(57)【要約】【課題】冷媒流路内に空気が混入した場合においても可燃性混合気の着火又は発火を防止し、破損することのない圧縮機、及びその圧縮機を備えたヒートポンプ装置を得ることを目的としている。【解決手段】圧縮部と、圧縮部を駆動する電動部と、圧縮部及び電動部とを収納する密閉容器と、を備えた圧縮機であって、密閉容器内には、圧縮部の吐出側に高圧領域が形成され、高圧領域には、火炎を検出する火炎検出装置が設置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮部と、該圧縮部を駆動する電動部と、前記圧縮部及び前記電動部とを収納する密閉容器と、を備えた圧縮機であって、
前記密閉容器内には、前記圧縮部の吐出側に高圧領域が形成され、
前記高圧領域には、火炎を検出する火炎検出装置が設置されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記火炎検出装置は、火炎を検出した時に、前記電動部を停止させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記火炎検出装置は、一対の電極部を有し、
前記電極部は、前記圧縮部の吐出口に対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記電極部の間に電圧を印加し該電極部の間に流れる電流値を測定することで火炎を検出することを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記一対の電極部の一方は、前記圧縮部の吐出口を覆うように設置された導電性のカップマフラーであることを特徴とする請求項３または４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記一対の電極部の他方は、前記カップマフラーの吐出口に対向する位置に配置されることを特徴とする請求項５に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記カップマフラーは、マイナス極として作用し、
前記一対の電極部の他方は、プラス極として作用することを特徴とする請求項５または６に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記火炎検出装置は、前記電流値が上限値を有する規定範囲内の値を示した時に火炎が発生したと判定することを特徴とする請求項４、請求項４に従属する請求項５または６のいずれか１項に記載の圧縮機。
【請求項９】
前記圧縮部には、作動流体として冷媒と潤滑油とが流入し、
前記冷媒と前記潤滑油との少なくとも一方は可燃性であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧縮機。
【請求項１０】
前記冷媒は組成として、イソブタン、プロパン、Ｒ３２のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の圧縮機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器と、を冷媒流路で接続したことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項１２】
少なくとも圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器と、を冷媒流路で接続したヒートポンプ装置であって、
前記冷媒流路のうち前記圧縮機から前記膨張機構までの高圧領域には、火炎を検出する火炎検出装置が設置されていることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項１３】
前記火炎検出装置は、火炎を検出した時に、前記圧縮機を停止させることを特徴とする請求項１２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１４】
前記火炎検出装置は、一対の電極部を有していることを特徴とする請求項１２または１３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１５】
前記電極部の間に電圧を印加し該電極部の間に流れる電流値を測定することで火炎を検出することを特徴とする請求項１４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１６】
前記火炎検出装置は、前記電流値が上限値を有する規定範囲内の値を示した時に火炎が発生したと判定することを特徴とする請求項１５に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１７】
前記冷媒流路には、作動流体として冷媒と潤滑油とが流通し、
