JPH0996618A

JPH0996618A - 冷媒量検出装置および冷媒状態検出装置

Info

Publication number: JPH0996618A
Application number: JP7252909A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Nagashima; 俊一長島
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JP3550229B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス状態と液状態の割合に比例した連続的な
電気信号を出力して、十分な精度を有する冷媒状態検出
装置を提供する。【解決手段】冷媒循環路中の冷媒状態を検出する冷媒
状態検出装置において、冷媒循環路中に、少なくとも２
枚の平板状電極６１を間に小間隙を保持して流れに沿っ
て平行に配置して構成した状態検出手段５０と、冷媒の
液の誘電率の変化に応じた状態検出手段の静電容量の変
化を電圧の変化として取り出す検出回路２０とを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置等の
冷媒量検出装置および冷媒循環路中の冷媒の状態を検出
する冷媒状態検出装置に関する。さらに詳細には、空気
調和装置等における冷媒循環路中の液バック量・冷媒の
不足状態等の冷媒量を検出する冷媒量検出装置および空
気調和装置の冷媒循環路中のボイド率・膨張弁，電動
弁，キャピラリ等断熱膨張機器入り口側の液状態などの
冷媒の状態を検出するために冷媒循環路中に設けるサイ
トグラスの働きを電気的に行うようにした冷媒状態検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用冷房装置などの空気調和装置な
どでは、図１３に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機２
と、圧縮機により圧縮された高温・高圧のガスを冷却し
て液化する凝縮器３と、液化した冷媒を貯え気泡を分離
するとともに水分やほこりを除去するレシーバタンク４
と、液冷媒の液状態を確認するサイトグラス５と、液冷
媒を断熱膨張させ低温・低圧の状態にする膨張弁などの
断熱膨張器６と、室内空気を熱交換する蒸発器７と、ア
キュムレータ８を冷媒配管９で連結した循環路１に冷媒
を封入した冷凍サイクルが用いられている。このような
冷凍サイクルでは、液バック量・ボイド率・冷凍機油に
溶け込んだ冷媒量（希釈度）・レシーバタンクやアキュ
ムレータに挿入したドライアの乾燥剤の吸湿状態・膨張
弁，電動弁，キャピラリ等の断熱膨張器の入り口側の液
の状態など冷凍サイクル中の冷媒の状態を検出して、冷
媒洩れによる冷却能力の低下や圧縮機のガス漏れによる
焼付けなどの装置の損傷を防止することが行われてい
る。

【０００３】ここで、液バック量について説明する。冷
凍サイクルにおいて、冷凍負荷に対して膨張弁の開度
が大きい場合、冷媒量が過多の場合、冷凍負荷の変
動が大きく急に負荷が減少した場合、膨張弁の追従が
悪い場合などには、冷却負荷に対して冷媒の流れ込む量
が多くなり、冷媒は十分蒸発し切れず、圧縮機２には気
体状の冷媒に液状の冷媒を含んだ冷媒が戻ってくるよう
になる。このような冷媒が圧縮機２に供給されると、正
常な運転では霜が付かない圧縮機２であっても吸い込み
口付近で蒸発が起こるので、空気中の水分が露結して霜
が付いたりシリンダが冷たくなることがある。その他、
通常は膨張弁６の手前に電磁弁をいれて運転の停止前
にあらかじめ電磁弁を閉じ、低圧部の冷媒を回収して液
状の冷媒が蒸発器内に留まらないようにポンプダウン処
理を行っているが、冷凍サイクルによってはこのような
電磁弁を設けない場合がある。この場合は、圧縮機２が
停止すると蒸発器７内は圧力が低くかつ低温であるの
で、液状の冷媒が流入したり気体状の冷媒が液化したり
して、次の始動時に液状の冷媒が一度に圧縮機２に吸い
込まれるおそれがある。

【０００４】このような液状の冷媒が戻ってくる液戻り
量が多くなると、この液が圧縮機２の吸込弁や吐出弁を
たたくこととなって、さらに液を圧縮することとなる。
この場合、液は圧縮されてもその体積はほとんど変わら
ないので、圧縮機２の運転をそのまま続けると圧縮機２
の動作に支障を招くおそれがある。さらには、冷凍能力
が残っている冷媒を圧縮機に返すのであるからそれだけ
冷凍能力が無駄になることとなる。以上のような、圧縮
機２に液状の冷媒が戻ってくる現象を液バックと呼んで
いる。このような液バック現象の発生を防ぐために、蒸
発器７の出口と圧縮機２の吸込口を連絡する吸込管に液
分離器（アキュムレータ）８を設けることが行われてい
る。この場合、圧縮機に戻ってくる冷媒中に液量が含ま
れていることを検出する液バックセンサをアキュムレー
タに設けることが行われている。

