JP2681548B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用の冷房
装置等に好適に用いられる空調装置に関し、特に、冷媒
中の潤滑油が不足しているか、否かを検出できるように
した空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車，住宅等には冷房装置，
暖房装置等の空調装置が装備され、室内に暖気または冷
気を供給するようになっている。

【０００３】そこで、図４ないし図７に従来技術の空調
装置としての自動車用の冷房装置を例に挙げて示す。

【０００４】図中、１は冷房サイクルを示し、該冷房サ
イクル１は潤滑油を含むアンモニア、フロンガス等の冷
媒Ｆが循環する流路を形成した配管２と、該配管２の途
中に冷媒Ｆの循環方向（図中、矢示Ａ方向）に沿って順
次設けられたコンプレッサ３，凝縮器４および蒸発器５
とから構成され、該蒸発器５はその吸熱面が運転室（図
示せず）内へと臨むようになっている。一方、コンプレ
ッサ３はエンジン６と電磁クラッチ７を介して接続さ
れ、該電磁クラッチ７はエンジン６の回転をコンプレッ
サ３に伝達する。そして、冷媒Ｆはコンプレッサ３によ
り圧縮された後、凝縮器４、蒸発器５を通る間に、順
次、高圧気体→高圧液体→低圧気体と相転移すると共
に、該蒸発器５においては液体から気体に相転移すると
きに、運転室内から熱を奪って該運転室内を冷房するよ
うになっている。

【０００５】８は凝縮器４と蒸発器５との間に位置して
配管２の途中に設けられ、液体状態となった冷媒Ｆを一
時的に蓄えるレシーバタンクで、該レシーバタンク８に
は覗窓８Ａが設けられ、該覗窓８Ａで冷媒Ｆの液化状況
を目視できるようになっている。

【０００６】ここで、該レシーバタンク８は図５に示す
如く配管２の一部をなす導入管２Ａと導出管２Ｂとに接
続され、その内部には除湿剤９が配設されている。そし
て、該レシーバタンク８は凝縮器４からの気液混合冷媒
を導入管２Ａを介して導入させ、この冷媒Ｆ中の水分を
除湿剤９で除湿しつつ、液体（液相）状態の冷媒Ｆを導
出管２Ｂから後述の膨張弁１０側に向けて矢示Ａ方向に
流通させるようになっている。

【０００７】１０はレシーバタンク８と蒸発器５との間
に位置して配管２の途中に設けられた膨張弁で、該膨張
弁１０は減圧弁等によって構成され、レシーバタンク８
から液相状態となって導出されてくる冷媒Ｆを所定圧ま
で減圧させて矢示Ａ方向に流通させる。そして、該膨張
弁１０で減圧された冷媒Ｆは蒸発器５内を流通する間に
蒸発し、気相状態となってコンプレッサ３により再び圧
縮される。

【０００８】１１はレシーバタンク８と膨張弁１０との
間に位置して配管２の導出管２Ｂ途中に設けられた冷媒
状態検出器としての光学式の冷媒センサを示し、該冷媒
センサ１１は図５に示す如く、導出管２Ｂの途中に対向
して配設された発光部としての発光素子１１Ａ、受光部
としての受光素子１１Ｂからなる光学式検出器により構
成され、導出管２Ｂ内を矢示Ａ方向に流通する冷媒Ｆが
液相状態となっているか、否かを検出するようになって
いる。

【０００９】即ち、液相状態の冷媒Ｆは光の透過性が高
いから、該冷媒センサ１１の受光素子１１Ｂは発光素子
１１Ａからの光を冷媒Ｆを介して受光し、該冷媒センサ
１１からの検出信号としての検出電圧Ｖは図６に示す所
定電圧Ｖi よりも高レベルとなる。一方、配管２内の冷
媒Ｆが外部に漏れたりして、配管２内の冷媒Ｆが不足し
てくると、導出管２Ｂ内を気液混合状態の冷媒Ｆが流通
し、光の透過性が低下するから、冷媒センサ１１は受光
素子１１Ｂの受光量が減少し、検出電圧Ｖが所定電圧Ｖ
i よりも低下してしまう。

【００１０】１２は冷媒不足時に冷媒洩れ警報ランプ１
３を点灯させる制御回路を示し、該制御回路１２は入力
側が冷媒センサ１１に接続され、出力側が冷媒洩れ警報
ランプ１３に接続されている。そして、該制御回路１２
は配管２内の冷媒Ｆが漏洩事故等により不足してくる
と、冷媒センサ１１からの検出電圧Ｖが所定電圧Ｖi よ
りも低下するから、これに基づいて冷媒洩れ警報ランプ
１３を点灯させ、配管２内の冷媒Ｆが外部に洩れている
ことを自動車の運転者等に警報するようになっている。

