(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装潤滑油を貯留する低圧容器及びその低圧容器に冷媒を導入するための吸入管を備えた低圧容器型圧縮機に用いられるものであって、
前記低圧容器内の標準油量時の油面高さを基準として当該低圧容器の上側位置及び下側位置からそれぞれ引き出された上側接続管及び下側接続管と、前記上側接続管及び前記下側接続管を連通し、当該内部空間内で前記低圧容器内の油面変位と同一の油面変位をする内部空間を有する連通管と、基端部が前記吸入管から分岐するとともに先端開口が当該連通管の内部空間で前記標準油量時の油面高さより高い位置となるように密閉収容された分岐管と、前記下側接続管の表面温度を検知する温度センサと、前記温度センサの検知結果に基づいて、前記低圧容器内の潤滑油の油面高さを判断する油面判断部と、を具備し、標準油量時には前記下側接続管が潤滑油によって満たされて冷媒の流通を遮断させる一方、低油量時には前記下側接続管から潤滑油を排出させてその内部に冷媒を流通させるようにしたことを特徴とする油面検知機構。
【請求項２】
前記分岐管に設けられた開閉弁をさらに備え、前記油面判断部が、前記開閉弁の開放時及び閉止時における前記温度センサの検知結果に基づいて、前記低圧容器内の潤滑油の油面高さを判断する請求項１に記載の油面検知機構。
【請求項３】
前記分岐管に冷媒の流量を調整する流量調整部を設けている請求項１又は２いずれか記載の油面検知機構。
【請求項４】
前記分岐管の先端開口の向きが、連通管内の油面に対して直接動圧のかからない角度に設定されている請求項１乃至３いずれか記載の油面検知機構。
【請求項５】
前記分岐管の先端開口の向きが鉛直上向きに設定されている請求項１乃至４いずれか記載の油面検知機構。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の油面検知機構を有する低圧容器型圧縮機を搭載した空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍装置や空気調和機の圧縮機における潤滑油貯留容器の油面検知機構に関し、特に温度センサを利用して油面を検知する機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の油面検知機構としては、例えば特許文献１に示すように、潤滑油に冷媒が溶け込んでいることを利用したものが知られている。この特許文献１では、圧縮機容器の潤滑油が貯留している底部と冷媒ガスが充満している上部との間に、加熱機構を付帯させた連通管を設けるとともに、前記底部及び連通管にそれぞれ第１、第２の２つの温度センサを配設するように構成してあって、加熱機構としては、ヒータを連通管に連設したり、高温の潤滑油をオイルセパレータからキャピラリチューブを介して連通管に戻すといった構成が紹介されている。
【０００３】
このような構成によると、標準油量時、すなわち連通管内の潤滑油の油面が第２温度センサより上にある場合には、潤滑油に溶け込んでいる冷媒が蒸発するために温度上昇が小さくなり、第１温度センサと第２温度センサとの温度差が小さくなる一方、低油量時、すなわち油面が第２温度センサより下にある場合には、連通管内はガス冷媒なので温度上昇が大きくなり、第１温度センサと第２温度センサとの温度差が大きくなる。このことから、第１温度センサと第２温度センサとの温度差を判別することで、油面の低下を検知することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、圧縮機の高圧容器から低圧の冷媒吸入管へのバイパス経路を設け、そのバイパス経路が、標準油量時には潤滑油で閉止され、低油量時には開放されるように構成するとともに、そのバイパス経路の途中に冷却部を設け、その冷却部を吸入管からの冷媒によって冷却するようにした油面検知機構が記載されている。そして、バイパス経路上の冷却部より上流側、下流側にそれぞれ第１、第２の温度センサを設けて、その部位の温度をセンシングできるように構成している。
【０００５】
このような構成によると、標準油量時には、バイパス経路の下流だけ冷却されて第１、第２の温度センサによる温度差が大きくなる一方、低油量時には、高圧容器からの高温冷媒がバイパス経路に流れ込んでバイパス経路全体が暖められ、第１、第２の温度センサによる温度差が小さくなるので、その温度差を検知することによって油面低下を検知することができる。
