JPWO2008078370A1 - 冷凍サイクル用液バック検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクルＣを循環する冷媒Ｒにより発生する液バックを検出するに際し、少なくとも冷媒温度Ｔｒを検出可能な温度検出素子部２を、低圧側の冷媒Ｒ中に臨ませて取付けるとともに、この温度検出素子部２の検出結果に基づく検出信号Ｖｓｉを信号処理して得た出力信号Ｖｓの大きさを、予め液バックを検出可能に設定した閾値Ｖｓｒと比較し、出力信号Ｖｓの大きさが閾値Ｖｓｒに達したことにより液バックを検出する。これにより、液バックそのものを直接的に検知する。

Description

本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒により発生する液バックを検出する際に用いて好適な冷凍サイクル用液バック検出方法及び装置に関する。

一般に、圧縮機，凝縮器，膨張弁，蒸発器をループ状に接続することにより冷媒を循環させる冷媒回路を構成する冷凍サイクルは知られている。冷媒回路における冷媒は、冷媒ガスが圧縮機により圧縮された後、凝縮器により冷媒液となり、さらに、膨張弁を通過し、蒸発器により外部の熱が吸収された後、再び冷媒ガスとなって圧縮機に戻されるサイクルが繰り返される。したがって、蒸発器により外部の熱が十分に吸収されない場合、冷媒液の一部が蒸発しないまま圧縮機に吸入される液バック現象を起こし、気体を圧縮する装置である圧縮機にとって重大な故障原因となる。

ところで、液バックの発生は、過熱度を監視することによりある程度予想できるため、この過熱度を求め、膨張弁の開度を制御することにより液バックの発生を予防することもできるが、万が一、液バックが発生したときは、速やかに圧縮機を停止させるなどの保護機能が必要となり、この場合、液バックの発生自体を液バック検出装置により検出する必要がある。

従来、液バックを検出する液バック検出装置としては、特許文献１で開示される冷凍機の液バック検知装置が知られている。この液バック検知装置は、冷凍機を構成する圧縮機のケーシングの歪み量から冷媒の液バックを検知するものであり、冷凍機を構成する圧縮機に取り付けて当該圧縮機のＡＥ（アコースティックエミッション）を検出するＡＥセンサーと、このＡＥセンサーから検出した信号波形を増幅する増幅器と、この増幅器で増幅した信号波形を所定の歪み波形の基準値と比較して冷凍機の液バック発生の有無を判定し、液バック発生を報知する信号を出力する比較・判定器を備えたものである。
日本国特許公開公報Ｎｏ．１１（１９９９）−２７０９３７

しかし、このような従来の冷凍サイクル用液バック検出装置は、次のような問題点があった。

第一に、液バックを検知するに際し、圧縮機のケーシングを利用するため、液バックの発生を迅速に検知できない。即ち、液バックそのものを直接的に検出するものではなく、圧縮機のケーシングを介した間接的な検知のため、液バックの検出に時間的な遅れを生じる。

第二に、圧縮機のケーシングの歪みに基づいて検出するため、液バックの発生を正確かつ確実に検出できない。即ち、ケーシングの歪みが液バックの発生によるものか他の原因によるものかを判別できないとともに、液バックが僅かな場合には検知できない虞れもある。

第三に、ＡＥセンサー及びこのＡＥセンサーにより検出した信号波形を周波数分析するなど、液バックを検出する際の検出系及び信号処理系を構成する回路が大掛かりで煩雑になるため、無視できないコストアップ要因となる。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した冷凍サイクル用液バック検出方法及び装置の提供を目的とするものである。

本発明に係る冷凍サイクル用液バック検出方法は、上述した課題を解決するため、冷凍サイクルＣを循環する冷媒Ｒにより発生する液バックを検出するに際し、少なくとも冷媒温度Ｔｒを検出可能な温度検出素子部２を、低圧側の冷媒Ｒ中に臨ませて取付けるとともに、この温度検出素子部２の検出結果に基づく検出信号Ｖｓｉを信号処理して得た出力信号Ｖｓの大きさを、予め液バックを検出可能に設定した閾値Ｖｓｒと比較し、出力信号Ｖｓの大きさが閾値Ｖｓｒに達したことにより液バックを検出するようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る液バック検出装置１は、上述した課題を解決するため、低圧側の冷媒Ｒ中に臨ませて取付けることにより、少なくとも冷媒温度Ｔｒを検出可能な温度検出素子部２及びこの温度検出素子部２の検出結果に基づく検出信号Ｖｓｉを信号処理する信号処理回路３ｓを有する物理量検出手段Ｍｓと、少なくとも信号処理回路３ｓの出力信号Ｖｓの大きさが、液バックを検出可能に設定した閾値Ｖｓｒに達したことを検出する液バック検出処理手段Ｍｐを備えることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、温度検出素子部２には、サーミスタ２ｓを用いることができる。また、サーミスタ２ｓには所定電流Ｉｓを流した状態にして出力信号Ｖｓを得ることができる。なお、閾値Ｖｓｒは、サーミスタ２ｓに付着した冷媒Ｒ液が蒸発（気化）する際の温度低下により変化する出力信号Ｖｓの大きさを検出可能に設定できる。一方、温度検出素子部２は、冷凍サイクルＣに備える圧縮機１１の吸入低圧側における冷媒流路Ｋｂの冷媒温度Ｔｒを検出可能に取付けることができる。また、液バック検出処理手段Ｍｐには、出力信号Ｖｓの大きさが閾値Ｖｓｒに達したことに基づいて液バック対応処理を行う液バック対応処理手段Ｍｕ、例えば、少なくとも、液バックの発生を報知する液バック発生報知機能，膨張弁１４の開度を調整して液バックを改善する液バック改善処理機能，圧縮機１１の運転を停止する圧縮機運転停止機能，の少なくとも一つを含む液バック対応処理手段Ｍｕを設けることができる。

