特許 5965732 冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5965732

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20160728BHJP

   F25B 1/04 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 321S

   F25B1/00 331Z

   F25B1/00 396A

   F25B1/04 Y

   F25B1/04 A

【請求項の数】2

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-129430(P2012-129430)

(22)【出願日】2012年6月7日

(65)【公開番号】特開2013-253734(P2013-253734A)

(43)【公開日】2013年12月19日

【審査請求日】2015年2月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】515294031

【氏名又は名称】ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー（ホンコン）リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】幸野 雄

(72)【発明者】

【氏名】大島 健一

(72)【発明者】

【氏名】島田 敦

(72)【発明者】

【氏名】村上 晃啓

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５５−１１２０７７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５７−０６２８６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５６−０３４２６８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０５−３４０３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−０３１２７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０３−２２５１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３２７７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２４７９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５０−０５０６４９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１０−００９１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１５９６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００ − １／０４７

Ｆ２５Ｂ １／１０

Ｆ２５Ｂ ４７／０２

Ｆ０４Ｂ ３９／０２

Ｆ０４Ｂ ３９／０６

Ｆ０４Ｃ ２９／０２ − ２９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器が順次配管で接続されて冷媒のサイクル流路を構成し、
機油が貯留されると共に電動機部と圧縮機構部とが収容される前記圧縮機の密閉容器と、
前記凝縮器から送出される冷媒で前記密閉容器に貯留される機油を冷却する機油冷却機構と、
を備え、
前記機油冷却機構は、前記密閉容器に貯留される前記機油中に浸かるように設けられており、
前記凝縮器の入口配管は、前記圧縮機の吐出配管に接続されており、
前記凝縮器の出口配管は、二方向に分岐し、
分岐した一方の前記凝縮器の前記出口配管は、前記機油冷却機構と接続されており、
分岐した他方の前記凝縮器の前記出口配管は、前記減圧装置と接続されており、
分岐した他方の前記凝縮器の前記出口配管と前記減圧装置とを接続する配管には、前記機油冷却機構からの冷媒の戻り配管が接続されており、
前記二方向に分岐した前記凝縮器の前記出口配管の少なくともいずれか一方には、冷媒の流れる方向を切替える弁が設けられており、
前記機油冷却機構の前記戻り配管の一部は、前記蒸発器の冷媒出口に近接して配置されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。

【請求項2】

請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、
前記圧縮機の温度又は前記圧縮機の吐出配管温度を検出する温度検出器を有し、
前記温度検出器による検出温度が所定の閾値以上になると前記機油冷却機構に冷媒が流れ、前記閾値未満になると前記機油冷却機構に冷媒が流れないように、前記弁が切替えられることを特徴とする冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＨＦＣ３２（Ｒ３２）のオゾン破壊係数（ＯＤＰ）はゼロであり、その地球温暖化係数（ＧＷＰ）は冷凍サイクル装置（例えば、空気調和機等）の冷媒として広く使用されているＲ４１０Ａの約１／３程度である。そのため、このＨＦＣ３２を冷媒として使用する冷凍サイクル装置は、環境負荷の低減に寄与することができる。

【0003】

従来、ＨＦＣ３２を使用した冷媒圧縮機としては、例えば、特許文献１に開示されものが挙げられ、この冷媒圧縮機を搭載する冷凍サイクル装置は、大掛りな設計変更を必要とせず効率にも優れる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−１１５９６３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、ＨＦＣ３２を使用した冷媒圧縮機（例えば、特許文献１参照）は、圧縮機効率が同等でＲ２２、Ｒ４１０ａ、Ｒ４０７ｃ等の冷媒を使用するものと比べて吐出ガス温度が高くなる。
そのため、ＨＦＣ３２を使用した従来の冷媒圧縮機は、Ｒ２２等の冷媒を使用したものよりも、樹脂製部品や機油が劣化し易く、長期信頼性を確保できない問題がある。
また、ＨＦＣ３２を使用したスクロール圧縮機では、吐出ガス温度が上昇すると、機油に対するＨＦＣ３２の溶解量（冷媒溶解量）が減少して背圧室の圧力が低下する問題もある。

【0006】

そこで、本発明の課題は、冷媒圧縮機の吐出ガス温度を低下させる冷凍サイクル装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決する本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器が順次配管で接続されて冷媒のサイクル流路を構成し、機油が貯留されると共に電動機部と圧縮機構部とが収容される前記圧縮機の密閉容器と、前記凝縮器から送出される冷媒で前記密閉容器に貯留される機油を冷却する機油冷却機構と、を備え、前記機油冷却機構は、前記密閉容器に貯留される前記機油中に浸かるように設けられており、前記凝縮器の入口配管は、前記圧縮機の吐出配管に接続されており、前記凝縮器の出口配管は、二方向に分岐し、分岐した一方の前記凝縮器の前記出口配管は、前記機油冷却機構と接続されており、分岐した他方の前記凝縮器の前記出口配管は、前記減圧装置と接続されており、分岐した他方の前記凝縮器の前記出口配管と前記減圧装置とを接続する配管には、前記機油冷却機構からの冷媒の戻り配管が接続されており、前記二方向に分岐した前記凝縮器の前記出口配管の少なくともいずれか一方には、冷媒の流れる方向を切替える弁が設けられており、前記機油冷却機構の前記戻り配管の一部は、前記蒸発器の冷媒出口に近接して配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、冷媒圧縮機の吐出ガス温度を低下させる冷凍サイクル装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。

