JPH0814575B2 - 冷凍機油濃度の測定方法 - Google Patents

冷凍機油濃度の測定方法

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JPH0814575B2
JPH0814575B2 JP61111800A JP11180086A JPH0814575B2 JP H0814575 B2 JPH0814575 B2 JP H0814575B2 JP 61111800 A JP61111800 A JP 61111800A JP 11180086 A JP11180086 A JP 11180086A JP H0814575 B2 JPH0814575 B2 JP H0814575B2
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宏義 日下部
俊剛 永井
正樹 高松
浩行 持原
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は冷凍機油濃度の測定方法、詳しくは冷凍サイ
クル系内の冷媒と冷凍機油との混合物中の冷凍機油の濃
度を前記混合物の屈折率および温度を用いて測定する測
定方法に関する。
(ロ) 従来の技術および問題点 冷凍サイクル系内の循環冷媒中に冷凍機油が含まれる
ことは、次の3つの観点から好ましくない。
(i) 凝縮器、蒸発器における熱伝達を低下させる。
(ii) 蒸発器出口から圧縮機吸込の過熱度を大きくと
らなければならず熱交換器が大型化し、過熱度を大きく
取れない場合は未蒸発冷媒を吸込みサイクルの成績係数
を低下させる。
(iii) 圧縮機から冷凍機油が吐出されることから圧
縮機摺動部を潤滑する冷凍機油量が減少し、摩耗、ロツ
ク等を引き起こす。
従つて循環冷媒中の冷凍機油は冷凍機器の高効率化の
ために必要な適正量に抑えることが望ましい。
ところが従来一般的に用いられている測定方法として
直接秤量法があり、この方法は、冷凍サイクル系の配管
ラインに出入口ストツプバルブを取り付けた耐圧サンプ
リング容器を並列に設けておき、測定前、サンプリング
容器の継がれていないラインのバルブを閉じ容器系内ラ
インに冷媒を流しておき、次に測定時、サンプリング容
器前後のバルブを閉じ容器内に冷凍機油の混入溶解した
冷媒液を採取し、採取前後の容器の重さを計り、内容物
の重量を求め、その後、容器内の冷媒をガス化させて除
き、残留物即ち冷凍機油と容器の重さを計り冷凍機油の
重量を求め、内容物(冷媒と冷凍機油)中の冷凍機油の
重量パーセントを算出するものであるが、この直接秤量
法の欠点として次の二点が挙げられる。
一点目は、サンプリング時冷媒の流れが一時閉塞され
るので、サンプリングと同時に他の冷凍サイクル特性
(例えば圧縮機入力、冷却能力、加熱能力、EER、成績
係数等)値を計測することができない。
二点目は、測定誤差を小さくするため1回のサンプリ
ングで採取する量は50〜100g程度が必要で、例えば一般
家庭用1エアコンでは冷媒チヤージ量は1kg位であ
り、1回測定するとチヤージ量変化が大きく続けての測
定は不可能である。即ち冷凍機の運転時間経過による冷
凍機油循環濃度測定が不可能である。
また文献、雑誌等に記載されている測定可能性のある
方法として、例えば冷凍−第52巻第600号、57〜61ペー
ジ「電気的性質」があるが、これは冷媒と冷凍機油混合
物の誘電率、体積抵抗率を測定しオイル混合濃度を算出
するものである。しかし、この測定法は実際の冷凍サイ
クル中での冷媒中の冷凍機油濃度測定例がなく実験室段
階でのもので、冷媒と冷凍機油混合物を容器に封じ込め
静的な平衡状態での値を測定した方法であつて、冷凍サ
イクル運転中冷凍機油濃度をリアルタイムで測定できる
ものではなかつた。
(ハ) 問題点を解決するための手段 本発明は、上述の問題点を解決するために、冷凍サイ
クル中の冷凍機油循環濃度を、被測定物をサイクル系外
に採取することなく、また他のサイクル特性に影響を及
ぼすことなく、リアルタイムで測定することができる測
定方法を提供しようとするものであつて、その目的を達
成するために本発明による冷凍機油濃度の測定方法は、
フロン系冷媒と冷凍機油の混合物が封入され冷凍サイク
ルを形成する冷媒回路中にプリズムからなる入光部を有
する耐圧容器を介挿し、この耐圧容器の入光部に単色光
を入光させるとともに、プリズムと混合物との界面で単
色光を全反射させ、かつ、この反射光を利用して耐圧容
