JPH09178689A - 流体機械の油検出装置 - Google Patents

流体機械の油検出装置

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JPH09178689A
JPH09178689A JP34176995A JP34176995A JPH09178689A JP H09178689 A JPH09178689 A JP H09178689A JP 34176995 A JP34176995 A JP 34176995A JP 34176995 A JP34176995 A JP 34176995A JP H09178689 A JPH09178689 A JP H09178689A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】駆動軸4内の給油通路5に実際に汲み上げよう
とする油の状態を正しく検出する。 【解決手段】油ポンプ3の油吸込口6の近傍に、扁平な
二重円筒電極71,72から成る静電容量式油センサー
7を配設し、油面の有無、油中への液冷媒の溶け込みを
考慮した油濃度を検出できるようにした。特に、代替冷
媒使用による油の二層分離により、実際には油ポンプ3
に冷媒が汲み上げられるような状態であっも、これを正
しく検知でき、代替冷媒化に好適合ならしめた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に空調機や冷凍
機の冷媒圧縮機に適用される流体機械の油検出装置に関
する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】従来、この種の装置と
して、例えば特開平7−98168号公報に記載のもの
があり、油溜の上層部たる油面近くに、平行平板電極か
ら成る静電容量式油センサーを配設している。しかし、
このものでは、油溜の油面高さの適否や、冷媒が油に一
様に溶けた状態での油濃度は正しく検出できるとして
も、液冷媒の上層部に油が二層分離して溜っていて、駆
動軸内の給油通路内には実際には液冷媒しか汲み上げら
れない状態であっても、正常な油面、正常な油濃度と誤
検出してしまう問題がある。特に代替フロン冷媒化に伴
い、油は冷媒に対して非相溶なものが用いられる場合な
どは、二層分離が頻繁に起こり易く、誤検出が多い。
【0003】又、平板型電極の場合、寸法誤差による容
量(出力)バラツキを少なくするために、平板間距離を
厳密に保った製作が要求される。
【0004】一方、特開平7−127927号公報記載
のものでは、油溜の底部から油センサーに油を導き、油
溜底部の油の有無を検出できるようにしているが、ケー
シングの外部に油センサーの配設容器を配置して、この
容器とケーシングとを配管により連結する構造を採るた
め、検出設備が大がかりとなるし、検出設備のために本
来の油及び冷媒の挙動が変わってしまう問題がある。
【0005】本発明の主目的は、駆動軸内の給油通路に
実際に汲み上げようとする油の状態を正しく検出できる
流体機械の油検出装置を提供する点にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記主目的を達成するため、図1に示すように、作動流
体の給排機構を内装するケーシング1の底部に、油ポン
プ3を介して駆動軸4内の給油通路5に汲み上げる油を
溜めた流体機械の油検出装置であって、油ポンプ3の油
吸込口6の近傍に、静電容量式油センサー7を配設し
た。作動流体の給排機構とは、圧縮機の場合、圧縮室の
容積を変化させる機構であって、スクロール圧縮機では
一対のスクロール、ロータリー圧縮機ではシリンダと偏
心ロータ等から成り、又、真空ポンプの場合、ローター
とステータ間に設ける羽根車と排気路、一対のジグバー
ンプレートやねじ溝付円筒体等から成る。油ポンプ3
は、図示のように遠心式のものである他、定容積式のも
のであってもよい。
【0007】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、静電容量式油センサー7のコンパクト化を
図ると共に、寸法誤差等による測定精度のバラツキを少
なくするため、図2及び図3に示すように、静電容量式
油センサー7は、扁平な二重円筒電極71,72をもつ
構成にした。二重円筒電極71,72の静電容量Cは、
外側電極71の径をr1、内側電極72の径をr2、電
極間の媒質の比誘電率をεrとすると、C=24.1・
εr/(log(r1/r2))となる。
【0008】請求項3記載の発明は、請求項2記載の発
明において、センサー配設部分の省スペース化を図ると
共に、給油通路5に実際に汲み上げられる油の状態を一
層良好に検出できるようにするため、図1に示すよう
に、油ポンプ3の油吸込口6を取り囲むように、二重円
筒電極71,72を配設した。二重円筒電極71,72
と油吸込口6とは図示のように同心配置とするのが最も
好ましいが、必ずしも、心を合わさずに配置してもよ
い。
【0009】請求項4記載の発明は、請求項2又は請求
項3記載の発明において、二つの電極71,72を同心
状に良好に保持させるため、図2に示すように、二重円
筒電極71,72を、円周上の複数箇所に配置する支持
体8により支持した。図示のものでは支持体8を円周上
の3か所に配置したが、2か所以上ならばよいものであ
る。
【0010】請求項5記載の発明は、請求項1〜4何れ
か一記載の発明において、油切れの際の第1のバックア
ップ手段を提供するものであり、図4に示すように、静
