WO2014168117A1 - ヒートポンプユニットおよびヒートポンプユニットの運転方法 - Google Patents

Abstract

　このヒートポンプユニット（２００）は、熱媒体が循環する循環路（２１０）と、圧縮機構（２３２，２３４）に供給される潤滑油を収容する収容空間（Ｒ）を有すると共に熱媒体を断熱圧縮して昇温させる圧縮機（２３０）と、熱媒体を凝縮させる凝縮器（２４０）と、熱媒体を減圧膨張させる膨張弁（２６０）と、熱媒体を気化させる蒸発器（２２０）と、圧縮機の駆動および膨張弁の開度を制御する制御部（２８０）と、を備える。制御部は、圧縮機の圧縮動作を停止する旨の指示を受け付けると、収容空間に収容された潤滑油の液面の高さが、予め設定されている閾値以上の値を維持するように、膨張弁の開度を小さくし、膨張弁を全閉した後に圧縮機の動作を停止するように構成されている。

Description

ヒートポンプユニットおよびヒートポンプユニットの運転方法

　本発明は、ヒートポンプユニットおよびヒートポンプユニットの運転方法に関する。
　本願は、２０１３年４月１０日に日本に出願された特願２０１３－０８２１１７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、循環路を循環する熱媒体を断熱圧縮して加熱する圧縮機と、圧縮機によって加熱された熱媒体を冷却することで熱媒体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器によって凝縮された熱媒体を減圧膨張させて冷却する膨張弁と、膨張弁によって冷却された熱媒体を加熱することで熱媒体を気化させる蒸発器とを備えたヒートポンプユニットが知られている。このようなヒートポンプユニットは、冷蔵庫、冷凍庫、エアーコンディショナー、給湯器等様々な分野で利用されている。

　このようなヒートポンプユニットの運転を停止する場合、例えば、膨張弁を閉じずに圧縮機の駆動を停止すると、蒸発器に液体状態の熱媒体が残留する。この場合、次にヒートポンプユニットの運転を開始したときに、蒸発器に残留した液体状態の熱媒体がそのまま圧縮機に導入されてしまい圧縮機が不具合を起こす可能性がある。

　そこで、オンオフ制御可能な膨張弁を備えたヒートポンプユニットの運転を停止する場合、圧縮機の駆動を停止する前に膨張弁を一度に全閉する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

日本国特開２００１－１６５５１１号公報

　圧縮機を構成する圧縮機構には、潤滑油が供給されており、ヒートポンプユニットにおいて、圧縮機が熱媒体を断熱圧縮する際に、潤滑油に熱媒体が溶解される場合がある。この場合、特許文献１の技術を利用して、圧縮機を駆動させた状態で、膨張弁を一度に全閉すると、圧縮機内の圧力が急激に低下し、潤滑油に溶解した熱媒体が発泡する可能性がある。

　熱媒体が発泡すると、潤滑油の見かけ上の粘度が低下し、圧縮機構において潤滑油の油膜が十分に形成されなくなり、圧縮機構の摩耗が促進されて、圧縮機が損傷する場合がある。

　本発明の目的は、圧縮機を停止する際に、潤滑油中に含まれる熱媒体の発泡を抑制し、圧縮機の損傷を防ぐことが可能なヒートポンプユニットおよびヒートポンプユニットの運転方法を提供することである。

　上記課題を解決するために、本発明の第１の態様では、ヒートポンプユニットは、熱媒体が循環する循環路と、圧縮機構と、圧縮機構に供給される潤滑油を収容する収容空間とを有し、循環路を循環する熱媒体を断熱圧縮して昇温させる圧縮機と、循環路における圧縮機の下流に設けられ、圧縮機によって昇温した熱媒体を冷却することで熱媒体を凝縮させる凝縮器と、循環路における凝縮器の下流に設けられ、凝縮器によって凝縮された熱媒体を減圧膨張させて冷却する膨張弁と、循環路における膨張弁の下流に設けられ、膨張弁によって冷却された熱媒体を加熱することで熱媒体を気化させる蒸発器と、圧縮機の駆動および膨張弁の開度を制御して、循環路における熱媒体の循環量を制御する制御部と、を備える。また、制御部は、圧縮機による熱媒体の圧縮動作を停止する旨の指示を受け付けると、収容空間に収容された潤滑油の液面の高さが、圧縮機に予め設定されている閾値以上の値を維持するように、膨張弁の開度を小さくし、膨張弁を全閉して膨張弁を通じた圧縮機への熱媒体の流入を遮断した後に、圧縮機による熱媒体の圧縮動作を停止するように構成されている。

　本発明の第２の態様では、上記第１の態様のヒートポンプユニットにおいて、制御部は、膨張弁の開度の変化速度が予め定められた第１の値に維持されるように膨張弁の開度を小さくすることで、収容空間に収容された潤滑油の液面の高さを閾値以上の値に維持するように構成されている。

