JP3834030B2 - Refrigerant state detection device - Google Patents

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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/04—Refrigerant level

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Description

本発明は、空気調和装置等の冷媒循環路中の冷媒の状態を検出する冷媒状態検出装置に関する。さらに詳細には、空気調和装置の冷媒循環路中のボイド率・膨張弁、電動弁、キャピラリ等断熱膨張機器入り口側の液状態などの冷媒の状態を検出するために冷媒循環路中に設けるサイトグラスの働きを電気的に行うようにした冷媒状態検出装置に関する。   The present invention relates to a refrigerant state detection device that detects the state of a refrigerant in a refrigerant circuit such as an air conditioner. More specifically, a site provided in the refrigerant circuit for detecting the void ratio in the refrigerant circuit of the air conditioner, the state of the refrigerant such as the liquid state at the inlet side of the adiabatic expansion device such as an expansion valve, motorized valve, capillary, etc. The present invention relates to a refrigerant state detection device that electrically performs a glass function.

自動車用冷房装置などの空気調和装置などでは、図１３に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮機により圧縮された高温・高圧のガスを冷却して液化する凝縮器３と、液化した冷媒を貯え気泡を分離するとともに水分やほこりを除去するレシーバタンク４と、液冷媒の液状態を確認するサイトグラス５と、液冷媒を断熱膨張させ低温・低圧の状態にする膨張弁などの断熱膨張器６と、室内空気を熱交換する蒸発器７と、アキュムレータ８を冷媒配管９で連結した循環路１に冷媒を封入した冷凍サイクルが用いられている。このような冷凍サイクルでは、液バック量・ボイド率・冷凍機油に溶け込んだ冷媒量（希釈度）・レシーバタンクやアキュムレータに挿入したドライアの乾燥剤の吸湿状態・膨張弁、電動弁、キャピラリ等の断熱膨張器の入り口側の液の状態など冷凍サイクル中の冷媒の状態を検出して、冷媒洩れによる冷却能力の低下や圧縮機のガス漏れによる焼付けなどの装置の損傷を防止することが行われている。   In an air conditioner such as an air conditioner for an automobile, as shown in FIG. 13, a compressor 2 that compresses a refrigerant, a condenser 3 that cools and liquefies a high-temperature / high-pressure gas compressed by the compressor, A receiver tank 4 that stores liquefied refrigerant, separates bubbles and removes moisture and dust, a sight glass 5 that checks the liquid state of the liquid refrigerant, an expansion valve that adiabatically expands the liquid refrigerant to bring it into a low temperature / low pressure state, etc. A refrigerating cycle in which a refrigerant is enclosed in a circulation path 1 in which an accumulator 8 is connected by a refrigerant pipe 9 is used. In such a refrigeration cycle, the amount of liquid back, the void ratio, the amount of refrigerant dissolved in the refrigeration machine oil (dilution degree), the moisture absorption state of the dryer desiccant inserted in the receiver tank or accumulator, the expansion valve, electric valve, capillary, etc. The state of the refrigerant in the refrigeration cycle, such as the state of the liquid on the inlet side of the adiabatic expander, is detected to prevent equipment damage such as a decrease in cooling capacity due to refrigerant leakage or seizure due to compressor gas leakage. ing.

ここで、液バック量について説明する。冷凍サイクルにおいて、ア．冷凍負荷に対して膨張弁の開度が大きい場合、イ．冷媒量が過多の場合、ウ．冷凍負荷の変動が大きく急に負荷が減少した場合、エ．膨張弁の追従が悪い場合などには、冷却負荷に対して冷媒の流れ込む量が多くなり、冷媒は十分蒸発し切れず、圧縮機２には気体状の冷媒に液状の冷媒を含んだ冷媒が戻ってくるようになる。このような冷媒が圧縮機２に供給されると、正常な運転では霜が付かない圧縮機２であっても吸い込み口付近で蒸発が起こるので、空気中の水分が露結して霜が付いたりシリンダが冷たくなることがある。その他、オ．通常は膨張弁６の手前に電磁弁をいれて運転の停止前にあらかじめ電磁弁を閉じ、低圧部の冷媒を回収して液状の冷媒が蒸発器内に留まらないようにポンプダウン処理を行っているが、冷凍サイクルによってはこのような電磁弁を設けない場合がある。この場合は、圧縮機２が停止すると蒸発器７内は圧力が低くかつ低温であるので、液状の冷媒が流入したり気体状の冷媒が液化したりして、次の始動時に液状の冷媒が一度に圧縮機２に吸い込まれるおそれがある。   Here, the liquid back amount will be described. In the refrigeration cycle, a. When the opening of the expansion valve is large relative to the refrigeration load, If the amount of refrigerant is excessive, c. If the refrigeration load fluctuates greatly and the load decreases suddenly, When the follow-up of the expansion valve is poor, the amount of refrigerant flowing into the cooling load increases, the refrigerant does not evaporate sufficiently, and the compressor 2 contains a refrigerant containing a liquid refrigerant in the form of a gaseous refrigerant. Come back. When such a refrigerant is supplied to the compressor 2, even if the compressor 2 is not frosted under normal operation, evaporation occurs in the vicinity of the suction port, so moisture in the air is condensed and frosted. Or the cylinder may get cold. In addition, e. Normally, an electromagnetic valve is inserted in front of the expansion valve 6 and the electromagnetic valve is closed in advance before the operation is stopped, and the low-pressure refrigerant is collected to perform a pump-down process so that the liquid refrigerant does not stay in the evaporator. However, such a solenoid valve may not be provided depending on the refrigeration cycle. In this case, since the pressure in the evaporator 7 is low and the temperature is low when the compressor 2 is stopped, the liquid refrigerant flows in or the gaseous refrigerant is liquefied, and the liquid refrigerant is discharged at the next start-up. There is a risk of being sucked into the compressor 2 at a time.

このような液状の冷媒が戻ってくる液戻り量が多くなると、この液が圧縮機２の吸込弁や吐出弁をたたくこととなって、さらに液を圧縮することとなる。この場合、液は圧縮されてもその体積はほとんど変わらないので、圧縮機２の運転をそのまま続けると圧縮機２の動作に支障を招くおそれがある。
さらには、冷凍能力が残っている冷媒を圧縮機に返すのであるからそれだけ冷凍能力が無駄になることとなる。
以上のような、圧縮機２に液状の冷媒が戻ってくる現象を液バックと呼んでいる。このような液バック現象の発生を防ぐために、蒸発器７の出口と圧縮機２の吸込口を連絡する吸込管に液分離器（アキュムレータ）８を設けることが行われている。この場合、圧縮機に戻ってくる冷媒中に液量が含まれていることを検出する液バックセンサをアキュムレータに設けることが行われている。 When the amount of liquid return to which such a liquid refrigerant returns increases, this liquid hits the suction valve and the discharge valve of the compressor 2 and further compresses the liquid. In this case, even if the liquid is compressed, its volume hardly changes. Therefore, if the operation of the compressor 2 is continued as it is, the operation of the compressor 2 may be hindered.
Furthermore, since the refrigerant with the remaining refrigeration capacity is returned to the compressor, the refrigeration capacity is wasted accordingly.
The phenomenon that the liquid refrigerant returns to the compressor 2 as described above is called a liquid back. In order to prevent the occurrence of such a liquid back phenomenon, a liquid separator (accumulator) 8 is provided in a suction pipe connecting the outlet of the evaporator 7 and the suction port of the compressor 2. In this case, a liquid back sensor for detecting that the amount of liquid is contained in the refrigerant returning to the compressor is provided in the accumulator.

次に、希釈度について説明する。圧縮機２内部では高速回転および摺動を繰り返していることから潤滑油が不可欠である。潤滑油の役割は、摺動部の隙間に供給され、油膜をつくって金属どうしの接触を避け、円滑な摺動と金属の摩耗を防ぐこと、摺動面の摩擦によって生じる発熱を冷却すること、および、シャフトシール部やピストンリングなど気密が必要な摺動面では、シール作用をすることなどである。
冷凍サイクルにおいては、潤滑油と冷媒は同一サイクル内に混在していることから、潤滑油中の冷媒が溶解することを免れることはできない。冷媒と潤滑油の溶解性は冷媒の種類によって異なり、溶解性の大きい冷媒では圧縮機２から吐出しガスと一緒に排出されやすい。さらに冷媒が溶解した潤滑油は、その粘性が低下するのでシール性や潤滑性に影響を与えることとなる。
したがって、潤滑油中に含まれる冷媒量を把握しておくことが必要となる。この潤滑油中に含まれる冷媒量を希釈度と定義する。希釈度はできるだけ低く保っておくことが必要である。
圧縮機の潤滑油の希釈度を測定する方法としては、従来、ア．圧縮機内の潤滑油を抜き取る方法、イ．希釈度を潤滑油の冷媒溶解特性から求める方法などがある。 Next, the degree of dilution will be described. Lubricating oil is indispensable because high-speed rotation and sliding are repeated inside the compressor 2. The role of the lubricating oil is supplied to the gap between the sliding parts, creating an oil film to avoid contact between metals, preventing smooth sliding and metal wear, cooling the heat generated by friction of the sliding surface In addition, a sliding action such as a shaft seal portion or a piston ring that needs to be airtight is to perform a sealing action.
In the refrigeration cycle, since the lubricating oil and the refrigerant are mixed in the same cycle, it is inevitable that the refrigerant in the lubricating oil is dissolved. The solubility of the refrigerant and the lubricating oil varies depending on the type of refrigerant, and a refrigerant having high solubility is easily discharged from the compressor 2 and discharged together with the gas. Furthermore, since the viscosity of the lubricating oil in which the refrigerant is dissolved is lowered, the sealing performance and lubricity are affected.
Therefore, it is necessary to know the amount of refrigerant contained in the lubricating oil. The amount of refrigerant contained in this lubricating oil is defined as the degree of dilution. It is necessary to keep the dilution as low as possible.
Conventional methods for measuring the dilution of lubricating oil in compressors are as follows. A method for extracting the lubricating oil from the compressor; There is a method of obtaining the degree of dilution from the refrigerant dissolution characteristics of the lubricating oil.