【図2】図１の冷凍サイクル装置を構成する圧縮機の縦断面図である。

【図3】図２の圧縮機における圧縮機構部の拡大断面図である。

【図4】一部に切欠き部を含む圧縮機の部分拡大斜視図であり、図１の冷凍サイクル装置の機油冷却機構の構成説明図である。

【図5】Ｒ３２（ＨＦＣ３２）及びＲ４１０Ａにおける、圧力比に対する理論吐出ガス温度の関係を示すグラフである。

【図6】ポリオールエステル系機油に対するＲ３２（ＨＦＣ３２）の冷媒溶解量比と吐出ガス温度との関係を示すグラフである。

【図7】圧縮機の温度に対する電動機効率の関係を示すグラフである。

【図8】本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の第１変形例に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。

【図11】本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の第２変形例に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。

【図12】本発明の第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。

【図13】本発明の第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。

【図14】本発明の第４実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。

【図15】本発明の第４実施形態に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の冷凍サイクル装置は、凝縮器から送出される冷媒で冷媒圧縮機の密閉容器の底部に貯留される機油を冷却する機油冷却機構を備えることを主な特徴とする。本発明の冷凍サイクル装置は、冷蔵庫、冷凍機、ヒートポンプ式給湯機、空気調和機等に適用することができる。以下では、この冷凍サイクル装置を空気調和機に適用することを想定して本発明の第１実施形態から第４実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。

【0011】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。
図１に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１は、圧縮機１、凝縮器１８、減圧装置１９（膨張弁）及び蒸発器２０が順次に配管３１、配管３２（３２ａ，３２ｂ）、配管３３、及び配管３４を介して環状に接続されて冷媒のサイクル流路を構成している。
なお、配管３１は、凝縮器１８の入口配管に相当し、配管３２ａは、凝縮器１８の出口配管に相当し、配管３３は、蒸発器２０の入口配管に相当し、配管３４は、蒸発器２０の出口配管に相当する。
また、冷凍サイクル装置Ａ１は、機油冷却機構１５を更に備え、この機油冷却機構１５については、圧縮機１と共に後に詳しく説明する。
ちなみに、本実施形態では、作動流体（冷媒）としてＨＦＣ３２（ジフルオロメタン（Ｒ３２））を使用することを想定し、機油（冷凍機油）として、ＨＦＣ３２に対して良好な相溶性を示すポリオールエステル系油又はポリビニルエーテル系油を使用することを想定している。

【0012】

例えば、冷房運転時の空気調和機としての冷凍サイクル装置Ａ１においては、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒（ホットガス）は、圧縮機１の吐出管２ｅ及び配管３１を介して凝縮器１８（室外熱交換器）に流入し、空気との熱交換により放熱して凝縮する。その後、冷媒は、配管３２の延在途中に設けられた、後に詳しく説明する機油冷却機構１５を介して減圧装置１９に供給される。そして、冷媒は、減圧装置１９を通過する際に等エンタルピ膨張し、低温低圧でガス冷媒と液冷媒とが混在した気液二相流となる。この気液二相流となった冷媒は、配管３３を介して蒸発器２０（室内熱交換器）へ流入する。

【0013】

蒸発器２０での液冷媒は、図示しない冷媒管及びこれらに取り付けられたフィンを通して空気からの吸熱作用によりガス冷媒に気化する。つまり、液冷媒が気化する際に蒸発器２０が周囲の空気を冷却することで冷凍サイクル装置Ａ１は、冷房機能を発揮する。次いで、蒸発器２０を出た冷媒は、配管３４を介して圧縮機１の吸込管２ｄに吸入される。そして、冷媒は、圧縮機１で高温高圧に圧縮されると共に、再び圧縮機１の吐出管２ｅから吐出されて前記のサイクル流路を循環する。
ちなみに、暖房運転時の冷凍サイクル装置Ａ１においては、図示しない四方弁が切り替えられることによって、吐出管２ｅから吐出される冷媒（ホットガス）は、冷房運転時とは逆のサイクル流路を流れることとなる。つまり、室内熱交換器が凝縮器１８となり、室外熱交換器が蒸発器２０となる。
なお、図１中、符号１５ａは、機油冷却機構１５を構成する略環状の管体であり、符号１５ｂは、機油冷却機構１５を構成する第１接続配管であり、符号１５ｃは、機油冷却機構１５を構成する第２接続配管である。

【0014】

＜圧縮機＞
次に、圧縮機１について説明する。
図２は、図１の冷凍サイクル装置を構成する圧縮機の縦断面図である。図３は、図２の圧縮機における圧縮機構部の拡大断面図である。
図２に示すように、本実施形態での圧縮機１は、高圧チャンバ方式の密閉型スクロール圧縮機で構成され、広範囲にわたる運転条件の下で使用される。

【0015】

圧縮機１は、旋回スクロール６及び固定スクロール５からなる圧縮機構部３と、この圧縮機構部３を駆動する電動機部４と、この圧縮機構部３と電動機部４を収納する密閉容器２を備えている。

【0016】

密閉容器２内の上部には圧縮機構部３が、下部には電動機部４が配置されている。そして、密閉容器２の底部には機油１３（潤滑油）が貯留されている。
密閉容器２は、円筒状のケース２ａに蓋チャンバ２ｂと底チャンバ２ｃが上下に溶接されて構成されている。蓋チャンバ２ｂには吸込管２ｄが設けられ、ケース２ａの側面には吐出管２ｅが設けられている。密閉容器２の内部は吐出圧室２ｆとなる。

【0017】

圧縮機構部３は、固定スクロール５と、旋回スクロール６と、固定スクロール５にボルト等の締結具で締結されて旋回スクロール６を支持するフレーム９と、を備えて構成されている。
固定スクロール５には、相対向して旋回スクロール６が旋回自在に配置されており、両者によって、吸込室１０と圧縮室１１が形成されている。

