WO2018229885A1

WO2018229885A1 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2018229885A1
Application number: PCT/JP2017/021914
Authority: WO
Inventors: 康敬落合
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2018-12-20
Also published as: JP7050775B2; JPWO2018229885A1

Abstract

冷凍サイクル装置は、液冷媒又は冷凍機油である液体を貯留する液溜め部（１５）と、前記液溜め部に設けられ、前記液溜め部内の液面の高さの検出に用いられる検出装置（２０）と、を備え、前記検出装置は、上端部及び下端部を有し、温度によって抵抗値が変化する熱電素子（２０３）と、第１端部（２０２Ａ１）及び第２端部（２０２Ａ２）を有し、前記第２端部が前記熱電素子の前記上端部に接続された第１通電体（２０２Ａ）と、第３端部（２０２Ｂ１）及び第４端部（２０２Ｂ２）を有し、前記第３端部が前記熱電素子の前記下端部に接続された第２通電体（２０２Ｂ）と、を備え、前記第１通電体（２０２Ａ）は、前記第１端部（２０２Ａ１）から前記第２端部（２０２Ａ２）にかけて下降するように配置され、前記第２通電体（２０２Ｂ）は、前記第３端部（２０２Ｂ１）から前記第４端部（２０２Ｂ２）にかけて下降するように配置されている。

Description

冷凍サイクル装置

　本発明は、液冷媒又は冷凍機油である液体を貯留する液溜め部と、該液溜め部内の液面の高さの検出に用いられる検出装置と、を備えた冷凍サイクル装置に関する。

　従来、液冷媒又は冷凍機油である液体を貯留する液溜め部を備えた冷凍サイクル装置が知られている。このような冷凍サイクル装置においては、液溜め部に、該液溜め部内の液面の高さの検出に用いられる検出装置が設けられている。

　液溜め部内の液面の高さを検出装置で検出する液面検出機構は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された液面検出機構は、液体及び気体が収容される容器と、上端部が容器の上面部に接続されて固定された支持材と、支持材の下端部に取り付けられた発熱抵抗体（発熱素子）と、発熱抵抗体の両端にかかる電圧を検出する電圧計と、を有している。

　液面高さを検出する際のセンサ部となる発熱抵抗体が容器内の液体に浸漬しているときと、液体に浸漬しておらず、気体に接触しているときとでは、電圧計で検出される電圧値が異なる。そこで、特許文献１に記載の液量検出機構は、発熱抵抗体が液体に浸漬しているか否かにより相違する電圧値に基づいて、容器内の液面の高さが発熱抵抗体よりも上方に存在するか下方に存在するかを検出することができる。

特開昭５９－２７２２３号公報

　冷凍サイクル装置においては、該冷凍サイクル装置の運転中、液溜め部内の気体が存在する領域には、つまり液溜め部内における液面よりも上方の領域には、ガス状冷媒だけでなく、液溜め部内に貯留される液体が滴状になって存在する。このため、従来の冷凍サイクル装置においては、この滴状の液体が検出装置のセンサ部である発熱抵抗体に付着して滞留したままの状態になり、発熱抵抗体が液体に浸漬していると誤判定してしまう場合がある。すなわち、従来の冷凍サイクル装置は、液面が発熱抵抗体よりも下方に存在するにもかかわらず、液面が発熱抵抗体よりも上方に位置していると誤判定してしまうという課題があった。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、液溜め部内の液面高さの誤判定を防止できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る冷凍サイクル装置は、液冷媒又は冷凍機油である液体を貯留する液溜め部と、前記液溜め部に設けられ、前記液溜め部内の液面の高さの検出に用いられる検出装置と、を備え、前記検出装置は、上端部及び下端部を有し、温度によって抵抗値が変化する熱電素子と、第１端部及び第２端部を有し、前記第２端部が前記熱電素子の前記上端部に接続された第１通電体と、第３端部及び第４端部を有し、前記第３端部が前記熱電素子の前記下端部に接続された第２通電体と、を備え、前記第１通電体は、前記第１端部から前記第２端部にかけて下降するように配置され、前記第２通電体は、前記第３端部から前記第４端部にかけて下降するように配置されている。

　本発明に係る冷凍サイクル装置は、液溜め部内の液面高さを検出する際のセンサ部である熱電素子に液滴が付着しても、該熱電素子に液滴が滞留することを防止できる。このため、本発明に係る冷凍サイクル装置は、液溜め部内の液面高さの誤判定を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成等の一例を示す図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置が有する液溜め部の構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置が有する液溜め部の構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置が有する検出装置の構成の一例を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における検出装置の設置構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置が有する検出装置の構成の一例を示す側面図であり、当該検出装置が液溜め部内に設置された状態を示す図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置が有する検出装置の構成の一例を示す側面図であり、当該検出装置が液溜め部内に設置された状態を示す図である。本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置において、表面に親水処理が施された熱電素子近傍を示す要部拡大図である。本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置において、表面に疎水処理又は撥水処理が施された熱電素子近傍を示す要部拡大図である。比較例であり、表面に親水処理、疎水処理及び撥水処理のいずれも施されていない熱電素子近傍を示す要部拡大図である。本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の構成の一例を概略的に示す縦断面図である。本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成等の一例を示す図である。図１２に示す冷凍サイクル装置に用いられるオイルセパレータの構成の一例を概略的に示す縦断面図である。