次いで、ボイド率に付いて説明する。冷凍サイクルにおいて効率よく冷却するためには、液冷媒が過冷却の状態で膨張弁またはキャピラリに到達することが必要である。冷媒量の充填量が不足している場合や、冷媒の洩れによって冷媒量が不足した場合、凝縮器３と膨張弁６を結ぶ液配管内９にフラッシュガスが発生する。液配管内にフラッシュガスが存在すると膨張弁６を通る冷媒流量は減少し、冷却能力が減少する。この液冷媒に対するフラッシュガスの割合をボイド率と呼ぶ。冷媒の循環路中では、ボイド率も低く保っておくことが必要となる。   Next, the void ratio will be described. In order to efficiently cool in the refrigeration cycle, it is necessary that the liquid refrigerant reaches the expansion valve or the capillary in a supercooled state. When the refrigerant amount is insufficient or when the refrigerant amount is insufficient due to refrigerant leakage, flash gas is generated in the liquid pipe 9 connecting the condenser 3 and the expansion valve 6. If flash gas is present in the liquid pipe, the flow rate of the refrigerant passing through the expansion valve 6 decreases, and the cooling capacity decreases. The ratio of the flash gas to the liquid refrigerant is called the void ratio. It is necessary to keep the void ratio low in the refrigerant circulation path.

従来、空気調和装置の冷媒循環路中の冷媒の不足を検出する方法としては、冷凍サイクルの高圧側配管に透明ガラス部を備えたサイトグラス５を設け目視によって、冷媒がガス状態であるか液満状態であるかを確認する方法や、冷凍サイクルの高圧側に、高圧側圧力が設定値以下に低下すると開放状態となる圧力スイッチを設置し、冷媒不足検出器とする方法が一般に用いられている。
ところが、これらの冷媒不足検出方式のうち、前者は、目視による確認を行うことから、冷媒の状態を常時監視することができず、しかも冷媒の状態を電気信号として取り出すことができないので、ガス状態と液状態の割合を数値的に表すことができなかった。また、後者は、圧力スイッチのＯＮ又はＯＦＦによってガス状態か液満状態かを判別するのであり、連続的な電気信号の変化として取り出すことが困難であった。 Conventionally, as a method of detecting the shortage of refrigerant in the refrigerant circuit of the air conditioner, a sight glass 5 having a transparent glass portion is provided in the high-pressure side piping of the refrigeration cycle, and the refrigerant is in a gas state or liquid by visual observation. Generally used are a method for checking whether the refrigerant is full, or a method for installing a pressure switch on the high-pressure side of the refrigeration cycle that opens when the pressure on the high-pressure side drops below a set value, thereby providing a refrigerant shortage detector. Yes.
However, among these refrigerant shortage detection methods, since the former performs visual confirmation, the refrigerant state cannot be constantly monitored, and the refrigerant state cannot be taken out as an electric signal. The ratio of the liquid state could not be expressed numerically. In the latter case, it is difficult to take out as a continuous change in electric signal because it is determined whether the pressure state is ON or OFF depending on whether the gas state or the liquid state is full.

さらに最近は、特定フロンの使用廃止に伴い、代替冷媒が使用されるようになってきたが、これら代替冷媒を混合して用いるいわゆる混合冷媒については、その特性の解明が充分でないとともに非共沸の冷媒を混合している場合もあることから、配管内の冷媒の状態を検知するセンサが求められるようになってきた。   More recently, with the abolition of specific CFCs, alternative refrigerants have been used. However, the characteristics of so-called mixed refrigerants that use these alternative refrigerants in combination are not sufficiently elucidated and non-azeotropic. Therefore, a sensor for detecting the state of the refrigerant in the pipe has been demanded.

このような冷凍サイクル中の冷媒の状態を電気的に検出する方法として、冷媒量を電気的に検出する冷媒量検出方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、この方法は、冷媒が気体であるか液体であるかの状態、もしくは、電極間の液体の量の状態に応じて電極間の誘電率が変化することを利用して、複数の電極間に冷媒を介在させることによって可変容量キャパシタを構成し、該キャパシタの電極を冷凍サイクル中に対向させて設置し、このキャパシタと抵抗容量型発振回路と周波数−電圧変換回路を用いて検出装置を構成し、冷媒量を電圧として電気的に検出する冷媒量検出方法が提案されている。しかしながら、このような誘電率の変化に応答する形式の冷媒量状態出手段と抵抗容量型発信回路の組み合わせにおいては、冷媒量の変化に対する周波数の変化が小さいので、そのため誘電率検出手段としてのキャパシタの電極の形状を大型化したり複雑な構造でかつ精度を必要とする部品で組み立てることが必要となり、冷媒状態検出装置全体の価格が高価となってしまうなどの問題点があった。   As a method for electrically detecting the state of the refrigerant in such a refrigeration cycle, a refrigerant amount detection method for electrically detecting the refrigerant amount has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In other words, this method utilizes the fact that the dielectric constant between the electrodes changes depending on whether the refrigerant is a gas or a liquid, or the amount of liquid between the electrodes. A variable capacity capacitor is configured by interposing a refrigerant in the capacitor, and the electrodes of the capacitor are placed facing each other in the refrigeration cycle, and a detection device is configured using the capacitor, a resistance-capacitance oscillation circuit, and a frequency-voltage conversion circuit However, a refrigerant quantity detection method that electrically detects the refrigerant quantity as a voltage has been proposed. However, in the combination of the refrigerant quantity state output means that responds to the change in the dielectric constant and the resistance capacity type transmission circuit, the frequency change with respect to the change in the refrigerant quantity is small. However, there is a problem that the shape of the electrode is increased in size or assembled with parts having a complicated structure and accuracy, and the price of the entire refrigerant state detection device becomes expensive.

一方、容量−電圧変換回路についても種々の回路が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）が、冷媒検出装置を通過する冷媒の直流抵抗分が高い場合に比較して、代替冷媒や水等の流体を用いた場合のように冷媒の直流抵抗分が低い場合、即ち導電性がある場合は、キャパシタへの充電電流が冷媒にバイパスされてしまうことから、正確に測定し難いなどの問題点があった。
特公昭６３−２６８５６号公報 特公平６−７８９１３号公報 On the other hand, various circuits have also been proposed for the capacity-voltage conversion circuit (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2), but compared to the case where the DC resistance of the refrigerant passing through the refrigerant detection device is high, If the direct current resistance of the refrigerant is low, such as when using an alternative refrigerant or a fluid such as water, that is, if there is conductivity, the charging current to the capacitor will be bypassed by the refrigerant. There were problems such as difficulties.
Japanese Examined Patent Publication No. 63-26856 Japanese Patent Publication No. 6-78913

本発明は、ガス状態と液状態の割合に比例した連続的な電気信号を出力して、十分な精度を有する冷媒状態検出装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the refrigerant | coolant state detection apparatus which outputs the continuous electrical signal proportional to the ratio of a gas state and a liquid state, and has sufficient precision.

上記課題を解決するために、本発明は、空気調和装置などの冷凍サイクル中のアキュ−ムレ−タまたはレシ−バタンク内に複数の電極を有するキャパシタを冷媒に浸して備え、このキャパシタの静電容量が冷媒の量に応じて変化することを利用して、冷媒量を連続的な電気信号の変化として検出するようにした。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a capacitor having a plurality of electrodes in an accumulator or receiver tank in a refrigeration cycle such as an air conditioner, which is immersed in a refrigerant. By utilizing the fact that the capacity changes in accordance with the amount of refrigerant, the amount of refrigerant is detected as a continuous change in electrical signal.

さらに、本発明は、空気調和装置などの冷凍サイクル中に設けたサイトグラス中に１組または複数組みの電極を有するキャパシタを冷媒に接触させて配置し、このキャパシタの静電容量が冷媒の気体と液体の存在割合に応じて変化することを利用して冷媒の状態を連続的な電気信号の変化として検出するようにした。   Further, according to the present invention, a capacitor having one or a plurality of sets of electrodes is placed in contact with a refrigerant in a sight glass provided in a refrigeration cycle such as an air conditioner, and the capacitance of the capacitor is a refrigerant gas. The state of the refrigerant is detected as a continuous change in the electric signal by utilizing the fact that the ratio changes depending on the existence ratio of the liquid.