他方、温度検出素子部２には、サーミスタ２ｓに加え、少なくとも冷媒温度Ｔｒを検出可能な第二のサーミスタ２ａを設けることができる。また、第二のサーミスタ２ａの検出結果に基づく検出信号Ｖａｉを信号処理する第二の信号処理回路３ａを設けることができるとともに、この第二の信号処理回路３ａの出力信号Ｖａを少なくとも冷媒温度Ｔｒに変換する冷媒温度変換部４を有する物理量変換手段Ｍｃを設けることができる。さらに、この冷媒温度変換部４から得る冷媒温度Ｔｒを利用して算出した過熱度に基づいて膨張弁１４の開度を制御する膨張弁制御手段Ｍｅを設けることができる。なお、温度検出素子部２は、冷凍サイクルＣを構成する主回路となる冷媒流路Ｋｂに直接接続してもよいし、冷凍サイクルＣを構成する主回路に対して並列に接続した分岐冷媒流路Ｋｓに接続してもよい。

このような本発明に係る冷凍サイクル用液バック検出方法及び装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 温度検出素子部２を冷媒Ｒ中に臨ませて取付けるため、液バックそのものを直接的に検知でき、液バックの発生を迅速に検出できるとともに、液バックの発生自体を正確に検出でき、しかも、僅かな液バックであっても確実に検出できる。また、液バックを検出する際の検出系及び信号処理系を構成する回路を簡易化及び単純化できるため、取付容易性及びコストダウンにも寄与できる。

（２） 好適な態様により、温度検出素子部２にサーミスタ２ｓを用いれば、コスト面及び検出精度面の双方に最適となる温度検出素子部２を容易に構成できる。

（３） 好適な態様により、サーミスタ２ｓに所定電流Ｉｓを流した状態にして出力信号Ｖｓを得るようにすれば、サーミスタ２ｓに予熱を付与した状態となり、より確実に液バックを検出できる。

（４） 好適な態様により、閾値Ｖｓｒを、サーミスタ２ｓに付着した冷媒Ｒ液が蒸発（気化）する際の温度低下により変化する出力信号Ｖｓの大きさを検出可能に設定すれば、冷媒Ｒ液がサーミスタ２ｓに付着した際に生じる急速な温度低下によって液バックを確実に検出できる。

（５） 好適な態様により、液バック検出処理手段Ｍｐに、出力信号Ｖｓの大きさが閾値Ｖｓｒに達したことに基づいて液バック対応処理を行う液バック対応処理手段Ｍｕ、例えば、少なくとも、液バックの発生を報知する液バック発生報知機能，膨張弁１４の開度を調整して液バックを改善する液バック改善処理機能，圧縮機１１の運転を停止する圧縮機運転停止機能，の少なくとも一つを含む液バック対応処理手段Ｍｕを設ければ、液バックの検出に対応して圧縮機１１を保護する対策を的確に講じることができる。

（６） 好適な態様により、温度検出素子部２に、サーミスタ２ｓに加え、少なくとも冷媒温度Ｔｒを検出可能な第二のサーミスタ２ａを設ければ、ハウジング部を共用した少なくとも二つのサーミスタ２ｓ，２ａを内蔵する温度検出素子部２を構成でき、温度検出素子部２の多機能性及び発展性を高めることができる。

（７） 好適な態様により、第二のサーミスタ２ａの検出結果に基づく検出信号Ｖａｉを信号処理する第二の信号処理回路３ａを設けるとともに、この第二の信号処理回路３ａの出力信号Ｖａを少なくとも冷媒温度Ｔｒに変換する冷媒温度変換部４を有する物理量変換手段Ｍｃを設け、さらに、冷媒温度変換部４から得る冷媒温度Ｔｒを利用して算出した過熱度に基づいて膨張弁１４の開度を制御する膨張弁制御手段Ｍｅを設ければ、冷媒温度Ｔｒを得るために別途の位置に設ける温度センサを不要にできるとともに、液バックを予防する側面から圧縮機１１の更なる保護を図ることができる。