前記冷媒と前記潤滑油との少なくとも一方は可燃性であることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１８】
前記冷媒は組成として、イソブタン、プロパン、Ｒ３２のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１７に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、火炎検出装置を有する圧縮機、及びその圧縮機を備えたヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調装置や、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を有し、これらを冷媒配管で接続して構成されている。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を駆動すると、圧縮機で冷媒が圧縮された後に吐出され、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。
すると、圧縮機の運転中においてヒートポンプ装置の冷媒回路の圧力は、圧縮機の吐出口から膨張機構の入口までの圧力は大気圧より高い正圧になり、膨張機構の出口から圧縮機の吸入口までの圧力は大気圧より低い負圧となる。
【０００３】
したがって、ヒートポンプ装置の膨張機構の出口から圧縮機の吸入口までの冷媒の流路となる冷媒配管に腐食、溶接不良などによって穴が空いた場合、ヒートポンプ装置の冷凍サイクルを構成する冷媒回路内に空気が混入する場合がある。
また、たとえばヒートポンプ装置の組み立て不良、または、ヒートポンプ装置の設置や撤去等の作業時の衝撃などに起因する人為的な原因によっても、ヒートポンプ装置の冷凍サイクルを構成する冷媒回路内に空気が混入する場合がある。
【０００４】
このように、ヒートポンプ装置の冷媒回路内に混入した空気は、ヒートポンプ装置の冷媒と混合し、可燃性混合気を形成する。または、ヒートポンプ装置の冷媒回路内に混入した空気は、蒸気、ミストなどになっている潤滑油と混合し、可燃性混合気を形成する。
ここで、冷媒として、たとえばイソブタン、プロパン、Ｒ３２などといった可燃性の冷媒が採用されていたり、潤滑油として可燃性のものが採用されている場合には、可燃性混合気が着火又は発火し、ヒートポンプ装置全体に火災伝播する可能性がある。
【０００５】
すなわち、冷媒及び圧縮機内に貯留された潤滑油のうちの少なくとも一方に可燃性のものが採用されている場合には、圧縮機の運転動作により、冷媒、潤滑油が高圧高温となって、可燃性混合気が着火又は発火し、ヒートポンプ装置全体に火炎伝播したり、ヒートポンプ装置が破損したりする可能性がある。
【０００６】
そこで、従来のヒートポンプ装置には、このような不具合を抑制するため、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を仕切る透過板と、を冷媒回路内に設けたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のヒートポンプ装置は、酸素吸着剤を収納するケースを冷媒回路に設けることで、冷媒と共に冷媒回路内を循環する空気に含まれる酸素を、吸着除去するように構成したものである。
【０００７】
さらに、冷凍サイクルから漏れた可燃性冷媒をガスセンサにより確実に検知し、冷凍サイクル外部での爆発を防止する空気調和機が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載の空気調和機は、冷凍サイクル部を配設した底面または側壁にガスセンサを設けることで、冷凍サイクル外部に漏れた可燃性冷媒を検知するように構成したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３２０９１１号公報（要約、図１）
【特許文献２】特開平８−６１７０２号公報（要約、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の酸素吸着剤は、吸着速度以上、あるいは吸着容量以上の酸素が冷媒回路内に混入すると、冷媒回路内の可燃性混合気の増大を抑制することができなくなる。このため、冷媒回路内に除去できなくなった空気が増大し、冷媒、または潤滑油が発火してヒートポンプ装置が破損などしてしまう可能性があった。
また、特許文献２に記載のガスセンサは、冷凍サイクルの外部に漏れた可燃性冷媒を検知するため、圧縮機内部の可燃性混合気の形成は検知することができない。すなわち、圧縮機内部の可燃性混合気の着火又は発火を検知することはできず、冷媒回路内の冷媒、または潤滑油が発火してヒートポンプ装置が破損してしまう可能性があった。
【００１０】