【０００５】次に、希釈度について説明する。圧縮機２
内部では高速回転および摺動を繰り返していることから
潤滑油が不可欠である。潤滑油の役割は、摺動部の隙間
に供給され、油膜をつくって金属どうしの接触を避け、
円滑な摺動と金属の摩耗を防ぐこと、摺動面の摩擦によ
って生じる発熱を冷却すること、および、シャフトシー
ル部やピストンリングなど気密が必要な摺動面では、シ
ール作用をすることなどである。冷凍サイクルにおいて
は、潤滑油と冷媒は同一サイクル内に混在していること
から、潤滑油中の冷媒が溶解することを免れることはで
きない。冷媒と潤滑油の溶解性は冷媒の種類によって異
なり、溶解性の大きい冷媒では圧縮機２から吐出しガス
と一緒に排出されやすい。さらに冷媒が溶解した潤滑油
は、その粘性が低下するのでシール性や潤滑性に影響を
与えることとなる。したがって、潤滑油中に含まれる冷
媒量を把握しておくことが必要となる。この潤滑油中に
含まれる冷媒量を希釈度と定義する。希釈度はできるだ
け低く保っておくことが必要である。圧縮機の潤滑油の
希釈度を測定する方法としては、従来、圧縮機内の潤
滑油を抜き取る方法、希釈度を潤滑油の冷媒溶解特性
から求める方法などがある。

【０００６】次いで、ボイド率に付いて説明する。冷凍
サイクルにおいて効率よく冷却するためには、液冷媒が
過冷却の状態で膨張弁またはキャピラリに到達すること
が必要である。冷媒量の充填量が不足している場合や、
冷媒の洩れによって冷媒量が不足した場合、凝縮器３と
膨張弁６を結ぶ液配管内９にフラッシュガスが発生す
る。液配管内にフラッシュガスが存在すると膨張弁６を
通る冷媒流量は減少し、冷却能力が減少する。この液冷
媒に対するフラッシュガスの割合をボイド率と呼ぶ。冷
媒の循環路中では、ボイド率も低く保っておくことが必
要となる。

【０００７】従来、空気調和装置の冷媒循環路中の冷媒
の不足を検出する方法としては、冷凍サイクルの高圧側
配管に透明ガラス部を備えたサイトグラス５を設け目視
によって、冷媒がガス状態であるか液満状態であるかを
確認する方法や、冷凍サイクルの高圧側に、高圧側圧力
が設定値以下に低下すると開放状態となる圧力スイッチ
を設置し、冷媒不足検出器とする方法が一般に用いられ
ている。ところが、これらの冷媒不足検出方式のうち、
前者は、目視による確認を行うことから、冷媒の状態を
常時監視することができず、しかも冷媒の状態を電気信
号として取り出すことができないので、ガス状態と液状
態の割合を数値的に表すことができなかった。また、後
者は、圧力スイッチのＯＮ又はＯＦＦによってガス状態
か液満状態かを判別するのであり、連続的な電気信号の
変化として取り出すことが困難であった。

【０００８】さらに最近は、特定フロンの使用廃止に伴
い、代替冷媒が使用されるようになってきたが、これら
代替冷媒を混合して用いるいわゆる混合冷媒について
は、その特性の解明が充分でないとともに非共沸の冷媒
を混合している場合もあることから、配管内の冷媒の状
態を検知するセンサが求められるようになってきた。

【０００９】このような冷凍サイクル中の冷媒の状態を
電気的に検出する方法として、特公昭６３−２６８５６
号公報には、下記のような冷媒量を電気的に検出する冷
媒量検出方法が示されている。すなわち、この方法は、
冷媒が気体であるか液体であるかの状態、もしくは、電
極間の液体の量の状態に応じて電極間の誘電率が変化す
ることを利用して、複数の電極間に冷媒を介在させるこ
とによって可変容量キャパシタを構成し、該キャパシタ
の電極を冷凍サイクル中に対抗させて設置し、このキャ
パシタと抵抗容量型発振回路と周波数−電圧変換回路を
用いて検出装置を構成し、冷媒量を電圧として電気的に
検出する冷媒量検出方法が提案されている。しかしなが
ら、このような誘電率の変化に応答する形式の冷媒量状
態出手段と抵抗容量型発信回路の組み合わせにおいて
は、冷媒量の変化に対する周波数の変化が小さいので、
そのため誘電率検出手段としてのキャパシタの電極の形
状を大型化したり複雑な構造でかつ精度を必要とする部
品で組み立てることが必要となり、冷媒状態検出装置全
体の価格が高価となってしまうなどの問題点があった。

【００１０】一方、前述の特公昭６３−２６８５６号公
報や特公平６−７８９１３号公報には、容量−電圧変換
回路についても種々の回路が開示されているが、冷媒検
出装置を通過する冷媒の直流抵抗分が高い場合に比較し
て、代替冷媒や水等の流体を用いた場合のように冷媒の
直流抵抗分が低い場合、即ち導電性がある場合は、キャ
パシタへの充電電流が冷媒にバイパスされてしまうこと
から、正確に測定し難いなどの問題点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解消し、小型で精度がよく製造が容易で実用的な冷媒
量検出装置を安価に提供することを目的とするものであ
る。さらに、本発明は、ガス状態と液状態の割合に比例
した連続的な電気信号を出力して、十分な精度を有する
冷媒状態検出装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、空気調和装置などの冷凍サイクル中のア
キュ−ムレ−タまたはレシ−バタンク内に複数の電極を
有するキャパシタを冷媒に浸して備え、このキャパシタ
の静電容量が冷媒の量に応じて変化することを利用し
て、冷媒量を連続的な電気信号の変化として検出するよ
うにした。