　以下、各実施の形態において、本発明に係る冷凍サイクル装置の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下、特に説明しない限り、同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成等の一例を示す図である。図１を参照して、冷凍サイクル装置１の冷媒回路等について説明する。

　冷凍サイクル装置１は、圧縮機１１と、凝縮器１２と、絞り装置１３と、蒸発器１４と、液溜め部１５と、液溜め部１５内の液面の高さの検出に用いられる検出装置２０と、制御装置５０とを主に有している。冷凍サイクル装置１は、図中矢印で示すように、冷媒回路を圧縮機１１、凝縮器１２、絞り装置１３、蒸発器１４及び液溜め部１５の順に流れる冷媒を備えている。

　圧縮機１１は、ガス冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する機能を有するものである。圧縮機１１は、冷媒吸入側が液溜め部１５に接続され、冷媒吐出側が凝縮器１２に接続されている。圧縮機１１は、例えば、インバータ圧縮機等で構成することができる。

　凝縮器１２（放熱器）は、該凝縮器１２を流れる冷媒と熱交換対象とを熱交換させ、冷媒を凝縮させて高圧液冷媒にするものである。例えば、冷凍サイクル装置１を空気調和装置として用い、該空気調和装置で冷房運転を行う場合、熱交換対象は室外空気となる。この際、凝縮器１２を流れる冷媒と室外空気との熱交換を促進するため、凝縮器１２の近傍に、室外空気を凝縮器１２に送風する送風機を設けてもよい。この送風機は、凝縮器１２と共に室外機に搭載される。

　絞り装置１３は、冷媒を減圧させるものであり、例えばキャピラリーチューブ、開度を調整することができる絞り弁等で構成することができる。絞り装置１３は、上流側が凝縮器１２に接続され、下流側が蒸発器１４に接続されている。

　蒸発器１４は、該蒸発器１４を流れる冷媒と熱交換対象とを熱交換させ、冷媒を蒸発させるものである。蒸発器１４は、上流側が絞り装置１３に接続され、下流側が液溜め部１５に接続されている。例えば、冷凍サイクル装置１を空気調和装置として用い、該空気調和装置で冷房運転を行う場合、熱交換対象は室内空気となる。この際、蒸発器１４を流れる冷媒と室内空気との熱交換を促進するため、蒸発器１４の近傍に、室内空気を蒸発器１４に送風する送風機を設けてもよい。この送風機は、蒸発器１４と共に室内機に搭載される。

　液溜め部１５は、液冷媒を貯留することができるものである。液溜め部１５は、上流側が蒸発器１４に接続され、下流側が圧縮機１１の吸入側に接続されている。以下、図２及び図３を用いて、液溜め部１５の一例を説明する。

　図２及び図３は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置が有する液溜め部の構成の一例を示す図である。なお、図２（ａ）は、液溜め部１５の縦断面図となっている。図２（ｂ）は、液溜め部１５の容器１５Ａの側面図となっている。図３（ａ）は、液溜め部１５の縦断面図となっている。図３（ｂ）は、液溜め部１５の容器１５Ａの底面図となっている。また、図２及び図３は、容器１５Ａ内に液冷媒Ｌ及びガス冷媒Ｇが存在している状態を模式的に示している。以下、図２及び図３を参照して、液溜め部１５の構成について説明する。

　液溜め部１５は、液冷媒を貯留する容器１５Ａを有している。図２及び図３に示すように、容器１５Ａの形状は、特に限定されない。また、液溜め部１５は、一方の端部が蒸発器１４と接続された入口管１５１を有している。入口管１５１は、途中部が例えば容器１５Ａの上部に固定されている。そして、入口管１５１は、例えば他方の端部等、容器１５Ａ内に配置されている箇所に開口部を有している。すなわち、蒸発器１４から流出した冷媒は、この開口部から、容器１５Ａ内へ流入する。蒸発器１４から容器１５Ａ内へ流入する冷媒が気液二相状態となっている場合、容器１５Ａ内へ流入した気液二相状態の冷媒は、液冷媒とガス冷媒とに分離する。そして、液冷媒は容器１５Ａ内の下部に貯留され、ガス冷媒は容器１５Ａ内の上部に貯留される。

　また、液溜め部１５は、一方の端部が圧縮機１１の吸入側に接続された出口管１５２を有している。出口管１５２は、途中部が例えば容器１５Ａの上部に固定されている。そして、出口管１５２は、例えば他方の端部等、容器１５Ａ内においてガス冷媒が存在する領域に配置されている箇所に開口部を有している。すなわち、液溜め部１５内に貯留されているガス冷媒は、この開口部から出口管１５２へ流入し、圧縮機１１に吸入される。