　本発明の第３の態様では、上記第１の態様のヒートポンプユニットにおいて、制御部は、収容空間の圧力の低下速度が予め定められた第２の値に維持されるように膨張弁の開度を小さくすることで、収容空間に収容された潤滑油の液面の高さを閾値以上の値に維持するように構成されている。

　本発明の第４の態様では、上記第１から第３のいずれか１つの態様のヒートポンプユニットにおいて、制御部は、膨張弁を全閉した後、収容空間の圧力が潤滑油中に含まれる熱媒体の予め定められた濃度に相当する圧力未満になるまで、圧縮機による熱媒体の圧縮動作を継続し、前記収容空間の圧力が潤滑油中に含まれる熱媒体の予め定められた濃度に相当する圧力未満になると、圧縮機による熱媒体の圧縮動作を停止するように構成されている。

　上記課題を解決するために、本発明の第５の態様では、ヒートポンプユニットの運転方法は、熱媒体が循環する循環路と、圧縮機構と、圧縮機構に供給される潤滑油を収容する収容空間とを有し、循環路を循環する熱媒体を断熱圧縮して昇温させる圧縮機と、循環路における圧縮機の下流に設けられ、圧縮機によって昇温した熱媒体を冷却することで熱媒体を凝縮させる凝縮器と、循環路における凝縮器の下流に設けられ、凝縮器によって凝縮された熱媒体を減圧膨張させて冷却する膨張弁と、循環路における膨張弁の下流に設けられ、膨張弁によって冷却された熱媒体を加熱することで熱媒体を気化させる蒸発器と、を備えたヒートポンプユニットで用いられる。この運転方法では、圧縮機による熱媒体の圧縮動作を停止する旨の指示を受け付けると、収容空間に収容された潤滑油の液面の高さが、圧縮機に予め設定されている閾値以上の値を維持するように、膨張弁の開度を小さくし、膨張弁を全閉して膨張弁を通じた圧縮機への熱媒体の流入を遮断した後に、圧縮機による熱媒体の圧縮動作を停止する。

　本発明によれば、圧縮機を停止する際に、潤滑油中に含まれる熱媒体の発泡を抑制し、圧縮機の損傷を防ぐことが可能となる。

真空洗浄装置を説明するための概念図である。 圧縮機の構成を説明するための図である。 ヒートポンプユニットの運転方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

　従来、ヒートポンプユニットは、冷蔵庫、冷凍庫、エアーコンディショナー、給湯器等、様々な電気機器に設けられている。また、近年、炭化水素系洗浄剤の蒸気を利用して減圧下でワーク（処理対象物）を洗浄する真空洗浄装置が開発されており、この真空洗浄装置においてもヒートポンプユニットが用いられている。ワークは、例えば、工業製品を指し、真空洗浄装置は、このワークを洗浄して、ワークに付着した汚染物を除去する。本実施形態では、ヒートポンプユニットを備えた装置として、真空洗浄装置を例に挙げて説明する。

（真空洗浄装置１００）
　図１は、真空洗浄装置１００を説明するための概念図（ブロック図）である。図１中、炭化水素系洗浄剤の流れを実線の矢印で、熱媒体の流れを破線の矢印で、信号の流れを一点鎖線の矢印で示す。図１に示すように、真空洗浄装置１００は、内部に洗浄室１０２が設けられた真空容器１０４を備えている。この真空容器１０４には、不図示の開口が形成されており、不図示の開閉扉によって開口が開閉可能となっている。したがって、ワークＷを洗浄する際には、開閉扉を開放して開口から洗浄室１０２内にワークＷを搬入して載置部１０８にワークＷを載置するとともに、開閉扉を閉じてワークＷを洗浄する。その後、再び開閉扉を開放して、開口からワークＷを搬出する。

　上記の洗浄室１０２には、シャワー部１１０が設けられている。また、蒸気室１５０は、蒸気供給管１１４、凝縮室１２０、凝縮洗浄剤供給管１２２、洗浄剤貯留部１２４、凝縮洗浄剤供給管１２６をこの順に介してシャワー部１１０に連通されている。

　また、洗浄室１０２には、蒸気供給部１３０が設けられている。蒸気供給部１３０は、蒸気供給管１１４を介して蒸気室１５０に連通されている。

　蒸気室１５０は、ヒータ１５２および凝縮器２４０を備えており、炭化水素系洗浄剤（溶剤）を、例えば、８０～１４０℃程度、好ましくは１２０℃程度に加熱して炭化水素系洗浄剤の蒸気（以下、単に「蒸気」と称する）を生成する。蒸気室１５０において生成された蒸気は、蒸気供給管１１４を介して凝縮室１２０に導入されたり、蒸気供給部１３０を通じて洗浄室１０２に供給されたりする。蒸気供給部１３０が洗浄室１０２に供給した蒸気は、ワークＷに付着することで凝縮される。凝縮器２４０による加熱機構については、後に詳述する。

