近傍と、素子冷却部（55）とを、冷凍機油が順に通過する油戻し回路（50）を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の循環方向を互いに逆向きの第１方向と第２方向とで切り換える切換機構（23）を備えた冷媒回路（10）と、冷媒回路（10）の圧縮機（21）へ電力を供給する電源のパワー素子（41）を冷却する素子冷却部（55）とを備え、該素子冷却部（55）が該冷媒回路（10）の配管の一部により構成された冷凍装置であって、
上記冷媒回路（10）が、圧縮機（21）の吐出側に設けられて冷媒から冷凍機油を分離する油分離器（22）と、該油分離器（22）の油流出口と圧縮機（21）の吸入側とに接続された油戻し回路（50）とを備え、
上記冷媒回路（10）の一部である油戻し回路（50）は、上記油分離器（22）の流出口から上記圧縮機（21）の吸入側に向かって、上記冷媒回路（10）の熱源側熱交換器（24）内または該熱源側熱交換器（24）の近傍と、上記素子冷却部（55）とを、上記冷凍機油が順に通過するように形成され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、
上記油戻し回路（50）は、上記冷凍機油が上記熱源側熱交換器（24）内の下段部分を通過するように形成されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記油戻し回路（50）には、上記冷凍機油が上記油分離器（22）の流出口と上記熱源側熱交換器（24）を通過する部分との間に流量調整弁（56）が設けられてい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、冷凍装置に関し、特に、圧縮機へ電力を供給する電源のパワー素子を冷却するように構成された冷媒回路を備えた冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機へ電力を供給する電源のパワー素子を冷媒回路に設けた冷却部で冷却する冷凍装置が知られている。この冷凍装置には、冷蔵冷凍装置や空気調和装置がある。
【０００３】
また、この種の冷凍装置としては、冷媒回路の液配管を上記冷却部として利用し、液配管を流れる冷媒でパワー素子を冷却するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。この冷凍装置の冷媒回路は、冷媒の循環方向を互いに逆向きの第１方向と第２方向に切り換え可能に構成されている。冷凍装置を熱源側ユニットと利用側ユニットとから構成する場合、上記冷却部は一般に熱源側ユニット内に設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０３−０７５４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
利用側熱交換器が蒸発器になる冷蔵冷凍装置の冷却運転や空気調和装置の冷房運転では、熱源側熱交換器で凝縮した液冷媒が上記冷却部を流れ、この液冷媒によってパワー素子が冷却される。
【０００６】
一方、利用側熱交換器が蒸発器になる冷却運転や冷房運転から、利用側熱交換器が凝縮器になる逆サイクルデフロスト運転や暖房運転に切り換えると、上記冷却部には、直前まで蒸発器として使用していた利用側熱交換器から低温の冷媒が流入することになる。そうすると、パワー素子が低温の冷媒で冷却されることになり、パワー素子に結露が生じるおそれがある。その結果、パワー素子の電極や、パワー素子が設置される基板の配線部分が腐食したり、パワー素子自体の絶縁性が低下したりするおそれがある。
【０００７】
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、冷媒循環方向が互いに逆向きの第１方向と第２方向に切り換え可能に構成された冷媒回路に、圧縮機へ電力を供給するパワー素子を冷却する冷却部が設けられた冷凍装置において、冷媒の循環方向にかかわらずパワー素子を安定して冷却できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、冷媒の循環方向を互いに逆向きの第１方向と第２方向とで切り換える切換機構（23）を備えた冷媒回路（10）と、冷媒回路（10）の圧縮機（21）へ電力を供給する電源のパワー素子（41）を冷却する素子冷却部（55）とを備え、該素子冷却部（55）が該冷媒回路（10）の配管の一部により構成された冷凍装置（1）を前提としている。
【０００９】