【特許文献１】特開２００３−９７４４３号公報
【特許文献２】特開２００４−８５０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のものは、いずれも２つの温度センサを利用するため、各センサの誤差が重畳された場合に、正確な温度差を検知することができなくなって誤動作するおそれがある。また、複数の温度センサを使用するためコストアップの要因にもなる。
【０００７】
また、特許文献１のように、連通管を加熱する方式であると、専用の加熱機構が必要となって構造の複雑化を招くだけでなく、潤滑油がある場合でも、連通管（銅管などの金属管）自身の熱伝導により、連通管温度が上昇するため、潤滑油がない場合と比較して明確な温度差を得られない場合がある。さらに、キャピラリチューブからのオイル戻しにより連通管を加熱するものでは、高圧側からのバイパスのため、連通管内に潤滑油がある場合でも当該連通管にキャピラリチューブからの潤滑油の流れが発生し、油面の高低にかかわらず高温を検知してしまう恐れも生じる。
【０００８】
一方、特許文献２では、高圧側（高圧容器）から低圧側（吸入管）にバイパスさせているので、その分のエネルギロスが必ず生じ、冷凍装置や空気調和装置などのシステム全体における効率低下を招くという不具合がある。
【０００９】
かかる問題点に対し、本発明はそれらを一挙に解決すべく図ったものであって、その主たる目的は、単一の温度センサを用いた簡単な構造で、精度よく、しかも熱システム全体の効率低下を招かない油面検知機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明に係る油面検知機構は、潤滑油を貯留する低圧容器及びその低圧容器に冷媒を導入するための吸入管を備えた低圧容器型圧縮機に用いられるものであって、前記低圧容器内の標準油量時の油面高さを基準として当該低圧容器の上側位置及び下側位置からそれぞれ引き出された上側接続管及び下側接続管と、前記上側接続管及び前記下側接続管を連通し、当該内部空間内で前記低圧容器内の油面変位と同一の油面変位をする内部空間を有する連通管と、基端部が前記吸入管から分岐するとともに先端開口が当該連通管の内部空間における前記標準油量時の油面高さより高い位置に開口する分岐管と、を具備し、標準油量時には前記下側接続管が潤滑油によって満たされて冷媒の流通を遮断させる一方、低油量時には前記下側接続管から潤滑油を排出させてその内部に冷媒を流通させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
このようなものであれば、低油量時には、吸入管から導かれた低温冷媒の流通によって下側接続管が冷やされるため、下側接続管の温度は、潤滑油で満たされて冷媒の流通が遮断されている標準油量時での温度よりも低くなる。したがって、例えば前記温度センサで下側接続管の温度を随時監視しておき、その温度低下を検出することによって、油量低下を精度よく検知することができる。
【００１２】
また、時系列測定を採用することで温度センサを１つにできるうえに、分岐管や接続管などを配管するだけで、その他の加熱機構などの専用機構を必要としないため、簡単な構造で実現できてコストアップを抑制できる。
【００１３】
さらに、低圧容器への吸入過程にある低温冷媒、すなわち吸入管内にある冷媒を、温度差確保のための低温熱源として用い、従来のような高低圧間のバイパス通路を設ける必要が無いため、冷凍装置や空気調和装置などのシステム全体における冷媒循環量減少による性能低下を防止することができる。
【００１４】
単一の温度センサで構成でき、しかも短時間での測定が可能な好ましい具体構成としては、前記下側接続管の表面温度を検知する温度センサと、前記分岐管に設けられた開閉弁と、その開閉弁の開放時及び閉止時における前記温度センサの検知結果に基づいて、前記低圧容器内の潤滑油の油面高さを判断する油面判断手段と、をさらに備えているものを挙げることができる。このようなものであれば、標準油量時には、下側接続管が潤滑油によって閉塞されているため、開閉弁の開閉にかかわらず、下側接続管を低温ガスが流通せず、温度差は生じないが、低油量時のときには、開閉弁を開放することで、吸入管からの低温冷媒が下側接続管に流入してその温度が短時間で低下するので、開放時と閉止時との間で温度差が生じる。したがって、この温度差を監視しておくことで、精度よく油面低下を検知できる。
