JP7224974B2 - 液量検出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、容器に収容されている液体の量を検出する液量検出装置に関する。

空気調和機や冷凍装置に搭載される冷凍サイクルは、圧縮機の吐出口から吐出される高温高圧の冷媒（ガス冷媒）を凝縮器に送り、その凝縮器から流出する冷媒（液冷媒）を膨張弁で減圧して蒸発器に送り、その蒸発器から流出する低温低圧の冷媒（ガス冷媒）をアキュームレータを介して圧縮機の吸込口に戻す。

アキュームレータは、流入する冷媒の液状成分（液冷媒）を収容し残りのガス状成分（ガス冷媒）を圧縮機へと送出する。このアキュームレータを設けることで、液冷媒の吸込みによる圧縮機の損傷を防ぐようにしている。液冷媒を一時的に収容する受液器（リキッドレシーバともいう）を凝縮器と膨張弁との間の冷媒流路に設けることもある。

アキュームレータや受液器の容器に収容される液冷媒の量を検出する手段として、超音波を用いる液面検出装置が知られている。この液面検出装置は、冷媒を収容する容器の外側面に超音波センサを取付け、その超音波センサから超音波を送信し、送信した超音波の反射波を同じ超音波センサで受信し、その受信信号の電圧レベルに応じて容器内の液冷媒の液面位置を検出する。

容器内の液冷媒の液面位置が規定位値である超音波センサの取付け位置より下方にある場合、超音波センサから送信される超音波は液冷媒に接することなく超音波センサに戻るので、超音波センサの受信信号レベルが高くなる。容器内の液冷媒の液面位置が上記規定位置と同じまたはそれより上方にある場合は、超音波センサから送信される超音波が液冷媒に接した状態で超音波センサに戻るので、超音波センサの受信信号レベルが低くなる。この超音波センサの受信信号レベルに応じて、容器内の液冷媒の液面位置が規定位置に達しているか否かを検出するようにしている。

特許第5774469号公報 特許第4113700号公報

冷凍サイクルの運転中は容器内の液面に泡立ちや波浪が生じる。このため、容器内の液冷媒の液面が規定位置より下方にあっても、液面の泡や波頭が規定位置に達するような状況では、その泡や波頭の部分を液面として誤って検出してしまう可能性がある。
本発明の実施形態の目的は、容器内の液量を的確に検出できる信頼性にすぐれた液量検出装置を提供することである。

請求項１の液量検出装置は、液体を収容する容器の周壁に取付けられ、超音波を送信しかつ受信する超音波センサと；この超音波センサから送信した超音波の横波が前記周壁を伝わって前記超音波センサに達する時点の同超音波センサの受信信号レベルに応じて、前記容器内の液体の量を検出する検出手段と；を備える。前記容器は、圧縮機、凝縮器、減圧器、および蒸発器を順に配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルに設けられ、前記蒸発器から前記圧縮機へ流れる冷媒の液状成分を収容するアキュームレータの容器である。前記検出手段は、前記冷凍サイクルの運転時、前記超音波センサから送信した超音波の横波が前記容器の前記周壁を周回して伝わって前記超音波センサに戻る時点の同超音波センサの受信信号レベルに応じて、前記容器内の液体の量を検出する。さらに、検出手段は、前記冷凍サイクルの非運転時、前記超音波センサから送信した超音波の縦波が前記超音波センサの取付け位置とは反対側にある前記周壁の内周面と気体または液体との界面で反射して前記超音波センサに戻る時点の同超音波センサの受信信号レベルに応じて、前記容器内の液体の量を検出する。

各実施形態の構成および冷凍サイクルの構成を示すブロック図。 第１実施形態の超音波センサおよびその超音波センサが取付けられる容器を示す図。 図２における容器の側壁を上方から視るとともにその側壁に超音波の横波が伝わる様子を示す図。 図２のように液冷媒の量が規定位置より下方にある場合の超音波センサの受信信号の電圧波形を示す図。 図２における容器内の液冷媒が増えた状態を示す図。 図５における容器の側壁を上方から視るとともにその側壁に超音波の横波が伝わる様子を示す図。 図５のように液冷媒の量が規定位置より上方にある場合の超音波センサの受信信号の電圧波形を示す図。 第１実施形態のコントローラの制御を示すフローチャート。 第２実施形態のコントローラの制御を示すフローチャート。 第３実施形態の超音波センサおよびその超音波センサが取付けられる容器を示す図。 第４実施形態の超音波センサおよびその超音波センサが取付けられる容器を示す図。 第５実施形態の超音波センサおよびその超音波センサが取付けられる容器を示す図。 第６実施形態の複数の超音波センサおよびこれら超音波センサが取付けられる容器を示す図。 図１３における各超音波センサの受信信号の電圧波形を示す図。 第７実施形態の複数の超音波センサおよびその各超音波センサが取付けられる容器を示す図。 第７実施形態において液冷媒の量が第１規定位置と第２規定位置との間にある場合の第１超音波センサの受信信号の電圧波形を示す図。 第７実施形態において液冷媒の量が第１および第２規定位置より下方にある場合の超音波センサの受信信号の電圧波形を示す図。 第８実施形態の複数の超音波センサおよびその各超音波センサが取付けられる容器を示す図。 第８実施形態における各超音波センサの受信信号の電圧波形を示す図。 第９実施形態の複数の超音波センサおよびその各超音波センサが取付けられる容器を示す図。 第９実施形態における各超音波センサの受信信号の電圧波形を示す図。 第１０実施形態の複数の超音波センサおよびその各超音波センサが取付けられる容器を示す図。

