JP5119419B2 - 冷凍サイクル用冷媒流量検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量（冷媒流量）を検出する際に用いて好適な冷凍サイクル用冷媒流量検出装置に関する。

一般に、圧縮機，凝縮器，膨張弁，蒸発器をループ状に接続することにより冷媒を循環させる冷媒回路を構成する冷凍サイクルは知られている。冷媒回路における冷媒は、冷媒ガスが圧縮機により圧縮された後、凝縮器により冷媒液となり、さらに、膨張弁を通過し、蒸発器により外部の熱が吸収された後、再び冷媒ガスとなって圧縮機に戻されるサイクルが繰り返される。したがって、冷媒流量の監視は、冷凍サイクルの制御や能力維持等にとって重要な監視項目の一つとなり、冷媒流量を検出する冷媒流量検出装置を搭載した冷凍サイクルも少なくない。

従来、冷凍サイクルに搭載した冷媒流量検出装置としては、特許文献１で開示される差圧センサを利用した検出装置及び特許文献２で開示される超音波型流量センサを利用した検出装置が知られている。特許文献１で開示される検出装置は、差圧センサにより圧縮機吐出側に設けた絞りの前後の差圧を検出し、この差圧及び所定の演算式から冷媒流量を算出するものであり、得られた冷媒流量は圧縮機の吐出容量制御に用いられる。また、特許文献２で開示される検出装置は、冷凍サイクルの配管を挟んで配置される２つの受発信センサにより超音波型流量センサを構成したものであり、この超音波型流量センサから得られる冷媒流量は、冷凍機の冷暖房能力の演算に用いられる。
日本国特許公開公報Ｎｏ．２００１−２６０６４５ 日本国特許公開公報Ｎｏ．２００６−１８３９５３

しかし、このような従来の冷凍サイクル用冷媒流量検出装置は、次のような問題点があった。

第一に、使用するセンサは流量に伴う物理的な挙動を検出ものであるため、センサ（検出系）及び付属回路（信号処理系）を含む装置全体の構成が大掛かりで複雑となる。したがって、冷凍サイクルに搭載する際の組付性に劣るとともに、装置全体の大型化及びコストアップを招く。

第二に、流量に伴う物理的な挙動を検出することから、使用するセンサは流量を検出する専用のセンサとなる。したがって、例えば、他の検出機能を兼用することが困難となり、多機能性及び発展性に劣る。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した冷凍サイクル用冷媒流量検出装置の提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、冷凍サイクルＣを循環する冷媒Ｒの流量（冷媒流量）Ｆｃを検出する冷凍サイクル用冷媒流量検出装置１を構成するに際して、冷媒Ｒ中に臨ませて取付けることにより冷媒温度Ｔｒを検出可能なサーミスタ２ｓを用いた温度検出素子部２及びこの温度検出素子部２の検出結果に基づく検出信号Ｖｓｉを信号処理する信号処理回路３ｓを有する物理量検出手段Ｍｓと、信号処理回路３ｓの出力信号Ｖｓを冷媒流量Ｆｃに変換する冷媒流量変換手段Ｍｆとを備えるとともに、サーミスタ２ｓに所定電流Ｉｓを流した状態にして出力信号Ｖｓを得ることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、冷媒流量変換手段Ｍｆは、予め実際の冷媒流量と信号処理回路３ｓの出力信号Ｖｓの相関関係から求めたデータベースＤｆを用いて変換できる。この際、冷媒流量Ｆｃに変換するパラメータとして、少なくとも、冷媒温度Ｔｒ，冷凍サイクルＣによる温調対象物Ｗの温度Ｔｗ，のいずれか一方又は双方を用いることができ、特に、冷媒温度Ｔｒには、少なくとも、凝縮器１２出口の冷媒温度Ｔｒ，蒸発器１５出口の冷媒温度Ｔｒ，のいずれか一方又は双方を含ませることができる。

このような構成を有する本発明に係る冷凍サイクル用冷媒流量検出装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 冷媒温度Ｔｒを検出可能な温度検出素子部２が流量センサとして利用されるため、検出系及び信号処理系を含む装置１全体の構成の単純化を実現でき、冷凍サイクルＣに搭載する際の組付の容易化、更には装置１全体の小型コンパクト化及びコストダウンを図れるとともに、温度検出等の他の検出機能を兼用できるため、多機能性及び発展性に優れる。

（２） 温度検出素子部２には、サーミスタ２ｓを用いたため、コスト面及び検出精度面の双方に最適となる温度検出素子部２を容易に構成できる。

（３） サーミスタ２ｓには所定電流Ｉｓを流した状態にして出力信号Ｖｓを得るようにしたため、サーミスタ２ｓに予熱を付与した状態となり、より確実に冷媒流量を検出できる。

（４） 好適な態様により、予め実際の冷媒流量と信号処理回路３ｓの出力信号Ｖｓの相関関係から求めたデータベースＤｆを用いて変換する冷媒流量変換手段Ｍｆを設ければ、比較的簡易な手段によって的確（正確）な冷媒流量Ｆｃを容易に得ることができる。