【００１５】
下側接続管に極端に多くの冷媒が流入すると、動圧による油面押し下げ効果が働いて、誤動作の原因となる。これを防止して冷媒の流入量適正化を図り、油面検知精度をより向上させるためには、前記分岐管に冷媒の流量を調整する流量調整部を設けておくことが好ましい。
【００１６】
動圧影響をさらに減少させるためには、前記分岐管の先端開口の向きを、連通管内の油面に対して直接動圧のかからない角度に設定しておくことが望ましい。その向きとしては、例えば、鉛直上向きが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明は、単一の温度センサと配管構造を付加するだけで、精度よく油面を検知できて、しかもコストアップを最低限に抑えることができる。さらに、高圧側から低圧側へのバイパス経路がないため、冷凍装置や空気調和装置などのシステム全体における性能低下を防止することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る油面検知機構４は、図１に示すように、冷凍装置や空気調和装置などの動力―熱変換システム（図示しない）を構成する低圧容器型圧縮機１に設けられるものであって、より具体的には、圧縮機１の低圧容器２内に貯留されている潤滑油面を検知するためのものである。
【００１９】
まず、低圧容器型圧縮機１について簡単に説明しておくと、この圧縮機１は、内部圧力が少なくとも吐出圧力よりも低く設定された低圧容器２と、その低圧容器２内へのガス冷媒の流入口である吸入ポートＰＩと、低圧容器２の内部に配置されたロータリポンプなどからなる圧縮手段（図示しない）と、その圧縮手段により圧縮された冷媒を吐出する吐出ポートＰＯと、を備えたものである。この図１において、符号３は、前記吸入ポートＰＩに接続された、冷媒を導入するための吸入管である。
【００２０】
次に、本実施形態に係る油面検知機構４について詳述する。この油面検知機構４は、前記吸入管３から分岐して当該吸入管３と並列に低圧容器２に連通する油面検知用流路５と、その油面検知用流路５に設けられた単一の温度センサ６と、情報処理部７と、を有したものである。
【００２１】
油面検知用流路５は、低圧容器２からそれぞれ引き出された上側接続管５４及び下側接続管５３と、前記上側接続管５４及び前記下側接続管５３を連通する連通管５２と、吸入管３から分岐して前記連通管５２に接続された分岐管５１と、から構成されている。
【００２２】
上側接続管５４は、低圧容器２の標準油面Ｈ（１）より高い位置（上側接続口５４ａ）から引き出されており、通常に定められた使用では、この上側接続管５４内に低圧容器２からの潤滑油が浸入しないように構成してある。
【００２３】
下側接続管５３は、低圧容器２の標準油面Ｈ（１）より低い位置から引き出されている。より具体的に説明すれば、標準油量時には、図１に示すように、低圧容器２に対する下側接続管５３の接続口５３ａが、油面Ｈ（１）下に完全に埋没して、下側接続管５３が潤滑油で閉塞される一方、低油量時には、図２に示すように、前記接続口５３ａの少なくとも一部が油面Ｈ（２）上に現れて、下側接続管５３が開通するように構成されている。また、前記接続口５３ａは、上側接続管５４の低圧容器２に対する接続口５４ａにできるだけ近い位置（例えば略真下）に設けられている。
【００２４】
連通管５２は、上下方向に所定の長さを有したものであって、その上端部に上側接続管５４が接続され、下端部に下側接続管５３が接続されることにより、その内部空間の油面変位が、低圧容器２内の油面変位と同一となるように構成されている。なお、上側接続管５４の当該連通管５２に対する接続部位は、標準油面Ｈ（１）より上方に設定されており、前述したように、上側接続管５４に潤滑油が浸入して閉塞することがないように構成してある。また、下側接続管５３の当該連通管５２に対する接続部位は、標準油面Ｈ（１）より下方に設定されている。
【００２５】
分岐管５１は、少なくとも標準油面Ｈ（１）よりも上方に設定されたその先端開口５１ａにおいて連通管５２に接続されており、通常に定められた使用では、この分岐管５１内に低圧容器２からの潤滑油が浸入しないように構成してある。また、この実施形態では、分岐管５１が、前記連通管５２の底面から当該連通管５２内に挿入されて二重管構造をなすように構成されていて、前記先端開口５１ａが、鉛直上向きに連通管５２内に位置するように設定されている。さらに、この分岐管５１上には、開閉弁５５と、冷媒の流量を調整する流量調整部であるキャピラリ５６とが直列に設けられている。