（８） 好適な態様により、温度検出素子部２を、冷凍サイクルＣを構成する主回路に対して並列に接続した分岐冷媒流路Ｋｓに接続すれば、サーミスタ２ｓの検出精度を高めることができるとともに、サーミスタ２ｓに所定電流Ｉｓを常時流して使用する場合であっても電流を小さくできる。

本発明の最良の実施形態に係る冷凍サイクル用液バック検出方法の処理手順を説明するためのフローチャート、 本発明の最良の実施形態に係る冷凍サイクル用液バック検出装置を備える冷凍サイクルの回路図、 同液バック検出装置に用いる冷媒センサの接続位置を変更した冷凍サイクルの回路図、 同液バック検出装置に用いる冷媒センサの断面構成図、 同冷媒センサの接続態様の変更例を含む外観構成図、 同液バック検出装置を含むブロック回路図、 同液バック検出装置を含む具体的回路例を示す電気回路図、 同液バック検出方法を説明するための液バックの有無に基づく冷媒流量対出力電圧の関係を示すデータ図、 同液バック検出方法を説明するための液バックの有無に基づく他の水温における冷媒流量対出力電圧の関係を示すデータ図、

符号の説明

１：液バック検出装置，２：温度検出素子部，２ｓ：サーミスタ，２ａ：第二のサーミスタ，３ｓ：信号処理回路，３ａ：第二の信号処理回路，４：冷媒温度変換部，１１：圧縮機，１４：膨張弁，Ｃ：冷凍サイクル，Ｒ：冷媒，Ｋｂ：冷媒流路，Ｋｓ：分岐冷媒流路，Ｍｓ：物理量検出手段，Ｍｐ：液バック検出処理手段，Ｍｕ：液バック対応処理手段，Ｍｃ：物理量変換手段，Ｍｅ：膨張弁制御手段，Ｖｓ：出力信号，Ｖｓｉ：検出信号，Ｖｓｒ：閾値，Ｖａ：出力信号，Ｖａｉ：検出信号，Ｉｓ：所定電流

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る液バック検出装置１を用いることができる冷凍サイクルＣの概要について、図２を参照して説明する。

冷凍サイクルＣは、冷媒Ｒを循環させるループ状の冷媒回路１０を備える。図中、冷媒Ｒは、流通方向を表す点線矢印で示す。冷媒回路１０は、基本構成として、冷媒配管を介して順次直列に接続した、圧縮機１１，凝縮器１２，冷媒ドライヤ１３，電子膨張弁１４，熱交換器（蒸発器）１５及びアキュムレータ１１ａを備える。なお、例示の圧縮機１１とアキュムレータ１１ａは一体型である。その他、１７は凝縮器１２に付設した空冷用の凝縮器ファンを示す。また、１８はキャピラリチューブ１９及び制御バルブ２０を直列接続したホットガスバイパス回路であり、このバイパス回路１８は、一端を圧縮機１１と凝縮器１２間に接続し、他端を電子膨張弁１４と熱交換器１５間に接続する。他方、２５は被冷却系であり、熱交換器１５の二次側１５ｓに接続する。したがって、冷媒回路１０は、熱交換器１５の一次側１５ｆに接続される。これにより、被冷却系２５に備える被冷却対象を冷却する冷却水Ｗが熱交換器１５の二次側１５ｓ及び被冷却系２５間を循環するとともに、冷却水Ｗは熱交換器１５の一次側１５ｆに流通する冷媒Ｒとの熱交換により冷却される。この場合、冷凍サイクルＣの基本的な機能（動作）は公知の冷凍サイクルと同じである。

次に、本実施形態に係る液バック検出装置１の具体的構成について、図６〜図９を参照して説明する。

液バック検出装置１は、図２に示すように、冷凍サイクルＣにおける圧縮機１１の吸入低圧側の冷媒流路Ｋｂに接続する冷媒センサ３０を備える。冷媒センサ３０は、図４に示すように、カップ状のカバー部３２の開口部に平板状のベース部３３を固着して密閉したハウジング部３１を備えるとともに、ベース部３３に一端側を固着してハウジング部３１の内部に連通する冷媒流入口３４と冷媒流出口３５を備える。また、ベース部３３には三本のリード部（電極部）３６ａ，３６ｂ，３６ｃを貫通させて取付ける。なお、各リード部３６ａ，３６ｂ，３６ｃとベース部３３間は絶縁部により電気的に絶縁する。そして、ハウジング部３１の内部に臨む三本のリード部３６ａ，３６ｂ，３６ｃのうち一本のリード部３６ａを共通リードとし、リード部３６ａとリード部３６ｂ間に一つのサーミスタ２ａを接続するとともに、リード部３６ａとリード部３６ｃ間にもう一つのサーミスタ２ｓを接続する。したがって、冷媒センサ３０は、二つのサーミスタ２ａ，２ｓを内蔵し、いずれのサーミスタ２ａ，２ｓもハウジング部３１内で冷媒Ｒに臨む。これにより、ハウジング部３１を共用した少なくとも二つのサーミスタ２ｓ，２ａを内蔵する温度検出素子部２を構成でき、温度検出素子部２の多機能性及び発展性を高めることができる。一方、ハウジング部３１の外部に突出した三本のリード部３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、図２に示すように、コントローラ４０に接続する。