器の外部で明暗結像位置を検知することにより混合物の
屈折率を求め、前記耐圧容器内を流れる混合物の温度を
検出し、予め作成した温度−濃度−屈折率の関係式によ
り、混合物の冷凍機油濃度を演算して求めるようにした
ものである。
(ニ) 実施例 以下本発明による冷凍サイクル中の冷凍機油濃度の測
定方法の実施例について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の測定システムの概要を示す説明図で
あつて、第2図は第1図の検出部および電源部の構成を
示すブロツク図である。その測定システムは、検出部、
電源部、コンピユータ、プリンター等から成り、検出部
は冷凍サイクル中に設置され、例えば配管内を流れるフ
ロン系冷媒と冷凍機油の混合物の屈折率、温度を検出す
る。検出信号は電源部内部で一次的な電気処理が行なわ
れ、屈折率リニア信号と温度リニア信号がアナログ電
流、またはアナログ電圧として端子から出力される。こ
の電気的出力をA/D変換しコンピユータに取り込み、予
め用意された被測定物の混合濃度と温度、屈折率の電気
的出力との関係式で演算処理し、未知濃度の試料の濃度
を算出する。
次に屈折率の測定の詳細について説明する。光源から
出た白色光または単色光が、白色光の場合はフイルタ等
により単色光に変換され、集光されてプリズムに入射す
る。入射光は界面入射角を調整され被測定物とプリズム
界面に入射し、被測定物の温度、濃度に応じて全反射の
臨界角を変え全反射する。反射光は角度を調整されプリ
ズムを出て対物レンズを通り受光器上に明暗結像を結
ぶ。この明暗結像位置を検知することにより被測定物と
プリズム界面での全反射の臨界角をとらえ、被測定物の
屈折率を測定する。明暗結像位置は電源部の電気回路で
処理され屈折率信号として出力される。
次に検出部の被測定物を取り込むプリズム面をもつ耐
圧容器の構成を第3図に示す。従来、屈折計としては
「アツベ屈折計」に代表される様に大気圧下室温で液状
サンプルを対象として構成されていたが、本発明の被測
定物の場合、大気圧、室温で気体を主成分とするので被
測定物の屈折率、温度を検出する検出部は耐圧型のリー
クの無い構造とした。
即ち第3図に示す様に、検出部はベツセル1、カバー
2、プリズムハウス3、プリズム4、バイトジヨイント
5、パツキン6、サーミスタ7等から構成され、常用圧
30kg/cm2Gでリークが無く、被測定物を封じ込めるよう
になつている。またベツセル1内に被測定物を導入する
入口パイプ8はプリズム面上に接近させて配置するため
長くなつており、これによりプリズム面近傍の被測定物
流速を高め撹拌効果により均一濃度での測定を可能とし
ている。また入口パイプ8、出口パイプ9の先端のジヨ
イントは冷凍サイクル配管への接続を簡易にするため一
般的にサイクルで用いられているフレア−ジヨイント10
となつている。
次に冷媒と冷凍機油の混合物の検量線作成について説
明する。被測定物の屈折率は温度、濃度の関数であり、
予め既知濃度液を調整し、温度を変化させて温度−濃度
−屈折率(電圧出力)の関係を求めておき、未知濃度液
について温度、屈折率(電圧出力)を測定して関係式
(検量線)から濃度を算出する。
第4図は検量線作成装置の概要を示すものであつて、
溶液タンクに冷媒と冷凍機油を秤量チヤージし、恒温水
槽中に浸漬された熱交パイプ中を通してポンプで検出部
へ定温溶液を循環させる。途中流量計、圧力センサ等で
必要物性を測定し、検出部からの温度、屈折率出力を計
測用データロガー、コンピユータに取り込む。上記装置
を用い、冷媒R12とパラフイン系冷凍機油混合液の冷凍
機油濃度0〜約6%、液温15℃〜50℃のときの屈折率
(検出部からの電圧出力)データ、46点から次の多項近
似式が求められた。
C=5.90443V+0.2392742t−23.106497 C:冷凍機油濃度(wt%) V:検出部からの出力電圧(VOLT) t:溶液の温度(℃) 次に本発明による冷凍機油濃度の測定方法の適用例に
ついて述べる。
適用例1 「冷凍サイクル測定装置を用いた冷凍機油循環濃度測定
試験」 適用例1の測定システムを第5図に示し、試験条件を
第1表に示す。
冷凍サイクル測定装置を用い、圧縮機の冷凍機油チヤ
ージ量を370cc〜1100ccと変え過冷却器出口の冷凍機油
濃度を測定しながら、圧縮機入力、冷却能力、EERなど
の特性データを取得する。測定結果を第6図〜第9図に
示す。
圧縮機の冷凍機油チヤージ量550cc以下では、第6
図,第9図に示すように、冷凍機油循環濃度0.2wt%、E
