JPH02103357A - 気液比検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、気液比検出装置に係り、特に、流体路中に封
入した気液二相の流体においてその気液比を検出するに
適した気液比検出装置に関する。

（従来技術） 従来、この種の気液比検出装置においては、気体と液体
の各静電容量等の物性値を電気的に測定して気体の量と
液体の量との比を検出するようにしたものがある。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このような構成においては、上述したような物
性値の測定の仕方が微妙なため、装置自体が非常に高価
になってしまい現実的でない。

これに対しては、特公昭６１−１４４３０号公報に示さ
れているように、冷凍サイクルのレシーバと膨張弁との
間に接続される配管の中間部位上方側に、同配管内に連
通する室を設け、かっこの室内にレシーバから前記配管
を通り流入する冷媒の気液状態を検出する検出手段を前
記室内に設置してなる冷媒不足検出装置を気液比検出装
置として利用することも考えられる。しかし、かかる構
成においては、前記室内への冷媒の流入のみに基いてそ
の気液状態を前記検出手段により検出しているために、
冷媒の気体成分量と液体成分量との比まで精度よく検出
することは困難である。

そこで、本発明は、このようなことに鑑み、流体路中に
封入した気液二相の流体においてその気液比を精度よく
検出するようにした気液比検出装置を提供しようとする
ものである。

（課題を解決するための手段〉 かかる課題の解決にあたり、本発明の構成は、気液二相
の流体を封入した流体路の中間部位に分岐接続されて前
記流体を前記流体路から分流させる分岐路と、この分岐
路内の分流流体を気体成分と液体成分に分離しそれぞれ
分離成分として貯溜する気液分離室と、この気液分離室
の上部から前記分離成分を前記流体路へ戻す第１通路と
、前記気液分離室の下部から前記分離成分を前記流体路
へ戻す第２通路とを備え、前記第１通路の前記第２通路
に対する通路抵抗比を、検出目標とする前記気液分離室
内の気体成分の量に対する同気液分離室内の全分離成分
の量の比（以下、所定比という）に一致させるようにし
、前記気液分離室内の気液状態に基き前記流体の気液比
を表わす値を検出する検出手段を設けるようにしたこと
にある。

（作用） このように本発明を構成したことにより、前記流体路中
の流体が前記分岐路内に分流すると、この分流流体が前
記気液分離室内にて気体成分と液体成分に分離され分離
成分としてそれぞれ貯溜され、これら分離成分が前記第
１及び第２の通路を通り前記流体路へ戻る。しかして、
前記第２通路に流入する分離成分が気体成分になると、
このときの前記気液分離室内の気液状態に基き前記流体
の気液比を表わす値が前記検出手段により検出される。

（効果） 上述のように、前記第１通路の前記第２通路に対する通
路抵抗比を前記所定比に一致させるようにしたことを前
提として、前記第２通路にも前記気体成分が流入すると
きの前記気液分離室内の気液状態に基き前記流体の気液
比を表わす値を検出するので、前記流体の気液比を精度
よく検出し得るとともに、かかる検出精度をもつ気液比
検出装置を安価かつ簡単な構成にて提供できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図は車両用ニアコンディショナの冷凍サイクルに本発明
が適用された例を示している。この冷凍サイクルはコン
プレッサ１０を備えており、このコンプレッサ１０は、
その付設の電磁クラッチ１０ａの選択的係合により、当
該車両のエンジンから動力を受けて作動し、配管Ｐｌか
らの冷媒を吸入圧縮し圧縮冷媒として配管Ｐ２内に吐出
する。コンデンサ２０は、図示しない冷却ファンの放熱
作用のもとに配管Ｐ２からの圧縮冷媒を凝縮し配管Ｐ３
内に流入させる。

