JP2016217247A - 圧縮機、及びその圧縮機を備えたヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】万一、可燃性混合気が着火又は発火した場合であっても破損を防止できる圧縮機、及びその圧縮機を備えたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。【解決手段】圧縮機１は、冷媒を圧縮する圧縮部１５と、圧縮部１５を駆動する電動部１３と、圧縮部１５及び電動部１３を収容するとともに、潤滑油を貯留する密閉容器１１と、圧縮部１５の吐出口１５ａを覆うように設けられたカップマフラー３１と、を備え、冷媒及び潤滑油の少なくとも一方は可燃性を有しており、カップマフラー３１の吐出口３１ａには温度検出部１０が設けられているものである。【選択図】図２

Description

本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、及びその圧縮機を備えたヒートポンプ装置に関する。

従来、空気調和装置や冷蔵庫等に使用されるヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張機構及び蒸発器が冷媒配管で接続された冷媒回路を有している。このようなヒートポンプ装置において、圧縮機に搭載されている電動機が駆動されると、冷媒回路内の冷媒は、圧縮機で圧縮されて圧縮機から吐出される。圧縮機から吐出された冷媒は、凝縮器で凝縮し、膨張機構で減圧され、蒸発器で蒸発し、再び圧縮機に吸入される。圧縮機の運転中において冷媒回路内の圧力は、圧縮機の吐出口から膨張機構の入口までの間で大気圧よりも高い正圧になり、膨張機構の出口から圧縮機の吸入口までの間で大気圧よりも低い負圧となる。したがって、膨張機構の出口から圧縮機の吸入口までの冷媒流路となる冷媒配管に腐食又は溶接不良などによって穴が空いた場合、冷媒回路内に空気が混入することがある。

また、例えばヒートポンプ装置の組立て不良、又はヒートポンプ装置の設置作業時や撤去作業時の衝撃などの人為的な原因によっても、冷媒回路内に空気が混入する場合がある。

冷媒回路内に混入した空気は、冷媒回路内の冷媒と混合されることにより混合気となる。冷媒として、例えばイソブタン、プロパン又はＲ３２等の可燃性を有する冷媒が用いられている場合、冷媒と空気とが混合されると可燃性混合気となる場合がある。また、冷媒回路内に混入した空気は、冷媒回路内で蒸気又はミストとなっている潤滑油と混合されることにより混合気となる。可燃性を有する潤滑油が用いられている場合、冷媒と潤滑油とが混合されると可燃性混合気となる場合がある。

すなわち、冷媒及び潤滑油の少なくとも一方が可燃性を有している場合には、冷媒回路内に空気が混入すると、可燃性混合気が生成される場合がある。圧縮機の運転動作によって冷媒又は潤滑油が高温高圧になり、万一、可燃性混合気が着火又は発火すると、圧縮機又はヒートポンプ装置が破損してしまう可能性がある。

特許文献１には、還元鉄あるいは活性炭からなる酸素吸着剤と、酸素吸着剤を収納するケースと、冷凍サイクル内の酸素を透過し酸素吸着剤と冷凍サイクルとを仕切る透過板と、から構成される酸素吸収装置を接続した冷凍サイクルが記載されている。同文献には、冷凍サイクル内に空気が混入した場合、混入空気中の酸素が酸素吸着剤と反応して吸収されるため、防爆に対する高い信頼性が得られることが記載されている。

特開２０００−３２０９１１号公報

しかしながら、特許文献１の冷凍サイクルでは、酸素が酸素吸着剤の吸着速度を超える混入速度で冷媒回路内に混入したり、酸素吸着剤の吸着容量を超える量の酸素が冷媒回路内に混入したりした場合、冷媒回路内の可燃性混合気の増加を抑制することができない。このため、万一、可燃性混合気が着火又は発火した場合に、圧縮機又はヒートポンプ装置の破損を防止することができないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、万一、可燃性混合気が着火又は発火した場合であっても破損を防止できる圧縮機、及びその圧縮機を備えたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を駆動する電動部と、前記圧縮部及び前記電動部を収容するとともに、潤滑油を貯留する密閉容器と、前記圧縮部の吐出口を覆うように設けられたカップマフラーと、を備え、前記冷媒及び前記潤滑油の少なくとも一方は可燃性を有しており、前記カップマフラーの吐出口には温度検出部が設けられているものである。