本発明の、冷媒量不足検出装置は、アキュ−ムレ−タ又はレシ−バタンク内に１組又は複数組の小間隙を有する電極を設置するだけでガス状態と液状態の割合に比例し、且つサ−ジによる誤動作を防止した連続的な電気信号が得られる。   The refrigerant shortage detection device of the present invention is proportional to the ratio between the gas state and the liquid state only by installing an electrode having one or more sets of small gaps in the accumulator or receiver tank, and A continuous electric signal that prevents malfunction due to surge can be obtained.

さらに、本発明によれば、可動部分がなく、連続出力を得ることができるので、任意の液面での流量を制御することが可能となる。また、本来、液化した冷媒を貯える役目のレシ−バタンクや気液分離の役目のアキュ−ムレ−タに液冷媒検知器を設けたことによりサ−ジによる誤動作を防止することができる。   Furthermore, according to the present invention, since there is no movable part and a continuous output can be obtained, the flow rate at an arbitrary liquid level can be controlled. In addition, by providing a liquid refrigerant detector in the receiver tank that originally stores the liquefied refrigerant and in the accumulator that is used for gas-liquid separation, it is possible to prevent malfunction due to surge.

本発明は、誘電率の変化もしくは、誘電体の量の変化によって変化する可変容量キャパシタの容量の変化を連続した電気信号量としてとりだすことができる。   According to the present invention, a change in the capacitance of a variable capacitor that changes due to a change in dielectric constant or a change in the amount of dielectric can be taken out as a continuous electric signal amount.

以下、空気調和装置の冷媒量不足検出装置の原理について説明する。この検出装置は、キャパシタの２枚の電極を所定の間隔を持って対向配置し、冷媒の液面に対して電極が垂直方向に置かれるようにキャパシタを配置したもので、対向する２電極間に存在する冷媒の量によって実質的な電極面積が変化することを利用した装置である。   Hereinafter, the principle of the refrigerant quantity shortage detection device of the air conditioner will be described. In this detection device, two electrodes of a capacitor are arranged opposite to each other with a predetermined interval, and a capacitor is arranged so that the electrodes are placed in a vertical direction with respect to the liquid surface of the refrigerant. This is a device that utilizes the fact that the substantial electrode area changes depending on the amount of refrigerant present.

この原理を、図１および図２を用いて説明する。図１は、このキャパシタの原理的構成を示す図であり、図２は、キャパシタ間の液量と静電容量の関係を示す特性曲線図である。
図１において、面積Ａの２枚の電極をｄの間隔を持って対向配置したキャパシタにおいて、電極間に比誘電率εＧの気体が存在するときの静電容量ＣＧは、真空中の誘電率をε０とすると、下記（１）式で表現される。 This principle will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing the principle configuration of this capacitor, and FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing the relationship between the amount of liquid and the capacitance between capacitors.
In FIG. 1, in a capacitor in which two electrodes having an area A are arranged opposite to each other with a distance d, the capacitance C G when a gas having a relative dielectric constant ε G is present between the electrodes is expressed as the dielectric in vacuum. If the rate is ε 0 , it is expressed by the following equation (1).

Figure 0003834030
Figure 0003834030

ここで、電極間に比誘電率εＬの液体が存在する場合を想定すると、電極間が全て液体で満たされたときの静電容量ＣＬは、上記（１）式から下記（２）式で表わされる。同様に、電極間の１／２に液体が存在し１／２が気体の場合の静電容量ＣＧＬは、下記（３）式で表される。 Here, assuming that there is liquid in the relative dielectric constant epsilon L between the electrodes, the electrostatic capacitance C L when the inter-electrode is filled with all liquid, (1) the following equation (2) from the equation It is represented by Similarly, the capacitance C GL when a liquid exists in 1/2 between the electrodes and 1/2 is a gas is expressed by the following equation (3).

Figure 0003834030
Figure 0003834030

このように、電極間の液体と気体の存在割と静電容量との間には、図２に示す関係が成り立つ。すなわち、電極間の液体の高さをｈとすると、電極間が液体で満たされたとき（液満）の静電容量ＣＬから電極間に液体が存在しないとき（液量０）のときの静電容量ＣＧの間で、液体の量ｈに逆比例して静電容量は連続的に変化する。したがって、この原理を用いた検出手段を採用することによって、連続的な電気信号で液量（冷媒の量・液バック量）を検出することができる。 Thus, the relationship shown in FIG. 2 is established between the liquid and gas existing ratio between the electrodes and the capacitance. That is, when the height of the liquid between the electrodes is h, when the liquid is not present between the electrodes from the capacitance C L when the inter-electrode is filled with liquid (EkiMitsuru) when the (liquid volume 0) between the capacitance C G, capacitance inversely proportional to the amount h of the liquid varies continuously. Therefore, by adopting a detection means using this principle, it is possible to detect the amount of liquid (the amount of refrigerant and the amount of liquid back) with a continuous electric signal.

次いで、本発明に係る空気調和装置の冷媒の希釈度、ボイド率検出装置の原理について説明する。この検出装置は、キャパシタの２枚の電極を所定の間隔を持って対向配置し、この電極の間を冷媒が流れるように配置したもので、対向する２電極間に存在する冷媒中への気体や油などの混合割合によって誘電率が変化することを利用した装置である。   Next, the principle of the refrigerant dilution and void ratio detection device of the air conditioner according to the present invention will be described. In this detection device, two electrodes of a capacitor are arranged opposite to each other with a predetermined interval, and the refrigerant flows between the electrodes, and gas into the refrigerant existing between the two opposed electrodes. This is a device that utilizes the change in dielectric constant depending on the mixing ratio of oil and oil.

この原理を、図３および図４を用いて説明する。図３は、このキャパシタの原理的構成を示す図であり、図４は、キャパシタ間にある冷媒中への気体の混合割合率（ボイド率）と静電容量の関係を示す特性曲線図である。
図３において、面積Ａの２枚の電極をｄの間隔を持って対向配置したキャパシタにおいて、電極間に比誘電率ε１の第１の媒体が存在するときの静電容量Ｃ１は、真空中の誘電率をε０とすると、下記（４）式で表現される。 This principle will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing the basic configuration of this capacitor, and FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing the relationship between the mixing ratio ratio (void ratio) of gas into the refrigerant between the capacitors and the capacitance. .
In FIG. 3, in a capacitor in which two electrodes having an area A are arranged facing each other with an interval of d, the capacitance C 1 when a first medium having a relative permittivity ε 1 exists between the electrodes is When the inside dielectric constant is ε 0 , it is expressed by the following equation (4).

Figure 0003834030
Figure 0003834030

ここで、電極間に比誘電率ε２の第２の媒体が存在する場合を想定すると、電極間が全て第２の媒体で満たされたときの静電容量Ｃ２は、前記（４）式を用いて下記（５）式で表わされる。同様に、電極間の液体中に第１の媒体が１／２存在する場合の静電容量Ｃ０５は、下記（６）式で表される。 Here, assuming that there is a second medium having a relative dielectric constant ε 2 between the electrodes, the capacitance C 2 when the gap between the electrodes is all filled with the second medium is expressed by the above equation (4). Is represented by the following equation (5). Similarly, the capacitance C 05 in the case where the first medium is ½ in the liquid between the electrodes is expressed by the following equation (6).

Figure 0003834030
Figure 0003834030

このように、電極間の第１の媒体と第２の媒体の存在割と静電容量との間には、図４に示すの関係が成り立つ。すなわち、電極間が第２の媒体で満たされたとき（液満）の静電容量Ｃ２から電極間が第１の媒体で満たされたときの静電容量Ｃ１の間で、第２の媒体の量比例して静電容量は連続的に変化する。したがって、この原理を用いた検出手段を採用することによって、連続的な電気信号で第１の媒体と第２の媒体の比率、すなわち、希釈度、ボイド率を検出することができる。
本発明のセンサを使用して希釈度を測定する方法としては、ア．圧縮機への液戻り量と希釈度との間に一定の相関関係があることに着目して圧縮機の吸い込み口近傍の配管に本センサをとりつけ、検出した液戻り量を演算して希釈度をもとめる方法（特開平５−８７４２８号公報）、イ．圧縮機内に本センサを取付け潤滑油中の冷媒量を直接測定する方法などがある。 As described above, the relationship shown in FIG. 4 is established between the existence ratio of the first medium and the second medium between the electrodes and the capacitance. That is, between the electrodes of the capacitance C 1 when the electrodes from the capacitance C 2 when filled with a second medium (EkiMitsuru) is filled with a first medium, the second The capacitance changes continuously in proportion to the amount of medium. Therefore, by adopting the detection means using this principle, it is possible to detect the ratio between the first medium and the second medium, that is, the degree of dilution and the void ratio, with a continuous electric signal.
As a method for measuring the dilution using the sensor of the present invention, a. Focusing on the fact that there is a certain correlation between the amount of liquid returned to the compressor and the degree of dilution, this sensor is attached to the piping near the suction port of the compressor, and the degree of dilution is calculated by calculating the amount of liquid returned. (Japanese Patent Laid-Open No. 5-87428), a. There is a method of directly measuring the amount of refrigerant in the lubricating oil by installing this sensor in the compressor.

