JP6589843B2 - 液量検出装置及び液量検出装置を備えた冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は複数の電極対を備えた液量検出装置に関するものである。

空調機、冷凍機に用いられる圧縮機は、電気エネルギーでモータ等を動かし、電気エネルギーを気体（冷媒）の熱エネルギーに変換するものである。気体を圧縮する容積圧縮機構としてはスクロール型、ロータリー型などがあるが、いずれもきわめて精妙なすり合わせで組み合わされた機械部品からなり、これが動くことによって冷媒が圧縮される。このため、容積圧縮機の部品相互の隙間には必ず潤滑のための油（冷凍機油）が必要になる。

一般に圧縮機は高圧容器であるシェル筐体の内部に、モータとスクロール等の容積圧縮機構が配置された構造となっている。高圧容器の内部には所定量の冷凍機油が蓄えられ、圧縮機構造の内部を循環することによって、すり合わせの生じる圧縮機の機械的動作が健全に保たれる。つまり、冷凍機油が圧縮機内を正常に循環している状態を維持することが圧縮機の性能、信頼性を保つために重要である。

圧縮機は冷媒を圧縮する装置なので、冷凍機油と冷媒が必然的に同居し、場合によっては混ざり合う。冷媒は容積圧縮機を通過して圧縮機から吐出されるが、その際一部の冷凍機油も同時に吐出される。

この結果、空調機の冷媒回路内では、冷媒のみならず少なからぬ量の冷凍機油が循環している。このため場合によっては圧縮機内の冷凍機油の量が枯渇し圧縮機の機械的健全性に問題が生じる場合がある。一方で圧縮機内の冷凍機油があまりに多量となり冷凍機油の液面が高くなり、モータの回転部分と干渉するとモータの効率を低下させる要因となる。したがって、圧縮機内の冷凍機油の量は適量に管理されていることが望ましい。

例えば特許文献１では単一の静電容量センサを液体に浸された状態に配置し、静電容量を検出することによって液量を検出していた。また、特許文献２では液体溜まり内に第一静電容量センサと第二静電容量センサを金属部材の影響量が略同一となる位置に配置し液量の検出精度を向上していた。

特開平２−２９１４８４号公報 特開２０１４−１２９８０２号公報

このような冷凍装置または圧縮機における液量検出にあっては検出信号に対する雑音の比率が大きく精度良い測定が難しかった。本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、ノイズの影響を低減し高精度で信頼性の高い計測を可能とすることを目的とする。

本発明にかかる液量検出装置は、インバータ回路によって駆動されて冷媒を圧縮し内部に冷凍機油が貯留された圧縮機と、複数の電極対を有し複数の電極対のそれぞれが圧縮機の内部の鉛直方向において異なる位置に設置され、電極対の一方の電極と電極対と別の電極対の一方の電極との間が導体で接続されることにより複数の電極対が直列接続され、一端がインバータ回路の動力線の一つに接続され他端が接地電位点に接続された直列回路と、直列回路のそれぞれの電極対の電極間電圧を比較しそれぞれの電極対の電極間電圧の間の差異を検出することにより冷凍機油の油面の位置を検出する検出回路部と、を備えたものである。

本発明にかかる液量検出装置によれば、電極対に発生する雑音に比べて高電圧のインバータの動力線を、検出対象である電極対に接続したため、雑音に対する信号の比（ＳＮ比）の大きな計測を行うことができ、高精度で信頼性の高い液量の検出ができる。

本発明の実施の形態１にかかる液量検出装置及び冷却装置の設置構成を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は直列回路を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる液量検出装置に印加されるインバータの電圧波形と電流波形の一例を示したものである。 本発明の実施の形態１にかかる電圧測定装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる電圧測定装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる液量検出装置及び冷却装置の設置構成を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は直列回路を示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる液量検出装置及び冷却装置の設置構成を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は直列回路を示す図である。 本発明の実施の形態３の油面検出のためのフローチャートである。 本発明の実施の形態４にかかる液量検出装置及び冷却装置の設置構成を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は直列回路を示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる液量検出装置及び冷却装置の設置構成を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は直列回路を示す図である。 本発明の実施の形態６にかかる液量検出装置及び冷却装置の設置構成を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は直列回路を示す図である。 本発明の実施の形態７にかかる液量検出装置の設置構成を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は直列回路を示す図である。 本発明の実施の形態９にかかる液量検出装置の設置構成を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は直列回路を示す図である。

実施の形態１．
図１（ａ）と図１（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る液量検出装置及び冷却装置の設置構成を示す図である。図１（ａ）には負荷装置の一例である圧縮機５０とこれを駆動するインバータ３６および液量検出装置１が図示されており、これらは冷却装置５００を構成している。

図１（ａ）において三相交流電源３１は整流回路３３に接続されている。整流回路３３と昇圧回路３４と平滑コンデンサ３５はコンバータ回路３２を構成している。コンバータ回路３２の両端はインバータ３６のＮ母線ＬＢｎとＰ母線ＬＢｐに接続され、インバータ回路からは三相の動力線ＬＰｖ、ＬＰｕ、ＬＰｗが圧縮機５０に接続されている。ここでインバータはインバータ回路とも呼ぶ。

圧縮機５０はシェル筐体５１、シェル内壁５１ａを備えており、また、固定子５７、回転子５８からなるモータ５４を備えている。モータ５４は容積圧縮機５５を駆動しており、冷凍機油５６が圧縮機に使用されている。冷凍機油の油面５９には適正範囲２００があり、圧縮機は冷媒の吸入口５２と吐出口５３を備えている。コンバータ回路、インバータ回路、圧縮機５０、液量検出装置等が冷却装置５００を構成している。

図１（ａ）と図１（ｂ）において液量検出装置１は電極対２ｂと電極対２ｃを備えた直列回路７を有しており、電極対２ｂと電極対２ｃはそれぞれ、電圧測定装置１５に接続されている。電圧測定装置１５の出力は比較回路１６に接続されており、比較回路１６と電圧測定装置１５は検出回路部６を構成している。電極対２ｂと電極対２ｃはそれぞれ、電極Ｈと電極Ｉ、電極Ｊと電極Ｋから構成される。また、電極Ｉと電極Ｊは導体４０１で接続されている。電極Ｉは電極対２ｂを構成しており電極Ｊは電極対２ｃを構成しており異なる電極対を構成する二つの電極と電極の間が導体４０１である接続線で接続されている。

ここで、インバータは負荷装置である圧縮機５０を駆動しており、同時に負荷であるモータ５４を駆動している。以下で負荷とは、インバータによって駆動される装置の一部を意味するものとし、負荷装置はインバータによって駆動される装置全体を意味するものとするが、どこまでが装置でどこからが装置の一部かは判断が難しい場合があり、厳密に区別しないものとする。

インバータ３６の動作について説明する。三相交流電源３１から電力を受電し、整流回路３３、昇圧回路３４、平滑コンデンサ３５などからなるコンバータ回路３２によって、図１（ａ）中のＬＢｐとＬＢｎの間にＤＣ電圧が生成される。ＤＣ電圧のプラス側の線をＰ母線ＬＢｐ、マイナス側の線をＮ母線ＬＢｎと呼ぶ。

また、インバータの出力線つまり圧縮機５０への入力線のケーブルを動力線と呼ぶ。実施の形態１の場合、モータ５４は３相であり、動力線はＬＰｕ，ＬＰｖ，ＬＰｗの３本である。このＤＣ電圧（以下、母線電圧と呼ぶ）はインバータ３６によって交流に変換され、圧縮機５０内のモータ５４に印加される。

インバータ３６の動作について説明する。インバータ３６はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｒａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｏｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子が時間的に接続状態と非接続状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を切り替える動作をすることによって、Ｎ母線とＰ母線の間のＤＣ電圧から各動力線の電圧時間波形が形成される。

図２はインバータ３６からモータ５４に印加される電圧であるインバータ出力波形３０１と指令値となる電流の波形３００の一例を示したものである。電圧波形は、数ｋＨｚの周波数でスイッチングを繰り返し、パルス幅も変化している。

この電圧波形が印加されているとき、モータに流れる電流波形は３０Ｈｚから１２０Ｈｚの正弦波に近い波形となっている。このような駆動方法をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御という。モータが駆動される電流周波数に対し、電圧のスイッチング周波数が高いことが特徴である。インバータ３６はインバータ制御部（図示せず）によって制御されている。

このとき、モータには正弦波に近い波形の電流が流れているが、インバータからモータに印加される電圧は高周波パルスの連続である。したがって、インバータの動力線にはこのＰＷＭの周波数の交流が出力されている。同時に、モータの回転の周波数成分も存在する。

図１（ａ）のように電極に接地電位点と動力線の間の電位差を検出対象に印加する場合は、ＰＷＭの周波数以外に、受電した交流電圧に起因する周波数成分の電圧変動が存在する。これらの周波数成分の中ではＰＷＭのスイッチング周波数がもっとも周波数が高い。

圧縮機５０は主にモータ５４とそれによって回転駆動される容積圧縮機５５で構成される。図１（ａ）では容積圧縮機５５としてスクロール型圧縮機が示されているが、ロータリー型またはレシプロ型など、他の方式の容積圧縮機でもよい。圧縮機５０は、吸入口５２から冷媒を吸い込み、これを圧縮機５０で圧縮して、吐出口５３から排出する。

モータは圧縮機５０のシェル筐体５１に固定された固定子５７と固定子に囲まれるように中心にある回転子５８からなる。冷却装置５００は用途に応じて冷媒回路（図示せず）、熱交換器（図示せず）などを備えている。

構造を理解しやすくするため、固定子５７については、回転子５８の回転軸を含む面による切断面が図示されている。回転子５８の下部には冷凍機油５６を吸入して容積圧縮機など圧縮機５０の各部に循環させるための油吸入口がある（油面５９より下であるため図示せず）。

圧縮機５０のシェル筐体５１は図1（ａ）のようにモータ５４の回転面となる水平方向にくらべて、モータの回転軸方向となる上下方向が長い形状であり、その下部に冷凍機油５６が蓄積されている。実施の形態１では圧縮機の形状が縦長でモータの回転軸が縦、回転面が横の構造としたがこの形状に限定されるものではない。横長の圧縮機であっても、回転面が縦の構造であっても、回転軸が横の構造においても本発明は適用できる。

実施の形態１ではシェル筐体５１が液体収納容器に相当する。冷凍機油５６は回転子５８の下部に設けられた油吸入口から吸い込まれて圧縮機５０の内部を循環する。この冷凍機油５６の油面５９は圧縮機による冷凍機油の消費と冷凍機油の量を回復させる回復運転などに応じて上下する。

実施の形態１においては、以下に説明するように、この油面５９の位置の上限と下限を設け、上限と下限の間を適正範囲２００とし、油面５９が適正範囲内に保たれるように管理する。

冷凍機油の上限と下限は図中に破線で示した。油面の位置の下限は油吸入口（冷凍機油５６内）とした。油吸入口よりも油面５９が下になるまで冷凍機油の量が減ってしまった場合、冷凍機油を吸入し圧縮機内を循環させることができなくなる。

また、油面位置の上限はモータの回転子５８の上部の径が大きくなっている部分である突起部分より下の位置とした。油面の位置が上限を超えてモータの回転子の上部にある突起部分が冷凍機油に浸かった状態となると、冷凍機油の抵抗がモータのトルクに影響を与え、圧縮機の効率が低下する可能性があるためである。

以上説明したように、実施の形態１における冷凍機油の量の適正範囲すなわち油面５９の位置の適正範囲は、油吸入口より上でモータの回転子５８の上部の突起部分より下である。この上限、下限の位置の近くに電極対をそれぞれ配置する。２つの電極対は鉛直方向において位置を変えて配置されている。

