JPH1123114A

JPH1123114A - 流量検出装置

Info

Publication number: JPH1123114A
Application number: JP9172531A
Authority: JP
Inventors: Haruo Kamiya; 治雄神谷; Kiyoji Kutsuna; 喜代治沓名
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-26
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JP3601260B2

Abstract

(57)【要約】【課題】流体の流量を正確に検出する。【解決手段】冷媒および潤滑油の流れる冷媒配管の途
中に、透光円筒部材１０を気密に連結し、透光円筒部材
１０の近傍に、フォトセンサ２０１とフォトセンサ２０
２を、冷媒流れ方向に所定距離Ｌを隔てて配置してあ
る。そして、潤滑油に混入させた蛍光材料が光源からの
光を受けて発する蛍光は、透光円筒部材１０の第１出射
用透光部１０Ｂから出射して、フォトセンサ２０１に受
光されるとともに、透光円筒部材１０の第２出射用透光
部１０Ｃから出射して、フォトセンサ２０２に受光され
る。そして、両センサ２０１、２０２の検出波形の位相
差θを相関法にて見出し、この位相差θと上記所定距離
Ｌとにより潤滑油の流速Ｖを算出し、この流速Ｖと、潤
滑油の質量に対応する両センサ２０１、２０２の検出値
とにより、潤滑油の流量Ｑを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を検出
する流体流量検出装置に関するものであり、特に、冷凍
サイクルの圧縮機へ戻る潤滑油や液冷媒の流量を検出す
る流量検出装置に用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記した流量検出装置として、例
えば特開平２−１４０５５７号公報には、冷凍サイクル
のうち、気液分離器下流と膨張弁上流との間の液冷媒
（流体）が流れる冷媒配管（流体配管）において、冷媒
に混入されている潤滑油（流体）の潤滑油流量を検出す
るものが提案されている。この流量検出装置は、図７に
示すように、アルミニウム材料からなる筒状ハウジング
１００を備え、この内部に、透光円筒部材１０がシール
部材１３、１４、１５、１６を介して密着するように、
同軸的に嵌着されている。また、アルミニウム材料から
なる小筒状ハウジング１０２が、筒状ハウジング１００
に径方向に嵌合した状態でろう付け固定されており、こ
の小筒状ハウジング１０２内部に光源２９が収容されて
いる。光源２９は、定電圧を受けて紫外線を発光する。

【０００３】また、アルミニウム材料からなる小筒状ハ
ウジング１０３が筒状ハウジング１００に径方向に嵌合
した状態でろう付け固定されており、この小筒状ハウジ
ング１０３内部に光量検出器２０が収容されている。な
お、小筒状ハウジング１０２、１０３の開口端部には、
アルミニウム材料からなる蓋部材１０２ａ、１０３ａが
ビス１０４にて装着されている。

【０００４】ここで、ナフテン油等からなる潤滑油は、
紫外線を受けて蛍光を発するアロマ基等の不飽和基を含
むため、潤滑油は、紫外線を受けることにより不飽和基
の量に応じた蛍光を発する。そして、上記光量検出器２
０により上記蛍光の強度を検出し、この検出された蛍光
強度により、光量検出器２０に対向する部位に存在する
潤滑油の量（質量）を検出できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者
は、どのように潤滑油が冷凍サイクルを循環しているか
を知るために、実験室において、冷凍サイクルを循環す
る潤滑油の流量を検出することを試みている。ここで、
潤滑油の流速は圧縮機の回転数の変化に伴い変化するた
め、上記従来技術の光量検出器２０にて検出される潤滑
油の質量が一定であっても、光量検出器２０に対向する
部位を流れる潤滑油の流量が変化している場合もある。

【０００６】これに対して、本発明者は、圧縮機の回転
数を種々変化させたときの潤滑油の流速を予め実験にて
検出して、圧縮機の回転数と潤滑油の流速との関係を見
出しておき、実際に冷凍サイクルを作動させるとき、上
記光量検出器２０にて潤滑油の質量を検出するととも
に、このときの圧縮機の回転数を検出して潤滑油の流速
を見出すことにより、潤滑油の流量を検出することを考
案した。

【０００７】ところが、圧縮機の回転数が急激に増減す
るときと、圧縮機の回転数が徐々に増減するときとで
は、圧縮機の回転数が同じであっても潤滑油の流速が異
なるため、上記実験にて見出した関係を常に適用できる
わけではない。よって、この方法では、潤滑油（流体）
の流量を正確に検出できない。本発明は上記点に鑑みて
なされたもので、流体の流量を正確に検出することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は、流体の流量を正確に検出するために
は、光量検出手段により流体の質量を検出するととも
に、このときの潤滑油の流速を検出する必要があること
に着目して、以下に述べる発明を見出した。すなわち、
請求項１ないし４に記載の発明では、流体の流れる流体
配管（Ｐ５、１０）に、光源（２９）からの光を入射さ
せる入射用透光部（１０Ａ）と、光を出射させる第１出
射用透光部（１０Ｂ）と、第１出射用透光部（１０Ｂ）
と流体の流れ方向に所定距離（Ｌ）を隔てて配される第
２出射用透光部（１０Ｃ）とを設け、第１、第２出射用
透光部（１０Ｂ）、（１０Ｃ）から出射された光を受光
する第１、第２光学的検出手段（２０１）、（２０２）
の受光量の変化に基づいて、第１、第２出射用透光部
（１０Ｂ）、（１０Ｃ）近傍における流体の質量変化を
検出し、位相差算出手段（Ｓ１５、Ｓ２０）により、第
１光学的検出手段（２０１）の検出値と第２光学的検出
手段（２０２）の検出値との位相差（θ）を算出し、流
速算出手段（Ｓ３０）により、位相差（θ）と上記所定
距離（Ｌ）に基づいて流体の流速（Ｖ）を算出し、流量
算出手段（Ｓ４０、Ｓ５０）により、流速（Ｖ）と、上
記両光学的検出手段（２０１）、（２０２）の少なくと
も一方の検出値（Ａ）に基づいて、流体の流量（Ｑ）を
算出することを特徴としている。

