JP2884736B2

JP2884736B2 - 冷媒充填量検出装置

Info

Publication number: JP2884736B2
Application number: JP20542590A
Authority: JP
Inventors: 宏稲津; 弘樹松尾; 健一藤原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1990-08-02
Filing date: 1990-08-02
Publication date: 1999-04-19
Anticipated expiration: 2014-04-19
Also published as: JPH0490463A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は冷凍サイクルに充填される冷媒の充填量検出
装置に関するものである。

「従来の技術およびその問題点」従来、冷凍サイクルへの冷媒の充填時には、操作者は
レシーバ出口のサイトグラスを監視し、冷凍サイクルを
循環する冷媒中の気泡が消滅するまで冷媒を充填してい
た。また、冷凍サイクルの使用により冷媒が不足してく
ると、サイトグラスから気泡が見えるようになるため、
このサイトグラスの気泡を定期的に観察することで冷凍
サイクルの冷凍不足を発見することができる。しかしな
がら、上記のようにサイトグラスを通して冷媒の泡消え
を確認する方法は、気泡の量を操作者が目視により判断
するため、熟練を必要とするとともに、操作者ごとの個
人差によって充填量にばらつきが出てしまい、特に気泡
を完全に消すために過充填してしまうという問題点があ
った。冷媒を過充填した場合は、コンプレッサの消費動
力が増加する等の不具合が生じる他、省フレオンの社会
的ニーズからもこれを防止する必要がある。また、サイ
トグラスの気泡を定期的に観察することは使用者に過大
な負担を与えるとともに、冷媒不足を適切に発見するこ
とは通常の使用者にとっては難しい。

このような、冷媒が不足した状態（冷媒残量30〜50
％）で冷凍サイクルを運転すると冷房能力の低下は勿論
のこと、潤滑油の循環不足によりコンプレッサが焼付故
障する等の不具合が生じる。このため、冷凍サイクルの
高圧側に圧力スイッチを設けて、停止時のサチュレート
圧が一定圧力以下の場合は圧力スイッチをオフし、マグ
ネットクラッチの電源を切ってコンプレッサを作動させ
ないようにするものが従来から知られていた。圧力スイ
ッチを用いる場合は、外気温による圧力変動を考慮する
必要があるため、冷媒が殆ど無くなってしまった場合に
しか検出できないという問題点があり、早期に冷媒不足
を検出し、冷房能力の低下防止や、重大な故障の予防を
図ることが困難であった。

なお、本出願人は冷媒不足を検出するため、冷凍サイ
クル中に封入した気液二相の冷媒においてその気液比を
検出するに適した気液比検出装置（特開平２−103357
号）を提案した。この気液比検出装置は、気液比が設定
値以上になるとき冷媒が不足したと判断し、冷媒不足を
検出するものであるが、フロートが冷媒不足か否かの２
位置を移動するだけであるため、冷媒充填時の適正量の
判定をすることができないという問題点がある。また、
フロートが冷媒不足になると突然に降下するため、冷媒
が不足というほどではないが適正量より減少している状
態を、検出することができないという問題点があった。

「発明が解決しようとする課題」本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
であり、気泡量から操作者が適正充填量を判断するとい
った不確実な要素を取り除き、適正充填量になったこと
を確実かつ簡便に表示でき、しかも冷媒不足時には冷媒
不足を早期に確実に検出することができる冷媒充填量検
出装置を提供することを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」上記目的を達成するための具体的手段として、第１図
〜第３図に示すように冷凍サイクルの高圧液配管（P₄）
に設けられ、該冷凍サイクルを循環する冷媒を導入して
気体成分と液体成分に分離する気液分離室（11）と、該
気液分離室（11）内に設けられ前記液体成分の液位に追
従して上下するフロート（21）と、前記気液分離室（1
1）に溜まる冷媒を前記冷凍サイクルに還流させるため
の上部流出路（17）と下部流出路（18）とを備え、前記
上部流出路（17）と下部流出路（18）の冷媒に対する管
路抵抗比を検出目標乾き度に応じて設定するとともに、
前記上部流出路（17）の前記気液分離室（11）への開口
を前記フロート（21）が可動範囲の上限に達する液位よ
りも低い位置に開口させ、前記フロート（21）が可動範
囲の上限に達したとき前記冷凍サイクルに適正量の冷媒
が充填されたことを表示する適正充填量表示手段（26,2
7,33）と、前記フロート（21）が前記可動範囲の下限に
達したとき前記冷凍サイクルの冷媒が不足していること
を表示する不足表示手段（29,35,37）とを備えることを
特徴とする冷媒充填量検出装置が提供される。