（５） 好適な態様により、冷媒流量Ｆｃに変換するパラメータとして、少なくとも、冷媒温度Ｔｒ，冷凍サイクルＣによる温調対象物Ｗの温度Ｔｗ，のいずれか一方又は双方を用いるとともに、特に、冷媒温度Ｔｒに、少なくとも、凝縮器１２出口の冷媒温度Ｔｒ，蒸発器１５出口の冷媒温度Ｔｒ，のいずれか一方又は双方を含ませれば、動作環境に対応したより正確な冷媒流量Ｆｃを得ることができる。

本発明の最良の実施形態に係る冷媒流量検出装置のブロック回路図、 同冷媒流量検出装置を備える冷凍サイクルの回路図、 同冷媒流量検出装置に用いる冷媒センサの接続位置を変更した冷凍サイクルの回路図、 同冷媒流量検出装置に用いる冷媒センサの断面構成図、 同冷媒センサの接続態様の変更例を含む外観構成図、 同冷媒流量検出装置の具体的回路例を示す電気回路図、 同冷媒流量検出装置を実施する際に利用する冷媒温度に対する出力電圧の関係を示す特性図、 同冷媒流量検出装置に備える物理量変換手段における冷媒圧力に対する出力電圧の関係を示す特性図、 同冷媒流量検出装置を実施する際における流量と出力電圧の関係を説明するための特性図、 同冷媒流量検出装置を実施する際における冷媒温度及び水温をパラメータとして冷媒流量を求めるデータテーブルの説明図、 同冷媒流量検出装置に備える液バック検出部を説明するための液バックの有無に基づく冷媒流量対出力電圧の関係を示すデータ図、 同冷媒流量検出装置に備える液バック検出部を説明するための液バックの有無に基づく他の水温における冷媒流量対出力電圧の関係を示すデータ図、 同冷媒流量検出装置における冷媒センサの接続態様の変更例を示す冷凍サイクルの回路図、 同冷媒流量検出装置における冷媒センサの接続態様の他の変更例を示す冷凍サイクルの一部回路図、 同冷媒流量検出装置における冷媒センサの接続態様の他の変更例を示す冷凍サイクルの一部回路図、

１：冷凍サイクル用冷媒流量検出装置，２：温度検出素子部，２ｓ：サーミスタ，３ｓ：信号処理回路，１２：凝縮器，１５：蒸発器，Ｃ：冷凍サイクル，Ｒ：冷媒，Ｆｃ：冷媒の流量（冷媒流量），Ｔｒ：冷媒温度，Ｔｗ：温調対象物の温度，Ｖｓｉ：検出信号，Ｖｓ：出力信号，Ｍｓ：物理量検出手段，Ｍｆ：冷媒流量変換手段，Ｉｓ：所定電流，Ｄｆ：データベース，Ｗ：温調対象物

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る冷媒流量検出装置１を用いることができる冷凍サイクルＣの概要について、図２を参照して説明する。

冷凍サイクルＣは、冷媒Ｒを循環させるループ状の冷媒回路１０を備える。図中、冷媒Ｒは、流通方向を表す点線矢印で示す。冷媒回路１０は、基本構成として、冷媒配管を介して順次直列に接続した、圧縮機１１，凝縮器１２，冷媒ドライヤ１３，電子膨張弁１４，熱交換器（蒸発器）１５及びアキュムレータ１１ａを備える。なお、例示の圧縮機１１とアキュムレータ１１ａは一体型である。その他、１７は凝縮器１２に付設した空冷用の凝縮器ファンを示す。また、１８はキャピラリチューブ１９及び制御バルブ２０を直列接続したホットガスバイパス回路であり、このバイパス回路１８は、一端を圧縮機１１と凝縮器１２間に接続し、他端を電子膨張弁１４と熱交換器１５間に接続する。他方、２５は被冷却系であり、熱交換器１５の二次側１５ｓに接続する。したがって、冷媒回路１０は、熱交換器１５の一次側１５ｆに接続される。これにより、被冷却系２５に備える被冷却対象を冷却する冷却水（温調対象物）Ｗが熱交換器１５の二次側１５ｓ及び被冷却系２５間を循環するとともに、冷却水Ｗは熱交換器１５の一次側１５ｆに流通する冷媒Ｒとの熱交換により冷却される。この場合、冷凍サイクルＣの基本的な機能（動作）は公知の冷凍サイクルと同じである。