　検出装置２０は、液溜め部１５に貯留された液冷媒の液面高さを検出するのに利用される。検出装置２０は、液溜め部１５内の液面の高さの検出に用いられる情報を生成するセンサ部を有している。そして、液溜め部１５内の液面の高さは、センサ部によって生成された情報に基づいて、制御装置５０で算出される。後述のように、本実施の形態１では、検出装置２０のセンサ部として、温度によって抵抗値が変化する熱電素子を用いている。以下、図４を用いて、本実施の形態１に係る検出装置２０の一例について説明する。
　なお、図１では、検出装置２０は、液溜め部１５の上部から内部に設置されている。しかしながら、この設置構成は、本実施の形態１に係る検出装置２０の設置構成を限定するものではない。例えば、液溜め部１５内の側面に、検出装置２０を設置する構成でもよい。液溜め部１５内における検出装置２０の設置構成の詳細については、後述する。

　図４は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置が有する検出装置の構成の一例を示す斜視図である。
　検出装置２０は、温度によって抵抗値が変化する熱電素子２０３と、該熱電素子２０３と電気的に接続された２本の通電体２０２（第１通電体２０２Ａ、第２通電体２０２Ｂ）と、を備えている。そして、検出装置２０は、電線２０１を介して、制御装置５０と電気的に接続されている。なお、本実施の形態１及び以下の実施の形態では、電線２０１は、検出装置２０に電力を供給する電力供給用電線と、検出装置２０と制御装置５０との間で情報の伝達を行う通信用電線との総称とする。すなわち、電線２０１は、電力供給用電線及び通信用電線のうちの少なくとも一方で構成されているものとする。なお、検出装置２０と制御装置５０との間での情報の伝達は、無線で行われてもよい。

　検出装置２０をさらに詳しく説明すると、第１通電体２０２Ａの端部２０２Ａ１は、電線２０１と接続されている。第１通電体２０２Ａの端部２０２Ａ２は、熱電素子２０３の上端部２０３Ａと接続されている。第２通電体２０２Ｂの端部２０２Ｂ１は、熱電素子２０３の下端部２０３Ｂと接続されている。第２通電体２０２Ｂの端部２０２Ｂ２は、電線２０１と接続されている。
　ここで、第１通電体２０２Ａの端部２０２Ａ１が、本発明の第１端部に相当する。第１通電体２０２Ａの端部２０２Ａ２が、本発明の第２端部に相当する。第２通電体２０２Ｂの端部２０２Ｂ１が、本発明の第３端部に相当する。第２通電体２０２Ｂの端部２０２Ｂ２が、本発明の第４端部に相当する。

　熱電素子２０３は、電線２０１を介して制御装置５０から供給される電力によって自ら発熱する、自己発熱式の熱電素子である。熱電素子２０３として、例えば、素子温度により素子抵抗が変化することを利用したＮＴＣサーミスタ又はＰＴＣサーミスタ等の熱電素子を用いることができる。なお、ＮＴＣとは、「ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ」の略であり、ＰＴＣとは、「ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ」の略である。

　熱電素子２０３は、制御装置５０から供給される電力により発熱する。熱電素子２０３は、自身の有する熱（温度）と、自身の抵抗値との間に一定の関連性がある。例えば、熱電素子２０３がＰＴＣサーミスタである場合には、自身の温度と抵抗値との間には比例関係が成立する。また、熱電素子２０３がＮＴＣサーミスタである場合には、自身の温度と抵抗値との間には反比例の関係が成立する。

　例えば、熱電素子２０３が発熱式のＰＴＣサーミスタである場合には、熱電素子２０３の温度が増大するほどに熱電素子２０３の抵抗値が増大することになる。熱電素子２０３が液冷媒に触れている場合には、ガス冷媒に触れている場合よりも、熱電素子２０３の温度が低下することになるので、それに対応して熱電素子２０３の抵抗値も低下する。逆に、熱電素子２０３がガス冷媒に触れており、そのガス冷媒の速度がそれほど大きくない場合には、液冷媒に触れている場合よりも、抵抗値が高くなる。

　このように、検出装置２０の熱電素子２０３が液冷媒に触れているか、ガス冷媒に触れているかによって、熱電素子２０３の抵抗値が相違することになる。この抵抗値の相違により、液溜め部１５内の液冷媒の液面高さが熱電素子２０３よりも上方に存在するか下方に存在するかを検出することができる。すなわち、本実施の形態１に係る検出装置２０においては、センサ部である熱電素子２０３は、液溜め部１５内の液面の高さの検出に用いられる情報として、液面の高さによって変化する抵抗値を生成する。

　制御装置５０は、専用のハードウェア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）で構成される。

　制御装置５０が専用のハードウェアである場合、制御装置５０は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｇａｔｅ　ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置５０が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。

　制御装置５０がＣＰＵの場合、制御装置５０が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置５０の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。

　なお、制御装置５０の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

　本実施の形態１に係る制御装置５０は、液溜め部１５に貯留された液冷媒の液面高さを検出するための機能部として、電力供給部５１、液面高さを算出する算出部５２、及び記憶部５３を有する。電力供給部５１は、検出装置２０に電力を供給するものである。算出部５２は、検出装置２０のセンサ部で生成された液面の高さの検出に用いられる情報に基づき、液溜め部１５に貯留された液冷媒の液面高さを検出するものである。記憶部５３は、センサ部で生成された情報から液溜め部１５内の液冷媒の液面高さを算出するためのデータ等を記憶しているものである。