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、冷媒及び潤滑油のうちの少なくとも一方に可燃性のものを用いる圧縮機において、腐食や溶接不良等、あるいは人為的な誤操作等によって、万が一、冷媒流路内に空気が混入した場合においても可燃性混合気の着火又は発火を防止し、破損することのない圧縮機、及びその圧縮機を備えたヒートポンプ装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る圧縮機は、圧縮部と、圧縮部を駆動する電動部と、圧縮部及び電動部とを収納する密閉容器と、を備えた圧縮機であって、密閉容器内には、圧縮部の吐出側に高圧領域が形成され、高圧領域には、火炎を検出する火炎検出装置が設置されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る圧縮機によれば、冷媒流路内に空気が混入し、空気と可燃性の冷媒や潤滑油とによって可燃性混合気が形成され、圧縮機の運転動作により冷媒が高圧高温になる場合に、圧縮機の高圧高温領域に設けられた火炎検出装置により、可燃性混合気の初期燃焼を検知することができるので、圧縮機内部や冷媒流路内が火炎伝播により破損してしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る圧縮機を備えたヒートポンプ装置の構成図である。
【図２】実施の形態１に係る圧縮機の縦断面図である。
【図３】実施の形態１に係る圧縮機の火炎検出装置の電極部を示す構成図である。
【図４】実施の形態１に係るヒートポンプ装置の圧力上昇と自己発火温度との関係を示した説明図である。
【図５】実施の形態２に係る圧縮機の縦断面図である。
【図６】実施の形態２に係る圧縮機の火炎検出装置の電極部を示す構成図である。
【図７】実施の形態２に係る圧縮機の火炎検出装置の一例を示す平面図である。
【図８】実施の形態２に係る圧縮機の火炎検出装置の一例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る圧縮機を備えたヒートポンプ装置の構成図である。
図２は、実施の形態１に係る圧縮機の縦断面図である。
図３は、実施の形態１に係る圧縮機の火炎検出装置の電極部を示す構成図である。
図１を用いて実施の形態１に係る圧縮機１を備えたヒートポンプ装置１００の構成について説明する。
【００１５】
［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、給湯機等の熱源装置として利用されるものである。本実施の形態１では、ヒートポンプ装置１００が空気調和装置に利用されている場合を例として説明する。
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、凝縮器又は蒸発器として機能する第１熱交換器２と、高圧の冷媒を減圧する膨張弁３と、蒸発器又は凝縮器として機能する第２熱交換器４と、冷媒の流路を切り替える四方弁５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、余剰冷媒を貯留することができるアキュムレータ７とを有している。
【００１６】
また、ヒートポンプ装置１００は、圧縮機１、第１熱交換器２、膨張弁３、第２熱交換器４、四方弁５、マフラー６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。冷媒配管９のうち、圧縮機１と四方弁５とを接続するものを吐出冷媒配管９Ａと称し、冷媒配管９のうち、アキュムレータ７と圧縮機１とを接続するものを吸入冷媒配管９Ｂと称する。
【００１７】
なお、本実施の形態１では、ヒートポンプ装置１００の冷媒流路を循環する冷媒には、可燃性の冷媒（たとえば、イソブタン、プロパン、Ｒ３２など）が採用されるとともに、潤滑油も可燃性の潤滑油が採用されている。
ここで、冷媒流路とは、圧縮機１、第１熱交換器２、膨張弁３、第２熱交換器４、四方弁５、マフラー６、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。
【００１８】
［第１熱交換器２］
第１熱交換器２は、一方が四方弁５に接続され、他方が膨張弁３に接続され、第１熱交換器２に供給される冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。ヒートポンプ装置１００が暖房運転を実施しているときには、第１熱交換器２が蒸発器として機能し、ヒートポンプ装置１００が冷房運転を実施しているときには、凝縮器（放熱器）として機能する。
【００１９】
第１熱交換器２は、たとえば、複数並行に設けられたフィンと、このフィンに接続される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で構成するとよい。また、第１熱交換器２には、図示を省略しているが、第１熱交換器２に供給される冷媒と空気との熱交換を促進する送風ファンが付設される。