次に、本実施形態に係る冷媒流量検出装置１の具体的構成について、図１〜図９を参照して説明する。

冷媒流量検出装置１は、図２に示すように、冷凍サイクルＣにおける圧縮機１１の吸入低圧側の冷媒流路Ｋｂに接続する冷媒センサ３０を備える。冷媒センサ３０は、図４に示すように、カップ状のカバー部３２の開口部に平板状のベース部３３を固着して密閉したハウジング部３１を備えるとともに、ベース部３３に一端側を固着してハウジング部３１の内部に連通する冷媒流入口３４と冷媒流出口３５を備える。また、ベース部３３には三本のリード部（電極部）３６ａ，３６ｂ，３６ｃを貫通させて取付ける。なお、各リード部３６ａ，３６ｂ，３６ｃとベース部３３間は絶縁部により電気的に絶縁する。そして、ハウジング部３１の内部に臨む三本のリード部３６ａ，３６ｂ，３６ｃのうち一本のリード部３６ａを共通リードとし、リード部３６ａとリード部３６ｂ間に一つのサーミスタ２ａを接続するとともに、リード部３６ａとリード部３６ｃ間にもう一つのサーミスタ２ｓを接続する。したがって、冷媒センサ３０は、二つのサーミスタ２ａ，２ｓを内蔵し、いずれのサーミスタ２ａ，２ｓもハウジング部３１内で冷媒Ｒに臨む。これにより、ハウジング部３１を共用した少なくとも二つのサーミスタ２ｓ，２ａを内蔵する温度検出素子部２を構成でき、温度検出素子部２の多機能性及び発展性を高めることができる。一方、ハウジング部３１の外部に突出した三本のリード部３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、図２に示すように、コントローラ４０に接続する。

図１に、コントローラ４０のブロック回路を示す。同図中、２ａ，２ｓは、冷媒センサ３０に内蔵する二つのサーミスタを示す。この場合、一方のサーミスタ２ｓが本実施形態に係る冷媒流量検出装置１に用いる基本形態の温度検出素子部２となり、他方のサーミスタ２ａがこの温度検出素子部２に追加して冷媒温度及び冷媒圧力を検出する第二のサーミスタとなる。なお、温度検出素子部２にサーミスタ２ｓ，２ａを用いることにより、コスト面及び検出精度面の双方に最適となる温度検出素子部２を容易に構成できる。

サーミスタ２ａは、一端を直流電源（例えば、ＤＣ１２〔Ｖ〕）４１のホットラインに接続するとともに、他端を、抵抗Ｒ１を介して印加電圧調整部４２に接続する。また、サーミスタ２ａに対して抵抗Ｒ２を並列に接続する。この場合、抵抗Ｒ１とＲ２は、サーミスタ２ａの温度変化による抵抗値変化ができる限り直線になるものを選定する。さらに、抵抗Ｒ１の両端は、抵抗Ｒ１の端子電圧Ｖａｉに基づいてサーミスタ２ａの抵抗値を検出する抵抗値検出部４３に接続するとともに、抵抗値検出部４３の出力側は、この抵抗値検出部４３の出力電圧の大きさを調整する出力電圧調整部４４に接続する。この出力電圧調整部４４からは、出力電圧Ｖａが出力し、この出力電圧Ｖａは処理部４５に付与される。したがって、印加電圧調整部４２，抵抗値検出部４３及び出力電圧調整部４４がサーミスタ２ａの検出結果に基づく検出信号（端子電圧）Ｖａｉを信号処理する信号処理回路３ａを構成する。

処理部４５は、冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５を備え、出力電圧Ｖａは、これら冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５にそれぞれ付与される。冷媒温度変換部４は、予め実際の冷媒温度Ｔｒと信号処理回路３ａの出力電圧Ｖａの相関関係により求めたデータベース（データテーブル）Ｄｔを用いて、信号処理回路３ａから付与された出力電圧Ｖａを冷媒温度Ｔｒに変換する機能を備える。図７は、データベースＤｔの基礎となる実際の冷媒温度Ｔｒ〔℃〕と出力電圧Ｖａ〔Ｖ〕の相関関係を示す特性図であり、Ｔｒａは後述するサーミスタ２ｓに流す所定電流Ｉｓを４０〔ｍＡ〕に、Ｔｒｂは同電流Ｉｓを１００〔ｍＡ〕にそれぞれ設定した場合を示す。

冷媒圧力変換部５は、予め実際の冷媒圧力Ｐｒｄと信号処理回路３ａの出力電圧Ｖａの相関関係により求めたデータベース（データテーブル）Ｄｐを用いて、信号処理回路３ａから付与された出力電圧Ｖａを冷媒圧力Ｐｒに変換する機能を備える。図８は、データベースＤｐの基礎となる実際の冷媒圧力Ｐｒｄ〔ＭＰａ〕と出力電圧Ｖａ〔Ｖ〕の相関関係を示す特性図であり、Ｐｒａは水温３２〔℃〕（圧縮機１１の回転数Ｕｒ：２５００〔ｒｐｍ〕）、Ｐｒｂは水温２０〔℃〕（Ｕｒ：１７１０〔ｒｐｍ〕）、Ｐｒｃは水温５〔℃〕（Ｕｒ：９００〔ｒｐｍ〕）のときの特性図をそれぞれ示す。なお、水温は、図２に示した熱交換器１５により冷却される冷却水Ｗの温度である。また、各水温において、圧縮機１１の回転数は一定とし、電子膨張弁１４の調整により低圧圧力が一定となるように強制的に制御するとともに、凝縮器ファン１７の回転数をステップ変化させることにより冷媒圧力Ｐｒｄ〔ＭＰａ〕を変化させたものであり、周囲温度（外気温）Ｔｒは１５〔℃〕である。