「作用」上記冷媒充填量検出装置の作用は以下の通りである。

冷凍サイクルに適正量の冷媒が充填されると、気液分
離室（11）内には液体の冷媒のみが流入し、気液分離室
（11）内が冷媒の液体成分により満たされ、その液位に
追従してフロート（21）が可動範囲の上限に到達する
（第４図参照）。この時の冷媒の乾き度ｘは零（＝０）
である。そして、適正充填量表示手段（26,27,33）によ
り適正充填量が充填されたことを表示する。操作者は、
適正充填量表示があったとき冷媒の充填を中止すれば個
人差による過不足を生じることなく適正充填量を冷凍サ
イクルに確実に充填することができる。冷媒が適正充填
量を下回ると、気液分離室（11）に流入する冷媒に気体
が混入するため、気液分離室（11）の上部に冷媒の気体
成分が溜まり、冷媒の液位が低下することにより、その
液位に追従してフロート（21）が中間位置に下降し、適
正充填量表示手段（26,27,33）の適正充填量表示がなく
なる（第５図参照）。この時の冷媒の乾き度ｘは設定乾
き度x₀より小さい。冷媒が適正充填量を下回った初期の
状態においては、気液分離室（11）内のフロート（21）
が第５図に示すように可動範囲の中間位置にあって、気
体成分が上部流出路（17）から流出し、液体成分が下部
流出路（18）から流出する。フロート（21）が中間位置
に下降するとき、適正充填量表示がなくなることによ
り、早期に適正充填量を下回ったことを検出することが
できる。そして、後述の冷媒不足にならないうちに冷媒
を冷凍サイクルに補充することができる。フロート（2
1）が中間位置にある状態においては、冷媒液位（冷房
能力）の低下が僅かであるので、冷媒の補充を急ぐこと
はなく、許容範囲が設けられる。

冷媒不足（例えば冷房能力が約50％程度に低下した場
合）の状態になると、気液分離室（11）には気体の冷媒
が多く流入するため、第６図に示すように、液面位置が
下部流出路（18）の中央付近となる。この時の冷媒の乾
き度ｘは設定乾き度x₀より大きい。検出目標としての設
定乾き度x₀は上部流出路（17）と下部流出路（18）との
管路抵抗比により設定してある。このように冷媒不足の
状態になると、気液分離室（11）の上部に冷媒の気体成
分が溜まり気体成分が上部流出路（17）及び下部流出路
（18）の両方から流出して液位を下げ、フロート（21）
が可動範囲の下限位置に下降して、前記下部流出路（1
8）より下がるから、フロート（21）の位置に基づいて
冷媒が不足になったことが不足表示手段（29,35,37）に
より検出される。