レシーバ３０は配管Ｐ３からの凝縮冷媒を気相冷媒と液
相冷媒に分離し、液相冷媒のみを循環冷媒として配管Ｐ
４内に流入させる。膨張弁４０は、その感温素子４０ａ
の配管Ｐｌ内の冷媒の温度に対する検出結果に応じ、配
管Ｐ４からの循環冷媒を膨張させて配管Ｐ５を通しエバ
ポレータ５０内に流入させる。エバポレータ５０は、そ
の流入冷媒に応じ、当該車両の車室内に吹出すべき空気
流を冷却するとともに、同流入冷媒を配管Ｐ１内に流入
させる。

冷凍サイクルには、第１図に示すごとく、本発明の要部
を構成する気液比検出装置６０が配設されている。この
気液比検出装置６０は、第１図及び第２図に示すごとく
、迂回配管６１を有しており、この迂回配管６１は、第
２図に示すごとく、配管Ｐ４の中間部位から上方へ向は
延出するように同中間部位に迂回接続されている。また
、迂回配管６１は、その上流端部６１ａにて、配管Ｐ４
の中間部位の上流側遠道口Ｐ４ｍに接続され、一方、そ
の下流端部６１ｂにて、配管Ｐ４の中間部位の下流側に
形成したベンチュリ部ＰＪｂ内に連通している。かかる
場合、配管Ｐ４から迂回配管６１への冷媒の分流量は小
さくなるようにしである。

また、気液比検出装置６０は、気液比検出機構６２を有
しており、この気液比検出機構６２は、迂回配管６１の
上下流部間に配置支持されている。

気液比検出機構６２は、非磁性材料からなる気液分離室
６２ａを備えており、この気液分離室６２ａは、その前
壁を介し、迂回配管６１の上流部内に連通されて、ベン
チュリ部Ｐ４ｂのベンチュリ作用のもとに配管Ｐ４から
迂回配管６１の上流部内に分流する冷媒を内部に導入し
、同導入冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離して貯溜する
。かがる場合、気液分離室６２ａの容積は、迂回配管６
１への冷媒の小分流量に対応して小さくしである。

また、気液検出機ｔ１１１６２は、上側通路６２ｂと、
下側通路６２ｃとを備えており、上側通路６２ｂは、気
液分離室６２ａの後壁上端開口部と迂回配管６１の下流
部の上流端部分との間に接続され、一方、下側通路６２
ｃは、気液分離室６２ａの後壁下端開口部と迂回配管６
］、の下流部の下流端部分との間に接続されている。か
かる場合、上側通路６２ｂの通路抵抗をｒとし、一方、
下側通路６２ｃの通路抵抗をＲとすれば、通路抵抗比Ｓ
＝ｒ／Ｒ鈎０．７５となるように、上側通路６２ｂ及び
下側通路６２ｃの各全長及び各通路面積が定められてい
る。

ここにおいて、上述のように通路抵抗比Ｓ≠０゜７５と
定めた根拠について説明する。冷凍サイクルの冷房能力
比、即ち、冷凍サイクルの冷房能力Ｑの初期冷房能力Ｑ
ｏに対する比（Ｑ／ＱＯ）と、気液分離室６２ａ内の気
体成分量Ｇの同気液分離室６２ａ内の全冷媒量ＧＯに対
する比（Ｇ　／　Ｇ　ｏ　）との間の関係は、第３図に
示すごとく、曲線りによって特定される。しかして、コ
ンプレッサ１゜の潤滑不足を招く冷凍サイクルの配管系
統からの冷媒の漏洩による冷媒不足を逸早く適正な時期
に検出するには、冷房能力比の低下を表わす曲線り上の
適正な点で定まる（Ｑ／ＱＯ）及び（Ｇ／Ｇ０）を選定
すればよいことが分かる。そこで、本実施例では、例え
ば（Ｑ／Ｑｏ）峙０．５のときの（Ｇ／Ｇｏ＞Ｌ＝、０
１７５を冷媒不足の検出基準とした上で、この（Ｇ　／
　Ｇ　ｏ　）物０．７５に対応してＳ物０．．７５とし
た。