【００２６】
温度センサ６は、この下側接続管５３の外周面に取り付けられており、その取付部位の高さは、標準油面Ｈ（１）より下方に設定されている。
【００２７】
情報処理部７は、物理的にはアナログ電気回路や、あるいはＣＰＵ、メモリなどからなるデジタル電気回路で構成されたもので、その回路構成に基づいて、開閉弁５５の駆動信号を出力する開閉弁駆動部、温度センサ６からの出力信号を受け付ける信号受付部、その出力信号の値、すなわち測定温度を記憶する記憶部、開閉弁５５を開放したときの測定温度及び開閉弁５５を閉止したときの温度センサ６による各測定温度に基づいて、前記低圧容器２内の潤滑油の油面高さを判断する油面検知部、等としての機能を発揮する。
【００２８】
次に、このように構成した油面検知機構４について、その動作を簡単に説明する。
【００２９】
開閉弁５５は、情報処理部７からの駆動信号により、定期的に又は非定期的に繰り返し開閉される。開放期間及び閉止期間の長さは、下側接続管５３の温度が、ある程度安定するだけの時間に少なくとも設定されている（具体的には５分〜２０分）。そして、信号受付部が温度センサ６からの出力信号を受信し、記憶部において、開放期間の例えば終期に取得された測定温度（以下、開放期間温度とも言う）と、その開放時間に続く閉止期間の例えば終期に取得された測定温度（以下、閉止期間温度とも言う）とが記憶される。
【００３０】
このとき、潤滑油が標準量貯留されている場合は、図１に示すように、下側接続管５３が潤滑油で閉塞されている。そのため、この状態で開閉弁５５を開放した場合、吸入管３からの低温冷媒は、分岐管５１を通じて連通管５２に流入するが、この下側接続管５３には流入せず、全て上側接続管５４を通じて低圧容器２に導かれる。したがって、開閉弁５５の開閉にかかわらず、その下側接続管５３の温度はほとんど変化しない。実際に測定した温度の時間変化グラフを図３に示す。この図３から明らかなように、前記開放期間温度と閉止期間温度との差は、ほとんどみられない。この結果、前記油面検知部は、前記開放期間温度と閉止期間温度とを比較して、その差が所定値よりも小さいと判断し、油面が正常である旨の検知信号を出力する。
【００３１】
一方、低油量時、すなわち潤滑油面が低下して下側接続管５３の接続口５３ａよりも低くなった場合は、図２に示すように、下側接続管５３から潤滑油が排出されて、当該下側接続管５３が開通する。この状態においても開閉弁５５が閉止状態のときには、下側接続管５３には、吸入管３からの低温冷媒が流れ込んでくることはないので、下側接続管５３は、低圧容器２からの熱伝導の影響を受け、潤滑油で充満されている場合とほぼ同じ温度に保たれる。しかし、この状態から開閉弁５５が開放されると、吸入管３から分岐管５１、連通管５２を介して下側接続管５３に低温冷媒が流れ込むとともに、上側接続口５４ａと下側接続口５３ａとが近いため、上側接続管５４からも、低圧容器２を介して低温冷媒が回り込んで流入するので、急激に下側接続管５３が冷却され、その温度が短時間（５〜１０分）で低下する。実際に測定した温度の時間変化グラフを図４に示す。この図４から明らかなように、前記開放期間温度と閉止期間温度との間にはっきりとした差が生じている。この結果、検知出力部は、前記開放期間温度と閉止期間温度とを比較し、その差が所定値以上であると判断して、異常な油面低下が生じている旨の検知信号を出力する。
【００３２】
したがって、この実施形態にかかる油面検知機構４によれば、図３、図４からも明らかなように、短時間でかつ精度よく、油面検知を行うことができる。
【００３３】
また、時系列測定による温度比較を行っているので、温度センサ６は１つでよいうえ、油面検知用流路５を配管するだけでよく、その他の加熱機構といった専用機構を必要としないため、簡単な構造で実現できコストアップを抑制できる。
【００３４】