【００１１】このように構成される従来技術では、例え
ば自動車に冷房サイクル１を実装した段階で、潤滑油を
含むフロンガス等の冷媒Ｆを配管２内に充填し、エアコ
ンスイッチ（図示せず）の投入によって前記電磁クラッ
チ７を作動させ、エンジン６とコンプレッサ３とを連結
して冷房サイクル１を稼動させる。これにより、コンプ
レッサ３はエンジン６からの回転出力で駆動され、配管
２内の冷媒Ｆを圧縮しつつ、矢示Ａ方向に流通させる。

【００１２】そして、この冷媒Ｆは凝縮器４内を流通す
る間に凝縮されて気液混合状態になり、レシーバタンク
８内で気液分離され、液相状態の冷媒Ｆが膨張弁１０を
介して蒸発器５内に流通し、この蒸発器５内で蒸発（気
化）する間に運転室内の熱を奪いつつ、運転室内を冷房
し、気相状態となって再びコンプレッサ３により圧縮さ
れる。

【００１３】一方、冷媒センサ１１はレシーバタンク８
から導出されてくる冷媒Ｆが液相状態となっているか、
否かを検出し、この冷媒Ｆが気液混合状態となってこの
冷媒Ｆ中に気泡が発生し、受光素子１１Ｂの受光量が低
下したときには検出電圧Ｖが所定電圧Ｖi よりも下がる
から、制御回路１２は冷媒Ｆの漏洩事故等により冷媒不
足状態が発生したと判別し、冷媒洩れ警報ランプ１３を
点灯させることにより運転者に冷媒洩れ、または冷媒不
足を警報する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、潤滑油を含むフロンガス等の冷媒Ｆを配管
２内に充填し、冷房サイクル１を稼動していると、コン
プレッサ３の圧縮により冷媒Ｆが温度上昇して潤滑油が
冷媒Ｆから分離し、配管２内を流通する冷媒Ｆ中に潤滑
油の不溶解領域が白濁状態となって発生することがあ
り、この場合冷媒センサ１１の受光素子１１Ｂは冷媒Ｆ
の白濁によって受光量が減少し、検出電圧Ｖが図６に示
す特性線１４の如く、例えば時間Ｔｉ程度の短時間だけ
繰返し所定電圧Ｖｉよりも低下してしまう。

【００１５】そこで、本発明者達は配管２内を循環する
冷媒Ｆ中で白濁が発生する原因を鋭意研究した結果、例
えば図７に示す如く冷媒Ｆに含まれる潤滑油の濃度が５
０％程度の場合に、冷媒Ｆが所定温度ｔ0 （例えば、４
０℃）以上になると、潤滑油が冷媒Ｆから分離して潤滑
油の不溶解領域が白濁となって発生し、冷媒温度が所定
温度ｔ0 以下になると、冷媒Ｆ中に発生する白濁がなく
なることが分った。

【００１６】一方、長期に亘って冷房装置を使用してい
るうちには、配管２内の冷媒Ｆが潤滑油と共に徐々に外
部に洩れることがあり、この場合には配管２内に冷媒Ｆ
を補充する必要がある。しかし、一般に補充用の冷媒Ｆ
は潤滑油の含有量が少ない場合が多く、冷媒Ｆの補充を
繰返しているうちに、配管２内の冷媒Ｆ中に含まれる潤
滑油量は非常に少なくなってしまう。そして、冷媒Ｆ中
の潤滑油量が非常に少なくなった状態では、冷媒センサ
１１からの検出電圧Ｖが図６に二点鎖線で示す特性線１
５の如く、所定電圧Ｖｉ以下に繰返し低下することはな
くなり、他の所定電圧Ｖ0 （Ｖ0 ＞Ｖｉ）よりも高くな
ってしまう。

【００１７】このため従来技術では、冷媒Ｆの補充を繰
返しているうちに、配管２内の冷媒Ｆ中に潤滑油不足が
発生することがあり、潤滑油不足の冷媒Ｆをコンプレッ
サ３により圧縮し続けると、コンプレッサ３は早期に摩
耗し、焼付き等の不具合を起こしてしまうという問題が
ある。

