JP3511775B2 - 流体機械の油検出装置 - Google Patents
流体機械の油検出装置Info
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Description
機の冷媒圧縮機に適用される流体機械の油検出装置に関
する。
して、例えば特開平7−98168号公報に記載のもの
があり、油溜の上層部たる油面近くに、平行平板電極か
ら成る静電容量式油センサーを配設している。しかし、
このものでは、油溜の油面高さの適否や、冷媒が油に一
様に溶けた状態での油濃度は正しく検出できるとして
も、液冷媒の上層部に油が二層分離して溜っていて、駆
動軸内の給油通路内には実際には液冷媒しか汲み上げら
れない状態であっても、正常な油面、正常な油濃度と誤
検出してしまう問題がある。特に代替フロン冷媒化に伴
い、油は冷媒に対して非相溶なものが用いられる場合な
どは、二層分離が頻繁に起こり易く、誤検出が多い。
量(出力)バラツキを少なくするために、平板間距離を
厳密に保った製作が要求される。
のものでは、油溜の底部から油センサーに油を導き、油
溜底部の油の有無を検出できるようにしているが、ケー
シングの外部に油センサーの配設容器を配置して、この
容器とケーシングとを配管により連結する構造を採るた
め、検出設備が大がかりとなるし、検出設備のために本
来の油及び冷媒の挙動が変わってしまう問題がある。
実際に汲み上げようとする油の状態を正しく検出できる
流体機械の油検出装置を提供する点にある。
上記目的を達成するため、図1〜図3に示すように、作
動流体の給排機構を内装するケーシング1の底部に、油
ポンプ3を介して駆動軸4内の給油通路5に汲み上げる
油を溜めた流体機械の油検出装置であって、油ポンプ3
の油吸込口6を取り囲むように配設された扁平な二重円
筒電極71,72をもつ静電容量式油センサー7を備
え、油吸込口6と二重円筒電極71,72との高さを略
同じにしている。
極71,72としているのは、静電容量式油センサーの
コンパクト化を図ると共に、寸法誤差等による測定精度
のバラツキを少なくするためである。二重円筒電極7
1,72の静電容量Cは、外側電極71の径をr1、内
側電極72の径をr2、電極間の媒質の比誘電率をεr
とすると、C=24.1・εr/(log(r1/r
2))となる。
ようにその二重円筒電極71,72を配設し、油吸込口
6と二重円筒電極71,72との高さを略同じにしてい
るのは、センサー配設部分の省スペース化を図ると共
に、給油通路5に実際に汲み上げられる油の状態を一層
良好に検出できるようにするためである。二重円筒電極
71,72と油吸込口6とは、図示のように同心配置と
するのが最も好ましいが、必ずしも、心を合わさずに配
置してもよい。なお、作動流体の給排機構とは、圧縮機
の場合、圧縮室の容積を変化させる機構であって、スク
ロール圧縮機では一対のスクロール、ロータリー圧縮機
ではシリンダと偏心ロータ等から成り、又、真空ポンプ
の場合、ロータとステータ間に設ける羽根車と排気路、
一対のジグバーンプレートやねじ付円筒体等から成る。
油ポンプ3は、図示のように遠心式のものである他、定
容積式のものであってもよい。
明において、二つの電極71,72を同心状に良好に保
持させるため、図2に示すように、二重円筒電極71,
72を、円周上の複数箇所に配置する支持体8により支
持した。図示のものでは支持体8を円周上の3か所に配
置したが、2か所以上ならばよいものである。
に記載の発明において、油切れの際の第1のバックアッ
プ手段を提供するものであり、図4に示すように、静電
容量式油センサー7で油切れを検出しているとき、駆動
軸4の回転数を低下させて汲み上げ油量を低減する油面
制御手段91を設けた。駆動軸4の回転数は、モータ4
0をインバータ制御等することにより変えられる。
に記載の発明において、油切れの際の第2のバックアッ
プ手段を提供するものであり、同図4に示すように、静