【００１３】さらに、本発明は、空気調和装置などの冷
凍サイクル中に設けたサイトグラス中に１組または複数
組みの電極を有するキャパシタを冷媒に接触させて配置
し、このキャパシタの静電容量が冷媒の気体と液体の存
在割合に応じて変化することを利用して冷媒の状態を連
続的な電気信号の変化として検出するようにした。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、空気調和装置の冷媒量不足
検出装置の原理について説明する。この検出装置は、キ
ャパシタの２枚の電極を所定の間隔を持って対抗配置
し、冷媒の液面に対して電極が垂直方向に置かれるよう
にキャパシタを配置したもので、対抗する２電極間に存
在する冷媒の量によって実質的な電極面積が変化するこ
とを利用した装置である。

【００１５】この原理を、図１および図２を用いて説明
する。図１は、このキャパシタの原理的構成を示す図で
あり、図２は、キャパシタ間の液量と静電容量の関係を
示す特性曲線図である。図１において、面積Ａの２枚の
電極をｄの間隔を持って対抗配置したキャパシタにおい
て、電極間に比誘電率ε_Gの気体が存在するときの静電
容量Ｃ_Gは、真空中の誘電率をε₀とすると、下記（１）
式で表現される。

【００１６】

【数１】ここで、電極間に比誘電率ε_Lの液体が存在する場合を
想定すると、電極間が全て液体で満たされたときの静電
容量Ｃ_Lは、上記（１）式から下記（２）式で表わされ
る。同様に、電極間の１／２に液体が存在し１／２が気
体の場合の静電容量Ｃ_GLは、下記（３）式で表される。

【００１７】

【数２】このように、電極間の液体と気体の存在割と静電容量と
の間には、図２に示すの関係が成り立つ。すなわち、電
極間の液体の高さをｈとすると、電極間が液体で満たさ
れたとき（液満）の静電容量Ｃ_Lから電極間に液体が存
在しないとき（液量０）のときの静電容量Ｃ_Gの間で、
液体の量ｈに逆比例して静電容量は連続的に変化する。
したがって、この原理を用いた検出手段を採用すること
によって、連続的な電気信号で液量（冷媒の量・液バッ
ク量）を検出することができる。

【００１８】次いで、本発明に係る空気調和装置の冷媒
の希釈度，ボイド率検出装置の原理について説明する。
この検出装置は、キャパシタの２枚の電極を所定の間隔
を持って対抗配置し、この電極の間を冷媒が流れるよう
に配置したもので、対抗する２電極間に存在する冷媒中
への気体や油などの混合割合によって誘電率が変化する
ことを利用した装置である。

【００１９】この原理を、図３および図４を用いて説明
する。図３は、このキャパシタの原理的構成を示す図で
あり、図４は、キャパシタ間にある冷媒中への気体の混
合割合率（ボイド率）と静電容量の関係を示す特性曲線
図である。図３において、面積Ａの２枚の電極をｄの間
隔を持って対抗配置したキャパシタにおいて、電極間に
比誘電率ε₁の第１の媒体が存在するときの静電容量Ｃ₁
は、真空中の誘電率をε₀とすると、下記（４）式で表
現される。

【００２０】

【数３】ここで、電極間に比誘電率ε₂の第２の媒体が存在する
場合を想定すると、電極間が全て第２の媒体で満たされ
たときの静電容量Ｃ₂は、前記（４）式を用いて下記
（５）式で表わされる。同様に、電極間の液体中に第１
の媒体が１／２存在する場合の静電容量Ｃ₀₅は、下記
（６）式で表される。

【００２１】

【数４】このように、電極間の第１の媒体と第２の媒体の存在割
と静電容量との間には、図４に示すの関係が成り立つ。
すなわち、電極間が第２の媒体で満たされたとき（液
満）の静電容量Ｃ₂から電極間が第１の媒体で満たされ
たときの静電容量Ｃ₁の間で、第２の媒体の量比例して
静電容量は連続的に変化する。したがって、この原理を
用いた検出手段を採用することによって、連続的な電気
信号で第１の媒体と第２の媒体の比率、すなわち、希釈
度，ボイド率を検出することができる。本発明のセンサ
を使用して希釈度を測定する方法としては、圧縮機へ
の液戻り量と希釈度との間に一定の相関関係があること
に着目して圧縮機の吸い込み口近傍の配管に本センサを
とりつけ、検出した液戻り量を演算して希釈度をもとめ
る方法（特開平５−８７４２８号公報）、圧縮機内に
本センサを取付け潤滑油中の冷媒量を直接測定する方法
などがある。

【００２２】

【実施例】以下、本出願の第１の発明の第１の実施例を
説明する。図５は、本発明に係る液量検出手段を空気調
和装置の冷凍サイクル中に設けられたアキュムレータに
用いた実施例を示す。空気調和装置のアキュムレータ８
は、液体が混合している気体状冷媒を受け入れる冷媒入
口配管８２と、気体状の冷媒のみを取り出す冷媒出口配
管８３とが設けられた冷媒容器８１と、冷媒出口配管８
３から送り出す冷媒を乾燥した冷媒とする乾燥剤層８４
とから構成されている。このアキュムレータ８の内部
に、本発明に係る液量検出素子１０が挿入されている、
この検出素子１０は、容器８１の底部近傍から立ち上げ
られた、平行して対抗する２枚の電極板１１ａ，１１ｂ
から構成される。各電極は、容器の底部に向けられた絶
縁シールを介して外部に引き出され、検出回路２０に接
続される。この検出信号は制御回路７０に入力されて、
冷凍サイクルの運転制御に使用される。容器８１内の冷
媒液量が所定の値例えば上限値を上回るかまたは下限値
を下回ったことを検出手段の出力を監視することによっ
て検出する。