［１］第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、圧縮機１の吐出口に四方弁２を介して室外熱交換器３が配管接続され、その室外熱交換器３に室外膨張弁４が配管接続され、その室外膨張弁４に複数の室内膨張弁１１をそれぞれ介して複数の室内熱交換器１２が配管接続され、これら室内熱交換器１２に上記四方弁２およびアキュームレータ５を介して圧縮機１の吸込口が配管接続されている。これら配管接続により、空気調和機や冷凍装置に搭載されるヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。そして、室外熱交換器３の近傍に室外ファン４が配置され、各室内熱交換器１２の近傍にそれぞれ室内ファン１３が配置されている。

圧縮機１は、圧縮室および駆動モータを密閉ケースに収めた密閉型圧縮機であり、吸込口から冷媒を吸込んで圧縮し、圧縮後の高温高圧の冷媒を吐出口から吐出する。冷房時は、実線矢印で示すように、圧縮機１から吐出される冷媒が四方弁２、室外熱交換器３、室外膨張弁４、各室内膨張弁１１を通って各室内熱交換器１２に流入し、これら室内熱交換器１２から流出する冷媒が四方弁２およびアキュームレータ５を通って圧縮機１に吸込まれる。この冷媒の流れにより、室外熱交換器３が凝縮器として機能し、各室内熱交換器１２が蒸発器として機能する。暖房時は、四方弁２の流路が切換わることにより、圧縮機１から吐出された冷媒が四方弁２を通って各室内熱交換器１２に流入し、その各室内熱交換器１２から流出する冷媒が各室内膨張弁１１、室外膨張弁４、室外熱交換器３、四方弁２、アキュームレータ５を通って圧縮機１に吸込まれる。この冷媒の流れにより、各室内熱交換器１２が凝縮器として機能し、室外熱交換器３が蒸発器として機能する。

アキュームレータ５は、図２に示す円柱型の容器１０を含み、流入してくる冷媒の液状成分（液冷媒；図示点々）Ｒを容器１０に収容し、残りのガス状成分（ガス冷媒）を圧縮機へと送出する。容器１０の周壁は、鉄製の鋼板からなる円筒状の側壁（鋼板）１０ａ、同じ鉄製の鋼板からなり側壁１０ａの軸方向一端（上端）を閉塞する円形の一端壁（上面壁）１０ｂ、および同じ鉄製の鋼板からなり側壁１０ａの軸方向他端（下端）を閉塞する円形の他端壁（下面壁）１０ｃにより形成されている。

この容器１０の側壁１０ａの外周面に、超音波検出ユニット２０が取付けられている。超音波検出ユニット２０は、側壁１０ａの外周面の所定の高さ位置に隙間なく取付けられ側壁１０ａ側に向けてほぼ水平方向に超音波を送信しかつその送信後の超音波（反射波）を受信する超音波センサ２１、後述のコントローラ３０から供給される駆動信号Ｄａに応じて超音波センサ２１を駆動する送信回路２２、超音波センサ２１の受信信号に増幅等の信号処理を施す受信回路２３を含む。この受信回路２３で処理された受信信号がコントローラ３０に供給される。

超音波センサ２１から送信される超音波には、縦波と横波がある。縦波は、超音波センサ２１が取付けられている部位の側壁１０ａを通り、さらに超音波センサ２１が取付けられている側とは反対側の側壁１０ａに向かって容器１０内をほぼ水平方向に進み、側壁１０ａの内周面と気体または液体との界面に達してそこで反射する。この反射波は往路と同じ経路を伝わって送信元の超音波センサ２１に戻る。理科年表によると、縦波が鉄製の鋼板を伝わる速度は5,950m/s、縦波が液冷媒を伝わる速度は水を伝わる速度と同じ1,480m/sである。

超音波センサ２１から送信された超音波の縦波が上記経路を往復して送信元の超音波センサ２１に戻るまでのｔ１時間は、側壁１０ａの厚さが数mmで容器１０の外周面の直径が0.5mであると仮定した場合、側壁１０ａにおける伝搬については速度が速いので無視すると、液冷媒中の伝搬速度の影響が支配的となり、下式で表わされる。
ｔ１時間＝(0.5m×2)／(1,480m/s)＝約680μs

超音波センサ２１から送信される超音波の横波は、図２および図３に示すように、側壁１０ａの内周面と気体または液体との界面で反射を繰り返しながら、さらに側壁１０ａの外周面と気体との界面でも反射を繰り返しながら、側壁１０ａを最短距離（円周の長さ）で周回する経路Ｌで伝わって送信元の超音波センサ２１に戻る。理科年表によると、横波が鉄製の鋼板を伝わる速度は3,240m/sであり、これは縦波が鉄製の鋼板を伝わる速度（＝5,950m/s）より遅く縦波が液冷媒を伝わる速度（＝1,480m/s）より速い。