本発明に係るヒートポンプ装置は、上記本発明に係る圧縮機を備えたものである。

本発明によれば、万一、可燃性混合気が着火又は発火した場合であっても、圧縮機又はヒートポンプ装置の破損を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機１の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機１における温度検出部１０の構成の一例を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機１における温度検出部１０の検出端４１とカップマフラー３１との位置関係の一例を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機１における温度検出部１０の検出端４１とカップマフラー３１との位置関係の一例を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機１の制御部５０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。 可燃性冷媒を含む可燃性混合気の圧力と温度との関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機１の温度検出部１０で検出される検出温度の時間変化の一例を示すグラフである。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る圧縮機、及びその圧縮機を備えたヒートポンプ装置について説明する。図１は、本実施の形態に係るヒートポンプ装置１００の概略構成を示す冷媒回路図である。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。

［ヒートポンプ装置１００］
ヒートポンプ装置１００は、空気調和装置、冷蔵庫などの冷凍装置又は給湯機などに用いられる熱源装置として利用されるものである。本実施の形態では、空気調和装置に用いられ、冷房運転と暖房運転とを切替え可能なヒートポンプ装置１００を例示している。

図１に示すように、ヒートポンプ装置１００は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１と、圧縮機１から吐出された冷媒の脈動を低減させるマフラー６と、冷媒の流路を切り替える四方弁５と、放熱器又は蒸発器として機能する第１熱交換器２（熱源側熱交換器）と、高圧の冷媒を減圧する膨張機構３と、蒸発器又は放熱器として機能する第２熱交換器４（負荷側熱交換器）と、余剰冷媒を貯留するアキュムレータ７と、を有している。また、ヒートポンプ装置１００は、圧縮機１、マフラー６、四方弁５、第１熱交換器２、膨張機構３、第２熱交換器４及びアキュムレータ７などを接続する冷媒配管９を有している。以下、冷媒配管９のうち、圧縮機１と四方弁５との間の冷媒配管を吐出冷媒配管９Ａという場合がある。また、冷媒配管９のうち、アキュムレータ７と圧縮機１との間の冷媒配管を吸入冷媒配管９Ｂという場合がある。

本実施の形態では、ヒートポンプ装置１００の冷媒流路を循環する冷媒として、可燃性の冷媒（例えば、イソブタン、プロパン、Ｒ３２など）が用いられている。また、圧縮機１の密閉容器１１内に貯留される潤滑油として、可燃性の潤滑油が用いられている。ここで、冷媒流路とは、圧縮機１、マフラー６、四方弁５、第１熱交換器２、膨張機構３、第２熱交換器４、アキュムレータ７及び冷媒配管９によって構成される冷媒回路である。

［第１熱交換器２］
第１熱交換器２は、内部を流通する冷媒と外部流体（例えば、室外空気）との間で熱交換を行わせるものである。第１熱交換器２は、暖房運転時には、外部流体から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、冷房運転時には、冷媒から吸熱して外部流体に放熱させる放熱器（例えば、凝縮器）として機能する。第１熱交換器２としては、例えば、互いに並列して設けられた複数のプレートフィンと、複数のプレートフィンを貫通して設けられた複数のチューブと、を有するプレートフィンアンドチューブ型熱交換器が用いられる。第１熱交換器２に設けられた２つの冷媒出入口のうち、一方は冷媒配管９を介して四方弁５に接続されており、他方は冷媒配管９を介して膨張機構３に接続されている。第１熱交換器２は、例えば、室外に設置される室外機に収容されている。室外機には、第１熱交換器２に室外空気を送風し、冷媒と室外空気との熱交換を促進する送風ファン（図示せず）が収容されている。

［膨張機構３］
膨張機構３は、冷媒を減圧、膨張させるものである。膨張機構３に設けられた２つの冷媒出入口のうち、一方は冷媒配管９を介して第１熱交換器２に接続されており、他方は冷媒配管９を介して第２熱交換器４に接続されている。膨張機構３としては、開度を可変に調整できる電子膨張弁などの膨張弁、又はキャピラリチューブなどの固定絞りを用いることができる。

［第２熱交換器４］
第２熱交換器４は、内部を流通する冷媒と外部流体（例えば、室内空気）との間で熱交換を行わせるものである。第２熱交換器４は、暖房運転時には、冷媒から吸熱して外部流体に放熱させる放熱器（例えば、凝縮器）として機能し、冷房運転時には、外部流体から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。第２熱交換器４は、例えば、プレートフィンアンドチューブ型熱交換器が用いられる。第２熱交換器４に設けられた２つの冷媒出入口のうち、一方は冷媒配管９を介して四方弁５に接続されており、他方は冷媒配管９を介して膨張機構３に接続されている。第２熱交換器４は、例えば、室内に設置される室内機に収容されている。室内機には、第２熱交換器４に室内空気を送風し、冷媒と室内空気との熱交換を促進するとともに空調対象空間に空調空気を供給する送風ファン（図示せず）が収容されている。