電容量式油センサー7で油切れを検出しているとき、作
動流体の循環量を増大させて流体機械への戻り油量を増
加させる油面制御手段92を設けた。作動流体の循環量
は、流体機械に対して給排する作動流体を循環させる回
路(図示のものでは冷凍回路)中に介装した弁V(膨張
弁)の開度調節等により変えられる。
に記載の発明において、油切れの際の第3のバックアッ
プ手段を提供するものであり、同図4に示すように、静
電容量式油センサー7で油切れを検出しているとき、作
動流体の循環経路に介装した油回収器Hとケーシング1
とを結ぶ油戻し通路Bの開度を大きくして油戻し量を増
加させる油面制御手段93を設けた。油戻し通路Bの開
度を大きくするとは、油戻し通路Bに介装した開閉弁D
を閉から開に切り換えて、通路を遮断状態から連通状態
に切り換える場合も含む概念である。
ずれかに記載の発明において、油切れにより焼付き等の
回復困難な不良に陥る事態を未然に回避するために、同
図4に示すように、油面制御手段によっても油切れが解
消しないとき、運転を停止させる保護装置94を備えて
いる構成にした。運転を停止させるとは、モータ40の
通電を絶つこと等によって駆動軸4の回転を停止させる
ことをいう。
に記載の発明において、油切れの進行状況に応じて適切
なバックアップを図ると共に、最終的には装置の保護を
図るために、図4及び図5に示すように、静電容量式セ
ンサー7で油切れを検出している継続時間を計時するタ
イマTMと、油切れ継続時間Tが第1設定時間T1未満
のとき、油面制御1として駆動軸4の回転数を低下さ
せ、油切れ継続時間Tが第1設定時間T1以上第2設定
時間T2未満のとき、油面制御2として作動流体の循環
量を増大させ、油切れ継続時間Tが第2設定時間T2以
上第3設定時間T3未満のとき、油面制御3として作動
流体の循環経路に介装している油回収器Hからの油戻し
通路Bを開き、油切れ継続時間Tが第3設定時間T3以
上のとき運転を停止させる保護装置付き油面制御手段9
を備えている構成にした。油切れ継続時間は、図5に示
すように、静電容量式油センサー7からの油面センサー
出力Sが規定値X以下となったときからカウントをスタ
ートするタイマTMのカウント値Tを用いて認知でき
る。このとき、タイマ設定時間と油面制御法は、システ
ムにより変わるため、任意変更するものとする。
に記載の発明において、運転の長期間休止を回避して連
続性を持たせるため、図4及び図5に示すように、運転
停止後、油切れの解消により運転を再開させる再起動手
段95を設けた。油切れの解消は、図5に示すように、
油面センサー出力Sが規定値Xを上回ったことにより認
知できる。
ずれかに記載の発明において、油の有無のみならず、油
中への冷媒の溶け込み量を考慮した油濃度を検出するた
め、図6及び図7に示すように、静電容量式油センサー
7の検出値から油濃度を推定する油濃度推定手段96を
備えている構成にした。静電容量Cは、同じ油濃度でも
温度Tdが低いほど大きくなるという温度ドリフトをも
つ。したがって、図6に示すような温度補正を行なうの
が望ましく、斯くすることによって正確な油濃度が検出
できる。尚、図7の特性図は、作動流体に代替冷媒R2
2を用いたものであり、特にこのような代替冷媒は極性
をもち、分極の状態が変わるため、油濃度に対する比誘
電率εrが大きく変化することとなっている。
うに、油ポンプ3の油吸込口6を取り囲むように静電容
量式油センサー7を配設したから、液冷媒と油との二層
分離に影響されることなく、しかも、特別なセンサー配
設容器は設けず、本来の油及び冷媒の挙動を変えてしま
うこともなく、駆動軸4内の給油通路5に実際に汲み上
げられて潤滑等に用いられる油の状態を正しく検出する
ことができる。
容量式センサー7を、扁平な二重円筒電極71,72を
もつ構成にしたから、全体をコンパクトに形成できると
共に、平行平板電極を用いたものに比べて、寸法誤差等
による測定精度のバラツキを少なくすることができる。
油吸込口6を取り囲むように二重円筒電極71,72を