そして、この冷凍装置は、上記冷媒回路（10）が、圧縮機（21）の吐出側に設けられて冷媒から冷凍機油を分離する油分離器（22）と、該油分離器（22）の油流出口と圧縮機（21）の吸入側とに接続された油戻し回路（50）とを備え、上記冷媒回路（10）の一部である油戻し回路（50）が、上記油分離器（22）の流出口から上記圧縮機（21）の吸入側に向かって、上記冷媒回路（10）の熱源側熱交換器（24）内または該熱源側熱交換器（24）の近傍と、上記素子冷却部（55）とを、上記冷凍機油が順に通過するように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
この第１の発明では、冷媒が冷媒回路（10）を第１方向に循環することにより冷却運転（冷房運転）が行われ、第２方向に循環することによりデフロスト運転（暖房運転）が行われるとした場合、第１方向と第２方向のいずれの場合でも、油分離器（22）から圧縮機（21）へ戻る高温の冷凍機油は、熱源側熱交換器（24）を通過するときに空気と熱交換して冷却される。そして、熱源側熱交換器（24）で冷却された冷凍機油が、素子冷却部（55）を流れるときに、パワー素子（41）が冷却される。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、上記油戻し回路（50）は、上記冷凍機油が上記熱源側熱交換器（24）内の下段部分を通過するように形成されていることを特徴としている。
【００１２】
特に空気調和装置においては、暖房運転時にデフロストするときには、霜が熱源側熱交換器（24）の下部に残りやすく、次に暖房運転になったときに再度着霜するので排水性が低下することがある。この第２の発明では、熱源側熱交換器（24）の下段部分を冷凍機油が通過することにより、液冷媒よりも温度が高い冷凍機油で霜を溶かし、効率よく排水することが可能になる。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記油戻し回路（50）には、上記冷凍機油が上記油分離器（22）の流出口と上記熱源側熱交換器（24）を通過する部分との間に流量調整弁（56）が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
この第３の発明では、油戻し回路（50）に流量調整弁（56）を設けたことにより、パワー素子（41）の冷却状況をみながら冷凍機油の流量を制御することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、油戻し回路（50）を流れる高温の冷凍機油を熱源側熱交換器（24）で空気と熱交換させることで冷やしてからパワー素子（41）の冷却に用いることにより、冷媒の循環方向にかかわらず、冷却運転時（冷房運転時）とデフロスト運転時（暖房運転時）のいずれでも、インバータ（40）のパワー素子（41）を安定して冷却できるので、パワー素子（41）の結露を防止することが可能になる。したがって、パワー素子（41）の電極や、パワー素子（41）が設置される基板の配線部分が腐食したり、パワー素子（41）自体の絶縁性が低下したりするのを防止できる。
【００１６】
上記第２の発明によれば、空気調和装置において暖房運転時に熱源側熱交換器（24）をデフロストするときに排水性を高めることが可能になる。
【００１７】
上記第３の発明によれば、油戻し回路（50）に流量調整弁（56）を設けることにより、パワー素子（41）の冷却状況に応じて冷凍機油の流量を制御できるので、パワー素子（41）をより安定して冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路を示す配管系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
本実施形態は、図１に示すように、冷媒の流れ方向を互いに逆向きの第１方向と第２方向とに切り換えるように構成された冷媒回路（10）を備え、庫内を冷却する冷蔵冷凍装置（1）に関するものである。
【００２１】
上記冷蔵冷凍装置（1）は、庫外に配置される庫外ユニット（20）と、庫内に配置される庫内ユニット（30）とを備えている。庫外ユニット（20）には庫外回路（11）が設けられ、庫内ユニット（30）には庫内回路（12）が設けられている。そして、庫外回路（11）と庫内回路（12）を液側連絡配管（13）とガス側連絡配管（14）で接続することにより、上記冷媒回路（10）が構成されている。
【００２２】