【０００９】このように、流体流れ方向に所定距離
（Ｌ）を隔てて上記両出射用透光部（１０Ｂ）、（１０
Ｃ）を配し、これら両透光部（１０Ｂ）、（１０Ｃ）近
傍における流体の質量変化を検出して、この検出値の位
相差（θ）を算出することにより、常に流体の流速
（Ｖ）を算出し、常に流体の流量（Ｑ）を算出してい
る。従って、流体の流量（Ｑ）を常に正確に検出でき
る。

【００１０】また、請求項２に記載の発明では、上記流
体配管は、圧縮機（１）、凝縮器（２）、膨張弁
（４）、蒸発器（５）を接続するとともに、流体として
潤滑油および冷媒が流れる冷媒配管（Ｐ１〜Ｐ５、１
０）からなり、第１、第２光学的検出手段（２０１）、
（２０２）は、第１、第２出射用透光部（１０Ｂ）、
（１０Ｃ）近傍における潤滑油および冷媒の一方の質量
変化を検出し、流速算出手段（Ｓ３０）により、潤滑油
および冷媒の一方の流速（Ｖ）を算出し、流量算出手段
（Ｓ４０、Ｓ５０）により、潤滑油および冷媒の一方の
流量（Ｑ）を算出することを特徴としている。

【００１１】このようにして、潤滑油および冷媒の一方
の流量（Ｑ）を常に正確に検出できる。また、請求項３
に記載の発明では、冷媒配管（Ｐ５、１０）のうち、第
１出射用透光部（１０Ｂ）および前記第２出射用透光部
（１０Ｃ）の近傍に、入射用透光部（１０Ａ）から潤滑
油および冷媒に向けて入射された光を、冷媒配管（Ｐ
５、１０）外部へ出射させる第３出射用透光部（１０
Ｄ）を設け、第３出射用透光部（１０Ｄ）から出射され
た光を受光する第３光学的検出手段（２８）の受光量の
変化に基づいて、第３出射用透光部（１０Ｄ）近傍にお
ける潤滑油および冷媒の他方の質量変化を検出し、流量
算出手段（Ｓ４０、Ｓ５０）により、第３出射用透光部
（１０Ｄ）の検出値（Ｂ）と、上記流速算出手段（Ｓ３
０）にて算出される流速（Ｖ）とに基づいて、潤滑油お
よび冷媒の他方の流量（Ｐ）を算出することを特徴とし
ている。

【００１２】ここで、上記流速算出手段（Ｓ３０）にて
算出される潤滑油の流速（Ｖ）は、冷媒の流速と同じで
あるとみなすことができるので、この潤滑油の流速
（Ｖ）および第３出射用透光部（１０Ｄ）の検出値（つ
まり、冷媒の質量）に基づいて、冷媒の流量（Ｐ）も常
に正確に算出できる。また、請求項４に記載の発明で
は、請求項２または３に記載の流量検出装置において、
流量算出手段（Ｓ４０、Ｓ５０）にて算出される流量
（Ｐ、Ｑ）が所定値（Ｐ₀、Ｑ₀）以上であるか否かを
判定する判定手段（Ｓ６０、Ｓ７０）の判定結果に基づ
いて、圧縮機（１）の作動停止を制御手段（Ｓ８０、Ｓ
９０）にて制御している。

【００１３】このように、常に正確に検出される潤滑油
または冷媒の流量に基づいて、圧縮機（１）の作動停止
を制御することにより、常に正確に圧縮機（１）の故障
を抑制できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態は、図１に示す車両用空
調装置の冷凍サイクルにおいて、液冷媒の流量および潤
滑油の流量を検出する流量検出装置に本発明を適用した
ものである。この冷凍サイクルには、適正量の冷媒（例
えば、ＨＦＣ−１３４ａ）および適正量の潤滑油（コン
プレッサオイル、例えば、ＰＡＧ油、合成油等）が封入
されている。潤滑油には、適正量の蛍光材料が混入させ
てある。

【００１５】なお、本実施形態では、蛍光材料として、
蛍光の発光ピーク波長が５３０ｎｍ、主発光波長が５０
０〜５８０ｎｍの範囲内にあるもの（例えば、栄進化学
製Ｌ−ＤＴ−Ｂ）を使用し、潤滑油に対して蛍光材料を
０．０２５ｗｔ％混入させている。冷凍サイクルは圧縮
機１を備えており、この圧縮機１には、動力伝達を断続
する電磁クラッチ１ａが装着されており、この電磁クラ
ッチ１ａが接続状態になると、図示しない車両エンジン
から動力が伝達されて圧縮機１は作動し、冷媒および潤
滑油を吸入するとともに、潤滑作用を受けて冷媒を圧縮
し、高温高圧のガス冷媒を潤滑油とともに吐出する。