配設し、油吸込口6と二重円筒電極71,72との高さ
を略同じにしたから、油吸込口6を二重円筒電極71,
72の中央の空間部分に位置させることができ、センサ
ー配設部分の省スペース化が図れると共に、油吸込口6
を介して給油通路5に実際に汲み上げられる油の状態を
一層良好に検出できる。
に、二重円筒電極71,72を、円周上の複数箇所に配
置する支持体8により支持させた。二つの電極71,7
2の中心が多少ずれたとしても、電極間隙は変わらない
ため、厳しい取付精度が要求されない。
に、静電容量式油センサー7で油切れを検出していると
き、駆動軸4の回転数を低下させて汲み上げ油量を低減
するから、ケーシング1の底部に溜める油の油面低下を
緩慢にでき、油切れに対するバックアップが図れる。
うに、静電容量式センサー7で油切れを検出していると
き、作動流体の循環量を増大させて流体機械への戻り油
量を増加させるから、ケーシング1の底部に溜める油の
油面上昇を促すことができ、油切れに対するバックアッ
プが図れる。
うに、静電容量式油センサー7で油切れを検出している
とき、作動流体の循環経路に介装した油回収器Hとケー
シング1とを結ぶ油戻し通路Bの開度を大きくして油戻
し量を増加させるから、ケーシング1の底部に溜める油
の油面上昇を促すことができ、油切れに対するバックア
ップが図れる。
うに、油面制御手段によっても油切れが解消しないと
き、運転を停止させる保護装置94を備えているから、
油切れにより焼付き等の回復困難な不良に陥る事態を未
然に回避することができる。
に、油切れ継続時間Tが第1設定時間T1未満のとき、
油面制御1として駆動軸4の回転数を低下させ、ケーシ
ング1の底部に溜める油の油面低下を緩慢にできる。油
切れ継続時間Tが第1設定時間T1以上第2設定時間T
2未満のとき、油面制御2として作動流体の循環量を増
大させ、ケーシング1の底部に溜める油の油面上昇を促
すことができる。油切れ継続時間Tが第2設定時間T2
以上第3設定時間T3未満のとき、油面制御3として作
動流体の循環経路に介装している油回収器Hからの油戻
し通路Bを開き、ケーシング1の底部に溜める油の油面
上昇を促すことができる。油切れ継続時間Tが第3設定
時間T3以上のとき運転を停止させるから、油切れによ
り焼付き等の回復困難な不良に陥る事態を未然に回避す
ることができる。こうして、油切れの進行状況に応じて
適切なバックアップを図ると共に、最終的には装置の保
護を図ることができる。
に、運転停止後、油切れの解消により運転を再開させる
から、運転の長期間休止を回避でき、運転に連続性を持
たせることができる。
に、油濃度と比誘電率εrとは相関をもつため、静電容
量式油センサー7の検出値から油濃度を推定できる。こ
うして、このような油濃度推定手段96を設けたことに
より、油の有無のみならず、油中への冷媒の溶け込み量
を考慮した油濃度を検出することができる。
示し、作動流体の給排機構たる圧縮機構を内装するケー
シング1の底部に油溜2を備え、この油溜2に、油ポン
プ3を介して駆動軸4内の給油通路5に汲み上げる油を
溜めている。ケーシング1の円筒胴体11は、下部のベ
ース部材12にフランジ部13を介して結合している。
油ポンプ3は、下端に油吸込口6をもつ遠心式ポンプで
ある。駆動軸4は、モータ40の回転子41に結合して
いる。42はモータ40の固定子である。又、43は、
駆動軸4のラジアル軸受44及び同スラスト軸受45を
もつ下部ハウジングである。
は、静電容量式油センサー7を配設している。この油セ
ンサー7は、扁平な二重円筒電極71,72をもち、こ
れら電極71,72は、油ポンプ3の油吸込口6を取り
囲むように駆動軸4の軸心と同心状に配設している。図
2及び図3に示すように、外側電極71の径方向外方に
は端子用ボルト73を突設しており、シールド線から成
るリード線74の端子部75を、ワッシャ76及びナッ
ト77を用いて固定している。内側電極72の径方向内
方には端子用ボルト78を突設しており、同様にシール