【0018】

フレーム９は、その外周側が溶接によって密閉容器２の内壁面に固定されており、クランク軸７を回転自在に支持する主軸受９ａを備えている。旋回スクロール６の下面側に、クランク軸７の偏心部７ｂが連結されている。

【0019】

旋回スクロール６の下面側とフレーム９の間には、オルダムリング１２が配置されており、オルダムリング１２は旋回スクロール６の下面側に形成された溝とフレーム９に形成された溝に装着されている。このオルダムリング１２は、旋回スクロール６を自転することなく、クランク軸７の偏心部７ｂの偏心回転を受けて公転運動をさせる働きをする。

【0020】

電動機部４は、ステータ４ａ及びロータ４ｂを備えている。ステータ４ａは密閉容器２に圧入、溶接等により固定されている。ロータ４ｂはステータ４ａ内に回転可能に配置されている。ロータ４ｂにはクランク軸７が固定されている。

【0021】

クランク軸７は、前記のように、主軸７ａと偏心部７ｂとを備えて構成されており、フレーム９に設けた主軸受９ａと下軸受１７とで支持されている。偏心部７ｂはクランク軸７の主軸７ａに対して偏心して一体に形成されており、旋回スクロール６の背面に設けた旋回軸受６ａに嵌合されている。クランク軸７は電動機部４によって駆動され、偏心部７ｂは主軸７ａに対して偏心回転運動し、旋回スクロール６を旋回運動させるようになっている。また、クランク軸７には、主軸受９ａ、下軸受１７及び旋回軸受６ａへ機油１３を導く給油通路７ｃが設けられ、電動機部４側の軸端に機油１３を吸い上げて給油通路７ｃに導く給油管７ｄが装着されている。

【0022】

ガス冷媒は、電動機部４で駆動されるクランク軸７を介して旋回スクロール６が旋回運動すると、吸込管２ｄから旋回スクロール６及び固定スクロール５により形成される圧縮室１１に導かれる。そして、ガス冷媒は、旋回スクロール６と固定スクロール５との間で中心方向に移動するに従って容積を縮小して圧縮される。圧縮されたガス冷媒は固定スクロール５の略中央に設けられた吐出口５ｅから密閉容器２内の吐出圧室２ｆへ吐出され、吐出管２ｅから外部へと流出していく。

【0023】

次に、背圧室１４の圧力調整機構である背圧制御弁１６について説明する。
図３に示すように、固定スクロール５には、ばね収納穴５ｆが形成されている。また、ばね収納穴５ｆの背圧室１４側に貫通穴５ｇが形成されている。また、ばね収納穴５ｆと圧縮室１１とは連通穴５ｂを介して連通している。ばね収納穴５ｆには貫通穴５ｇを塞ぐように弁体１６ｃが、ばね１６ｄによって押付けられている。ばね１６ｄはシール部材１６ｅに取り付けられている。そして、シール部材１６ｅは、ばね収納穴５ｆと吐出圧室２ｆを区画するように固定スクロール５に圧入されている。
なお、図３中、符号１は圧縮機であり、符号６は旋回スクロールであり、符号６ａは旋回軸受であり、符号７はクランク軸であり、符号７ｃは給油通路であり、符号９はフレームであり、符号９ａは主軸受であり、符号１２はオルダムリングである。

【0024】

次に、背圧制御弁１６の動作について説明する。
再び図２に戻って、密閉容器２の底部に溜められた機油１３は密閉容器２と背圧室１４の圧力差により給油管７ｄと給油通路７ｃを通って各軸受部に給油される。主軸受９ａと旋回軸受６ａに給油された機油１３は背圧室１４に入り、ここで機油１３内に溶け込んでいた冷媒が発泡し背圧室１４の圧力を上昇させる。次に図３を参照して、背圧室１４とばね収納穴５ｆの圧力差がばね１６ｄの押付力より勝ると弁体１６ｃが開く。これにより、背圧室１４内の機油１３は連通穴５ｂから溝５ａを通って圧縮室１１に供給される。溝５ａと圧縮室１１が連通している間の圧縮室１１内圧力はあまり上昇しない区間である。ちなみに、背圧室１４の圧力は、おおよそ吸込圧力に所定の値（ばね１６ｄのばね力によって決まる一定値）を加えた程度の値となる。

【0025】

＜機油冷却機構＞
次に、機油冷却機構１５について説明する。
図４は、一部に切欠き部を含む圧縮機の部分拡大斜視図であり、冷凍サイクル装置の機油冷却機構の構成説明図である。

【0026】

図４に示すように、機油冷却機構１５は、円筒状のケース２ａの下部でケース２ａの内周面に沿って延在する略環状の管体１５ａを備えている。この管体１５ａの両端には、第１接続配管１５ｂ及び第２接続配管１５ｃが設けられている。これらの第１接続配管１５ｂ及び第２接続配管１５ｃは、それぞれ底チャンバ２ｃを貫通して密閉容器２の外側にそれらの先端開口を臨ませている。
管体１５ａは、密閉容器２の底部に貯留された機油１３（図１参照）に浸漬されている。なお、管体１５ａは、密閉容器２内で延在する略全長が機油１３に侵漬されているものであっても、また延在する一部が機油１３に侵漬されているものであってもよい。
なお、図４中、符号４ａはステータであり、符号４ｂはロータであり、符号７はクランク軸である。