より具体的に設置位置の一例を挙げると、電極Ｈと電極Ｉで構成される一つ目の電極対２ｂを上限値つまりモータの回転子の下端よりも少し下の位置に配置することが好ましい。符号を明示するため、図１（ｂ）に直列回路７を図示した。電極Ｊと電極Ｋで構成される二つ目の電極対２ｃを下限、すなわち油吸入口の少し上の位置に配置することが好ましい。この場合、電極対２ｂと電極対２ｃは、それぞれが圧縮機内部または筐体シェル内部の鉛直方向において異なる位置に配置されている。

実施の形態１において、電極対２ｂ、電極対２ｃは２枚の金属板を離間して平行に上下に配置したものを示した。コンデンサの電気的な性質として、電極間の距離が短いほど静電容量が大きくなり、検出器のＳＮ比（信号とノイズの比率）を高めることができる。そのため、電極間距離は短いほどよいが、あまりに短いと電極間に油が入りにくくなったり、電極間の油が排出されにくくなったりするため、０．５ｍｍから５ｍｍの間が望ましい。

また、実施の形態１においては離間した金属板を配置したものを示したが、電極間の一部に絶縁物をはさんで一部に油が流入、流出するようにしてもよい。例えば、両面が平行な部材を間に挟むことによって、挟んだものが位置決めの基準となるため、電極間の距離、と平行度など、配置の精度をよくすることができる効果がある。中空部を設け、端部のみある部材であれば、内部に十分な量の油が流入できるため静電容量の差異の検出に好適である。

また、電極の面積が大きい方が静電容量が高くなり、ＳＮ比の高い検出信号を得ることができるため望ましいが、圧縮機のシェル筐体５１の内部に配置するという制約が存在する。そのため、電極形状を細長くする、電極をシェル内壁５１ａの形状に沿う形状の曲面とするなど、他の部品の動作または配置の妨げとならないようにシェル筐体５１の内部に配置しても良い。

電極Ｈ、電極Ｉ、電極Ｊ、電極Ｋからの接続線は、ガラス端子Ｔ２を介してシェル筐体５１の内部から外部に引き出される。実施の形態１では電極Ｈ、電極Ｉ、電極Ｊ、電極Ｋを別々に引き出しているので、合計４本の接続線が引き出されている。内部に配線を設け、２つの電極対を圧縮機内部で直列に接続し、ガラス端子を介して引き出す接続線を３本としても良い。電極Ｉと電極Ｊは導体４０１で接続されている。この場合、電極Ｈと、電極Ｉと電極Ｊを導体４０１で接続したものと、電極Ｋの３か所から接続線が引き出される。

実施の形態１では、この電極対２ｂと電極対２ｃおよびこれらを結ぶ接続線で構成される部分が直列回路７である。液量検出装置１は電極対と接続線を含む直列回路７と、電極対の電圧または電圧の差異を検出する検出回路部６、筐体との接続線で構成されている。検出回路部６は電圧測定装置１５と比較回路１６で構成されている。

直列に接続された電極対２ｂと電極対２ｃの一端である電極Ｈは、インバータ３６と圧縮機を結ぶ３相の動力線のうちのＵ相に接続されている。三相のモータの場合、動力線はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相あり、そのうちのどれに接続してもよい。一方、直列に接続された電極対の他端である電極Ｋは接地電位点に接続されている。

圧縮機５０のシェル筐体５１が接地されている場合は電極Ｋとシェル筐体５１を接続しても良い。図１（ａ）と図１（ｂ）においては圧縮機外部で電極Ｈと動力線が接続されているが、動力線と電極Ｈが接続されるのであれば、圧縮機内部で接続してもよい。このように接続すれば、圧縮機内部から引き出す接続線を少なくする効果がある。

図１（ａ）と図１（ｂ）では、電極Ｋからの接続線をシェル筐体５１の外部で接地電位点に接続しているが、圧縮機５０のシェル筐体が接地されている場合は圧縮機内部にある電極Ｋからシェル筐体５１に接続することもできる。このような構成においてはガラス端子を介して引き出される配線の数をさらに少なくできる効果がある。

以上が実施の形態１の構成である。電圧検出測定装置と電極対の接続、そのほか、回路の間の接続はノイズの影響を低減するためツイストペアケーブルまたは同軸ケーブルを用いてもよい。

インバータ３６の動力線には図２に示したＰＷＭ制御のスイッチング周波数でスイッチされる電圧が印加され、モータの駆動周波数で振動する電流が流れている。さらに、インバータが受電している三相交流電源３１は交流電源の周波数で振動している。

そのため、電極対２ｂと電極対２ｃを直列接続したものの両端に印加される、Ｕ相と接地電位の間の電圧には、モータ５４の交流周波数、三相交流電源３１の周波数、インバータのＰＷＭ制御の周波数など、複数の周波数成分が含まれている可能性がある。これらのうち、ＰＷＭ制御のスイッチングの周波数が最も周波数が高い。

正確な測定のためには測定系を接続した影響によって測定結果が変化することを避ける必要がある。そのため、測定系のインピーダンスを測定対象のインピーダンスに対して高くする必要がある。実施の形態１で測定系は検出回路部６であり、測定対象は直列回路７である。

直列回路７の電極対は高周波でインピーダンスが低くなるという性質がある。実施の形態１においては、インバータの動力線のうちの一相のみを直列回路７に接続し、検出回路部６によって電極間電圧を検出している。そのため、高速にスイッチングされる電圧波形が印加されることによって、検出回路部６のインピーダンスをより低くすることができる。

以下に実施の形態１の構成によって電極対の静電容量値を検出し、冷凍機油５６の油面５９の位置を検出する測定方法について説明する。
２つの電極対２ｂ、２ｃはそれぞれコンデンサを形成している。交流電圧が直列に接続された２つのコンデンサに印加された場合、コンデンサの静電容量の逆数に比例して分圧される。

電極対２ｂ、電極対２ｃの静電容量をそれぞれ、Ｃ_２ｂ、Ｃ_２ｃ電極間電圧をそれぞれ、Ｖ_２ｂ、Ｖ_２ｃとして、電極対２ｂと電極対２ｃの直列接続されたものの両端にＶ_０が印加されている場合、（１）（２）のような関係となり、Ｖ_２ｂ，Ｖ_２ｃは（３）（４）のようになる。

電極間電圧Ｖ_２ｂ、電極間電圧Ｖ_２ｃの値（交流の振幅）を計測すれば、Ｃ_２ｂとＣ_２ｃの値を知ることができる。実際には、電極対２ｂ、および電極対２ｃの静電容量測定値には浮遊容量Ｃｓが含まれているが、浮遊容量Ｃｓは装置の構造に起因するものなので、静電容量を検出する前に評価し、換算することによって、Ｃ_２ｂとＣ_２ｃの値を求めることができる。

実施の形態１の液量検出装置１では、電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃを電圧測定装置１５で計測し比較回路１６で比較する。比較回路１６は比較した結果を出力する。具体的には電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃの差異または両者の比等を出力する。電圧測定装置１５の構造についてより詳しく説明する。図３、および図４に実施の形態１にかかる電圧測定装置１５の構成例を２例示す。

図３に示す電圧測定装置には、信号の入力される検出側整流回路２３、分圧回路２２、フィルタコンデンサ２８、絶縁アンプ２４、アンプ２５、低周波フィルタ２１ａ、電圧検出回路２０を備えている。低周波フィルタ２１ａと電圧検出回路２０は電圧検出部２１を構成している。

図４に示す電圧測定装置には、分圧回路２２、検出側整流回路２３、フィルタコンデンサ２８、絶縁アンプ２４、アンプ２５、低周波フィルタ２１ａ、電圧検出回路２０を備えている。低周波フィルタ２１ａと電圧検出回路２０は電圧検出部２１を構成している。
図１（ａ）と図１（ｂ）において電圧測定装置１５は１つの電極対に対し各１個設けられている。

まず、図３に示した実施の形態１の電圧測定装置１５の構成について説明する。図３の検出側整流回路２３に、電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃが入力される。電極間電圧Ｖ_２ｂ、電極間電圧Ｖ_２ｃは交流電圧である。交流信号は検出側整流回路２３を通過し、両極性の信号が片極性の信号、つまり、正極性または負極性だけの信号に変換される。

次に分圧回路２２を通過し電圧が降下する。その後段でさらにフィルタコンデンサ２８と絶縁アンプ２４を通過する。電極対の基準電位と制御系の基準電位が等しい場合、絶縁アンプ２４は省略できる。

絶縁アンプ２４を通過した信号は、アンプ２５で増幅を行い、電圧検出部２１に入力する。電圧検出部２１には電圧検出回路２０と高周波成分を取り除くための低周波フィルタ２１ａが備えられている。低周波フィルタ２１ａは信号の細かい振動を平均化するものである。

ここで、検出対象が油面位置などであって、その変化の時定数が電流と電圧の周波数に対して十分に長い場合は、この低周波フィルタ２１ａの遮断周波数を数Ｈｚ程度に低く設定するのが好適である。このように設定すれば、検出時間を１秒程度に長くして平均化処理を行うことで検出精度を向上させることもできる。

図４に示す電圧測定装置は、図３に対し、検出側整流回路２３と分圧回路２２の順番が逆となっている。そのため、整流回路に直接インバータの動力線に印加されている高電圧が印加されないという利点がある。

具体的な数値の一例をあげると、図３、および図４の検出側整流回路２３の両端に１００Ｖの電圧がかかった場合、図３の構成では検出側整流回路２３に少なくとも１００Ｖ以上の耐電圧が必要である。検出側整流回路２３にオペアンプなどのアナログ信号処理を用いたり、あるいはデジタル信号処理を用いたりする場合は図４のように分圧回路２２の後段に検出側整流回路２３を設ける方が望ましい。

図４に示す回路の信号の流れを簡単に説明する。分圧回路２２の両端に入力された電極間電圧は分圧回路２２によって分圧され、次に、検出側整流回路２３を通過し整流される。そのあとは、図３と同じ構造で、フィルタコンデンサ２８および絶縁アンプ２４を通過した後、アンプ２５を通過して、電圧検出部２１に入力される。電圧検出部２１は電圧検出回路２０と低周波フィルタ２１ａを備えている。

図３、図４の電圧測定装置は検出側整流回路２３を備えているため、電極間電圧がそれぞれＤＣ値として比較回路１６に出力される。そのため、計測された電極間電圧を比較することが可能である。実施の形態１においては電極対２ｂと電極対２ｃの電極間電圧の差異を検出するのに比較回路１６を用いたが、減算回路によって一方の電極間電圧から他方の電極間電圧を引き算してもよい。また、一方の信号の符号が逆となる回路を使用して加算回路を用いてもよい。

実施の形態１においては電極対２ｂ、電極対２ｃの電極間電圧の絶対値を測定し、その後段で、電圧値を比較しているが、以下に示す方法によれば、電圧の絶対値の測定せずに、両者の差異の有無を検知し、油面の位置を検知することができる。

実施の形態１において、鉛直方向において電極対２ｂと電極対２ｃの間の位置に油面５９があるときが適正範囲であり、それ以外の場合は適正範囲ではない。すなわち油面５９が電極対２ｃより鉛直方向において下方にあるときと電極対２ｂより鉛直方向において上方にあるときは適正範囲外である。実用上は、油面が適正範囲にあるか適正範囲でないかを検知することが最低限必要である。

油面５９が電極対２ｃより鉛直方向において下方にある場合２対の電極対の間はどちらも気体で満たされている。また、油面５９が電極対２ｂより鉛直方向において上方にある場合、２対の電極間はどちらも冷凍機油で満たされている。この２つの場合、電極対２ｂと電極対２ｃの静電容量は変わらず、電極対２ｂの電極間電圧と電極対２ｃの電極間電圧を計測すると、ほぼ等しい値が検出される。