そして、冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５の出力は、出力部４６に付与され、表示処理及び記憶処理などの必要な出力処理が行われる。したがって、冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５は物理量変換手段Ｍｃを構成する。このような構成により、単一のサーミスタ２ａを利用して冷媒温度Ｔｒ及び冷媒圧力Ｐｒの双方を検出できるため、冷媒圧力Ｐｒを検出する別途の圧力センサを不要にでき、部品コスト及び組付コストに係わる大幅なコストダウンを実現できるとともに、組付スペースの確保や配線の引き回しなどの構造設計上の不利益を半減できる。

一方、サーミスタ２ｓは、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と共に検出回路５１を構成し、抵抗Ｒ３とＲ５の接続点及びサーミスタ２ｓと抵抗Ｒ４の接続点は、それぞれ抵抗値検出部５２に接続する。また、サーミスタ２ｓと抵抗Ｒ３の接続点は、直流電源４１のホットラインに接続するとともに、抵抗Ｒ４とＲ５の接続点はトランジスタＱ（コレクタ−エミッタ間）を介してアースラインに接続する。さらに、抵抗値検出部５２の出力側は、加熱電流設定部５３に接続するとともに、加熱電流設定部５３の出力側はトランジスタＱのベースに接続する。これにより、サーミスタ２ｓと抵抗Ｒ４間の接続点には、検出電圧（検出信号）Ｖｓｉが得られるとともに、トランジスタＱのコレクタ（抵抗Ｒ４とＲ５の接続点）には、出力電圧（出力信号）Ｖｓが得られ、この出力電圧Ｖｓは処理部４５に付与される。したがって、検出回路５１，抵抗値検出部５２，加熱電流設定部５３及びトランジスタＱは、温度検出素子部２の検出結果に基づく検出信号Ｖｓｉを信号処理する信号処理回路３ｓを構成するとともに、この信号処理回路３ｓと温度検出素子部２が物理量検出手段Ｍｓを構成する。

処理部４５には、冷媒流量変換手段Ｍｆを構成する冷媒流量変換部７を備え、この冷媒流量変換部７には、信号処理回路３ｓから得る出力電圧Ｖｓが付与される。これにより、冷媒流量変換部７では、出力電圧Ｖｓが冷媒流量Ｆｃに変換される。冷媒流量変換部７は、予め実際の冷媒流量Ｆｃと信号処理回路３ｓの出力電圧Ｖｓの相関関係により求めたデータベース（データテーブル）Ｄｆを用いて、出力電圧Ｖｓを冷媒流量Ｆｃに変換する機能を備える。この場合、冷媒流量Ｆｃに変換するに際しては、所定のパラメータを使用する。パラメータとしては、冷媒温度Ｔｒ及び冷凍サイクルＣにより冷却する冷却水Ｗの温度（水温）Ｔｗを用いる。冷媒温度Ｔｒには、前述した冷媒温度変換部４から得る冷媒温度Ｔｒを利用できる。したがって、冷媒温度Ｔｒを得るための別途の位置に設ける温度センサを不要にできる。なお、冷媒温度Ｔｒとしては、その他、凝縮器１２出口の冷媒温度Ｔｒを用いてもよいし、蒸発器（熱交換器）１５出口の冷媒温度Ｔｒを用いてもよい。

図９は、冷媒流量Ｆｃ〔リットル／ｍｉｎ〕に対する出力電圧Ｖｓ〔Ｖ〕の関係を示す特性図である。同図から明らかなように、冷媒流量Ｆｃと出力電圧Ｖｓの間には一定の相関関係が認められる。したがって、図１０に示すようなデータテーブルＤｘを用意し、図７に基づいてサーミスタ２ａ側の出力電圧Ｖａから冷媒温度Ｔｒを求め、この冷媒温度Ｔｒ及び水温Ｔｗをパラメータとして、所定の冷媒流量Ｆｃ（Ｆ１１…）を求めることができる。このように、比較的簡易な手段によって的確（正確）な冷媒流量Ｆｃを容易に得ることができるとともに、冷媒流量Ｆｃに変換するパラメータを用いることにより、動作環境に対応したより正確な冷媒流量Ｆｃを得ることができる。そして、得られた冷媒流量Ｆｃは出力部４６に付与され、表示処理及び記憶処理などの必要な出力処理が行われる。

