JPH03233268A - 圧縮機の冷媒・油混合比センサ - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、圧縮機の潤滑油中に含まれる冷媒濃度（冷媒
・油の混合比）を検出する冷媒・油混合比センサに関す
る。

（従来の技術） 従来、圧縮機の冷凍機油中に含まれる冷媒の濃度（冷媒
・油の混合比）を測定する冷媒濃度測定器としては、実
開昭６０−１２３５７４号に開示されたものがある。

第６図はその概要を示すもので、冷凍機のゲーシンクａ
内の油溜す中に、二枚の対向電極板よりなる冷媒・油混
合比センサＣと、これを覆う電磁シールド用の金網ｄと
を配設し、絶縁材ｅを貫通する配線ｆ″′Ｃ″測定器ｇ
と接続し、センサＣに高周波電圧をかけて電極板間の静
電容量を測定する。

測定原理は次の通りである。即ち、冷凍機油中の冷媒濃
度とその比誘電率との間には、第７図に示すごとく、高
温時（１００℃）には低濃度（約３５％）まで、低温時
（２０℃）には高濃度（９５％）まで、はぼ比例関係を
もつ、また、冷凍機の油温と油中の冷媒温度との間には
、第８図の斜線の範囲内において比例関係が成立する。

更に、冷凍機の場合、その油溜りにおける冷媒濃度が、
油温１００℃で１０〜１５％、５０℃でも３０〜４０％
を超えることはまずない、従って、冷凍機の使用温度範
囲内において、冷ａ濃度と比誘電率との間に比例関係が
成立することから、油溜中の油と冷媒との混合液の静電
容量を測定することによって、冷凍機油中の冷媒濃度が
検知できる。

この冷媒濃度測定器によれば、極めて簡単に冷媒濃度を
電気的に検出することができ、冷凍機の異常予測、故障
防止などに利用できる利点かある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の冷媒・油混合比センサは二枚の対
向電極板を使用して構成されており、取り付はスペース
の問題から電極板の面積をあまり大きくすることができ
ず、静電容量の値を大きくできない。また、二枚の対向
＠極板から電気的な引き出しを行うための出力端子も、
別個に圧縮機ケースに取り付けなければならなかった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、小形で
静電容量の値が大きく、圧縮機ゲースに対し直接に取り
付は可能な圧縮機の冷媒・油混合比センサを提供するこ
とにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明による圧縮機の冷媒・油混合比センサは、圧縮機
ケース内の油中に配置される静電電極の一方を管状導体
とし、他方を前記管状導体内の芯部に収納した棒状導体
とし、前記管状導体内に絶縁体を配設して前記管状導体
及び棒状導体間の隙間を一定に保持した構成のものであ
る。

（作用） 外側の管状導体は、圧縮機ゲース内の油中に配置される
静電電極の一方として働き、内側の棒状導体は他方の相
手側電極として働く、外側管状導体と内側棒状導体の周
面同士が相対向するため、その静電容量は、従来の同一
サイズの平行電極板を２枚対向配置した形態よりも大き
くなる。従って、同一サイズにおいては静電容量の大き
な混合比センサを、同じ静電容量においては小形の混合
比センサを得ることができる。また、管状導体及び棒状
導体間は絶縁体により隙間を一定に保持され、一体止さ
れているため、混合比センサを圧縮機ケースに対し直接
に取り付けることが可能となる。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は冷媒・油混合比センサの一実施例であり、（ａ
）はその断面を、（ｂ）は端面を示す。

この冷媒・油混合比センサ（以下単に混合比センサと称
する）１０は、管状導体１１と、該管状導体１１内の芯
部に収納した棒状導体１２と、上記管状導体１１内に軸
方向に沿って複数個配設され側導体１１．１２間の隙間
を一定に保持する絶縁体１３とで構成されている。尚、
管状導体１１の周面には、冷媒・油混合液の流れを良く
するための小孔１４が複数個設けである。

外側の管状導体１１は、圧縮機ケース内の油中に配置さ
れる靜を電極の一方として働き、内側の棒状導体１２は
他方の相手側電極として働く。

そして、この同軸的に配置された側導体１１゜１２は、
絶縁＃１３により、半径方向に同じ間隙を持つように保
持される。

外側管状導体１１の内周面全体と内側棒状導体１２の外
周面全体とが相対向するため、・その対向面積及び静電
容量は、従来の同一サイズの平行電極板、即ち直線的か
つ平面的な平行金属板を２枚対向配置した形態に比べ、
その値が大きくなる。