図６に、コントローラ４０のブロック回路を示す。同図中、２ａ，２ｓは、冷媒センサ３０に内蔵する二つのサーミスタを示す。この場合、一方のサーミスタ２ｓが本実施形態に係る液バック検出装置１に用いる基本形態の温度検出素子部２となり、他方のサーミスタ２ａがこの温度検出素子部２に追加して冷媒温度及び冷媒圧力を検出する第二のサーミスタとなる。なお、温度検出素子部２にサーミスタ２ｓ，２ａを用いることにより、コスト面及び検出精度面の双方に最適となる温度検出素子部２を容易に構成できる。

サーミスタ２ａは、一端を直流電源（例えば、ＤＣ１２〔Ｖ〕）４１のホットラインに接続するとともに、他端を、抵抗Ｒ１を介して印加電圧調整部４２に接続する。また、サーミスタ２ａに対して抵抗Ｒ２を並列に接続する。この場合、抵抗Ｒ１とＲ２は、サーミスタ２ａの温度変化による抵抗値変化ができる限り直線になるものを選定する。さらに、抵抗Ｒ１の両端は、抵抗Ｒ１の端子電圧Ｖａｉに基づいてサーミスタ２ａの抵抗値を検出する抵抗値検出部４３に接続するとともに、抵抗値検出部４３の出力側は、この抵抗値検出部４３の出力電圧の大きさを調整する出力電圧調整部４４に接続する。この出力電圧調整部４４からは、出力電圧Ｖａが出力し、この出力電圧Ｖａは処理部４５に付与される。したがって、印加電圧調整部４２，抵抗値検出部４３及び出力電圧調整部４４がサーミスタ２ａの検出結果に基づく検出信号（端子電圧）Ｖａｉを信号処理する信号処理回路３ａを構成する。

処理部４５は、冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５を備え、出力電圧Ｖａは、これら冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５にそれぞれ付与される。冷媒温度変換部４は、予め実際の冷媒温度Ｔｒｄと出力電圧Ｖａの相関関係により求めたデータベース（データテーブル）Ｄｔを用いて、出力電圧Ｖａを冷媒温度Ｔｒに変換する機能を備える。冷媒圧力変換部５は、予め実際の冷媒圧力Ｐｒｄと出力電圧Ｖａの相関関係により求めたデータベース（データテーブル）Ｄｐを用いて、出力電圧Ｖａを冷媒圧力Ｐｒに変換する機能を備える。そして、冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５の出力は、出力部４６に付与され、表示処理及び記憶処理などの必要な出力処理が行われる。したがって、冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５は物理量変換手段Ｍｃを構成する。

一方、液バックの検出に用いるサーミスタ２ｓは、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と共に検出回路５１を構成し、抵抗Ｒ３とＲ５の接続点及びサーミスタ２ｓと抵抗Ｒ４の接続点は、それぞれ抵抗値検出部５２に接続する。また、サーミスタ２ｓと抵抗Ｒ３の接続点は、直流電源４１のホットラインに接続するとともに、抵抗Ｒ４とＲ５の接続点はトランジスタＱ（コレクタ−エミッタ間）を介してアースラインに接続する。さらに、抵抗値検出部５２の出力側は、加熱電流設定部５３に接続するとともに、加熱電流設定部５３の出力側はトランジスタＱのベースに接続する。これにより、サーミスタ２ｓと抵抗Ｒ４間の接続点には、検出電圧（検出信号）Ｖｓｉが得られるとともに、トランジスタＱのコレクタ（抵抗Ｒ４とＲ５の接続点）には、出力電圧（出力信号）Ｖｓが得られ、この出力電圧Ｖｓは処理部４５に付与される。したがって、検出回路５１，抵抗値検出部５２，加熱電流設定部５３及びトランジスタＱは、温度検出素子部２の検出結果に基づく検出信号Ｖｓｉを信号処理する信号処理回路３ｓを構成するとともに、この信号処理回路３ｓと温度検出素子部２が物理量検出手段Ｍｓを構成する。