しかして、気液分離室６２ａ内の気体成分の量Ｇが、気
液分離室６２ａ内の気体成分と液体成分の各型の和Ｇｏ
Ｘ０．７５以上になると、気液分離室６２ａ内の気体成
分が上側通路６２ｂのみならず下側通路６２ｃにも流入
する。一方、Ｇ＜０゜７５Ｇｏになると、気液分離室６
２ａ内の液体成分が下側通路６２ｃのみならず上側通路
６２ｂにも流入する。

フロート６２ｄは、気液分離室６２ａ内に浮動自在に嵌
装されているもので、このフロート６２ｄは、気液分離
室６２ａ内の液体成分よりも軽くかつ気体成分よりも重
い自重を有するように発泡樹脂材料により形成されてい
る。このフロート６２ｄの下面には、被検出片６２ｅが
嵌着されており、この被検出片６２ｅは永久磁石により
形成されている。気液分離室６２ａの底壁外面には、常
閉型リードスイッチ６２ｆが被検出片６２ｅの直下に対
応する位置にて固着されている。しかして、リードスイ
ッチ６２ｆは、フロート６２ｄがＧ≧０．７５Ｇｏに対
応する液体成分上の浮動位置にあるときにのみ被検出片
６２ｅを磁気的に検出して開成するようになっている。

次に、冷凍サイクルの電気回路構成について第１図を参
照して説明すると、コントローラ７ｏは、操作スイッチ
ＳＷの閉成によりバッテリＢがら給電されて作動し、当
該車両の車室内の現実の温度、設定温度及びエバポレー
タ５０がらの冷却空気流の温度に対する温度センサ７０
ａの検出結果に応じ、遅動リレー８０の常閉スイッチ８
０ａの閉成下にて、両リレー９０，１００の各コイル９
０ａ。

１００ａを共に励磁する。

遅動リレー８０は、リードスイッチ６２ｆの閉成下にて
常閉スイッチ８０ａの閉成により各コイル９０ａ、１０
０ａの励磁を許容し、リードスイッチ６２ｆの開成後所
定運動時間（例えば、５秒）経過したとき常閉スイッチ
８０ａを開成して各コイル９０ａ、１００ａの励磁を禁
止する。リレー９０はコイル９０ａの励磁（又は消磁）
により常閉スイッチ９０ｂを開成（又は閉成）し警告ラ
ンプ１１０を消灯（又は点灯）させる。リレー１００は
コイル１００ａの励磁（又は消磁）により常開スイッチ
１００ｂを閉成（又は開成）しコントローラ７０による
電磁クラッチ１０ａの選択的係合制御を許容（又は禁止
）する、なお、操作スイッチＳＷはニアコンディショナ
を作動させるとき操作されるものである。

以上のように構成した本実施例において、当該車両のエ
ンジンの作動状態にして車室内を冷房すべく操作スイッ
チＳＷを閉成すれば、コントローラ７０が作動状態にな
る。このとき、冷凍サイクルの循環冷媒量が十分に存在
し、かつ気液分離室６２ａ内の冷媒の液体成分の量も同
様存在すれば、フロート６２ｄが気液分離室６２ａ内に
て液体成分により上動されて気液分離室６２ａの上部に
位置しリードスイッチ６２ｆを閉成状態に維持する。

従って、コントローラ７０が遅動リレー８０の常閉スイ
ッチ８０ａの閉成下にて両リレー９０，１００の各コイ
ル９０ａ、１００ａを励磁する。

すると、警告ランプ１１０が、コイル９０ａの励磁に伴
う常閉スイッチ９０ｂの開成に基き消灯状態になる。ま
た、電磁クラッチ１０ａが、コイル１００ａの励磁に伴
う常閉スイッチ１００ｂの閉成に基きコントローラ７０
により制御されて係合すれば、コンプレッサ１０がエン
ジンから動力伝達されて作動し配管Ｐｌ内の冷媒を吸入
するとともに吸入冷媒を圧縮し、この圧縮冷媒を配管Ｐ
２内に吐出する。ついで、コンデンサ２０が配管Ｐ２内
の圧縮冷媒を受けて同圧縮冷媒を凝縮しこの凝縮冷媒を
配管Ｐ３内に流入させる。然る後、レシーバ３０が配管
Ｐ３内の凝縮冷媒を潤滑油と共に受けて同凝縮冷媒を液
相冷媒と気相冷媒に分離し液相冷媒を潤滑油と共に循環
冷媒として配管Ｐ４内に流入させる。