【００２０】
［膨張弁３］
膨張弁３は、冷媒を減圧、膨張させるものであり、一方が第１熱交換器２に接続され、他方が第２熱交換器４に接続されているものである。なお、膨張弁３は、たとえば開度が可変である電子膨張弁、キャピラリーチューブなどで構成するとよい。
【００２１】
［第２熱交換器４］
第２熱交換器４は、一方が四方弁５に接続され、他方が膨張弁３に接続され、第２熱交換器４に供給される冷媒と、空気との間で熱交換を行わせるものである。ヒートポンプ装置１００が暖房運転を実施しているときには、第２熱交換器４が凝縮器として機能し、ヒートポンプ装置１００が冷房運転を実施しているときには、蒸発器として機能する。
【００２２】
第２熱交換器４も、第１熱交換器２と同様に、たとえば、複数並行に設けられたフィンと、このフィンに接続される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で構成するとよい。また、第２熱交換器４には、図示を省略しているが、第１熱交換器２に供給される冷媒と空気との熱交換を促進し、空調対象空間に空気を供給する送風ファンが付設される。
【００２３】
［四方弁５］
四方弁５は、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を、第１熱交換器２に冷媒が流入する流路、あるいは、第２熱交換器４に冷媒が流入する流路に切り替えるものである。例えば、ヒートポンプ装置１００が暖房運転を実施する場合には、四方弁５が、圧縮機１から吐出された冷媒を第２熱交換器４に供給するように切り替えられる。
【００２４】
［マフラー６］
マフラー６は、吐出冷媒配管９Ａに設けられており、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。
【００２５】
［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との間の冷媒配管９に接続されており、蒸発器として機能する第１熱交換器２、または第２熱交換器４から流出した冷媒を液状冷媒と蒸気状冷媒とに分離し、圧縮機１に液状冷媒が吸入されることを抑制するものである。
【００２６】
次に、図２を用いて実施の形態１に係る圧縮機１の構成について説明する。
［圧縮機１］
圧縮機１は、底部に潤滑油を貯留し、冷媒を圧縮する機構などが搭載される密閉容器１１と、密閉容器１１に収納され、冷媒を圧縮する圧縮要素１５と、密閉容器１１に収容され、圧縮要素１５を駆動する電動要素１３と、電動要素１３と圧縮要素１５とを接続する回転軸１４と、密閉容器１１内であって上下位置が電動要素１３と圧縮要素１５との間に設けられている火炎検出装置８とを備えている。
【００２７】
［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内には、密閉容器１１の内壁と当接して圧縮要素１５が固定され、この圧縮要素１５の上部に密閉容器１１の内壁と当接して電動要素１３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。そして、密閉容器１１の吐出口１１ａの形成位置に、圧縮要素１５で圧縮された冷媒を密閉容器１１内から吐出する吐出冷媒配管９Ａが接続され、密閉容器１１の吸入口１１ｂの形成位置に、密閉容器１１内に冷媒を供給する吸入冷媒配管９Ｂが接続されている。
密閉容器１１の底部には、潤滑油溜１２が形成され、圧縮要素１５における摺動摩擦を軽減することができる潤滑油が貯留される。なお、潤滑油溜１２に貯留された潤滑油は、冷媒と共に圧縮要素１５内に吸入され、圧縮要素１５の摺動部などに供給される。
【００２８】
［電動要素１３］
電動要素１３は、回転軸１４が固定され自身の回転を回転軸１４に伝達する回転子１７と、積層鉄心に複数相の巻線２１を装着して構成される固定子１６とを有している。
そして、電動要素１３は、回転子１７が回転軸１４に接続されており、回転軸１４を介して圧縮要素１５を駆動することができるようになっている。つまり、図示省略の電源から固定子１６に電力が供給されることによって、回転子１７が回転し、この駆動力を回転軸１４を介して圧縮要素１５に伝達することができるものである。これにより、圧縮要素１５が駆動して冷媒を圧縮することができる。
【００２９】
回転子１７は、回転子１７の内周に回転軸１４が接続されているものである。また、回転子１７は、回転子１７の外周面と、固定子１６の内側面との間に予め設定された対向間隔が形成された状態で、回転軸１４に支持されている。
固定子１６は、回転子１７を回転させるものであり、たとえば、複数の油戻し孔１８が形成された鉄心１９、及び複数相の巻線２１などを有するものである。固定子１６は、その外周面が密閉容器１１の壁部（内周面）に固定されて設けられている。