【００２３】次に、本出願の第１の発明の第２の実施例
を説明する。図６は、本発明に係る液量検出手段を空気
調和装置の冷凍サイクル中に設けられたレシーバタンク
に用いた実施例を示す。空気調和装置のレシーバタンク
４は、気体が混合している液状冷媒を受け入れる冷媒入
口配管４２と、液体の冷媒のみを取り出す容器の底部付
近にまで延びる冷媒出口配管４３とが設けられた冷媒容
器４１と、冷媒入口配管４２から取り入れられる冷媒中
の水分を取り除き乾燥した冷媒とする乾燥剤層４４とか
ら構成されている。このレシーバタンク４の内部に、本
発明に係る液量検出素子１０が挿入されている、この検
出素子１０は、容器４１の底部近傍から立ち上げられ
た、平行して対抗する２枚の電極板１１ａ，１１ｂから
構成される。各電極は、容器の底部に向けられた絶縁シ
ールを介して外部に引き出され、検出回路２０に接続さ
れる。この検出信号は制御回路２１に入力されて、冷凍
サイクルの運転制御に使用される。容器４１内の冷媒液
量が所定の値例えば下限値を下回ったことを検出手段の
出力を監視することによって検出する。

【００２４】本出願の第１の発明の第３の実施例を説明
する。図７は、本発明に係る第２の態様の液量検出手段
を空気調和装置の冷媒循環系中に設けられたレシーバタ
ンクに用いた例を示す。空気調和装置のレシーバタンク
４は、気体が混合している液状冷媒を受け入れる冷媒入
口配管４２と、液体の冷媒のみを取り出す容器の底部付
近にまで延びる冷媒出口配管４３とが設けられた冷媒容
器４１と、冷媒入口配管４２から取り入れられる冷媒中
の水分を取り除き乾燥した冷媒とする乾燥剤層４４とか
ら構成されている。このレシーバタンク４の内部に、本
発明に係る第２の態様の液量検出素子１０が挿入されて
いる、この検出素子１０は、容器４１の底部近傍に設け
られ、平行して対抗する複数枚の電極板１１ａ，１１ｂ
群から構成される。各電極群は、容器の底部に向けられ
た絶縁シールを介して外部に引き出され、検出回路２０
に接続される。この検出信号は制御回路７０に入力され
て、冷凍サイクルの運転制御に使用される。容器４１内
の冷媒液量が所定の値例えば下限値を下回ったことを検
出手段の出力を監視することによって検出する。

【００２５】図８に、本出願の第２の発明の実施例を説
明する。この発明は、冷媒循環回路中の液状体の冷媒の
状態（量およびボイド率など）を監視する冷媒状態検出
装置に関する。冷媒状態検出装置は、例えばレシーバタ
ンク４の出口４３と膨張弁６との間に配置され、液状冷
媒の液の状態を監視するものである。この冷媒状態検出
装置の冷媒状態検出手段５０を、従来のサイトグラス５
に併設することができる。冷媒液状態検出手段５０は、
電極手段６０と、検出回路２０から構成されている。電
極手段６０を収容したブロック本体５１には、取り付け
用継ぎ手５２ａ，５２ｂがろう付け等によって結合され
ており、公知のジョイントを用いて配管９の途中に接続
されている。ブロック本体５１には、上部開口に監視用
のガラス５３が設けられており、内部には電極手段６０
を収容するための空間５４が設けられるとともに、下部
開口には、電極手段を固定したホルダ５５がＯリングな
どを介して密着固定されている。

【００２６】電極手段６０は、平らな円板状の２組の電
極６１ａ，６１ｂを小間隙を置いて層状に積層されたも
ので、各電極６１ａ，６１ｂ間にキャパシタを構成して
いる。電極６１は、図９に示すように円周上の中心を介
して対抗する２ヵ所に切欠部６２ａ，６２ｂを有してい
る。電極６１の切欠部６２ａの幅は切欠き部６２ｂの幅
より狭く、かつ、切欠部６２ａの奥行は切欠き部６２ｂ
の奥行より浅く構成されている。複数の電極６１ａは、
絶縁性基板６５に支持固定された支持管６３ａに設けた
切込みに狭い切欠部６２ａが挿入されて支持固定されて
電極群を構成している。他方の複数の電極６１ｂは、絶
縁性基板６５に支持固定された支持管６３ｂに設けた切
込みに狭い切欠部６２ａが挿入されて支持固定されて電
極群を構成している。支持管６３の内部にはモールド部
６６を貫通して外部に引き出されている電極柱６３が挿
入されている。それぞれの電極群は、それぞれの電極の
切欠部６２ｂが相手側電極群の支持管６３を接触せずに
包囲するように所定の間隙を保持して互いに差し込まれ
てキャパシタからなる検知手段を構成している。