上記庫外ユニット（20）には、インバータ（40）により駆動されて容量制御が可能な圧縮機（21）と、この圧縮機（21）の吐出側に接続されて冷媒から冷凍機油を分離する油分離器（22）と、冷媒の流れ方向を互いに逆向きの第１方向と第２方向とに切り換える四路切換弁（切換機構）（23）と、冷媒と庫外空気が熱交換を行う庫外熱交換器（熱源側熱交換器）（24）と、冷媒を減圧する庫外膨張弁（25）と、圧縮機（21）の吸入側に接続されたアキュムレータ（26）とが設けられている。また、庫外ユニット（20）には、液側連絡配管（13）が接続される液側閉鎖弁（27）と、ガス側連絡配管（14）が接続されるガス側閉鎖弁（28）とが設けられている。
【００２３】
庫外ユニット（20）には、さらに、圧縮機（21）へ電力を供給する電源であるインバータ（40）のパワー素子（41）と、上記油分離器（22）の油流出口と圧縮機（21）の吸入側とに接続された油戻し回路（50）とが設けられている。油戻し回路（50）の詳細は後述するが、冷媒回路（10）の一部を構成している。
【００２４】
圧縮機（21）の吐出側は、油分離器（22）を介して四路切換弁（23）の第１ポート（P1）に接続されている。四路切換弁（23）の第２ポート（P2）は庫外熱交換器（24）のガス側端に接続されている。庫外熱交換器（24）の液側端は庫外膨張弁（25）を介して液側閉鎖弁（27）に接続されている。庫外膨張弁（25）は、電子膨張弁により構成されている。
【００２５】
ガス側閉鎖弁（28）は、四路切換弁（23）の第３ポート（P3）に接続されている。四路切換弁（23）の第４ポート（P4）は、アキュムレータ（26）を介して圧縮機（21）の吸入側に接続されている。
【００２６】
上記四路切換弁（23）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）が連通し、第３ポート（P3）と第４ポート（P4）が連通する冷却運転時の第１位置（図の実線の連通状態）と、第１ポート（P1）と第３ポート（P3）が連通し、第２ポート（P2）と第４ポート（P4）が連通するデフロスト運転時の第２位置（図の破線の連通状態）とに切り換え可能に構成されている。
【００２７】
庫内ユニット（30）は、庫内膨張弁（31）と、庫内熱交換器（32）を備えている。庫内回路（12）は、ガス側連絡配管（14）に庫内熱交換器（32）のガス側端部が接続され、庫内熱交換器（32）の液側端部が庫内膨張弁（31）を介して液側連絡配管（13）に接続された回路である。
【００２８】
上記油戻し回路（50）は、上記油分離器（22）の流出口から上記圧縮機（21）の吸入側に向かって、上記冷凍機油が上記冷媒回路（10）の熱源側熱交換器（24）内と上記パワー素子（41）を冷却する素子冷却部（55）とを順に通過するように形成されている。ここで、上記油分離器（22）の流出口に接続された部分を「流出通路部（51）」と言い、上記冷媒回路（10）の熱源側熱交換器（24）に配置された部分を「熱交換通路部（52）」と言い、上記パワー素子（41）を冷却する部分を「冷却通路部（53）」と言うと、上記油戻し回路（50）は、流出通路部（51）と熱交換通路部（52）と冷却通路部（53）とが冷凍機油の流れ方向の上流側から下流側へ順に配置された回路になっている。この実施形態では、流出通路部（51）と熱交換通路部（52）と冷却通路部（53）は、１本の配管で構成されている。また、冷却通路部（53）のさらに下流側には、キャピラリチューブ（54）が設けられている。そして、本実施形態では、上記素子冷却部（55）は上記冷媒回路（10）の配管の一部により構成されている。
【００２９】
上記油戻し回路（50）の熱交換通路部（52）は、上記庫外熱交換器（24）と一体に、または庫外熱交換器（24）の近傍に配置されている。そして、庫外熱交換器（24）またはその近傍に設けた熱交換通路部（52）の上流側に油分離器（22）から冷凍機油が流出する流出通路部（51）を配置し、熱交換通路部（52）の下流側に上記冷却通路部（53）を配置している。
【００３０】
また、上記油戻し回路（50）には、上記冷凍機油が上記油分離器（22）の流出口と上記熱源側熱交換器（24）を通過する部分との間（上記流出通路部（51）と熱交換通路部（52）の間）に流量調整弁（56）が設けられている。
【００３１】
−運転動作−
〈冷却運転〉
冷却運転時には、四路切換弁（23）が第１位置に切り換えられる。また、庫外膨張弁（25）が全開に設定され、庫内膨張弁（31）の開度が調整される。
【００３２】
この状態で、圧縮機（21）を起動すると、圧縮機（21）から吐出された冷媒は庫外熱交換器（24）で凝縮して液冷媒になり、その液冷媒が液側連絡配管（13）を通って庫内ユニット（30）に流入する。液冷媒は、庫内ユニット（30）の庫内膨張弁（31）で減圧されて低圧の二相冷媒になり、庫内熱交換器（32）に流入する。