なお、上記のように固定子１６と回転子１７との間には、予め設定された間隔が形成されているため、カップマフラー３１から放出された高温、高圧の冷媒は、この間隔などを介して密閉容器１１内の吐出冷媒配管９Ａが接続されている側の空間に供給される。
【００３０】
［圧縮要素１５］
圧縮要素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り、種々の機構（たとえば、ロータリー式、スクロール式、ベーン式など）のものを採用することができる。ここでは、ロータリー式を例に説明する。
圧縮要素１５は、後述のローラ２６が設置されるシリンダ２４と、回転軸１４に接続され、シリンダ２４内に回転自在に設けられているローラ２６と、このローラ２６に接してシリンダ２４内を分けるベーン２７と、シリンダ２４の開口を閉塞すると共に回転軸１４を回転自在に支持する上軸受部２８及び下軸受部２９と、上軸受部２８に取り付けられるカップマフラー３１とを有している。
【００３１】
シリンダ２４は、上下にそれぞれ開口部が形成されており、上軸受部２８及び下軸受部２９によって閉塞されている。すなわち、シリンダ２４の上側には、回転軸１４を回転自在に支持する上軸受部２８が設けられており、シリンダ２４の上側の端面（電動要素１３側の端面）を閉塞している。また、シリンダ２４の下側には、回転軸１４を回転自在に支持する下軸受部２９が設けられており、シリンダ２４の下側の端面（潤滑油溜１２側の端面）を閉塞している。
【００３２】
回転軸１４は、上端側が電動要素１３の回転子１７に接続され、下端側が圧縮要素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ものである。そして、回転軸１４は、鉛直方向に平行な軸を中心として回転し、圧縮要素１５のローラ２６を回転させることができるものである。なお、回転軸１４は、ローラ２６を偏心運動させる偏心部２５を有しており、この偏心部２５とローラ２６とが接続されている。
【００３３】
ローラ２６は、回転軸１４に接続され、回転軸１４の回転とともに自身も回転し、シリンダ２４内に供給された冷媒を圧縮することができるものである。
ベーン２７は、ローラ２６に接してシリンダ２４内を分けるものであり、シリンダ２４に形成される図示省略の溝内を往復運動し、先端がローラ２６と接しているものである。
そして、シリンダ２４、ローラ２６及びベーン２７などにより、冷媒が圧縮される空間である圧縮室が形成される。この圧縮室は、ローラ２６及びベーン２７の回転に伴って小さくなっていき、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。
【００３４】
上軸受部２８には、圧縮要素１５の吐出口１５ａが形成されている。この吐出口１５ａには、シリンダ２４内が予め設定された圧力以上となった際に吐出口１５ａを開く吐出弁３０が、設けられている。
カップマフラー３１は、吐出口１５ａを覆うように吐出口１５ａの上方に設けられている導電性の円形板部材である。つまり、圧縮要素１５で圧縮されて吐出口１５ａから吐出された冷媒は、カップマフラー３１内の空間に一旦吐出された後に、カップマフラー３１の吐出口３４から密閉容器１１内に吐出され、密閉容器１１の吐出口１１ａに接続される吐出冷媒配管９Ａを介して圧縮機１の外部に吐出される。
【００３５】
次に、図３を用いて実施の形態１に係る火炎検出装置８の構成について説明する。
［火炎検出装置８］
実施の形態１に係る圧縮機１には、密閉容器１１内で発生する火炎を検出する火炎検出装置８が設けられている。
火炎検出装置８は、火炎が形成された際に、火炎中のイオンと電子により流れる電流を検出する電極と、検出制御装置２０とを備え、火炎の検知を行うものである。
【００３６】
圧縮機１の運転中に火炎が最初に形成される空間は、例えば圧縮要素１５の固定位置よりも上側であって電動要素１３の固定位置の下側の高圧領域である。
よって、火炎検出装置８は、圧縮要素１５の固定位置よりも上方であって電動要素１３の固定位置の下方の空間に設置する。なお、火炎検出装置８の設置位置は限定されるものではなく、電動要素１３の上側の空間に火炎が最初に形成される場合などは、設置位置を適宜変更してもよい。
【００３７】
また、圧縮機１を有するヒートポンプ装置１００の冷媒流路である冷媒配管９のうち、圧縮機１の吐出側から膨張弁３までの間は高圧高温状態となるため、この高圧領域に火炎検出装置８を配置することも初期の燃焼を検出する上で有効である。
【００３８】
火炎検出装置８は、例えば円柱棒状の導電性を有する金属線で構成されるプラス電極部４１と、円柱棒状の導電性を有する金属線で構成されるマイナス電極部４２と、プラス電極部４１とマイナス電極部４２の一方の端部側に接続され、プラス電極部４１とマイナス電極部４２を圧縮機１の密閉容器１１の内壁と電気的に絶縁して固定する接続部４３とを有するものである。
【００３９】