　なお、この炭化水素系洗浄剤の種類は特に限定されないが、安全性の観点から第３石油類の洗浄剤を使用することが望ましい。例えば、ノルマルパラフィン系、イソパラフィン系、ナフテン系、芳香族系の炭化水素系洗浄剤が挙げられる。具体的には、第３石油類の洗浄剤として、クリーニングソルベントと呼ばれるテクリーンＮ２０、クリーンソルＧ、ダフニー（登録商標）ソルベント等を使用するとよい。

　凝縮室１２０は、蒸発器２２０を備えている。凝縮室１２０に導入された蒸気は、蒸発器２２０によって冷却されて、液体の炭化水素系洗浄剤（以下、単に「凝縮洗浄剤」と称する）に凝縮される。凝縮洗浄剤は、凝縮洗浄剤供給管１２２を介して、洗浄剤貯留部１２４に貯留された後、凝縮洗浄剤供給管１２６およびシャワー部１１０を介して、洗浄室１０２に供給される。蒸発器２２０による冷却機構については、後に詳述する。

　シャワー部１１０から供給されワークＷを洗浄した凝縮洗浄剤や、蒸気供給部１３０から供給され、ワークＷにおいて凝縮されることで生じた凝縮洗浄剤は、使用済み洗浄剤導入管１２８を介して、再び蒸気室１５０に導入される。蒸気室１５０に導入された使用済み洗浄剤導入管１２８は、上述したヒータ１５２や凝縮器２４０によって再び加熱されることで蒸気となる。このように、洗浄剤は、蒸気室１５０、蒸気供給管１１４、凝縮室１２０、凝縮洗浄剤供給管１２２、洗浄剤貯留部１２４、凝縮洗浄剤供給管１２６、シャワー部１１０、洗浄室１０２、使用済み洗浄剤導入管１２８を循環している。

　また、洗浄室１０２および蒸気室１５０には、不図示の真空ポンプが接続されている。この真空ポンプは、ワークＷの洗浄を開始する前の減圧工程において、真空容器１０４（洗浄室１０２）内を真空引き（初期真空）によって、予め定められた圧力（例えば、６ｋＰａ）に減圧する。さらに、洗浄室１０２には、この洗浄室１０２を大気開放するための不図示の配管が接続されている。この配管には、大気と洗浄室１０２とを遮断可能な大気開放弁が設けられており、ワークＷの洗浄工程および乾燥工程が終了した後の搬出工程において、洗浄室１０２を大気開放して大気圧に復帰させる。

（ヒートポンプユニット２００）
　ヒートポンプユニット２００は、循環路２１０（図１中、２１０ａ～２１０ｆで示す）と、蒸発器２２０と、圧縮機２３０と、凝縮器２４０と、中間熱交換器２５０と、膨張弁２６０と、圧力測定部２７０と、制御部２８０とを含んで構成される。ヒートポンプユニット２００において、熱媒体は、図１中破線の矢印で示すように、循環路２１０を循環しており、循環路２１０に設けられた蒸発器２２０、中間熱交換器２５０、圧縮機２３０、凝縮器２４０、中間熱交換器２５０、膨張弁２６０を介して、再び蒸発器２２０に導入される。なお、この熱媒体の種類は特に限定されないが、常温大気圧下において液体であり、蒸発器２２０において熱媒体の潜熱を利用することができる、フロン系の熱媒体（例えば、Ｒ－２４５ｆａ（1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン））を使用するとよい。なお、常温は、例えば２５℃である。

　蒸発器２２０は、循環路２１０における膨張弁２６０の下流に配されている。蒸発器２２０は、凝縮室１２０において、熱媒体と、蒸気室１５０から導入された炭化水素系洗浄剤の蒸気とで熱交換を行うことにより、蒸気を凝縮（冷却）して凝縮洗浄剤にするとともに、熱媒体を加熱して気化させる。すなわち、蒸発器２２０によって加熱されることにより、熱媒体は気体（図１中、Ｇで示す）となる。蒸発器２２０によって加熱された熱媒体は、中間熱交換器２５０によってさらに加熱される。中間熱交換器２５０による加熱機構については、後に詳述する。

　圧縮機２３０は、例えば、往復圧縮機（レシプロ圧縮機）で構成され、圧縮機構と、この圧縮機構に供給される潤滑油を収容する収容空間とを有し、中間熱交換器２５０で加熱された熱媒体を断熱圧縮し、さらに加熱する。すなわち、圧縮機２３０は、熱媒体を断熱圧縮して昇温させる。圧縮機２３０の具体的な構成については、後に詳述する。

　凝縮器２４０は、循環路２１０における圧縮機２３０の下流に配されている。凝縮器２４０は、蒸気室１５０において、圧縮機２３０によって加熱された（昇温した）熱媒体と、液体の炭化水素系洗浄剤とで熱交換を行うことで、炭化水素系洗浄剤を加熱して炭化水素系洗浄剤の蒸気を生成するとともに、熱媒体を冷却して凝縮させる。凝縮器２４０によって冷却されることにより、熱媒体は気液混合状態（図１中、Ｇ、Ｌで示す）となる。