すると、配管Ｐ４内に流入した循環冷媒が、配管Ｐ４の
ベンチュリ部Ｐ４ｂのベンチュリ作用下にて、部分的に
迂回配管６１の上流部内に流入する。

このように迂回配管６１の上流部に流入した循環冷媒は
、気液分離室６２ａ内での液体成分と気体成分に分離さ
れる。然るに、現段階では、冷凍サイクルの循環冷媒量
が上述のごとく十分にあるなめ、気液分離室６２ａ内は
液体成分ではほぼ満たされることになる。従って、フロ
ート６２ｄが気液分離室６２ａ内の上部に浮動したまま
にて、同気液分離室６２ａ内の液体成分が下側通路６２
ｃ及び上側通路６２ｂを通り迂回配管６１の下流部から
配管Ｐ４のベンチュリ部Ｐ４ａ内に流入して配管Ｐ４内
の循環冷媒に合流する。

しかして、膨張弁４０が配管Ｐ４から循環冷媒を受けて
同循環冷媒を感温素子４０ａの検出結果に応じ膨張させ
、この膨張冷媒を潤滑油と共に配管Ｐ弓を通しエバポレ
ータ５０に流入させる。このため、エバポレータ５０が
その流入冷媒に応じ車室内に吹出すべき空気流を冷却す
るとともに、同流入冷媒を配管Ｐ１内に還流させる。こ
れにより、車室内の冷房が冷凍サイクル中の十分な循環
冷媒に基くエバポレータ５０の冷却能力のちとに適正に
なされる。

上述のような作用を繰返している間に、冷凍サイクルの
配管系統から冷媒が漏洩してゆくと、配管Ｐ４へのレシ
ーバ３０がらの循環冷媒中におけるレシーバ３０内の気
相冷媒の混入量が増大してゆく。従って、気液分離室６
２ａ内で分離される気体成分の量が増大する一方、液体
成分の量が減少してゆきフロート６２ｄが下動してゆく
。しがして、気液分離室６２ａ内での気体成分と液体成
分がＧ≧０．７５Ｇｏを満たすようになると、気液分離
室６２ａ内の気体成分が上側通路６２ｂのみならず下側
通路６２ｃをも通り迂回配管６１の後流部に流入するよ
うになる。このとき、フロート６２ｄがＧ≧０−７５Ｇ
ｏに対応する位置にあるため、リードスイッチ６２ｆが
被検出片６２ｅを検出して開成する。

このようにリードスイッチ６２ｆが開成した後前記所定
遅動時間が経過すると、遅動リレー８゜が常閉スイッチ
８０ａを開成し各コイル１００ａ。

１００ｂを共に消磁する。すると、リレー９０がコイル
９０ａの消磁により常閉スイッチ９０ｂを閉成し警告ラ
ンプ１１０を点灯させる。また、リレー１００がコイル
１００ａの消磁により常開スイッチ１００ｂを開成し電
磁クラッチ１０ａを解離させてコンプレッサ１０を停止
させる。このため、起動直後数秒間、配管Ｐ４に気泡が
入りフロート６２ｄが下がることがあり得るが、運動リ
レー８０が設けであるので誤作動はない。