【００１６】圧縮機１から吐出された冷媒および潤滑油
は凝縮器２に流入し、この凝縮器２において、図示しな
い冷却ファンによる空冷作用を受けて上記高温高圧のガ
ス冷媒が凝縮される。この凝縮後の液冷媒は、潤滑油と
ともに受液器３内に流入する。この受液器３は、その内
部に流入した凝縮冷媒を気液分離して、液冷媒のみを潤
滑油とともに流出させる。

【００１７】受液器３の下流側には、液冷媒を気液二相
状態に減圧膨張させる膨張弁４が設けてあり、この膨張
弁４を通過した低温低圧の冷媒は、潤滑油とともに蒸発
器５へ流入し、蒸発する。そして、図示しない送風ファ
ンにて蒸発器５へ送風される送風空気から冷媒の蒸発潜
熱を吸熱することにより送風空気を冷却し、この冷却し
た空気を車室内へ循環させて車室内の冷房をしている。
膨張弁４は、周知のごとく、蒸発器５の出口冷媒の過熱
度を所定値に維持するように弁開度が自動調整される温
度式の膨張弁である。そして、蒸発器５にて蒸発させた
冷媒を、潤滑油とともに再び圧縮機１に吸入させてい
る。

【００１８】なお、上記した圧縮機１、凝縮器２、受液
器３、膨張弁４、蒸発器５は、冷媒配管Ｐ１、Ｐ２、Ｐ
３、Ｐ４、Ｐ５にて相互に接続されている。そして、冷
媒配管Ｐ５（つまり、蒸発器５下流で、圧縮機１上流の
冷媒配管、圧縮機吸入側冷媒配管）の途中には、液冷媒
の流量、および、潤滑油の流量を同時に検出する流量検
出装置Ｓが装着されている。

【００１９】次に、流量検出装置Ｓの具体的構造を図２
ないし図４に基づいて説明する。流量検出装置Ｓは、冷
媒配管Ｐ５の途中に同軸的に組付けられている。この流
量検出装置Ｓは、硼珪酸ガラス、石英ガラス、アルミノ
珪酸ガラス等の透明耐圧材料からなる透光円筒部材１０
を備えている。この透光円筒部材１０は、請求項でいう
入射用透光部、および、第１、第２、第３出射用透光部
を構成するとともに、請求項でいう冷媒配管を構成して
いる。

【００２０】ここで、硼珪酸ガラス、石英ガラス、アル
ミノ珪酸ガラス等は、後述する光源２９からの紫外線の
透過率が高いため、この検出装置Ｓの検出精度が良好と
なる。また、破壊強度も大きいため、この透光円筒部材
１０の厚みを薄くでき、装置Ｓの小型化を図ることがで
きる。この透光円筒部材１０の一端部１０ａ、他端部１
０ｂには、アルミニウム材料からなる円筒状ハウジング
１１、１２の一端部１１ａ、１２ａが外嵌されている。
透光円筒部材１０の一端部１０ａ、他端部１０ｂ側外周
と、円筒状ハウジング１１、１２の一端部１１ａ、１２
ａ側内周との間は、ゴム製の（弾性材料からなる）パッ
キン１４、１６にてシールされている。また、円筒状ハ
ウジング１１、１２の一端部１１ａ、１２ａ側に形成さ
れた段付き部１１１、１２１に、透光円筒部材１０の一
端部１０ａ、他端部１０ｂがゴム製のパッキン１３、１
５を介して弾性的に支持されている。

【００２１】ここで、冷媒配管Ｐ５は、流量検出装置Ｓ
が挿入可能となるように、蒸発器側冷媒配管Ｐ５１と圧
縮機側冷媒配管Ｐ５２とに、所定距離を隔てて分離され
ている。冷媒配管Ｐ５１、Ｐ５２の端部はフレアー状と
なっており、ネジ孔を備えたナット５０が外嵌されてい
る。そして、冷媒配管Ｐ５１、Ｐ５２の端部と、円筒状
ハウジング１１、１２の他端部１１ｂ、１２ｂとを当接
させ、ナット５０を、円筒状ハウジング１１、１２の他
端部１１ｂ、１２ｂに形成されたネジ山１１ｃ、１２ｃ
にネジ結合することにより、冷媒配管Ｐ５１、Ｐ５２の
端部と、円筒状ハウジング１１、１２の他端部１１ｂ、
１２ｂとをメタルシールしている。

【００２２】この冷媒配管Ｐ５１、Ｐ５２の内径と、円
筒状ハウジング１１、１２の内径と、透光円筒部材１０
の内径は、全て統一されている。これにより、流量検出
装置Ｓを冷媒配管Ｐ５の途中に装着することによる冷媒
流れの圧損を最小限に抑えている。円筒状ハウジング１
１、１２の外周部全周には、径方向外方へ延びるフラン
ジ部１１２、１２２が一体に備えられている。このフラ
ンジ部１１２、１２２は、正面外形状が略正方形であ
り、このフランジ部１１２、１２２間には、アルミニウ
ム材料からなる４つの長尺板状ハウジング１７、１８、
２４、２５（ハウジング２４、２５は、図３参照）が設
けられている。