接続部４３は、プラス電極部４１およびマイナス電極部４２の一方の端部側に接続され、プラス電極部４１およびマイナス電極部４２と圧縮機１の密閉容器１１を電気的に絶縁するために、碍子や耐熱ゴムなどで密閉容器１１の内壁に固定されるものである。
【００４０】
本実施の形態１では、火炎検出装置８のプラス電極部４１とマイナス電極部４２の形状は、円柱棒状であるものとして説明したが、それに限定されるものではなく平板棒状などへ適宜形状を変更してもよい。
また、プラス電極部４１とマイナス電極部４２とは数ｍｍの間隙をあけて設置されている。この間隙は数ｍｍには限らないが、間隙が大きくなると流れる電流が小さくなり印加電圧を大きくする必要が生じるため、間隙は極端に大きくせず、数ｍｍにすることが好ましい。
【００４１】
火炎検出装置８において検出結果を判断する検出制御装置２０は、火炎検出装置８のプラス電極部４１とマイナス電極部４２の間に電圧を印加し、プラス電極部４１とマイナス電極部４２の間に火炎が形成された場合に流れる電流を検出するものである。検出制御装置２０により火炎検出装置８の電極部に印加される電圧については直流でも交流でもよい。
検出制御装置２０は、検出制御装置本体２０Ａと接続配線部２０Ｂとを有する。また、この検出制御装置２０は、火炎が形成された場合に検出された電流に基づき圧縮機１の駆動を停止する制御装置を兼ねている。
【００４２】
［ヒートポンプ装置１００の動作］
こ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。
圧縮機１で圧縮された冷媒は、吐出冷媒配管９Ａへ吐出され、マフラー６を経てから第１熱交換器２へ流入する。そして、この冷媒は、第１熱交換器２で凝縮し、膨張弁３で減圧され、第２熱交換器４で蒸発する。蒸発した冷媒は、アキュムレータ７を通って圧縮機１に戻り、ヒートポンプ装置１００の冷媒流路内を循環する。このような動作によって、第２熱交換器４で生成される冷熱を、たとえば空調対象空間の冷房に利用することができる。
【００４３】
圧縮機１の運転中、ヒートポンプ装置１００の冷媒流路内の圧力は、圧縮機１の吐出口１１ａから膨張弁３の入口までの圧力は大気圧より高い高圧になり、膨張弁３の出口から圧縮機１の吸入口１１ｂまでの圧力は大気圧より低い負圧となる。
したがって、膨張弁３の出口から圧縮機１の吸入口１１ｂまでの冷媒の流路となる冷媒配管９には、腐食、溶接不良などによって穴が空いてしまった場合には、ヒートポンプ装置１００の冷媒流路内に空気が混入してしまう。
【００４４】
また、たとえば冷媒配管９と第１熱交換器２との接続位置が、予め設定されている位置からずれてしまうようなヒートポンプ装置１００の組み立て不良や、ヒートポンプ装置１００の設置及び撤去などの作業時に発生する人為的な原因によっても、ヒートポンプ装置１００の冷媒流路内に空気が混入する場合がある。
【００４５】
このとき、可燃性の冷媒及び可燃性の潤滑油を採用しているヒートポンプ装置１００においては、ヒートポンプ装置１００内に混入した空気が、可燃性の冷媒と混合して可燃性の混合気を形成したり、可燃性の潤滑油の蒸気、ミストなどと混合して可燃性の混合気を形成する。
【００４６】
ここで、イソブタンの可燃範囲は、大気圧状態で１．８ｖｏｌ％〜８．４ｖｏｌ％であり、プロパンの可燃範囲は、大気圧状態で２．１ｖｏｌ％〜９．５ｖｏｌ％であり、Ｒ３２の可燃範囲は大気圧状態で１３．３ｖｏｌ％〜２９．３ｖｏｌ％である。
また、ヒートポンプ装置１００で使用される潤滑油も、蒸気、ミストの状態になるため、可燃性の冷媒が無くても、潤滑油の蒸気、ミストが空気と混合されると可燃性の混合気を形成する。
【００４７】
［可燃性混合気の自己着火について］
図４は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置の圧力上昇と自己発火温度との関係を示した説明図である。
可燃範囲の混合気濃度になり、圧縮機１の運転により圧縮機１内の圧力と温度が上昇し、冷媒の自己発火温度、または潤滑油の自己発火温度以上に達すると、圧縮機１内の可燃性の混合気が発火する。
【００４８】
可燃性冷媒であるイソブタンの自己発火温度は、大気圧状態では４３２〜４７０℃、プロパンでは４３０〜４６０℃、Ｒ３２では６４８℃である。一般に、冷媒の圧力が高くなると、その分、冷媒の自己発火温度は低くなる。
潤滑油の自己発火温度は、一般的に公表されていないが、ある潤滑油において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る。
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採用されている場合には、自己発火温度が低い方の潤滑油が先に自己発火することになる。
【００４９】