「実施例」本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は車両用空調装置の冷凍サイクルの概略構成図
である。冷凍サイクルのコンプレッサ１は、コントロー
ラ（図示しない）が出力する制御信号により、付設の電
磁クラッチ２をオンオフして当該車両のエンジンからの
動力を受けて作動する。そして、配管P₁からの冷媒を吸
入圧縮し圧縮冷媒として配管P₂内に吐出する。コンデン
サ３は図示しない冷却ファンの放熱作用のもとに配管P₂
からの圧縮冷媒を凝縮し配管P₃内に流入させる。レシー
バ４は配管P₃からの凝縮冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに
分離し、液相冷媒のみを循環冷媒として配管P₄内に流入
させる。膨張弁５は、その感温素子5aの配管P₁内の冷媒
の温度に対する検出結果に応じ、配管P₄からの循環冷媒
を膨張させて配管P₅を通しエバポレータ６内に流入させ
る。エバポレータ６は、その流入冷媒に応じ、当該車両
の車室内に吹き出すべき空気流を冷却するとともに、同
流入冷媒を配管P₁内に流入させる。冷凍サイクルには、
レシーバ４と膨張弁５とを接続する高圧配管P₄に本発明
の冷媒充填量検出装置10が配設されている。この冷媒充
填量検出装置10は第２図の拡大断面図に示すように、気
液分離室11を設けその底壁12の中心に冷媒流入管15を挿
通して下端を前記配管P₄の直角折曲部の垂直配管部P₄′
に臨ませる。そして、冷媒流入管15の上端は気液分離室
11の深さのほぼ中間に位置させる。16は下端を前記底壁
12に嵌着して側壁13の近傍に立設した冷媒流出管であっ
て、上端面の位置を気液分離室11の天井14に向けて延在
させてある。この冷媒流出管16の上端面の位置が前記天
井14に近過ぎると、上部流出口17まで液位が下がって
も、フロート21は気液分離室11の上端に残ってしまうの
で、上部流出管17の位置は気液分離室11の中間に設けら
れる。この冷媒流出管16は上部流出路と下部流出路とを
形成するために、冷媒流出管16の上端面に上部流出口17
を開口するとともに、底壁12の近くの側壁に下部流出口
18を開口してある。そして、冷媒流出管16の下端開口に
連通する還流路19により、上部流出口17及び下部流出口
18から流出する冷媒を、前記配管P₄の直角折曲部の水平
配管部P₄″へ還流する。上部流出口17と下部流出口18の
面積比は、後述のように設定乾き度となるように定めて
ある。前記気液分離室11内にはフロート21を配置する。
フロート21は第３図に示すように、円柱状とし前記冷媒
流入管15に遊嵌するための中心孔22を形成するととも
に、その中心孔22の下方部にばね装着孔23を連続させて
形成する（第２図参照）、中心孔22の上端部は、直径を
広げてラッパ状の開口24とし、その開口24に差し渡した
連結部材25の上面に突起26を形成する（第３図）。突起
26の上面には、ローマ字でOKと記したOKマーク27を設け
る。フロート21の側面には、前記冷媒流出管16を係入し
て、フロート21の回り止めを行うための回り止め溝28を
形成する。回り止め溝28の反対側の側面には、マグネッ
ト29を嵌着する。フロート21は、気液分離室11内の冷媒
の液体成分よりも軽くかつ気体成分よりも重くなるよう
に、比重を調整した樹脂材料等により形成するが、冷凍
サイクルの高圧に耐えるためには発泡材の使用が困難で
あるため、冷媒の液体成分よりも少し比重の軽いものに
しか作れない。このため、前記ばね装着孔23にフロート
21の浮力を補うためのばね30を装着する。前記中心孔22
に前記冷媒流入管15を遊嵌し、その回り止め溝28に前記
冷媒流出管16を係入してフロート21を装着する。気液分
離室11の天井14の中心には、フロート21の突起26を係入
するスリット31を形成した遮光部材32を嵌着する。そし
て、その遮光部材32の上部にサイトグラス33を嵌めたキ
ャップ体34を被せて、気液分離室11の天井14に嵌着固定
してシールする。

前記冷媒流出管16に形成した上部流出口17の開口面積
と下部流出口18の開口面積との比を調整し、冷媒の設定
乾き度x₀を設定し、冷媒の充填量が減少して乾き度ｘが
設定乾き度x₀よりも大きくなったとき液位が下部流出口
18の位置まで低下して、フロート21の位置が気液分離室
11の底壁12上に沈下するようにしてある。ここで、上部
流出口17の開口面積をA₁とし、下部流出口18の開口面積
をA₂とすると、両流出口17,18をそれぞれ流れる流体の
流量V₁,V₂は次式になる。

冷媒の乾き度ｘが設定乾き度x₀よりも大きくなったと
きは、冷媒の気体成分が上部流出口17および下部流出口
18の両方から流出するから、密度γ₁,γ_２は略等しいか
または或定数比を持つ。また、開口部の状態を表わす流
量係数C₁,C₂は略等しいため、設定乾き度x₀は式
（１），（２）より次式（３）により表わすことができ
る。Ｋは定数である。

x₀＝V₁/V₂＝Ｋ・A₁/A₂ ・・（３）フロート21のマグネット29に対応する気液分離室11の
非磁性体よりなる側壁13の外側に、リードスイッチ35を
配設する。リードスイッチ35はタイマ36と表示LED37を
直列に接続し、電源回路38に接続する。リードスイッチ
35は、前記マグネット29の接近によりオンされる。そし
て、リードスイッチ35のオンが所定時間継続したことが
タイマ36により判定されると、表示LED37が点灯され
る。このタイマ36によりリードスイッチ35の誤動作、ま
たは一時的な液位の変動等による表示LED37の誤点灯が
防止される。