【００２３】そして、ハウジング１７、１８の両端部
は、フランジ部１１２、１２２にボルト３０にて締結さ
れている。この両端部とフランジ部１１２、１２２との
間は、図示しないシール部材にてシールされている。ま
た、図３に示すように、ハウジング１７、１８の長手方
向に沿った両側端面に、ハウジング２４、２５の長手方
向に沿った両側端面側が、ボルト３０にて締結されてい
る。このハウジング１７、１８の両側端面とハウジング
２４、２５の両側端面側とは、シール部材３１、３２に
てシールされている。

【００２４】そして、上記した円筒状ハウジング１１、
１２と、ハウジング１７、１８、２４、２５とにより、
透光円筒部材１０の周囲に密閉空間Ｃを形成するカバー
部材１００を構成している。ハウジング２４には、光源
２９を収容する光源収容部２４ａが形成されており、こ
の光源２９の出光方向後方には、光学フィルタ２６およ
びフォトセンサ２７を収容する収容部２４ｂが形成され
ている。光源収容部２４ａと収容部２４ｂとの間には、
光源２９の紫外線が光学フィルタ２６およびフォトセン
サ２７に対して斜めに入射されるような紫外線通路形成
部２４ｃが形成してある。

【００２５】光源２９は、図示しない定電圧電源から定
電圧を受けて紫外線を発光するものである。この光源２
９は、図４に示すように、アルミニウム製の本体部２９
０と、本体部２９０に支持される水銀ランプ２９１（例
えば、浜松ホトニクス製Ｌ１５４９−０４）とを備え
ている。この水銀ランプ２９１のガラス内壁には蛍光剤
が塗られており、この蛍光剤は、２５４ｎｍの水銀スペ
クトルにて励起されることにより、ピーク波長が３５１
ｎｍ、主発光波長域が３００〜４００ｎｍの紫外線を発
光する。つまり、この紫外線が、水銀ランプ２９１の発
する光である。なお、２５４ｎｍの水銀スペクトルは人
体に有害であるが、蛍光剤にて吸収されるために、２５
４ｎｍの水銀スペクトルがかなり低減される。

【００２６】光学フィルタ２６は、光源２９からの光の
うち、所定波長（例えば、２８０〜４００ｎｍ）の光の
みを透過させるものであり、最大透過率の波長が３５５
ｎｍ、最大透過率が４７％、半値幅が５５ｎｍの紫外線
透過可視吸収フィルタからなる（例えば、東芝硝子製
ＵＶ−Ｄ３６Ａ）。この光学フィルタ２６は、厚さが例
えば３ｍｍ程度のガラス板であるが、この光学フィルタ
２６を、収容部２４ｂに形成される支持部２４ｄに支持
させつつ、ゴム製パッキン３４にて弾性的に支持するこ
とにより、検出装置Ｓに加わる外的衝撃等により光学フ
ィルタ２６が破損するのを抑制している。

【００２７】フォトセンサ２７は、光学フィルタ２６を
通過した紫外線の強度を検出するものであり、紫外域か
ら可視域までを精度よく測定でき、かつ、赤外感度が抑
制された板状のシリコンフォトダイオード（例えば、浜
松ホトニクス製Ｓ１２２７−１６ＢＲ）からなる。こ
のフォトセンサ２７の受光面（図３中右側面）を光源２
９に対向させるとともに、この受光面が光学フィルタ２
６に接着固定されている。

【００２８】また、光源２９からの紫外線は光源２９近
傍の温度変化によって出力特性が変化するため、フォト
センサ２７にて光源２９からの紫外線の強度を測定し、
後述するフォトセンサ２０１、２０２、２８の検出値の
補正を行なうようにしている。具体的には、フォトセン
サ２０１、２０２、２８の検出値を、フォトセンサ２７
の検出値にて割ることにより、補正している。

【００２９】ハウジング２４とシール部材３１との間に
は、遮光性および剛性を有する材料（例えば鉄）からな
る遮光支持板３３が配置されている。なお、ハウジング
２４と遮光支持板３３、および、遮光支持板３３とシー
ル部材３１とは、接着されている。遮光支持板３３に
は、光源２９の光を透光円筒部材１０の入射用透光部１
０Ａへ照射するための透光窓３３０が開口形成されてい
る。この入射用透光部１０Ａを透過した光は、透光円筒
部材１０内部の冷媒および潤滑油に向けて入射される。
なお、入射用透光部１０Ａとは、透光円筒部材１０のう
ち光源２９の光が入射される部位のことである。

【００３０】また、ハウジング１７には、光学フィルタ
（フィルタ部材）１９、フォトセンサ（光学的検出手
段、蛍光量検出手段）２０１、２０２、および、ゴム製
の絶縁シール部材２１を重ねて収容する収容部１７ａが
形成されている。なお、フォトセンサ２０１、２０２
は、冷媒流れ方向（図２中左右方向）に所定距離Ｌを隔
てて配置されており、絶縁シール部材２１に設けた凹形
状の収容部２１１、２１２に収容されている。また、こ
れらセンサ２０１、２０２と、透光円筒部材１０との間
の距離は同じである。

【００３１】収容部１７ａのうち、透光円筒部材１０側
部位の内壁に形成された枠状の支持部１７ｂと、収容部
１７ａのうち、透光円筒部材１０の反対側部位を覆う金
属製（例えばアルミニウム）の押さえ板２２との間に、
光学フィルタ１９、フォトセンサ２０１、２０２、およ
び、絶縁シール部材２１が、順に配置されて支持されて
いる。押さえ板２２は、ボルト２３にて長尺厚板状ハウ
ジング１７に装着されている。