以上説明したように、コンプレッサ１０の作動に伴う冷
凍サイクルによる冷媒の循環の繰返し中において、冷凍
サイクルの配管系統からの冷媒及び潤滑油の漏洩のなめ
に、冷凍サイクル中の冷媒の残存量が潤滑油と共に減少
してゆくと、気液分離検出器６ｏの気液分離室６２ａ内
の冷媒の気体成分及び液体成分が、Ｇ＝０．７５　（第
３図参照）を満たしなとき、リードスイッチ６２ｆが、
被検出片６２ｅとの協働により、フロート６２ｄの下動
位置を検出し警告ランプ１１０を点灯させるとともにコ
ンプレッサ１０を停止させるので、精度のよい簡単かつ
安価な構成でもって、冷凍サイクルの冷房能力比が（Ｑ
／Ｑｏ）＝０．５　（第３図参照）を満たすまで減少し
たとき、冷媒不足を警告するとともに、この冷媒不足に
伴う潤滑油不足に起因したコンプレッサ１０の潤滑不良
による同コンプレッサ１０の故障の発生を未然に防止し
得る。このようなことから気液比検出装置６０は冷媒不
足検出装置としての役割を果すことが理解される。なお
、冷媒液中には潤滑油も溶けて循環しているが、２〜３
（％）程度であり殆ど影響はない。また、この遅動リレ
ーによりリードスイッチ６２ｆの開成後側コイル１００
ａ、９０ａの消磁までの間の回路系統の誤動作を招くこ
とはない。

次に、前記実施例の変形例について第４図〜第６図を参
照して説明すると、本変形例においては、前記実施例に
て述べた気液比検出装置６ｏに代えて、気液比検出装置
１２０を採用したことにその構成上の特徴がある。気液
比検出装置１２０は、装置本体１２０ａを備えており、
この装置本体１２０ａは、その上方両側部にて、前記実
施例における配管Ｐ４の中間部位を除去してなる上流側
配管Ｐ４゜と下流側配管Ｐ４ｄとの間にロー付けされて
垂下している。装置本体１２０ａの上方部内には、上流
側配管Ｐ４Ｃと下流側配管Ｐ４ｄの各対向端間にて連通
路１２１が形成されており、この連通路１２１の中間部
位にはベンチュリ部１２１ａが形成されている。

また、装置本体１２０ａの下方部内には、下方に向けて
開口する段付円筒部１２２が穿設されており、この段付
円筒部１２２の小径部上壁内には、連通路１２３が段付
円筒部１２２の内部を連通路１２１の内部にベンチュリ
部１２１ａの上流側にて連通させるように穿設されると
ともに、連通路１２４が段付円筒部１２２の内部をベン
チュリ部り２２ａ内に連通させるように穿設されている
。

また、段付円筒部１２２の小径部周壁内には、連通路１
２５が段付円筒部１２２の大径部内をベンチュリ部り２
１ａ内に連通させるように穿設されている。かかる場合
、連通路１２４の連通路１２５に対する通路抵抗比は、
前記実施例における上側通路６２ｂの下側通路６２ｃに
対する通路抵抗と同様である。

段付円筒部１２２の大径部には、非磁性材料からなる蓋
体１２７がＯリング１２６を介し締着されて段付円筒部
１２２の内部を液密的に密閉している９段付円筒部１２
２内には、前記実施例におけるフロート６２ｄと同様の
材料により形成したフロート１２８が浮動自在に嵌装さ
れており、このフロート１２８の下面には、永久磁石か
らなる被検出片１２８ｄが嵌着されている。フロート１
２８の上面には、フロート１２８の上昇時にも気液分離
室を確保するための突起１２８ａが設けられており、第
６図に示すように下側通路１２５のためにくぼみ１２８
ｃが設けられている。また、蓋体１２７の中央に形成し
た薄肉部１２７ａには、前記実施例におけるリードスイ
ッチ６２ｆが被検出片１２８ｄの直下に対応する位置に
て外方がら固着されている。その他の構成は前記実施例
と同様である。