さらに、処理部４５には、液バック検出部６を備える。液バック検出部６には、予め、液バックを検出可能な閾値Ｖｓｒを設定する。この閾値Ｖｓｒは、次のように設定することができる。液バック現象は、熱交換が十分に行われない冷媒Ｒがミスト状又は液塊状となって圧縮機１１に戻される現象であり、液バックが発生した場合、ミスト状又は液塊状となった液体の冷媒Ｒが圧縮機１１により液圧縮されるため、圧縮機１１の重大な故障原因となる。冷媒センサ３０は、サーミスタ２ｓが冷媒Ｒに直接臨むため、液バックによりミスト状又は液塊状の冷媒Ｒが戻されるとサーミスタ２ｓの表面に付着する。この際、サーミスタ２ｓには後述する所定電流Ｉｓが流れ、予熱が付与された状態になるため、サーミスタ２ｓの表面に付着した液体の冷媒Ｒは、直ぐに蒸発（気化）する。これにより、サーミスタ２ｓの表面温度は急速に低下するとともに、出力電圧Ｖｓも急速に低下する。したがって、この出力電圧Ｖｓの大きさを監視すれば、液バックを検出できるため、閾値Ｖｓｒは、サーミスタ２ｓに付着した冷媒Ｒ液が蒸発（気化）する際の温度低下により急速に低下する出力電圧Ｖｓの大きさを検出可能に設定する。

図１１及び図１２には、液バックの有無に基づく冷媒流量Ｆｃ〔ｋｇ／ｈ〕対出力電圧Ｖｓ〔Ｖ〕の関係を示す。なお、図１１は熱交換器１５により冷却される冷却水Ｗの水温が１１〔℃〕、図１２は同水温が３２〔℃〕の場合をそれぞれ示す。図１１及び図１２において、黒点で示すＶｓｂが、液バックが発生していない正常状態における出力電圧Ｖｓを示すとともに、白点で示すＶｓｗが、液バックが発生した状態における出力電圧Ｖｓを示す。これらのデータから明らかなように、正常状態では、出力電圧Ｖｓは、２〔Ｖ〕前後であるが、液バックが発生することにより、出力電圧Ｖｓは、０．５〔Ｖ〕以下に低下する。よって、液バックは適切な閾値Ｖｓｒを設定することにより容易に検出することができ、例示の場合には、閾値Ｖｓｒを、０．６〔Ｖ〕前後に設定することにより液バックを確実に検出（判別）できる。

液バック検出部６は、閾値Ｖｓｒにより信号処理回路３ｓから付与される出力電圧Ｖｓを監視し、液バックの発生有無を検出できるため、液バックを検出した場合には、液バック検出信号Ｓｘを出力部４６に付与する。したがって、液バック検出部６は、信号処理回路３ｓの出力信号Ｖｓの大きさが、液バックを検出可能に設定した閾値Ｖｓｒに達したことを検出する液バック検出処理手段Ｍｐの主要部を構成する。これにより、液バックそのものを直接的に検知でき、液バックの発生を迅速に検出できるとともに、液バックの発生自体を正確に検出でき、しかも、僅かな液バックであっても確実に検出できる。加えて、液バックを検出する際の検出系及び信号処理系を構成する回路を簡易化及び単純化できるため、取付容易性及びコストダウンにも寄与できるとともに、冷媒流量Ｆｃの検出機能と液バックの検出機能を兼用できる。

したがって、処理部４５は、各種データ処理を行うことができるコンピュータ機能、即ち、ＣＰＵ，ＲＡＭ及びＲＯＭ等のハードウェア及び上述した変換処理及び検出処理（判別処理）等の各種処理を実行する処理プラグラム等のソフトウェアを備えている。なお、図６には、信号処理回路３ｓにおける抵抗値検出部５２及び加熱電流設定部５３の回路例を示し、ＯＰ４，ＯＰ５はオペアンプ、Ｒｖ２は電流調整用の可変抵抗、Ｒ２１〜Ｒ２９は抵抗（固定抵抗）である。また、同図には、前述した信号処理回路３ａにおける印加電圧調整部４２，抵抗値検出部４３及び出力電圧調整部４４の回路例を示し、ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３はオペアンプ、Ｒｖ１は出力電圧調整用の可変抵抗、Ｒ１１〜Ｒ１９は抵抗（固定抵抗）である。なお、図６中、図５と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にした。

次に、本実施形態に係る冷媒流量検出装置１の使用方法及び動作について、各図を参照して説明する。

まず、冷媒センサ３０を冷凍サイクルＣに接続する際の接続方法について、図２〜図５を参照して説明する。

冷媒センサ３０は、図２に示すように、圧縮機１１の吸入低圧側における冷媒流路Ｋｂに直列に接続する。この場合、冷媒流路Ｋｂの中途位置を分割し、図４に示すように、一方の冷媒流路Ｋｂｆに冷媒流入口３４を接続するとともに、他方の冷媒流路Ｋｂｒに冷媒流出口３５を接続する。例示の圧縮機１１とアキュムレータ１１ａは一体型のため、冷媒流路Ｋｂは、圧縮機１１とアキュムレータ１１ａ間における冷媒流路となるが、必要により、アキュムレータ１１ａの流入側（上流側）を冷媒流路Ｋｂとして利用することもできる。図３は、アキュムレータ１１ａの流入側の冷媒流路（Ｋｂ）に冷媒センサ３０を接続した場合を示す。この場合、冷媒流路（Ｋｂ）の中途位置を分割し、一方の冷媒流路（Ｋｂｆ）に冷媒流入口３４を接続するとともに、他方の冷媒流路（Ｋｂｒ）に冷媒流出口３５を接続する。

