JP2772030B2

JP2772030B2 - コンプレッサ

Info

Publication number: JP2772030B2
Application number: JP1111624A
Authority: JP
Inventors: 幸伸高橋; 浩宮崎; 智西脇
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JPH02291484A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えばエアコン等におけるコンプレッサ
に関し、容器中の潤滑油の状態を把握することによりそ
の動作の信頼性を向上させるようにしたものである。

（従来の技術）エアコン等に用いられるコンプレッサは、容器にロー
タリコンプレッサ機構等のコンプレッサ本体とこれを駆
動するモータ等が内蔵され、容器底部にはそのモータ等
の回転機構を潤滑するための潤滑油が貯留されている。

そして、コンプレッサは、その前後に接続されるエバ
ポレータ及びコンデンサ等とともに冷凍系を構成し、エ
バポレータ側から吸入した冷媒ガスを所要圧力まで圧縮
してコンデンサ側に吐出することにより冷凍サイクルが
形成されるようになっている。このような運転中、容器
底部に貯留された潤滑油は、回転機構の回転軸に沿って
輸送され、当該回転機構を潤滑するようになっている。

このように、コンプレッサは、容器内の冷媒ガスが高
圧状態となるので、容器は、その内部を容易にみること
のできない密閉構造になっている。このため、コンプレ
ッサを運転して冷凍サイクルを形成する際、その運転に
は次のような制約があった。

まず、潤滑油は、吸入、吐出される冷媒と容器内にお
いて共存しており、運転中にコンデンサ側等に移動して
容器内に貯留される油量の不足が生じるおそれがある。
油量不足のままで運転すると、回転機構が潤滑不良とな
って事故を起すおそれがある。このため、コンプレッサ
は、冷凍サイクルを一時的に変化させて潤滑油がより多
く戻ってくるような運転を定期的に行う必要がある。

また、周囲温度が低下して運転停止状態等のときに
は、容器や熱交換系統の温度が低下して容器内の冷媒ガ
スが液化する。このとき、液化した冷媒が潤滑油中に溶
込んでその濃度が薄くなり、粘性を失って潤滑油として
の能力が低下する。このような粘性の低下した潤滑油が
回転機構に輸送されると、粘性を有する潤滑油が流し落
されることになって潤滑不良を起すおそれがある。これ
を防止するためには、コンプレッサは、容器を加熱した
り、冷凍サイクルを適宜に調整して運転する必要があ
る。

（発明が解決しようとする課題）従来は、外部から潤滑油の状態を観測することができ
なかったため、油量不足又は潤滑油中への液化冷媒の溶
込みにより潤滑不良が生じないように、十分に安全をみ
て運転していたため、効率が悪いという問題があった。

そこで、この発明は、容器内における潤滑油を含む液
体の状態を的確に把握することにより、安全で効率よく
運転することのできるコンプレッサを提供することを目
的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は上記課題を解決するために、容器内に回転
機構を潤滑する潤滑油が貯留され、当該容器内に吸入し
た圧縮するコンプレッサにおいて、前記容器内に前記潤
滑油を含む液体の状態の変化を検出するための静電容量
型センサを備え、この静電容量型センサは、前記容器内
に潤滑油を含む液体中に浸漬されて当該液体の誘電率を
検出する第１の静電容量型センサと、電極が油面と略直
角になるように配置され、前記潤滑油を含む液体の液位
を検出する第２の静電容量型センサとで構成されること
を要旨とする。

（作用）潤滑油を含む液体中に浸漬した静電容量型センサによ
りその液体の誘電率が検出され、潤滑油中への液状冷媒
の溶込み量が測定される。

また、潤滑油の液位を検出する静電容量型センサによ
っては、容器内における潤滑油を含むその液体の減量が
見出される。

さらに、誘電率検出用の第１の静電容量型センサ及び
液位検出用の第２の静電容量型センサを同時に設置する
ことにより、第１の静電容量型センサで検出された誘電
率の値を第２の静電容量型センサで得られる容量測定値
に適用することにより、潤滑油を含む液体の減量が一層
精度よく測定される。