　中間熱交換器２５０は、循環路２１０ａ、２１０ｂ（蒸発器２２０および圧縮機２３０の間）を流通する熱媒体と、循環路２１０ｄ、２１０ｅ（凝縮器２４０および膨張弁２６０の間）を流通する熱媒体とで熱交換を行う。蒸発器２２０によって加熱され、循環路２１０ａを流通する熱媒体が、完全に気化しておらず、気液混合流体となっている場合もある。この場合、液体状態の熱媒体が圧縮機２３０に導入されてしまうと、圧縮機２３０に不具合が生じる可能性がある。

　そこで、中間熱交換器２５０を備える構成により、循環路２１０ａを流通する熱媒体を加熱してその飽和温度よりも高温とすることで、圧縮機２３０に導入される熱媒体（循環路２１０ｂを流通する熱媒体）を確実に気体のみにすることが可能となる。これにより、圧縮機２３０に不具合が生じてしまう事態を回避することができる。

　膨張弁２６０は、流体の圧力降下をもたらす弁であり、凝縮器２４０の下流に設けられ、凝縮器２４０によって凝縮（冷却）された熱媒体を減圧膨張させてさらに冷却する。膨張弁２６０によって冷却されることにより、熱媒体は液体（図１中、Ｌで示す）となる。膨張弁２６０において冷却された熱媒体は、循環路２１０ｆを通って再び蒸発器２２０に導入される。

　圧力測定部２７０は、圧縮機２３０内の後述する収容空間における気体部分の圧力を測定する。

　制御部２８０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＣＰＵを動作させるためのプログラムやパラメータ等をＲＯＭから読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働してヒートポンプユニット２００全体を管理および制御する。本実施形態において制御部２８０は、圧力測定部２７０が測定した圧力に基づいて、圧縮機２３０の駆動量（駆動）および膨張弁２６０の開度を制御して、循環路２１０における熱媒体の循環量を制御する。

　上述したように、圧縮機２３０に収容された潤滑油には、熱媒体が溶解する場合がある。以下、図２を用いて、圧縮機２３０に収容された潤滑油に熱媒体が溶解する作用について説明する。

　図２は、圧縮機２３０の構成を説明するための図である。図２中、熱媒体の流れを実線の矢印で、潤滑油の流れを白抜き矢印で、潤滑油をグレーの塗り潰しで示す。図２に示すように、圧縮機２３０のピストン（圧縮機構）２３２は、駆動軸（圧縮機構）２３４に接続されており、不図示のモータによって駆動軸２３４が回転駆動されると、ピストン２３２が圧縮室２３６（シリンダ）に対して往復運動をする。なお、駆動軸２３４を回転駆動するために、モータ以外の駆動装置が用いられてもよい。ピストン２３２がその下死点近傍に位置しているときに、圧縮機２３０の入口２３８ａを介して、循環路２１０ｂから圧縮室２３６に熱媒体が導入される。圧縮室２３６に導入された熱媒体は、ピストン２３２の圧縮動作によって圧縮された後、ピストン２３２がその上死点近傍に位置しているときに、出口２３８ｂから循環路２１０ｃへ送出される。

　また、図２に示すように、圧縮機２３０の内部には、潤滑油（例えば、ＰＯＥ（ポリオールエステル））を収容する収容空間Ｒが形成されており、収容空間Ｒに収容された潤滑油は、潤滑油ポンプ３１０によって駆動軸２３４の油通路３１２に供給される。油通路３１２に供給された潤滑油は、ピストン２３２の油通路（不図示）を通って、ピストン２３２の外周面に供給される。また、収容空間Ｒに収容された潤滑油は、散布部３２０によって、ピストン２３２と駆動軸２３４の連接部分や、ピストン２３２の外周面と圧縮室２３６（シリンダ）の内周面に供給される。このように、ピストン２３２の外周面と圧縮室２３６の内周面に潤滑油が供給されることにより、ピストン２３２と圧縮室２３６との摩擦係数を低下させ、ピストン２３２および圧縮室２３６の摩耗を低減している。

　このようにヒートポンプユニット２００における圧縮室２３６には、熱媒体が導入されるとともに、圧縮室２３６の内周面に潤滑油が供給されるため、圧縮室２３６において、潤滑油に熱媒体が溶解する場合がある。この場合、潤滑油は、熱媒体が溶解した状態で循環路２１０を循環する、すなわち、熱媒体が潤滑油中に溶解した状態で圧縮機２３０の圧縮動作が継続される。