ER3.0〜3.1で共に変化はない。チヤージ量が550ccを越
えると、第6図のように冷凍機油循環濃度が増し、第7
図のように濃度が4〜4.5wt%以上で蒸発器の能力が減
少するため第9図のようにEERの低下が起こることが分
かる。従つてEER面からは圧縮機のオイルチヤージ量は
第6図から1070〜1100cc以下にしなければいけないこと
が本発明の測定方法を用いることにより結論付けられ
(コスト面や潤滑特性などを考慮すれば500〜550ccが最
適である)、冷凍機器の高効率化の為の有効な解析手段
となる。
適用例2 「エアコン実機での冷凍機油濃度測定試験」 エアコン実機を用い、適用例1と同様のサイクルフロ
ーで凝縮器出口における液冷媒中の冷凍機油濃度を測定
する。試験条件を第2表に、結果を第10図に示す。
圧縮機の冷凍機油チヤージ量は適用例1の測定結果お
よび起動時の立上がり特性等を考慮し500ccとした。試
験結果から起動後20分間は冷凍機油濃度は0.2〜11wt%
と変化するが、運転後1.5hr経過した定常時には0.1wt%
となり、吐出冷凍機油量が成績係数に影響する程のレベ
ルではないと判断される。なお、第10図のデータは時間
間隔が30secの値として取られているが、屈折計の応答
性は0.1秒以内であり短縮は充分できる。
(ホ) 発明の効果 本発明による冷凍機油濃度の測定方法は、上述のよう
に構成されているので、被測定物をサイクル系外に採取
することなく、今まで困難とされていた冷凍サイクル系
内の冷凍機油濃度を他のサイクル特性に影響を及ぼすこ
となく他のサイクル特性と同時に相関解析することが可
能となり、圧縮機起動直後の過渡的な状態もリアルタイ
ムで測定でき、この測定結果を利用して冷凍機油の濃度
を最適にした冷凍回路を開発することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の測定システムを示す概要説明図、 第2図は第1図の検出部および電源部の構成を示すブロ
ック図、 第3図は検出部の被測定物を取り込むプリズム面をもつ
耐圧容器の断面正面図、 第4図は検量線作成装置の線図的説明図、 第5図は本発明による測定方法の適用例1の測定システ
ムを示す概要説明図、 第6図は冷凍機油濃度と冷凍機油チヤージ量の関係のグ
ラフ、 第7図は冷凍機油濃度と冷却能力の関係のグラフ、 第8図は冷凍機油濃度と圧縮機入力の関係のグラフ、 第9図は冷凍機油濃度とEERの関係のグラフ、 第10図は運転時間と冷凍機油濃度の関係のグラフ である。 1……ベツセル、5……バイトジヨイント 2……カバー、6……パツキン 3……プリズムハウス、7……サーミスタ 4……プリズム、8……入口パイプ 9……出口パイプ、10……フレアジヨイント
フロントページの続き (72)発明者 日下部 宏義 群馬県邑楽郡大泉町大字坂田180番地 東 京三洋電機株式会社内 (72)発明者 永井 俊剛 群馬県邑楽郡大泉町大字坂田180番地 東 京三洋電機株式会社内 (72)発明者 高松 正樹 群馬県邑楽郡大泉町大字坂田180番地 東 京三洋電機株式会社内 (72)発明者 持原 浩行 群馬県邑楽郡大泉町大字坂田180番地 東 京三洋電機株式会社内 (72)発明者 森 和夫 群馬県邑楽郡大泉町大字坂田180番地 東 京三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−23393(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フロン系冷媒と冷凍機油の混合物が封入さ
    れ冷凍サイクルを形成する冷媒回路中にプリズムからな
    る入光部を有する耐圧容器を介挿し、この耐圧容器の入
    光部に単色光を入光させるとともに、プリズムと混合物
    との界面で単色光を全反射させ、かつ、この反射光を利
    用して耐圧容器の外部で明暗結像位置を検知することに
    より混合物の屈折率を求め、前記耐圧容器内を流れる混
    合物の温度を検出し、予め作成した温度−濃度−屈折率
    の関係式により、混合物の冷凍機油濃度を演算して求め
    ることを特徴とする冷凍機油濃度の測定方法。
JP61111800A 1986-05-17 1986-05-17 冷凍機油濃度の測定方法 Expired - Lifetime JPH0814575B2 (ja)

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