【００３２】そして、入射用透光部１０Ａから入射され
た光を潤滑油が受けて発する蛍光は、透光円筒部材１０
の第１出射用透光部１０Ｂから出射して、光学フィルタ
１９を経てフォトセンサ２０１に受光されるとともに、
透光円筒部材１０の第２出射用透光部１０Ｃから出射し
て、光学フィルタ１９を経てフォトセンサ２０２に受光
される。なお、第１、第２出射用透光部１０Ｂ、１０Ｃ
とは、透光円筒部材１０のうち、フォトセンサ２０１、
２０２に受光される光を出射する部位であり、フォトセ
ンサ２０１、２０２に対向する部位およびその近傍であ
る。

【００３３】光学フィルタ１９は、透光円筒部材１０か
らの光のうち、所定波長（例えば、４８０〜６００ｎ
ｍ）の光を主に透過させるものであり、最大透過率の波
長が５３０ｎｍ、最大透過率が４２％、半値幅が４８ｎ
ｍのバンドパスフィルタ（例えば、富士写真フィルム製
ＢＰＮ−５３）からなる。この光学フィルタ１９は、
厚さが例えば０．２ｍｍ程度のトリアセテートを主成分
とする板状フィルタである。

【００３４】そして、光学フィルタ１９の受光面（図３
中下面）を透光円筒部材１０の出射用透光部１０Ｂ、１
０Ｃに対向させている。ここで、光学フィルタ１９の受
光面の垂線Ｔ、つまり、フォトセンサ２０２（２０１）
の受光面（図３中下面）の垂線Ｔと、紫外線通路形成部
２４ｃにて形成される光源２９の進行経路Ｄとが、鋭角
的に配置されるように、光源２９、光学フィルタ１９、
および、フォトセンサ２０２（２０１）が配置されてい
る。この結果、フォトセンサ２０２（２０１）に光源２
９からの光（つまり、第１、第２出射用透光部１０Ｂ、
１０Ｃ以外の部位からの光）が直接入射されることを良
好に抑制でき、光源２９からの光を直接フォトセンサ２
０２（２０１）にて検出することを防止できる。

【００３５】なお、波長が４８０〜６００ｎｍの光を主
に透過させる光学フィルタ１９により、波長が２８０〜
４００ｎｍの光を主に透過させる光学フィルタ２６を透
過した光が、フォトセンサ２０１、２０２へ入射される
のを抑制できる。よって、光学フィルタ２６を透過した
光と、後述する潤滑油からの蛍光とを良好に分離でき
る。よって、このフォトセンサ２０１、２０２の検出精
度は良好である。

【００３６】また、センサ２０１とセンサ２０２とは同
一のものを使用しており、光学フィルタ１９を通過した
蛍光の蛍光強度を検出するものである。具体的に、フォ
トセンサ２０１、２０２は、紫外域から可視域までを精
度よく測定でき、かつ、赤外感度が抑制されたシリコン
フォトダイオード（例えば、浜松ホトニクス製Ｓ１２
２７−１６ＢＲ）からなる。

【００３７】また、ハウジング２５のうち、透光円筒部
材１０を中心にして光源２９と点対称な位置には、フォ
トセンサ（透過光量検出手段）２８を収容する収容部２
５ａが形成されている。ハウジング２５とパッキン３２
との間には、遮光性および剛性を有する材料（例えば
鉄）からなり、フォトセンサ２８を支持する遮光支持板
３５が配置されている。この遮光支持板３５には、フォ
トセンサ２８に光を入射可能とする開口部３５０が形成
されており、この開口部３５０の縁部にてフォトセンサ
２８の外周部を支持している。なお、ハウジング２５と
遮光支持板３５、および、遮光支持板３５とパッキン３
２とは接着されている。

【００３８】フォトセンサ２８は、透光円筒部材１０か
らの光（透過光）の透過光強度を検出するものであり、
シリコンフォトダイオード（例えば、浜松ホトニクス製
Ｓ１２２７−１０１０ＢＲ）からなる。そして、入射
用透光部１０Ａから入射された光のうち透光円筒部材１
０内部を透過した光（つまり、液冷媒および潤滑油に吸
収および散乱されなかった光）が、第３出射用透光部１
０Ｄを経て、フォトセンサ２８（つまり、遮光支持板３
５の開口部３５内側）に入射される。なお、第３出射用
透光部１０Ｄとは、透光円筒部材１０のうち、開口部３
５を経てフォトセンサ２８に受光される光を出射する部
位である。

【００３９】上記したフォトセンサ２０１、２０２、２
７、２８は、図示しない一対のリード端子を有してお
り、このリード端子は、図１に示すアンプ２０１ａ、２
０２ａ、２７ａ、２８ａを介して、電気制御装置１１０
に内蔵される図示しないＡ／Ｄ変換器に電気的に接続さ
れている。これにより、フォトセンサ２０１、２０２、
２７、２８の検出値（受光電圧）は、上記アンプ２０１
ａ、２０２ａ、２７ａ、２８ａにて増幅され、上記Ａ／
Ｄ変換器にてＡ／Ｄ変換されて、図５に示すようなデー
タとして電気制御装置１１０に読み込まれる。そして、
電気制御装置１１０は、読み込んだ情報に基づいて、潤
滑油の流量Ｑおよび冷媒の流量Ｐを算出して、圧縮機１
の作動の制御を行なう。