　例えば、算出部５２は、熱電素子２０３に供給されている電圧値及び電流値等から、熱電素子２０３の抵抗値を演算する。また、算出部５２は、熱電素子２０３の抵抗値から、記憶部５３に記憶されている所定のテーブルを用いて熱電素子２０３の温度を演算する。そして、算出部５２は、熱電素子２０３の温度に基づいて、液溜め部１５に貯留された液冷媒の液面高さがどこにあるかを算出する。詳しくは、算出部５２は、液溜め部１５に貯留された液冷媒の液面高さが熱電素子２０３よりも上方に存在するか下方に存在するかを算出する。なお、記憶部５３に記憶されている所定のテーブルとは、熱電素子２０３の抵抗値と温度との関係を示すテーブルである。

　なお、例えば、電力供給部５１は、熱電素子２０３に間欠的に電力を供給する構成としてもよい。そして、算出部５２は、熱電素子２０３の温度の上昇度合いにより、液溜め部１５に貯留された液冷媒の液面高さがどこにあるかを算出してもよい。

　また例えば、算出部５２は、熱電素子２０３の温度が規定温度に達するまでの時間から、液溜め部１５に貯留された液冷媒の液面高さがどこにあるかを算出してもよい。

　また例えば、算出部５２は、熱電素子２０３の抵抗値を温度に換算せず、熱電素子２０３の抵抗値に基づいて、液溜め部１５に貯留された液冷媒の液面高さがどこにあるかを算出してもよい。

　また、制御装置５０は、機能部として、判定部を有していてもよい。判定部は、例えば、算出部５２が算出した液冷媒の液面高さに基づいて、液溜め部１５内の液冷媒が容器１５Ａからオーバーフローするか否かを判定する。また例えば、判定部は、算出部５２が算出した液冷媒の液面高さに基づいて、冷凍サイクル装置１の冷媒回路に充填されている冷媒が漏洩しているか否かを判定する。冷凍サイクル装置１を設置した後に冷媒を充填する際、算出部５２が算出した液冷媒の液面高さに基づいて冷媒の充填量を算出する機能部等を、制御装置５０に設けてもよい。

　ここで、液溜め部１５に流入してくる液冷媒の一部は、滴状となって液溜め部１５に流入してくる場合がある。そして、この滴状の液冷媒が、検出装置２０の熱電素子２０３に付着する場合がある。また、液溜め部１５内の液冷媒が減少し、熱電素子２０３が液冷媒に浸漬した状態から浸漬しない状態となった場合にも、滴状の液冷媒が熱電素子２０３に付着する場合がある。このように滴状の液冷媒が熱電素子２０３に付着した場合、滴状の液冷媒が熱電素子２０３に滞留したままの状態になっていると、算出部５２は、熱電素子２０３が液冷媒に浸漬していると誤判定してしまう場合がある。すなわち、算出部５２は、液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも下方に存在するにもかかわらず、液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも上方に位置していると誤判定してしまうという場合がある。

　そして、液溜め部１５内の液冷媒の液面高さを誤判定した場合には、例えば次のような不都合が発生する場合がある。

　例えば、従来、冷媒回路の低圧側に液溜め部を設けた冷凍サイクル装置において、該液溜め部に貯留されている液冷媒の量が多い場合、蒸発器の出口過熱度を高めにして、過熱ガス化した冷媒を液溜め部内に流入させる制御を行う場合がある。液溜め部に貯留されていた液冷媒の一部を、冷媒回路の高圧側となる凝縮器に貯留させるためである。本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１においてこのような制御を行った際、液溜め部１５内の液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも下方に存在するにもかかわらず、液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも上方に位置していると誤判定してしまうと、必要以上の液冷媒が凝縮器１２に集まってしまう。このため、冷媒回路の高圧側の圧力が過度に上昇し、冷凍サイクル装置１は、正常に運転できなくなってしまう。
　そこで、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１においては、次のように、液溜め部１５内において検出装置２０を設置している。

　図５は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における検出装置の設置構成の一例を示す図である。なお、図５は、図３で示した液溜め部１５に検出装置２０を設置した例について示している。また、図５では、検出装置２０の設置構成が見やすいように、液溜め部１５の入口管１５１及び出口管１５２の図示を省略している。また、図５（ａ）は、内部に検出装置２０が設置された液溜め部１５の縦断面図となっている。図５（ｂ）は、内部に検出装置２０が設置された液溜め部１５を図５（ａ）のＺ方向から観察した縦断面図となっている。図５（ｃ）は、内部に検出装置２０が設置された液溜め部１５の横断面図となっている。

　図５に示すように、第１通電体２０２Ａは熱電素子２０３の上方に配置されており、第２通電体２０２Ｂは熱電素子２０３の下方に配置されている。また、第１通電体２０２Ａの端部２０２Ａ２は熱電素子２０３の上端部２０３Ａと接続されており、第２通電体２０２Ｂの端部２０２Ｂ１は熱電素子２０３の下端部２０３Ｂと接続されている。すなわち、第１通電体２０２Ａと熱電素子２０３との接続位置は、第２通電体２０２Ｂと熱電素子２０３との接続位置よりも高い位置となっている。また、第１通電体２０２Ａは端部２０２Ａ１から端部２０２Ａ２にかけて下降するように配置され、第２通電体２０２Ｂは端部２０２Ｂ１から端部２０２Ｂ２にかけて下降するように配置されている。すなわち、検出装置２０は、最上端部となる第１通電体２０２Ａの端部２０２Ａ１から、最下端部となる第２通電体２０２Ｂの端部２０２Ｂ２まで、順次下降するように配置されている。例えば、第１通電体２０２Ａ、熱電素子２０３及び第２通電体２０２Ｂは、略同一直線上に配置されている。図５は、第１通電体２０２Ａ、熱電素子２０３及び第２通電体２０２Ｂが垂直方向に延びる同一直線上に配置されている例を示している。