圧縮機１内の圧力と温度に関しては、特に圧縮要素１５の固定位置よりも上方であって電動要素１３の固定位置の下方の空間が高圧高温領域となる。この空間で可燃性の混合気が自己発火温度に達して火炎が形成されることが多い。この空間での自己発火による火炎形成を繰り返しながら、圧縮機１の運転により冷媒の圧力と温度が更に上昇すると、圧縮機１内の全体の圧力と温度が自己発火温度に達し、圧縮機１全体に広がる爆発現象となる。この場合の爆発後の圧力は高圧となり圧縮機１の耐圧を上回り、圧縮機１が破損する場合もある。
【００５０】
なお、可燃性の混合気の濃度および温度の両方が自己発火条件になるのは圧縮機１の密閉容器１１の内部に限定されるわけではなく、ヒートポンプ装置１００の冷媒流路内のうち圧縮機１から膨張弁３の入口までの高圧高温の範囲でも火炎が形成されることがある。
【００５１】
[火炎検出装置８の機能について]
火炎検出装置８のプラス電極部４１とマイナス電極部４２の間は電気的に絶縁されているため、圧縮機１の通常動作において火炎がない状況では電圧を印加しても電流が流れることはない。
これに対して、可燃性混合気が着火して火炎検出装置８のプラス電極部４１とマイナス電極部４２の間に火炎が形成された場合には、火炎中に存在するプラス電荷イオンがマイナス極に移動し、マイナス電荷の電子がプラス極に移動するため、電流が流れるようになる。
検出制御装置２０は、この火炎形成による電流を検出する。そして、電流を検出した場合には、圧縮機１の駆動を停止する。
【００５２】
［効果］
本実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００は、冷媒流路内に空気が混入し、冷媒及び潤滑油のうちの少なくとも一方と可燃性混合気を形成した場合において、圧縮機１内部、または、ヒートポンプ装置１００の冷媒流路の高圧高温領域に形成される火炎を火炎検出装置８で検出し、検出制御装置２０により圧縮機１の駆動を停止させるので、発火後の圧縮機１内部の圧力上昇を低く抑えることができる。これにより、火炎が圧縮機１内部の全体やヒートポンプ装置１００の冷媒流路内全体に伝播することを抑制し、圧縮機１ひいてはヒートポンプ装置１００が破損してしまうことを防止することができる。
【００５３】
実施の形態２．
本実施の形態２に係るヒートポンプ装置の圧縮機１は、実施の形態１に係る火炎検出装置８に代えて他の例の火炎検出装置１０を設けた点が異なっており、その他の構成は実施の形態１で示した圧縮機１と同様である。
図５は、実施の形態２に係る圧縮機の縦断面図である。
図６は、実施の形態２に係る圧縮機の火炎検出装置の電極部を示す構成図である。
図７は、実施の形態２に係る圧縮機の火炎検出装置の一例を示す平面図である。
図８は、実施の形態２に係る圧縮機の火炎検出装置の一例を示す側面図である。
なお、実施の形態２では、実施の形態１に対する相違点を中心に説明するものとする。
【００５４】
［火炎検出装置１０］
火炎検出装置１０は、図６に示すように円柱棒状の導電性を有する金属線で構成される電極部５１と、電極部５１の一方の端部側に接続され、電極部５１を圧縮機１の密閉容器１１の内壁と電気的に絶縁して固定する接続部５２とを有するものである。
本実施の形態２では、火炎検出装置１０の電極部５１はその形状が円柱棒状であるものとして説明するが、それに限定されるものではなく、適宜形状を変更してもよい。
【００５５】
火炎検出装置１０の電極部５１は、図５、７、８に示すように、カップマフラー３１の吐出口３４の直上の位置に、カップマフラー３１とは数ｍｍの間隙をあけて設置されている。この間隙は数ｍｍには限らないが、間隙が大きくなると後述する印加電圧を大きくする必要が生じるため、間隙は数ｍｍにするのが好ましい。
【００５６】
接続部５２は実施の形態１で説明した接続部４３と同じく、碍子や耐熱ゴムなどの絶縁体で構成されるものである。導電性のカップマフラー３１と密閉容器１１は電気的に圧縮要素１５などの部品を介して導通している。
したがって、密閉容器１１に電圧を印加するとカップマフラー３１にも同じ電圧が作用する。碍子や耐熱ゴムなどの絶縁体で構成される接続部５２を介することで、火炎検出装置１０の電極部５１と密閉容器１１、すなわち火炎検出装置１０の電極部５１とカップマフラー３１とは絶縁されている。
【００５７】
実施の形態１では火炎を検出する２つの電極をプラス電極部４１とマイナス電極部４２にした構成であるのに対して、実施の形態２では２つの電極を電極部５１とカップマフラー３１とした構成である。すなわち、実施の形態２では電極部５１とカップマフラー３１の間に検出制御装置２０により電圧を印加し、この間に火炎が形成された場合の電流を検知するものである。
【００５８】
検出制御装置２０により火炎検出装置１０の電極部５１とカップマフラー３１に印加される電圧については直流でも交流でもよい。