ド線から成るリード線79を固定している。各リード線
74,79は、図1に示すように、ケーシング1の下部
側方に設けるコネクタ部又は取出し部14に接続してい
る。
1,72は、円周上の3箇所に配置する3つの支持体8
により支持している。各支持体8は、L字形の支持脚8
0、外側絶縁体81、間隙部絶縁体82、内側絶縁体8
3、絶縁スリーブ84、結合用ボルト85、当て板8
6、ナット87を構成部品としており、支持脚80の基
部をベース部材12に取付ボルト88を用いて取付けて
いる。各絶縁物81,82,83,84は、テフロン等
で形成している。89は、電極71,72と油吸込口6
との高さを揃える間座である。
クタ部又は取出し部14にインピーダンス計を接続し
て、その値を評価した結果、次の表1の結果が得られ
た。
が混合しているので、インピーダンス計の出力は、油1
00%の時(15mA)よりも大きな値となる。さらに
多く冷媒が溶け込む湿り運転になると、20mA以上の
値となる。油面が切れると、15mA以下の値となり、
油面無しの4mAに近づくことになる。これらの値は温
度ドリフトの影響で多少変化するが傾向は同じである。
こうして、油溜2に適正な油が有るか否かを良好に判断
できることになる。
検知を行う際に、温度ドリフト以外に出力に影響を与え
る可能性のある因子である水分量、コンタミ量について
の評価結果を以下に示す。
ため、次の表2に示す3ポイントで測定した。
量では、出力差はほとんどない。数千ppm程度の飽和
水分量前後の多量な水分が混入し、電極71,72間に
水滴が生じるような状態になれば、導電性物質が介在す
ることになるから、明らかに出力は増大すると予想され
る。しかし、実機のように数十ppm以下に管理させて
いる環境では、水分量変化が本センサー出力に与える影
響はないと判断できる。
る。油に標準コンタミ(切削油、洗浄油等のラインコン
タミが主)を混入させて測定した。結果は次の表3の通
りである。
タミ混入量では、出力差はほとんどない。今回は、導電
性がきわめて大きい金属粉等は含まない標準コンタミを
混入させた結果、センサー出力に差は現われなかった。
又、管理基準は約1000ppm程度なので問題ないと
判断できる。しかし、仮に摺動部が異常摩耗して油中に
金属粉が多量に混入すれば、明らかに出力は増大すると
予想される。換言すれば、油中への摩耗粉混入を静電容
量にて検知できる可能性のあることを意味している。
組み込んだ流体機械たる圧縮機Pを用い、凝縮器N、膨
張弁V、蒸発器Eと共に冷凍回路を構成したものであ
り、圧縮器Pの吐出側高圧ガス管には、冷媒と共に流出
した油を回収する油回収器Hを介装している。そして、
この油回収器Hの底部と圧縮機Pのケーシング1との間
を油戻し通路Bで連結し、その途中に介装する電磁弁か
ら成る開閉弁Dを開閉することにより、流出した油を圧
縮機Pに返還できるようにしている。尚、圧縮機Pのモ
ータ40は、インバータ制御によりその回転数を可変に
している。
TMとを入力として圧縮機Pのモータ40を制御する保
護装置付き油面制御手段9をマイクロコンピュータ等を
用いて構成し、そのプログラム上において、以下の各手
段を構築している。
油センサー7による油面センサー出力Sが10mA前後
で設定する規定値X以下となり、油切れが検出され、そ
の継続時間Tが第1設定時間T1未満のとき、油面制御
の第1段階として、図4に示すように、駆動軸4の回転
数を低下させて汲み上げ油量を低減させる回転数制御手
段91を設けている。
以上第2設定時間T2未満のとき、油面制御の第2段階
として、図4に示すように、膨張弁Vの開度を大きくし
て、作動流体の循環量を増大させ、圧縮機Pへの戻り油
量を増加させる循環量制御手段92を設けている。この
第2段階の制御は、第1段階の回転数制御手段91によ
る制御と併用して行うものである。
2以上第3設定時間T3未満のとき開閉弁Dを開にして
油回収器Hから延びる油戻し通路Bを開き、圧縮機Pへ
の戻り油量を増加させる油戻し制御手段93を設けてい