【００３３】
庫内熱交換器（32）において低圧二相冷媒と庫内空気が熱交換し、冷媒が庫内空気から吸熱して蒸発することにより低圧のガス冷媒になり、その際に庫内空気が冷却される。低圧のガス冷媒はガス側連絡配管（14）を通って庫外ユニット（20）に流入する。低圧ガス冷媒は、庫外ユニット（20）の四路切換弁（23）とアキュムレータ（26）を介して圧縮機（21）に吸入され、該圧縮機（21）で圧縮されて高圧のガス冷媒となる。
【００３４】
冷却運転時には、冷媒が以上のようにして冷媒回路（10）を循環し、庫内空気が冷却される。
【００３５】
〈デフロスト運転〉
デフロスト運転時には、四路切換弁（23）が第２位置に切り換えられる。また、庫内膨張弁（31）が全開に設定され、庫外膨張弁（25）の開度が調整される。
【００３６】
この状態で、圧縮機（21）を起動すると、圧縮機（21）から吐出された冷媒は室外ユニットから流出してガス側連絡配管（14）を流れ、庫内ユニット（30）に流入する。冷媒は、庫内ユニット（30）の庫内熱交換器（32）で庫内空気に放熱して凝縮し、庫内空気が加熱される。加熱された庫内空気により、庫内熱交換器（32）に付着した霜が除去される。
【００３７】
庫内熱交換器（32）から流出した液冷媒は、液側連絡配管（13）を流れて庫外ユニット（20）に流入する。液冷媒は、庫外ユニット（20）の庫外膨張弁（25）で減圧されて低圧の二相冷媒になり、庫外熱交換器（24）に流入する。庫外熱交換器（24）において低圧二相冷媒と庫外空気が熱交換し、冷媒は庫外空気から吸熱して蒸発することで低圧ガス冷媒になる。低圧ガス冷媒は四路切換弁（23）とアキュムレータ（26）を介して圧縮機（21）に吸入され、該圧縮機（21）で圧縮されて高圧ガス冷媒となる。
【００３８】
デフロスト運転時には、冷媒が以上のようにして冷媒回路（10）を循環し、庫内熱交換器（32）の霜が除去される。
【００３９】
〈インバータ（40）の冷却〉
冷却運転時には、油分離器（22）から圧縮機（21）へ戻る冷媒混じりの冷凍機油（８０℃〜１００℃）が、圧縮機（21）へ戻るまでの間に流出通路部（51）から熱交換通路部（52）に流入して庫外熱交換器（24）を通過し、空気と熱交換して冷却される（約４０℃）。そして、冷却された冷凍機油が、その後に素子冷却部（55）（冷却通路部（53））を流れることにより、インバータ（40）のパワー素子（41）（約８０℃）が冷却される。
【００４０】
また、デフロスト運転時にも、油分離器（22）から圧縮機（21）へ戻る冷媒混じりの冷凍機油が、圧縮機（21）へ戻るまでの間に流出通路部（51）から熱交換通路部（52）に流入して庫外熱交換器（24）を通過し、空気と熱交換して冷却される。そして、冷却された冷凍機油が、その後に素子冷却部（55）（冷却通路部（53））を流れることにより、インバータ（40）のパワー素子（41）が冷却される。
【００４１】
このように、本実施形態では、冷媒の循環方向にかかわらず、油戻し回路（50）を流れる冷凍機油が、熱交換通路部（52）において庫外熱交換器（24）を通過するときに室外空気と熱交換して冷却されてから、冷却通路部（53）においてパワー素子（41）を冷却する。したがって、パワー素子（41）は、デフロスト運転時に冷えすぎることはなく、冷却運転時もデフロスト運転時も安定して冷却される。
【００４２】
ここで、インバータ（40）が高周波数のときはパワー素子（41）の温度も高くなるが、圧縮機（21）から吐出される油の量も多くなり、パワー素子（41）温度と冷凍機油の量がほぼ比例する関係になる。したがって、インバータ（40）の周波数に応じたサイズのキャピラリチューブ（54）を選定することにより、油戻し回路（50）を流れる冷凍機油の流量を調整することができる。また、冷却量は、熱交換器に流す熱交換通路部（52）の本数を適宜選定することにより、パワー素子（41）が適度に冷却されるように調整すればよい。
【００４３】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、冷媒の循環方向にかかわらず、冷却運転時とデフロスト運転時の両方でパワー素子（41）を冷凍機油により安定して冷却でき、パワー素子（41）が冷えすぎるのを防止できる。したがって、パワー素子（41）に結露が生じるのを防止できるから、パワー素子（41）の電極や、パワー素子（41）が設置される基板の配線部分が腐食したり、パワー素子（41）自体の絶縁性が低下したりするのを防止できる。
【００４４】