一方、油面が適正範囲内の位置である鉛直方向において電極対２ｂと電極対２ｃの間の位置にある場合、電極対２ｃの電極間は冷凍機油で満たされ、電極対２ｂの電極間は気体で満たされている。この場合、電極対２ｂと電極対２ｃの静電容量は異なり、電極対２ｂと電極対２ｃの電極間電圧を比較すると有意な差が検出される。

ここで有意な差が検出されたかどうかは、例えば、しきい値をあらかじめ設けておき、検出された差の大きさがそのしきい値をこえるかどうかによって判定することができる。また、判定結果を出力することが好適である。

以上から、電極対２ｂ、電極対２ｃの電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃを比較し、両者が異なれば適正範囲内に油面がある、両者が等しければ適正範囲外にあると判断することができる。このように、電極対２ｂと、電極対２ｃの電極間電圧を比較するだけで、電極間電圧の絶対値を知る必要なく、油面５９、すなわち冷凍機油５６の量が適正範囲であるかどうかを判断することができる。

実施の形態１に説明した、電極間の電圧値を測定せず、電極間の電圧値の差異を検出する方法は、電圧測定装置１５の数を減じる効果がある。また、リレースイッチによって測定する電極対を切り替える装置を省くことができる効果がある。ここで、リレースイッチは外部からの信号、指令、入力等によって接点間の接続と非接続を切り替える機能を有するものを意味する。リレースイッチは、リレー、リレイスイッチ、リレイ等と呼ばれることもあるが以下ではリレースイッチを使用する。

圧縮機を含む冷凍機、冷却装置、冷房装置の運用における冷凍機油の管理方法の一例について説明する。冷凍機油の量が適切な範囲内にあるかどうかを一定時間、好ましくは数秒から数分の間の時間間隔でモニタし、冷凍機油の量が適正範囲外であることを検出した際に、装置の運転を停止する。

あるいは、運転停止を行うのに加えて油面が電極対２ｂの位置から電極対２ｃの位置の少し下に上がるように、冷却装置を制御して冷凍機油の油面の位置が適正範囲内となるように油回収運転を行う等の動作を行ってもよい。

本発明の液量検出装置によれば、電極対にインバータの動力線を接続したため、周囲に発生する圧縮機駆動電源による雑音よりも、信号を発生させるインバータの動力線の方が電圧が高く、ＳＮ比の高い精度のよい油面検出を行うことができる。そのため、冷凍機油の量の適正範囲を下回ったことを大きな時間遅れなく知ることができ、圧縮機を遅滞なく停止し装置を保全することができる。又、冷凍機油の回復運転時間を調整し、油面を適正な範囲に保つことができるという効果がある。

また、冷凍機油の回復運転中、もしくは回復運転直後に本発明の検出装置を使用すれば、油面５９が冷凍機油の回復運転前に適正範囲外、回復運転後に適正範囲内になったことを高い信頼性をもって確認することができる。

その結果、誤って必要な時間より長く冷凍機油の回復運転をしてしまう、必要な時間の冷凍機油の回復運転が行われなかった状態で圧縮機の運転を行う等の事態を防ぐことができ、より確実に圧縮機の運用を行うことが可能であるという効果がある。

以上、説明した構成によれば、電極対に、高電圧のインバータの動力線を接続して、電極対の両端の電極の電位差を計測するため、雑音に比べて大きな信号を検出することができる。そのため、圧縮機駆動電流等のノイズ源に対し、ＳＮ比の高い信号を検出可能で、より精度の高い計測が可能であるという効果がある。

また、本実施の形態に示したように、信号を発生するための電源として負荷装置を駆動するインバータを使用している。そのため、信号発生のための電源を別途用意しなくても装置を駆動するインバータから配線することによって簡易で低コストに、高精度かつ信頼性の高い液量検出装置を構成することができるという効果がある。

実施の形態２．
図５（ａ）と図５（ｂ）は本発明の実施の形態２の構成図である。圧縮機５０、インバータ３６の構成および動作については実施の形態１と同様であるため詳しい説明は省略する。実施の形態２においてもコンバータ回路、インバータ回路、圧縮機、液量検出装置等が冷却装置５００を構成している。冷却装置５００は用途に応じて冷媒回路（図示せず）、熱交換器（図示せず）などを備えている。

図５（ａ）と図５（ｂ）においてインバータ３６と圧縮機５０は三相の動力線ＬＰｖ、ＬＰｕ、ＬＰｗによって接続されており、圧縮機５０はシェル筐体５１、シェル内壁５１ａを備えている。また、固定子５７と回転子５８で構成されるモータ５４および、モータ５４によって駆動される容積圧縮機５５を備えている。ここでインバータはインバータ回路とも呼ぶ。

また、冷媒の吸入口５２、冷媒の吐出口５３を有している。圧縮機内部の油面５９より下に冷凍機油５６は貯留されている。実施の形態２ではシェル筐体５１が液体収納容器に相当する。

インバータ３６は実施の形態１と同様に三相交流電源（図示せず）から電力の供給を受け、圧縮機５０内部のモータ５４を駆動し、モータ５４の駆動によって容積圧縮機５５が動作している。液量検出装置１は分圧回路２２ａ、絶縁アンプ２４ａ、加算回路２９、検出側整流回路２３ａ、低周波フィルタ２１ａ、絶縁アンプ２４ｂ、制御回路６１を備えている。

分圧回路２２ａ、絶縁アンプ２４ａ、加算回路２９、検出側整流回路２３ａ、低周波フィルタ２１ａ、絶縁アンプ２４ｂ、制御回路６１は検出回路部６ａを構成している。直列回路７は、電極対２ｂ、電極対２ｃを備えている。電極対２ｂは電極Ｈと電極Ｉを備えている。電極対２ｃは電極Ｊと電極Ｋを備えている。

符号をわかりやすく示すため、直列回路７を図５（ｂ）に図示した。圧縮機内部に配置された電極対２ｂは電極Ｈと電極Ｉから構成され、電極対２ｃは電極Ｊと電極Ｋから構成されている。

電極対２ｂと電極対２ｃは電極Ｉと電極Ｊを導体４０１ａで接続することによって直列接続されており、２つの電極対が直列接続されたものが直列回路を構成している。直列回路の両端は電極Ｈと電極Ｋである。この場合において電極対２ｂと電極対２ｃは圧縮機またはシェル筐体の内部の鉛直方向において異なる位置にそれぞれが配置されている。

直列接続された複数の電極対である直列回路７の一端となる電極Ｈにインバータ３６の動力線のうちの１相であるＷ相が接続され、直列回路７の他端となる電極Ｋは接地電位点に接続されている。電極ＨにはＵ相、Ｖ相を接続してもよい。電極Ｉと電極Ｊの接続部から圧縮機のシェル筐体５１の外に信号線が引き出され測定系の基準電位となっている。

言い換えると電極対２ｂと電極対２ｃの間の接続線の電位が検出回路部の基準電位となっている。この場合、電極Ｉと電極Ｊは導体４０１ａで接続されている。電極Ｉと電極Ｊを接続する導体４０１ａの電位が測定系の基準電位となっている。

電極Ｉは電極対２ｂを構成している。電極Ｊは電極対２ｃを構成している。すなわち、電極Ｉと電極Ｊは異なる電極対を構成している。互いに異なる電極対を構成する二つの電極と電極との間が導体４０１ａで接続されることにより電極対２ｂと電極対２ｃは直列接続されている。

この測定系の基準電位は圧縮機５０のシェル筐体５１が接続されている接地電位点とは必ずしも一致しない。３つ以上電極対を含む場合でも異なる電極対を構成する二つの電極と電極の間を接続する導体のうちのいずれか一つの電位を検出回路部の基準電位とすれば同様の効果を奏する。

実施の形態２では、電極対２ｂと電極対２ｃの間を接続する接続線である導体４０１ａの電位を測定系の基準電位としている。このように電極と電極が接続線で接続されていない場合の一例を挙げる。

例えば、導体でできたシェル筐体を電極として使用する場合などに、シェル筐体の一部に対向する第一の電極を設け第一の電極対とし、シェル筐体の別の部分に対向する第二の電極を設け、第二の電極対とすることができる。

この場合、第一の電極と対向している部分がシェル筐体の中の第一の電極対の部分であり、第二の電極対と対向している部分がシェル筐体の中の第二の電極対の部分である。そのため、シェル筐体はシェル筐体自体によって第一の電極対と第二の電極対を接続している。

この場合、シェル筐体の第一の電極対の部分とシェル筐体の第二の電極対の部分の間をつないでいる箇所が電極対と電極対の間を接続する導体である。２つの電極対は鉛直方向に離間していない場合があり得るが鉛直方向において異なる位置に設置されている。

実施の形態２では、電極対２ｂと電極対２ｃおよびその間の導体４０１ａが直列回路７を構成しており、その後段に接続されている部分が検出回路部６ａである。具体的には分圧回路２２ａ、絶縁アンプ２４ａ、加算回路２９、検出側整流回路２３ａ、低周波フィルタ２１ａ、絶縁アンプ２４ｂ、制御回路６１で検出回路部６ａが構成されている。

実施の形態２では直列回路７に含まれる電極対２ｂおよび電極対２ｃの電極間電圧の差異を検出回路部で検出する。また、電極間電圧を比較する。電極Ｈおよび電極Ｋ、電極Ｉと電極Ｊの接続部は、それぞれ、分圧回路２２ａに接続されている。分圧回路２２ａは、電極対２ｂと電極対２ｃの両端電圧をそれぞれ、４つの抵抗Ｒ４とＲ３、Ｒ２とＲ１で分圧する。式（５）、式（６）の値が分圧回路から出力される。

分圧後の２つの信号は、２つの絶縁アンプ２４ａによってそれぞれ増幅される。そのあと加算回路２９の回路構成によって、電極間電圧Ｖ_２ｂを分圧した電圧値と電極間電圧Ｖ_２ｃを分圧し正負の符号を逆にした電圧値が加算される。さらに検出側整流回路２３ａおよび低周波フィルタ２１ａを通過した後、絶縁アンプ２４ｂを通過し制御回路６１に入力される。加算回路の出力は、

となる。

電極対が全く同様に構成され、電極対２ｂと電極対２ｃの静電容量が同じであれば２つの増幅器へ入力される電圧波形は、正負が反転した同じ振幅の交流波形となる。従って、電圧波形を足し合わせれば、電極対２ｂと電極対２ｃの静電容量が同じであればゼロとなり、異なっていればゼロでない有意な値が出力される。このようにして電極間電圧を比較する。または電極間電圧の差異を検出することができる。

具体的な実施方法としては、例えば、しきい値をあらかじめ設けておき、そのしきい値を越えたかどうかによって検出値が有意な値であるか否かを判断することができる。
分圧回路は素子にかかる電圧を降下させ、耐電圧の低い素子を保護する効果がある。

制御回路６１では、有意な値が検出された場合に、電極対２ｂと電極対２ｃの静電容量に差が生じている、すなわち、油面が鉛直方向において電極対２ｂと電極対２ｃの間の位置にあり適正範囲にあるという判断を行う。有意な差がなかった場合、制御回路は油面が鉛直方向において電極対２ｂと電極対２ｃの間の位置にないという判断をする。

すなわち、適正範囲外に油面があるという判断をし、装置の保護のために圧縮機を停止させる。あるいは、冷凍機油５６の量を回復させるための油面の回復運転を行うなどの制御を行う。

実施の形態２の構成の効果をより詳しく説明する。図５（ａ）と図５（ｂ）に示した実施の形態においては、検出側整流回路２３ａ（半波整流）、および低周波フィルタ２１ａを通過した後、制御回路６１が信号を受けとるため、制御回路６１は直流に近い信号を受け取ることができ、判断と信号の交換が容易である。