　このように液溜め部１５内に検出装置２０を設置することにより、第１通電体２０２Ａに付着した滴状の液冷媒は、熱電素子２０３及び第２通電体２０２Ｂを伝って、熱電素子２０３の下方まで落下していく。また、熱電素子２０３に付着した滴状の液冷媒は、第２通電体２０２Ｂを伝って、熱電素子２０３の下方まで落下していく。このため、このように液溜め部１５内に検出装置２０を設置することにより、滴状の液冷媒が熱電素子２０３に滞留することを防止できる。したがって、このように液溜め部１５内に検出装置２０を設置することにより、液溜め部１５内の液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも下方に存在するにもかかわらず、液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも上方に位置していると誤判定してしまうことを防止できる。

　以上、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１は、液冷媒を貯留する液溜め部１５と、液溜め部１５に設けられ、液溜め部１５内の液面の高さの検出に用いられる検出装置２０と、を備えている。また、検出装置２０は、上端部２０３Ａ及び下端部２０３Ｂを有し、温度によって抵抗値が変化する熱電素子２０３と、端部２０２Ａ１及び端部２０２Ａ２を有し、端部２０２Ａ２が熱電素子２０３の上端部２０３Ａに接続された第１通電体２０２Ａと、端部２０２Ｂ１及び端部２０２Ｂ２を有し、端部２０２Ｂ１が熱電素子２０３の下端部２０３Ｂに接続された第２通電体２０２Ｂと、を備えている。そして、第１通電体２０２Ａは、端部２０２Ａ１から端部２０２Ａ２にかけて下降するように配置され、第２通電体２０２Ｂは、端部２０２Ｂ１から端部２０２Ｂ２にかけて下降するように配置されている。

　このため、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１においては、熱電素子２０３に付着した滴状の液冷媒は、第２通電体２０２Ｂを伝って、熱電素子２０３の下方まで落下していく。したがって、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１は、滴状の液冷媒が熱電素子２０３に滞留することを防止できる。このため、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１は、液溜め部１５内の液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも下方に存在するにもかかわらず、液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも上方に位置していると誤判定してしまうことを防止できる。すなわち、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１は、算出部５２が液溜め部１５内の液冷媒の液面高さを誤判定してしまうことを防止できる。

　このため、例えば、液溜め部１５の容器１５Ａから液冷媒がオーバーフローするか否かの検出に検出装置２０を用いた場合、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１は、液溜め部１５の容器１５Ａから液冷媒がオーバーフローするか否かの誤検出を防止できる。したがって、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１は、圧縮機１１への液冷媒の戻りを防止でき、圧縮機１１の故障を防止できるので、圧縮機１１の信頼性を高めることができる。

　また例えば、冷凍サイクル装置１設置後の冷媒充填時、冷媒充填量の把握に検出装置２０を用いた場合、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１は、液溜め部１５の容器１５Ａ内の液量を把握できることから、冷媒回路への冷媒の過充填を防止することができる。

　また例えば、液溜め部１５内の液冷媒の量の変化を検出装置２０を用いて検出し、冷媒回路内からの冷媒漏洩を検知する場合、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１は、冷媒漏洩を的確に検出することができるので、地球温暖化を抑制することができる。また、可燃性冷媒を冷媒回路内に充填する冷凍サイクル装置においては、冷媒漏洩を適切に検出することが特に重要となる。このため、可燃性冷媒を冷媒回路内に充填する冷凍サイクル装置として本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１を採用することは、非常に有用である。

　なお、本実施の形態１に係る検出装置２０においては、自己発熱式の熱電素子２０３を用いた。すなわち、センサ部である熱電素子２０３が、加熱部の機能も有する構成となっていた。しかしながら、本実施の形態１に係る検出装置２０は、センサ部である熱電素子２０３として自己発熱式でない熱電素子を用い、加熱部を熱電素子２０３とは別に備えていてもよい。この場合、加熱部として、例えば、抵抗体等を採用することができる。また、熱電素子２０３として、サーミスタ等、種々の熱電素子を採用することができる。熱電素子２０３に加熱部を接触させ、該加熱部に通電して熱電素子２０３を加熱することにより、自己発熱式の熱電素子２０３を用いた場合と同様の機能を果たすことができる。

　また、本実施の形態１では、液溜め部１５内に検出装置２０を１つのみ設置した。しかしながら、液溜め部１５内に複数の検出装置２０を設置してもよい。例えば、検出装置２０のそれぞれの熱電素子２０３が異なる高さとなるように、各検出装置２０を配置することにより、液溜め部１５内の液面高さをより正確に把握できるようになる。

実施の形態２．
　熱電素子２０３の上面を以下のように形成することにより、滴状の液冷媒が熱電素子２０３に滞留することをさらに防止できる。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