処理部４５には、液バック検出部６を備える。この液バック検出部６には、予め、液バックを検出可能な閾値Ｖｓｒを設定する。この閾値Ｖｓｒは、次のように設定することができる。液バック現象は、熱交換が十分に行われない冷媒Ｒがミスト状又は液塊状となって圧縮機１１に戻される現象であり、液バックが発生した場合、ミスト状又は液塊状となった液体の冷媒Ｒが圧縮機１１により液圧縮されるため、圧縮機１１の重大な故障原因となる。冷媒センサ３０は、サーミスタ２ｓが冷媒Ｒに直接臨むため、液バックによりミスト状又は液塊状の冷媒Ｒが戻されるとサーミスタ２ｓの表面に付着する。この際、サーミスタ２ｓには後述する所定電流Ｉｓが流れ、予熱が付与された状態になるため、サーミスタ２ｓの表面に付着した液体の冷媒Ｒは、直ぐに蒸発（気化）する。これにより、サーミスタ２ｓの表面温度は急速に低下するとともに、出力電圧Ｖｓも急速に低下する。したがって、この出力電圧Ｖｓの大きさを監視すれば、液バックを検出できるため、閾値Ｖｓｒは、サーミスタ２ｓに付着した冷媒Ｒ液が蒸発（気化）する際の温度低下により急速に低下する出力電圧Ｖｓの大きさを検出可能に設定する。

この点について更に具体的に説明する。図８及び図９には、液バックの有無に基づく冷媒流量Ｆｃ〔ｋｇ／ｈ〕対出力電圧Ｖｓ〔Ｖ〕の関係を示す。なお、図８は熱交換器１５により冷却される冷却水Ｗの水温が１１〔℃〕、図９は同水温が３２〔℃〕の場合をそれぞれ示す。図８及び図９において、黒点で示すＶｓｂが、液バックが発生していない正常状態における出力電圧Ｖｓを示すとともに、白点で示すＶｓｗが、液バックが発生した状態における出力電圧Ｖｓを示す。これらのデータから明らかなように、正常状態では、出力電圧Ｖｓは、２〔Ｖ〕前後であるが、液バックが発生することにより、出力電圧Ｖｓは、０．５〔Ｖ〕以下に低下する。よって、液バックは適切な閾値Ｖｓｒを設定することにより容易に検出することができ、例示の場合には、閾値Ｖｓｒを、０．６〔Ｖ〕前後に設定することにより液バックを確実に検出（判別）できる。

液バック検出部６は、閾値Ｖｓｒにより信号処理回路３ｓから付与される出力電圧Ｖｓを監視し、液バックの発生有無を検出できるため、液バックを検出した場合には、液バック検出信号Ｓｘを出力部４６に付与する。したがって、液バック検出部６は、信号処理回路３ｓの出力信号Ｖｓの大きさが、液バックを検出可能に設定した閾値Ｖｓｒに達したことを検出する液バック検出処理手段Ｍｐの主要部を構成する。このため、処理部４５は、各種データ処理を行うことができるコンピュータ機能、即ち、ＣＰＵ，ＲＡＭ及びＲＯＭ等のハードウェア及び上述した検出処理（判別処理）等の各種処理を実行する処理プラグラム等のソフトウェアを備えている。

図７には、信号処理回路３ｓにおける抵抗値検出部５２及び加熱電流設定部５３の回路例を示し、ＯＰ４，ＯＰ５はオペアンプ、Ｒｖ２は電流調整用の可変抵抗、Ｒ２１〜Ｒ２９は抵抗（固定抵抗）である。また、同図には、前述した印加電圧調整部４２，抵抗値検出部４３及び出力電圧調整部４４の回路例を示し、ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３はオペアンプ、Ｒｖ１は出力電圧調整用の可変抵抗、Ｒ１１〜Ｒ１９は抵抗（固定抵抗）である。なお、図７中、図６と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にした。

更に、処理部４５には、冷媒流量変換部５４を備える。前述した出力電圧Ｖｓは、この冷媒流量変換部５４にも付与される。これにより、冷媒流量変換部５４では、出力電圧Ｖｓが冷媒流量に変換され、出力部４６に付与される。冷媒流量変換部５４は、予め実際の冷媒流量Ｆｃと出力電圧Ｖｓの相関関係から求めたデータテーブルＤｆを用いて、出力電圧Ｖｓを冷媒流量Ｆｃに変換する機能を備える。なお、変換する際には、必要により、冷媒温度，水温などのパラメータが考慮される。

次に、本実施形態に係る液バック検出装置１の使用方法及び動作について、図１〜図７を参照して説明する。

まず、冷凍サイクルＣに冷媒センサ３０を接続する際の接続方法について、図２〜図５を参照して説明する。

冷媒センサ３０は、図２に示すように、圧縮機１１の吸入低圧側における冷媒流路Ｋｂに直列に接続する。この場合、冷媒流路Ｋｂの中途位置を分割し、図４に示すように、一方の冷媒流路Ｋｂｆに冷媒流入口３４を接続するとともに、他方の冷媒流路Ｋｂｒに冷媒流出口３５を接続する。例示の圧縮機１１とアキュムレータ１１ａは一体型のため、冷媒流路Ｋｂは、圧縮機１１とアキュムレータ１１ａ間における冷媒流路となるが、必要により、アキュムレータ１１ａの流入側（上流側）を冷媒流路Ｋｂとして利用することもできる。図３は、アキュムレータ１１ａの流入側の冷媒流路（Ｋｂ）に冷媒センサ３０を接続した場合を示す。この場合、冷媒流路（Ｋｂ）の中途位置を分割し、一方の冷媒流路（Ｋｂｆ）に冷媒流入口３４を接続するとともに、他方の冷媒流路（Ｋｂｒ）に冷媒流出口３５を接続する。