しかして、このように構成した本変形例においては、ベ
ンチュリ部１２１ａ、段付円筒部１２２の小径部、連通
路１２３、連通路１２４、連通路１２５、フロート１２
８及び被検出片１２８ｄが、前記実施例におけるベンチ
ュリ部Ｐ４ｂ、気液分離室６２ａ、迂回路６１、上側通
路６２ｂ、下側通路１２５、フロート６２ｄ及び被検出
片６２ｅにそれぞれ対応するので、前記実施例と実質的
に同様の作用効果を達成し得る。

また、本発明の実施にあたっては、フロート６２ｄ（ま
たは、１２８＞　、被検出片６２ｅ（又は１２８ａ）及
びリードスイッチ６２ｆに代えて、自己放熱量により内
部抵抗値を変化させるサーミスタを気液分離室６２ａ（
又は段付円筒部１２２）内に設け、気液分離室６２ａ（
又は段付円筒部１２２）内に冷媒の気体成分がＧａ４．
７５Ｇ、を満たす量だけ存在するときのその熱容量に対
する前記サーミスタの抵抗値を利用して遅動リレー８０
の常閉スイッチ８０ａを開成するよう実施してもよい。

かかる場合、前記サーミスタに代えて、気液の電導率の
違いを検出してもよい。

また、本発明の実施にあたっては、ベンチュリ部Ｐ４ｂ
（又は１２１ａ）に限ることなく、例えば、このベンチ
ュリ一部に代えて適宜な圧力損失部を配管Ｐ４　　（又
は連通路１２１）に設けるようにしてもよい。また、流
体路中に突起を出し突起の前後の全圧と背圧の差を利用
してもよい。また、ベンチュリを用いる場合等、流水の
下流から取入れ上流へ戻すことも可能である。

また、本発明の実施にあたり、上流通路６２ｂ（又は連
通路１２４）と下側路６２ｃ（又は連通路１２５）の一
方の中間部位に可変絞りを設けて、気液比の検出値を可
変とするようにしてもよい。

また、本発明の実施にあたっては、ニアコンディショナ
の冷凍サイクルに限ることなく、各種冷凍サイクルの冷
媒不足の検出に本発明を適用し得るのは勿論のこと、一
般的に気液二相の流体の気液比の検出にも本発明を適用
し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した車両用ニアコンディショナの
冷凍サイクルのブロック図、第２図は第１図の気液分離
検出装置の一実施例を示す断面図、第３図は冷凍サイク
ルの冷房能力比と第２図の気液分離室内の気液状態との
関係を示すグラフ、第４図は前記実施例の変形例を示す
断面図、第５図は同下面図、及び第６図は第４図のフロ
ートの平面図である。 符号の説明 Ｐ４　・・・配管、Ｐ４゜・・・上流側配管、Ｐ４．・
・下流側配管、６１・・・迂回配管、６０，１２０・・
・気液分離検出装置、６２ａ・・・気液分離室、６２ｂ
・・・上側通路、６２ｃ・・・下側通路、６２ｄ、１２
８・・−フロート、６２ｅ。 １２８ｄ・・・　被検出片、６２ｆ・・・リードスイッ
チ、１２１，１２３，１２４，１２５・・連通路、１２
２・・・段付円筒部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　気液二相の流体を封入した流体路の中間部位に分岐接
   続されて前記流体を前記流体路から分流させる分岐路と
   、この分岐路内の分流流体を気体成分と液体成分に分離
   しそれぞれ分離成分として貯溜する気液分離室と、この
   気液分離室の上部から前記分離成分を前記流体路へ戻す
   第１通路と、前記気液分離室の下部から前記分離成分を
   前記流体路へ戻す第２通路とを備え、前記第１通路の前
   記第２通路に対する通路抵抗比を、検出目標とする前記
   気液分離室内の気体成分の量に対する同気液分離室内の
   全分離成分の量の比（以下、所定比という）に一致させ
   るようにし、前記気液分離室内の気液状態に基き前記流
   体の気液比を表わす値を検出する検出手段を設けるよう
   にした気液比検出装置。