【００１８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は冷媒中の潤滑油不足を早期に検
出でき、コンプレッサ等の摩耗を防止でき、安全性や信
頼性を向上できるようにした空調装置を提供することを
目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する構成は、潤滑油を含む冷媒が
循環する流路と、該流路を形成する配管の途中にそれぞ
れ設けられた凝縮器および蒸発器と、該凝縮器と蒸発器
との間に位置して前記配管の途中に設けられ該配管内冷
媒を圧縮するコンプレッサと、コンプレッサによって圧
縮された冷媒が液相状態となる前記流路の途中に設けら
れ、発光からの光を受光部で受光することによ前記流路
内の冷媒状態を検出する光学式の冷媒状検出器とからな
る空調装置において、 前記冷媒が液相状態となる流路の
途中に設けられ、該流路内を循環する冷媒の温度を検出
する温度センサと、該温度センサからの信号に基づき前
記流路内の冷媒が予め決められた判定温度よりも高いか
否かを判定する温度判定手段と、該温度判定手段で冷媒
が前記判定温度よりも高いと判定したときに、前記冷媒
状態検出器からの信号に基づいて前記流路内の冷媒に白
濁が発生しているか否かを判定することにより、前記冷
媒中の潤滑油不足を検出する潤滑油不足検出手段とを備
えたことを特徴としている。

【００２０】

【作用】上記構成により、冷媒の温度が予め決められた
判定温度よりも高くなると、配管内の冷媒中では潤滑油
が分離して不溶解領域が白濁となって発生するが、潤滑
油が不足してくると白濁は発生しないようになるから、
冷媒の温度が所定の判定温度よりも高くなったときに、
流路内の冷媒に白濁が発生しているか否かを判定して、
冷媒中の潤滑油不足を早期に検出することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図３に基
づき説明する。なお、実施例では前述した図４ないし図
７に示す従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付
し、その説明を省略するものとする。

【００２２】図中、２１は導出管２Ｂの途中に位置し、
冷媒センサ１１の近傍に取付けられた温度センサを示
し、該温度センサ２１は導出管２Ｂ内を流れる冷媒Ｆの
温度を検出し、冷媒温度ｔに対応した検出信号を後述の
コントロールユニット２３に出力するようになってい
る。

【００２３】２２は潤滑油の不足時に点灯する潤滑油不
足警報ランプを示し、該潤滑油不足警報ランプ２２は冷
媒洩れ警報ランプ１３と共に自動車の運転室等に設けら
れ、配管２内の冷媒Ｆ中で潤滑油不足が発生した時に、
これを運転者等に知らせるようになっている。

【００２４】２３はマイクロコンピュータ等によって構
成されたコントロールユニットを示し、該コントロール
ユニット２３は入力側が冷媒センサ１１、温度センサ２
１等に接続され、出力側が電磁クラッチ７、冷媒洩れ警
報ランプ１３および潤滑油不足警報ランプ２２等に接続
されている。そして、該コントロールユニット２３はそ
の記憶回路内に図２、図３に示すプログラム等を格納
し、配管２内を流通する冷媒Ｆ中で潤滑油が不足してい
るか、否かを検出する潤滑油不足検出処理および冷媒状
態判別処理等を行うようになっている。

【００２５】また、該コントロールユニット２３の記憶
回路にはその記憶エリア２３Ａ内に、冷媒センサ１１か
らの検出電圧Ｖが所定レベルよりも低下したか否かを判
定するための所定電圧Ｖi と、潤滑油不足時を白濁の発
生の有、無に基づいて検出するための他の所定電圧Ｖ0
（Ｖ0 ＞Ｖｉ）と、タイマＴおよび白濁判定用の所定時
間Ｔ0 ，ＴS と、配管２内の冷媒Ｆ中に所定量の潤滑油
が含まれていれば、白濁が発生すべきはずの所定温度と
しての判定温度ｔ1 （ｔ1 ＞ｔ0 ）等とがそれぞれ格納
され、前記白濁判定用の所定時間Ｔ0 ，ＴS はフローセ
ンサ１１からの検出電圧Ｖが白濁により低下するときの
時間Ｔi よりも長い所定時間Ｔ0，ＴS（Ｔ0 ＞ＴS ＞Ｔ
i ）に設定されている。

【００２６】本実施例による空調装置は上述の如き構成
を有するもので、その基本的作動については従来技術に
よるものと格別差異はない。

【００２７】そこで、コントロールユニット２３による
潤滑油不足検出処理および冷媒状態判別処理等について
図２、図３を参照して説明する。

【００２８】まず、エアコンスイッチ（図示せず）の投
入によってコンプレッサ３を作動させ、処理動作をスタ
ートさせると、ステップ１で温度センサ２１から配管２
内を循環する冷媒Ｆの温度、即ち冷媒温度ｔを読込み、
ステップ２に移って冷媒温度ｔが判定温度ｔ1 よりも高
いか、否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには通
常白濁が発生するはずの判定温度ｔ1 よりも冷媒温度ｔ
が高くなっているから、ステップ３に移ってタイマＴを
スタートさせる。