そして、上述のような各設置態様の静電容量型センサ
で検出される液体の状態変化データに基づいて冷凍サイ
クルを制御することにより、安全で効率のよい運転が可
能となる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第６図は、この発明の一実施例を示す図
である。

まず、コンプレッサの構成を説明すると、第１図中、
１は容器であり、その下方側部には冷媒ガスの吸入パイ
プ２が取付けられ、上部には吐出パイプ３が取付けられ
ている。吸入パイプ２は図示省略のエバポレータに接続
され、吐出パイプ３は図示省略のコンデンサに接続され
ている。また、容器１内には、底部側に、コンプレッサ
外側部５及びコンプレッサロータ６等を備えたロータリ
コンプレッサ機構からなるコンプレッサ本体４が装備さ
れ、その上部には、これを駆動するためのモータ７が装
備されている。８はその回転軸、９はロータ、11はコ
ア、12は巻線である。コンプレッサ本体４におけるコン
プレッサ外側部５の部分に吸入パイプ２が接続されてい
る。13は潤滑油であり、容器１の底部に貯留されてい
る。潤滑油13はコンプレッサの運転中に回転軸８に沿っ
て汲上げられ、容器１内を循環することによりモータ７
を含む回転機構を潤滑するようになっている。

そして、容器１内における回転軸８の真下に相当する
潤滑油13中には、この潤滑油13を含む液体の誘電率を検
出するための第１の静電容量型センサ10が設置され、ま
た容器１の内側壁に近い位置には、電極が潤滑油13の油
面と略直角となるように配置され、この潤滑油13を含む
液体の液位を検出するための第２の静電容量型センサ20
が設置されている。第１の静電容量型センサ10を回転軸
８の真下に相当する潤滑油13中に設置したのは、潤滑油
13に冷媒が溶込んだ場合、この潤滑油13と冷媒とがよく
混ざり合って、潤滑油13中への冷媒の溶込み量を正しく
検出できる場所だからである。

第２図は、静電容量型センサ10、20の構造の一例を示
している。静電容量型センサ10、20は、２枚の電極14、
15が、絶縁材質製のスペーサ16を介して対向した構造と
なっている。このように比較的単純な構成により、高圧
状態となる容器１内に設置するのに好適な丈夫な構造と
なっている。電極14、15間の静電容量は、その電極14、
15のエッジ効果及び電極14、15の面積に占めるスペーサ
16の面積が十分に小さいとすると、その電極14、15間の
空隙に入り込む物質、即ち潤滑油を含む液体の誘電率に
比例して変化する。

第３図は、第１、第２の静電容量型センサ10、20の静
電容量の変化を検出するための回路例を示しており、３
個のインバータ17a、17b、17c及び抵抗R T、R Sを備え
た三段インバータ発振回路が用いられている。第１、第
２の静電容量型センサ10、20は、この三段インバータ発
振回路中に発振周波数規定素子として接続されている。

次に、第４図ないし第６図を用いて、上述のように構
成されたコンプレッサの作用を説明する。

モータ７が起動されるとコンプレッサ本体４が駆動さ
れてエバポレータ側から吸入パイプ２を介して冷媒ガス
が吸込まれる。吸込まれた冷媒ガスはコンプレッサ本体
４で所要圧力まで加圧され吐出パイプ３を介してコンプ
レッサ側に排出される。このようにして所要の冷凍サイ
クルが形成されて冷房等が行われる。コンプレッサの運
転中、潤滑油13は回転軸８に沿って汲上げられ、容器１
内を循環してモータ７を含む回転機構が潤滑される。

このように、潤滑油13は、吸込、吐出される冷媒と容
器１内で共存するので、運転中にコンデンサ側等に移動
して容器１内に貯留される油量の不足が生じるおそれが
ある。また、周囲温度の低下により運転が停止されたと
きには、容器１や熱交換系統の温度低下により容器１内
の冷媒ガスが液化し潤滑油13中への溶込み現象が生じ
る。