なお、冷媒センサ３０は、図５に示す接続態様によっても実施可能である。図２（図４）に示した冷媒センサ３０の接続態様は、冷媒流路Ｋｂに対して直列に接続することにより、全ての冷媒Ｒを冷媒センサ３０に流通させようにしたが、図５に示す接続態様は、冷媒流路Ｋｂに対して並列に分岐する検出用の分岐冷媒流路Ｋｓを設け、この分岐冷媒流路Ｋｓの中途位置に、冷媒センサ３０の冷媒流入口３４と冷媒流出口３５を接続したものである。このような分岐冷媒流路Ｋｓを設けることにより、サーミスタ２ｓの検出精度を高めることができるとともに、サーミスタ２ｓに所定電流Ｉｓを常時流して使用する場合でも電流を小さくできる。

冷媒センサ３０を接続する態様として、冷媒流路（主回路）Ｋｂに対して直列に接続する図２及び図４に示す接続態様（全流型）と、冷媒流路（主回路）Ｋｂに対して検出用分岐流路Ｋｓを並列に分岐させ、この検出用分岐流路Ｋｓに接続する図５に示す接続態様（分流型）を例示したが、単一の温度検出素子部２（冷媒センサ３０）を用いるが故に目的に対応した各種の接続位置又は接続態様を選択することができ、特に、吸入側には全流型を使用し、吐出側には全流型又は分流型のいずれかを使用するなどの使い分けも有効である。

次に、冷媒流量検出装置１の動作について説明する。冷凍サイクルＣを運転することにより、冷媒回路１０を冷媒Ｒが循環し、熱交換器１５により冷却液Ｗが冷却（温調）される。この場合、アキュムレータ１１ａから流出した冷媒Ｒは、冷媒流路Ｋｂｆ及び冷媒流入口３４を通り、ハウジング部３１内に流入するとともに、さらに、冷媒流出口３５及び冷媒流路Ｋｂｒを通り、圧縮機１１に吸入される。

ハウジング部３１内には、二つのサーミスタ２ａ，２ｓが臨むため、冷媒Ｒは、サーミスタ２ａ，２ｓに直接接触し、冷媒温度Ｔｒに対応してサーミスタ２ａ，２ｓの抵抗値が変化する。この際、サーミスタ２ｓには、所定電流（一定電流）Ｉｓが流れるように設定される。即ち、サーミスタ２ｓ，抵抗Ｒ３，Ｒ４及びＲ５からなる検出回路５１に対しては直流電源４１からＤＣ電圧（例示は１２〔Ｖ〕）が印加されるとともに、この検出回路５１に直列に接続されたトランジスタＱ（コレクタ−エミッタ間）の回路を通して電流が流れる。そして、抵抗値検出部５２によりサーミスタ２ｓの抵抗値が検出されるとともに、この抵抗値の検出結果を受け、加熱電流設定部５３によりトランジスタＱのベース電圧が可変され、所定電流（一定電流）Ｉｓが流れるように設定（制御）される。なお、所定電流Ｉｓは、例えば、１００〔ｍＡ〕又は４０〔ｍＡ〕などに設定される。これにより、サーミスタ２ｓに予熱を付与した状態となり、より確実に冷媒流量を検出できる。また、トランジスタＱのコレクタ電圧は、サーミスタ２ｓの抵抗値の変化に対応して変化する出力電圧Ｖｓとなる。即ち、サーミスタ２ｓの抵抗値の変化（検出結果）に基づく検出電圧Ｖｓｉに対応する出力電圧Ｖｓが得られる。この出力電圧Ｖｓは、処理部４５に備える冷媒流量変換部７及び液バック検出部６にそれぞれ付与される。

一方、サーミスタ２ａには直流電源４１からＤＣ電圧（例示は１２〔Ｖ〕）が印加され、サーミスタ２ａと抵抗Ｒ１の並列回路、更には直列接続された抵抗Ｒ１を通して電流が流れるとともに、印加電圧調整部４２からは、抵抗Ｒ１に対して印加電圧調整用の電圧、例えば、９〔Ｖ〕が印加される。これにより、サーミスタ２ａに対する印加電圧は最大でも３〔Ｖ〕となり、サーミスタ２ａの自己発熱が有効に抑制される。抵抗値検出部４３からは、サーミスタ２ａの抵抗値、即ち、抵抗Ｒ１の端子電圧（検出信号）Ｖａｉに基づいてサーミスタ２ａの抵抗値に比例した電圧が検出され、この電圧は出力電圧調整部４４に付与される。出力電圧調整部４４からは、内蔵する出力電圧調整用の可変抵抗器Ｒｖ１（図６）により大きさが調整された出力電圧Ｖａが出力し、この出力電圧Ｖａは、冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５の双方にそれぞれ付与される。