実施の形態２のように電圧検出回路を構成すれば、電圧の絶対値、すなわち静電容量の値を計測する必要なく、２つの電極対の静電容量の間に差異があるかどうかを検出することができる。また、正負が逆転したほぼ同量の電圧が検出されるため、検出側整流回路２３ａを用いなくともＳＮ比の高い油面の検出を行うことが可能である。

次に、実施の形態２の構成において、電極対２ｂと電極対２ｃの間の設置誤差と形状誤差が測定におよぼす影響を緩和する方法について説明する。２つの電極対２ｂ、電極対２ｃについて、その形状、具体的には、電極の面積および電極対のギャップ長は同じであることが望ましい。これは、電極間の静電容量の値が同じか異なるかによって、油面の位置を判定するためである。

実際には、製作上の設置誤差または形状誤差等または、ばらつきなどで微妙に２つの電極対の静電容量の値が異なるものになる可能性がある。具体的には、対向する電極を互いにずらして配置した場合、電極間の距離または、電極の面積が電極対２ｂと電極対２ｃで異なる場合等が例として挙げられる。

また、より精度の高い検知が必要とされる場合、求められる接地誤差または形状誤差の許容範囲は狭くなり、公差を小さくするなど、精度を向上して電極対間の差異を減じた場合、コスト、製造時間の増大、歩留りの低下の原因となる。

実施の形態２の構成においては検出器の較正をすることで設置誤差または形状誤差の影響を低減、緩和することが可能である。たとえば図５（ａ）と図５（ｂ）の場合では、加算回路２９のＲ５、Ｒ６の値を可変抵抗とするなど、Ｒ５、Ｒ６を調整する手段を設け、抵抗値を調整することによって目的を達成できる。また、Ｒ２とＲ１の比およびＲ３とＲ４の比を調整しても同様の効果が得られる。この場合、可変抵抗となっているＲ５、Ｒ６が較正部である。または、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ１とＲ２の比を調整する手段およびＲ３とＲ４の比を調整する手段が較正部である。

具体的に一例を挙げる。たとえば、電極対２ｂ、電極対２ｃの形状と材質等が同じで、どちらも電極対の間が気体で満たされており、そのときの静電容量が同じである場合を仮定する。この場合、例えば、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）かつＲ７／Ｒ５＝Ｒ７／Ｒ６とするなど（７）式が有意な値とならないように、または電極間電圧に有意な差異が検出されないように設定する。

実際の運用にあたっては、装置に電極対を設置する前に、２つの電極対がどちらも気体で満たされている状態、もしくは２つの電極対のどちらもが液体で満たされている状態において、２つの電極対の電極間電圧を比較する。その比較結果を見ながら（７）式が有意な値とならないようにＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）とＲ３／（Ｒ３＋Ｒ４）またはＲ７／Ｒ５、Ｒ７／Ｒ６を調整する。その後、装置の運転を開始するのが好適である。

一般に、検出回路が接続されることによって検出結果が変わってしまうことを避けるためには検出回路の入力インピーダンスを検出対象のインピーダンスに対して十分高くする必要がある。従来の液量検出装置においては、電極対に接続される回路部分のインピーダンスを、電極対の静電容量に対し、高くしなければならないという課題があった。

電極対の静電容量について、一例として典型的な数値を挙げる。電極対を圧縮機内に構成した場合、内部に油が滞りなく流入し、滞りなく流出される程度の隙間（たとえば１ｍｍ）を設けて２枚の平板状の電極の面積が１０ｃｍ２のコンデンサを構成した場合、その静電容量は８ｐＦと９ｐＦの間である。静電容量を１０ｐＦから数１０ｐＦの値とする。インバータのＰＷＭの周波数は数ｋＨｚに設定されることが多い。

電極対のインピーダンスは周波数に反比例するため、１０ＭΩから数十ＭΩになる。したがって従来の液量検出装置では、分圧回路のインピーダンスは少なくともこれ以上、少なくとも１００MΩ以上の値が必要となる。

また、分圧回路または加算回路に設けられた抵抗の調整、すなわち較正部を設けることによって、製作の際の電極のサイズの公差、電極の配置精度の公差を大きくすることが可能である。

以上から、複数の電極対の電極間電圧の差異を検出する液量検出装置において、液量検出装置内部に、２つの電極間電圧の間の較正手段を設けることによって、電極の形状や大きさなどの仕様や配置の精度に対して、求められる精度を緩和することができる。もしくは配置や形状、大きさに対しての要求が少なくなる。という効果がある。

さらに、インバータの動力線を直列回路の一端に接続したため、周囲に発生する例えば、圧縮機駆動電源等による雑音に比べて、信号の出力を大きいものとすることができ、ＳＮ比の高い計測を行うことができる。これにより、精度が高く信頼性の高い静電容量の比較、差異の検出を行うことができ、精度が高く信頼性の高い油面の検出を行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、直列回路７に電極対を３個備えている。図６（ａ）と図６（ｂ）に実施の形態３にかかる構成を示す。インバータ３６およびインバータ３６によって駆動されるモータ５４および圧縮機５０の動作については実施の形態１と同じであるため説明を省略する。実施の形態３ではシェル筐体５１が液体収納容器に相当する。

ここでインバータはインバータ回路とも呼ぶ。実施の形態３においてもコンバータ回路、インバータ回路、圧縮機、液量検出装置等が冷却装置５００を構成している。冷却装置５００は用途に応じて冷媒回路（図示せず）、熱交換器（図示せず）などを備えている。

図６（ａ）と図６（ｂ）において三相交流電源３１は整流回路３３に接続されている。整流回路３３と昇圧回路３４と平滑コンデンサ３５はコンバータ回路３２を構成している。コンバータ回路３２の両端はインバータ３６のＮ母線ＬＢｎとＰ母線ＬＢｐに接続され、インバータ回路からは三相の動力線ＬＰｖ、ＬＰｕ、ＬＰｗが圧縮機５０に接続されている。

圧縮機５０はシェル筐体５１、シェル内壁５１ａを備えており、また、固定子５７、回転子５８からなるモータ５４を備えている。モータ５４は容積圧縮機５５を駆動しており、冷凍機油５６が圧縮機に使用されている。冷凍機油は油面５９より下の圧縮機内部に貯留されている。圧縮機は冷媒の吸入口５２と吐出口５３を備えている。

液量検出装置１ｂは直列回路７と検出回路部６ｂを備えている。直列回路７は図６（ｂ）に示すように電極Ｈと電極Ｉからなる電極対２ｂ、電極Ｊと電極Ｋからなる電極対２ｃ、電極Ｌと電極Ｍからなる電極対２ｄで構成されている。検出回路部６ｂはリレースイッチ４ａ、電圧測定装置１５、リレースイッチ制御部６３、判断部６４、記憶部６５を備えている。

符号を明示するため図６（ｂ）に直列回路を別途図示した。実施の形態３では電極対２ｂ、電極対２ｃ、電極対２ｄの３つとその間を結ぶ導体４０１ｂと導体４０１ｃが直列回路７を構成している。電極対２ｂを構成する電極Ｉと電極対２ｃを構成する電極Ｊの間は導体４０１ｂとなる接続線で接続されている。電極対２ｃを構成する電極Ｋと電極対２ｄを構成する電極Ｌの間は導体４０１ｃとなる接続線で接続されている。

すなわち、異なる電極対を構成する２つの電極と電極の間がそれぞれ導体で接続されている。この接続によって電極対２ｂ、電極対２ｃおよび電極対２ｄの３つは直列に接続されている。

また、直列回路７に接続された後段の部分が検出回路部である。具体的にはリレースイッチ４ａ、リレースイッチ制御部６３、電圧測定装置１５、判断部６４、記憶部６５が検出回路部６ｂを構成している。液量検出装置は直列回路７と検出回路部６ｂ、接地電位点との接続線などで構成されている。

電極対２ｂ、電極対２ｃ、および電極対２ｄは、平行平板の形状を有しており、電極の面が液面と平行になるように、そして、圧縮機内部のそれぞれ鉛直方向において異なる位置に配置されている。電極対２ｂは冷凍機油５６の適正範囲の上限に配置されている。電極対２ｃは油面５９の適正範囲の下限より少し上に配置されている。

また、電極対２ｄは冷凍機油５６の油面５９の適正範囲の下限に配置されている。この場合において電極対２ｂと電極対２ｃと電極対２ｄは圧縮機の内部またはシェル筐体の内部の鉛直方向において異なる位置にそれぞれが配置されている。ここで、必ずしも鉛直方向において電気的な接続の順に電極対が並んでいる必要はない。例えば、電極対２ｂ、電極対２ｄ、電極対２ｃの順に鉛直方向に上方から下方に配置されたとしても、順番を変えて電極間電圧の比較を行えば本発明の効果を奏する。

各電極対から引き出された配線は、電極対２ｂ、電極対２ｃ、電極対２ｄの順に直列に接続されている。電極Ｉと電極Ｊ、電極Ｋと電極Ｌがシェル筐体５１の外部で接続されている。３個の電極対の直列接続の一端となる電極Ｈには動力線のうちの一相であるＶ相が接続されている。

また、直列接続の他端である電極Ｍは圧縮機５０のシェル筐体５１に接続されており、シェル筐体５１は接地電位点に接続されている。電極Ｈにはインバータ３６の動力線のＵ相またはＷ相を接続してもよい。電極対２ｂ、電極対２ｃ、電極対２ｄの電極間電圧をそれぞれ、Ｖ_２ｂ、Ｖ_２ｃ、Ｖ_２ｄとする。

さらに、各電極対から引き出された配線はリレースイッチ４ａに接続されている。リレースイッチ４ａはリレースイッチ制御部６３からの信号によって計測する電極対を切り替えることができ、電極対２ｂ、２ｃ、２ｄのうちのいずれかの電極対を選択して電圧測定装置１５に接続する。図６（ａ）と図６（ｂ）においては、電極対２ｂの電極Ｈと電極Ｉが電圧測定装置１５に接続された状態が図示されている。判断部６４はリレースイッチ４ａの切り替えと計測結果の記憶部６５への記憶、計測結果の比較等を行い、電極間電圧の比較と電極間電圧の間の差異の検出を行う。

以下に実施の形態３において、静電容量、すなわち電極対の電極間電圧の比較によって、油面位置を検知する手順について説明する。図７は手順を示したフローチャートである。フローチャートにおいて、ステップＳ０は電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃを比較するステップである。

ステップＳ０から電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃの間に有意差がある場合、ステップＳ１へと進み、有意差がない場合、ステップＳ２へと進む。ステップＳ１は液面が２ｂと２ｃの間にあると判断された場合、時間計測を開始し、計測時間間隔経過後、ステップＳ０の計測を再度開始するステップである。

また、ステップＳ２は電極間電圧Ｖ_２ｃと電極間電圧Ｖ_２ｄを比較するステップであり有意差がある場合ステップＳ３へと進み有意差がない場合ステップＳ４へと進む。ステップＳ３は液面が２ｃと２ｄの間にあると判断されるステップであり、ステップＳ５へと進。ステップS４は液面が２ｄより下にあると判断されるステップであり、ステップＳ６へと進む。

ステップＳ５は冷凍機油量を回復する運転を行うステップであり、ステップＳ５の後は、時間計測を開始し、計測時間間隔経過後に再び、ステップＳ０に戻って計測を開始する。ステップＳ６は装置の停止を行う。そのあと、点検と冷凍機油量を回復する運転を行うステップである。ステップＳ６において、装置が正常に運転できる状態となった後は、時間計測を開始し、計測時間間隔経過後、ステップＳ０に戻って再び計測を開始する。