【００４０】次に、上記した電気制御装置１１０による
制御について、図５および図６に基づいて説明する。な
お、図６に示すフローチャートは、図示しない冷房スイ
ッチのオン信号が電気制御装置１１０に入力されること
によりスタートする。まず、図６中ステップＳ１０にお
いて、フォトセンサ２０１、２０２の検出値をアンプ２
０１ａ、２０２ａにて増幅させたものを、微少時間ε毎
に所定時間Ｔ０の間読み込み、図５に示すような検出波
形（多数のデータの集まり）を得る。なお、上記微少時
間εとは、フォトセンサ２０１、２０２の検出波形の位
相差（例えば１２ｍｓ）に比べて微少な時間（例えば
０．１ｍｓ）のことであり、上記所定時間Ｔ０とは、後
述する参照時間Ｔ１＋最大ずらし時間Ｔ３に対応する時
間（例えば３００ｍｓ）のことである。

【００４１】次に、図６中ステップＳ１５において、フ
ォトセンサ２０１の検出波形とフォトセンサ２０２の検
出波形の相関値Ｒを算出する。相関値Ｒは、以下に示す
数式１から算出されるものであり、フォトセンサ２０１
の検出波形とフォトセンサ２０２の検出波形の相関性
（換言すれば類似性）を示す値である。

【００４２】

【数１】

【００４３】なお、ｎ：参照データ数（つまり、参照時
間Ｔ１に対応する）、ｆ_i：フォトセンサ２０１のデー
タ、ｇ_i：フォトセンサ２０２のデータ、ｆ_av：フォト
センサ２０１のデータのうち、参照データ数ｎ分のデー
タの平均値、ｇ_av：フォトセンサ２０２のデータのう
ち、参照データ数ｎ分のデータの平均値である。この相
関値Ｒを算出するためには、まず、ｆ_av、ｇ_avを算出し
（ステップ１）、次に、数式１における分子（つまり、
ｆ_iとｇ_iの共分散）および分母（つまり、ｆ_iの分散
とｇ_iの分散の積の平方根）をそれぞれ算出し（ステッ
プ２）、その後、算出した分子を分母で割る（ステップ
３）。

【００４４】そして、フォトセンサ２０１の検出波形の
うち、参照データ数ｎ（つまり、参照時間Ｔ１）分のデ
ータに対応する波形（以下、第１データ波形という）
と、フォトセンサ２０２の検出波形のうち、参照データ
数ｎ分のデータに対応する波形（以下、第２データ波形
という）について、互いのデータ波形のずらし時間Ｔ２
がゼロのときから最大ずらし時間Ｔ３となるまで、上記
微少時間ε毎に上記相関値Ｒを算出する。

【００４５】次に、ステップＳ２０において、上記相関
値Ｒに基づいて、フォトセンサ２０１の検出波形とフォ
トセンサ２０２の検出波形の位相差θを決定する。な
お、ステップＳ１５、Ｓ２０により、請求項でいう位相
差算出手段を構成している。ここで、相関値Ｒ＝１のと
きは上記両データ波形が一致していることを意味し、相
関値Ｒ＝−１のときは上記両データ波形が逆転している
ことを意味するが、上記両センサ２０１、２０２の検出
波形は、図５に示すように周期や振幅が一定ではなく、
完全に一致することはないため、完全に相関値Ｒが１や
−１となることはない。よって、ステップＳ１５におい
て、上記微少時間ε毎に算出された多数の相関値Ｒの中
で、最も１に近い相関値Ｒを見出し、この相関値Ｒとな
るときを、上記両データが略一致しているとし、この相
関値Ｒとなるときのずらし時間Ｔ２を位相差θとしてい
る。

【００４６】なお、上記参照時間Ｔ１が短かすぎても長
すぎても（つまり、上記参照データ数ｎが少なすぎても
多すぎても）、両センサ２０１、２０２の相関性を良好
に判断できなくなるため、本実施形態では、相関性を良
好に判断できるように、参照時間Ｔ１を例えば２５０ｍ
ｓ程度としている。また、上記最大ずらし時間Ｔ３は、
上記位相差θ（本実施形態では１２ｍｓ）よりも長めに
設定する必要があるが、必要以上に長くすると計算に時
間がかかるため、本実施形態では例えば３０〜５０ｍｓ
としている。

【００４７】また、フォトセンサ２０１とフォトセンサ
２０２との間の距離（上記所定距離Ｌ）が大きすぎる
と、これらセンサ２０１、２０２の検出波形の位相差θ
が大きくなり、この位相差θを算出する時間（つまり、
上記最大ずらし時間Ｔ３）が長くなるため、本実施形態
では、上記所定距離Ｌを７ｍｍ程度としている。次に、
図６中ステップＳ３０において、潤滑油の流速Ｖを算出
する。流速Ｖは、以下に示す数式２から算出されるもの
である。

