JP2732685B2 - 圧縮機における冷媒溶け込み量検出方法 - Google Patents

圧縮機における冷媒溶け込み量検出方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、圧縮機における冷媒溶け込み量検出方法に
関するものである。
(従来の技術) 加熱源として利用する狭義のヒートポンプ及び熱吸収
源として利用する冷凍機の双方を含めた広義のヒートポ
ンプは、例えばフロントなどの液化しやすいガス冷媒を
圧縮機で圧縮させて高温高圧ガスとし、次に凝縮器で放
熱して液化し、膨脹機ではこの液化冷媒を膨脹させ、蒸
発器で吸熱して低圧ガスとする冷凍サイクルを実現す
る。
かかるヒートポンプにあって圧縮機に着目した場合、
冬期など周囲温度が下がった状態で運転休止中の場合に
は、冷媒ガスが液化して圧縮機に戻り、冷媒が溶け込む
という、いわゆる寝込みと呼ばれる現象が生ずる。そし
て、一定の寝込み量が起きると、圧縮機の内部に入れて
ある潤滑油が冷媒によって稀釈され、この稀釈の程度が
甚しい場合には潤滑油の粘性が低下して潤滑油として充
分機能せず、圧縮機構の回転部や揺動部でのロック事故
や摩耗による故障が発生してしまう。
従来このような不具合を除くため、ヒートポンプの運
転に当り圧縮機を予熱することが行なわれている。すな
わち、第5図に示す密閉形回転圧縮機であって立形のも
のは、密閉容器1内に、ロータ2、ステータ3、及びス
テータコイル3cを有する電動機4とこの電動機4の下方
に連結された圧縮機構5とを備え、しかも低圧冷媒ガス
の吸入管6及び高圧冷媒ガスの吐出管7を備え、更には
電動機給電用の端子8及びリード線9を備えており、低
レベルLの潤滑油10が入れてあるのみならず、潤滑油10
が溜まる密閉容器1の下部外周には予熱用のヒータコイ
ル11が巻回されたり、第6図に示すようにヒータ12がヒ
ータケース13に被われて内部に挿入される構造を有して
いる。そして、このヒータコイル11やヒータ12に通電す
ることにより第7図に示す様にヒートポンプの動作開始
時には、一定時間潤滑油10を予熱(ヒートアップ)して
潤滑油10から冷媒を気化させて除去することが行なわれ
ている。
(発明が解決しようとする課題) ところが、ヒートポンプの運転に当っては、第7図に
示すように、寝込みが生じていることを前提として圧縮
機を予熱するという運転シーケンスを採用しているた
め、寝込み量の軽重にかかわらず常に一定時間の予熱を
行なうことになる。したがって、実際には寝込みが生じ
ていない場合や寝込み軽微であって潤滑油として充分機
能する場合には、徒に予熱のための電力を消費すること
になり、また、ヒートポンプの動作を開始しても予熱を
一定時間行なうまでは圧縮機を起動できず暖房時のヒー
トポンプとしての運転開始時間がどうしても遅れてしま
う。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、電動機のコ
イルを利用して冷媒の溶け込み量の検出を可能にした圧
縮機における冷媒溶け込み量検出方法の提供を目的とす
る。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上述の目的を達成する本発明は、内部に潤滑油と冷媒
が収容された密閉容器と、この密閉容器内に配置された
電動機と、同じく密閉容器内に配置されかつ電動機に連
結されて駆動される圧縮機構とを有し、低圧冷媒を吸入
・圧縮し高圧冷媒として吐出する圧縮機において、 前記密閉容器内の潤滑油と冷媒に浸された電動機コイ
ルの線間インピーダンスを潤滑油への冷媒溶け込み量と
して検出する。
(作用) 本発明に係る圧縮機における冷媒溶け込み量(以下、
寝込み量と称す)検出にあっては、電動機のコイルが持
つ線間インピーダンスがこのコイルを浸す潤滑油と冷媒
との混合液面のレベル、すなわち寝込み量に応じて変化
することに着目して、線間インピーダンスを寝込み量と
して検出することで、寝込み量の検出のために特別なセ
ンサを新たに必要とせず、また圧縮機本体の構造を何ら
変更することなく容易に寝込み量を検出できるようにし
ている。そして、これによって、圧縮機の運転開始に際
しては、この寝込み量の検出結果に基づいて予熱を必要
に応じて行なえばよく、無駄な電力消費を抑え迅速な起
動を実現できる。
(実施例) ここで、第1図ないし第4図を参照して本発明の実施
例を説明する。なお、第1図において、第5図と同一部
分には同符号を付す。
第1図は寝込みが生じて潤滑油10と冷媒との混合液面
が高レベルHになった状態を示している。
この第1図に示す状態でも前述した第5図に示す寝込
みの無い状態でも圧縮機の起動に先立って、まず、電動
機4のステータコイル3c(ロータコイルがあるときはロ
ータコイルでもよい)の線間インピーダンスを測定す
る。
この線間インピーダンスとしては、一例として、第3
図に示すようなステータコイル3cの線間静電容量Fがあ
げられる。すなわち、静電容量は、潤滑油及び冷媒の混
合液の液面レベルに従って変化するので、その値を測定