【0027】

再び図１に戻って、機油冷却機構１５は、前記したように、凝縮器１８から送出される冷媒を減圧装置１９に供給する配管３２の延在途中に介在するように配置される。つまり、配管３２が延在途中で２分された上流側の配管３２ａに機油冷却機構１５の第１接続配管１５ｂが接続され、下流側の配管３２ｂに機油冷却機構１５の第２接続配管１５ｃが接続される。これにより、凝縮器１８から送出される冷媒は、機油冷却機構１５の管体１５ａを通流した後に、減圧装置１９に供給されることとなる。冷媒が通流する管体１５ａは、密閉容器２の底部に貯留される機油１３を冷却するオイルクーラーパイプを構成している。

【0028】

次に、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１の作用効果について説明する。
冷凍サイクル装置Ａ１に作動流体（冷媒）として使用される前記のＨＦＣ３２の断熱指数は、空気調和機の冷媒として広く使用されているＲ４１０Ａの断熱指数よりも大きい。

【0029】

図５は、Ｒ３２（ＨＦＣ３２）及びＲ４１０Ａにおける、圧力比に対する理論吐出ガス温度の関係を示すグラフである。
図５に示すように、吸込圧力と吐出圧力との圧力比が高くなるほど吐出ガス温度は上昇する。そして、ＨＦＣ３２の吐出ガス温度は、Ｒ４１０Ａよりも大きい。
よって、ＨＦＣ３２を冷媒として使用する冷凍サイクル装置Ａ１は、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用するものよりも、圧縮機１の吐出ガス温度が高くなる。したがって、ＨＦＣ３２を冷媒として使用すると、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用するものよりも、圧縮機１の電動機部４における樹脂部品等の劣化が進行し易い。これに対して、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１では、密閉容器２の底部に貯留される機油１３を冷却することで吐出ガス温度を低下させる構成となっている。

【0030】

更に詳しく説明すると、図１に示す圧縮機１の吐出管２ｅから吐出される高温高圧の冷媒は、凝縮器１８に供給される。この冷媒は、凝縮器１８にて放熱して凝縮すると、凝縮温度よりも５℃から１０℃低い液冷媒となる。そして、凝縮器１８から送出される液冷媒は、圧縮機１の下部から機油冷却機構１５の管体１５ａを通流して減圧装置１９に向かう。この際、管体１５ａは、密閉容器２の底部に貯留される機油１３に浸漬されているので、管体１５ａを通流する液冷媒は、機油１３を冷却する。

【0031】

一方、冷却された機油１３は、クランク軸７の給油通路７ｃにより吸い上げられて、主軸受９ａ、旋回軸受６ａ等に供給される。これにより、主軸受９ａ、旋回軸受６ａ等を介して旋回スクロール６及び固定スクロール５が冷却されることで、吐出ガス温度が低下する。また、圧縮室１１内では、機油１３の顕熱による冷媒の冷却効果によっても吐出ガス温度が低下する。

【0032】

そして、機油冷却機構１５の管体１５ａから減圧装置１９に送出された冷媒は、この減圧装置１９によって減圧されて低温低圧の冷媒となる。その後、冷媒は、蒸発器２０で吸熱して気化する。そして冷媒は、再び圧縮機１に吸い込まれ、圧縮されることでサイクル流路を循環する。

【0033】

一般に、機油に溶け込む冷媒溶解量は、吐出ガス温度が上昇すると減少する。図６は、ポリオールエステル系機油に対するＲ３２（ＨＦＣ３２）の冷媒溶解量比と吐出ガス温度との関係を示すグラフである。なお、図６中、縦軸の冷媒溶解量比は、吐出ガス温度８６℃における冷媒溶解量を「１」とした比率を表している。

【0034】

図６に示すように、吐出ガス温度が上昇すると、ポリオールエステル系機油に対するＲ３２（ＨＦＣ３２）の溶解量が減少し（冷媒溶解量比が減少し）、背圧室１４の圧力が低下する傾向にある。これに対して、本実施形態では、前記したように、吐出ガス温度を低下させることができるので、背圧室１４の圧力低下を機油１３抑制することができる。つまり、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１によれば、圧縮機１の吸込圧と背圧とのバランスを良好にし、固定スクロール５に対する旋回スクロール６の押圧力を適度に維持することができる。

【0035】

また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１によれば、吐出ガス温度が低下するので、圧縮機１の温度が低下する。次に、参照する図７は、圧縮機の温度に対する電動機効率の関係を示すグラフである。
図７に示すように、圧縮機１の温度が低下すると、電動機効率が向上する。したがって、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１によれば、電動機効率が向上すると共に、吸気加熱損失が低減するので、圧縮機１への入力を低減することができる。

【0036】

また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１では、前記したように、凝縮器１８から送出される、凝縮温度よりも５℃から１０℃低い液冷媒で機油１３を冷却する。これに対して、例えば、冷凍サイクル装置Ａ１の外部から供給される冷却材を使用して機油１３を冷却する装置を仮に想定すると、この装置では別途に前記の冷却材を循環させるための配管や熱交換器が必要となる。つまり、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１によれば、このような熱交換器等を設ける必要がないので、コンパクト化を図ることができる。

【0037】

また、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１では、液冷媒を使用して機油１３を冷却するので、ガス冷媒よりも熱容量が大きく、機油冷却機構１５での機油１３の冷却効率が良好となる。

【0038】

一般に、機油１３の温度が冷媒の二相分離温度を超えた場合には背圧室１４への冷媒の供給量が低下する。これに対して、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１（特に、スクロール圧縮機を有するもの）によれば、機油１３の温度を低下させるので、冷媒の吐出温度が高い場合であっても、機油１３に対する所定の冷媒の溶解量を確保し、背圧室１４への冷媒の供給量を良好に維持することができる。