［四方弁５］
四方弁５は、圧縮機１から吐出された高圧冷媒の流路を、第１熱交換器２に向かう流路又は第２熱交換器４に向かう流路に切り替えるものである。四方弁５は、暖房運転時には、圧縮機１から吐出された高圧冷媒が第２熱交換器４に供給されるように流路が切り替えられ、冷房運転時には、圧縮機１から吐出された高圧冷媒が第１熱交換器２に供給されるように流路が切り替えられる。なお、図１では、冷房運転時の流路を示している。

［マフラー６］
マフラー６は、圧縮機１と四方弁５との間の吐出冷媒配管９Ａに設けられている。マフラー６は、圧縮機１から吐出された冷媒の脈動を低減させるものである。マフラー６は、冷媒流れ方向の上流側が圧縮機１の吐出側に接続されており、冷媒流れ方向の下流側が四方弁５に接続されている。

［アキュムレータ７］
アキュムレータ７は、四方弁５と圧縮機１との間の吸入冷媒配管９Ｂに設けられている。アキュムレータ７は、余剰冷媒を貯留する冷媒貯留機能と、蒸発器（第１熱交換器２又は第２熱交換器４）から流出した低圧冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、圧縮機１に液冷媒が吸入されるのを防止する気液分離機能と、を有している。

［圧縮機１］
図２は、本実施の形態に係る圧縮機１の概略構成を示す縦断面図である。本実施の形態では、縦置き型の圧縮機１を例示している。図２に示すように、圧縮機１は、冷媒を圧縮する圧縮部１５と、圧縮部１５を駆動する電動部１３と、圧縮部１５及び電動部１３を収容する密閉容器１１と、を有している。電動部１３と圧縮部１５との間は、回転軸１４によって接続されている。

［密閉容器１１］
密閉容器１１は、圧縮機１の外郭を構成するものである。密閉容器１１の内壁面には、圧縮部１５と、圧縮部１５の上方に配置された電動部１３の固定子１６と、が固定されている。密閉容器１１には、開口部である吐出口１１ａ及び吸入口１１ｂが形成されている。密閉容器１１の吐出口１１ａには、圧縮部１５で圧縮された高圧冷媒を密閉容器１１内から外部に吐出する吐出冷媒配管９Ａが接続されている。また、密閉容器１１の吸入口１１ｂには、圧縮部１５に低圧冷媒を供給する吸入冷媒配管９Ｂが接続されている。本例では、密閉容器１１の内部空間の圧力は吐出圧となる。

密閉容器１１の底部には、潤滑油溜め１２が形成されている。潤滑油溜め１２には、圧縮部１５における摺動摩擦を軽減する潤滑油が貯留されている。潤滑油溜め１２に貯留されている潤滑油は、冷媒と共に圧縮部１５内に吸入され、圧縮部１５内の摺動部などに供給される。

［電動部１３］
電動部１３は、密閉容器１１に対して固定された固定子１６と、固定子１６の内周側に配置された回転子１７と、を有している。固定子１６は、積層鉄心１９に複数相の巻線２１が装着された構成を有している。積層鉄心１９には、軸方向に貫通した複数の油戻し孔１８（図２では、１つの油戻し孔１８のみを示している）が形成されている。固定子１６の外周面は、密閉容器１１の内周面に固定されている。回転子１７の外周面と固定子１６の内周面とは、所定の間隙を介して対向している。回転子１７の内周側には、回転軸１４が同軸に固定されている。不図示の電源から固定子１６に電力が供給されると、回転子１７が回転する。この回転駆動力は、回転軸１４を介して圧縮部１５に伝達される。圧縮部１５では、伝達された回転駆動力によって冷媒が圧縮される。

［圧縮部１５］
圧縮部１５は、密閉容器１１内に吸入された冷媒を圧縮するものである。圧縮部１５としては、種々の圧縮機構（例えば、ロータリー式、スクロール式、ベーン式など）を採用することができる。ここでは、ロータリー式の圧縮機構を例に挙げて説明する。

圧縮部１５は、中空のシリンダ２４と、シリンダ２４内の空間に配置されたローラ２６と、ローラ２６の外周面に当接してシリンダ２４内の空間を圧縮室と吸入室とに区分するベーン２７と、回転軸１４を回転自在に支持する上軸受部２８及び下軸受部２９と、を有している。