以下、本出願の第１の発明の第１の実施例を説明する。図５は、本発明に係る液量検出手段を空気調和装置の冷凍サイクル中に設けられたアキュムレータに用いた実施例を示す。空気調和装置のアキュムレータ８は、液体が混合している気体状冷媒を受け入れる冷媒入口配管８２と、気体状の冷媒のみを取り出す冷媒出口配管８３とが設けられた冷媒容器８１と、冷媒出口配管８３から送り出す冷媒を乾燥した冷媒とする乾燥剤層８４とから構成されている。このアキュムレータ８の内部に、本発明に係る液量検出素子１０が挿入されている、この検出素子１０は、容器８１の底部近傍から立ち上げられた、平行して対向する２枚の電極板１１ａ，１１ｂから構成される。各電極は、容器の底部に向けられた絶縁シールを介して外部に引き出され、検出回路２０に接続される。この検出信号は制御回路７０に入力されて、冷凍サイクルの運転制御に使用される。容器８１内の冷媒液量が所定の値例えば上限値を上回るかまたは下限値を下回ったことを検出手段の出力を監視することによって検出する。   The first embodiment of the first invention of the present application will be described below. FIG. 5 shows an embodiment in which the liquid amount detecting means according to the present invention is used in an accumulator provided in a refrigeration cycle of an air conditioner. The accumulator 8 of the air conditioner includes a refrigerant container 81 provided with a refrigerant inlet pipe 82 for receiving a gaseous refrigerant mixed with a liquid, a refrigerant outlet pipe 83 for taking out only the gaseous refrigerant, and a refrigerant outlet pipe 83. It is comprised from the desiccant layer 84 which makes the refrigerant | coolant sent out from the dry refrigerant | coolant. The accumulator 8 has a liquid amount detecting element 10 according to the present invention inserted therein. The detecting element 10 is raised from the vicinity of the bottom of the container 81 and is parallel to two electrode plates 11a facing each other. , 11b. Each electrode is pulled out through an insulating seal directed to the bottom of the container and connected to the detection circuit 20. This detection signal is input to the control circuit 70 and used for operation control of the refrigeration cycle. It is detected by monitoring the output of the detection means that the amount of the refrigerant liquid in the container 81 exceeds a predetermined value, for example, an upper limit value or falls below a lower limit value.

次に、本出願の第１の発明の第２の実施例を説明する。図６は、本発明に係る液量検出手段を空気調和装置の冷凍サイクル中に設けられたレシーバタンクに用いた実施例を示す。空気調和装置のレシーバタンク４は、気体が混合している液状冷媒を受け入れる冷媒入口配管４２と、液体の冷媒のみを取り出す容器の底部付近にまで延びる冷媒出口配管４３とが設けられた冷媒容器４１と、冷媒入口配管４２から取り入れられる冷媒中の水分を取り除き乾燥した冷媒とする乾燥剤層４４とから構成されている。このレシーバタンク４の内部に、本発明に係る液量検出素子１０が挿入されている、この検出素子１０は、容器４１の底部近傍から立ち上げられた、平行して対向する２枚の電極板１１ａ，１１ｂから構成される。各電極は、容器の底部に向けられた絶縁シールを介して外部に引き出され、検出回路２０に接続される。この検出信号は制御回路２１に入力されて、冷凍サイクルの運転制御に使用される。容器４１内の冷媒液量が所定の値例えば下限値を下回ったことを検出手段の出力を監視することによって検出する。   Next, a second embodiment of the first invention of the present application will be described. FIG. 6 shows an embodiment in which the liquid amount detecting means according to the present invention is used in a receiver tank provided in a refrigeration cycle of an air conditioner. The receiver tank 4 of the air conditioner includes a refrigerant container 41 provided with a refrigerant inlet pipe 42 that receives a liquid refrigerant mixed with a gas and a refrigerant outlet pipe 43 that extends to the vicinity of the bottom of the container that takes out only the liquid refrigerant. And a desiccant layer 44 that removes moisture in the refrigerant taken in from the refrigerant inlet pipe 42 to obtain a dry refrigerant. Inside the receiver tank 4, the liquid amount detection element 10 according to the present invention is inserted. This detection element 10 is raised from the vicinity of the bottom of the container 41 and is two electrode plates facing each other in parallel. 11a and 11b. Each electrode is pulled out through an insulating seal directed to the bottom of the container and connected to the detection circuit 20. This detection signal is input to the control circuit 21 and used for operation control of the refrigeration cycle. It is detected by monitoring the output of the detection means that the amount of the refrigerant liquid in the container 41 falls below a predetermined value, for example, a lower limit value.

本出願の第１の発明の第３の実施例を説明する。図７は、本発明に係る第２の態様の液量検出手段を空気調和装置の冷媒循環系中に設けられたレシーバタンクに用いた例を示す。空気調和装置のレシーバタンク４は、気体が混合している液状冷媒を受け入れる冷媒入口配管４２と、液体の冷媒のみを取り出す容器の底部付近にまで延びる冷媒出口配管４３とが設けられた冷媒容器４１と、冷媒入口配管４２から取り入れられる冷媒中の水分を取り除き乾燥した冷媒とする乾燥剤層４４とから構成されている。このレシーバタンク４の内部に、本発明に係る第２の態様の液量検出素子１０が挿入されている、この検出素子１０は、容器４１の底部近傍に設けられ、平行して対向する複数枚の電極板１１ａ，１１ｂ群から構成される。各電極群は、容器の底部に向けられた絶縁シールを介して外部に引き出され、検出回路２０に接続される。この検出信号は制御回路７０に入力されて、冷凍サイクルの運転制御に使用される。容器４１内の冷媒液量が所定の値例えば下限値を下回ったことを検出手段の出力を監視することによって検出する。   A third embodiment of the first invention of the present application will be described. FIG. 7 shows an example in which the liquid amount detection means according to the second aspect of the present invention is used in a receiver tank provided in a refrigerant circulation system of an air conditioner. The receiver tank 4 of the air conditioner includes a refrigerant container 41 provided with a refrigerant inlet pipe 42 that receives a liquid refrigerant mixed with a gas and a refrigerant outlet pipe 43 that extends to the vicinity of the bottom of the container that takes out only the liquid refrigerant. And a desiccant layer 44 that removes moisture in the refrigerant taken in from the refrigerant inlet pipe 42 to obtain a dry refrigerant. In the receiver tank 4, the liquid amount detection element 10 according to the second aspect of the present invention is inserted. The detection element 10 is provided near the bottom of the container 41, and is a plurality of sheets facing in parallel. Electrode plate 11a, 11b group. Each electrode group is drawn out to the outside through an insulating seal directed to the bottom of the container and connected to the detection circuit 20. This detection signal is input to the control circuit 70 and used for operation control of the refrigeration cycle. It is detected by monitoring the output of the detection means that the amount of the refrigerant liquid in the container 41 falls below a predetermined value, for example, a lower limit value.

図８に、本出願の第２の発明の実施例を説明する。この発明は、冷媒循環回路中の液状体の冷媒の状態（量およびボイド率など）を監視する冷媒状態検出装置に関する。冷媒状態検出装置は、例えばレシーバタンク４の出口４３と膨張弁６との間に配置され、液状冷媒の液の状態を監視するものである。この冷媒状態検出装置の冷媒状態検出手段５０を、従来のサイトグラス５に併設することができる。冷媒液状態検出手段５０は、電極手段６０と、検出回路２０から構成されている。電極手段６０を収容したブロック本体５１には、取り付け用継ぎ手５２ａ，５２ｂがろう付け等によって結合されており、公知のジョイントを用いて配管９の途中に接続されている。ブロック本体５１には、上部開口に監視用のガラス５３が設けられており、内部には電極手段６０を収容するための空間５４が設けられるとともに、下部開口には、電極手段を固定したホルダ５５がＯリングなどを介して密着固定されている。   FIG. 8 illustrates an embodiment of the second invention of the present application. The present invention relates to a refrigerant state detection device that monitors the state (amount, void ratio, etc.) of a liquid refrigerant in a refrigerant circuit. The refrigerant state detection device is disposed, for example, between the outlet 43 of the receiver tank 4 and the expansion valve 6 and monitors the liquid state of the liquid refrigerant. The refrigerant state detecting means 50 of the refrigerant state detecting device can be provided in the conventional sight glass 5. The refrigerant liquid state detection unit 50 includes an electrode unit 60 and a detection circuit 20. The block main body 51 that houses the electrode means 60 is joined with mounting joints 52a and 52b by brazing or the like, and is connected in the middle of the pipe 9 using a known joint. The block main body 51 is provided with a glass 53 for monitoring in the upper opening, a space 54 for accommodating the electrode means 60 is provided in the inside, and a holder 55 to which the electrode means is fixed in the lower opening. Are closely fixed via an O-ring or the like.