【００２７】次に、検出回路２０の動作原理を図１０を
用いて説明する。検出回路２０は、固定容量キャパシタ
Ｃ_A２１と、抵抗２２とダイオード２３の並列接続体お
よび前述の本発明の検出手段で構成された可変容量キャ
パシタＣ_B１０と第２の固定容量キャパシタ２４とが並
列に接続された並列体との直列接続体と、電圧比較器
（コンパレータ）２５と、記憶手段２６と、積分器２７
と、バッファアンプとして働くオペアンプ２８と、タイ
ミング信号発生器２９と、参照電圧３０から構成され
る。前記固定容量キャパシタＣ_A２１は、切替スイッチ
ＳＷを介して電源間に接続されている。抵抗２２とダイ
オード２３の並列接続体と、可変容量キャパシタＣ_B１
０および第２の固定容量キャパシタ２４の並列接続体と
の直列接続体は、抵抗２２とダイオード２３の並列体に
直列に接続されて、スイッチＳＷを介して固定容量キャ
パシタＣ_A２１に接続されている。

【００２８】コンパレータ２５の−入力には、可変容量
キャパシタＣ_B１０の両端子間電圧Ｖ_Bがダイオード２３
を介して入力され、＋入力にはあらかじめ定められた参
照電圧Ｖ_R３０が入力されている。このコンパレータ２
５は、可変容量キャバシタＣ_B１０の両端子電圧Ｖ_Bを予
め定められた参照電圧Ｖ_Rと比較し、可変容量キャパシ
タＣ_B１０の両端電圧Ｖ_Bが参照電圧Ｖ_Rを越えると出力
Ｖ_Cは高電位Ｖ_Hを出力し、可変容量キャパシタＣ_B１０
の両端電圧Ｖ_Bが参照電圧Ｖ_Rに満たないときは低電位Ｖ
_Lを出力する。コンパレータ２５の出力Ｖ_Cは、タイミン
グ信号発生器２９からのクロックパルス信号Ｓ_Pに同期
して記憶手段２６に記憶される。この記憶手段２６の出
力Ｖ_Dは積分回路２７に供給され積分される。

【００２９】積分回路２７の出力は、積分回路２７の出
力電圧の信号源インピーダンスを低下させるためのオペ
アンプ１３に供給され、このオペアンプ１３を通して得
られる出力電圧Ｖ_Oは固定容量キャパシタＣ_A２１の端子
に帰還されると共に、出力端子ｔ_Oに加えられる。タイ
ミング信号発生器２９は、例えばヒステリシス入力イン
バータに帰還抵抗Ｒ_Hと入力電圧保持キャパシタＣ_Hとを
接続してなるヒステリシス型発信器から構成されてい
る。

【００３０】なお、上記の例では、コンパレータ２５に
スレッシュホールド電圧Ｖ_Rを直流電源より与えるよう
にしたが、ほぼ一定のスレッシュホールドレベルを有す
るロジックＩＣをコンパレータとして用いるようにして
もよい。

【００３１】この回路の動作を説明する。通常の動作で
は、まず、切替スイッチＳＷをＸ−Ｃ側に閉じると、固
定容量キャパシタＣ_A２１は、オペアンプ２８の出力Ｖ_O
で充電され、キャパシタＣ_A２１の電圧Ｖ_Aは、オペアン
プ２８の出力Ｖ_Oに等しくなる（状態１）。次いで、切
替スイッチＳＷをＹ−Ｃ側に閉じると、固定容量キャパ
シタＣ_A２１の電荷が抵抗２２を介して可変容量キャパ
シタＣ_B１０およびキャパシタ２４に分化されて平衡状
態になる（状態２）。所定時間経過後前述の状態１に戻
るとき、可変容量キャパシタＣ_B１０の充電電圧Ｖ_Bがコ
ンパレータ２５へ読み込まれ、可変容量キャパシタＣ_B
１０の電圧Ｖ_Bがコンパレータ２５で参照電圧Ｖ_Rと比較
され、可変容量キャパシタＣ_B１０の電圧Ｖ_Bが参照電圧
Ｖ_Rを超えたときは、コンパレータ２５の出力電圧Ｖ_Cは
高電位Ｖ_hとなり、可変容量キャパシタＣ_B１０の電圧Ｖ
_Bが参照電圧Ｖ_Rを超えないときは、コンパレータ２５の
出力電圧Ｖ_Cは低電位Ｖ_lとなる。コンパレータ２５の出
力Ｖ_Cは、タイミング信号発生器２９からのクロックパ
ルス信号Ｓ_Pに同期してフリップフロップ２６に記憶さ
れる。このフリップフロップ２６の出力は、積分回路２
７を通して電圧に変換される。

【００３２】積分回路２７の出力は、積分回路２７の出
力電圧の信号源インピーダンスを低下させるためのオペ
アンプ２８に供給され、このオペアンプ２８を通して得
られる出力電圧Ｖ_Oは固定容量キャパシタＣ_A２１の端子
に帰還される。このようにして、オペアンプ１３の出力
電圧Ｖ_Oは、可変容量可変容量キャパシタＣ_B１０の容量
に比例した出力電圧として得ることができる。

【００３３】すなわち、このフィードバック回路は、可
変容量キャパシタＣ_B１０の容量が小さいとき、すなわ
ちセンサ内の流量が少ないときには、可変容量キャパシ
タＣ_B１０の充電電圧Ｖ_Bは低くなるので積分回路２７の
出力が小となり、オペアンプ２８の出力は大となって固
定容量キャパシタＣ_A２１へフィードバックされる。ま
た、可変容量キャパシタＣ_B１０の容量が大きいとき、
すなわちセンサ内の流量が多いときには、可変容量キャ
パシタＣ_B１０の充電電圧Ｖ_Bは高くなるので積分回路２
７の出力が大となり、オペアンプ２８の出力は小となっ
て固定容量キャパシタＣ_A２１へフィードバックされ
る。