以下に装置の動作について説明する。まず、判断部６４からリレースイッチ制御部６３に信号が送られ、リレースイッチ４ａを操作して電圧測定装置１５を電極対２ｂに接続する。電極対２ｂの電極間電圧V_２ｂが電圧測定装置１５によって検出され、一旦、記憶部６５に記憶される。検出が終了するとリレースイッチ制御部６３はリレースイッチ４ａを操作して電極対２ｂとの接続を切り離す。

続いて、判断部６４からの信号を受けリレースイッチ制御部６３は電圧測定装置１５を電極対２ｃに接続する。電圧測定装置１５によって検出された電極間電圧Ｖ_２ｃは、判断部６４によって、記憶部６５に格納された電極間電圧Ｖ_２ｂと比較される。ここまでがステップＳ０である。電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃの間に有意な差がある場合、実施の形態１と同様に、油面が電極対２ｂと電極対２ｃの間にあると判断される。

この場合、油面は適正範囲内にあると判断されステップＳ1に進み油面の計測はここで終了する。有意な差があるかどうかは、例えばしきい値をあらかじめ設けておき、電極間電圧の差異がしきい値を越える場合に有意な差があると判断することができる。

リレースイッチ制御部６３はリレースイッチ４ａを操作して電極対２ｃとの接続を切り離す。この場合、油面は正常範囲にあるので、油面を回復させる運転等を行わない。そのあと時間計測を開始し、計測時間間隔経過後ステップＳ０に戻りステップＳ０の計測を開始する。

電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃの間に有意な差がないと判断された場合、ステップＳ２に進む。まず電極間電圧Ｖ_２ｃが記憶部６５に記憶される。続いて判断部６４からの信号を受け、リレースイッチ制御部６３によってリレースイッチ４ａの切り替えが行われ電極対２ｄの電極間電圧を計測する。

判断部６４は電極対２ｄの電極間電圧Ｖ_２ｄと、電極間電圧Ｖ_２ｃとの比較を行う。ここまでがステップＳ２である。電極間電圧Ｖ_２ｃと電極間電圧Ｖ_２ｄの間に有意な差がある場合、ステップＳ３に進み、油面は電極対２ｃと電極対２ｄの間にあると判断され油面計測は終了する。この場合、ステップＳ５へ進み冷却装置の制御を行う等により油面を回復させる運転が行われる。

油面は電極対２ｂの少し下まで回復するのが好適である。油面が適正量回復された後、時間計測が開始される。その後計測時間間隔経過後ステップＳ０に戻りステップＳ０の計測を開始する。

ステップＳ２において、電極間電圧Ｖ_２ｃと電極間電圧Ｖ_２ｄの間に有意な差がない場合、油面は電極対２ｄより下にあると判断されステップＳ４に進み、さらにステップＳ６に進む。

図７に示したパターンのいくつかにおいて、時間の計測を開始する場合、一定の時間が経過した後、ステップＳ０において電極対２ｂと電極対２ｃの電極間電圧を比較するステップに戻る。ここで、一定の時間とは図７の計測時間間隔のことであり、その間に大幅に冷凍機油の量や状態が変化することのないと考えられる１秒から数分が好適である。

ステップＳ4において油面が電極対２ｄより下にある場合、油面５９は適正範囲ではない状態で運転されたことが確認された。この場合の対応の一例として、ステップＳ６に示すように冷凍機油５６の油量を回復させる運転を行う前に装置を停止し点検を行う。

その後、冷凍機油５６の油量を回復させる運転を行い、運転を再開しても良い。ステップＳ６の油量を回復させる運転を行った後、時間計測を開始し計測時間間隔経過後、ステップＳ０に戻り、ステップＳ０の計測を開始する。

また、必要に応じて冷凍機油が圧縮機内部に十分供給されるまで油面を回復させる運転を行う等の整備運転を行っても良い。この場合、実施の形態３に説明した油面の検出を行って、冷凍機油５６の回復量を管理し、油面が電極対２ｂを越えて適正範囲外とならないようにしてもよい。

具体的な管理の一例としては、Ｓ３に示すように電極対２ｃと電極対２ｄの間にあると判断された場合には、Ｓ５のステップにおいて油面を回復する運転を行う。Ｓ５のステップの冷凍機油の回復量は電極対２ｂを越えない範囲である。

また、Ｓ４のように油面が電極対２ｄより下にあると判断された場合には、Ｓ６のステップにおいてステップＳ５より多い量、冷凍機油を回復させる運転を行う。この場合も、冷凍機油の回復量は電極対２ｂを越えない範囲である。このように、検出された油面の位置に応じて冷凍機油の量を回復させる運転の時間を変える、等の管理を行うのが好適である。

実施の形態３においては、電極対を適正範囲の上限付近に１つ、下限付近に一つ、下限付近より少し上に１つの計３個配置した場合について示した。別の配置例を挙げると、上限より少し下に１つ設け、冷凍機油の量を回復させる運転を行う際に計測を行いつつ、冷凍機油の量が上限と上限より少し下の間に至るまで油量の回復運転を行ってもよい。

実施の形態３のように、計測したデータを一旦記憶させておき、次の計測値と比較する方法は電極対が多数になった場合に有効である。実施の形態３においては電極対の数を３とした場合について記載したが、電極対の数を４以上としてより細かく油面の計測を行ってもよい。

実施の形態３を示す図６（ａ）には分圧回路がないが、実施の形態２のように、計測した電極間電圧が分圧回路を通過し、その後、リレースイッチに接続しても良い。このように分圧回路を設ければ、電極間電圧が分圧回路によって降圧された後に電圧測定装置１５に入力するため、電圧測定装置の耐電圧を下げることができる。また、例えば、図５（ａ）の分圧回路２２ａのような構成を設け、分圧回路の抵抗値を可変とすれば、電極対の間の較正を行うことができるという効果がある。

３つの電極対を直列に接続し、インバータの動力線をその直列接続したものの一端に接続し、他端を接地電位点に接続した。そのため、電極対の電極間電圧を、周囲に存在する雑音、例えば、圧縮機の駆動電源、交流電源等に起因する雑音に比べて大きいものとすることができる。これにより、ＳＮ比が高く、高精度、高信頼の電極間電圧の計測と液面位置の検出を行うことができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、直列接続した複数の電極対の一端にインバータの動力線のうちの１相を接続し、他端にインバータの動力線の別の１相を接続している。ここでインバータはインバータ回路とも呼ぶ。

図８（ａ）と図８（ｂ）は実施の形態４の構成を示す図である。インバータの構成と圧縮機の動作については図１と同じなので説明は省略する。図８（ａ）と図８（ｂ）において、三相交流電源３１は整流回路３３に接続されている。

整流回路３３と昇圧回路３４と平滑コンデンサ３５はコンバータ回路３２を構成している。コンバータ回路３２の両端はインバータ３６のＮ母線ＬＢｎとＰ母線ＬＢｐに接続され、インバータ３６からは三相の動力線ＬＰｖ、ＬＰｕ、ＬＰｗが圧縮機５０に接続されている。

圧縮機５０はシェル筐体５１、シェル内壁５１ａを備えており、また、固定子５７、回転子５８からなるモータ５４を備えている。モータ５４は容積圧縮機５５を駆動しており、冷凍機油５６が圧縮機に使用されている。冷凍機油は油面５９より下の圧縮機内部に貯留されており、油面５９には適正範囲２００がある。圧縮機は冷媒の吸入口５２と吐出口５３を備えている。実施の形態４ではシェル筐体５１が液体収納容器に相当する。

実施の形態４においてもコンバータ回路、インバータ回路、圧縮機、液量検出装置等が冷却装置５００を構成している。冷却装置５００は用途に応じて冷媒回路（図示せず）、熱交換器（図示せず）などを備えている。

液量検出装置１は直列回路７と検出回路部６を備えている。検出回路部６は電圧測定装置１５と比較回路１６で構成されている。比較回路１６は電極間電圧を比較した結果を出力する。具体的には電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃの差異または両者の比等を出力する。直列回路７は電極対２ｂと電極対２ｃ、導体４０１ｄで構成されている。電極対２ｂは電極Ｈと電極Ｉで構成されている。

電極対２ｃは電極Ｊと電極Ｋで構成されている。この場合において電極対２ｂと電極対２ｃは圧縮機の内部またはシェル筐体の内部の鉛直方向においてそれぞれ異なる位置となるように配置されている。

また、電極対２ｂを構成する電極Ｉと電極対２ｃを構成する電極Ｊは導体４０１ｄである接続線で接続されている。すなわち異なる電極対を構成する二つの電極と電極との間が導体で接続されることにより直列接続されている。

符号を明示するため、図８（ｂ）に直列回路を別途図示した。実施の形態４においては電極対２ｂと電極対２ｃを直列接続したものの一端となる電極Ｈに、インバータの３相の動力線のうちの１相であるＵ相を接続した。また、電極対を直列接続したものの他端となる電極Ｋに、インバータの動力線のうちＵ相と異なる１相となるＷ相を接続した。電極Ｋは接地電位点に接続されておらず、シェル筐体５１は接地電位点に接続されている。

電極対２ｂと電極対２ｃの直列接続されたものの両端には、インバータの動力線のうちの一相であるＵ相とインバータの動力線の一相であるＷ相が接続されている。そのため、周囲に発生する圧縮機の駆動電源による電気雑音に比べて、設置されたそれぞれの電極対の電極間電圧を比較し電極間電圧の差異を検出する際、信号となる電極間電圧を大きいものとすることができる。これにより、ＳＮ比の高い液量の検出を行うことができる。また、液面の検出を精度の高いものとすることができる。

実施の形態１の構成では、インバータの動力線の出力電圧にインバータの中心電位の変動成分が重畳される。インバータの中心電位とは、インバータのＮ母線あるいはＰ母線と接地電位点の間の電位差の変動であり交流電源の周波数で変動している場合が多い。

したがって、実施の形態１の場合、動力線の電位はインバータのスイッチングによる変動に、交流電源の周波数の中心電位の変動成分が重畳したものとなり、この変動が測定に影響を与える可能性がある。

これに対して図８（ａ）と図８（ｂ）のようにインバータ動力線の線間電位を直列接続された複数の電極対である直列回路７の両端に印加すると、その電圧はインバータの中心電位の変動に影響されることがないため、高精度な計測が可能になるという効果がある。本実施の形態においては電極対が２個の場合について示したが、電極対を３以上としても同様に中心電位の影響を受けにくい精度の高い計測が行うことができる。

実施の形態５．
実施の形態５では直列接続された複数の電極対である直列回路の１方の端にインバータの動力線を接続し、他端にインバータの母線を接続している。図９（ａ）と図９（ｂ）は実施の形態５の構成を示す図である。インバータ３６の動作と圧縮機５０の動作については、実施の形態１と同様であるため省略する。実施の形態５ではシェル筐体５１が液体収納容器に相当する。

図９（ａ）と図９（ｂ）において、三相交流電源３１は整流回路３３に接続されている。整流回路３３と昇圧回路３４と平滑コンデンサ３５はコンバータ回路３２を構成している。コンバータ回路３２の両端はインバータ３６のＮ母線ＬＢｎとＰ母線ＬＢｐに接続され、インバータ３６からは三相の動力線ＬＰｖ、ＬＰｕ、ＬＰｗが圧縮機５０に接続されている。ここでインバータはインバータ回路とも呼ぶ。

実施の形態５においてもコンバータ回路、インバータ回路、圧縮機、液量検出装置等が冷却装置５００を構成している。冷却装置５００は用途に応じて冷媒回路（図示せず）、熱交換器（図示せず）などを備えている。

圧縮機５０はシェル筐体５１、シェル内壁５１ａを備えており、また、固定子５７、回転子５８からなるモータ５４を備えている。モータ５４は容積圧縮機５５を駆動しており、冷凍機油５６が圧縮機に使用されている。冷凍機油は圧縮機内部の油面５９より下に貯留されており、油面５９には適正範囲２００がある。圧縮機は冷媒の吸入口５２と吐出口５３を備えている。