電極手段６０は、平らな円板状の２組の電極６１ａ，６１ｂを小間隙を置いて層状に積層されたもので、各電極６１ａ，６１ｂ間にキャパシタを構成している。電極６１は、図９に示すように円周上の中心を介して対向する２ヵ所に切欠部６２ａ，６２ｂを有している。電極６１の切欠部６２ａの幅は切欠き部６２ｂの幅より狭く、かつ、切欠部６２ａの奥行は切欠き部６２ｂの奥行より浅く構成されている。複数の電極６１ａは、絶縁性基板６５に支持固定された支持管６３ａに設けた切込みに狭い切欠部６２ａが挿入されて支持固定されて電極群を構成している。他方の複数の電極６１ｂは、絶縁性基板６５に支持固定された支持管６３ｂに設けた切込みに狭い切欠部６２ａが挿入されて支持固定されて電極群を構成している。支持管６３の内部にはモールド部６６を貫通して外部に引き出されている電極柱６３が挿入されている。それぞれの電極群は、それぞれの電極の切欠部６２ｂが相手側電極群の支持管６３を接触せずに包囲するように所定の間隙を保持して互いに差し込まれてキャパシタからなる検知手段を構成している。   The electrode means 60 is formed by laminating two pairs of flat disk-shaped electrodes 61a and 61b with a small gap therebetween, and constitutes a capacitor between the electrodes 61a and 61b. As shown in FIG. 9, the electrode 61 has notches 62a and 62b at two positions facing each other through the center on the circumference. The width of the notch 62a of the electrode 61 is narrower than the width of the notch 62b, and the depth of the notch 62a is shallower than the depth of the notch 62b. The plurality of electrodes 61a are supported and fixed by inserting a narrow notch 62a into a notch provided in a support tube 63a supported and fixed to the insulating substrate 65, thereby constituting an electrode group. The other plurality of electrodes 61b constitutes an electrode group in which a narrow notch 62a is inserted into a notch provided in a support tube 63b supported and fixed to the insulating substrate 65 and supported and fixed. An electrode column 63 that passes through the mold portion 66 and is drawn out is inserted into the support tube 63. Each electrode group constitutes a detection means comprising a capacitor by being inserted into each other while holding a predetermined gap so that the notch 62b of each electrode surrounds the support tube 63 of the counterpart electrode group without contacting. ing.

次に、検出回路２０の動作原理を図１０を用いて説明する。検出回路２０は、固定容量キャパシタＣＡ２１と、抵抗２２とダイオード２３の並列接続体および前述の本発明の検出手段で構成された可変容量キャパシタＣＢ１０と第２の固定容量キャパシタ２４とが並列に接続された並列体との直列接続体と、電圧比較器（コンパレータ）２５と、記憶手段２６と、積分器２７と、バッファアンプとして働くオペアンプ２８と、タイミング信号発生器２９と、参照電圧３０から構成される。
前記固定容量キャパシタＣＡ２１は、切替スイッチＳＷを介して電源間に接続されている。抵抗２２とダイオード２３の並列接続体と、可変容量キャパシタＣＢ１０および第２の固定容量キャパシタ２４の並列接続体との直列接続体は、抵抗２２とダイオード２３の並列体に直列に接続されて、スイッチＳＷを介して固定容量キャパシタＣＡ２１に接続されている。 Next, the operation principle of the detection circuit 20 will be described with reference to FIG. The detection circuit 20 includes a fixed capacitance capacitor C A 21, a parallel connection body of a resistor 22 and a diode 23, and a variable capacitance capacitor C B 10 and a second fixed capacitance capacitor 24 configured by the detection means of the present invention described above. A serial connection body with a parallel body connected in parallel, a voltage comparator (comparator) 25, a storage means 26, an integrator 27, an operational amplifier 28 serving as a buffer amplifier, a timing signal generator 29, and a reference voltage 30.
The fixed capacitor C A 21 is connected between the power sources via the changeover switch SW. The series connection body of the parallel connection body of the resistor 22 and the diode 23 and the parallel connection body of the variable capacitance capacitor C B 10 and the second fixed capacitance capacitor 24 is connected in series to the parallel connection body of the resistance 22 and the diode 23. Are connected to the fixed capacitor C A 21 via the switch SW.

コンパレータ２５の−入力には、可変容量キャパシタＣＢ１０の両端子間電圧ＶＢがダイオード２３を介して入力され、＋入力にはあらかじめ定められた参照電圧ＶＲ３０が入力されている。このコンパレータ２５は、可変容量キャバシタＣＢ１０の両端子電圧ＶＢを予め定められた参照電圧ＶＲと比較し、可変容量キャパシタＣＢ１０の両端電圧ＶＢが参照電圧ＶＲを越えると出力ＶＣは高電位ＶＨを出力し、可変容量キャパシタＣＢ１０の両端電圧ＶＢが参照電圧ＶＲに満たないときは低電位ＶＬを出力する。コンパレータ２５の出力ＶＣは、タイミング信号発生器２９からのクロックパルス信号ＳＰに同期して記憶手段２６に記憶される。この記憶手段２６の出力ＶＤは積分回路２７に供給され積分される。 A voltage V B between both terminals of the variable capacitor C B 10 is input to the − input of the comparator 25 via the diode 23, and a predetermined reference voltage V R 30 is input to the + input. The comparator 25, the variable capacitance Kyabashita C see compared to the voltage V R to a predetermined both terminal voltage V B of the B 10, the voltage across V B of the variable capacitor C B 10 exceeds the reference voltage V R and output V C outputs a high potential V H, when the voltage across V B of the variable capacitor C B 10 is less than the reference voltage V R and outputs a low potential V L. The output V C of the comparator 25 is stored in synchronization with the storage means 26 to the clock pulse signal S P output from the timing signal generator 29. The output V D of the storage means 26 is supplied to the integrating circuit 27 and integrated.

積分回路２７の出力は、積分回路２７の出力電圧の信号源インピーダンスを低下させるためのオペアンプ１３に供給され、このオペアンプ１３を通して得られる出力電圧ＶＯは固定容量キャパシタＣＡ２１の端子に帰還されると共に、出力端子ｔＯに加えられる。タイミング信号発生器２９は、例えばヒステリシス入力インバータに帰還抵抗ＲＨと入力電圧保持キャパシタＣＨとを接続してなるヒステリシス型発信器から構成されている。 The output of the integrating circuit 27 is supplied to the operational amplifier 13 for reducing the signal source impedance of the output voltage of the integrating circuit 27, and the output voltage V O obtained through this operational amplifier 13 is fed back to the terminal of the fixed capacitor C A 21. Rutotomoni, added to the output terminal t O. The timing signal generator 29 is composed of for example a hysteresis-type oscillator formed by connecting a feedback resistor R H and the input voltage holding capacitor C H hysteresis input inverter.

なお、上記の例では、コンパレータ２５にスレッシュホールド電圧ＶＲを直流電源より与えるようにしたが、ほぼ一定のスレッシュホールドレベルを有するロジックＩＣをコンパレータとして用いるようにしてもよい。 In the above example, the comparator 25 has been the threshold voltage V R to give from the DC power supply may be used logic IC having a substantially constant threshold level as a comparator.

この回路の動作を説明する。通常の動作では、まず、切替スイッチＳＷをＸ−Ｃ側に閉じると、固定容量キャパシタＣＡ２１は、オペアンプ２８の出力ＶＯで充電され、キャパシタＣＡ２１の電圧ＶＡは、オペアンプ２８の出力ＶＯに等しくなる（状態１）。次いで、切替スイッチＳＷをＹ−Ｃ側に閉じると、固定容量キャパシタＣＡ２１の電荷が抵抗２２を介して可変容量キャパシタＣＢ１０およびキャパシタ２４に分化されて平衡状態になる（状態２）。
所定時間経過後前述の状態１に戻るとき、可変容量キャパシタＣＢ１０の充電電圧ＶＢがコンパレータ２５へ読み込まれ、可変容量キャパシタＣＢ１０の電圧ＶＢがコンパレータ２５で参照電圧ＶＲと比較され、可変容量キャパシタＣＢ１０の電圧ＶＢが参照電圧ＶＲを超えたときは、コンパレータ２５の出力電圧ＶＣは高電位Ｖｈとなり、可変容量キャパシタＣＢ１０の電圧ＶＢが参照電圧ＶＲを超えないときは、コンパレータ２５の出力電圧ＶＣは低電位Ｖｌとなる。
コンパレータ２５の出力ＶＣは、タイミング信号発生器２９からのクロックパルス信号ＳＰに同期してフリップフロップ２６に記憶される。このフリップフロップ２６の出力は、積分回路２７を通して電圧に変換される。 The operation of this circuit will be described. In normal operation, when the changeover switch SW is first closed to the XC side, the fixed capacitor C A 21 is charged with the output V O of the operational amplifier 28, and the voltage V A of the capacitor C A 21 is It becomes equal to the output V O (state 1). Next, when the changeover switch SW is closed to the YC side, the electric charge of the fixed capacitor C A 21 is differentiated into the variable capacitor C B 10 and the capacitor 24 via the resistor 22 to be in an equilibrium state (state 2).
To return to the state 1 of the above after a predetermined time comparison, the charging voltage V B of the variable capacitor C B 10 is loaded into the comparator 25, the voltage V B of the variable capacitor C B 10 is the reference voltage V R in the comparator 25 is, when the voltage V B of the variable capacitor C B 10 exceeds the reference voltage V R, the output voltage V C of the comparator 25 is a high potential V h and the voltage V B is the reference voltage of the variable capacitor C B 10 when not exceeding V R, the output voltage V C of the comparator 25 becomes the low potential V l.
The output V C of the comparator 25 is stored in the flip-flop 26 in synchronism with the clock pulse signal S P output from the timing signal generator 29. The output of the flip-flop 26 is converted into a voltage through an integrating circuit 27.