　上述したように、ヒートポンプユニット２００の運転を停止する場合、膨張弁２６０を閉じずに圧縮機２３０の駆動を停止すると、蒸発器２２０に液体状態の熱媒体が残留する可能性がある。この状態で、次にヒートポンプユニット２００の運転を開始すると、蒸発器２２０に残留した液体状態の熱媒体がそのまま圧縮機２３０に導入されてしまい、圧縮機２３０が不具合を起こす可能性がある。一方、ヒートポンプユニット２００を停止する際に、蒸発器２２０における液体状態の熱媒体の残留を回避するために、圧縮機２３０を駆動させた状態で、膨張弁２６０を一度に全閉すると、圧縮機２３０の収容空間Ｒの圧力が急激に低下し、圧縮機２３０の潤滑油中に溶解した熱媒体が発泡して圧縮機２３０が損傷する場合がある。例えば、熱媒体の気泡が圧縮室２３６にまで達してしまう場合がある。

　特に、真空洗浄装置１００のヒートポンプユニット２００で利用される熱媒体は、冷蔵庫、冷凍庫、エアーコンディショナー、給湯器等（以下、「家電装置」と称する）のヒートポンプユニットに利用される熱媒体よりも潤滑油に溶解しやすいという特性がある。具体的に説明すると、真空洗浄装置１００において、炭化水素系洗浄剤の蒸気を生成するためには、炭化水素系洗浄剤を、例えば、８０℃～１４０℃程度といった高温に加熱する必要がある。したがって、真空洗浄装置１００のヒートポンプユニット２００に利用される熱媒体の沸点は、家電装置や一般産業用のヒートポンプユニットに利用される熱媒体よりも高い。例えば、家電装置のヒートポンプユニットに利用される熱媒体の圧縮機入口の温度は３０℃程度であり、圧縮機出口温度は６０℃程度、一般産業用のヒートポンプユニットに利用される熱媒体の圧縮機入口温度は９０℃程度であり、圧縮機出口温度は１１０℃程度である。これに対し、真空洗浄装置１００のヒートポンプユニット２００に利用される熱媒体の圧縮機２３０の入口２３８ａ（循環路２１０ｂを通る熱媒体）の温度は１００℃～１１０℃程度であり、圧縮機２３０の出口２３８ｂ（循環路２１０ｃを通る熱媒体）温度は１４０℃程度である。

　このような沸点が相対的に高い熱媒体は、沸点が相対的に低い熱媒体と比較して、ヒートポンプユニット２００を構成する圧縮機２３０の潤滑油への溶解度が一般的に大きい。具体的に説明すると、家電装置のヒートポンプユニットに利用される熱媒体は、圧縮機の潤滑油に数％程度しか溶解しないが、真空洗浄装置１００のヒートポンプユニット２００に利用される熱媒体は、圧縮機２３０の潤滑油に２０％程度溶解する場合がある。したがって、真空洗浄装置１００のヒートポンプユニット２００の圧縮機２３０においては、家電装置のヒートポンプユニットの圧縮機よりも、熱媒体の発泡が顕著となり、潤滑油の液面ＬＨの低下による圧縮機２３０の損傷の可能性が高い。なお、熱媒体の発泡は液体状の熱媒体の気化により引き起こされるため、潤滑油中の熱媒体が気化すれば、潤滑油の液面ＬＨは低下する。液面ＬＨが低下して、ピストン２３２と駆動軸２３４の連接部分や、ピストン２３２の外周面と圧縮室２３６の内周面の間の潤滑に必要な潤滑油量を確保できなくなると、構成部材の摩耗が促進され、圧縮機２３０が損傷する可能性がある。

　そこで、制御部２８０は、圧縮機２３０を停止する際に、膨張弁２６０の開度を調整して、圧縮機２３０の収容空間Ｒにおける熱媒体の発泡を抑制する。以下、制御部２８０による圧縮機２３０の停止制御について説明する。

（圧縮機２３０の停止制御）
　制御部２８０は、ヒートポンプユニット２００を停止する旨の指示、すなわち、圧縮機２３０による熱媒体の圧縮動作を停止する旨の指示を受け付けると、圧縮機２３０の収容空間Ｒに収容された潤滑油の液面ＬＨの高さが、圧縮機２３０に予め設定されている閾値未満とならないように、膨張弁２６０の開度を小さくしていく。すなわち、制御部２８０は、収容空間Ｒに収容された潤滑油の液面ＬＨの高さが、圧縮機２３０に予め設定されている閾値以上の値を維持するように、膨張弁２６０の開度を小さくしていく。圧縮機２３０に予め設定されている閾値は、ピストン２３２と駆動軸２３４の連接部分や、ピストン２３２の外周面と圧縮室２３６の内周面の間の潤滑に要する潤滑油の液面の高さの下限値である。このため、潤滑油の液面ＬＨの高さを上記閾値以上の値に維持することで、圧縮機２３０の構成部材に対する適切な潤滑を維持できる。なお、ヒートポンプユニット２００を停止する旨の指示は、作業者が入力装置等を介して制御部２８０に入力してもよいし、他の制御装置等から受信してもよい。

　圧縮機２３０の収容空間Ｒに収容された潤滑油の液面ＬＨの高さが、圧縮機２３０に予め設定されている閾値未満とならないように、制御部２８０が膨張弁２６０の開度を小さくする場合、例えば、以下の４つの手段が挙げられる。