液量検出装置１は直列回路７と検出回路部６を備えている。検出回路部６は電圧測定装置１５と比較回路１６で構成されている。比較回路１６は電極間電圧を比較した結果を出力する。具体的には電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃの差異または両者の比等を出力する。直列回路７は電極対２ｂと電極対２ｃで構成されている。

電極対２ｂは電極Ｈと電極Ｉで構成されている。電極対２ｃは電極Ｊと電極Ｋで構成されている。この場合において電極対２ｂと電極対２ｃはシェル筐体または圧縮機内部に配置されておりそれぞれの鉛直方向において位置が異なる。また、互いに離間して配置されている。

符号を明示するため図９（ｂ）に直列回路７を図示した。圧縮機内部に配置された電極対２ｂと電極対２ｃは直列に接続されている。電極対２ｂと電極対２ｃおよびその間の接続線である導体４０１ｅが直列回路７を構成している。電極Ｉは電極対２ｂを構成しており電極Ｊは電極対２ｃを構成しており、電極Ｉと電極Ｊは異なる電極対を構成している。

すなわち、異なる電極対を構成する二つの電極の間を導体４０１ｅが接続することにより直列接続がされ、直列接続された複数の電極対である直列回路７を構成している。検出回路部６の動作については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

直列回路７の１端である電極Ｈはインバータの動力線のうちの１相であるＵ相に接続されている。また、直列回路７の他端となる電極ＫはインバータのＮ母線に接続されている。電極Ｈに接続する動力線はＶ相でもよく、また、Ｗ相でもよい。電極Ｋに接続する母線はＰ母線ＬＢｐでもよい。

実施の形態５においては、電極対２ｂ、電極対２ｃの直列接続したものの両端のそれぞれにインバータの動力線のうちの１相であるＵ相とインバータのＮ母線を接続している。周囲に発生することが予想される圧縮機の駆動による電気的雑音に比べて、信号出力となる電極間電圧を大きいものとすることができるため、設置された電極対の電極間電圧を比較し電極間電圧の差異を検出する際雑音の影響を低減できる。

なおかつ、ＰＷＭ制御を行った場合は、周波数が比較的高いため、検出回路のインピーダンスを特別に高いものとする必要がないという利点がある。以上から、高精度かつ信頼性の高い電極間電圧の計測を行うことができ、精度の高い油面検出を行うことができる。

実施の形態５においては動力線のうち一相が複数の電極対の一端に接続されている。また、インバータのＮ母線が複数の電極対の他端に接続されている。そのため、直列接続された電極対２ｂと電極対２ｃの両端に電圧を印加する交流電源は、Ｎ母線に対するインバータ動力線（実施の形態５の場合Ｕ相）の電位であり、三相のインバータのＵ相Ｎ側の素子の両端電圧（コレクターエミッタ電圧）となる。

インバータのＵ相Ｎ側の素子の両端電圧は、インバータの中心電位の変動の影響を受けないためＳＮ比を高めることができる。そのため、実施の形態４と同様に信頼性が高く、高精度な検出が可能であるという効果がある。

また、インバータの制御系の電位がＮ母線電位である場合、制御系と電極対の基準電位が変動しないため、検出回路に絶縁アンプが不要になり、回路構成が簡略化できるという効果がある。

実施の形態６．
実施の形態６においては、圧縮機に冷媒を供給するアキュムレータに直列回路が設けられている。図１０（ａ）と図１０（ｂ）は実施の形態６の構成を示した図である。実施の形態６ではアキュムレータ７０が液体収納容器に相当する。

実施の形態６においてもコンバータ回路、インバータ回路、圧縮機、液量検出装置等が冷却装置５００を構成している。冷却装置５００は用途に応じて冷媒回路（図示せず）、熱交換器（図示せず）などを備えている。

図１０（ａ）と図１０（ｂ）においてインバータ３６と圧縮機５０は三相の動力線ＬＰｖ、ＬＰｕ、ＬＰｗによって接続されており、圧縮機５０はシェル筐体５１、シェル内壁５１ａを備えている。また、固定子５７と回転子５８で構成されるモータ５４および、モータ５４によって駆動される容積圧縮機５５を備えている。また、冷媒の吸入口５２、冷媒の吐出口５３を有している。圧縮機内部に冷凍機油５６は貯留されている。ここでインバータはインバータ回路とも呼ぶ。

アキュムレータ７０は冷媒７１を、アキュムレータ７０の内部の冷媒液面７２より下に貯留しており、ガラス端子Ｔ２を備えている。また、アキュムレータ７０の内部には液量検出装置１ａの直列回路７が備えられており、直列回路７は図１０（ｂ）に示すように電極対２ｂと電極対２ｃを備えている。電極対２ｂは電極Ｈと電極Ｉを備えている。電極対２ｃは電極Ｊと電極Ｋを備えている。

電極Ｉと電極Ｊは導体４０１ｆで接続されている。すなわち、電極対２ｂを構成する電極Ｉと電極対２ｃを構成する電極Ｊが導体４０１ｆで接続されている。液量検出装置１ａは検出回路部６ａを備えており、検出回路部６ａは分圧回路２２ａ、絶縁アンプ２４ａ、加算回路２９、電圧検出回路２０ｃを備えている。

図１０（ａ）において圧縮機５０はインバータ３６によって駆動されるモータ５４によって動作している。圧縮機５０およびインバータ３６の動作については実施の形態１と同様であるため説明を省略する。圧縮機に冷媒を供給する吸入口５２には配管を介してアキュムレータ７０が接続されている。

アキュムレータ７０の内部には、気体状態の冷媒と液体状態の冷媒の両方が蓄えられている。このうち、気体状態の冷媒が圧縮機に供給される。冷媒の中に少量の冷凍機油が混在している場合でも、冷媒液面７２の鉛直方向において上方にある電極対と冷媒液面７２より鉛直方向において下方にある電極対の電極間電圧を比較し、両者の差異を検出することができる。

直列回路７の構成について説明する。直列接続された２対の電極対２ｂと電極対２ｃがアキュムレータの内部の異なる高さに備えられている。すなわち、電極対２ｂと電極対２ｃはアキュムレータの内部に配置されており、かつ鉛直方向において異なる位置に設置されている。

電極対２ｂと電極対２ｃを直列接続したものが直列回路７である。電極対２ｂの位置が冷媒液面の上限より少し下であり、電極対２ｃの位置が冷媒液面の下限より少し上となっている。電極対の形状は平行平板で平板の部分が液面と平行に配置されている。

圧縮機５０およびアキュムレータ７０の筐体は接地電位点に接続されている。インバータの動力線の一つであるＵ相の動力線が直列接続された電極対の一端となる電極Ｈに接続されている。直列接続された電極対の他端となる電極Ｋはアキュムレータ７０の筐体に接続されることによって接地電位点に接続されている。

実施の形態２の油面の位置を検出した場合と同様の方法で冷媒液面７２を検出することができる。

図１０（ａ）と図１０（ｂ）の液量検出装置１ａの検出回路部６ａは分圧回路２２ａ、絶縁アンプ２４ａ、加算回路２９、電圧検出回路２０ｃで構成されている。液量検出装置１ａは、直列回路７と検出回路部６ａと、接地電位点との接続線等で構成されている。図１０（ａ）と図１０（ｂ）の検出回路部は、図５（ａ）と図５（ｂ）の回路構成と同じように構成されており、含まれる構成要素、動作は同様である。

実施の形態２の回路構成と同様に電極対２ｂと電極対２ｃの電極間電圧の分圧や、一方の符号を逆転して加算することによって差異の有無の検出を行い、冷媒液面７２が適正範囲にあるかどうかの判定を行う。

電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃは分圧回路２２ａによって、検出に適した電圧に降下され、絶縁アンプ２４ａを経て、加算回路２９に入力される。加算された値は電圧検出回路２０ｃによって差異の有無が判断され、冷媒の液面が適正範囲にあるかどうかの判断がなされる。

本発明の構成は実施の形態６において後述するように、インバータによって駆動される負荷装置である圧縮機に限らず、冷凍機、冷却装置に使用されるアキュムレータ、リザーバタンク等の液体の状態の検出に使用することができる。この場合液体収納容器はアキュムレータやリザーバタンク等でありインバータによって駆動される負荷装置は圧縮機である。

また、アキュムレータ、リザーバタンクは、圧縮機の近くに設けられることが多く、圧縮機の駆動によって発生する電気的雑音が液量検出におけるノイズとなる可能性が高い。また、共通の交流電源から電気の供給を受ける場合が多いため、共通の交流電源の交流周波数よりインバータのＰＷＭ制御のスイッチング周波数の方が高くなる場合が多い。また、圧縮機を駆動するインバータから配線を引くことも容易である場合が多い。

すなわち、インバータの動力線を接続して行う液面位置、液体状態の計測は、インバータにより駆動される負荷装置が搭載された設備に限られるものではない。例えば、インバータで駆動される負荷装置が搭載された設備に液体を供給するためにその液体を蓄積している液体収納容器にも適用できる。

本実施の形態の場合、液体収納容器がインバータの近くにあるため、インバータによる負荷装置の駆動によって電気雑音が発生する場合が多い。このような場合、インバータの動力線の電圧を電極対の電極間に印加しているため、雑音に比べて電圧値の大きな信号を検出することが可能である。

また、ＰＷＭ制御によるインバータを使用した場合には高周波数の信号であるため、電極対のインピーダンスを低くすることができる。その結果、誤差が少なく信頼性の高い電極間電圧の測定や電極間電圧の比較、差異の検出が行えるという利点がある。

実施の形態７．
実施の形態７は単相のインバータを使用したものである。さらに、本発明は、フルブリッジのインバータだけでなく、ハーフブリッジインバータなどの他の形のインバータにも適用できる。

三相交流電源３１とフルブリッジインバータ３７の間の回路構成、液量検出装置１の構成については、実施の形態１と同様の構成であり詳しい説明を省略する。

図１１（ａ）と図１１（ｂ）において、三相交流電源３１は整流回路３３に接続されている。整流回路３３、昇圧回路３４、平滑コンデンサ３５はコンバータ回路３２を構成している。コンバータ回路３２の両端はフルブリッジインバータ３７のＮ母線ＬＢｎとＰ母線ＬＢｐに接続され、フルブリッジインバータ３７の２相の動力線ＬＰｕとＬＰｖが負荷１５４に接続されている。ここでインバータはインバータ回路とも呼ぶ。

負荷装置１５０は負荷１５４、液体収納容器１５１を備えており、液体収納容器１５１の内部の液面１５５より下部に液体１５８が貯留されている。液体収納容器１５１にはガラス端子Ｔ２が備えられており、さらに、液量検出装置１を構成する直列回路７が内部に備えられている。

直列回路７は図１１（ｂ）のように電極対２ｂと電極対２ｃを備えている。電極対２ｂは電極Ｈと電極Ｉを有している。電極対２ｃは電極Ｊと電極Ｋを有している。電極対２ｂを構成する電極Ｉと電極対２ｃを構成する電極Ｊは導体４０１ｇで接続されて電極対２ｂと電極対２ｃが直列接続され、複数の電極対が直列接続されている。

液量検出装置１を構成する検出回路部６は電圧測定装置１５と比較回路１６で構成されている。比較回路１６は電極対２ｂの電極間電圧Ｖ_２ｂと電極対２ｃの電極間電圧Ｖ_２ｃを比較して比較結果を出力する。具体的には電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃの比または差異等を出力する。