積分回路２７の出力は、積分回路２７の出力電圧の信号源インピーダンスを低下させるためのオペアンプ２８に供給され、このオペアンプ２８を通して得られる出力電圧ＶＯは固定容量キャパシタＣＡ２１の端子に帰還される。
このようにして、オペアンプ１３の出力電圧ＶＯは、可変容量可変容量キャパシタＣＢ１０の容量に比例した出力電圧として得ることができる。 The output of the integrating circuit 27 is supplied to an operational amplifier 28 for lowering the signal source impedance of the output voltage of the integrating circuit 27, and the output voltage V O obtained through this operational amplifier 28 is fed back to the terminal of the fixed capacitor C A 21. The
In this way, the output voltage V O of the operational amplifier 13 can be obtained as an output voltage proportional to the capacitance of the variable capacitance variable capacitance capacitor C B 10.

すなわち、このフィードバック回路は、可変容量キャパシタＣＢ１０の容量が小さいとき、すなわちセンサ内の流量が少ないときには、可変容量キャパシタＣＢ１０の充電電圧ＶＢは低くなるので積分回路２７の出力が小となり、オペアンプ２８の出力は大となって固定容量キャパシタＣＡ２１へフィードバックされる。
また、可変容量キャパシタＣＢ１０の容量が大きいとき、すなわちセンサ内の流量が多いときには、可変容量キャパシタＣＢ１０の充電電圧ＶＢは高くなるので積分回路２７の出力が大となり、オペアンプ２８の出力は小となって固定容量キャパシタＣＡ２１へフィードバックされる。 That is, in this feedback circuit, when the capacity of the variable capacitor C B 10 is small, that is, when the flow rate in the sensor is small, the charging voltage V B of the variable capacitor C B 10 is low, so the output of the integrating circuit 27 is small. Thus, the output of the operational amplifier 28 becomes large and is fed back to the fixed capacitor C A 21.
Further, when the capacity of the variable capacitor C B 10 is large, that is, when the flow rate in the sensor is large, the charging voltage V B of the variable capacitor C B 10 becomes high, so the output of the integrating circuit 27 becomes large and the operational amplifier 28 The output is reduced and fed back to the fixed capacitor C A 21.

ここで、冷媒として低い電気抵抗を有する材料を用いた場合について並列キャパシタ２４の働きを説明する。このような低抵抗の冷媒を用いると、センサとしての可変容量キャパシタＣＢ１０は、電極間にバイパス抵抗を並列に接続した形に相当する。初めに、可変容量キャパシタＣＢ１０に並列に第２の固定容量キャパシタ２４が接続されていない場合についてその動作を説明する。まず、切替スイッチＳＷがＸ−Ｃ側に閉じられると、固定容量キャパシタＣＡ２１は、オペアンプ２８の出力ＶＯで充電され、固定容量キャパシタＣＡ２１の電圧ＶＡは、オペアンプ２８の出力ＶＯに等しくなる。次いで、切替スイッチＳＷがＹ−Ｃ側に閉じられると、固定容量キャパシタＣＡ２１の電荷が抵抗２２を介して可変容量キャパシタＣＢ１０に分化されて平衡状態になる。このとき、可変容量キャパシタＣＢ１０は低抵抗でバイパスされているので、可変容量キャパシタＣＢ１０の電圧はＶＢ低い電圧で平衡状態になる。 Here, the function of the parallel capacitor 24 will be described in the case where a material having a low electric resistance is used as the refrigerant. When such a low-resistance refrigerant is used, the variable capacitor C B 10 as a sensor corresponds to a form in which a bypass resistor is connected in parallel between the electrodes. First, the operation when the second fixed capacitor 24 is not connected in parallel with the variable capacitor C B 10 will be described. First, when the switch SW is closed X-C side, fixed capacitance capacitor C A 21 is charged by the output V O of the operational amplifier 28, the voltage V A of the fixed capacitance capacitor C A 21, the output V of the operational amplifier 28 Equal to O. Next, when the changeover switch SW is closed to the Y-C side, the electric charge of the fixed capacitor C A 21 is differentiated into the variable capacitor C B 10 via the resistor 22 to be in an equilibrium state. At this time, since the variable capacitor C B 10 is bypassed with a low resistance, the voltage of the variable capacitor C B 10 is in an equilibrium state with a voltage V B lower.

このときの可変容量キャパシタＣＢ１０の電圧ＶＢがコンパレータ２５で参照電圧ＶＲと比較されるので、可変容量キャパシタＣＢ１０の電圧ＶＢは参照電圧ＶＲを超えず、コンパレータ２５の出力は低電位でありフリップフロップ２６の出力は０となる。このフリップフロップ２６の出力は、積分回路２７を通して電圧に変換され、オペアンプ２８を介して、固定容量キャパシタＣＡ２１へフィードバックされる。 Since the voltage V B of the variable capacitor C B 10 at this time is compared with the reference voltage V R at the comparator 25, the voltage V B of the variable capacitor C B 10 does not exceed the reference voltage V R, the output of the comparator 25 Is a low potential and the output of the flip-flop 26 is zero. The output of the flip-flop 26 is converted into a voltage through the integrating circuit 27 and fed back to the fixed capacitor C A 21 through the operational amplifier 28.

このフィードバックは、可変容量キャパシタＣＢ１０の容量が小さいとき、すなわちセンサ内の流体の量が少ないとき、積分回路２７の出力は過敏に反応してオペアンプ２８の出力ＶＯを大きくするように働く。 This feedback is such that when the capacitance of the variable capacitor C B 10 is small, that is, when the amount of fluid in the sensor is small, the output of the integrating circuit 27 reacts sensitively and increases the output V O of the operational amplifier 28. .

その一方、オペアンプ２８の出力ＶＯが大きくなっても、可変容量キャパシタＣＢ１０のバイパスが大きいことから参照電圧ＶＲより低い電圧で平衡状態になる。これを繰り返すことから、オペアンプ２８の出力ＶＯは、オーバーフローの状態となって、センサ部の液量が変化しても出力電圧が変化しなくなる。このことはセンサとしての機能を充分に発揮できないことになる。 Meanwhile, even if the output V O of the operational amplifier 28 is increased, in equilibrium with variable capacitor C B 10 voltage lower than the reference voltage V R since the bypass is large. Since this is repeated, the output V O of the operational amplifier 28 is in an overflow state, and the output voltage does not change even if the liquid amount in the sensor unit changes. This means that the sensor function cannot be fully exhibited.

そこで、本発明は、センサの可変容量キャパシタＣＢ１０に並列に第２の固定容量キャパシタ２４を接続した。この場合について、その動作を説明する。ここで、第２の固定容量キャパシタ２４の容量は可変容量キャパシタＣＢ１０の最大容量のおよそ１．５倍に設定することが望ましい。
まず、切替スイッチＳＷがＸ−Ｃ側に閉じられると、固定容量キャパシタＣＡ２１は、オペアンプ２８の出力ＶＯで充電され、固定容量キャパシタＣＡ２１の電圧ＶＡは、オペアンプ２８の出力ＶＯに等しくなる。次いで、切替スイッチＳＷがＹ−Ｃ側に閉じられると、固定容量キャパシタＣＡ２１の電荷が抵抗２２を介して可変容量キャパシタＣＢ１０およびキャパシタ２４に分化されて平衡状態になる。
可変容量キャパシタＣＢ１０は低抵抗でバイパスされているが、第２の固定容量キャパシタ２４に充電されていた電荷も放電されるので、可変容量キャパシタＣＢ１０は前述の状態よりは高い電圧で平衡状態になる。この時の電圧ＶＢがコンパレータ２５で参照電圧ＶＲと比較され、電圧ＶＢが参照電圧ＶＲより小さいと低電位が出力され、大きいと高電位が出力される。これがフリップフロップ２６を介して、積分回路２７で電圧に変換され、オペアンプ２８を介してフィードバックされる。 Therefore, in the present invention, the second fixed capacitor 24 is connected in parallel to the variable capacitor C B 10 of the sensor. In this case, the operation will be described. Here, it is desirable to set the capacity of the second fixed capacitor 24 to about 1.5 times the maximum capacity of the variable capacitor C B 10.
First, when the switch SW is closed X-C side, fixed capacitance capacitor C A 21 is charged by the output V O of the operational amplifier 28, the voltage V A of the fixed capacitance capacitor C A 21, the output V of the operational amplifier 28 Equal to O. Next, when the changeover switch SW is closed to the YC side, the electric charge of the fixed capacitor C A 21 is differentiated into the variable capacitor C B 10 and the capacitor 24 via the resistor 22 to be in an equilibrium state.
Although the variable capacitor C B 10 is bypassed with a low resistance, since the charge charged in the second fixed capacitor 24 is also discharged, the variable capacitor C B 10 has a higher voltage than the above-described state. It becomes an equilibrium state. Voltage V B at this time is compared with the reference voltage V R at the comparator 25, the output voltage V B is the reference voltage V R is less than the low potential, high potential is output greater. This is converted into a voltage by an integrating circuit 27 via a flip-flop 26 and fed back via an operational amplifier 28.