この実施例では、このような潤滑油13を含む液体の状
態の変化が、第１、第２の静電容量型センサ10、20によ
り次のようにモニタされる。

まず、第１の静電容量型センサ10により、潤滑油13を
含む液体の誘電率が検出され、この誘電率の値から潤滑
油13中への冷媒の溶込み量が求められる。即ち、一般的
に用いられる潤滑油13の比誘電率は約２であり、また、
冷媒は比誘電率が６程度のものが用いられている。した
がって潤滑油13中に冷媒が溶込んだ液体の比誘電率は、
その溶込み比率に応じて２〜６の間で変化する。そし
て、この比誘電率の変化、即ち第１の静電容量型センサ
10の静電容量の変化が、三段インバータ発振回路の発振
周波数の変化として検出され、この検出された発振周波
数の値から、潤滑油13中に冷媒が溶込んだ液体の比誘電
率が求められる。第４図は、このようにして求められた
潤滑油13中への冷媒の溶込み比率に対する比誘電率の変
化を示している。

また、第２の静電容量型センサ20により、潤滑油13を
含む液体の液位が検出され、この液位から潤滑油13の油
量不足等が求められる。即ち、第２の静電容量型センサ
20は、下方の一部が潤滑油13中にあり、上方部は容器１
内の空間部に位置している。このため、その静電容量
は、潤滑油中の容量と空間部の容量との並列容量とみな
せる。そして、空間部の比誘電率は約１であり、潤滑油
13を含む液体の比誘電率は前述のように２〜６であるた
め、その静電容量は、潤滑油13中に漬る面積が大になる
程、増大する。したがって、第１の静電容量型センサ10
によって求められた潤滑油13を含む液体の比誘電率と第
２の静電容量型センサ20の全体が空間部にある場合の静
電容量及び現在の静電容量とにより、第２の静電容量型
センサ20が潤滑油13を含む液体中に漬っている比率を計
算することができて、容器１中における潤滑油13を含む
液体の液位が求められる。

第５図は、液体が潤滑油13のみ（ａ特性線）及び冷媒
のみ（ｂ特性線）の各場合における液位（液面の高さ）
の変化に対する三段インバータ発振回路の発振周波数の
変化を示し、また、第６図は、この発振周波数の変化か
ら求められた液位の変化に対する第２の静電容量型セン
サ20の静電容量の変化を示している。第６図において、
潤滑油13中に冷媒が溶込んだときの液位に対する静電容
量の特性線は、ａ特性線とｂ特性線の間にある。実際の
測定時には、このａ特性線とｂ特性線の間にある特性線
に基づいて第２の静電容量型センサ20の静電容量から潤
滑油13を含む液体の液位が求められる。

そして、潤滑油13を含む液体の比誘電率から、冷媒に
よる潤滑油13の粘度の低下した状況を知ることができ、
また潤滑油13を含む液体の液位から油量不足を知ること
ができ、これらの潤滑油13の状態変化データに基づいて
冷凍サイクルを制御することにより安全で効率のよい運
転が可能となる。

なお、上述の実施例では、第１の静電容量型センサ10
及び第２の静電容量型センサ20を同時に設置し、両セン
サ10、20から求められたデータに基づいて冷凍サイクル
を制御するようにしたが、第１の静電容量型センサ10の
検出値に基づく潤滑油13の粘度低下データのみ、又は第
２の静電容量型センサ20の検出値に基づく液位変化の概
略データのみを用いて冷凍サイクルを制御しても従来の
運転方法と比べると効率のよい運転が可能となる。

次いで、第７図にはこの発明の他の実施例を示す。こ
の実施例は、潤滑油13を含む液体の誘電率を検出する第
１の静電容量型センサ30における一方の電極及び潤滑油
13を含む液体の液位を検出する第２の静電容量型センサ
40における一方の電極を、それぞれ導電性を有する容器
１の底面部及び側壁部を用いて構成したものである。各
静電容量型センサ30、40をこのような構成にすると、容
器１内における各静電容量型センサ30、40の設置スペー
スを小さくすることができる。