従って、同一サイズにおいては静電容量の大きな混合比
センサを、同じ静電容量においては小形の混合比センサ
を得ることができる。

第２図は、混合比センナ自体を「＜」字状に湾曲させた
実施例である。混合比センサ１０の外側管状導体１１と
内側棒状導体１２との間は、その数箇所に設けた絶縁体
１３により平行に保たれているので、混合比センサ１０
を湾曲させて使用しても、その混合比センサとしての機
能を発揮する。

「＜」字状に湾曲させた混合比センサ１０は、その一端
側が圧縮機ゲース１の側壁を貫通し且つ適当なマウント
手段により圧縮機ケース１の側壁に取り付けられている
。この混合比センナ１０の貫通部つまり取り付は部１５
は、圧縮機ゲース１に対し絶縁材３０により気密に且つ
電気的に絶縁して設けられる。

更に、上記「＜」字状に湾曲させた混合比センサ１０を
取り付ける向、きは、第２図に示すように、センサの取
り付は部１５から湾曲部１６を経てセンサ他端（先端部
）１７に至る部分の曲りの方向が、圧縮機ゲースの底部
内壁１８に沿って下方に向くようにしである。換言すれ
ば、混合比センサ１０の寸法及び曲げ形状は、取゛り付
けた際、センサ自体を圧ｍ機ケース１の底部内壁１８に
這わせることができるように定められる。

上記のように小形の混合比センサ１０を更に湾曲させる
ことにより、圧ａｔＩ！ｉケース１の大きさや形状にほ
とんど制約されずに、圧ａＩ！ゲース１の底部油溜２４
中に自由に配置することができ、その潤滑油中に含まれ
る冷媒濃度（冷媒・油の混合比）を適切に検出すること
が可能となる。また、混合比センサ１０の電気的な引き
出しのための出力端子は、そのｔｈ極を構成する内外の
導体１２゜１１が圧縮機ケース１から露出する部分その
ものとすることができ、圧１ａ機ケース１の別の場所を
加工して特別に出力端子を設ける必要がない。

上記冷媒・油混合比センサ１０の使用に際しては、その
出力が、マイコンを含む制御ユニット、例えば空気調和
機の室外ユニットにおける外部マイコン部に入力される
。制御ユニットは、例えば内外の導体１２．１１間の静
電容量を発振回路の構成要素として使用し、その発振周
波数を測定して冷媒・油の混合比を算出する。

次に、上記冷媒・油混合比センサの具体的な使用例を説
明する。

第３図は、ヒートポンプ式空気調和装置の冷凍サイクル
を示したもので、圧＠ｌ１ｌａ、室内熱交換器２．膨張
弁６．室外熱交換器４．四方弁５を順次冷媒配管で接続
して成る。圧縮＠　１　ａは、制御ユニット７からの指
令を受けたインバータ装置８により回転数が制御される
。

第４図に示すように、圧縮機ｌａ内には上述の冷媒・油
混合比センサ１０が設けられるが、ここでは油中の冷媒
濃度を正確に測定できるように、圧ａ機１ａの底部に設
けである。圧縮機１ａはモータ２０と圧縮機要素２５と
から成り、シャフト２３を回転させて、モータ部２０の
下部に設けた圧縮機要素２５を動作させて冷媒を圧縮す
るものである。この冷媒を圧縮する際、摺動部分が金属
接触するので、油溜２４の潤滑油を吸込口２６から吸い
込んで、摺動部分に油を供給して潤滑特性を高めるよう
にしている。

制御ユニット７は、冷媒・油混合比センサ１０からの入
力信号に基づいて、インバータ装置８、室内ファン３．
膨頭弁６．室外ファン９を制御する構成となっている。

次に、上記空気調和装置の動作を、第５図のフローチャ
ートを用いて説明する。

先ず、暖房運転時の始動時の動作を説明すると、ステッ
プ１０１で電源が入り、リモコン（図示せず）等によｄ
冷・暖切換スイッチにより、暖房運転開始指令を制御ユ
ニ・ｙドアが受けると、ステップ１０２へ進んで制御ユ
ニット７は四方弁５を暖房サイクルの側に切換えてステ
ップ１０３へ進み、圧１ｍ機１ａに設けられた冷媒・油
混合比センサ１０の出力より、圧縮機内の油中の冷媒量
がロック、カジリを発生し得る異常状態にあるかを判断
する。

もしここで、異常がないと判断すると、ステップ１０６
へ進んで通常の始動運転が行われ、ステップ１０７へ進
む、一方、異常かあると判断するとステップ１０４へ進
んで、通常の始動運転時より圧縮機１ａの負荷を軽減さ
せるため、圧縮機の始動回転数を低下させ、ステップ１
０５へ進んで膨張弁６の絞り量を大きくしてステップ１
０７へ進む。