上記構成の本実施例の作動について以下に説明する。
尚、冷凍サイクルの作動については、既に周知であるの
で詳細な説明は省略し、主に冷媒充填量検出装置10の作
動について説明する。

冷凍サイクルに冷媒を充填するとき、配管P₄に流れる
冷媒が冷媒流入管15から気液分離室11に流入し、液面の
上昇とともにフロート21が上昇する。冷媒の液体成分に
より気液分離室11が満たされると、フロート21はその可
動範囲の上限位置まで上昇する。上限位置では、フロー
ト21に設けられた突起26が天井14の中心に形成したスリ
ット31に係入して、サイトグラス33の下面に接触する。
突起26の上面にはローマ字のOKマーク27が記してあるの
で、このマーク27をサイトグラス33を通して視認するこ
とができ、適正量の冷媒が充填されたことを検知するこ
とができる（第４図）。この状態における冷媒の乾き度
ｘは０である。尚、乾き度ｘと冷媒充填量の関係は第７
図のグラフに示される通りであり、冷媒充填量が90〜10
0％では乾き度ｘが零（＝０）である。

空調装置の長期間の使用により、冷凍サイクルの配管
系統から冷媒が漏洩していくと、レシーバ４から配管P₄
に流れる循環冷媒中には、気相冷媒が混入し、気液分離
室11内で分離される気体成分の量が増加する。このた
め、冷媒の気体成分が上部流出口17から流出して液面を
下げる（第５図）。フロート21はその液面に従って下降
し、突起26がスリット31から離脱する。気液分離室11の
内部は遮光部材32により、光の入射量が制限されている
ので暗く突起26のOKマーク27を視認できない。これによ
り、冷媒充填量が適正量未満に減少したことを早期に検
知することができる。この状態における冷媒の乾き度ｘ
設定乾き度x₀より未だ小さく、第７図に示す冷媒充填量
は例えば70〜90％の状態にある。

さらに、長期間の使用により冷媒漏洩が進み、気相冷
媒の混入が進み、乾き度ｘが設定乾き度x₀より大きくな
ると、第６図に示すように、冷媒の気体成分が上部流出
口17のみでなく、下部流出口18からも流出し、流位が下
部流出口18まで低下するので、フロート21が気液分離室
11の底壁12上に沈下する。この状態ではフロート21に嵌
着したマグネット29がリードスイッチ35に対応して、該
リードスイッチ35をオンし、タイマ36により一定時間経
過後に表示LED37を点灯する。表示LED37の点灯は、冷媒
の充填量が不足したことを警告する。設定乾き度x₀を0.
2とすれば冷媒充填量は約50％である（第７図）。

上記実施例は、冷凍サイクルに冷媒が充填されると、
気液分離室11が冷媒で満たされてフロート21が可動範囲
の上限位置まで上昇して、突起26に形成したOKマーク27
をサイトグラス33を通して視認することができ、確実か
つ簡単に適正量の冷媒が充填されたことを検知できる。
さらに、気液分離室11内にフロート21を配置する構成と
したものであるから，電極を冷凍サイクル内に入れるこ
ともなく信頼性が高く、また難しいシール部を増す必要
もないので、装置構造を簡易にでき小型で安価なものに
できる。また、冷媒流出管16の上部流出口17をフロート
21が可動範囲の上限に達する液位よりも低い位置として
いるから、冷媒が不足して気液分離室11内に冷媒の気体
成分が増加すると、液面が下がりフロート21が下がって
OKマーク27を視認できなくなり、冷媒が適正量未満であ
ることを早期に検知することができる。更に、冷媒流出
管16の上部流出口17と下部流出管18との開口面積比を調
整することにより、冷媒の設定乾き度x₀を設定すること
ができる。この設定乾き度x₀より乾き度ｘが大きくなっ
たとき、フロート21を底壁12上に沈下させて、マグネッ
ト29によりリードスイッチ35をオンし表示LED37を点灯
して冷媒の不足を警告し、この警告に基づいて冷凍サイ
クルに適正量の冷媒を充填することにより冷凍サイクル
のコンプレッサ等に不具合が発生するのを未然に防ぐこ
とができる。