そして、処理部４５では、次のようなデータ処理が行われる。冷媒温度変換部４では、出力電圧Ｖａに対応する冷媒温度ＴｒがデータベースＤｔから読出され、出力部４６に付与される。これにより、出力部４６では、得られた冷媒温度Ｔｒがデジタル表示部等によりリアルタイムで表示されるとともに、制御データなどとして制御系に付与される。また、必要により履歴データとして記憶部に記憶される。冷媒圧力変換部５では、出力電圧Ｖａに対応する冷媒圧力ＰｒがデータベースＤｐから読出され、出力部４６に付与される。これにより、出力部４６では、得られた冷媒圧力Ｐｒがデジタル表示部等によりリアルタイムで表示されるとともに、制御データなどとして制御系に付与される。また、必要により履歴データとして記憶部に記憶される。

冷媒流量変換部７では、出力電圧Ｖｓと冷媒温度変換部４から得る冷媒温度Ｔｒ、更には水温Ｔｗに基づく冷媒流量ＦｃがデータベースＤｆから読出され、出力部４６に付与される。これにより、出力部４６では、得られた冷媒流量Ｆｃがデジタル表示部等によりリアルタイムで表示されるとともに、制御データなどとして制御系に付与される。冷媒流量Ｆｃをモニタデータとして使用した場合、例えば、冷媒流量Ｆｃの経時的減少や異常減少などを速やかに発見することができる。また、冷媒流量Ｆｃは、必要により履歴データとして記憶部に記憶される。このように、冷媒流量Ｆｃを検出するに際しては、センサとして冷媒温度Ｔｒを検出可能な温度検出素子部２を利用するため、検出系及び処理系を含む装置１全体の構成の単純化により、冷凍サイクルＣに搭載する際の組付の容易化を図れるとともに、装置１全体の小型コンパクト化及びコストダウンを図れ、しかも、温度検出等の他の機能の兼用が可能となり、多機能性及び発展性に優れる。

液バック検出部６では、液バックを検出する閾値Ｖｓｒが設定されているため、出力電圧Ｖｓと閾値Ｖｓｒの比較処理が行われる。即ち、出力電圧Ｖｓが閾値Ｖｓｒに達したか否かが監視される。液バックが発生した場合には、ミスト状又は液塊状の冷媒Ｒ液が冷媒流路Ｋｂを流れるため、この冷媒Ｒ液がサーミスタ２ｓの表面に付着する。サーミスタ２ｓは所定電流Ｉｓにより予熱されているため、付着した冷媒Ｒ液は直ぐに蒸発（気化）し、これにより、サーミスタ２ｓの表面温度が急速に低下するとともに、これに基づいて出力電圧Ｖｓも急速に低下する。この結果、出力電圧Ｖｓは閾値Ｖｓｒに達し、液バックの発生が検出されるため、液バック検出部６からは液バック検出信号Ｓｘが出力し、出力部４６に付与される。出力部４６には、液バック対応処理手段Ｍｕを備えるため、例えば、液バック発生報知機能により液バックの発生を警報ランプ等で報知したり、或いは液バック改善処理機能により電子膨張弁１４の開度を調整して液バックを改善したり、さらに液バック改善処理機能によっても液バックが改善されないときに、圧縮機運転停止機能により圧縮機１１の運転を停止するなどの液バック対応処理が行われる。これにより、液バックの検出に対応した圧縮機１１を保護する対策が的確に講じられる。

なお、サーミスタ２ａからは冷媒温度Ｔｒと冷媒圧力Ｐｒを得るため、液バックを予防する側面からの保護機能を持たせることができる。このため、出力部４６には、サーミスタ２ａの検出結果に基づく冷媒温度Ｔｒを利用して算出した過熱度に基づいて電子膨張弁１４の開度を制御する膨張弁制御手段Ｍｅを備える。これにより、冷媒温度Ｔｒと他の物理量情報、例えば、冷媒圧力又は他の位置における冷媒温度等に基づいて過熱度が算出され、得られた過熱度に基づいて液バックが発生しないように電子膨張弁１４の開度が制御される。この結果、液バックを予防する側面から圧縮機１１の更なる保護が図られる。

次に、冷媒流量検出装置１における冷媒センサ３０の接続態様の変更例について、図１３〜図１５を参照して説明する。

図２（図３）に示した冷媒センサ３０の接続態様は、冷媒センサ３０を低圧側の冷媒流路Ｋｂ、即ち、圧縮機１１の吸入低圧側における冷媒流路Ｋｂに接続した場合を示したが、図１３〜図１５は、いずれも圧縮機１１の吐出高圧側における冷媒流路Ｋａに接続する場合を示す。