【００４８】

【数２】Ｖ＝Ｌ／θ 次に、図６中ステップＳ４０において、潤滑油の流量Ｑ
を算出する。流量Ｑは、以下に示す数式３から算出され
るものである。

【００４９】

【数３】Ｑ＝α×Ａ×Ｖなお、Ａ：平均値ｆ_avと平均値ｇ_avの平均値（フォトセ
ンサ２０１、２０２のデータの平均値）、α：平均値Ａ
を、冷媒配管Ｐ５における単位長さ当たりの潤滑油の質
量Ｍに変換するための係数である。ここで、上記潤滑油
の質量Ｍとフォトセンサ２０１、２０２のデータＡ０と
の間には、Ｍ≒α×Ａ０の関係があることが実験にて確
認されているので、本実施形態では、Ｍ＝α×Ａと近似
している。

【００５０】次に、図６中ステップＳ５０において、液
冷媒の流量Ｐを算出する。流量Ｐは、以下に示す数式４
から算出されるものである。

【００５１】

【数４】Ｐ＝β×Ｂ×Ｖなお、Ｂ：フォトセンサ２８の検出値、β：フォトセン
サ２８のデータＢを、冷媒配管Ｐ５における単位長さ当
たりの液冷媒の質量Ｎに変換するのための係数である。
ここで、上記液冷媒の質量ＮとデータＢとの間には、Ｎ
≒β×Ｂの関係があることが実験にて確認されているの
で、本実施形態では、Ｎ＝β×Ｂと近似している。ま
た、液冷媒の流速は上記した潤滑油の流速Ｖと同じであ
ると見なされるため、この潤滑油の流速Ｖを用いて液冷
媒の流量Ｐを算出している。

【００５２】そして、図６中ステップＳ６０において、
潤滑油の流量Ｑが所定流量Ｑ₀以上であるか否かを判定
し、潤滑油の流量Ｑが所定流量Ｑ₀以上（判定結果がＹ
ＥＳ）であれば、圧縮機１の潤滑が良好に行なわれると
判定してステップＳ７０に進む。このステップＳ７０で
は、液冷媒の流量Ｐが所定流量Ｐ₀より小さいか否かを
判定し、液冷媒の流量Ｐが所定流量Ｐ₀より小さいとき
（判定結果がＹＥＳ）、圧縮機１の吸い込み作動が良好
に行なわれると判定して、ステップＳ８０に進み、圧縮
機１をオンとする（つまり、電磁クラッチ１ａを接続状
態とする）。

【００５３】また、ステップＳ６０において判定結果が
ＮＯである場合、圧縮機１の潤滑が不十分であると判定
して、圧縮機１をオフとする（つまり、電磁クラッチ１
ａを非接続状態とする）。また、ステップＳ７０におい
て判定結果がＮＯである場合、圧縮機１の吸い込み作動
が良好に行なわれなくなると判定して、圧縮機１をオフ
とする（つまり、電磁クラッチ１ａを非接続状態とす
る）。

【００５４】（他の実施形態）まず、上記実施形態で
は、流量Ｐ、Ｑに基づいて圧縮機１のオンオフ（作動停
止）を制御していたが、これに限定されることはなく、
実験室において、冷凍サイクルを循環する潤滑油の流量
を検出、確認する、といった適用方法にとどめてもよ
い。

【００５５】この場合、冷凍サイクルの作動時に流量
Ｐ、Ｑを知る必要がない場合、冷凍サイクルの作動時に
は、センサ２０１、２０２の検出値を読み込むだけと
し、冷凍サイクルを停止させてから、センサ２０１、２
０２の検出値に基づいて流量Ｐ、Ｑの算出を行なっても
よい。また、上記実施形態では、Ｍ＝α×Ａと近似して
いたが、より正確に流量を検出したいときは、質量Ｍと
センサ２０１、２０２のデータＡとの関係を示すマップ
を電気制御装置１１０の内部に予め記憶させておき、こ
のマップに基づいて、検出値Ａから質量Ｍを見出しても
よい。なお、液冷媒の質量Ｎについても同様である。

【００５６】また、潤滑油の流量Ｑと液冷媒の流量Ｐと
の流量比Ｑ／Ｐに基づいて、圧縮機１のオンオフを制御
してもよい。すなわち、上記流量比Ｑ／Ｐが所定流量比
以上であるときは、圧縮機１の潤滑が良好に行なわれる
と判定して圧縮機をオンとし、上記流量比Ｑ／Ｐが所定
流量比より小さいときは、圧縮機１の潤滑が不十分であ
ると判定して圧縮機をオフとしてもよい。

【００５７】また、上記実施形態では、冷媒配管Ｐ５に
本発明を適用していたが、この冷媒配管Ｐ５以外の冷媒
配管Ｐ１〜Ｐ４や、他の種々の流体配管に適用してもよ
い。また、上記実施形態では、上記蛍光を受光する２つ
のフォトセンサ２０１、２０２を設けることにより、潤
滑油の流速を算出していたが、常に液冷媒が流れる冷媒
配管に本発明を適用する場合、上記透過光を受光する２
つのフォトセンサを設けることにより、液冷媒の流速を
算出してもよい。この場合、蛍光を受光するフォトセン
サを１つとし、このフォトセンサの検出値と、液冷媒の
流速とから、潤滑油の流量を算出してもよい。

【００５８】また、上記実施形態では、上記平均値ｆ_av
と上記平均値ｇ_avの平均値を用いて潤滑油の流量Ｑを算
出していたが、上記平均値ｆ_avまたは上記平均値ｇ_avを
用いてもよいし、ｆ_iおよびｇ_iの少なくとも１つを用
いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍サイクルの全体構成図および電気
ブロック図である。