【0039】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。なお、本実施形態において前記第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

【0040】

図８に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ２は、前記第１実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ１（図１参照）において、凝縮器１８と機油冷却機構１５とを接続する配管３２ａの延在途中に開閉弁２２が設けられている。また、この冷凍サイクル装置Ａ２においては、開閉弁２２の上流側で配管３２ａから分岐すると共に、機油冷却機構１５と減圧装置１９とを接続する配管３２ｂの延在途中に合流するように、配管３２ｃが設けられている。そして、この配管３２ｃの延在途中には、開閉弁２１が設けられている。
なお、開閉弁２１，２２は、特許請求の範囲にいう「前記二方向に分岐した配管のいずれか一方に冷媒の流れる方向を切替える弁」に相当する。

【0041】

図８中、符号２３は、圧縮機１の温度（例えば、圧縮機構部３（図２参照）近傍の密閉容器２（図２参照）の温度）、又は圧縮機１の吐出管２ｅの温度を検出する温度検出器（例えば、サーミスタ等）である。ちなみに、本実施形態での温度検出器２３は、圧縮機１の温度を検出するように配置されている。符号２４は、制御部である。この制御部２４は、温度検出器２３の出力する温度検出信号に基づいて、後記する手順に従って開閉弁２１，２２の開閉を制御するように構成されている。符号２ｄは、吸込管であり、符号２ｅは、吐出管であり、符号２０は、蒸発器であり、符号３１，３３，３４は、配管である。

【0042】

次に、制御部２４の実行する手順について説明しつつ、この冷凍サイクル装置Ａ２の動作について説明する。
制御部２４は、温度検出器２３の温度検出信号に基づいて圧縮機１の温度が、所定の閾値（例えば、１００℃）以上になったと判断した場合には、開閉弁２１を閉じて、開閉弁２２を開く。これにより、圧縮機１から吐出される冷媒は、配管３１、凝縮器１８、配管３２ａ（開閉弁２２）、機油冷却機構１５、配管３２ｂ、減圧装置１９、配管３３、蒸発器２０、及び配管３４を介して再び圧縮機１に戻る。
つまり、凝縮器１８から送出される冷媒は、機油冷却機構１５を通過することによって、密閉容器２の底部に貯留された機油１３（図２参照）を冷却する。

【0043】

また、制御部２４は、温度検出器２３の温度検出信号に基づいて圧縮機１の温度が、所定の閾値（例えば、１００℃）よりも小さいと判断した場合には、開閉弁２１を開いて、開閉弁２２を閉じる。これにより、圧縮機１から吐出される冷媒は、配管３１、凝縮器１８、配管３２ａ、配管３２ｃ（開閉弁２１）、配管３２ｂ、減圧装置１９、配管３３、蒸発器２０、及び配管３４を介して再び圧縮機１に戻る。
つまり、凝縮器１８から送出される冷媒は、機油冷却機構１５を通過しない。よって、密閉容器２の底部に貯留された機油１３（図２参照）は、この冷媒によっては冷却されない。

【0044】

次に、この冷凍サイクル装置Ａ２の作用効果について説明する。
図５に示すように、圧力比が大きくなるほど、つまり吸入圧力と吐出圧力の差が大きいほど、前記したように、ＨＦＣ３２を使用した圧縮機１は、Ｒ４１０Ａを使用した圧縮機１よりも吐出ガス温度が高くなる。そして、ＨＦＣ３２を使用した空気調和機（冷凍サイクル装置Ａ２）において、吐出ガス温度が高くなって、電動機部４の樹脂部品等の劣化が進行し易いのは、外気温が低く、室内の設定温度が高くなる暖房運転時である。

【0045】

そして、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ２では、圧縮機１の温度が所定の閾値（例えば、１００℃）以上となった暖房運転時のみ、制御部２４が開閉弁２１を閉じて、開閉弁２２を開くことによって、機油冷却機構１５が機油１３（図２参照）を冷却することができる。つまり、この冷凍サイクル装置Ａ２によれば、吐出ガス温度を低下させることで、電動機部４の樹脂部品等の劣化を防止することができる。また、前記したように、背圧室１４の背圧の低下を抑制することができる。

【0046】

また、圧縮機１の温度が所定の閾値（例えば、１００℃）よりも低くなる冷房運転時には、前記したように、機油冷却機構１５は機油１３を冷却しない設定とすることができる。

【0047】

次に参照する図９は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ２のモリエル線図である。図９中、符号ＳＬは、飽和液線であり、符号ＳＶは、飽和蒸気線であり、符号ＣＰは臨界点である。
図９に示すように、冷凍サイクル装置Ａ２の冷凍サイクルでは、IIからIIIの凝縮過程で、凝縮器１８（室内熱交換器）では加熱能力Ｑｈが得られる。そして、IIIからIII´の機油冷却機構１５による機油１３の冷却過程で、Ｑｏ分の熱量が冷媒に加えられる。その後、III´からIV´の絞り膨張（等エンタルピ膨張）過程を経る。次いで、IV´からＩの蒸発過程で、蒸発器２０では、冷凍能力Ｑｃが得られる。つまり、暖房運転では、機油１３の冷却によりＱｏ分の熱量が冷媒に加えられても、加熱能力Ｑｈは維持されて、凝縮器１８（室内熱交換器）で加熱能力が低下することはない。