【００２９】そして、ステップ４では冷媒センサ１１か
ら配管２内を流れる冷媒Ｆの状態に対応した検出電圧Ｖ
を読込み、ステップ５でこの検出電圧Ｖが所定電圧Ｖ0
よりも大きいか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したと
きには検出電圧Ｖが高くなっているから、ステップ６に
移ってタイマＴが所定時間Ｔ0 以上経過したか、否かを
判定し、「ＮＯ」と判定したときにはステップ４以降の
処理を続行させる。

【００３０】また、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定した
ときには所定時間Ｔ0以上の間、冷媒センサ１１からの
検出電圧Ｖが図６に二点鎖線で示す特性線１５の如く所
定電圧Ｖ0 より大きくなって、白濁が全く発生しない状
態が続いているから、配管２内を循環する冷媒Ｆ中の潤
滑油が大幅に減少していると判定でき、ステップ７に移
って潤滑油不足警報ランプ２２を作動させ、運転者等に
潤滑油不足が発生していることを警報する。そして、ス
テップ８ではタイマＴを停止させ、ステップ９に移って
電磁クラッチ７によるエンジン６とコンプッレサ３との
連結を解除し、コンプッレサ３を停止させる。

【００３１】また、ステップ５で「ＮＯ」と判定したと
きには配管２内を流れる冷媒Ｆ中に白濁が発生している
から、ステップ１０に移ってタイマＴを停止させると共
に、ステップ１１で冷媒センサ１１からの検出電圧Ｖが
所定電圧Ｖi よりも低下しているか、否かを判定し、
「ＹＥＳ」と判定したときには検出電圧Ｖが所定電圧Ｖ
i より低下し、冷媒洩れの可能性があるから、ステップ
１２に移ってタイマＴを作動させる。そして、ステップ
１３では再び冷媒センサ１１から検出電圧Ｖを読込み、
ステップ１４でステップ１１と同様の処理を行い、「Ｙ
ＥＳ」と判定したときにはステップ１５でタイマＴが所
定時間ＴS を経過したか、否かを判定し、「ＮＯ」と判
定したときにはステップ１３に戻って、これ以降の処理
を続行させる。

【００３２】また、ステップ１５で「ＹＥＳ」と判定し
たときには所定時間ＴS の間、検出電圧Ｖが所定電圧Ｖ
i よりも低下し続け、配管２内を流れる冷媒Ｆが冷媒漏
れ事故等により冷媒不足が発生していると判定できるか
ら、ステップ１６に移って、冷媒不足を警報すべく冷媒
洩れ警報ランプ１３を点灯させ、冷媒不足を運転者等に
警報すると共に、ステップ９で電磁クラッチ７によりエ
ンジン６とコンプレッサ３との連結を解除し、該コンプ
レッサ３を停止させる。

【００３３】一方、ステップ１１，１４で「ＮＯ」と判
定したときには検出電圧Ｖが図６に示す特性線１４の如
く、例えば時間Ｔｉ（Ｔi ＜ＴS ）程度の短時間だけ所
定電圧Ｖｉよりも低下しても、その後はこの検出電圧Ｖ
が所定電圧Ｖｉ以上となり、配管２内を流れる冷媒Ｆは
適正充填状態にあると判定できるから、ステップ１に戻
ってこれ以降の処理を続行させる。

【００３４】かくして、本実施例によれば、通常白濁が
発生するはずの判定温度ｔ1 よりも冷媒温度ｔが高くな
っているときに、冷媒センサ１１からの検出電圧Ｖが所
定電圧Ｖ0 よりも大きい状態を所定時間Ｔ0 に亘って維
持しているか、否かを判定するようにしたから、これに
よって白濁の有、無を確実に判定することができ、白濁
の発生しない状態では冷媒Ｆ中の潤滑油量が大幅に減少
しているものとして、潤滑油不足を早期に検出すること
ができと共に、この場合には潤滑油不足警報ランプ２２
を点灯させて運転者に即座に報知でき、潤滑油不足の状
態でコンプレッサ３が運転され続けるのを防止できる。