前記実施例のサイトグラス33には、第8,9図に示すよ
うにその下面に三角プリズム33aを形成して、遮光部材3
2を省略することができる。気液分離室11内に冷媒の気
体成分が存在するときは、サイトグラス33からの光は三
角プリズム33aにより全反射され、気液分離室11内を見
ることができない（第８図）。一方、適正量の冷媒が充
填され気液分離室11が冷媒の液体成分で満たされると、
サイトグラス33からの光は三角プリズム33aにより全反
射されることなく直進し三角プリズム33aの直下まで上
昇するフロート21の突起26に設けたOKマーク27を確認す
ることができる（第９図）。これにより、遮光部材32を
省略して装置構造をさらに簡単にできコストダウンを図
ることができる。

さらに、前記気液分離室11には上部流出口17よりも高
い位置に冷媒流出口（図示せず）を形成して、冷媒が適
正充填量よりも僅かに不足したときや、サイクルハンチ
ング等で冷媒中に気泡が僅かに混入した場合でも、OKマ
ーク27を視認できるようにして適正表示を行うようにし
てもよい。

また、フロート21が上限位置に上昇したときのマグネ
ット29に対応する位置に、リードスイッチを配置して冷
媒が適正量充填されたとき、表示LEDを点灯するように
することもできる。

「発明の効果」本発明は上記構成を有し、気液分離室に設ける上部流
出路の開口位置を前記フロートが可動範囲の上限に達す
る液位よりも低い位置とし、冷媒が適正量充填されたと
き前記フロートが前記可動範囲の上限に到達し、適正充
填量表示手段により適正量であることが表示される。こ
れにより、冷媒充填時には適正充填量表示がなされたと
ころで充填を停止させることで過充填を防止できる。ま
た、フロートが可動範囲の上限より下がったときには、
冷媒の乾き度が設定乾き度より小さい間に、冷媒が適正
充填量未満になったことが早期に検出されるため、冷房
能力の低下を防止することができる。さらに、冷媒の乾
き度が設定乾き度より大きくなった冷媒不足時にはフロ
ートが下限に到達して冷媒不足が不足表示手段により表
示されるため、冷媒不足を確実に知らせることができ
る。このように、本発明の冷媒充填量検出装置はフロー
トの位置による３段階表示であるから、適正充填量に達
したこと、適正充填量未満になったこと、および冷媒不
足時であることが確実に表示され、さらに装置構造を簡
易にして小型で低コストであって、かつ故障の少ない信
頼性の高い冷媒充填量検出装置を提供できるという優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した車両用空調装置の冷凍サイク
ルのブロック図、第２図は要部の拡大断面図、第３図は
フロートの斜視図、第４図、第５図及び第６図は乾き度
により変化する気液分離室内のフロートの位置を示した
説明図であって、併せてOKマークの視認状態を示す、第
７図は乾き度と冷媒充填量の関係を示したグラフ、第８
図及び第９図はサイトグラスの変形例を示した断面図で
ある。 11……気液分離室、15……冷媒流入管、16……冷媒流出
管、17……上部流出口、18……下部流出口、21……フロ
ート、26…突起、27……OKマーク、29……マグネット、
33……サイトグラス、35……リードスイッチ、37……表
示LED、P₄……高圧配管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 49/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷凍サイクルの高圧液配管に設けられ、該
冷凍サイクルを循環する冷媒を導入して気体成分と液体
成分に分離する気液分離室と、該気液分離室内に設けら
れ前記液体成分の液位に追従して上下するフロートと、
前記気液分離室に溜まる冷媒を前記冷凍サイクルに還流
させるための上部流出路と下部流出路とを備え、前記上
部流出路と下部流出路の冷媒に対する管路抵抗比を検出
目標乾き度に応じて設定するとともに、前記上部流出路
の前記気液分離室への開口を前記フロートが可動範囲の
上限に達する液位よりも低い位置に開口させ、前記フロ
ートが可動範囲の上限に達したとき前記冷凍サイクルに
適正量の冷媒が充填されたことを表示する適正充填量表
示手段と、前記フロートが前記可動範囲の下限に達した
とき前記冷凍サイクルの冷媒が不足していることを表示
する不足表示手段とを備えることを特徴とする冷媒充填
量検出装置。