このフィードバックは、前述のように第２の固定容量キャパシタ２４が接続されていないときに比較して改善され、オペアンプ２８の出力ＶＯはオーバーフロー状態とはならず、センサ部の液量に比例出力電圧が変化するようになる。
この場合、直列抵抗２２は、電流制限とともに回路インピーダンスのマッチングの役目をもはたしている。 This feedback is improved as compared with the case where the second fixed capacitor 24 is not connected as described above, and the output V O of the operational amplifier 28 does not enter the overflow state, but is output in proportion to the liquid amount of the sensor unit. The voltage will change.
In this case, the series resistor 22 serves to match the circuit impedance as well as current limiting.

以上は、検出回路２０の基本的な構成であるが、実使用に際してはキャパシタとして端子間の漏洩抵抗の影響を全く無視できるキャパシタ構体を得ることは現実的に困難である。このため、直列接続されたキャパシタに対して印加電圧の変動がなかったり、または遅いとき、直列キャパシタの電位分布は結局端子間の漏洩抵抗の分布比率に支配されてしまうことになる。そこで、直列キャパシタの電位分布の検出は早い周期でリフレッシュしつつ行なうことが実用的である。   The above is the basic configuration of the detection circuit 20, but in actual use, it is practically difficult to obtain a capacitor structure that can completely ignore the influence of leakage resistance between terminals as a capacitor. For this reason, when the applied voltage does not vary or is slow with respect to the capacitors connected in series, the potential distribution of the series capacitors is eventually governed by the distribution ratio of the leakage resistance between the terminals. Therefore, it is practical to detect the potential distribution of the series capacitor while refreshing at a fast cycle.

図１１は、かかる点を考慮した本発明による検出回路２０の一実施例を示す回路構成図である。図１１において、図１０と同一部品に対しては同一符号を付してその説明を省略し、ここでは直列接続された固定容量キャパシタＣＡ２１と可変容量キャパシタＣＢ１０に対して早い周期でリフレッシュを行なうための回路を中心に述べる。すなわち、本実施例ではクロックパルス発振器２９から出力されるクロック発振出力信号ＳＰをクロックパルス分配器３１に与え、このクロックパルス分配器３１で分配されたパルス信号により電子スイッチ回路３２を切替制御して、オペアンプ２８の出力電圧ＶＯによって固定容量キャパシタＣＡ２１を充電する充電回路と可変容量キャパシタＣＢ１０および第２の固定容量キャパシタ２４の電荷をダイオード２３を介して放電を行なう放電回路を形成し、次いで、固定容量キャパシタＣＡ２１の電荷によって、可変容量キャパシタＣＢ１０および第２の固定容量キャパシタ２４を抵抗２２を介して充電する充電回路を形成し、この充放電回路を交互に形成して固定容量直列キャパシタＣＡ２１および可変容量キャパシタＣＢ１０ならびに第２の固定容量キャパシタ２４をリフレッシュしながら電位分布の検出を行なうようにしたものである。 FIG. 11 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the detection circuit 20 according to the present invention considering such points. In FIG. 11, the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Here, the fixed capacitor C A 21 and the variable capacitor C B 10 connected in series are displayed at an early cycle. A circuit for refreshing will be mainly described. That is, the clock oscillator output signal S P which is output from the clock pulse generator 29 in the present embodiment applied to a clock pulse distributor 31, an electronic switch circuit 32 switching controlled by distributed pulse signal at the clock pulse distributor 31 A charging circuit that charges the fixed capacitor C A 21 with the output voltage V O of the operational amplifier 28 and a discharge circuit that discharges the charges of the variable capacitor C B 10 and the second fixed capacitor 24 through the diode 23. Then, a charging circuit for charging the variable capacitor C B 10 and the second fixed capacitor 24 through the resistor 22 is formed by the electric charge of the fixed capacitor C A 21, and the charge / discharge circuit is alternately formed. formed and fixed capacitance series capacitor C A 21 and the variable capacitor C B 1 As well as those to perform the detection of the potential distribution while refreshing the second fixed capacitance capacitor 24.

ここで、クロックパルス分配器３１は、クロックパルス発振器２９から出力されるクロックパルス信号ＳＰを遅延回路を通してインバータに与えることによって、反転した遅延信号３１ｂを得るとともに、クロックパルス信号ＳＰと反転遅延信号３１ｂをＮＡＮＤ回路を通して得た信号３１ｃとその反転信号３１ｄを得るものである。電子スイッチ回路３２は、パルス分配器３１から出力されるパルスにより開閉制御される４個の電子スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を直列に接続したもので、電子スイッチＳ１とＳ２は直列に接続され、電子スイッチＳ１の一端がオペアンプ２８の出力端に接続され、電子スイッチＳ２の他端が固定容量キャパシタ２１に接続されている。さらに、電子スイッチＳ２とＳ３は直列に接続され、その接続端が固定容量キャパシタ２１に接続されている。電子スイッチＳ３およびＳ４の接続端は可変容量キャパシタＣＢ１０およびコンパレータ２５の入力端に接続されている。また電子スイッチＳ４の他端は接地されている。
上記容量回路は、積分器２７からの充電および積分器２７への放電を通して電荷の出し入れを行い、可変容量キャパシタの静電容量に見合う端子電圧が一義的に定まる。 Here, the clock pulse distributor 31, by providing a clock pulse signal S P which is output from the clock pulse generator 29 to the inverter through the delay circuit, together with obtaining a delayed signal 31b obtained by inverting the inverted delayed clock pulse signal S P A signal 31c obtained from the signal 31b through a NAND circuit and an inverted signal 31d thereof are obtained. The electronic switch circuit 32 includes four electronic switches S1, S2, S3, and S4 that are controlled to be opened and closed by pulses output from the pulse distributor 31, and the electronic switches S1 and S2 are connected in series. One end of the electronic switch S1 is connected to the output terminal of the operational amplifier 28, and the other end of the electronic switch S2 is connected to the fixed capacitor 21. Further, the electronic switches S2 and S3 are connected in series, and the connection end thereof is connected to the fixed capacitor 21. The connection ends of the electronic switches S3 and S4 are connected to the variable capacitance capacitor C B 10 and the input end of the comparator 25. The other end of the electronic switch S4 is grounded.
The capacitance circuit performs charge and withdrawal through charging from the integrator 27 and discharging to the integrator 27, and a terminal voltage corresponding to the capacitance of the variable capacitor is uniquely determined.

以上の例では、トランスジューサとして作動する可変容量のキャパシタと基準として固定容量のキャパシタを用いてトランスジューサの容量変化に比例した出力電圧を得る場合について述べたが、用途によってはトランスジューサの容量変化に反比例した出力電圧を得たい場合がある。
図１２はかかる用途に適用する場合の本発明の他の実施例を示すもので、図１１と同一部分には同一信号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
本実施例ではクロックパルス発振器２９から出力されるクロック発振出力信号ＳＰをクロックパルス分配器３３に与え、このクロックパルス分配器３３で分配されたパルス信号により電子スイッチ回路３４を切替制御してそれぞれの一端が電源の一端に共通接続された２個のキャパシタの他端を次のような形態に切替接続するようにしたものである。
すなわち、オペアンプ２８の出力電圧により一方の固定容量キャパシタＣＡ２１を充電する充電回路と、この充電された固定容量キャパシタＣＡ２１をオペアンプ２８の出力端側から切り離すと共に固定容量キャパシタＣＡ２１から可変容量可変容量キャパシタＣＢ１０へ電荷を移動させる並列接続回路と、これら固定容量キャパシタＣＡ２１および可変容量可変容量キャパシタＣＢ１０の充電電荷を放電させる放電回路の何れかに切替えられるようにしたものである。 In the above example, a case has been described in which an output voltage proportional to a change in the capacitance of the transducer is obtained using a variable capacitance capacitor operating as a transducer and a fixed capacitance as a reference. However, depending on the application, the output voltage is inversely proportional to the change in the capacitance of the transducer. Sometimes you want to get the output voltage.
FIG. 12 shows another embodiment of the present invention applied to such an application. The same parts as those in FIG. 11 are denoted by the same signals and the description thereof is omitted, and only different points will be described here.
Given clock oscillation output signal S P which is output from the clock pulse generator 29 to a clock pulse distributor 33 in the present embodiment, each of the electronic switch circuit 34 and the switching control by the distributed pulse signal at the clock pulse distributor 33 The other ends of the two capacitors whose one end is commonly connected to one end of the power source are switched and connected in the following manner.
That is, a charging circuit that charges one fixed capacitor C A 21 by the output voltage of the operational amplifier 28, and the charged fixed capacitor C A 21 are separated from the output end side of the operational amplifier 28 and from the fixed capacitor C A 21. a parallel connection circuit for moving the charge to the variable capacitance variable capacitor CB10, is obtained as is switched to either of the discharge circuit for discharging the charges of the fixed capacitance capacitors C a 21 and the variable capacitance variable capacitor CB10 .