回転軸１４の上端側は、電動部１３の回転子１７に接続されている。回転軸１４の下端側は、圧縮部１５の上軸受部２８及び下軸受部２９に回転自在に支持されている。回転軸１４は、鉛直方向に平行な軸を中心として回転する。回転軸１４には、当該回転軸１４の中心軸からずれた位置に中心軸を有する偏心部２５が設けられている。偏心部２５は、シリンダ２４内の空間に位置している。回転軸１４が回転すると、偏心部２５はシリンダ２４内の空間で偏心回転する。

ローラ２６はリング状の部材である。ローラ２６の内周側には、回転軸１４の偏心部２５が摺動自在に嵌入している。ローラ２６は、偏心部２５の偏心回転により、シリンダ２４の内周面に沿って偏心回転する。

ベーン２７は、シリンダ２４の径方向に沿って形成されたベーン溝（図示せず）内に摺動自在に収容されている。ベーン２７は、ローラ２６の偏心回転に追従してベーン溝内を往復運動する。

上軸受部２８は、シリンダ２４内の空間の上端部（電動部１３側の端部）を閉塞する端板を兼ねている。下軸受部２９は、シリンダ２４内の空間の下端部（潤滑油溜め１２側の端部）を閉塞する端板を兼ねている。

シリンダ２４、ローラ２６及びベーン２７等により、冷媒が圧縮される空間である圧縮室が形成される。ローラ２６の偏心回転に伴って、圧縮室の容積は小さくなっていく。これにより、圧縮室に供給された冷媒が圧縮されるようになっている。

上軸受部２８には、圧縮部１５の吐出口１５ａが形成されている。吐出口１５ａには、圧縮室内の圧力が予め設定された圧力以上となった場合に開く吐出弁３０が設けられている。

上軸受部２８の上面には、圧縮部１５の吐出口１５ａ及び吐出弁３０を覆うようにカップマフラー３１が設けられている。カップマフラー３１は、導電性材料を用いて略円形のカップ状に形成されている。カップマフラー３１の内部（すなわち、カップマフラー３１と上軸受部２８との間）には、吐出口１５ａから吐出された冷媒の脈動を低減させるマフラー室が形成されている。カップマフラー３１内のマフラー室は、カップマフラー３１に形成された吐出口３１ａを介して密閉容器１１の内部空間と連通している。カップマフラー３１の吐出口３１ａには、後述する温度検出部１０が設けられている。温度検出部１０は、密閉容器１１内であって電動部１３よりも下方かつ圧縮部１５よりも上方に設けられている。

吸入冷媒配管９Ｂを介して圧縮部１５に供給された低圧冷媒は、圧縮部１５の圧縮室で圧縮される。圧縮室で圧縮された高圧冷媒は、吐出口１５ａからカップマフラー３１内のマフラー室に一旦吐出され、その後、カップマフラー３１の吐出口３１ａから密閉容器１１の内部空間に吐出される。密閉容器１１の内部空間に吐出された高圧冷媒は、固定子１６と回転子１７との間の間隙等を通って電動部１３よりも上部の空間に供給され、密閉容器１１の吐出口１１ａに接続された吐出冷媒配管９Ａを介して圧縮機１の外部に吐出される。

［温度検出部１０］
温度検出部１０は、カップマフラー３１の吐出口３１ａにおける温度（例えば、吐出口３１ａから吐出される高圧冷媒の温度）を検出するものである。また、温度検出部１０は、後述する火炎の発熱による温度上昇を検出することも可能である。温度検出部１０としては、例えば、起電力を検出する熱電対や、電気抵抗を検出する測温抵抗体などが用いられる。熱電対は、２種類の異なる金属線の両端を接続して閉回路を作ったものである。両端に温度差が生じると、ゼーベック効果により金属固有の熱起電力が発生し、閉回路中に電流が流れる。２種類の金属線の組合せにより、様々な種類の熱電対がある。２種類の金属線の周囲を絶縁材と保護管とで覆ったシース型熱電対は、取扱いが容易である。測温抵抗体は、金属の電気抵抗が温度によって変化する特性を利用したものである。測温抵抗体にも、抵抗素子の周囲を絶縁材と保護管とで覆ったシース型のものがある。