また、油戻し回路（50）に流量調整弁（56）として電動膨張弁を用いることにより、パワー素子（41）の冷却状況に応じて冷凍機油の流量を制御することが可能になり、パワー素子（41）をさらに安定して冷却することができる。
【００４５】
−実施形態の変形例−
上記実施形態では、庫内を冷却する冷蔵冷凍装置（1）に本発明を適用しているが、本発明は、室内を冷却する空気調和装置に適用してもよい。
【００４６】
空気調和装置に本発明を適用する場合、上記油戻し回路（50）を、上記冷凍機油が上記熱源側熱交換器（24）内の下段部分を通過するように形成し、上記冷却通路部（53）を、上記熱源側熱交換器である庫外熱交換器（24）と一体に配置するのが好ましい。具体的には、図示していないが、庫外熱交換器（24）の下段の伝熱管を上記熱交換通路部（52）として用い、この熱交換通路部（52）の上流側に油分離器（22）から冷凍機油が流出する流出通路部（51）を接続し、熱交換通路部（52）の下流側に上記冷却通路部（53）を接続するとよい。
【００４７】
庫外熱交換器（24）の下段に油戻し回路（50）の熱交換通路部（52）を設けるのは、暖房運転時に庫外熱交換器（24）をデフロストするときの排水性を高めるためである。
【００４８】
具体的には、暖房運転時にデフロストを行うときには、霜が庫外熱交換器（24）の下部に残りやすく、次に暖房運転になったときに再度着霜するので排水性がさらに低下するのに対して、一般的に、庫外熱交換器（24）の下部には過冷却熱交換器が配置されるが、過冷却熱交換器の代わりに油戻し回路（50）の熱交換通路部（52）を設けると、液冷媒よりも温度が高い冷凍機油で霜を溶かし、効率よく排水できることができる。このため、油戻し回路（50）の熱交換通路部（52）は、庫外熱交換器（24）の下段部分に設けるのが好ましい。
【００４９】
《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。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、庫内ユニット（30）（または室内ユニット）を１台のみ示しているが、冷蔵冷凍装置（1）（または空気調和装置）は、複数台の庫内ユニット（30）（または室内ユニット）が並列に接続された構成にしてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態の変形例では、上記油戻し回路（50）の熱交換通路部（52）を、庫外熱交換器（24）の下段に設けて該庫外熱交換器（24）と一体にするようにしているが、上記熱交換通路部（52）は、庫外熱交換器（24）の近傍に配置してもよい（油戻し回路（50）が庫外熱交換器（24）の近傍を通過してもよい）。
【００５２】
また、上記実施形態では、油戻し回路（50）の流量調整弁（56）として電動膨張弁を用いているが、該流量調整弁（56）の代わりに電磁弁（開閉弁）を用いてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、流出通路部（51）と熱交換通路部（52）と冷却通路部（53）を１本の配管で構成しているが、流出通路部（51）と熱交換通路部（52）と冷却通路部（53）は、それぞれを別の配管として、これらを上流側から下流側へ順に接続したものであってもよい。
【００５４】
さらに、上記実施形態において油分離器（22）から出た冷凍機油の温度（８０℃〜１００℃）、庫外熱交換器（24）を通過して冷却された冷凍機油の温度（約４０℃）、及びパワー素子（41）の温度（約８０℃）は一例であり、上記温度に限定されるものではない。本発明は、要するに、油分離器（22）から出た冷凍機油が庫外熱交換器（24）で適度に冷やされてパワー素子（41）を冷却するようになっていればよい。
【００５５】
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】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、圧縮機へ電力を供給する電源のパワー素子を冷却するように構成された冷媒回路を備えた冷凍装置について有用である。
【符号の説明】
【００５７】
1   冷蔵冷凍装置(冷凍装置)
10  冷媒回路
14  熱源側熱交換器
21  圧縮機
22  油分離器
23  四路切換弁（切換機構）
41  パワー素子
50  油戻し回路
51  流出通路部
52  熱交換通路部
53  冷却通路部
55  冷却部
56  流量調整弁
【図１】
2017026235.tif 000003