ここで、クロックパルス分配器３３は、クロックパルス発振器２９から出力されるクロックパルス信号ＳＰをフリップフロップ回路に与えて出力信号３３ａを得るとともに、このフリップフロップ回路の反転出力とクロックパルス信号ＳＰを遅延回路により遅延させた信号とをＡＮＤ回路を通して得た信号３３ｂとこの信号３３ｂをさらに遅延回路により遅延させた信号３３ｃを得るものである。電子スイッチ回路３４はパルス分配器３３から出力されるパルスにより開閉制御される３個の電子スイッチＳ５，Ｓ６，Ｓ７を直列に接続したもので、電子スイッチＳ５の一端はオペアンプ２８の出力端に接続され、電子スイッチＳ７の一端はキャパシタＣＡ２１および可変容量キャパシタＣＢ１０のそれぞれの一端に接続されると共に電源の一端に接続され、電子スイッチＳ６とＳ７の接続間にはコンパレータ２５の入力端が接続されている。 Here, the clock pulse distributor 33, a clock pulse signal S P which is output from the clock pulse generator 29 with obtaining the output signal 33a is given to the flip-flop circuit, the inverted output and the clock pulse signal S P output flip-flop circuit The signal 33b obtained by passing the signal delayed by the delay circuit through the AND circuit and the signal 33c obtained by further delaying the signal 33b by the delay circuit are obtained. The electronic switch circuit 34 is formed by connecting three electronic switches S5, S6, and S7 that are controlled to open and close by pulses output from the pulse distributor 33 in series. One end of the electronic switch S5 is connected to the output terminal of the operational amplifier 28. One end of the electronic switch S7 is connected to one end of each of the capacitor C A 21 and the variable capacitor CB10 and is connected to one end of the power source, and the input end of the comparator 25 is connected between the connections of the electronic switches S6 and S7. Has been.

本発明に係る冷媒量不足検出装置の原理を説明する図。The figure explaining the principle of the refrigerant | coolant amount shortage detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る冷媒量検不足出装置の特性を説明する図。The figure explaining the characteristic of the refrigerant | coolant amount test | inspection insufficient output apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る冷媒状態検出装置の原理を説明する図。The figure explaining the principle of the refrigerant | coolant state detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る冷媒状態検出装置の特性を説明する図。The figure explaining the characteristic of the refrigerant | coolant state detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る冷媒量不足検出手段をアキュムレータに備えた例の構成を説明する概略図。Schematic explaining the structure of the example which equipped the accumulator with the refrigerant | coolant amount shortage detection means which concerns on this invention. 本発明に係る冷媒量不足検出手段をレシーバタンクに備えた例の構成を説明する概略図。Schematic explaining the structure of the example which equipped the receiver tank with the refrigerant | coolant amount shortage detection means which concerns on this invention. 本発明に係る冷媒量不足検出手段をレシーバタンクに備えた他の例の構成を説明する概略図。Schematic explaining the structure of the other example which equipped the receiver tank with the refrigerant | coolant amount shortage detection means which concerns on this invention. 本発明に係る冷媒状態検出手段をサイトグラスに備えた例の構成を説明する概念図。The conceptual diagram explaining the structure of the example which equipped the sight glass with the refrigerant | coolant state detection means which concerns on this invention. 図８に示した冷媒状態検出手段の電極の形状を示す図。The figure which shows the shape of the electrode of the refrigerant | coolant state detection means shown in FIG. 本発明に用いる検出回路の原理を説明する回路図。The circuit diagram explaining the principle of the detection circuit used for this invention. 本発明に用いる検出回路の具体的構成の例を示す回路図。The circuit diagram which shows the example of the specific structure of the detection circuit used for this invention. 本発明に用いる検出回路の具体的構成の他の例を示す回路図。The circuit diagram which shows the other example of the specific structure of the detection circuit used for this invention. 空気調和装置の冷凍サイクルを説明する概念図。The conceptual diagram explaining the refrigerating cycle of an air conditioning apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１ 冷媒循環路
２ 圧縮器
３ 凝縮器
４ レシーバタンク
５ サイトグラス
６ 膨張弁
７ 蒸発器
８ アキュムレータ
９ 配管
１０ 液量検出手段（可変容量キャパシタ）
１１ 電極
２０ 検出回路
２１ 固定容量キャパシタ
２２ 抵抗
２３ ダイオード
２４ 第２のキャパシタ
２５ コンパレータ
２６ 記憶手段
２７ 積分器
２８ オペンプ
２９ クロックパルス発振回路
３０ 参照電圧
３１，３３ パルス分配回路
３２，３４ スイッチ回路
４１ レシーバ容器
４２，８２ 冷媒入口
４３，８３ 冷媒液出口
４４，８４ 乾燥剤
４５，８５ 容器蓋
５０ 冷媒状態検出手段
５１ ブロック本体
５２ 取付用配管
５３ ガラス
５４ 検出手段収納空間
５５ ホルダ
６０ 電極手段
６１ 電極
６２ 切欠部
６３ 支持管
６４ 電極柱
６５ 基板
７０ 制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refrigerant circuit 2 Compressor 3 Condenser 4 Receiver tank 5 Sight glass 6 Expansion valve 7 Evaporator 8 Accumulator 9 Piping 10 Liquid quantity detection means (variable capacity capacitor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Electrode 20 Detection circuit 21 Fixed capacity capacitor 22 Resistance 23 Diode 24 2nd capacitor 25 Comparator 26 Memory | storage means 27 Integrator 28 Op 29 Clock pulse oscillation circuit 30 Reference voltage 31, 33 Pulse distribution circuit 32, 34 Switch circuit 41 Receiver container 42, 82 Refrigerant inlet 43, 83 Refrigerant liquid outlet 44, 84 Desiccant 45, 85 Container lid 50 Refrigerant state detection means 51 Block body 52 Mounting pipe 53 Glass 54 Detection means storage space 55 Holder 60 Electrode means 61 Electrode 62 Notch 63 Support tube 64 Electrode column 65 Substrate 70 Control circuit

Claims (4)

冷媒循環路中の冷媒状態を検出する冷媒状態検出装置において、
冷媒循環路中に、少なくとも２枚の平板状電極を間に小間隙を保持して流れに沿って平行に配置して構成した状態検出手段と、
冷媒の液の誘電率の変化に応じた状態検出手段の静電容量の変化を電圧の変化として取り出す検出回路とを設け、
該検出回路が、抵抗とダイオードの並列接続体と、該並列接続体に直列に接続された可変容量キャパシタと第２の固定容量キャパシタの並列接続体と、前記可変容量キャパシタの端子電圧を検出するコンパレ−タと、前記コンパレ−タの出力をクロック信号に同期させて取り込む記憶手段と、該記憶手段の出力を積分しその出力電圧によって前記直列接続された可変容量キャパシタの容量に比例した電圧に変換する積分器と、前記固定容量キャパシタを前記積分器の出力電圧により充電する充電回路および前記積分器から切離して前記可変容量キャパシタに放電する放電回路を形成すると共に、これら充電回路または放電回路を前記クロック信号に同期して周期的に切替制御する切替手段と、前記積分器の出力をセンサの検出出力として送出する出力端子とを具備した
たことを特徴とする冷媒状態検出装置。 In the refrigerant state detection device for detecting the refrigerant state in the refrigerant circuit,
A state detecting means comprising at least two plate-like electrodes arranged in parallel along the flow with a small gap between them in the refrigerant circulation path;
A detection circuit for taking out a change in capacitance of the state detection means as a change in voltage according to a change in the dielectric constant of the refrigerant liquid;
The detection circuit detects a parallel connection body of a resistor and a diode, a parallel connection body of a variable capacitor and a second fixed capacitor connected in series to the parallel connection body, and a terminal voltage of the variable capacitor. A comparator, a storage means for capturing the output of the comparator in synchronization with a clock signal, and integrating the output of the storage means into a voltage proportional to the capacitance of the variable capacitors connected in series by the output voltage. An integrator for conversion, a charging circuit for charging the fixed capacitor with the output voltage of the integrator, and a discharging circuit for disconnecting from the integrator and discharging to the variable capacitor, and forming the charging circuit or discharging circuit Switching means for periodically switching control in synchronization with the clock signal, and the output of the integrator is sent as the detection output of the sensor Refrigerant state detecting device is characterized in that a and an output terminal that. 誘電率が、液体状態の冷媒の量と気体状態の冷媒の量の割合によって変化する請求項１記載の冷媒状態検出装置。   The refrigerant state detection device according to claim 1, wherein the dielectric constant changes depending on a ratio between an amount of refrigerant in a liquid state and an amount of refrigerant in a gas state. 状態検出手段が、冷媒循環路中に設けたサイトグラス部に設けられて請求項１または請求項２に記載の冷媒状態検出装置。   The refrigerant state detection device according to claim 1 or 2, wherein the state detection means is provided in a sight glass portion provided in the refrigerant circulation path. 誘電率が、冷媒の量と冷凍機油の量の割合によって変化する請求項２記載の冷媒状態検出装置。   The refrigerant state detection device according to claim 2, wherein the dielectric constant changes depending on a ratio between the amount of the refrigerant and the amount of the refrigerating machine oil.
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