【００３４】ここで、冷媒として低い電気抵抗を有する
材料を用いた場合について並列キャパシタ２４の働きを
説明する。このような低抵抗の冷媒を用いると、センサ
としての可変容量キャパシタＣ_B１０は、電極間にバイ
パス抵抗を並列に接続した形に相当する。初めに、可変
容量キャパシタＣ_B１０に並列に第２の固定容量キャパ
シタ２４が接続されていない場合についてその動作を説
明する。まず、切替スイッチＳＷがＸ−Ｃ側に閉じられ
ると、固定容量キャパシタＣ_A２１は、オペアンプ２８
の出力Ｖ_Oで充電され、固定容量キャパシタＣ_A２１の電
圧Ｖ_Aは、オペアンプ２８の出力Ｖ_Oに等しくなる。次い
で、切替スイッチＳＷがＹ−Ｃ側に閉じられると、固定
容量キャパシタＣ_A２１の電荷が抵抗２２を介して可変
容量キャパシタＣ_B１０に分化されて平衡状態になる。
このとき、可変容量キャパシタＣ_B１０は低抵抗でバイ
パスされているので、可変容量キャパシタＣ_B１０の電
圧はＶ_B低い電圧で平衡状態になる。

【００３５】このときの可変容量キャパシタＣ_B１０の
電圧Ｖ_Bがコンパレータ２５で参照電圧Ｖ_Rと比較される
ので、可変容量キャパシタＣ_B１０の電圧Ｖ_Bは参照電圧
Ｖ_Rを超えず、コンパレータ２５の出力は低電位であり
フリップフロップ２６の出力は０となる。このフリップ
フロップ２６の出力は、積分回路２７を通して電圧に変
換され、オペアンプ２８を介して、固定容量キャパシタ
Ｃ_A２１へフィードバックされる。

【００３６】このフィードバックは、可変容量キャパシ
タＣ_B１０の容量が小さいとき、すなわちセンサ内の流
体の量が少ないとき、積分回路２７の出力は過敏に反応
してオペアンプ２８の出力Ｖ_Oを大きくするように働
く。

【００３７】その一方、オペアンプ２８の出力Ｖ_Oが大
きくなっても、可変容量キャパシタＣ_B１０のバイパス
が大きいことから参照電圧Ｖ_Rより低い電圧で平衡状態
になる。これを繰り返すことから、オペアンプ２８の出
力Ｖ_Oは、オーバーフローの状態となって、センサ部の
液量が変化しても出力電圧が変化しなくなる。このこと
はセンサとしての機能を充分に発揮できないことにな
る。

【００３８】そこで、本発明は、センサの可変容量キャ
パシタＣ_B１０に並列に第２の固定容量キャパシタ２４
を接続した。この場合について、その動作を説明する。
ここで、第２の固定容量キャパシタ２４の容量は可変容
量キャパシタＣ_B１０の最大容量のおよそ１．５倍に設
定することが望ましい。まず、切替スイッチＳＷがＸ−
Ｃ側に閉じられると、固定容量キャパシタＣ_A２１は、
オペアンプ２８の出力Ｖ_Oで充電され、固定容量キャパ
シタＣ_A２１の電圧Ｖ_Aは、オペアンプ２８の出力Ｖ_Oに
等しくなる。次いで、切替スイッチＳＷがＹ−Ｃ側に閉
じられると、固定容量キャパシタＣ_A２１の電荷が抵抗
２２を介して可変容量キャパシタＣ_B１０およびキャパ
シタ２４に分化されて平衡状態になる。可変容量キャパ
シタＣ_B１０は低抵抗でバイパスされているが、第２の
固定容量キャパシタ２４に充電されていた電荷も放電さ
れるので、可変容量キャパシタＣ_B１０は前述の状態よ
りは高い電圧で平衡状態になる。この時の電圧Ｖ_Bがコ
ンパレータ２５で参照電圧Ｖ_Rと比較され、電圧Ｖ_Bが参
照電圧Ｖ_Rより小さいと低電位が出力され、大きいと高
電位が出力される。これがフリップフロップ２６を介し
て、積分回路２７で電圧に変換され、オペアンプ２８を
介してフィードバックされる。

【００３９】このフィードバックは、前述のように第２
の固定容量キャパシタ２４が接続されていないときに比
較して改善され、オペアンプ２８の出力Ｖ_Oはオーバー
フロー状態とはならず、センサ部の液量に比例出力電圧
が変化するようになる。この場合、直列抵抗２２は、電
流制限とともに回路インピーダンスのマッチングの役目
をもはたしている。

【００４０】以上は、検出回路２０の基本的な構成であ
るが、実使用に際してはキャパシタとして端子間の漏洩
抵抗の影響を全く無視できるキャパシタ構体を得ること
は現実的に困難である。このため、直列接続されたキャ
パシタに対して印加電圧の変動がなかったり、または遅
いとき、直列キャパシタの電位分布は結局端子間の漏洩
抵抗の分布比率に支配されてしまうことになる。そこ
で、直列キャパシタの電位分布の検出は早い周期でリフ
レッシュしつつ行なうことが実用的である。