【0048】

これとは逆に、冷房運転時の冷凍サイクル装置Ａ２では、前記したように、機油冷却機構１５が機油１３を冷却しない設定となっている。これにより、冷凍サイクル装置Ａ２は、図９に示すように、IIIからIII´の機油１３の冷却過程が省略される。つまり、IIIからIVの絞り膨張（等エンタルピ膨張）過程、及びIVからＩの蒸発過程で、蒸発器２０の冷凍能力は、熱量Ｑｏ分を減少することがない所期の冷凍能力（Ｑｏ＋Ｑｃ）を得ることができる。換言すれば、冷房運転時の冷凍サイクル装置Ａ２では、減圧装置１９の上流側での冷媒温度が上昇することがないので、冷房運転時の冷凍能力が低下しない。

【0049】

次に、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ２の第１変形例及び第２変形例について説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の第１変形例に係る冷凍サイクル装置の構成説明図、図１１は、第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の第２変形例に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。

【0050】

図１０に示すように、第１変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ２は、蒸発器２０の下方に露受け皿２６を備え、配管３２ｂが、機油冷却機構１５から露受け皿２６を経由して減圧装置１９に接続されている以外は、前記の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ２（図８参照）と同様に構成されている。

【0051】

この第１変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ２においては、デフロスト運転に入ると、霜が融けた水滴が露受け皿２６に落下し、再び氷結して露受け皿２６の排出通路を塞ぐことがある。この際、第１変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ２によれば、配管３２ｂを流れる冷媒の熱によって、水滴の氷結を防止して露受け皿２６の排出通路を確保することができる。

【0052】

次に、第２変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ２について説明する。
図１１に示すように、第２変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ２は、機油冷却機構１５から延出した配管３２ｂが、蒸発器２０の冷媒出口近傍（冷媒出口寄り）で配管３４と近接してから減圧装置１９に向かうように配置されている以外は、前記の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ２（図８参照）と同様に構成されている。

【0053】

この第２変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ２においては、蒸発器２０内の配管の圧力損失によって蒸発器２０の冷媒出口近傍が最も温度が低くなる。そのため、暖房運転時には、蒸発器２０の冷媒出口近傍が起点となって霜が着いていく。この際、第２変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ２によれば、配管３２ｂを流れる冷媒の熱によって、蒸発器２０の出口近傍の温度を高めることができるので霜が着き難くなる。これにより、第２変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ２によれば、デフロスト運転の時間が短くなり、暖房能力を向上させることができる。

【0054】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成説明図、図１３は、図１２の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。なお、本実施形態において前記第１実施形態及び前記第２実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

【0055】

図１２に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ３は、凝縮器１８と減圧装置１９とを接続する配管３２の延在途中で分岐すると共に、機油冷却機構１５の第１接続配管１５ｂと接続される配管３５ａを備え、この配管３５ａには、流量調整弁２５が配置されている。
また、この冷凍サイクル装置Ａ３は、機油冷却機構１５の第２接続配管１５ｃにその一端が接続されて機油冷却機構１５から延出するその他端が配管３４に合流する配管３５ｂを備えている。この第３実施形態における配管３５ｂは、機油冷却機構１５の戻り配管に相当する。
なお、図１２中、符号２３は、圧縮機１の圧縮機構部３（図２参照）近傍の密閉容器２（図２参照）の温度を検出する温度検出器である。符号２４は、制御部である。この制御部２４は、温度検出器２３の出力する温度検出信号に基づいて、後記する手順に従って流量調整弁２５を制御することで配管３５ａを通流する冷媒の流量を調整するようになっている。符号２ｄは、吸込管であり、符号２ｅは、吐出管であり、符号２０は、蒸発器であり、符号３１，３３は、配管である。
この冷凍サイクル装置Ａ３においては、次に説明する制御部２４の実行する手順によって、温度検出器２３による検出温度が予め設定した所定の温度以上とならないように、流量調整弁２５の開度が調整されるようになっている。

【0056】

次に、制御部２４の実行する手順について説明しつつ、この冷凍サイクル装置Ａ３の動作について説明する。
暖房運転時において、制御部２４は、温度検出器２３の温度検出信号に基づいて圧縮機１の温度が所定の閾値（例えば、１００℃）以上になったと判断した場合には、流量調整弁２５を第１の開度で開いて機油冷却機構１５に対して液冷媒を通流させる。そして、機油冷却機構１５において、機油１３と熱交換して気化した冷媒は、蒸発器２０の冷媒出口に接続される配管３４と合流する。

【0057】

また、冷房運転時において、制御部２４は、温度検出器２３の温度検出信号に基づいて圧縮機１の温度が、所定の閾値（例えば、１００℃）よりも小さいと判断した場合には、流量調整弁２５を前記第１の開度よりも小さい第２の開度（例えば、全閉）とする。これにより、機油冷却機構１５に対して通流する液冷媒の流量は低減され、又は液冷媒は遮断される。

【0058】

このような冷凍サイクル装置Ａ３によれば、吐出ガス温度が高くなる暖房運転時においては、制御部２４が第１の開度で流量調整弁２５を開いて機油冷却機構１５に対して液冷媒を通流させることにより機油１３（図２参照）を冷却することができる。つまり、この冷凍サイクル装置Ａ３は、吐出ガス温度を低下させることで、圧縮機１の温度が、予め設定した所定の温度以上とならないように構成されている。
なお、ここでの「予め設定した所定の温度」は、電動機部４の樹脂部品等の劣化を防止することができる温度とすることができ、前記の所定の閾値（例えば、１００℃）は、ここでの「予め設定した所定の温度」よりも小さい温度となるように設定される。
したがって、この冷凍サイクル装置Ａ３によれば、電動機部４の樹脂部品等の劣化を防止することができる。また、前記したように、背圧室１４の背圧の低下を抑制することができる。

