JP5822900B2 - 液面検知装置及びそれを備えた冷凍空調装置 - Google Patents
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まず、1つ目の原因として、センサによって容器と加熱層と、が密着していたり、密着していなかったりしており、密着していないセンサでは、伝熱の悪い空気層が介在している、ということが挙げられる。
2つ目の原因として、容器と加熱層との間に温度計測層がある、ということが挙げられる。
3つ目の原因として、加熱層と容器が密着しているもの、加熱層と容器の間の密着力に差がある、ということが挙げられる。
4つ目の原因として、外風や雨等、外乱の影響を受ける、ということが挙げられる。
以下、図面に基づいて、本発明に係る液面検知装置の構成と、液面検知原理、気液判定方法、設置方法の実施の形態について説明する。以下では、冷凍空調装置における要素部品として、低圧側に設けられて冷媒を貯留する容器を計測対象とした例を基に、説明する。
液面計測対象となる容器9を図1に示し、参照しながら説明する。計測対象の容器9は、上述したように、冷凍空調装置の構成要素部品である。冷凍空調装置は、容器9以外に、圧縮機、凝縮器(放熱器)、絞り装置及び蒸発器(何れも図示せず)を少なくとも備え、これらを順次冷媒が循環する冷媒回路を備えた装置であり、冷凍空調装置の低圧側(絞り装置から蒸発器を経て圧縮機に至る部分)に容器9が設置されている。容器9の設置の目的は、2つある。
図2は、本発明の実施の形態1に係る、液面検知装置1における容器9に設置した液面検知装置1の概略図である。次に、液面検知装置1の構成について図1及び図2を参照しながら説明する。
熱伝導シート11は、熱伝導率と厚みがシート全面に亘って一定の値のシートであり、熱伝導率が高いシリコン等の高分子や、鉄、銅、アルミ等に代表される金属で構成されるものである。設置の目的は、液面検知装置1を構成する複数のセンサ10のヒータ12と容器9の間の熱抵抗を等しくすることである。よって、ヒータ12を容器9に固定する力が、複数のセンサ10で互いに等しく、ヒータ12と容器9との距離が等しければ、形状はシートに限らず、熱伝導グリースに代表されるジェル状の熱伝導体であってもよい。
ヒータ12は、発熱抵抗体12aを有し、給電線18により給電されて発熱するものである。ヒータ12は、各センサ10同士でのセンサ計測値のバラツキを無くすため、抵抗値・発熱量が各センサ10同士で等しいもので構成される。
均熱シート13は、熱伝導率がシート全面に亘って一定の値のシートであり、熱伝達率が高く、ヒータ表面の温度分布を均一にすることができる、シリコン等の高分子、もしくは鉄、銅、アルミ等に代表される金属で構成される。
温度センサ14は、熱電対に代表される熱電変換素子もしくは、サーミスタに代表される測温抵抗体を用いたものであり、信号線19により制御計測装置20と接続されている。温度センサ14は、できるだけ小形で熱容量が小さいものが望ましい。
固定装置15は、バネ151と固定具152とを有している。固定装置15は、複数のセンサ10それぞれと容器9との密着力を等しくするものである。よって、センサ10を構成するバネ151は、各センサ10で互いに同じ伸縮力のバネ151で構成されている。なお、固定装置15の構成は、図2の構成に限られず、各センサ10を互いに同じ密着力で容器9に密着させることが可能な構成であればよい。例えば、帯状の板バネを容器9の外周面に沿うように環状に形成し、その板バネの両端部で温度センサ14の均熱シート13と反対側の面を、容器9側に押圧するような構成としてもよい。
断熱材16は、ポリスチレンフォームやフェノールフォーム、ウレタンフォーム等の合成樹脂を発泡させた発泡系断熱材や、グラスウールに代表される繊維系断熱材を用い、容器外部からの熱の進入を防止する。
制御計測装置20は、ヒータ制御部201、センサ計測部202、記憶部203、気液判定部204を有し、入力部205及び出力部206が接続されている。
次に、液面検知装置1の設置方法について、説明する。
この液面検知装置1は、液面検知装置1単体で液面位置を確認しその情報を出力部206で出力させて用いる方法、冷凍空調装置等の機器に組立て時から組み込む方法、メンテナンス時に既設の機器に接続する形で組み込む方法、等の方法を用いて使用する。
次に、液面検知装置1における液面検知の原理について説明する。液面検知装置1では、容器内部において気体の部分と液体の部分とでは、その部分に対応する容器9の表面部分の温度が互いに異なるという原理を利用して液面を検知している。以下、具体的に説明する。
液面検知装置1では、上述したように、センサ10において最も外側に断熱材16を設置し、ヒータ12により容器内外に温度差を発生させる構造としている。このような構成とすることで、断熱材16により容器外部からの熱の出入りを防止し、熱流束をヒータ12から容器9へ向う熱流束だけに限定することができる。そして、容器9とヒータ12との間の熱抵抗を複数のセンサ10で互いに等しくすることにより、気液での容器表面温度の違いが、各ヒータ12において容器9とは反対側の表面(ヒータ12の均熱シート13側の表面)に現れる。これは、内部流体が気相、液相と異なる場合、ヒータ温度が異なるためである。ヒータ12の温度が異なるのは、ヒータ12の加熱量が等しい場合、前記のように容器内部の流体が気相の場合には、液相に比べて熱流束が小さく熱を容器内部に伝えにくいことから、ヒータ温度が上昇し易いのに対し、容器内部の流体が液相の場合には、気相に比べて熱流束が大きく、熱を容器内部に伝え易いことから、ヒータ温度が上昇し難い、からである。