超音波センサ２１から送信された横波が側壁１０ａを伝わって送信元の超音波センサ２１に戻るまでのｔ２時間は、容器１０の直径が0.5mである場合、側壁１０ａの厚さを無視すれば、下式で表わされる。
ｔ２時間＝(0.5m×π)／(3,240 m/s)＝約490μs
このｔ２時間については、実際には、側壁１０ａの厚さなど製造公差に基づく補正が必要となる。

圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、室外膨張弁４、アキュームレータ５、室外ファン５、および超音波検出ユニット２０が室外ユニットＡに収容され、各室内膨張弁１１、各室内熱交換器１２、各室内ファン１３が複数の室内ユニットＢ１，Ｂ２，…Ｂｎに収容される。
室外ユニットＡおよび室内ユニットＢ１～Ｂｎにコントローラ３０が接続され、そのコントローラ３０にリモートコントロール式の操作表示器３１が接続される。操作表示器３１は、空気調和機の運転条件を設定するための操作キーを有するとともに、空気調和機の運転に関わる種々の情報を文字や画像で表示する表示画面を有する。

コントローラ３０は、主要な機能として次の制御手段および検出手段を備える。
制御手段は、操作表示器３１で設定される運転条件に応じて室外ユニットＡおよび室内ユニットＢ１～Ｂｎの運転を制御する。
検出手段は、アキュームレータ５の容器１０に収容されている液冷媒Ｒの量（液体の量）を超音波検出ユニット２０を用いて検出する。具体的には、超音波センサ２１から送信した超音波の横波が図２および図３に矢印で示すように側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌを伝わって超音波センサ２１に戻る時点（送信からｔ２時間後）の超音波センサ２１の受信信号レベルに応じて、容器１０内の液冷媒Ｒの量を検出する。

例えば、図２のように容器１０内の液冷媒Ｒの液面位置が基準位置である超音波センサ２１の取付け位置より下方にある場合、駆動信号Ｄａのオンに応じて超音波センサ２１から送信される超音波の横波は、液冷媒Ｒに接することなく側壁１０ａを伝わり、送信からｔ２時間後に超音波センサ２１に戻る。側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒによって減衰しないので、駆動信号Ｄａのオン（送信開始）からｔ２時間後の超音波センサ２１の受信信号の電圧レベルＶａは、図４に示すように高くなる。

図５のように容器１０内の液冷媒Ｒの液面位置が基準位置と同じまたはそれより上方にある場合、駆動信号Ｄａのオンに応じて超音波センサ２１から送信される超音波の横波は、図６に示すように液冷媒Ｒに接するごとにその液冷媒Ｒに吸収されるため強度が減衰しながら側壁１０ａを伝わり、送信からｔ２時間後に超音波センサ２１に戻る。側壁１０ａを伝わる横波の強度は、液冷媒Ｒとの接し量が多いほどそれに比例する大きさで減衰していく。よって、駆動信号Ｄａのオン（送信開始）からｔ２時間後の超音波センサ２１の受信信号の電圧レベルＶａは、図７に示すように低くなる。

つぎに、コントローラ３０が実行する制御を図８のフローチャートを参照しながら説明する。フローチャート中のステップＳ１，Ｓ２…については、単にＳ１，Ｓ２…と略称する。
コントローラ３０は、冷凍サイクルの運転時（Ｓ１のＹＥＳ）、一定時間ごとの検出タイミングが巡ってきたとき（Ｓ２のＹＥＳ）、超音波センサ２１を駆動し（Ｓ３）、超音波センサ２１から超音波を送信させる。そして、コントローラ３０は、超音波センサ２１の駆動開始からｔ２時間が経過したとき、つまり超音波センサ２１から送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌを伝わって超音波センサ２１に戻る時点において、超音波センサ２１の受信信号の電圧レベルＶａを検出する（Ｓ４）。

超音波センサ２１の受信信号の電圧レベルＶａが予め定めた設定値以上の場合、コントローラ３０は、容器１０内の液冷媒Ｒの量（液面位置）が規定位置である超音波センサ２１の取付け位置に満たないと判定する（Ｓ５）。電圧レベルＶａが上記設定値未満の場合、コントローラ３０は、容器１０内の液冷媒Ｒの量（液面位置）が規定位置に達していると判定する（Ｓ５）。そして、コントローラ３０は、この判定結果を操作表示部３１の表示によりユーザに報知する（Ｓ６）。
この報知後、コントローラ３０は、冷凍サイクルの運転が停止でなければ（Ｓ７のＮＯ）、上記Ｓ２に戻って次の検出タイミングを監視する（Ｓ２）。冷凍サイクルの運転が停止であれば（Ｓ７のＹＥＳ）、処理を終了する。

ところで、冷凍サイクルの運転中は容器１０内の液冷媒Ｒの液面に泡立ちや波浪が生じる。このため、従来のように超音波の縦波で液面位置を検出する方法では、容器１０内の液冷媒Ｒの液面に生じる泡や波頭を液面として誤検出する可能性がある。