【００４１】図１１は、かかる点を考慮した本発明によ
る検出回路２０の一実施例を示す回路構成図である。図
１１において、図１０と同一部品に対しては同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは直列接続された固定
容量キャパシタＣ_A２１と可変容量キャパシタＣ_B１０に
対して早い周期でリフレッシュを行なうための回路を中
心に述べる。すなわち、本実施例ではクロックパルス発
振器２９から出力されるクロック発振出力信号Ｓ_Pをク
ロックパルス分配器３１に与え、このクロックパルス分
配器３１で分配されたパルス信号により電子スイッチ回
路３２を切替制御して、オペアンプ２８の出力電圧Ｖ_O
によって固定容量キャパシタＣ_A２１を充電する充電回
路と可変容量キャパシタＣ_B１０および第２の固定容量
キャパシタ２４の電荷をダイオード２３を介して放電を
行なう放電回路を形成し、次いで、固定容量キャパシタ
Ｃ_A２１の電荷によって、可変容量キャパシタＣ_B１０お
よび第２の固定容量キャパシタ２４を抵抗２２を介して
充電する充電回路を形成し、この充放電回路を交互に形
成して固定容量直列キャパシタＣ_A２１および可変容量
キャパシタＣ_B１０ならびに第２の固定容量キャパシタ
２４をリフレッシュしながら電位分布の検出を行なうよ
うにしたものである。

【００４２】ここで、クロックパルス分配器３１は、ク
ロックパルス発振器２９から出力されるクロックパルス
信号Ｓ_Pを遅延回路を通してインバータに与えることに
よって、反転した遅延信号３１ｂを得るとともに、クロ
ックパルス信号Ｓ_Pと反転遅延信号３１ｂをＮＡＮＤ回
路を通して得た信号３１ｃとその反転信号３１ｄを得る
ものである。電子スイッチ回路３２は、パルス分配器３
１から出力されるパルスにより開閉制御される４個の電
子スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を直列に接続したも
ので、電子スイッチＳ１とＳ２は直列に接続され、電子
スイッチＳ１の一端がオペアンプ２８の出力端に接続さ
れ、電子スイッチＳ２の他端が固定容量キャパシタ２１
に接続されている。さらに、電子スイッチＳ２とＳ３は
直列に接続され、その接続端が固定容量キャパシタ２１
に接続されている。電子スイッチＳ３およびＳ４の接続
端は可変容量キャパシタＣ_B１０およびコンパレータ２
５の入力端に接続されている。また電子スイッチＳ４の
他端は接地されている。上記容量回路は、積分器２７か
らの充電および積分器２７への放電を通して電荷の出し
入れを行い、可変容量キャパシタの静電容量に見合う端
子電圧が一義的に定まる。

【００４３】以上の例では、トランスジューサとして作
動する可変容量のキャパシタと基準として固定容量のキ
ャパシタを用いてトランスジューサの容量変化に比例し
た出力電圧を得る場合について述べたが、用途によって
はトランスジューサの容量変化に反比例した出力電圧を
得たい場合がある。図１２はかかる用途に適用する場合
の本発明の他の実施例を示すもので、図１１と同一部分
には同一信号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る点についてのみ述べる。本実施例ではクロックパルス
発振器２９から出力されるクロック発振出力信号Ｓ_Pを
クロックパルス分配器３３に与え、このクロックパルス
分配器３３で分配されたパルス信号により電子スイッチ
回路３４を切替制御してそれぞれの一端が電源の一端に
共通接続された２個のキャパシタの他端を次のような形
態に切替接続するようにしたものである。すなわち、オ
ペアンプ２８の出力電圧により一方の固定容量キャパシ
タＣ_A２１を充電する充電回路と、この充電された固定
容量キャパシタＣ_A２１をオペアンプ２８の出力端側か
ら切り離すと共に固定容量キャパシタＣ_A２１から可変
容量可変容量キャパシタＣＢ１０へ電荷を移動させる並
列接続回路と、これら固定容量キャパシタＣ_A２１およ
び可変容量可変容量キャパシタＣＢ１０の充電電荷を放
電させる放電回路の何れかに切替えられるようにしたも
のである。

【００４４】ここで、クロックパルス分配器３３は、ク
ロックパルス発振器２９から出力されるクロックパルス
信号Ｓ_Pをフリップフロップ回路に与えて出力信号３３
ａを得るとともに、このフリップフロップ回路の反転出
力とクロックパルス信号Ｓ_Pを遅延回路により遅延させ
た信号とをＡＮＤ回路を通して得た信号３３ｂとこの信
号３３ｂをさらに遅延回路により遅延させた信号３３ｃ
を得るものである。電子スイッチ回路３４はパルス分配
器３３から出力されるパルスにより開閉制御される３個
の電子スイッチＳ５，Ｓ６，Ｓ７を直列に接続したもの
で、電子スイッチＳ５の一端はオペアンプ２８の出力端
に接続され、電子スイッチＳ７の一端はキャパシタＣ_A
２１および可変容量キャパシタＣＢ１０のそれぞれの一
端に接続されると共に電源の一端に接続され、電子スイ
ッチＳ６とＳ７の接続間にはコンパレータ２５の入力端
が接続されている。