　図６及び図７は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置が有する検出装置の構成の一例を示す側面図であり、当該検出装置が液溜め部内に設置された状態を示す図である。

　図６に示すように、本実施の形態２に係る検出装置２０の熱電素子２０３の上面は、上方に凸となる曲面に形成されている。あるいは、図７に示すように、本実施の形態２に係る検出装置２０の熱電素子２０３の上面は、水平面に対して傾いている。

　液溜め部１５内の液冷媒が減少し、熱電素子２０３が液冷媒に浸漬した状態から浸漬しない状態となった場合に、滴状の液冷媒が熱電素子２０３に付着しやすい。この際、滴状の液冷媒は、熱電素子２０３の上面に付着しやすい。ここで、本実施の形態２に係る検出装置２０においては、熱電素子２０３の上面が上方に凸となる曲面となっているか、あるいは水平面に対して傾いているので、熱電素子２０３の上面に滴状の液冷媒が付着しても、滴状の液冷媒は上面からすぐに滑り落ちる。このため、本実施の形態２に係る検出装置２０においては、滴状の液冷媒が熱電素子２０３に滞留することを、実施の形態１よりもさらに防止できる。したがって、本実施の形態２に係る検出装置２０においては、液溜め部１５内の液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも下方に存在するにもかかわらず、液冷媒の液面が熱電素子２０３よりも上方に位置していると誤判定してしまうことをさらに防止できる。

実施の形態３．
　熱電素子２０３の表面状態を以下のような状態にすることにより、滴状の液冷媒が検出装置２０の熱電素子２０３に滞留することをさらに防止できる。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

　本実施の形態３に係る検出装置２０においては、熱電素子２０３の表面に、親水処理、疎水処理又は撥水処理のいずれかが施されている。換言すると、熱電素子２０３の表面は、親水状態、疎水状態又は撥水状態のいずれかの状態となっている。

　図８は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置において、表面に親水処理が施された熱電素子近傍を示す要部拡大図である。図９は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置において、表面に疎水処理又は撥水処理が施された熱電素子近傍を示す要部拡大図である。また、図１０は、比較例であり、表面に親水処理、疎水処理及び撥水処理のいずれも施されていない熱電素子近傍を示す要部拡大図である。

　図１０に示す比較例に係る検出装置２０の熱電素子２０３は、熱電素子２０３の表面に、親水処理、疎水処理及び撥水処理のいずれも施されていない。このため、熱電素子２０３の近傍に液溜め部１５の容器１５Ａ等の部材が配置されている場合、比較例に係る検出装置２０においては、液溜め部１５内の液冷媒が減少し、熱電素子２０３が液冷媒に浸漬した状態から浸漬しない状態となると、熱電素子２０３の近傍に配置された部材と熱電素子２０３との間に、液冷媒がブリッジしてしまう。したがって、比較例に係る検出装置２０を用いた場合、算出部５２は、熱電素子２０３の周囲がガス冷媒であるにもかかわらず、熱電素子２０３が液冷媒に浸漬していると誤判定してしまう。すなわち、比較例に係る検出装置２０を用いた場合、算出部５２は、液溜め部１５内の液冷媒の液面高さを誤判定してしまう。

　一方、図８に示すように、熱電素子２０３の表面が親水状態となった本実施の形態３に係る検出装置２０においては、液溜め部１５内の液冷媒が減少し、熱電素子２０３が液冷媒に浸漬した状態から浸漬しない状態となった場合、熱電素子２０３の近傍に配置された部材と熱電素子２０３との間で、液冷媒はブリッジしない。このため、熱電素子２０３の表面が親水状態となった本実施の形態３に係る検出装置２０においては、熱電素子２０３の表面に滴状の液冷媒が付着しても、滴状の液冷媒は、重力によってすぐに落下し、熱電素子２０３の表面に滞留しない。このため、熱電素子２０３の表面が親水状態となった本実施の形態３に係る検出装置２０を用いた場合、算出部５２が液溜め部１５内の液冷媒の液面高さを誤判定してしまうことをさらに防止できる。なお、本実施の形態３では、接触角が４５°以下になる状態を、親水状態とする。接触角とは、静止液体の自由表面が固体表面に接触する場所において、液面と固体表面とがなす角度を意味する。

　また、図９に示すように、熱電素子２０３の表面が疎水状態又は撥水状態となった本実施の形態３に係る検出装置２０においては、熱電素子２０３の表面に滴状の液冷媒が付着した際、熱電素子２０３の表面と滴状の液冷媒との接地面積が小さくなる。このため、熱電素子２０３の表面が疎水状態又は撥水状態となった本実施の形態３に係る検出装置２０においては、熱電素子２０３の表面に滴状の液冷媒が付着しても、滴状の液冷媒は、重力によってすぐに落下し、熱電素子２０３の表面に滞留しない。このため、熱電素子２０３の表面が疎水状態又は撥水状態となった本実施の形態３に係る検出装置２０を用いた場合、算出部５２が液溜め部１５内の液冷媒の液面高さを誤判定してしまうことをさらに防止できる。なお、本実施の形態３では、熱電素子２０３の表面に疎水処理を施すことにより、接触角が９０°以上になっている状態を、疎水状態とする。また、本実施の形態３では、熱電素子２０３の表面に撥水処理を施すことにより、接触角が９０°以上になっている状態を、撥水状態とする。