図３は、本実施の形態に係る圧縮機１における温度検出部１０の構成の一例を示す側面図である。図３では、熱電対又は測温抵抗体を用いた温度検出部１０を例示している。図３に示すように、温度検出部１０は、円柱棒状の形状を有する検出端４１と、検出端４１よりも大きい外径を有し検出端４１を貫通させた取付部４２と、を有している。検出端４１は、例えば、保護管、絶縁材及び検出素子（熱電対又は測温抵抗体）を備えている。取付部４２は、密閉容器１１の胴部に形成された貫通孔に挿入され、溶接等によって密閉容器１１に気密に接合される。

図４は、本実施の形態に係る圧縮機１における温度検出部１０の検出端４１とカップマフラー３１との位置関係の一例を示す上面図である。図５は、本実施の形態に係る圧縮機１における温度検出部１０の検出端４１とカップマフラー３１との位置関係の一例を示す側面図である。図４及び図５に示すように、温度検出部１０の検出端４１は、カップマフラー３１の吐出口３１ａに配置されている。より正確には、検出端４１の少なくとも一部は、カップマフラー３１内に形成されるマフラー室の外側であって、カップマフラー３１の吐出口３１ａの直上に配置されている。

なお、本例では、熱電対又は測温抵抗体を用いた温度検出部１０を例示しているが、これらに限定されるものではない。温度検出部１０には、赤外線を検出する放射温度センサ等を用いることもできる。また、本例では、シース型熱電対を用いた温度検出部１０を例示しているが、２種類の金属素線を検出端４１としてそのまま用いることもできる。また、本例では、温度検出部１０の検出端４１が円柱棒状の形状を有しているが、検出端４１の形状は平板棒状など他の形状であってもよい。

［制御部５０］
図１に戻り、温度検出部１０は、配線５１を介して制御部５０に接続されている。制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御部５０は、温度検出部１０の起電力や電気抵抗から検出温度の情報を取得するものである。本例の制御部５０は、圧縮機１及びそれを含むヒートポンプ装置１００の動作を制御する制御装置を兼ねている。

図６は、本実施の形態に係る圧縮機１の制御部５０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。図６に示す処理は、例えば圧縮機１の運転期間中に所定の時間間隔で繰り返して実行される。図６のステップＳ１では、温度検出部１０の起電力や電気抵抗に基づき、温度検出部１０での検出温度の情報を取得する。次に、ステップＳ２では、取得した検出温度が予め設定された設定値（後述）よりも高いか否かを判定する。検出温度が設定値よりも高いと判定した場合にはステップＳ３に進み、検出温度が設定値以下であると判定した場合には処理を終了する。

ステップＳ３では、圧縮機１の電動部１３を停止させる処理を行う。この処理により、圧縮機１が停止する。その後、電動部１３の再作動を禁止する処理を行ってもよい（ステップＳ４）。この処理により、停止した圧縮機１の再作動が禁止される。

［ヒートポンプ装置１００の動作］
以上のように構成されたヒートポンプ装置１００の冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時には、図１に示した冷媒流路が形成されるように四方弁５が切り替えられる。圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、吐出冷媒配管９Ａに吐出され、マフラー６及び四方弁５を経て第１熱交換器２に流入する。冷房運転時には、第１熱交換器２は凝縮器として機能する。すなわち、第１熱交換器２では、内部を流通する冷媒と送風ファンにより送風される室外空気との熱交換が行われ、冷媒の凝縮熱が室外空気に放熱される。これにより、第１熱交換器２に流入した冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、膨張機構３に流入し、減圧されて低圧の二相冷媒となる。

膨張機構３で減圧された低圧の二相冷媒は、第２熱交換器４に流入する。冷房運転時には、第２熱交換器４は蒸発器として機能する。すなわち、第２熱交換器４では、内部を流通する冷媒と、送風ファンにより送風される室内空気との熱交換が行われ、冷媒の蒸発熱が室内空気から吸熱される。これにより、第２熱交換器４に流入した冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒又は二相冷媒となる。また、送風ファンにより送風される空気は、冷媒の吸熱作用によって冷却される。第２熱交換器４から流出した低圧のガス冷媒又は二相冷媒は、四方弁５を経てアキュムレータ７に流入し、アキュムレータ７で気液分離される。アキュムレータ７内のガス冷媒は、吸入冷媒配管９Ｂを介して圧縮機１に吸入され、再度圧縮される。冷房運転では、以上のサイクルが連続的に繰り返される。これにより、第２熱交換器４で生成される冷熱を用いて空調対象空間が冷房される。