（制御部２８０による膨張弁２６０の開度調整１）
　制御部２８０は、膨張弁２６０の開度の変化速度が予め定められた第１の値に維持されるように、膨張弁２６０の開度を小さくすることで、収容空間Ｒに収容された潤滑油の液面ＬＨの高さが閾値未満とならないようにする。膨張弁２６０が全開である場合の開度を１００％とした場合、第１の値は、例えば、３％／分である。

（制御部２８０による膨張弁２６０の開度調整２）
　制御部２８０は、圧力測定部２７０によって測定された収容空間Ｒの圧力の低下速度が予め定められた第２の値に維持されるように、膨張弁２６０の開度を小さくすることで、収容空間Ｒに収容された潤滑油の液面ＬＨの高さが閾値未満とならないようにする。第２の値は、例えば、（圧縮機２３０の通常運転時の圧力の１０％）／分以下の低下速度である。したがって、圧縮機２３０の通常運転時の圧力が、例えば５００ｋＰａである場合、第２の値は５０ｋＰａ／分となる。

（制御部２８０による膨張弁２６０の開度調整３）
　圧縮機２３０に液位計を備えておき、制御部２８０は、圧縮機２３０の収容空間Ｒに収容された潤滑油の液面ＬＨの高さが、圧縮機２３０に予め設定されている閾値未満とならないように、膨張弁２６０の開度を小さくする。液位計は、例えば、光学センサ、画像処理装置等の既存の技術を利用することができる。

（制御部２８０による膨張弁２６０の開度調整４）
　圧縮機２３０に気泡量（熱媒体の発泡による気泡の量）を測定する装置を備えておき、制御部２８０は、圧縮機２３０の収容空間Ｒで生じた気泡が、予め定められた量以上とならないように、膨張弁２６０の開度を小さくする。予め定められた量は、ピストン２３２と駆動軸２３４の連接部分や、ピストン２３２の外周面と圧縮室２３６の内周面の間の潤滑（潤滑油を用いた潤滑）を維持できる気泡量の上限値である。気泡量を測定する装置は、例えば、ボイド率計、光学センサ、画像処理装置等の既存の技術を利用することができる。

　上述した開度調整１～４で説明した値に基づいて、膨張弁２６０の開度を小さくすることにより、圧縮機２３０の収容空間Ｒに収容された潤滑油の液面ＬＨの高さを、圧縮機２３０に予め設定されている閾値未満とならないようにすることができる。なお、上述したように熱媒体の発泡量（気化量）が増加すれば潤滑油の液面ＬＨは低下するため、両者の間には相関関係が存在する。このため、収容空間Ｒに収容された潤滑油の液面ＬＨの高さを、予め設定されている閾値以上の値に維持することにより、熱媒体の発泡量（単位時間当たりの発泡量）を一定の値以下に抑制でき、よって熱媒体の急激な発泡を防止することができる。

　したがって、圧縮機２３０の駆動を停止する前に、収容空間Ｒにおいて圧力を緩やかに低下させることができ、潤滑油に溶解した熱媒体の発泡を抑制することができる。したがって、潤滑油の見かけ上の粘度が低下する事態を回避することができ、ピストン２３２、駆動軸２３４、圧縮室２３６といった摺動部材において潤滑油の油膜を十分に形成することが可能となる。これにより、摺動部材が摩耗して、圧縮機２３０が損傷してしまう事態を回避することができる。

　制御部２８０は、膨張弁２６０を全閉して膨張弁２６０を通じた圧縮機２３０への熱媒体の流入を遮断した後、圧力測定部２７０が測定した収容空間Ｒの圧力が、潤滑油中に含まれる熱媒体の予め定められた濃度に相当する圧力（以下、「相当圧力」と称する）未満になるまで、圧縮機２３０による熱媒体の圧縮動作を維持する。なお、相当圧力は、例えば、４０ｋＰａ（Ａｂｓ）である。

　このように、制御部２８０は、膨張弁２６０を全閉した後に、圧縮機２３０の駆動を停止するため、蒸発器２２０に液体状態の熱媒体が残留してしまう事態を防止することができる。これにより、制御部２８０が次にヒートポンプユニット２００の運転を開始したときに、圧縮機２３０へ液体状態の熱媒体が導入されることがなくなるため、圧縮機２３０の損傷を防止できる。

　また、膨張弁２６０を全閉した後、制御部２８０は、圧力測定部２７０が測定した収容空間Ｒの圧力が、相当圧力未満になるまで圧縮機２３０による熱媒体の圧縮動作を維持（継続）することにより、潤滑油中に溶解した熱媒体を気化させることができる。したがって、潤滑油から熱媒体を除去することができ、次にヒートポンプユニット２００の運転を開始する際に、潤滑油中の熱媒体の発泡、すなわち、潤滑油の液面ＬＨの低下を抑制することが可能となる。