【0059】

また、圧縮機１の温度が所定の閾値（例えば、１００℃）よりも低くなる冷房運転時には、制御部２４が流量調整弁２５を第２の開度（例えば、全閉）とすることで、配管３２から減圧装置１９に供給される冷媒の流量が増大して、蒸発器２０における冷凍能力の低下を抑制することができる。

【0060】

次に、前記の第３実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ３の変形例について説明する。図１３は、図１２の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。
図１３に示すように、変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ３は、配管３５ｂの他端が、配管３３に合流するように構成されている以外は、前記の第３実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ３（図１２参照）と同様に構成されている。
この変形例に係る冷凍サイクル装置Ａ３によっても、第３実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ３と同様に、吐出ガス温度を低下させることができる。

【0061】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第４実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成説明図である。図１５は、本発明の第４実施形態に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。なお、本実施形態において前記第１実施形態から第３実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

【0062】

図１４に示すように、第４実施形態に係る冷凍サイクル装置Ａ４は、凝縮器１８から送出される冷媒を減圧装置１９を介して機油冷却機構１５に供給する配管３５ａを備えている。この配管３５ａは、減圧装置１９と蒸発器２０とを接続する配管３３の延在途中でその一端が分岐し、その他端が機油冷却機構１５の第２接続配管１５ｃに接続されている。そして、この配管３５ａには、流量調整弁２５が設けられている。

【0063】

また、冷凍サイクル装置Ａ４は、機油冷却機構１５の第１接続配管１５ｂにその一端が接続され、その他端が配管３４の延在途中に合流する配管３５ｂを備えている。この配管３５ｂは、機油冷却機構１５の管体１５ａを通流した冷媒を、蒸発器２０から圧縮機１の吸込管２ｄに向かって流れる低温低圧のガス冷媒に合流させるものである。

【0064】

なお、図１４中、符号２３は、圧縮機１の温度（例えば、圧縮機構部３（図２参照）近傍の密閉容器２（図２参照）の温度）、又は圧縮機１の吐出管２ｅの温度を検出する温度検出器（例えば、サーミスタ等）である。ちなみに、本実施形態での温度検出器２３は、圧縮機１の温度を検出するように配置されている。符号２４は、制御部である。この制御部２４は、温度検出器２３の出力する温度検出信号に基づいて、後記する手順に従って流量調整弁２５の開度を制御するように構成されている。符号３１，３２は、配管である。

【0065】

次に、制御部２４の実行する手順について説明しつつ、この冷凍サイクル装置Ａ４の動作について説明する。
暖房運転時において、制御部２４は、温度検出器２３の温度検出信号に基づいて圧縮機１の温度が所定の閾値（例えば、１００℃）以上になったと判断した場合には、流量調整弁２５を第１の開度で開く。これにより、減圧装置１９の下流側で気液二相流となった冷媒を機油冷却機構１５に対して通流させる。そして、機油冷却機構１５において、機油１３と熱交換して気化した冷媒は、蒸発器２０の冷媒出口に接続される配管３４と合流する。

【0066】

また、冷房運転時において、制御部２４は、温度検出器２３の温度検出信号に基づいて圧縮機１の温度が、所定の閾値（例えば、１００℃）よりも小さいと判断した場合には、流量調整弁２５を前記第１の開度よりも小さい第２の開度（例えば、全閉）とする。これにより、機油冷却機構１５に対して通流する冷媒の流量は低減され、又は冷媒は遮断される。

【0067】

このような冷凍サイクル装置Ａ４によれば、吐出ガス温度が高くなる暖房運転時においては、制御部２４が第１の開度で流量調整弁２５を開いて機油冷却機構１５に対して冷媒を通流させることにより機油１３（図２参照）を冷却することができる。つまり、この冷凍サイクル装置Ａ４によれば、吐出ガス温度を低下させることで、電動機部４の樹脂部品等の劣化を防止することができる。また、前記したように、背圧室１４の背圧の低下を抑制することができる。

【0068】

また、冷凍サイクル装置Ａ４によれば、減圧装置１９を介して気液二相の低温の冷媒を機油冷却機構１５の管体１５ａに流すことができるので、機油冷却機構１５での機油１３の冷却効果に優れる。

【0069】

また、圧縮機１の温度が所定の閾値（例えば、１００℃）よりも低くなる冷房運転時には、制御部２４が流量調整弁２５を第２の開度（例えば、全閉）とすることで、配管３２から減圧装置１９に供給される冷媒の流量が増大して、蒸発器２０における冷凍能力の低下を抑制することができる。

【0070】

次に参照する図１５は、本発明の第４実施形態に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図である。図１５中、符号ＳＬは、飽和液線であり、符号ＳＶは、飽和蒸気線であり、符号ＣＰは臨界点である。

【0071】

図１５に示すように、冷凍サイクル装置Ａ４の暖房運転時の冷凍サイクルでは、IIからIIIの凝縮過程で、凝縮器１８（室内熱交換器）では加熱能力Ｑｈが得られる。そして、IIIからIVの絞り膨張（等エンタルピ膨張）過程を経る。その後、IVからIV´の機油冷却機構１５による機油１３の冷却過程で、Ｑｏ分の熱量が冷媒に加えられる。次いでIV´からＩの蒸発過程で、蒸発器２０では、冷凍能力Ｑｃが得られる。つまり、暖房運転では、機油１３の冷却によりＱｏ分の熱量が冷媒に加えられても、加熱能力Ｑｈは維持されて、凝縮器１８（室内熱交換器）で加熱能力が低下することはない。