る。この第3段階の制御は、第1段階の回転数制御手段
91及び第2段階の循環量制御手段92による制御と併
用して行うものである。
定時間T3以上のとき、圧縮機Pのモータ40を止めて
運転を停止させる保護装置94を設けていると共に、運
転停止後、油切れの解消により運転を再開させる再起動
手段95を設けている。
7は、油面の有無のみならず、油濃度も測定可能であ
り、図6に示すように、静電容量式油センサー7の検出
値から図7に示す特性図に基づいて油濃度を推定する油
濃度推定手段96をも設けており、更に多様な圧縮機制
御に応用できるようにしている。
に、ケーシング1の円筒胴体11と下部のベース部材1
2とをフランジ部13を介して結合したが、図8に示す
ように、円筒胴体11とドーム型の下部蓋体120とを
溶接により結合してもよい。
特性図。
通路、6;油吸込口、7;静電容量式油センサー、7
1,72;二重円筒電極、8;支持体、9;保護装置付
き油面制御手段、91,92,93;油面制御手段、9
4;保護装置、95;再起動手段、96;油濃度推定手
段、TM;タイマ、H;油回収器、B;油戻し通路
Claims (9)
- 【請求項1】 作動流体の給排機構を内装するケーシン
グ(1)の底部に、油ポンプ(3)を介して駆動軸
(4)内の給油通路(5)に汲み上げる油を溜めた流体
機械の油検出装置であって、前記油ポンプ(3)の油吸
込口(6)を取り囲むように配設された扁平な二重円筒
電極(71,72)をもつ静電容量式油センサー(7)
を備え、前記油吸込口(6)と前記二重円筒電極(7
1,72)との高さを略同じにしていることを特徴とす
る流体機械の油検出装置。 - 【請求項2】 前記二重円筒電極(71,72)を、円
周上の複数箇所に配置する支持体(8)により支持して
いる請求項1記載の流体機械の油検出装置。 - 【請求項3】 前記静電容量式油センサー(7)で油切
れを検出しているとき、駆動軸(4)の回転数を低下さ
せて汲み上げ油量を低減する油面制御手段(91)を設
けている請求項1または2に記載の流体機械の油検出装
置。 - 【請求項4】 前記静電容量式油センサー(7)で油切
れを検出しているとき、作動流体の循環量を増大させて
流体機械への戻り油量を増加させる油面制御手段(9
2)を設けている請求項1または2に記載の流体機械の
油検出装置。 - 【請求項5】 前記静電容量式油センサー(7)で油切
れを検出しているとき、作動流体の循環経路に介装した
油回収器(H)と前記ケーシング(1)とを結ぶ油戻し
通路(B)の開度を大きくして油戻し量を増加させる油
面制御手段(93)を設けている請求項1または2に記
載の流体機械の油検出装置。 - 【請求項6】 前記油面制御手段によっても油切れが解
消しないとき、運転を停止させる保護装置(94)を備
えている請求項3〜5のいずれかに記載の流体機械の油
検出装置。 - 【請求項7】 前記静電容量式センサー(7)で油切れ
を検出している継続時間を計時するタイマ(TM)と、
油切れ継続時間が第1設定時間未満のとき前記駆動軸
(4)の回転数を低下させ、油切れ継続時間が第1設定
時間以上第2設定時間未満のとき作動流体の循環量を増
大させ、油切れ継続時間が第2設定時間以上第3設定時
間未満のとき作動流体の循環経路に介装している油回収
器(H)からの油戻し通路(B)を開き、油切れ継続時
間が第3設定時間以上のとき運転を停止させる保護装置
付き油面制御手段(9)を備えている請求項1または2
に記載の流体機械の油検出装置。 - 【請求項8】 運転停止後、油切れの解消により運転を
再開させる再起動手段(95)を設けている請求項6ま
たは7に記載の流体機械の油検出装置。 - 【請求項9】 前記静電容量式油センサー(7)の検出
値から油濃度を推定する油濃度推定手段(96)を備え
ている請求項1〜8のいずれかに記載の流体機械の油検
出装置。
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