【図２】本発明の実施形態の流量検出装置の断面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】本発明の実施形態における流量検出装置の構成
部品の配置関係を示す図である。

【図５】フォトセンサ２０１、２０２の配置構造を示す
とともに、フォトセンサ２０１、２０２の検出波形の一
例を示すグラフである。

【図６】本発明の実施形態における作動を説明するフロ
ーチャートである。

【図７】従来技術における流量検出装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｐ５…冷媒配管（流体配管）、１０…透光円筒部材（流
体配管）、２９…光源、１０Ａ…入射用透光部、１０
Ｂ、１０Ｃ…第１、第２出射用透光部、２０１、２０２
…フォトセンサ（第１、第２光学的検出手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流れる流体配管（Ｐ５、１０）に
おける流体の流量を検出する流量検出装置であって、光源（２９）と、前記流体配管（Ｐ５、１０）に設けられ、前記光源（２
９）からの光を流体に向けて入射させる入射用透光部
（１０Ａ）と、前記流体配管（Ｐ５、１０）に設けられ、前記入射用透
光部（１０Ａ）から流体に向けて入射された光を、前記
流体配管（Ｐ５、１０）外部へ出射させる第１出射用透
光部（１０Ｂ）と、前記流体配管（Ｐ５、１０）において、前記第１出射用
透光部（１０Ｂ）と流体の流れ方向に所定距離（Ｌ）を
隔てて配され、前記入射用透光部（１０Ａ）から流体に
向けて入射された光を、前記流体配管（Ｐ５、１０）外
部へ出射させる第２出射用透光部（１０Ｃ）と、前記第１出射用透光部（１０Ｂ）から出射された光を受
光し、この受光量の変化に基づいて、前記第１出射用透
光部（１０Ｂ）近傍における流体の質量変化を検出する
第１光学的検出手段（２０１）と、前記第２出射用透光部（１０Ｃ）から出射された光を受
光し、この受光量の変化に基づいて、前記第２出射用透
光部（１０Ｃ）近傍における流体の質量変化を検出する
第２光学的検出手段（２０２）と、前記第１光学的検出手段（２０１）の検出値と前記第２
光学的検出手段（２０２）の検出値との位相差（θ）を
算出する位相差算出手段（Ｓ１５、Ｓ２０）と、前記位相差算出手段（Ｓ１５、Ｓ２０）にて算出される
位相差（θ）と、前記所定距離（Ｌ）に基づいて、流体
の流速（Ｖ）を算出する流速算出手段（Ｓ３０）と、前記流速算出手段（Ｓ３０）にて算出される流速（Ｖ）
と、前記第１光学的検出手段（２０１）および前記第２
光学的検出手段（２０２）の少なくとも一方の検出値
（Ａ）に基づいて、流体の流量（Ｑ）を算出する流量算
出手段（Ｓ４０、Ｓ５０）とを備えることを特徴とする
流量検出装置。
【請求項２】前記流体配管は、圧縮機（１）、凝縮器
（２）、膨張弁（４）、蒸発器（５）を接続するととも
に、流体として潤滑油および冷媒が流れる冷媒配管（Ｐ
１〜Ｐ５、１０）からなり、前記第１光学的検出手段（２０１）および前記第２光学
的検出手段（２０２）は、前記第１出射用透光部（１０
Ｂ）および前記第２出射用透光部（１０Ｃ）近傍におけ
る潤滑油および冷媒の一方の質量変化を検出し、前記流速算出手段（Ｓ３０）により、潤滑油および冷媒
の一方の流速（Ｖ）を算出し、前記流量算出手段（Ｓ４０）により、潤滑油および冷媒
の一方の流量（Ｑ）を算出することを特徴とする請求項
１に記載の流量検出装置。
【請求項３】前記冷媒配管（Ｐ５、１０）のうち、前
記第１出射用透光部（１０Ｂ）および前記第２出射用透
光部（１０Ｃ）の近傍に設けられ、前記入射用透光部
（１０Ａ）から潤滑油および冷媒に向けて入射された光
を、前記冷媒配管（Ｐ５、１０）外部へ出射させる第３
出射用透光部（１０Ｄ）と、前記第３出射用透光部（１０Ｄ）から出射された光を受
光し、この受光量の変化に基づいて、前記第３出射用透
光部（１０Ｄ）近傍における潤滑油および冷媒の他方の
質量変化を検出する第３光学的検出手段（２８）と、前記第３出射用透光部（１０Ｄ）の検出値（Ｂ）と、前
記流速算出手段（Ｓ３０）にて算出される流速（Ｖ）と
に基づいて、潤滑油および冷媒の他方の流量（Ｐ）を算
出する流量算出手段（Ｓ５０）とを備えることを特徴と
する請求項２に記載の流量検出装置。
【請求項４】請求項２または３に記載の流量検出装置
と、前記流量算出手段（Ｓ４０、Ｓ５０）にて算出される流
量（Ｐ、Ｑ）が所定値（Ｐ₀、Ｑ₀）以上であるか否か
を判定する判定手段（Ｓ６０、Ｓ７０）と、前記判定手段（Ｓ６０、Ｓ７０）の判定結果に基づい
て、前記圧縮機（１）の作動停止を制御する制御手段
（Ｓ８０、Ｓ９０）とを備えることを特徴とする冷凍サ
イクルの制御装置。