これに対し、本実施形態では、側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒとの接し量が多いほどそれに比例する大きさで減衰していくので、その減衰の度合いを超音波センサ２１の受信信号の電圧レベルＶａとして連続的に捕らえることができる。この受信信号の電圧レベルＶａに対する設定値を適切に設定することで、容器１０内の液冷媒Ｒの液面に生じる泡立ちや波浪に影響を受けることなく、容器１０内の液冷媒Ｒの量が規定位置に達しているか否かを的確に検出できる。液冷媒Ｒの液面に生じる泡や波頭を液面として誤検出する不具合は生じない。液量検出の信頼性が大幅に向上する。

［２］第２実施形態
第２実施形態について説明する。
コントローラ３０は、主要な機能として、第１実施形態の上記制御手段のほかに、次の第１検出手段および第２検出手段を備える。
第１検出手段は、冷凍サイクルの運転時、第１実施形態と同じく、超音波センサ２１から送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌを伝わって超音波センサ２１に戻る時点（送信からｔ２時間後）の超音波センサ２１の受信信号レベルに応じて、容器１０内の液冷媒Ｒの量を検出する。

第２検出手段は、冷凍サイクルの非運転時、超音波センサ２１から送信した超音波の縦波が超音波センサ２１の取付け位置とは反対側にある側壁１０ａの内周面と気体または液体との界面で反射して超音波センサ２１に戻る時点（送信からｔ１時間後）の同超音波センサの受信信号レベルに応じて、容器１０内の液冷媒Ｒの量を検出する、

コントローラ３０が実行する制御を図９のフローチャートを参照しながら説明する。Ｓ１～Ｓ７の処理は第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
コントローラ３０は、冷凍サイクルの非運転時（Ｓ１のＮＯ）、一定時間ごとの検出タイミングにおいて（Ｓ８のＹＥＳ）、超音波センサ２１を駆動し（Ｓ９）、超音波センサ２１から超音波を送信させる。そして、コントローラ３０は、超音波センサ２１の駆動開始からｔ１時間が経過したとき、つまり超音波センサ２１から送信した超音波の縦波が超音波センサ２１が取付けられている部位の側壁１０ａを通り、さらに超音波センサ２１が取付けられている側とは反対側の側壁１０ａに向かって容器１０内をほぼ水平方向に進み、側壁１０ａの内周面と気体または液体との界面に達してそこで反射し、その反射波が往路と同じ経路を伝わって超音波センサ２１に戻る時点において、超音波センサ２１の受信信号の電圧レベルＶａを検出する（Ｓ１０）。

受信信号の電圧レベルＶａが閾値以上の場合、コントローラ３０は、容器１０内の液冷媒Ｒの量（液面位置）が規定位置に満たないと判定する（Ｓ１１）。検出した電圧レベルＶａが閾値未満の場合、コントローラ３０は、容器１０内の液冷媒Ｒの量（液面位置）が規定位置に達していると判定する（Ｓ１１）。そして、コントローラ３０は、判定結果を操作表示部３１の表示によりユーザに報知する（Ｓ１２）。この報知後、コントローラ３０は、上記Ｓ１に戻って同様の処理を繰り返す。

すなわち、冷凍サイクルが運転しているときは容器１０内の液冷媒Ｒの液面に泡立ちや波浪が生じるので、その泡立ちや波浪の影響を受け難い横波によって液冷媒Ｒの量を検出するようにしている。冷凍サイクルが運転していないときは容器１０内の液冷媒Ｒの液面に泡立ちや波浪が生じないので、従来と同じく縦波によって液冷媒Ｒの量を検出するようにしている。他の構成は第１実施形態と同じである。

［３］第３実施形態
第３実施形態では、図１０に示すように、アキュームレータ５の容器１０が横向きに倒れた状態で配置される。他の構成は第１実施形態と同じである。
超音波センサ２１から送信される超音波の横波は、図１０に矢印で示すように側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌを伝わって超音波センサ２１に戻る。側壁１０ａを伝わる横波の強度は、横波と液冷媒Ｒとの接し量が多いほどそれに比例する大きさで減衰していく。この減衰の度合いを超音波センサ２１の受信信号の電圧レベルＶａとして幅広く連続的に捕らえることができる。

この受信信号の電圧レベルＶａを検出することにより、液冷媒Ｒの液面に生じる泡立ちや波浪に影響を受けることなく、容器１０内の液冷媒Ｒの量を的確に検出できる。とくに、横波の強度の減衰の度合いを超音波センサ２１の受信信号の電圧レベルＶａとして幅広く連続的に捕らえることができるので、容器１０内の液冷媒Ｒの量をほぼ空の状態から満杯に近い状態まで連続的に検出することができる。

［４］第４実施形態
第４実施形態では、図１１に示すように、アキュームレータ５の容器１０は、鉄製の鋼板を球体に成型してなる周壁１０ｍにより形成されている。この周壁１０ｍの外周面に超音波センサ２１が取付けられている。球体である周壁１０ｍを地球であると仮想し、その地球の南北の両極を通る地軸線Ｘ－Ｘ´を基準にして視た場合、この超音波センサ２１の取付け位置は、超音波センサ２１から送信された超音波の横波が周壁１０ｍにおける最長距離の周回経路Ｌを伝わって超音波センサ２１に戻る場合の周回経路Ｌが、地軸線Ｘ－Ｘ´に対し直行する状態となる位置である。別の言い方をすると、周回経路Ｌの位置は、南北の両極からそれぞれ緯度として90度離れた位置にある。