【0072】

また、冷房運転時の冷凍サイクル装置Ａ４では、前記したように、機油冷却機構１５の管体１５ａにおける冷媒の流量が低減されるか、又は冷媒の通流が遮断されるので、蒸発器２０における冷凍能力の低下を抑制できる。

【0073】

なお、本実施形態では、図１４に示すように、機油冷却機構１５からの戻り配管である配管３５ｂは、蒸発器２０の出口配管である配管３４に合流しているが、本発明は、配管３５ｂが、蒸発器２０の入口配管である配管３３に合流するように構成することができる。

【0074】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記第１実施形態から第３実施形態では、機油冷却機構１５の第１接続配管１５ｂから管体１５ａに冷媒が流入し、第２接続配管１５ｃから冷媒が排出されるように構成されているが、本発明は第２接続配管１５ｃから冷媒が流入し、第１接続配管１５ｂから冷媒が排出される構成とすることもできる。また、第４実施形態では、第１接続配管１５ｂから管体１５ａに冷媒が流入し、第２接続配管１５ｃから冷媒が排出されるように構成することもできる。

【0075】

また、前記第１実施形態から第４実施形態では、冷凍サイクル装置Ａ１乃至Ａ４を空気調和機に適用することを想定して暖房運転時及び冷房運転時を、図示しない四方弁を切替えて前記のサイクル流路における冷媒通流方向を順逆切替える構成となっているが、例えば、本発明の冷凍サイクル装置を冷凍機、冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯機等に適用する場合には、冷媒通流方向を切替える必要がない。

【0076】

また、前記第１実施形態から第４実施形態では、圧縮機１がスクロール圧縮機である場合について説明したが、吐出ガス温度を下げるといった意味では、ロータリ圧縮機等の他形式の圧縮機にも適用可能であり、同様な作用効果が得られる。

【0077】

また、第１実施形態から第４実施形態で使用される機油１３は、ポリオールエステル系油又はポリビニルエーテル系油である。

【0078】

ポリオールエステル系油は、下記化学式（１）、（２）、（３）及び（４）で表される化合物（式中、Ｒ^１〜Ｒ^１１は、炭素数４〜９のアルキル基を表す）並びにコンプレックスエステル油からなる群より選択される少なくとも一種類を基油として含む。

【0079】

【化1】

【0080】

【化2】

【0081】

【化3】

【0082】

【化4】

【0083】

また、ポリビニルエーテル系油は、下記化学式（５）で表される基油（式中、Ｑ^ｉ（ｉは、１〜ｍのいずれかであって、Ｑ^１〜Ｑ^ｍは、上付き文字の数値の順に直列に結合している）は、下記化学式（６）で表される化学構造を有し、下記化学式（６）におけるＯＲ^１２は、メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基又はブチルオキシ基であり、Ｑ^１〜Ｑ^ｍのいずれか１つに含まれるＯＲ^１２は、メチルオキシ基であり、ｍは、５〜１５である）を含む。

【0084】

【化5】

【0085】

【化6】

【0086】

前記機油１３には、濃度に応じて低温側臨界溶解温度、高温側臨界溶解温度が存在する。冷媒と機油１３は、低温側臨界溶解温度と高温側臨界溶解温度との間の温度域で相溶し、低温側臨界溶解温度よりも低い温度域、及び、高温側臨界溶解温度よりも高い温度域では二相分離する。圧縮機１内での寝込み現象を防止するためには、圧縮機１内を高温側臨界溶解温度以下に保ち、二相分離を防止する必要がある。

【0087】

さらに、機油１３に溶けた冷媒を背圧室１４へ供給することで、背圧室１４の圧力を調整する構造のスクロール圧縮機が存在する。このスクロール圧縮機において、背圧室１４へ供給される機油１３の温度が高温側臨界溶解温度より高い場合、機油１３に冷媒が溶け込みづらくなるため、背圧室１４へ冷媒を十分に供給することができなくなる。特に、冷媒としてＲ３２を採用した場合、Ｒ４１０Ａに比べて圧縮機１の吐出温度が高いため、圧縮機１内にある油の温度が高温側臨界溶解温度を超える可能性がある。

【0088】

本発明によれば、機油冷却機構１５によって機油１３を冷却するため、背圧室１４へ供給する機油１３の温度を高温側臨界溶解温度より低く保つことができる。そのため、吐出温度が高い場合であっても、背圧室１４へ冷媒を供給することができる。

【0089】

なお、本発明は例示の前記機油１３に限定されず、種々の機油１３を使用することができる。

【符号の説明】

【0090】

１ 圧縮機
２ 密閉容器
２ｄ 吸込管
２ｅ 吐出管（吐出配管）
２ｆ 吐出圧室
３ 圧縮機構部
４ 電動機部
５ 固定スクロール
６ 旋回スクロール
１３ 機油
１４ 背圧室
１５ 機油冷却機構
１５ａ 管体
１５ｂ 第１接続配管
１５ｃ 第２接続配管
１８ 凝縮器
１９ 減圧装置
２０ 蒸発器
２１ 開閉弁（弁）
２２ 開閉弁（弁）
２３ 温度検出器
２４ 制御部
２５ 流量調整弁
２６ 露受け皿
３１ 配管（凝縮器の入口配管）
３２ａ 配管（凝縮器の出口配管）
３２ｂ 配管（戻り配管）
３３ 配管（蒸発器の入口配管）
３４ 配管（蒸発器の出口配管）
３５ｂ 配管（戻り配管）
Ａ１ 冷凍サイクル装置
Ａ２ 冷凍サイクル装置
Ａ３ 冷凍サイクル装置
Ａ４ 冷凍サイクル装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】