【００３５】また、冷媒センサ１１からの検出電圧Ｖが
所定電圧Ｖi よりも低下したときには、所定時間ＴS の
間この検出電圧Ｖの変動をモニタするようにしたから、
これによって検出電圧Ｖが所定電圧Ｖi よりも低下した
原因が冷媒Ｆの白濁によるものか、冷媒洩れによるもの
かを確実に判別でき、冷媒洩れ時にはコンプレッサ３を
停止させ、冷媒洩れ警報ランプ１３を点灯させて運転者
に即座に報知でき、冷媒洩れ時の検出精度を向上できる
と共に、コンプレッサ３が長時間に亘って運転され続け
るのを防止でき、焼付き等の発生を抑えてコンプレッサ
３を保護することができる。

【００３６】従って本実施例によれば、配管２内に循環
する冷媒Ｆ中で潤滑油が不足しているか、否かを即座に
検出でき、潤滑油の不足時にはコンプレッサ３を停止さ
せて焼付き等の不具合を確実に解消することができる。
また、冷媒Ｆの白濁時を冷媒洩れとして誤検出するのを
確実に防止でき、冷媒洩れ時の検出精度を向上でき、安
全性や信頼性を高めうる等、種々の効果を奏する。

【００３７】なお、前記実施例では、図２、図３に示す
プログラムのうち、ステップ２が本発明の構成要件であ
る温度判定手段の具体例を示し、ステップ４〜ステップ
６が潤滑油不足検出手段の具体例を示している。

【００３８】また、前記実施例では、潤滑油の不足時に
潤滑油不足警報ランプ２２を点灯させ、冷媒洩れ時には
冷媒洩れ警報ランプ１３を点灯させて、これを運転者に
報知するものとして述べたが、これに替えて、警報ブザ
ー、音声合成装置等を用いて潤滑油不足時や冷媒洩れ時
を報知するようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、冷
媒が液相状態となる流路の途中に冷媒温度を検出する温
度センサを設け、該温度センサで検出した冷媒温度が予
め決められた判定温度よりも高いときに、冷媒状態検出
手段からの信号に基づいて流路内の冷媒に白濁が発生し
ているか否かを判定し、これによって潤滑油不足を検出
するようにしたから、例えば所定の判定温度より冷媒温
度が高くなっても、流路内を流れる冷媒中に白濁が発生
しない場合いには、この冷媒中に潤滑油が不足している
ものとして即座に検出できると共に、コンプレッサを停
止させることによりコンプレッサの摩耗や焼付きを防止
でき、安全性や信頼性を確実に向上できる等の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す制御ブロック図である。

【図２】潤滑油不足検出処理および冷媒状態判別処理等
を示す流れ図である。

【図３】図２に続く潤滑油不足検出処理および冷媒状態
判別処理等を示す流れ図である。

【図４】従来技術による冷房装置を示す回路図である。

【図５】レシーバタンク等を示す説明図である。

【図６】冷媒センサの検出電圧を示す特性線図である。

【図７】冷媒中に潤滑油の不溶解領域が発生する状態を
示す潤滑油濃度に対する温度の特性線図である。

【符号の説明】

１ 冷房サイクル ２ 配管 ３ コンプレッサ ４ 凝縮器 ５ 蒸発器 １１ 冷媒センサ（冷媒状態検出器） １１Ａ 発光素子（発光部） １１Ｂ 受光素子（受光部） ２１ 温度センサ ２２ 潤滑油不足警報ランプ ２３ コントロールユニット Ｆ 冷媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−203848（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−85083（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−156759（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−113123（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潤滑油を含む冷媒が循環する流路と、該
   流路を形成する配管の途中にそれぞれ設けられた凝縮器
   および蒸発器と、該凝縮器と蒸発器との間に位置して前
   記配管の途中に設けられ該配管内の冷媒を圧縮するコン
   プレッサと、該コンプレッサによって圧縮された冷媒が
   液相状態となる前記流路の途中に設けられ、発光部から
   の光を受光部で受光することにより前記流路内の冷媒状
   態を検出する光学式の冷媒状態検出器とからなる空調装
   置において、 前記冷媒が液相状態となる 流路の途中に設けられ、該流
   路内を循環する冷媒の温度を検出する温度センサと、該
   温度センサからの信号に基づき前記流路内の冷媒が予め
   決められた判定温度よりも高いか否かを判定する温度判
   定手段と、該温度判定手段で冷媒が前記判定温度よりも
   高いと判定したときに、前記冷媒状態検出器からの信号
   に基づいて前記流路内の冷媒に白濁が発生しているか否
   かを判定することにより、前記冷媒中の潤滑油不足を検
   出する潤滑油不足検出手段とを備えたことを特徴とする
   空調装置。