液冷媒Ｒの液面に生じる泡立ちや波浪に影響を受けることなく、容器１０内の液冷媒Ｒの量が規定位置である超音波センサ２１の取付け位置に達しているか否かを的確に検出できる。
他の構成および制御は、第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［５］第５実施形態
第５実施形態では、図１２に示すように、アキュームレータ５の容器１０は、第４実施形態と同じく、鉄製の鋼板を球体に成型してなる周壁１０ｍで形成されている。この周壁１０ｍの外周面に超音波センサ２１が取付けられている。この超音波センサ２１の取付け位置は、超音波センサ２１から送信された超音波の横波が周壁１０ｍにおける最長距離の周回経路Ｌを伝わって超音波センサ２１に戻る場合の周回経路Ｌが、地軸線Ｘ－Ｘ´に対し所定の傾きをもって交差する状態となる位置である。

この第５実施形態の場合、図１０の第３実施形態と同じく、横波の強度の減衰の度合いを超音波センサ２１の受信信号の電圧レベルＶａとして幅広く連続的に捕らえることができるので、容器１０内の液冷媒Ｒの量をほぼ空の状態から満杯に近い状態まで連続的に検出することができる。
他の構成および制御は、第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［６］第６実施形態
第６実施形態では、図１３に示すように、超音波検出ユニット２０が２つの超音波センサ２１ａ，２１ｂ（第１および第２超音波センサ）、送信回路２２、および受信回路２３を含む。超音波センサ２１ａ，２１ｂは、側壁１０ａの外周面の互いに異なる高さ位置に隙間なく取付けられ、側壁１０ａ側に向けてほぼ水平方向に超音波を送信するとともに、その送信後の超音波（反射波）を受信する。送信回路２２は、コントローラ３０から供給される駆動信号Ｄａ，Ｄｂに応じて超音波センサ２１ａ，２１ｂをそれぞれ駆動する。受信回路２３は、超音波センサ２１ａ，２１ｂの受信信号にそれぞれ増幅等の信号処理を施す。この受信回路２３で処理された受信信号がコントローラ３０に供給される。

コントローラ３０の検出手段は、駆動信号Ｄａ，Ｄｂを一定時間ｔ３の時間間隔で交互に送信回路２２に供給し、これにより超音波センサ２１ａ，２１ｂを互いに異なるタイミングで駆動して超音波センサ２１ａ，２１ｂからそれぞれ超音波を送信し、超音波センサ２１ａから送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌａを伝わって超音波センサ２１ａに戻る時点（送信からｔ２ａ時間後）の超音波センサ２１ａの受信信号レベルと、超音波センサ２１ｂから送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌｂを伝わって超音波センサ２１ｂに戻る時点（送信からｔ２ｂ時間後）の超音波センサ２１ｂの受信信号レベルとに応じて、容器１０内の液冷媒Ｒの量が第１基準位置である超音波センサ２１ａの取付け位置および第２基準位置である超音波センサ２１ｂの取付け位置にそれぞれ達しているか否かを検出する。

図１３のように容器１０内の液冷媒Ｒの液面位置が第１基準位置と第２基準位置との間にある場合、駆動信号Ｄａのオンに応じて超音波センサ２１ａから送信される超音波の横波は、液冷媒Ｒに接することなく側壁１０ａにおける周回経路Ｌａを伝わり、送信からｔ２ａ時間後に送信元の超音波センサ２１ａに戻る。側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒによって減衰しないので、駆動信号Ｄａのオン（送信開始）からｔ２ａ時間後の超音波センサ２１ａの受信信号の電圧レベルＶａは、図１４に示すように高くなる。

駆動信号Ｄｂのオンに応じて超音波センサ２１ｂから送信される超音波の横波は、液冷媒Ｒに接しながら側壁１０ａにおける周回経路Ｌｂを伝わり、送信からｔ２ｂ時間後に送信元の超音波センサ２１ｂに戻る。側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒによって減衰するので、駆動信号Ｄｂのオン（送信開始）からｔ２ｂ時間後の超音波センサ２１ｂの受信信号の電圧レベルＶｂは、図１４に示すように低くなる。
したがって、液冷媒Ｒの液面に生じる泡立ちや波浪に影響を受けることなく、容器１０内の液冷媒Ｒの量が第１および第２規定位置にそれぞれ達しているか否かを的確に検出できる。
他の構成および制御は、第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［７］第７実施形態
第７実施形態では、図１５に示すように、超音波検出ユニット２０が２つの超音波センサ２１ａ，２１ｂ、送信回路２２、および受信回路２３を含む。超音波センサ２１ａ，２１ｂは、側壁１０ａの外周面の互いに異なる高さ位置にかつ互いに距離Ｘ離れた状態で取付けられ、側壁１０ａ側に向けてほぼ水平方向に超音波を送信するとともに、その送信後の超音波（反射波）を受信する。送信回路２２は、コントローラ３０から供給される駆動信号Ｄａに応じて超音波センサ２１ａを駆動する。受信回路２３は、超音波センサ２１ｂの受信信号に増幅等の信号処理を施す。