直流を印加する場合には、電極としての面積が大きなカップマフラー３１をマイナス極、電極としての面積が小さな火炎検出装置１０の電極部５１をプラス極にするのが好ましい。火炎検出装置１０の電極部５１をプラス極にした方が電流が流れやすいのは、火炎中のイオンと電子の移動度の違いによるものである。プラス電荷イオンは電子に比較して移動度が小さく、到達する側のマイナス極の面積が大きい方が、電流が流れやすい電極構成になるためである。
火炎検出装置１０の電極部５１をマイナス極、カップマフラー３１をプラス極と逆にすると、火炎中のイオンと電子の移動度の違いに起因して、流れる電流値が小さくなるため、印加する電圧を大きくするなどの調整が必要であるものの、この場合も火炎の検出は可能である。
【００５９】
印加される電圧を交流にする場合には、火炎検出装置１０の電極部５１とカップマフラー３１の極性は関係ない。この交流印加の場合には、電極の面積の違いによる整流作用が生じる。火炎検出装置１０の電極部５１がプラス極でカップマフラー３１がマイナス極になった場合は、上述のイオンと電子の移動度の違いで電流が流れやすい極性になる。これに対して、火炎検出装置１０の電極部５１がマイナス極でカップマフラー３１がプラス極になった場合は、電流が流れにくい極性になる。したがって、交流波形である正弦波のおよそ半分だけに作用する整流効果を有する。
このように、火炎検出装置１０の電極部５１とカップマフラー３１との間に直流を印加しても交流を印加しても、圧縮機１の内部の着火を検知することが可能である。
【００６０】
なお、火炎検出装置１０の電極部５１とカップマフラー３１との間隙を大きくすると、流れる電流が小さくなるため、間隙が大きくなると印加電圧を大きくする必要が生じる。
圧縮機１内の圧力と温度に関しては、特に、圧縮要素１５内部あるいはその吐出弁３０近傍が最も高圧高温になり、この近傍で可燃性の混合気が発火し、カップマフラー３１内の可燃性混合気が燃焼してカップマフラー３１の吐出口３４に火炎が形成される。
【００６１】
この時点では、自己発火条件に達しているのは圧縮要素１５内部あるいはその吐出弁３０近傍のみであるため、圧縮機１内部の全体に達することはなく、カップマフラー３１の吐出口３４に火炎が形成されるのみである。このカップマフラー３１の吐出口３４に形成された火炎を、電極部５１とカップマフラー３１の間に流れる電流を検出して検知することができる。この火炎形成による電流を検出した場合には、検出制御装置２０により圧縮機１の駆動を停止する。
【００６２】
［効果］
本実施の形態２に係るヒートポンプ装置は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の有する効果と同様に、圧縮機１内部の高圧領域に形成される火炎を火炎検出装置１０で検出し、検出制御装置２０により圧縮機１の駆動を停止させるので、発火後の圧縮機１内部の圧力上昇を低く抑えることができる。これにより、火炎が圧縮機１内部の全体やヒートポンプ装置１００の冷媒流路内全体に伝播することを抑制し、圧縮機１ひいてはヒートポンプ装置１００が破損してしまうことを防止することができる。
【００６３】
なお、実施の形態１及び実施の形態２において、火炎検出装置８もしくは火炎検出装置１０を使用して検出制御装置２０で火炎による電流を検出する場合、検出電流値の上限値を設定すると誤動作を防止できる。火炎により流れる電流は、上述したようにプラス電荷イオンが関与しており、その電流値には上限値がある。これに対して、２つの電極の間にたとえば潤滑油の液滴が付着した場合には、流れる電流値は極めて大きくなる。したがって、検出電流値の上限値を設定することで、火炎形成による電流か他の要因による電流かの区別ができるようになり、検出制御装置２０による誤判定や誤動作を防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００６４】
１  圧縮機、２  第１熱交換器、３  膨張弁、４  第２熱交換器、５  四方弁、６  マフラー、７  アキュムレータ、８  火炎検出装置、９  冷媒配管、９Ａ  吐出冷媒配管、９Ｂ  吸入冷媒配管、１０  火炎検出装置、１１  密閉容器、１１ａ  吐出口、１１ｂ  吸入口、１２  潤滑油溜、１３  電動要素、１４  回転軸、１５  圧縮要素、１５ａ  吐出口、１６  固定子、１７  回転子、１８  油戻し孔、１９  鉄心、２０  検出制御装置、２０Ａ  検出制御装置本体、２０Ｂ  接続配線部、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、３４  吐出口、４１  プラス電極部、４２  マイナス電極部、４３  接続部、５１  電極部、５２  接続部、１００  ヒートポンプ装置。
【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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