図１３に示す接続態様は、冷媒センサ３０を接続するに際し、圧縮機１１の吐出高圧側に図４に示す接続態様（全流型）により接続したものである。即ち、冷媒流路Ｋａの中途位置を分割し、図４に示すように、一方の冷媒流路Ｋａｆに冷媒流入口３４を接続するとともに、他方の冷媒流路Ｋａｒに冷媒流出口３５を接続する。

一方、図１４及び図１５に示す接続態様は、冷媒流路Ｋａから分岐して他の冷媒流路Ｋｃに至る検出用の分岐冷媒流路Ｋｓ（図５参照）を設け、この分岐冷媒流路Ｋｓの中途位置に、冷媒センサ３０の冷媒流入口３４と冷媒流出口３５を接続する分流型を用いたものである。

図１４は、圧縮機１１の吐出高圧側における第一冷媒流路Ｋａと凝縮器１２の冷媒流路Ｋｅの中途位置Ｋｅｍ間に並列接続した分岐冷媒流路Ｋｓｆの中途に冷媒センサ３０を接続した例を示す。なお、１２ｆ…は冷媒流路Ｋｅに付設された放熱フィンを示す。また、例示の冷凍サイクルＣは、バイパス回路１８が接続されているため、このバイパス回路１８の接続点（分岐点）に対して下流側にある冷媒流路Ｋａｙに分岐冷媒流路Ｋｓｆを接続する場合を実線で示すとともに、バイパス回路１８の接続点に対して上流側にある冷媒流路Ｋａｘに分岐冷媒流路Ｋｓｆを接続する場合を仮想線で示す。

図１５は、圧縮機１１の吐出高圧側における第一冷媒流路Ｋａと凝縮器１２の流出側における第二冷媒流路Ｋｃ間に並列接続した分岐冷媒流路Ｋｓｄの中途に冷媒センサ３０を接続した例を示す。この場合、バイパス回路１８の接続点に対して下流側にある冷媒流路Ｋａｙに分岐冷媒流路Ｋｓｄを接続する場合を実線で示すとともに、バイパス回路１８の接続点に対して上流側にある冷媒流路Ｋａｘに分岐冷媒流路Ｋｓｄを接続する場合を仮想線で示す。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の精神（要旨）を逸脱しない範囲において、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、温度検出素子部２を構成するサーミスタ２ｓは、二以上のサーミスタを組合わせてサーミスタ２ｓとする場合を排除しないとともに、サーミスタ２ｓのみで冷媒センサ３０を構成する場合を排除しない。また、冷媒流量Ｆｃを求めるに際し、冷媒温度Ｔｒ及び水温Ｔｗをパラメータとして用いたが、いずれか一方のパラメータであってもよいし、更に他のパラメータを追加してもよい。一方、処理部４５は、コンピュータ機能を用いた例を示したが、必要により同様の機能を発揮する電気回路により構成してもよい。なお、信号処理回路３ｓにおける信号処理には、検出電圧（検出信号）Ｖｓｉをそのまま出力電圧（出力信号）Ｖｓ（＝Ｖｓｉ）として出力する場合も含まれるとともに、信号処理回路３ａにおける信号処理には、端子電圧（検出信号）Ｖａｉをそのまま出力電圧（出力信号）Ｖａ（＝Ｖａｉ）として出力する場合も含まれる。また、温調対象物Ｗには、例示した冷却水をはじめ、空気，油等の各種流体を含むとともに、冷却対象物と加熱対象物の双方を含む概念である。

以上のように、本発明に係る冷凍サイクル用冷媒流量検出装置１は、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量（冷媒流量）Ｆｃを検出する際に用いて好適であり、各種冷却装置又は加熱装置、更には冷却装置及び加熱装置を含む各種温調装置に利用することができる。

Claims (4)

1. 冷凍サイクルを循環する冷媒の流量（冷媒流量）を検出する冷凍サイクル用冷媒流量検出装置において、冷媒中に臨ませて取付けることにより冷媒温度を検出可能なサーミスタを用いた温度検出素子部及びこの温度検出素子部の検出結果に基づく検出信号を信号処理する信号処理回路を有する物理量検出手段と、前記信号処理回路の出力信号を冷媒流量に変換する冷媒流量変換手段とを備えるとともに、前記サーミスタに所定電流を流した状態にして前記出力信号を得ることを特徴とする冷凍サイクル用冷媒流量検出装置。
2. 前記冷媒流量変換手段は、予め実際の冷媒流量と前記信号処理回路の出力信号の相関関係から求めたデータベースを用いて変換することを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル用冷媒流量検出装置。
3. 前記冷媒流量変換手段には、冷媒流量に変換するパラメータとして、少なくとも、冷媒温度，冷凍サイクルによる温調対象物の温度，のいずれか一方又は双方を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍サイクル用冷媒流量検出装置。
4. 前記冷媒温度には、少なくとも、凝縮器出口の冷媒温度，蒸発器出口の冷媒温度，のいずれか一方又は双方を含むことを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル用冷媒流量検出装置。

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