すれば液面レベルが得られることになる。
一般に、電極間の静電容量は、電極の面積と電極間に
介在する誘電体の比誘電率とに比例するという関係があ
る。したがって、誘電体が介在する面積が変化したり、
誘電体の比誘電率が変化することにより、ステータスコ
イル3cの線間静電容量が変化する。
仮に比誘電率を一定としても、混合液の液面が高レベ
ルになる程、いいかえれば、ステータコイル3cが混合液
によって多く浸される程、等価的に電極間の誘電体の占
める面積が多きくなり、静電容量が増加する。
しかも、フロントR22のケースを例にとると、気化冷
媒、潤滑油、液化冷媒の各比誘電率は、約1:2:6.6であ
り、混合液の比誘電率は2〜6.6の間の値をとる。した
がって、潤滑油の量は略一定であるため、混合液が多く
なる程、この混合液には液化冷媒の量が多くなって比誘
電率も増加する。
このような事から、第2図に示すように、線間静電容
量は、ステータコイル3cの下端に液面レベルが至って変
化が生じ、更に高レベルになるに従って比誘電率自体の
増加と混合液の介在面積双方に比例して大きくなる。
第2図において、寝込みが生じない場合のステータス
コイル3cの線間静電容量をCoとし、寝込みが生じて圧縮
機の起動によりロック事故や摩耗故障が発生する限界レ
ベルに当る限界静電容量をCLとすると、CoとCLとの間で
は寝込みが生じてもヒータによる予熱は必要なく、ロッ
ク事故や摩耗故障が生ずることなく運転にて寝込みが解
消され、他方CLをしきい値としてCL以上の大きな値では
寝込み程度が甚だしいので予熱を行ない、CL以下になっ
た状態で圧縮機を起動させれば、事故や故障の不都合は
全くなくなる。
こうして、圧縮機の起動に際して線間静電容量を測定
した結果、限界静電容量CLよりも測定値が小さければ、
直ちに圧縮機を起動し、CLよりも大きければ時間予熱し
てCLより小さくなった時点で圧縮機を起動すれば良い。
第4図は第7図に対応する図であり、ヒートポンプの
駆動に当り、予熱なしの圧縮機の起動状態と、予熱後の
圧縮機の起動状態をそれぞれ示す運転シーケンスであ
る。
静電容量の検出に当っては、容量値をそのまま利用す
ることもできるが、ヒートポンプ制御用マイコンへのデ
ータの取り込みを容易にすることを考慮すると、静電容
量を周波数とか電圧に変換する変換器を備えるのが良
い。
また、予熱に当っては限界静電容量CL以下になったか
実測値をモニタし、CL以下になった時点で圧縮機を起動
することが適切であるが、実測した静電容量値がCL以上
の値の場合、その値に応じてタイマを動作させてその値
に応じて決められた所定時間予熱してもよい。
したがって、本実施例によれば、電動機コイルの線間
容量を検出し、線間容量の検出結果に基づき混合液が低
レベルであって潤滑油として充分機能する間は予熱をし
ないで圧縮機を直ちに起動させ、混合液レベルが上昇し
て潤滑油が稀釈されている場合のみ予熱を行なうことに
より、従来のような予熱に係る無駄な電力消費を抑える
と共に予熱が不要な場合には圧縮機を直ちに起動でき
る。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、圧縮機を構成す
る電動機のコイルが持つ線間インピーダンスがこのコイ
ルを浸す潤滑油と冷媒との混合液面のレベル、すなわち
寝込み量に応じて変化することに着目して、線間インピ
ーダンスを寝込み量として検出するようにしたので、寝
込み量の検出のために特別なセンサを新たに必要とせ
ず、また圧縮機本体の構造を何ら変更することなく容易
に寝込み量を検出することができる。そして、これによ
って、圧縮機の運転開始に際しては、この寝込み量の検
出結果に基づいて予熱を必要に応じて行なえばよく、無
駄な電力消費を抑え迅速な起動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第5図は圧縮機の断面図、第2図は圧縮機
内の混合液面レベルに対する線間静電容量の特性図、第
3図は線間静電容量の説明図、第4図および第7図はヒ
ートポンプの運転シーケンスを示す説明図、第6図は埋
込み形のヒータの構成図である。 1…密閉容器、2…ロータ、3…ステータ、3c…ステー
タコイル、4…電動機、5…圧縮機構、6…吸入管、7
…吐出管、8…端子、10…潤滑油、11…ヒータコイル、
12…ヒータ、

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に潤滑油と冷媒が収容された密閉容器
    と、この密閉容器内に配置された電動機と、同じく密閉
    容器内に配置されかつ電動機に連結されて駆動される圧
    縮機構とを有し、低圧冷媒を吸入・圧縮し高圧冷媒とし
    て吐出する圧縮機において、 前記密閉容器内の潤滑油と冷媒に浸された電動機コイル
    の線間インピーダンスを潤滑油への冷媒溶け込み量とし
    て検出することを特徴とする圧縮機における冷媒溶け込
    み量検出方法。
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