（ヒートポンプユニット２００の運転方法）
　続いて、ヒートポンプユニット２００の運転方法、特に、停止方法について説明する。図３は、ヒートポンプユニット２００の運転方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、ヒートポンプユニット２００の停止制御は、ヒートポンプユニット２００が運転中である場合に行われる処理である。

　制御部２８０は、作業者の操作入力に応じて、圧縮機２３０による熱媒体の圧縮動作を停止する旨の指示を受け付けると（ステップＳ４１０におけるＹＥＳ）、圧縮機２３０の収容空間Ｒに収容された潤滑油の液面ＬＨの高さが、圧縮機２３０に予め設定されている閾値Ａ未満とならないように、膨張弁２６０の開度を小さくしていく（ステップＳ４１２）。

　続いて制御部２８０は、膨張弁２６０が全閉になったか否かを判定し（ステップＳ４１４）、全閉になっていなければ（ステップＳ４１４におけるＮＯ）、ステップＳ４１２の処理を継続する。また、再度ステップＳ４１４が実行される。

　一方、膨張弁２６０が全閉になった場合（ステップＳ４１４におけるＹＥＳ）、制御部２８０は、圧力測定部２７０によって測定された圧縮機２３０の収容空間Ｒの圧力が相当圧力未満であるか否かを判定する（ステップＳ４１６）。収容空間Ｒの圧力が相当圧力未満でない場合（ステップＳ４１６におけるＮＯ）、制御部２８０は、圧縮機２３０の駆動を維持し、再度ステップ４１６を実行する。制御部２８０は、収容空間Ｒの圧力が相当圧力未満となると（ステップＳ４１６におけるＹＥＳ）、圧縮機２３０の駆動を停止する（ステップＳ４１８）。

　以上説明したように、本実施形態にかかるヒートポンプユニット２００およびヒートポンプユニット２００の運転方法によれば、圧縮機２３０を停止する際に、潤滑油中に含まれる熱媒体の発泡を抑制することができ、圧縮機２３０の損傷を防ぐことが可能となる。

　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到でき、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。

　例えば、上述した実施形態において、真空洗浄装置１００を構成するヒートポンプユニット２００を例に挙げて説明したが、ヒートポンプユニット２００を搭載する装置は限定されない。例えば、冷蔵庫、冷凍庫、エアーコンディショナー、給湯器等、様々な電気機器に搭載されるヒートポンプユニットであっても、圧縮機の潤滑油に熱媒体が溶解する場合がある。そのため、上記の電気機器等に本発明のヒートポンプユニット２００およびヒートポンプユニット２００の運転方法を適用することができる。

　また、上述した実施形態において、制御部２８０は、膨張弁２６０を全閉した後、圧力測定部２７０が測定した収容空間Ｒの圧力が、相当圧力未満になるまで、圧縮機２３０による熱媒体の圧縮動作を維持する構成について説明した。しかし、膨張弁２６０を全閉してから相当圧力未満になると予想される時間で、圧縮機２３０による熱媒体の圧縮動作を維持するとしてもよい。この時間は、実験等によって予め設定されてもよい。

　また、上述した実施形態において、ヒートポンプユニット２００が中間熱交換器２５０を備える構成について説明したが、中間熱交換器２５０を備えずともよい。中間熱交換器２５０を備えない場合であっても、圧縮機２３０を停止する際に、潤滑油中に含まれる熱媒体の発泡を抑制することができ、圧縮機２３０の損傷を防ぐことができる。

　また、上述した実施形態では、洗浄室１０２において、シャワー部１１０から供給される凝縮洗浄剤による洗浄と、蒸気供給部１３０から供給される蒸気による洗浄が行われる真空洗浄装置１００について説明した。しかし、例えば、真空容器１０４内の、洗浄室１０２の下方に浸漬室を設けておき、かかる浸漬室にワークＷを浸漬することによって、ワークＷを洗浄してもよい。

　具体的に説明すると、浸漬室には、ワークＷが完全に浸漬可能な量の炭化水素系洗浄剤（液体）が貯留されており、この炭化水素系洗浄剤を加熱するためのヒータが設けられている。また洗浄室１０２と浸漬室との間には中間扉が設けられており、この中間扉によって、洗浄室１０２と浸漬室とが連通したり、あるいはその連通が遮断されたりするように構成されている。なお、浸漬室に貯留されている炭化水素系洗浄剤は、シャワー部１１０から供給された凝縮洗浄剤、および、洗浄剤貯留部１２４から凝縮洗浄剤供給管１２６を介して供給された凝縮洗浄剤のいずれか一方または両方である。また、この場合、載置部１０８に昇降装置を設けておき、載置部１０８を鉛直方向に移動可能に構成する。したがって、中間扉を開放して洗浄室１０２と浸漬室とを連通させた状態で昇降装置を駆動することにより、ワークＷを洗浄室１０２から浸漬室に移動させたり、あるいは、ワークＷを浸漬室から洗浄室１０２に移動させたりすることで、ワークＷを洗浄する。