各静電容量型センサ30、40の検出作用等については、
前記一実施例のものとほぼ同様である。

また、液位検出用の第２の静電容量型センサとして
は、モータ７の巻線同士の間、巻線とコア間、又は巻線
と容量間等の静電容量を利用して構成することもでき
る。第７図中、50は巻線12と容器１間の静電容量を利用
して第２の静電容量型センサを構成した例を示してい
る。

巻線12を利用した第２の静電容量型センサ50では、潤
滑油13を含む液体の液面の高さとその静電容量値とが直
線的な相関関係を持つことは難しいと考えられる。した
がって、この場合は、潤滑油３を含む液体の液面が巻線
12の部分まで上昇しているという検出信号を冷凍サイク
ルの制御信号として用いるのがよいと考えられる。

第８図は、これを具体的に示したものであり、同図
中、ｅ領域は、潤滑油13を含む液体が巻線12の部分まで
達していないときの第２の静電容量型センサ50の静電容
量値、ｅ領域を越えた領域は潤滑油13を含む液体の液面
が巻線12に達しているときの静電容量値であり、ｃ特性
線は液体が潤滑油13のみの場合、ｄ特性線は液体が冷媒
のみの場合をそれぞれ示している。第８図の特性から、
第２の静電容量型センサ50で検出される静電容量値に変
動が生じたときは、潤滑油13中にかなりの量の冷媒が溶
込んでその液面が巻線12に達していることを示している
ので、この静電容量の変動時点の検出出力を危険信号と
して冷凍サイクルを制御するような制御態様をとること
ができる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、容器内に、
潤滑油を含む液体の誘電率と液位とを検出する第１およ
び第２の静電容量型センサをそれぞれ設置し、その液体
の誘電率および液位を各別に検出を行うので、潤滑油中
への冷媒溶込み量や、液位の変動による油量不足を精度
良く検出できる。さらに、第１の静電容量型センサで検
出された液体の誘電率を第２の静電容量型センサで得ら
れる静電容量測定値に適用して油面の高さの関係を補正
しているので、液位の検出精度を上げることができる。
この検出値に基づいて冷凍サイクルを制御することによ
り、安全で効率の良い運転を実現できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明に係るコンプレッサの一
実施例を示すもので、第１図は構成断面図、第２図は静
電容量型センサの拡大斜視図、第３図は静電容量測定用
の回路例を示す回路図、第４図は潤滑油への冷媒の溶込
み比率に対する誘電率の変化を示す特性図、第５図は潤
滑油を含む液体の液位に対する静電容量測定用回路の発
振周波数を示す特性図、第６図は潤滑油を含む液体の液
位と第２の静電容量型センサの静電容量値との関係を示
す特性図、第７図はこの発明の他の実施例を示す構成断
面図、第８図はモータの巻線を利用した第２の静電容量
型センサによる潤滑油を含む液体の液位と静電容量との
関係を示す特性図である。 1:容器、4:コンプレッサ本体、7:モータ（回転機構）、
12:巻線、13:潤滑油、10、30:第１の静電容量型セン
サ、20、40、50:第２の静電容量型センサ。

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−224486（ＪＰ，Ａ) 特開平２−10061（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−123574（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 39/00 F25B 1/00 F04C 29/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に回転機構を潤滑する潤滑油が貯留
され、当該容器内に吸入した冷媒を圧縮するコンプレッ
サにおいて、前記容器内に潤滑油を含む液体中に浸漬されて当該液体
の誘電率を検出する第１の静電容量型センサと、電極が
油面と略直角になるように配置され、前記潤滑油を含む
液体の液位を検出する第２の静電容量型センサとを備え
てなることを特徴とするコンプレッサ。