また、冷媒センサ３０は、図５に示す接続態様によっても実施可能である。図２（図４）に示した冷媒センサ３０の接続態様は、冷媒流路Ｋｂに対して直列に接続することにより、全ての冷媒Ｒを冷媒センサ３０に流通させようにしたが、図５に示す接続態様は、冷媒流路Ｋｂに対して並列に分岐する検出用の分岐冷媒流路Ｋｓを設け、この分岐冷媒流路Ｋｓの中途位置に、冷媒センサ３０の冷媒流入口３４と冷媒流出口３５を接続したものである。このような分岐冷媒流路Ｋｓを設けることにより、サーミスタ２ｓの検出精度を高めることができるとともに、サーミスタ２ｓに所定電流Ｉｓを常時流して使用する場合でも電流を小さくできる。

冷媒センサ３０を接続する態様として、冷媒流路（主回路）Ｋｂに対して直列に接続する図２及び図４に示す接続態様（全流型）と、冷媒流路（主回路）Ｋｂに対して検出用分岐流路Ｋｓを並列に分岐させ、この検出用分岐流路Ｋｓに接続する図５に示す接続態様（分流型）を例示したが、単一の温度検出素子部２（冷媒センサ３０）を用いるが故に目的に対応した各種の接続位置又は接続態様を選択することができ、特に、吸入側には全流型を使用し、吐出側には全流型又は分流型のいずれかを使用するなどの使い分けも有効である。

次に、本実施形態に係る液バック検出方法を含む液バック検出装置１の動作について、図２〜図７を参照しつつ図１に示すフローチャートに従って説明する。

冷凍サイクルＣを運転することにより、冷媒回路１０を冷媒Ｒが循環し、熱交換器１５により冷却液Ｗが冷却（温調）される（ステップＳ１，Ｓ２）。この場合、アキュムレータ１１ａから流出した冷媒Ｒは、冷媒流路Ｋｂｆ及び冷媒流入口３４を通り、ハウジング部３１内に流入するとともに、さらに、冷媒流出口３５及び冷媒流路Ｋｂｒを通り、圧縮機１１に吸入される。

ハウジング部３１内には、二つのサーミスタ２ａ，２ｓが臨むため、冷媒Ｒは、サーミスタ２ａ，２ｓに直接接触し、冷媒温度Ｔｒに対応してサーミスタ２ａ，２ｓの抵抗値が変化する。この際、サーミスタ２ｓには、所定電流（一定電流）Ｉｓが流れるように設定される。即ち、サーミスタ２ｓ，抵抗Ｒ３，Ｒ４及びＲ５からなる検出回路５１に対しては直流電源４１からＤＣ電圧（例示は１２〔Ｖ〕）が印加されるとともに、この検出回路５１に直列に接続されたトランジスタＱ（コレクタ−エミッタ間）の回路を通して電流が流れる。そして、抵抗値検出部５２によりサーミスタ２ｓの抵抗値が検出されるとともに、この抵抗値の検出結果を受け、加熱電流設定部５３によりトランジスタＱのベース電圧が可変され、所定電流（一定電流）Ｉｓが流れるように設定（制御）される。なお、所定電流Ｉｓは、例えば、１００〔ｍＡ〕又は４０〔ｍＡ〕などに設定される。これにより、サーミスタ２ｓに予熱を付与した状態となり、より確実に液バックを検出できる。

また、トランジスタＱのコレクタ電圧は、サーミスタ２ｓの抵抗値の変化に対応して変化する出力電圧Ｖｓとなる。即ち、サーミスタ２ｓの抵抗値の変化（検出結果）に基づく検出電圧Ｖｓｉに対応する出力電圧Ｖｓが得られる。そして、この出力電圧Ｖｓは、処理部４５に備える液バック検出部６に付与される（ステップＳ３）。液バック検出部６には、液バックを検出する閾値Ｖｓｒが設定されているため、出力電圧Ｖｓと閾値Ｖｓｒの比較処理が行われる（ステップＳ４）。即ち、出力電圧Ｖｓが閾値Ｖｓｒに達したか否かが監視される。