さらに、低圧容器２への吸入過程にある低温冷媒を、温度差確保のための低温熱源として用いており、従来のような高低圧間のバイパス通路を設ける必要が無いため、冷媒循環量減少によるシステム全体の性能低下を防止することができる。さらにこのようにエネルギロスが無いことから、この油面検知機構４によれば、実質的に常時と言える１０〜２０分程度の間隔で油面監視をすることができ、信頼性が向上する。これに対し、従来のように高低圧間のバイパス通路を設けた構成であると、常時油面監視をすることでシステム全体の性能低下が著しくなるといったことから、せいぜい２〜３時間おきにしか油面監視を行えない。また、常時油面監視をできることから、オイルセパレータからの潤滑油戻し量をフィードバック制御して、標準油量に精度よく戻すこともできるようになる。
【００３５】
加えて、前記分岐管５１にキャピラリ５６を設けてガス冷媒の流入量適正化を図っているので、動圧による油面押し下げを減少させることができ、油面検知精度の向上を図れる。この実施形態では、前記分岐管５１の先端開口５１ａの向きを、連通管５２内の油面に対して直接動圧のかからない角度、具体的には油面と正反対の鉛直上向きに設定していることで、動圧による油面押し下げをさらに減少させることができる。
【００３６】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
図５に、開閉弁及び流路調整部を省略した本発明の最も基本となる構成を示す。このような構成の場合、標準油量時の温度センサ６による測定温度を記憶しておき、その温度を基準にして、随時、下側接続管５３の温度を測定し、比較すればよい。なお、この図５では、分岐管５１は連通管５２の上端に接続され、その開口５１ａは下向きである。
【００３７】
図６、図７は、図５における分岐管５１に、開閉弁５５のみを設けた例、開閉弁５５及び流量調整部５６を設けた例をそれぞれ示している。
【００３８】
図８は、分岐管５１を連通管５２の側面に接続し、その先端開口５１ａが水平を向くように構成した例を示している。
【００３９】
図９は、分岐管５１を連通管５２の側面から挿入し、さらにその内部で屈曲させて、その先端開口５１ａが鉛直上向きとなるように構成した例である。このような構成であると、先端開口５１ａを、理想的な向きに設定できるだけでなく、連通管５２の上部に分岐管５１を挿入することができるため、加工時などでの油漏れを好適に防止できる。なお、以上に説明した図５〜図９において、前記実施形態に対応する部材や部位については、同様の符号を付している。
【００４０】
また、流量調整部はキャピラリのようなチョーク構造のもののみならず、絞り構造のものでも構わないし、流量調整弁を用いて流量を可変にできるようにしてもよい。
【００４１】
その他、本発明は前記実施形態等に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明を適用することにより、単一の温度センサを用いた簡単な構造で、精度よく、しかも熱システム全体の効率低下を招かない油面検知機構を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態における標準油量時の油面検知機構等を示す模式的概略図。
【図２】同実施形態における低油量時の油面検知機構等を示す模式的概略図。
【図３】同実施形態の標準油量時における開閉弁の開閉にともなって生じる温度の経時変化を示す温度変化グラフ。
【図４】同実施形態の低油量時における開閉弁の開閉にともなって生じる温度の経時変化を示す温度変化グラフ。
【図５】本発明のさらに他の実施形態における油面検知機構等を示す模式的概略図。
【図６】本発明のさらに他の実施形態における油面検知機構等を示す模式的概略図。
【図７】本発明のさらに他の実施形態における油面検知機構等を示す模式的概略図。
【図８】本発明のさらに他の実施形態における油面検知機構等を示す模式的概略図。
【図９】本発明のさらに他の実施形態における油面検知機構等を示す模式的概略図。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・低圧容器型圧縮機
２・・・低圧容器
３・・・吸入管
４・・・油面検知機構
５１・・・分岐管
５１ａ・・・先端開口
５２・・・連通管
５３・・・下側接続管
５４・・・上側接続管
５５・・・開閉弁
５６・・・流量調整部（キャピラリ）
６・・・温度センサ
７・・・情報処理部
Ｈ（１）・・・標準油面
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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