フルブリッジインバータ３７から２相の動力線であるＵ相のＬＰｕとＶ相のＬＰｖが負荷１５４に接続され、負荷装置１５０が駆動されている。三相インバータの場合、動力線はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３本であるが、図１１（ａ）の単相インバータの場合動力線はＵ相、Ｖ相の２本になる。モータは三相で駆動される場合が多い。負荷装置１５０はモータでもよいが、たとえば誘導加熱器またはオゾナイザなどでもよい。

図１１（ａ）と図１１（ｂ）ではフルブリッジインバータ３７で負荷装置を駆動している場合について図示している。しかしながら、必ずしも負荷装置を駆動する動力線を液量の検出に用いる必要はなく、電力変換回路内で昇圧または降圧のために生成された交流電圧を液量の検出に用いてもよい。この場合、液量検出装置はインバータの駆動する負荷装置の内部に設けられている必要はなく外部にあっても本発明を適用することができる。

実施の形態１と同様、２個の電極対の電極間電圧をそれぞれ設けられた電圧測定装置１５で測定し、比較回路１６で比較して静電容量の差異、静電容量の値を知ることができる。また、図５に示した分圧回路を用いた液量検出装置を、単相のフルブリッジインバータに適用することもできる。

また、単相のフルブリッジインバータの動力線のうちの１相を、図９（ａ）と図９（ｂ）と同様に直列回路の一端に接続し、他端を単相のフルブリッジインバータの母線に接続することもできる。さらに設置された電極対の電極間電圧を比較しその差異を検出することによって液面の位置を検出する液量検出装置を構成することもできる。この場合、三相交流電源の変動の影響を軽減でき好適である。

符号を明示するため、図１１（ｂ）に直列回路７を図示した。液体収納容器１５１の内部には、電極対２ｂと電極対２ｃが液面に対して平行に異なる高さに設置されている。

本実施の形態においては、液体に浸されている電極対と液体に浸されていない電極対の電極間電圧を比較し、両者の差異を検出することによって液面の鉛直方向における位置を検知する。

インバータの動力線を直列回路の一端に接続しているため、周囲に発生する負荷装置を駆動する電源が発生させる雑音より高い電圧を電極対に印加することができる。そのため、雑音に比較してより大きい信号を検出することができ、雑音の影響を受けず、精度の高い検出を行うことができる。

実施の形態８．
実施の形態８では圧縮機５０が停止している状態で検出を行っている。実施の形態８の動作、効果を理解するための背景について説明する。空気調和機の室外機など、圧縮機が低温状態におかれると、圧縮機に冷媒が集まって冷凍機油中の冷媒の濃度が高くなるという現象がおきる場合がある。この現象は冷媒の寝込み現象として知られている。外気が低温なので空気調和機は暖房機として使用されている場合が多い。

寝込み現象がおきた状態で空調機、冷凍機などを運転すると、冷凍機油内の冷媒濃度の異常が圧縮機の動作に悪影響を及ぼすことが知られている。そのため、圧縮機が一定温度以下の環境で一定時間運転停止した後に装置の運転を開始する前に、冷媒の寝込み現象を解消するため、一定時間通電を行う。あるいは、常に装置の温度を一定温度以上に保温するための設備を設ける等が行われてきた。実施の形態８の場合、これらの空調機、冷凍機等も冷却装置と呼んでいる。

本発明の実施の形態８においては、寝込み現象がおきる可能性が高い状態において、圧縮機に悪影響をおよぼすことなく冷凍機油中の冷媒の濃度を検知することができる。すなわち、圧縮機が停止した状態で圧縮機シェル内部の冷凍機油に浸された電極対の電極間電圧の検出を行うことができる。その電極間電圧から静電容量の値を求め、冷凍機油中の冷媒の濃度を検知することができる。

また、検知した濃度により、寝込み現象がおきているかどうかを判定し、上記に記載した寝込み現象を解消する措置をとることができる。実施の形態８の具体的な構成の一例、動作、効果について以下に説明する。

実施の形態８の構成は図６（ａ）と図６（ｂ）に示した実施の形態３の液量検出装置と同じ構成である。すなわち、液量検出装置を利用して静電容量もしくは静電容量の変化を計測することにより冷凍機油中の冷媒濃度を計測する。

図６（ａ）と図６（ｂ）に示した実施の形態３の液量検出装置は寝込み現象がおきる可能性がある状況で装置が停止している。圧縮機が圧縮動作を停止した状態で、インバータ３６の動力線に電圧が印加されなければ、液量検出装置１ｂの信号を取得できない。測定を行うためには、インバータ３６が動力線に電圧を印加しつつも、圧縮機が停止していなければならない。実施の形態８ではシェル筐体５１が液体収納容器に相当する。ここでインバータはインバータ回路とも呼ぶ。

そこで、圧縮機５０が圧縮動作を停止している状態で、圧縮動作中よりもスイッチング周波数の高い電圧をインバータ３６が圧縮機５０に印加し、拘束通電を行う。拘束通電とは、圧縮機のモータ５４の巻き線に、圧縮機５０が動かない条件で通電を行う方法である。たとえばＷＯ２０１４／１８８５６６号公報に具体的な方法として、インバータ３６のキャリア周波数を通常よりも高い周波数とする方法が記載されている。

拘束通電により高周波電圧を印加しつつ、電極対２ｄの電極間電圧Ｖ_２ｄと電極対２ｂの電極間電圧Ｖ_２ｂを電圧測定装置１５が計測し、両者を比較しＶ_２ｄの静電容量を算出する。あらかじめ記憶部６５に記憶させておいた冷凍機油の濃度と静電容量との間を対応づける変換テーブルに基づいて冷媒濃度を検知する。

また、電極対２ｄの電極間電圧Ｖ_２ｄと電極対２ｂの電極間電圧Ｖ_２ｂの比に一定のしきい値を設けておき、そのしきい値との上下によって正常時（寝込み現象がおきていないとき）と非正常時（寝込み現象のおきているとき）を判断してもよい。

ここで、モータへの拘束通電を行うと、通電によってモータ５４の巻き線を加熱することで寝込み現象の起きた圧縮機５０内の冷凍機油５６を加熱し、冷凍機油内の冷媒を蒸発させて冷凍機油の状態を正常に近づけることができ、寝込み現象を解消できる利点もある。

圧縮機が停止した状態で拘束通電を行いつつ、静電容量と冷媒濃度の検出を続け、冷媒濃度が圧縮機の稼働に適した値に下がるまで拘束通電を行い、その後運転を開始すると、冷媒濃度が高い状態での運転を回避できる効果があり好適である。

ここでは、冷凍機油中の冷媒濃度の検出について一例を示したが、圧縮機停止中に冷凍機油の量、冷凍機油の液面位置を検出することもできる。冷媒濃度を検出する場合は、冷凍機油の量が適正範囲に保たれている場合に電極対全体が油面より下にあり、冷凍機油に完全に浸されている電極対と完全に冷凍機油から出ていて空気中にある電極対との比較によって誘電率の計測を行うのが好適である。

以下に一例を挙げる。図６（ａ）と図６（ｂ）で電極対２ｂが油面の上にあって電極間は冷凍機油で満たされていないとする。さらに、電極対２ｄが完全に冷凍機油に浸されているとする。このような状況で、電極対２ｂと電極対２ｄの静電容量を比較する。

上記比較に基づき、両者の比が一定の範囲内にある場合寝込み現象が発生していないと判断する。また、両者の比が一定の範囲の外である場合寝込み現象が発生していると判断する。このような電極対の電極間電圧の比較による寝込み現象発生の判断を行うためには、静電容量の比と寝込み現象の発生の有無の間に判断の基準をあらかじめ設けておくことが好適である。

ここでは図６（ａ）と図６（ｂ）の構成を例として寝込み現象の検出方法を説明したが、実施の形態１の構成であっても下記のような準備をすれば寝込み現象を検出できる。

寝込み現象を検出する準備とは、電極対の一方が完全に冷凍機油の中に浸されていて他方が冷凍機油から出ていることが確認する。さらに、冷凍機油の外にある電極と冷凍機油中の電極の電極間電圧の比較によって、冷媒濃度を検知して寝込み現象の有無を検出、判断できるように、電極間電圧の比と寝込み現象の有無について、あらかじめ基準を設ける。の２つである。

以上、実施の形態８によれば、冷凍機油中の冷媒濃度が上昇する寝込み現象を、圧縮機稼働中より高周波数のスイッチング周波数の電圧を印加して従来方式より雑音の影響の小さい、高精度な検出を行うことができる。

また、検出を行うときに圧縮機が動作しないため、圧縮機に悪影響を与えることがなく、圧縮機の保全を図ることができる。さらに、冷凍機油の量についても液面位置を高精度に検知することができるため、総合的に圧縮機の動作を健全に保つことができるという効果がある。

従来の装置においては、ＳＮ比が低く、高精度に静電容量を検出することができなかったため、運転開始前の寝込み現象を十分な精度で検知できなかった。そのため、圧縮機５０が一定温度以下の環境で一定時間運転停止した後に装置の運転を開始する前に、冷媒の寝込み現象を解消するため、一定時間、例えば拘束通電を行う。あるいは、常に装置の温度を一定温度以上に保温するための設備を設ける等が行われてきた。

そのため、装置に電源を入れてから運転を開始するまでに時間がかかったり、保温のためにコストがかかったりするという課題があった。また、寝込み現象をおこしていない圧縮機に対しても暖気運転や保温が必要であるという課題があった。

本発明を適用すれば、直列回路の一端にインバータの動力線を接続しているため、圧縮機の駆動による電気的な雑音よりも、電圧の高い信号を検出することが可能である。また、実施の形態９によれば、通常の圧縮機を駆動している状態よりもさらに高い周波数でインバータを駆動しているため、電極対のインピーダンスを低いものとすることができ、精度が高く、信頼性の高い冷媒濃度の検出を行うことが可能である。

以上から、本発明の液量検出装置を利用して静電容量または静電容量の変化を検出することにより、寝込み現象がおきているか否かを高精度に検出でき、運転開始までの時間を短縮できる。暖気運転、保温に要する設備、エネルギーを省くことができるといった効果がある。さらに、暖気運転または保温が不十分で圧縮機を寝込み現象がおきた状態で運転してしまうことを避けることができるという効果がある。

実施の形態９．
実施の形態９では、負荷装置を駆動するインバータと負荷装置に備えられた液体収納容器内部に設置された直列回路に接続されるインバータが異なっている。ここでインバータはインバータ回路とも呼ぶ。

潤滑油であるオイルの供給を受け、交流電源と接続される装置の具体的な例としては三相交流電源を接続される機械設備、交流電源停止時に使用する発電機を有する設備などがある。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）は実施の形態９の構成を示す図である。図１２（ａ）において三相交流電源３１は整流回路３３に接続されている。整流回路３３と昇圧回路３４と平滑コンデンサ３５はコンバータ回路３２を構成している。

コンバータ回路３２の両端はインバータ３６のＮ母線ＬＢｎとＰ母線ＬＢｐに接続され、インバータ回路からは三相の動力線ＬＰｖ、ＬＰｕ、ＬＰｗが負荷装置１５０ａに接続されている。コンバータ回路３２ａとインバータ３６ｂが接続されている。

インバータ３６ｂの動力線ＬＰｖ、ＬＰｕ、ＬＰｗは負荷装置１５０ｂに接続されている。負荷装置１５０ｂは配管１５７を介してオイルタンク１５２に接続されており、オイルタンク１５２の内部には液量検出装置１の一部である直列回路７が備えられている。実施の形態９ではオイルタンク１５２が液体収納容器に相当する。