　なお、本明細書のヒートポンプユニットの運転方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

　本発明は、ヒートポンプユニットおよびヒートポンプユニットの運転方法に利用することができる。

２００　ヒートポンプユニット
２１０　循環路
２２０　蒸発器
２３０　圧縮機
２３２　ピストン（圧縮機構）
２３４　駆動軸（圧縮機構）
２４０　凝縮器
２６０　膨張弁
２７０　圧力測定部
２８０　制御部
Ｒ　収容空間

Claims (7)

1. 　熱媒体が循環する循環路と、
   　圧縮機構と、該圧縮機構に供給される潤滑油を収容する収容空間とを有し、前記循環路を循環する前記熱媒体を断熱圧縮して昇温させる圧縮機と、
   　前記循環路における前記圧縮機の下流に設けられ、該圧縮機によって昇温した熱媒体を冷却することで該熱媒体を凝縮させる凝縮器と、
   　前記循環路における前記凝縮器の下流に設けられ、該凝縮器によって凝縮された熱媒体を減圧膨張させて冷却する膨張弁と、
   　前記循環路における前記膨張弁の下流に設けられ、該膨張弁によって冷却された熱媒体を加熱することで該熱媒体を気化させる蒸発器と、
   　前記圧縮機の駆動および前記膨張弁の開度を制御して、前記循環路における前記熱媒体の循環量を制御する制御部と、
   を備え、
   　前記制御部は、前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を停止する旨の指示を受け付けると、
   　前記収容空間に収容された潤滑油の液面の高さが、前記圧縮機に予め設定されている閾値以上の値を維持するように、前記膨張弁の開度を小さくし、
   　前記膨張弁を全閉して該膨張弁を通じた前記圧縮機への熱媒体の流入を遮断した後に、前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を停止するように構成されているヒートポンプユニット。
2. 　前記制御部は、前記膨張弁の開度の変化速度が予め定められた第１の値に維持されるように前記膨張弁の開度を小さくすることで、前記収容空間に収容された潤滑油の液面の高さを前記閾値以上の値に維持するように構成されている請求項１に記載のヒートポンプユニット。
3. 　前記制御部は、前記収容空間の圧力の低下速度が予め定められた第２の値に維持されるように前記膨張弁の開度を小さくすることで、前記収容空間に収容された潤滑油の液面の高さを前記閾値以上の値に維持するように構成されている請求項１に記載のヒートポンプユニット。
4. 　前記制御部は、前記膨張弁を全閉した後、前記収容空間の圧力が前記潤滑油中に含まれる前記熱媒体の予め定められた濃度に相当する圧力未満になるまで、前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を継続し、前記収容空間の圧力が前記潤滑油中に含まれる前記熱媒体の予め定められた濃度に相当する圧力未満になると、前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を停止するように構成されている請求項１に記載のヒートポンプユニット。
5. 　前記制御部は、前記膨張弁を全閉した後、前記収容空間の圧力が前記潤滑油中に含まれる前記熱媒体の予め定められた濃度に相当する圧力未満になるまで、前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を継続し、前記収容空間の圧力が前記潤滑油中に含まれる前記熱媒体の予め定められた濃度に相当する圧力未満になると、前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を停止するように構成されている請求項２に記載のヒートポンプユニット。
6. 　前記制御部は、前記膨張弁を全閉した後、前記収容空間の圧力が前記潤滑油中に含まれる前記熱媒体の予め定められた濃度に相当する圧力未満になるまで、前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を継続し、前記収容空間の圧力が前記潤滑油中に含まれる前記熱媒体の予め定められた濃度に相当する圧力未満になると、前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を停止するように構成されている請求項３に記載のヒートポンプユニット。
7. 　熱媒体が循環する循環路と、
   　圧縮機構と、該圧縮機構に供給される潤滑油を収容する収容空間とを有し、前記循環路を循環する前記熱媒体を断熱圧縮して昇温させる圧縮機と、
   　前記循環路における前記圧縮機の下流に設けられ、該圧縮機によって昇温した熱媒体を冷却することで該熱媒体を凝縮させる凝縮器と、
   　前記循環路における前記凝縮器の下流に設けられ、該凝縮器によって凝縮された熱媒体を減圧膨張させて冷却する膨張弁と、
   　前記循環路における前記膨張弁の下流に設けられ、該膨張弁によって冷却された熱媒体を加熱することで該熱媒体を気化させる蒸発器と、
   を備えたヒートポンプユニットの運転方法であって、
   　前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を停止する旨の指示を受け付けると、
   　前記収容空間に収容された潤滑油の液面の高さが、前記圧縮機に予め設定されている閾値以上の値を維持するように、前記膨張弁の開度を小さくし、
   　前記膨張弁を全閉して該膨張弁を通じた前記圧縮機への熱媒体の流入を遮断した後に、前記圧縮機による前記熱媒体の圧縮動作を停止するヒートポンプユニットの運転方法。
    

Images