液面検知装置1の具体的な判定方法を、図7〜12を参照しながら説明する。図7、図9、図11のそれぞれにおいてグレーで示した部分は液を示している。また、図8、図10、図12のそれぞれにおいて、横軸は温度、縦軸は高さを示している。
図7は、容器9内の液面がセンサ10cとセンサ10dの間にあることを表し、図8は、図7の状態でのセンサ10a〜10dの計測値を示す。
この図7の状態の場合には、図8に示しているように、センサ10a、10b、10cの計測値は等しい値を示し、センサ10dの計測値はセンサ10a、10b、10cよりも高い温度を示す。このことから、基準センサであるセンサ10aと比較して温度が高い部分がある場合には、この温度が高い部分の下部に液面があると判断できる、つまり図8の計測値から、図7のセンサ10cとセンサ10dの間に液面があるとして検知する。
図13は、本発明の実施の形態1に係る、液面検知装置1の液面検知フローを示した図である。次に、液面検知のフローについて、図13を参照しながら説明する。ここでは、ヒータ12をON/OFFさせる場合の液面検知方法を例に説明する。
まず、全てのセンサ10により温度を計測する(S1)。ここでの計測値(すなわちヒータ加熱前の計測値)は、ヒータ異常の検知に使用される。次に、S1で計測された全ての計測値が互いに等しいかの確認を行う(S2)。異なる計測値が計測された場合には、センサ10が外れていたり、断線していたり、等のセンサ異常が考えられるため、その旨の発報を行う(S3)。
1.ヒータ12、均熱シート13及び温度センサ14を備えた構成
2.熱伝導シート11、ヒータ12及び温度センサ14を備えた構成
3.ヒータ12、温度センサ14及び断熱材16を備えた構成
4.ヒータ12、温度センサ14及び固定装置15を備えた構成
<センサの構成、特徴>
図14は、本発明の実施の形態2に係る、容器9に設置した液面検知装置1の概略図である。実施の形態2は、基本的な構成は実施の形態1と同様であり、以下、実施の形態2が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態1と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態2についても同様に適用される。
Claims (6)
- 液面計測対象の容器の表面に設置され、前記容器を加熱する加熱層と、
前記加熱層の前記容器と反対側に直接的又は間接的に接触するように設けられ、互いに高さ位置が異なるようにして設けられる複数の温度計測層と、
前記容器と前記加熱層との間に、互いに接触するように設けられる熱伝導層とを少なくとも備え、
前記加熱層で前記容器を加熱し、前記複数の温度計測層の計測値が、ある温度となるまでの時間を互いに比較することにより容器内部の液面を検知し、
前記加熱層、前記温度計測層および前記熱伝導層が前記容器から外れた場合に前記計測値が温度上昇し、前記計測値が前記ある温度よりも高い所定の温度を超えた際、前記加熱層の加熱を停止することを特徴とする液面検知装置。 - 液面計測対象の容器の表面に設置され、前記容器を加熱する加熱層と、
前記加熱層の前記容器と反対側に直接的又は間接的に接触するように設けられ、互いに高さ位置が異なるようにして設けられる複数の温度計測層と、
前記容器と前記加熱層との間に、互いに接触するように設けられる熱伝導層とを少なくとも備え、
前記加熱層で前記容器を加熱し、前記複数の温度計測層の計測値の温度上昇の割合を互いに比較することにより容器内部の液面を検知し、
前記加熱層、前記温度計測層および前記熱伝導層が前記容器から外れた場合に前記計測値が温度上昇し、前記計測値が所定の温度を超えた際、前記加熱層の加熱を停止することを特徴とする液面検知装置。 - 前記熱伝導層は高分子材料で構成され、面全体に亘って熱伝導率が均一に構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の液面検知装置。
- 前記熱伝導層は金属で構成されており、面全体に亘って熱伝導率が均一に構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の液面検知装置。
- 前記加熱層及び前記温度計測層を、周囲温度に応じて抵抗値が変化して自己発熱する自己発熱型温度センサで構成したことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の液面検知装置。
- 請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の液面検知装置を備えたことを特徴とする冷凍空調装置。
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