圧縮機１の運転中には、冷媒回路内の圧力は、膨張機構３の出口から圧縮機１の吸入口１１ｂまでの間で大気圧よりも低い負圧となる。したがって、膨張機構３の出口から圧縮機１の吸入口１１ｂまでの冷媒配管に腐食又は溶接不良などによって穴が空いた場合、冷媒回路内に空気が混入することがある。また、ヒートポンプ装置１００の組立て不良（例えば、冷媒配管９と第２熱交換器４との接続位置の設計位置からのずれ）、又はヒートポンプ装置１００の設置作業時や撤去作業時の衝撃などの人為的な原因によっても、冷媒回路内に空気が混入する場合がある。

本実施の形態では、冷媒が可燃性を有している。このため、冷媒回路内に混入した空気が冷媒と混合されると、冷媒の濃度によっては可燃性混合気となる場合がある。例えば、イソブタンの可燃範囲は、大気圧下で１．８ｖｏｌ％〜８．４ｖｏｌ％である。プロパンの可燃範囲は、大気圧下で２．１ｖｏｌ％〜９．５ｖｏｌ％である。Ｒ３２の可燃範囲は、大気圧下で１３．３ｖｏｌ％〜２９．３ｖｏｌ％である。

また、本実施の形態では、潤滑油も可燃性を有している。このため、冷媒回路内に混入した空気が潤滑油の蒸気又はミストと混合されると、可燃性混合気となる場合がある。

図７は、可燃性冷媒を含む可燃性混合気の圧力と温度との関係を示す説明図である。図７の横軸は圧力を表しており、縦軸は温度を表している。また、図７の横軸は、通常運転範囲から圧力が上昇した場合における時間経過も表している。曲線Ａは、圧縮機１内の可燃性混合気の圧力及び温度の変化を示しており、曲線Ｂは、可燃性冷媒の自己発火温度の変化を示している。イソブタンの自己発火温度は、大気圧下で４３２℃〜４７０℃である。プロパンの自己発火温度は、大気圧下で４３０℃〜４６０℃である。Ｒ３２の自己発火温度は、大気圧下で６４８℃である。一般に、冷媒の自己発火温度は、圧力が高くなるほど低くなる。

可燃性冷媒を含む混合気が可燃範囲の濃度になり、かつ、圧縮機１の運転により圧縮機１内の圧力及び温度が上昇し（図７の曲線Ａ）、可燃性冷媒の自己発火温度（図７の曲線Ｂ）に達すると、圧縮機１内の可燃性混合気が自己発火する。

潤滑油の自己発火温度は一般的に公表されていないが、ある潤滑油の自己発火温度について調べたところ、潤滑油のミストが約４００℃で自己発火した。潤滑油の種類によって自己発火温度は異なるが、潤滑油は冷媒よりも低い温度で自己発火する場合があることがわかった。したがって、例えば、ヒートポンプ装置１００にこの潤滑油とイソブタンを有する可燃性冷媒とが用いられている場合には、自己発火温度が相対的に低い潤滑油が先に自己発火する可能性がある。

圧縮機１の運転中に火炎が最初に形成される空間は、カップマフラー３１の吐出口３１ａである。密閉容器１１内において圧縮部１５の固定位置よりも上側であって電動部１３の固定位置よりも下側となる空間は高圧になり、カップマフラー３１の吐出口３１ａは最も高温となる。したがって、カップマフラー３１の吐出口３１ａにおける可燃性混合気が密閉容器１１内で最も最初に自己発火温度に達するため、火炎が最初に形成されるのは吐出口３１ａとなる。すなわち、本実施の形態の構成では、火炎が最初に形成される空間に温度検出部１０が配置されている。

図８は、本実施の形態に係る圧縮機１の温度検出部１０で検出される検出温度の時間変化の一例を示すグラフである。グラフの横軸は、火炎が形成された時刻を０秒とした場合の時間経過［ｓｅｃ］を表している。縦軸は温度［℃］を表している。温度検出部１０には、外径１ｍｍのシース型Ｋ（クロメル−アルメル）熱電対を用いた。

図８に示すように、圧縮機１の通常動作中には、温度検出部１０で検出される温度は、冷媒の種類によっても異なるが最高でも８０℃〜１２０℃程度となる。これに対して、火炎の温度は一般的に１０００℃以上であり、熱損失がない場合などの断熱火炎温度は２０００℃以上である。このため、可燃性混合気が発火して温度検出部１０の近傍に火炎が形成された場合には、温度検出部１０では通常動作中と比較して極めて高い温度が検出される。火炎の熱の全てが瞬時に温度検出部１０に伝わるわけではないため、実際の火炎温度と温度検出部１０で検出される温度との間には違いがある。しかしながら、温度検出部１０では、火炎が形成された直後に、通常動作中の温度と比較して極めて高い５００℃程度の温度が検出される。