コントローラ３０の検出手段は、駆動信号Ｄａを送信回路２２に供給することにより超音波センサ２１ａを駆動して超音波センサ２１ａから超音波を送信し、その超音波の横波が側壁１０ａを距離Ｘの直線経路で伝わって超音波センサ２１ｂに達する時点（送信からｔｘ時間後）の超音波センサ２１ｂの受信信号レベルに応じて、容器１０内の液冷媒Ｒの量が第１基準位置である超音波センサ２１ａの取付け位置および第２基準位置である超音波センサ２１ｂの取付け位置に達しているか否かを検出する。

図１５のように容器１０内の液冷媒Ｒの液面位置が第１基準位置と第２基準位置との間にある場合、駆動信号Ｄａのオンに応じて超音波センサ２１ａから送信される超音波の横波は、初めは液冷媒Ｒに接することなく超音波センサ２１ｂに向かい直線経路で側壁１０ａを伝わり、かつ途中で液冷媒Ｒに接しながら側壁１０ａを伝わり、送信からｔｘ時間後に超音波センサ２１ｂに達する。側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒにより減衰するので、駆動信号Ｄａのオン（送信開始）からｔｘ時間後の超音波センサ２１ｂの受信信号の電圧レベルＶｂは、図１６に示すように低くなる。

容器１０内の液冷媒Ｒの液面位置が第１および第２基準位置より下方にある場合、Ｄａのオンに応じて超音波センサ２１ａから送信される超音波の横波は、液冷媒Ｒに接することなく側壁１０ａを伝わり、送信からｔｘ時間後に超音波センサ２１ｂに達する。側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒによる減衰を生じないので、駆動信号Ｄａのオン（送信開始）からｔｘ時間後の超音波センサ２１ｂの受信信号の電圧レベルＶｂは、図１７に示すように高くなる。
したがって、液冷媒Ｒの液面に生じる泡立ちや波浪に影響を受けることなく、容器１０内の液冷媒Ｒの量が第１および第２規定位置にそれぞれ達しているか否かを的確に検出できる。
他の構成および制御は、第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［８］第８実施形態
第８実施形態では、図１８に示すように、超音波検出ユニット２０が２つの超音波センサ２１ａ，２１ｂ、送信回路２２、および受信回路２３を含む。超音波センサ２１ａ，２１ｂは、側壁１０ａの外周面の互いに異なる高さ位置にかつ互いに距離Ｘ離れた状態で取付けられ、側壁１０ａ側に向けてほぼ水平方向に超音波を送信するとともに、その送信後の超音波（反射波）を受信する。送信回路２２は、コントローラ３０から供給される駆動信号Ｄａに応じて超音波センサ２１ａを駆動する。受信回路２３は、超音波センサ２１ａ，２１ｂの受信信号にそれぞれ増幅等の信号処理を施す。この受信回路２３で処理された受信信号がコントローラ３０に供給される。

コントローラ３０の検出手段は、駆動信号Ｄａを送信回路２２に供給することにより超音波センサ２１ａを駆動して超音波センサ２１ａから超音波を送信し、その超音波の横波が側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌａを伝わって超音波センサ２１ａに戻る時点（送信からｔ２時間後）の超音波センサ２１ａの受信信号レベルと、超音波センサ２１ａから送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける距離Ｘの直線経路を伝わって超音波センサ２１ｂに達する時点（送信からｔｘ時間後）の超音波センサ２１ｂの受信信号レベルとに応じて、容器１０内の液冷媒Ｒの量が第１基準位置である超音波センサ２１ａの取付け位置に達しているか否かおよび第２基準位置である超音波センサ２１ｂの取付け位置に達しているか否かを検出する。

図１８のように容器１０内の液冷媒Ｒの液面位置が第１基準位置と第２基準位置との間にある場合、駆動信号Ｄａのオンに応じて超音波センサ２１ａから送信される超音波の横波は、側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌａを液冷媒Ｒに接することなく伝わり、送信からｔ２時間後に送信元の超音波センサ２１ａに戻る。側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒによって減衰しないので、駆動信号Ｄａのオン（送信開始）からｔ２時間後の超音波センサ２１ａの受信信号の電圧レベルＶａは、図１９に示すように高くなる。

また、超音波センサ２１ａから送信された超音波の横波は、初めは液冷媒Ｒに接することなく超音波センサ２１ｂに向かって直線経路で側壁１０ａを伝わり、途中から液冷媒Ｒに接しながら側壁１０ａを伝わり、送信からｔｘ時間後に超音波センサ２１ｂに達する。側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒによって減衰するので、駆動信号Ｄａのオン（送信開始）からｔｘ時間後の超音波センサ２１ｂの受信信号の電圧レベルＶｂは、図１９に示すように低くなる。