今、この状態において液バックが発生した場合を想定する。液バックの発生により、ミスト状又は液塊状の冷媒Ｒ液が冷媒流路Ｋｂを流れるため、この冷媒Ｒ液がサーミスタ２ｓの表面に付着する。この際、サーミスタ２ｓは所定電流Ｉｓにより予熱されているため、付着した冷媒Ｒ液は直ぐに蒸発（気化）し、これにより、サーミスタ２ｓの表面温度が急速に低下するとともに、これに基づいて出力電圧Ｖｓも急速に低下する。この結果、出力電圧Ｖｓは閾値Ｖｓｒに達し、出力電圧Ｖｓと閾値Ｖｓｒの関係は、Ｖｓ≦Ｖｓｒとなる（ステップＳ５）。よって、液バック検出部６では、液バックの発生が検出され、液バック検出信号Ｓｘが出力する（ステップＳ６）。そして、液バック検出信号Ｓｘは、出力部４６に付与され、液バック対応処理が行われる（ステップＳ７）。この場合、出力部４６は、液バック対応処理手段Ｍｕを備えるため、例えば、液バック発生報知機能により液バックの発生を警報ランプ等で報知したり、或いは液バック改善処理機能により電子膨張弁１４の開度を調整して液バックを改善したり、さらに液バック改善処理機能によっても液バックが改善されないときに、圧縮機運転停止機能により圧縮機１１の運転を停止するなどの液バック対応処理が行われる。これにより、液バックの検出に対応した圧縮機１１を保護する対策が的確に講じられる。

他方、サーミスタ２ａを利用して冷媒温度Ｔｒと冷媒圧力Ｐｒを検出できる。即ち、サーミスタ２ａに対して直流電源４１からＤＣ電圧（１２〔Ｖ〕）が印加されるため、サーミスタ２ａと抵抗Ｒ１の並列回路、更には直列接続された抵抗Ｒ１を通して電流が流れる。一方、印加電圧調整部４２からは、抵抗Ｒ１に対して印加電圧調整用の電圧、例えば、９〔Ｖ〕が印加される。これにより、サーミスタ２ａに対する印加電圧は最大でも３〔Ｖ〕となり、サーミスタ２ａの自己発熱が有効に抑制される。そして、抵抗値検出部４３からは、サーミスタ２ａの抵抗値、即ち、抵抗Ｒ１の端子電圧Ｖａｉに基づいてサーミスタ２ａの抵抗値に比例した電圧が検出され、この電圧は出力電圧調整部４４に付与される。出力電圧調整部４４からは、内蔵する出力電圧調整用の可変抵抗器Ｒｖ１（図７）により大きさが調整された出力電圧（出力信号）Ｖａが出力する。

出力電圧調整部４４から出力した出力電圧Ｖａは、冷媒温度変換部４及び冷媒圧力変換部５の双方に付与される。冷媒温度変換部４では、出力電圧Ｖａに対応する冷媒温度ＴｒがデータベースＤｔから読出され、出力部４６に付与される。これにより、出力部４６では、得られた冷媒温度Ｔｒがデジタル表示部等によりリアルタイムで表示されるとともに、制御データなどとして制御系に付与される。また、必要により履歴データとして記憶部に記憶される。一方、冷媒圧力変換部５では、出力電圧Ｖａに対応する冷媒圧力ＰｒがデータベースＤｐから読出され、出力部４６に付与される。これにより、出力部４６では、得られた冷媒圧力Ｐｒがデジタル表示部等によりリアルタイムで表示されるとともに、制御データなどとして制御系に付与される。また、必要により履歴データとして記憶部に記憶される。このように、単一のサーミスタ２ａを利用して冷媒温度Ｔｒと冷媒圧力Ｐｒの双方を検出することができ、冷媒圧力Ｐｒを検出する別途の圧力センサが不要となる。

ところで、第二のサーミスタとなる他方のサーミスタ２ａからは冷媒温度Ｔｒと冷媒圧力Ｐｒを得ることができるため、液バックを予防する側面からの保護機能を持たせることができる。したがって、出力部４６には、サーミスタ２ａの検出結果に基づく冷媒温度Ｔｒを利用して算出した過熱度に基づいて電子膨張弁１４の開度を制御する膨張弁制御手段Ｍｅを備える。これにより、サーミスタ２ａの検出結果を信号処理して得る出力電圧Ｖａは、冷媒温度変換部４により冷媒温度Ｔｒに変換されるため（ステップＳ８，Ｓ９）、この冷媒温度Ｔｒが出力部４６に付与されれば、出力部４６における膨張弁制御手段Ｍｅにより、この冷媒温度Ｔｒと他の物理量情報、例えば、冷媒圧力又は他の位置における冷媒温度等に基づいて過熱度が算出される（ステップＳ１０）。そして、得られた過熱度に基づいて液バックが発生しないように電子膨張弁１４の開度が制御される（ステップＳ１１）。この制御は、冷凍サイクルＣの運転が終了するまで行われる（ステップＳ１２）。よって、液バックを予防する側面から圧縮機１１の更なる保護が図られる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の精神（要旨）を逸脱しない範囲において、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、温度検出素子部２を構成するサーミスタ２ｓは、二以上のサーミスタを組合わせてサーミスタ２ｓとする場合を排除しないとともに、サーミスタ２ｓのみで冷媒センサ３０を構成する場合を排除しない。また、サーミスタ２ｓに所定電流Ｉｓを流した例を説明したが、必ずしも流すことを要しない。さらに、液バック対応処理手段Ｍｕは、例示した液バック発生報知機能，液バック改善処理機能及び圧縮機運転停止機能のみならず外部への通信機能など他の各種機能を用いることができる。一方、処理部４５は、コンピュータ機能を用いた例を示したが、必要により同様の機能を発揮する電気回路により構成してもよい。なお、信号処理回路３ｓにおける信号処理には、検出電圧（検出信号）Ｖｓｉをそのまま出力電圧（出力信号）Ｖｓ（＝Ｖｓｉ）として出力する場合も含まれるとともに、信号処理回路３ａにおける信号処理には、端子電圧（検出信号）Ｖａｉをそのまま出力電圧（出力信号）Ｖａ（＝Ｖａｉ）として出力する場合も含まれる。また、本明細書における冷却水Ｗとは、水のみならず、空気，油等の各種流体を含むとともに、冷却対象と加熱対象の双方を含む概念である。