本実施の形態の制御部５０は、火炎形成による高温が温度検出部１０で検出された場合には、圧縮機１の駆動を停止する。すなわち、図８に示したような温度変化が生じる場合、図６のステップＳ２で閾値として用いられる設定値が例えば１５０℃に設定されていると、通常動作中の圧縮機１の誤停止を回避でき、かつ火炎の形成を確実に検知できる。

図６のステップＳ４で説明したように、制御部５０は、火炎形成を検知して圧縮機１を停止させた場合には、圧縮機１の再作動を禁止するようにしてもよい。火炎が一旦生じた場合には、圧縮機１の内部部品が高温にさらされたり、火炎によるススなどの炭化物が内部部品に付着したりするためである。この場合、ヒートポンプ装置１００を再び運転させる際には、例えば圧縮機１の交換が行われる。

上記の例では、温度検出部１０として外径１ｍｍのシース型Ｋ熱電対が用いられている。しかしながら、火炎形成は瞬時の現象であるため、火炎形成をより確実に検出するためには、温度検出部１０の検出端４１の外径をより小さくして熱容量を低減することが望ましい。また、検出端４１の熱容量を低減するために、保護管のない裸線の細線式熱電対を用いることもできる。裸線の細線式熱電対を用いる場合、金属線の耐熱性を向上させる必要があるため、より高温まで検出可能な白金系のＲ（白金ロジウム合金−白金：ロジウム１３％）熱電対、又はＳ（白金ロジウム合金−白金：ロジウム１０％）熱電対などを用いることが望ましい。

温度検出部１０には、温度ヒューズを使用することもできる。温度ヒューズは、通常時には電気回路（例えば、圧縮機１を駆動する電気回路、又は火炎形成を検知する電気回路）の一部を構成する導体として働き、高温になった場合には素子が溶けて電気回路を遮断するものである。温度ヒューズの動作温度は７０℃〜２４０℃など様々なものがある。上述の通常動作中の最高温度８０℃〜１２０℃程度と比較して高い温度で動作する温度ヒューズを使用すると、通常動作中の圧縮機１の誤停止を回避できる。また、温度検出部１０として温度ヒューズを使用した場合、火炎形成により温度ヒューズが動作した後には、温度ヒューズを交換しない限り（例えば、圧縮機１自体を交換しない限り）、圧縮機１を再作動させることができない構成となる。

以上説明したように、本実施の形態に係る圧縮機１は、冷媒を圧縮する圧縮部１５と、圧縮部１５を駆動する電動部１３と、圧縮部１５及び電動部１３を収容するとともに、潤滑油を貯留する密閉容器１１と、圧縮部１５の吐出口１５ａを覆うように設けられたカップマフラー３１と、を備え、冷媒及び潤滑油の少なくとも一方は可燃性を有しており、カップマフラー３１の吐出口３１ａには温度検出部１０が設けられているものである。

従来の構成では、万一、密閉容器１１内で可燃性混合気が着火又は発火した場合、密閉容器１１内で最も高圧となるカップマフラー３１の吐出口３１ａには、火炎が繰り返し形成され、図８に示したような温度変化が繰り返されるおそれがある。そのように火炎が繰り返し形成される状態で圧縮機１の運転を継続すると、カップマフラー３１の吐出口３１ａだけでなく、密閉容器１１内の全体の温度が自己発火温度に達し、密閉容器１１内の全体に火炎が広がってしまう可能性がある。密閉容器１１内で火炎が拡大してしまうと、密閉容器１１内の圧力が高圧となるため、密閉容器１１の耐圧性によっては圧縮機１が破損してしまうおそれがあった。

これに対し、本実施の形態によれば、万一、密閉容器１１内で可燃性混合気が着火又は発火して火炎が形成された場合であっても、カップマフラー３１の吐出口３１ａに最初に形成される火炎を検知することができる。このため、密閉容器１１内で最初に火炎が形成された直後に、例えば圧縮機１（電動部１３）を停止させることにより、密閉容器１１内の圧力及び温度を低下させることができる。これにより、密閉容器１１内の最初の火炎が圧縮機１の全体やヒートポンプ装置１００の冷媒回路内に伝播するのを防止することができる。したがって、本実施の形態によれば、圧縮機１及びヒートポンプ装置１００が破損してしまうのを防止することができる。