したがって、液冷媒Ｒの液面に生じる泡立ちや波浪に影響を受けることなく、容器１０内の液冷媒Ｒの量が第１および第２規定位置にそれぞれ達しているか否かを的確に検出できる。
送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌａを伝わって超音波センサ２１ａに戻る時点（送信からｔ２時間後）と、同送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける距離Ｘの直線経路を伝わって超音波センサ２１ｂに達する時点と時間差が存在するので、超音波センサ２１ａ，２１ｂの受信信号に対する信号処理を１つの受信回路２３で行うことができる。
他の構成および制御は、第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［９］第９実施形態
第９実施形態では、図２０に示すように、超音波検出ユニット２０が２つの超音波センサ２１ａ，２１ｂ、送信回路２２、および受信回路２３ａ，２３ｂを含む。超音波センサ２１ａ，２１ｂは、側壁１０ａの外周面の互いに異なる高さ位置にかつ互いに距離Ｘａの間隔で取付けられ、側壁１０ａ側に向けてほぼ水平方向に超音波を送信するとともに、その送信後の超音波（反射波）を受信する。送信回路２３は、コントローラ３０から供給される駆動信号Ｄａに応じて超音波センサ２１ａを駆動する。受信回路２３ａは、超音波センサ２１ａの受信信号に増幅等の信号処理を施す。受信回路２３ｂは、超音波センサ２１ｂの受信信号に増幅等の信号処理を施す。この受信回路２３で処理された受信信号がコントローラ３０に供給される。

超音波センサ２１ａから送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける距離Ｘａの直線経路を伝わって超音波センサ２１ｂに達するまでの横波の伝搬距離は、同じ超音波センサ２１ａから送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌを伝わって超音波センサ２１ａに戻るまでの横波の伝搬距離と同じである、

コントローラ３０の検出手段は、駆動信号Ｄａを送信回路２２に供給することにより超音波センサ２１ａを駆動して超音波センサ２１ａから超音波を送信し、その超音波の横波が側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌａを伝わって超音波センサ２１ａに戻る時点（送信からｔ２時間後）の超音波センサ２１ａの受信信号レベルと、超音波センサ２１ａから送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける距離Ｘの直線経路を伝わって超音波センサ２１ｂに達する時点（送信からｔｘａ時間後）の超音波センサ２１ｂの受信信号レベルとに応じて、容器１０内の液冷媒Ｒの量が第１基準位置である超音波センサ２１ａの取付け位置および第２基準位置である超音波センサ２１ｂの取付け位置に達しているか否かを検出する。

図２０のように容器１０内の液冷媒Ｒの液面位置が第１基準位置と第２基準位置との間にある場合、駆動信号Ｄａのオンに応じて超音波センサ２１ａから送信される超音波の横波は、側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌａを液冷媒Ｒに接することなく伝わり、送信からｔ２時間後に超音波センサ２１ａに戻る。側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒによって減衰しないので、駆動信号Ｄａのオン（送信開始）からｔ２時間後の超音波センサ２１ａの受信信号の電圧レベルＶａは、図２１に示すように高くなる。

また、超音波センサ２１ａから送信された超音波の横波は、初めは液冷媒Ｒに接することなく超音波センサ２１ｂに向かい直線経路で側壁１０ａを伝わり、途中から液冷媒Ｒに接しながら側壁１０ａを伝わり、送信からｔｘａ時間後に超音波センサ２１ｂに達する。側壁１０ａを伝わる横波の強度が液冷媒Ｒによって減衰するので、駆動信号Ｄａのオン（送信開始）からｔｘａ時間後の超音波センサ２１ｂの受信信号の電圧レベルＶｂは、図２１に示すように低くなる。

送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける最短距離の周回経路Ｌａを伝わって超音波センサ２１ａに戻る時点（送信からｔ２時間後）と、同送信した超音波の横波が側壁１０ａにおける距離Ｘの直線経路を伝わって超音波センサ２１ｂに達する時点とが同じなので、超音波センサ２１ａ，２１ｂの受信信号を２つの受信回路２３ａ，２３ｂで個別に処理するようにしている。
液冷媒Ｒの液面に生じる泡立ちや波浪に影響を受けることなく、容器１０内の液冷媒Ｒの量が第１および第２規定位置にそれぞれ達しているか否かを的確に検出できる。
他の構成および制御は、第１実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［１０］第１０実施形態
第１０実施形態では、図２２に示すように、円筒状の容器１０の一端壁（上面壁）１０ｂの外周面のほぼ中心位置に超音波センサ２１ａが取付けられ、他端壁（下面壁）１０ｃのほぼ中心位置に超音波センサ２１ｂが取付けられている。
コントローラ３０の検出手段は、超音波センサ２１ａを駆動して超音波センサ２１ａから超音波を送信し、その超音波の横波が一端壁１０ｂ，側壁１０ａ，他端壁１０ｃを最短距離の直線経路Ｌｃで伝わって超音波センサ２１ｂに達する時点の超音波センサ２１ｂの受信信号レベルに応じて、容器１０内の液冷媒Ｒの量を検出する。

一端壁１０ｂ，側壁１０ａ，他端壁１０ｃを伝わる横波の強度は、横波と液冷媒Ｒの接し量が多いほどそれに比例する大きさで減衰していく。この減衰の度合いを超音波センサ２１ｂの受信信号の電圧レベルＶｂとして幅広く連続的に捕らえることができる。
この受信信号の電圧レベルＶｂを検出することにより、液冷媒Ｒの液面に生じる泡立ちや波浪に影響を受けることなく、容器１０内の液冷媒Ｒの量を的確に検出できる。とくに、横波の強度の減衰の度合いを超音波センサ２１ｂの受信信号の電圧レベルＶａとして幅広く連続的に捕らえることができるので、容器１０内の液冷媒Ｒの量をほぼ空の状態から満杯に近い状態まで連続的に検出することができる。
他の構成および制御は図１５の第７実施形態と同じなので、その説明は省略する。