　以上、本実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１においては、熱電素子２０３の表面が親水状態、疎水状態又は撥水状態のいずれかの状態となっている。したがって、本実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１は、算出部５２が液溜め部１５内の液冷媒の液面高さを誤判定してしまうことをさらに防止できる。

実施の形態４．
　本発明に係る液溜め部は、つまり検出装置２０が設けられる液溜め部は、上述した液溜め部１５に限定されるものではない。本発明に係る液溜め部は、冷媒回路において液冷媒又は冷凍機油を貯留する液溜め部であればよい。本実施の形態４では、上述した液溜め部１５以外の液溜め部に検出装置２０を設ける例のいくつかを紹介する。なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態１～実施の形態３のいずれかと同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

　図１１は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の圧縮機の構成の一例を概略的に示す縦断面図である。
　図１１に示す圧縮機１１は、容器１１Ａ、吸入部１１０、吐出部１１１、圧縮部１１２、モータ部１１３、軸部１１４、及び液溜め部１１５を有している。液溜め部１１５は、容器１１Ａの底部に設けられ、圧縮部１１２に供給される冷凍機油を貯留するものである。また、軸部１１４は、圧縮部１１２とモータ部１１３とを接続し、圧縮部１１２にモータ部１１３の回転力を伝達するものである。この軸部１１４には、液溜め部１１５に貯留された冷凍機油を吸引する油ポンプ、該油ポンプで吸引された冷凍機油を圧縮部１１２へ導く流路が設けられている。

　吸入部１１０で吸入されたガス冷媒がモータ部１１３の回転力により圧縮部１１２で圧縮され、高圧高温ガス冷媒が吐出部１１１から吐出される。冷媒が圧縮される際には、圧縮部１１２の摩擦を軽減するため、液溜め部１１５に貯留されている冷凍機油が、軸部１１４の流路を通じて圧縮部１１２に供給される。圧縮部１１２に供給された冷凍機油は、圧縮部１１２の潤滑に用いられた後に、図中矢印で示すように部品の隙間から滲み出て滴下し、液溜め部１１５に貯留される。

　液溜め部１１５に貯留されている冷凍機油が多すぎると、モータ部１１３の少なくとも一部が、冷凍機油に浸漬する。このため、モータ部１１３が回転する際、冷凍機油が抵抗となるため、圧縮機１１の効率が低下する。一方、液溜め部１１５に貯留されている冷凍機油が少なすぎると、圧縮部１１２に冷凍機油を十分に供給することができなくなる。このため、圧縮部１１２の摩擦が大きくなり、圧縮機１１が故障してしまう場合がある。

　したがって、液溜め部１１５に貯留される冷凍機油を適正量に制御する必要がある。このため、図１１に示す圧縮機１１においては、液溜め部１１５に貯留される冷凍機油の量を把握するために、検出装置２０が液溜め部１１５に設置されている。なお、液溜め部１１５に設置される検出装置２０の数は、任意である。例えば、液溜め部１１５に１つの検出装置２０を設置し、該検出装置２０によって冷凍機油の必要最低量（必要最低液面高さ）を検出することにより、圧縮機１１の故障を防止できる。また例えば、図１１に示すように、液溜め部１１５に複数の検出装置２０を設置することにより、検出装置２０によって、モータ部１１３が浸漬しない冷凍機油の最高液面高さを検出することもできる。これにより、圧縮機１１の故障を防止しつつ、圧縮機１１の効率の低下を防止することもできる。

　ここで、圧縮機１１の液溜め部１１５に設置された検出装置２０には、圧縮機１１の駆動中、検出装置２０の上方に配置された圧縮部１１２から、冷凍機油が滴下してくる。このため、検出装置２０の熱電素子２０３に、滴状の冷凍機油が付着しやすい。つまり、圧縮機１１の液溜め部１１５に設置された検出装置２０は、冷凍機油の液面が熱電素子２０３よりも下方に存在するにもかかわらず、冷凍機油の液面が熱電素子２０３よりも上方に位置していると誤判定しやすい条件下に設置されている。そして、冷凍機油の液面高さが誤判定された場合、圧縮機１１の冷凍機油が枯渇し、潤滑不良により圧縮機焼き付き等の故障を発生させてしまう。

　しかしながら、実施の形態１～実施の形態３の説明でわかるように、検出装置２０は、熱電素子２０３に滴状の冷凍機油が付着しても、滴状の冷凍機油が熱電素子２０３に滞留することを防止できる。つまり、検出装置２０は、冷凍機油の液面高さの誤判定を防止できる。したがって、図１１に示す圧縮機１１は、故障を防止できる。

　図１２は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成等の一例を示す図である。また、図１３は、図１２に示す冷凍サイクル装置に用いられるオイルセパレータの構成の一例を概略的に示す縦断面図である。

　図１２に示す冷凍サイクル装置１は、圧縮機１１と凝縮器１２との間に、オイルセパレータ１６を備えている。圧縮機１１から吐出されたガス冷媒中には、冷凍機油が混在している。オイルセパレータ１６は、冷凍機油とガス冷媒とを分離し、冷凍機油を圧縮機１１の吸入側へ戻すものである。