直列回路７は図１２（ｂ）に示すように電極対２ｂと電極対２ｃを備えている。さらに、電極対２ｂは電極Ｈと電極Ｉを有しており、電極対２ｃは電極Ｊと電極Ｋを有している。電極対２ｂと電極対２ｃからの信号はガラス端子Ｔ２からオイルタンク１５２の外部に引き出される。検出回路部６は電圧測定装置１５と比較回路１６で構成されている。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）において、３相のインバータ３６は三相交流電源３１から受電し、動力線を介して負荷装置１５０ａに電圧を印加し負荷装置１５０ａを駆動している。一方、インバータ３６ｂは三相交流電源３１から受電し動力線を介して負荷装置１５０ｂを駆動している。

オイルタンク１５２には潤滑油となるオイル１５６が蓄えられており、オイル１５６は配管１５７を介して、負荷装置１５０ｂに供給される。また、オイル１５６の液量を検出するため、オイルタンク１５２には直列接続された電極対２ｂおよび電極対２ｃが備えられている。電極Ｈにはインバータ３６の動力線のうちの一相であるＵ相が接続されている。

また、電極Ｋにはインバータ３６のＮ母線が接続されている。電極対２ｂはオイル面の適正範囲の上限の少し下に位置し、電極対２ｃはオイル面の適正範囲の下限より少し上に位置しており、電極対２ｂと電極対２ｃは相互に鉛直方向に離間して配置されている。電極対２ｂと電極対２ｃはこのように離間して配置される場合もあるが互いに鉛直方向に異なる位置に配置されていればよく離間しない場合もある。

電極対２ｂと電極対２ｃの電極間電圧は、それぞれの電極対に設けられた電圧測定装置１５で測定され、比較回路１６で比較される。比較回路１６は電極対２ｂの電極間電圧Ｖ_２ｂと電極対２ｃの電極間電圧Ｖ_２ｃを比較して比較結果を出力する。具体的には電極間電圧Ｖ_２ｂと電極間電圧Ｖ_２ｃの比または差異等を出力する。導体４０１ｈによって間を直列接続された電極対２ｂと電極対２ｃが直列回路を構成している。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）においてインバータ３６ｂの動力線を電極対２ｂ、電極対２ｃの直列接続されたものの一端へつなぐことによって計測を行うことも可能である。しかし、インバータ３６ｂの電圧が低く周囲にある雑音源に対して十分にＳＮ比を高くすることができない場合が考えられる。または、周波数が低く電極対２ｂ、電極対２ｃのインピーダンスを十分低くできない場合があり得る。このようなときにはインバータ３６の動力線を接続した場合の方がより良い計測ができる。

このように、測定対象の液体がインバータの駆動する装置に供給されていなくとも、周囲に接続可能なインバータ装置があれば、その動力線を接続することによって信号を発生させるために利用できる。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）の場合、インバータ３６の動力線のうちの一相を電極対２ｂと電極対２ｃの直列接続し、電極Kにインバータ３６の母線を接続している。この場合、オイルタンク１５２の接地電位点との間の電位差の変動の影響を低減することができ好適である。

また、電極Ｈに対して動力線のうちの一相を接続し、電極Ｋにインバータ３６の別の動力線のうちの一相と接続することもできる。また、電極Ｋに接地電位点を接続することも可能である。電極Ｋに接地電位点を接続した場合は、検出回路部６の基準電位とインバータ３６の母線電位の間の変動をモニタすることによって、オイルタンク１５２のオイル面の検出ができる。

計測する液体は実施の形態９で挙げたオイル、その他の実施の形態で挙げた冷媒、冷凍機油に限られるものではない。冷却水（純水）などその他の液体についても本発明は適用可能である。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）の装置においては、インバータ３６ｂ、負荷装置１５０ａ、インバータ３６および負荷装置１５０ａから発生する雑音の中で計測を行う。インバータ３６を接続しているため、電極対２ｂと電極対２ｃの電極間電圧を比較し電極間電圧の差異を検出する際に得られる信号を大きくすることができ、ＳＮ比の高い計測を行うことができ、液量の検出をより高精度に行うことができる。

実施の形態８においては、冷凍機油が装置の動作に不可欠であり、なおかつ、寝込み現象が起きている可能性があるため、装置が動作していない状態で検出を行う必要がある。そのため、寝込み現象の検出の際拘束通電を行っている。

一方、図１２（ａ）と図１２（ｂ）では検出に用いるインバータが駆動する装置は、検出対象の液体の状態とは関係なく動作できるため、実施の形態８の拘束通電のような特別な工夫を行う必要がないという利点がある。

従って、装置を駆動するインバータが電極間電圧の測定に適しない場合に限らず、他の装置のインバータの動力線を電極につなぎ、装置が動作していない状態で計測を行ってもよい。

以上より、実施の形態９によれば、負荷装置を駆動する電源装置が計測に不適である場合においても、電極間電圧を計測するのに適し、接続可能なインバータ装置があれば、ＳＮ比が高く、信頼性と精度が高い測定を実施することができる。

この場合、特に交流電源を共有していなくても計測を行うことは可能であるが、図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示すように、三相交流電源３１を共有する装置の間で配線を行った場合、三相交流電源３１の変動成分の影響を低減することが可能なので好適である。

以上、説明してきた実施の形態の構成は、必要に応じて、組み合わせて使用することもできる。

１、１ａ、１ｂ 液量検出装置、２ｂ、２ｃ 電極対、４、４ａ リレースイッチ、５ 温度検出部、６、６ａ、６ｂ 検出回路部、７ 直列回路、１０制御部、１５ 電圧測定装置、１６ 比較回路、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 電圧検出回路、２１ 電圧検出部、２１ａ 低周波フィルタ、２２，２２ａ 分圧回路、２３、２３ａ、２３ｂ 検出側整流回路、２４、２４ａ、２４ｂ 絶縁アンプ、２５ アンプ、２６ 同軸ケーブル、２７ ツイストペアケーブル、２８ フィルタコンデンサ、２９ 加算回路、３１ 三相交流電源、３２、３２ａ コンバータ回路、３３、３３ａ 整流回路、３４、３４ａ 昇圧回路、３５、３５ａ 平滑コンデンサ、３６、３６ｂ インバータ、３７ フルブリッジインバータ、５０ 圧縮機、５１ シェル筐体、５１ａ シェル内壁、５２ 吸入口、５３ 吐出口、５４ モータ、５５ 容積圧縮機、５６ 冷凍機油、５７ 固定子、５８ 回転子、５９ 油面、６０ ボルテージフォロワ、６１ 制御回路、６３ リレースイッチ制御部、６４ 判断部、６５ 記憶部、７０ アキュムレータ、７１ 冷媒、７２ 冷媒液面、１５０、１５０ａ、１５０ｂ 負荷装置、１５１ 液体収納容器、１５２ オイルタンク、１５４ 負荷、１５５ 液面、１５６ オイル、１５７ 配管、１５８ 液体、２００ 適正範囲、３００、電流の波形 ３０１、インバータ出力波形、４０１、４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ、４０１ｅ、４０１ｆ、４０１ｇ、４０１ｈ 導体、５００ 冷却装置、Ｃ_２ｂ、Ｃ_２ｃ、Ｃ_２ｄ 静電容量、Ｃｓ 浮遊容量、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ，Ｍ 電極、ＬＢｎ Ｎ母線、ＬＢｐ Ｐ母線、ＬＰｕ、ＬＰｖ、ＬＰｗ 動力線、Ｔ２ ガラス端子、Ｖ_２ｂ、Ｖ_２ｃ、Ｖ_２ｄ 電極間電圧、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ ステップ。

Claims (10)

1. インバータ回路によって駆動されて冷媒を圧縮し内部に冷凍機油が貯留された圧縮機と、
   複数の電極対を有し前記複数の電極対のそれぞれが前記圧縮機の内部の鉛直方向において異なる位置に設置され、電極対の一方の電極と前記電極対と別の電極対の一方の電極との間が導体で接続されることにより前記複数の電極対が直列接続され、一端が前記インバータ回路の動力線の一つに接続され他端が接地電位点に接続された直列回路と、
   前記直列回路のそれぞれの電極対の電極間電圧を比較し前記それぞれの電極対の電極間電圧の間の差異を検出することにより前記冷凍機油の油面の位置を検出する検出回路部と、
   を備えた液量検出装置。
2. 前記直列回路のうちの二つの電極対の電極間電圧の間の差異を検出し前記電極間電圧の間の差異があらかじめ定められたしきい値以上である場合には、鉛直方向における前記二つの電極対の間の位置に前記油面があることを検知し、
   前記電極間電圧の間の差異が前記しきい値より小さい場合には、鉛直方向における前記二つの電極対の間の位置に前記油面がないことを検知する請求項１記載の液量検出装置。
3. 電極対の電極間電圧の測定を行う電圧測定部と、検出対象となる前記直列回路を構成する電極対のそれぞれと前記電圧測定部との間の接続を切り替えるリレースイッチと、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の液量検出装置。
4. 前記直列回路を構成する前記導体のうちのいずれか一つが前記検出回路部の基準電位となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液量検出装置。
5. 前記検出回路部に、前記直列回路を構成する電極対の電極間電圧を較正する較正部を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液量検出装置。
6. 動力線の相数が複数であるインバータ回路によって駆動されて冷媒を圧縮し内部に冷凍機油が貯留された圧縮機と、
   複数の電極対を有し前記複数の電極対のそれぞれが前記圧縮機の内部の鉛直方向において異なる位置に設置され、電極対の一方の電極と前記電極対と別の電極対の一方の電極との間が導体で接続されることにより前記複数の電極対が直列接続され、一端が前記インバータ回路の動力線の一つに接続され他端が前記一端に接続された動力線と異なる相の動力線に接続された直列回路と、
   前記直列回路のそれぞれの電極対の電極間電圧を比較し前記それぞれの電極対の電極間電圧の間の差異を検出することにより前記冷凍機油の油面の位置を検出する検出回路部と、
   を備えた液量検出装置。
7. インバータ回路によって駆動されて冷媒を圧縮し内部に冷凍機油が貯留された圧縮機と、
   複数の電極対を有し前記複数の電極対のそれぞれが前記圧縮機の内部の鉛直方向において異なる位置に設置され、電極対の一方の電極と前記電極対と別の電極対の一方の電極との間が導体で接続されることにより前記複数の電極対が直列接続され、一端が前記インバータ回路の動力線の一つに接続され他端が前記インバータ回路の母線に接続された直列回路と、
   前記直列回路のそれぞれの電極対の電極間電圧を比較し前記それぞれの電極対の電極間電圧の間の差異を検出することにより前記冷凍機油の油面の位置を検出する検出回路部と、
   を備えた液量検出装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の液量検出装置を備えた冷却装置。
9. 前記圧縮機が圧縮動作を停止しているときに、圧縮動作中よりもスイッチング周波数の高い電圧を前記インバータ回路が前記直列回路に印加して、前記直列回路を構成する電極対のうち前記冷凍機油の油面より上方にある電極対と前記油面より下方にある電極対の電極間電圧の差異に基づいて前記油面より下方にある電極対の静電容量を算出し、冷凍機油の濃度と前記静電容量との間を対応づける変換テーブルに基づいて前記冷凍機油の濃度を得ることを特徴とする請求項８に記載の冷却装置。
10. 液体収納容器を備えインバータ回路によって駆動される負荷装置と、
    複数の電極対を有し前記複数の電極対のそれぞれが前記液体収納容器の内部の鉛直方向において異なる位置に設置され、電極対の一方の電極と前記電極対と別の電極対の一方の電極との間が導体で接続されることにより前記複数の電極対が直列接続され、一端が前記インバータ回路の動力線の一つに接続され他端が接地電位点に接続された直列回路と、
    前記直列回路のそれぞれの電極対の電極間電圧を比較し前記それぞれの電極対の電極間電圧の間の差異を検出することにより前記液体収納容器の内部の液面の位置を検出する検出回路部と、
    を備えた液量検出装置。

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