［６］変形例
上記各実施形態では、アキュームレータの容器に収容される液冷媒の量を検出する場合を例に説明したが、液体を収容する容器であれば、アキュームレータに限らず同様の検出が可能である。
その他、上記各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ａ…室外ユニット、Ｂ１，Ｂ２…Ｂｎ……室内ユニット、１…圧縮機、３…室外熱交換器、５…アキュームレータ、１２…室内熱交換器、１０…容器、１０ａ…側壁（周壁）、２０…超音波検出ユニット、２１…超音波センサ、２２…送信回路、２３…受信回路、Ｒ…液冷媒、Ｌ…周回経路、３０…コントローラ

Claims (9)

1. 液体を収容する容器の周壁に取付けられ、超音波を送信しかつ受信する超音波センサと、
   前記超音波センサから送信した超音波の横波が前記周壁を伝わって前記超音波センサに達する時点の同超音波センサの受信信号レベルに応じて、前記容器内の液体の量を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記容器は、圧縮機、凝縮器、減圧器、および蒸発器を順に配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルに設けられ、前記蒸発器から前記圧縮機へ流れる冷媒の液状成分を収容するアキュームレータの容器であり、
   前記検出手段は、
   前記冷凍サイクルの運転時、前記超音波センサから送信した超音波の横波が前記容器の前記周壁を周回して伝わって前記超音波センサに戻る時点の同超音波センサの受信信号レベルに応じて、前記容器内の液体の量を検出し、
   前記冷凍サイクルの非運転時、前記超音波センサから送信した超音波の縦波が前記超音波センサの取付け位置とは反対側にある前記周壁の内周面と気体または液体との界面で反射して前記超音波センサに戻る時点の同超音波センサの受信信号レベルに応じて、前記容器内の液体の量を検出する、
   ことを特徴とする液量検出装置。
2. 前記容器の周壁は、円筒状の側壁、この側壁の軸方向一端を塞ぐ円形の一端壁、および前記側壁の軸方向他端を塞ぐ円形の他端壁により形成され、
   前記超音波センサは、前記側壁の外周面における所定の高さ位置に取付けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液量検出装置。
3. 前記容器の周壁は、球体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体検出装置。
4. 前記超音波センサは、前記側壁の外周面における互いに異なる高さ位置に取付けられた第１超音波センサおよび第２超音波センサであり、
   前記検出手段は、
   前記冷凍サイクルの運転時、前記第１超音波センサから送信した超音波の横波が前記側壁を周回して伝わって同第１超音波センサに戻る時点の同第１超音波センサの受信信号レベルと、前記第２超音波センサから送信した超音波の横波が前記側壁を周回して伝わって同第２超音波センサに戻る時点の同第２超音波センサの受信信号レベルとに応じて、前記容器内の液体の量を検出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の液量検出装置。
5. 前記検出手段は、前記第１および第２超音波センサから互いに異なるタイミングで超音波を送信する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の液量検出装置。
6. 前記超音波センサは、前記側壁の外周面における互いに異なる高さ位置に取付けられた第１超音波センサおよび第２超音波センサであり、
   前記検出手段は、
   前記冷凍サイクルの運転時、前記第１超音波センサから送信した超音波の横波が前記側壁を伝わって前記第２超音波センサに達する時点の同第２超音波センサの受信信号レベルに応じて、前記容器内の液体の量を検出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の液量検出装置。
7. 前記超音波センサは、前記容器の側壁の外周面における互いに異なる高さ位置に取付けられた第１超音波センサおよび第２超音波センサであり、
   前記検出手段は、
   前記冷凍サイクルの運転時、前記第１超音波センサから送信した超音波の横波が前記容器の側壁を伝わって同第１超音波センサに戻る時点の同第１超音波センサの受信信号レベルと、前記第１超音波センサから送信した超音波の横波が前記容器の側壁を伝わって前記第２超音波センサに達する時点の同第２超音波センサの受信信号レベルとに応じて、前記容器内の液体の量を検出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の液量検出装置。
8. 前記第１超音波センサから送信した超音波の横波が前記容器の側壁を伝わって前記第２超音波センサに達するまでの横波の伝搬距離は、前記第１超音波センサから送信した超音波の横波が前記容器の側壁を周回して同第１超音波センサに戻るまでの横波の伝搬距離と同じである、
   ことを特徴とする請求項７に記載の液量検出装置。
9. 前記容器は、円筒状の側壁、この側壁の軸方向一端を塞ぐ一端壁、および前記側壁の軸方向他端を塞ぐ他端壁を前記周壁として有し、
   前記超音波センサは、前記冷凍サイクルの運転時、前記一端壁の外周面に取付けられた第１超音波センサ、および前記他端壁の外周面に取付けられた第２超音波センサであり、
   前記検出手段は、前記第１超音波センサから送信した超音波の横波が前記一端壁、前記側壁、および前記他端壁を伝わって前記第２超音波センサに達する時点の同第２超音波センサの受信信号レベルに応じて、前記容器内の液体の量を検出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液量検出装置。

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