　図１２及び図１３に示すように、オイルセパレータ１６は、容器１６Ａ、配管１６１，１６２、バイパス配管１６３、及び開閉弁１７を備えている。容器１６Ａは、ガス冷媒から分離された冷凍機油を貯留するものである。容器１６Ａの内部には、貯留された冷凍機油の液面高さを検出するため、検出装置２０が設置されている。すなわち、図１２に示す冷凍サイクル装置１は、オイルセパレータ１６を、本発明に係る液溜め部として用いている。

　配管１６１は、圧縮機１１の吐出側と容器１６Ａとを接続する配管である。配管１６２は、容器１６Ａの例えば上部と凝縮器１２とを接続し、容器１６Ａ内のガス冷媒を凝縮器１２へ送る配管である。バイパス配管１６３は、容器１６Ａの例えば下部と圧縮機１１の吸入側とを接続し、容器１６Ａ内に貯留された冷凍機油を圧縮機１１の吸入側へ戻す配管である。開閉弁１７は、バイパス配管１６３に設けられ、バイパス配管１６３の流路を開閉する弁である。

　オイルセパレータ１６で分離された冷凍機油を圧縮機１１の吸引側に戻す際、圧縮機１１が吸入するガス冷媒の温度が上昇する。このため、オイルセパレータ１６で分離された冷凍機油を圧縮機１１の吸引側に常時戻す構成にすると、冷凍サイクル装置１の効率が低下する。このため、図１２に示す冷凍サイクル装置１は、オイルセパレータ１６の容器１６Ａに検出装置２０を設置し、冷凍機油が一定量溜まったことを検知すると、開閉弁１７を開いてバイパス配管１６３の流路を開き、冷凍機油を圧縮機１１の吸引側に戻す制御が行われる。

　ここで、冷凍サイクル装置１の運転中、オイルセパレータ１６の容器１６Ａ内は、ガス冷媒に混在した滴状の冷凍機油が飛散している状態となる。このため、検出装置２０の熱電素子２０３に、滴状の冷凍機油が付着しやすい。つまり、検出装置２０は、冷凍機油の液面が熱電素子２０３よりも下方に存在するにもかかわらず、冷凍機油の液面が熱電素子２０３よりも上方に位置していると誤判定しやすい条件下に設置されている。そして、冷凍機油の液面高さが誤判定された場合、頻繁に冷凍機油を圧縮機１１の吸引側に戻すこととなり、冷凍サイクル装置１の効率が低下する。また、圧縮機１１が吸入するガス冷媒の温度が上昇しすぎて過熱度が大きくなった場合、圧縮機１１が吐出するガス冷媒の温度が過度に上昇してしまい、圧縮機１１の故障を誘発する場合もある。

　しかしながら、実施の形態１～実施の形態４の説明でわかるように、検出装置２０は、熱電素子２０３に滴状の冷凍機油が付着しても、滴状の冷凍機油が熱電素子２０３に滞留することを防止できる。つまり、検出装置２０は、冷凍機油の液面高さの誤判定を防止できる。したがって、図１２に示す冷凍サイクル装置１は、冷凍サイクル装置１の効率低下を防止でき、圧縮機１１の故障を防止できる。

　なお、実施の形態１～実施の形態４に記載の各構成は、適宜組み合わせることができる。

　また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　冷凍サイクル装置、１１　圧縮機、１１Ａ　容器、１２　凝縮器、１３　絞り装置、１４　蒸発器、１５　液溜め部、１５Ａ　容器、１６　オイルセパレータ、１６Ａ　容器、１７　開閉弁、２０　検出装置、５０　制御装置、５１　電力供給部、５２　算出部、５３　記憶部、１１０　吸入部、１１１　吐出部、１１２　圧縮部、１１３　モータ部、１１４　軸部、１１５　液溜め部、１５１　入口管、１５２　出口管、１６１　配管、１６２　配管、１６３　バイパス配管、２０１　電線、２０２　通電体、２０２Ａ　第１通電体、２０２Ａ１　端部、２０２Ａ２　端部、２０２Ｂ　第２通電体、２０２Ｂ１　端部、２０２Ｂ２　端部、２０３　熱電素子、２０３Ａ　上端部、２０３Ｂ　下端部。

Claims

　液冷媒又は冷凍機油である液体を貯留する液溜め部と、
　前記液溜め部に設けられ、前記液溜め部内の液面の高さの検出に用いられる検出装置と、
　を備え、
　前記検出装置は、
　上端部及び下端部を有し、温度によって抵抗値が変化する熱電素子と、
　第１端部及び第２端部を有し、前記第２端部が前記熱電素子の前記上端部に接続された第１通電体と、
　第３端部及び第４端部を有し、前記第３端部が前記熱電素子の前記下端部に接続された第２通電体と、
　を備え、
　前記第１通電体は、前記第１端部から前記第２端部にかけて下降するように配置され、
　前記第２通電体は、前記第３端部から前記第４端部にかけて下降するように配置されている冷凍サイクル装置。
　前記熱電素子の上面は、上方に凸となる曲面に形成されている、あるいは、水平面に対して傾いている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
　前記熱電素子の表面が親水状態である請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
　前記熱電素子の表面が疎水状態又は撥水状態である請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。