【００４５】以上の構成とすることによって、本発明
は、誘電率の変化もしくは、誘電体の量の変化によって
変化する可変容量キャパシタの容量の変化を連続した電
気信号量としてとりだすことができる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかな様に、本発明
の、冷媒量不足検出装置は、アキュ−ムレ−タ又はレシ
−バタンク内に１組又は複数組の小間隙を有する電極を
設置するだけでガス状態と液状態の割合に比例し、且つ
サ−ジによる誤動作を防止した連続的な電気信号が得ら
れる。

【００４７】さらに、本発明によれば、可動部分がな
く、連続出力を得ることができるので、任意の液面での
流量を制御することが可能となる。また、本来、液化し
た冷媒を貯える役目のレシ−バタンクや気液分離の役目
のアキュ−ムレ−タに液冷媒検知器を設けたことにより
サ−ジによる誤動作を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷媒量不足検出装置の原理を説明
する図。

【図２】本発明に係る冷媒量検不足出装置の特性を説明
する図。

【図３】本発明に係る冷媒状態検出装置の原理を説明す
る図。

【図４】本発明に係る冷媒状態検出装置の特性を説明す
る図。

【図５】本発明に係る冷媒量不足検出手段をアキュムレ
ータに備えた例の構成を説明する概略図。

【図６】本発明に係る冷媒状態検出手段をレシーバタン
クに備えた例の構成を説明する概略図。

【図７】本発明に係る冷媒状態検出手段をレシーバタン
クに備えた他の例の構成を説明する概略図。

【図８】本発明に係る冷媒状態検出手段をサイトグラス
に備えた例の構成を説明する概念図。

【図９】図８に示した冷媒状態検出手段の電極の形状を
示す図。

【図１０】本発明に用いる検出回路の原理を説明する回
路図。

【図１１】本発明に用いる検出回路の具体的構成の例を
示す回路図。

【図１２】本発明に用いる検出回路の具体的構成の他の
例を示す回路図。

【図１３】空気調和装置の冷凍サイクルを説明する概念
図。

【符号の説明】

１冷媒循環路２圧縮器３凝縮器４レシーバタンク５サイトグラス６膨張弁７蒸発器８アキュムレータ９配管１０液量検出手段（可変容量キャパシタ）１１電極２０検出回路２１固定容量キャパシタ２２抵抗２３ダイオード２４第２のキャパシタ２５コンパレータ２６記憶手段２７積分器、２８オペンプ、２９クロックパルス発振回路３０参照電圧３１，３３パルス分配回路３２，３４スイッチ回路４１レシーバ容器４２，８２冷媒入口４３，８３冷媒液出口４４，８４乾燥剤４５，８５容器蓋５０冷媒状態検出手段５１ブロック本体５２取付用配管５３ガラス５４検出手段収納空間５５ホルダ６０電極手段６１電極６２切欠部６３支持管６４電極柱６５基板７０制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒循環路中の冷媒量の不足をレシーバ
タンクまたはアキュムレータ内で検出する冷媒量検出装
置において、レシーバタンクまたはアキュムレータの内
部に、２枚の平面電極を間に小間隙を保持して対抗立設
して構成した液位検出手段と、冷媒の液位の変化に応じ
た液位検出手段の静電容量の変化を電圧の変化として取
り出す検出回路とを設けたことを特徴とする冷媒液量検
出装置。
【請求項２】冷媒循環路中の冷媒状態を検出する冷媒
状態検出装置において、冷媒循環路中に、少なくとも２
枚の平板状電極を間に小間隙を保持して流れに沿って平
行に配置して構成した状態検出手段と、冷媒の液の誘電
率の変化に応じた状態検出手段の静電容量の変化を電圧
の変化として取り出す検出回路とを設けたことを特徴と
する冷媒状態検出装置。
【請求項３】誘電率が、液体状態の冷媒の量と気体状
態の冷媒の量の割合によって変化する請求項２記載の冷
媒状態検出装置。
【請求項４】状態検出手段が、冷媒循環路中に設けた
サイトグラス部に設けられて請求項２または請求項３に
記載の冷媒状態検出装置。
【請求項５】誘電率が、冷媒の量と冷凍機油の量の割
合によって変化する請求項２記載の冷媒状態検出装置。
【請求項６】抵抗とダイオードの並列接続体と、該並
列接続体に直列に接続された可変容量キャパシタと第２
の固定容量キャパシタの並列接続体と、前記可変容量キ
ャパシタの端子電圧を検出するコンパレ−タと、前記コ
ンパレ−タの出力をクロック信号に同期させて取り込む
記憶手段と、該記憶手段の出力を積分しその出力電圧に
よって前記直列接続された可変容量キャパシタの容量に
比例した電圧に変換する積分器と、前記固定容量キャパ
シタを前記積分器の出力電圧により充電する充電回路お
よび前記積分器から切離して前記可変容量キャパシタに
放電する放電回路を形成すると共に、これら充電回路ま
たは放電回路を前記クロック信号に同期して周期的に切
替制御する切替手段と、前記積分器の出力をセンサの検
出出力として送出する出力端子とを具備したことを特徴
とする可変容量検出装置の検出回路。
【請求項７】抵抗とダイオードの並列回路は、キャパ
シタの充電時には抵抗分の増加を補助し放電時には放電
を補助する回路である請求項６記載の可変容量検出装置
の検出回路。
【請求項８】可変容量キャパシタが冷媒循環路中に設
けたキャパシタである請求項６または請求項７記載の可
変容量検出装置の検出回路。