ステップ１０７では制御ユニット７が始動運転を終了し
たかどうかを判断してステップ１０８に進む。

次に、始動運転終了後の運転動作について説明する。

ステップ１０８で始動運転終了後の運転中、制御ユニッ
ト７は冷媒・油混合比センサ１０の出力より、圧１ｉ１
１１ａ内の油中の冷媒量がロック。

カジリを発生し得る異常状態にあるかを判断する。

二こで、異常がないと判断すると、ステップ１１２へ進
んで、通常通りの暖房運転を行い、圧縮ｍ　１　ａをイ
ンバータ装置８で＄制御して、冷凍サイクル中の冷媒を
循環させ、先ず、圧ｍ機１ａから吐出された圧縮された
高温高圧の冷媒ガスは室内熱交換器２で室内の空気に熱
を与えて液化する液化した冷媒は、膨張弁６を通して室
外熱交換器４に送られる前に蒸発しやすい状態まで圧力
が下げられ、温度が下がる。

そうして、膨張弁６を通過した液冷媒は室外熱交換器４
に送られて、周囲の空気の熱を奪って気化する。室外熱
交換器４で気化した冷媒ガスは圧縮機１ａに吸い込まれ
る。圧縮機１ａに吸い込まれた冷媒ガスは、シリンダ内
で圧縮され、圧力を高め温度も上げられて吐出される。

このような動作を繰り返させて暖房運転を行わせ、ステ
ップ１１２へ進んで制御ユニット７が運転終了したかど
うか判断して、運転終了と判断すると電源を切り、運転
を終了させ、運転終了でないと判断するとステップ１０
８へ戻る。

一方、ステップ１０８で異常があると判断するとステッ
プ１０９へ進んで、圧縮ＩＩ　１　ａの負荷を軽減させ
るため、圧縮機の回転数を低下させ、ステップ１１０へ
進んで膨張弁６の絞り量を大きくし、ステップ１１１へ
進んで室内熱交換器２に設けられた室内ファン３の送風
量を増加させて、室内熱交換器２内の冷媒の温度を低下
させて吐出圧力を低下させ、ステップ１０８へ戻って圧
縮機内の油中に異常がある間、ステップ１０９．ステッ
プ１１０を繰り返す。

かかる構成によれば、圧縮機の油中に冷媒・油混合比セ
ンサ１０を設けて圧１ｌＩＪ′ａ内の潤滑油内への冷媒
混入量を直接検知して制御することにより、冷媒サイク
ル装置の信頼性を高めることができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、外側管状導体と内側棒
状導体の周面同士が相対向するため、従来の同一サイズ
の平行電極板を２枚対向配置した形態よりも静電容量の
大きい冷媒・油混合比センサが得られる。従って、同じ
静電容量においては小形の混合比センサを得ることがで
き、圧縮機に対する取り付はスペース及び配置の自由度
が増大する。また、管状導体及び棒状導体間は絶縁体に
よりＩＭＭを一定に保持され、一体止されているため、
混合比センサを圧縮機ケースに対し直接に取り付けるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷媒・油混合比センサの一実施例であ
り、（ａ）はその断面図、（ｂ）は端面図、第２図は本
発明の冷媒・油混合比センサを湾曲させて取り付けた状
態を示す図、第３図〜第５図は本発明の冷媒・油混合比
センサの空気調和機への厄用例を示したもので、第３図
はその空気調和機の概略図、第４図は圧ａａｉ内の冷媒
・油混合比センサの位置を示した部分断面図、第５図は
その制御ユニットの動作を示したフローチャート、第６
図は従来の冷媒濃度測定器の概略図、第７図は油中の冷
！ａ濃度と比誘電率との関係を示す図、第８図は油温と
油中の冷媒濃度との間でｒＩＬ線性がある領域を示す図
である。 図中、１は圧ｍ機ケース、 合札センサ、１１は管状導体、 １３は絶縁体、１４は小孔、１ １６は湾曲部、１７は先端部、 スの底部内壁、２４は油溜、３ １０は冷媒・油温 １２は棒状導体、 ５は取り付は部、 １８は圧縮機ケ一 〇は絶縁材を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧縮機ケース内の油中に配置される静電電極の一方
   を管状導体とし、他方を前記管状導体内の芯部に収納し
   た棒状導体とし、前記管状導体内に絶縁体を配設して前
   記管状導体及び棒状導体間の隙間を一定に保持したこと
   を特徴とする圧縮機の冷媒・油混合比センサ。