以上のように、本発明に係る冷凍サイクル用液バック検出方法及び装置１は、冷凍サイクルを循環する冷媒により発生する液バックを検出する際に用いて好適であり、各種冷却装置又は加熱装置、更には冷却装置及び加熱装置を含む各種温調装置に利用できる。

Claims (14)

1. 冷凍サイクルを循環する冷媒により発生する液バックを検出する冷凍サイクル用液バック検出方法において、少なくとも冷媒温度を検出可能な温度検出素子部を、低圧側の冷媒中に臨ませて取付けるとともに、この温度検出素子部の検出結果に基づく検出信号を信号処理して得た出力信号の大きさを、予め液バックを検出可能に設定した閾値と比較し、前記出力信号の大きさが前記閾値に達したことにより液バックを検出することを特徴とする冷凍サイクル用液バック検出方法。
2. 前記温度検出素子部には、サーミスタを用いることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル用液バック検出方法。
3. 前記サーミスタに所定電流を流した状態にして前記出力信号を得ることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル用液バック検出方法。
4. 前記閾値は、前記サーミスタに付着した冷媒液が気化（蒸発）する際の温度低下により変化する前記出力信号の大きさを検出可能に設定することを特徴とする請求項２又は３記載の冷凍サイクル用液バック検出方法。
5. 冷凍サイクルを循環する冷媒により発生する液バックを検出する冷凍サイクル用液バック検出装置において、低圧側の冷媒中に臨ませて取付けることにより、少なくとも冷媒温度を検出可能な温度検出素子部及びこの温度検出素子部の検出結果に基づく検出信号を信号処理する信号処理回路を有する物理量検出手段と、少なくとも前記信号処理回路の出力信号の大きさが、液バックを検出可能に設定した閾値に達したことを検出する液バック検出処理手段を備えることを特徴とする冷凍サイクル用液バック検出装置。
6. 前記温度検出素子部には、サーミスタを用いることを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル用液バック検出装置。
7. 前記温度検出素子部は、冷凍サイクルに備える圧縮機の吸入低圧側における冷媒流路の冷媒温度を検出可能に取付けることを特徴とする請求項５又は６記載の冷凍サイクル用液バック検出装置。
8. 前記液バック検出処理手段は、前記出力信号の大きさが前記閾値に達したことに基づいて液バック対応処理を行う液バック対応処理手段を有することを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル用液バック検出装置。
9. 前記液バック対応処理手段には、少なくとも、液バックの発生を報知する液バック発生報知機能，膨張弁の開度を調整して液バックを改善する液バック改善処理機能，圧縮機の運転を停止する圧縮機運転停止機能，の少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクル用液バック検出装置。
10. 前記温度検出素子部は、前記サーミスタに加え、少なくとも冷媒温度を検出可能な第二のサーミスタを備えることを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル用液バック検出装置。
11. 前記第二のサーミスタの検出結果に基づく検出信号を信号処理する第二の信号処理回路を備えるとともに、この第二の信号処理回路の出力信号を少なくとも冷媒温度に変換する冷媒温度変換部を有する物理量変換手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の冷凍サイクル用液バック検出装置。
12. 前記冷媒温度変換部から得る冷媒温度を利用して算出した過熱度に基づいて膨張弁の開度を制御する膨張弁制御手段を備えることを特徴とする請求項１１記載の冷凍サイクル用液バック検出装置。
13. 前記温度検出素子部は、前記冷凍サイクルを構成する主回路となる冷媒流路に直接接続することを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル用液バック検出装置。
14. 前記温度検出素子部は、前記冷凍サイクルを構成する主回路に対して並列に接続した分岐冷媒流路に接続することを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル用液バック検出装置。

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