また、本実施の形態に係る圧縮機１において、温度検出部１０で検出された検出温度の情報を取得する制御部５０をさらに備えており、制御部５０は、検出温度が予め設定された設定値よりも高い場合に電動部１３を停止させるように構成されていてもよい。この構成によれば、密閉容器１１内で最初に火炎が形成された直後に、圧縮機１を確実に停止させることができる。

また、本実施の形態に係る圧縮機１において、制御部５０は、電動部１３を停止させた場合に電動部１３の再作動を禁止するように構成されていてもよい。この構成によれば、圧縮機１の内部部品が高温にさらされたり、内部部品に火炎によるススなどの炭化物が付着したりした状態で圧縮機１を作動させてしまうのを防止することができる。

また、本実施の形態に係る圧縮機１において、温度検出部１０は、シース型熱電対を有していてもよい。

また、本実施の形態に係る圧縮機１において、温度検出部１０は、裸線の熱電対（例えば、細線式熱電対）を有していてもよい。

また、本実施の形態に係る圧縮機１において、熱電対は、白金系のＲ熱電対又はＳ熱電対であってもよい。

また、本実施の形態に係る圧縮機１において、温度検出部１０は、温度ヒューズ（例えば、圧縮機１を駆動する電気回路の一部を構成する温度ヒューズ）を有していてもよい。この構成によれば、密閉容器１１内で最初に火炎が形成された直後に、圧縮機１を確実に停止させることができる。また、この構成によれば、温度ヒューズ（例えば、圧縮機１自体）を交換しない限り圧縮機１を再作動させることができない。このため、内部部品が高温にさらされたり、内部部品に火炎によるススなどの炭化物が付着したりした状態で、例えば使用者が圧縮機１を作動させてしまうのを防止することができる。

また、本実施の形態に係る圧縮機１において、冷媒は組成として、イソブタン、プロパン及びＲ３２のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。

また、本実施の形態に係るヒートポンプ装置１００は、上記の圧縮機１を備えたものである。この構成によれば、ヒートポンプ装置１００が破損してしまうのを防止することができる。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、冷媒及び潤滑油の双方が可燃性を有する構成を例に挙げたが、本発明は、冷媒又は潤滑油の少なくとも一方が可燃性を有する構成に適用可能である。

また、上記実施の形態では縦置き型の圧縮機を例に挙げたが、本発明は横置き型の圧縮機にも適用可能である。

また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１ 圧縮機、２ 第１熱交換器、３ 膨張機構、４ 第２熱交換器、５ 四方弁、６ マフラー、７ アキュムレータ、９ 冷媒配管、９Ａ 吐出冷媒配管、９Ｂ 吸入冷媒配管、１０ 温度検出部、１１ 密閉容器、１１ａ 吐出口、１１ｂ 吸入口、１２ 潤滑油溜め、１３ 電動部、１４ 回転軸、１５ 圧縮部、１５ａ 吐出口、１６ 固定子、１７ 回転子、１８ 油戻し孔、１９ 積層鉄心、２１ 巻線、２４ シリンダ、２５ 偏心部、２６ ローラ、２７ ベーン、２８ 上軸受部、２９ 下軸受部、３０ 吐出弁、３１ カップマフラー、３１ａ 吐出口、４１ 検出端、４２ 取付部、５０ 制御部、５１ 配線、１００ ヒートポンプ装置。

Claims (9)

1. 冷媒を圧縮する圧縮部と、
   前記圧縮部を駆動する電動部と、
   前記圧縮部及び前記電動部を収容するとともに、潤滑油を貯留する密閉容器と、
   前記圧縮部の吐出口を覆うように設けられたカップマフラーと、
   を備え、
   前記冷媒及び前記潤滑油の少なくとも一方は可燃性を有しており、
   前記カップマフラーの吐出口には温度検出部が設けられている圧縮機。
2. 前記温度検出部で検出された検出温度の情報を取得する制御部をさらに備えており、
   前記制御部は、前記検出温度が予め設定された設定値よりも高い場合に前記電動部を停止させるように構成されている請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記制御部は、前記電動部を停止させた場合に前記電動部の再作動を禁止するように構成されている請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記温度検出部は、シース型熱電対を有している請求項２又は請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記温度検出部は、裸線の熱電対を有している請求項２又は請求項３に記載の圧縮機。
6. 前記熱電対は、Ｒ熱電対又はＳ熱電対である請求項５に記載の圧縮機。
7. 前記温度検出部は、温度ヒューズを有している請求項１に記載の圧縮機。
8. 前記冷媒は組成として、イソブタン、プロパン及びＲ３２のうちの少なくとも１つを含む請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の圧縮機。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の圧縮機を備えたヒートポンプ装置。

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