電容量式油センサー7で油切れを検出しているとき、駆
動軸4の回転数を低下させて汲み上げ油量を低減する油
面制御手段91を設けた。駆動軸4の回転数は、モータ
40をインバータ制御等することにより変えられる。
【0011】請求項6記載の発明は、請求項1〜4何れ
か一記載の発明において、油切れの際の第2のバックア
ップ手段を提供するものであり、同図4に示すように、
静電容量式油センサー7で油切れを検出しているとき、
作動流体の循環量を増大させて流体機械への戻り油量を
増加させる油面制御手段92を設けた。作動流体の循環
量は、流体機械に体して給排する作動流体を循環させる
回路(図示のものでは冷凍回路)中に介装した弁V(膨
張弁)の開度調節等により変えられる。
【0012】請求項7記載の発明は、請求項1〜4何れ
か一記載の発明において、油切れの際の第3のバックア
ップ手段を提供するものであり、同図4に示すように、
静電容量式油センサー7で油切れを検出しているとき、
作動流体の循環経路に介装した油回収器Sとケーシング
1とを結ぶ油戻し通路Bの開度を大きくして油戻し量を
増加させる油面制御手段93を設けた。油戻し通路Bの
開度を大きくするとは、油戻し通路Bに介装した開閉弁
Dを閉から開に切り換えて、通路を遮断状態から連通状
態に切り換える場合も含む概念である。
【0013】請求項8記載の発明は、請求項5〜7何れ
か一記載の発明において、油切れにより焼付き等の回復
困難な不良に陥る事態を未然に回避するため、同図4に
示すように、油面制御手段によっても油切れが解消しな
いとき、運転を停止させる保護装置94を備えている構
成にした。運転を停止させるとは、モータ40の通電を
絶つこと等によって駆動軸4の回転を停止させることを
いう。
【0014】請求項9記載の発明は、請求項1〜4何れ
か一記載の発明において、油切れの進行状況に応じて適
切なバックアップを図ると共に、最終的には装置の保護
を図るため、図4及び図5に示すように、静電容量式油
センサー7で油切れを検出している継続時間を計時する
タイマTMと、油切れ継続時間Tが第1設定時間T1未
満のとき、油面制御1として駆動軸4の回転数を低下さ
せ、油切れ継続時間Tが第1設定時間T1以上第2設定
時間T2未満のとき、油面制御2として作動流体の循環
量を増大させ、油切れ継続時間Tが第2設定時間T2以
上第3設定時間T3未満のとき、油面制御3として作動
流体の循環経路に介装している油回収器Hからの油戻し
通路Bを開き、油切れ継続時間Tが第3設定時間T3以
上のとき運転を停止させる保護装置付き油面制御手段9
を備えている構成にした。油切れ継続時間は、図5に示
すように、静電容量式油センサー7からの油面センサー
出力Sが規定値X以下となったときからカウントをスタ
ートするタイマTMのカウンタ値Tを用いて認知でき
る。このとき、タイマ設定時間と油面制御法は、システ
ムにより変わるため、任意変更するものとする。
【0015】請求項10記載の発明は、請求項8又は請
求項9記載の発明において、運転の長期間休止を回避し
て連続性を持たせるため、図4及び図5に示すように、
運転停止後、油切れの解消により運転を再開させる再起
動手段95を設けた。油切れの解消は、図5に示すよう
に、油面センサー出力Sが規定値Xを上回ったことによ
り認知できる。
【0016】請求項11記載の発明は、請求項1〜請求
項10何れか一記載の発明において、油の有無のみなら
ず、油中への冷媒の溶け込み量を考慮した油濃度を検出
するため、図6及び図7に示すように、静電容量式油セ
ンサー7の検出値から油濃度を推定する油濃度推定手段
96を備えている構成にした。静電容量Cは、同じ油濃
度でも温度Tdが低いほど大きくなるという温度ドリフ
トをもつ。したがって、図6に示すような温度補正を行
うのが望ましく、斯くすることによって正確な油濃度が
検出できる。尚、図7の特性図は、作動流体に代替冷媒
R22を用いたものであり、特にこのような代替冷媒は
極性をもち、分極の状態が変わるため、油濃度に対する
比誘電率εrが大きく変化することとなっている。
【0017】
【発明の作用効果】請求項1記載の発明では、図1に示
すように、油ポンプ3の油吸込口6の近傍に、静電容量
式油センサー7を配設したから、液冷媒と油との二層分
離に影響されることなく、しかも、特別なセンサー配設
容器は設けず、本来の油及び冷媒の挙動を変えてしまう
こともなく、駆動軸4内の給油通路5に実際に汲み上げ
られて潤滑等に用いられる油の状態を正しく検出するこ
とができる。
【0018】請求項2記載の発明では、図2及び図3に
示すように、静電容量式油センサー7を、扁平な二重円
筒電極71,72をもつ構成にしたから、全体をコンパ
クトに形成できると共に、平行平板電極を用いたものに
比べて、寸法誤差等による測定精度のバラツキを少なく
することができる。
【0019】請求項3記載の発明では、図1に示すよう
に、油ポンプ3の油吸込口6を取り囲むように、二重円
筒電極71,72を配設したから、油吸込口6を二重円
筒電極71,72の中央の空間部分に位置させ、これら
油吸込口6と二重円筒電極71,72との高さをほぼ同
じにすることができる。このため、センサー配設部分の
省スペース化が図れると共に、油吸込口6を介して給油
通路5に実際に汲み上げられる油の状態を一層良好に検
出することができる。
【0020】請求項4記載の発明では、図2に示すよう
に、二重円筒電極71,72を、円周上の複数箇所に配
置する支持体8により支持させた。二つの電極71,7
2の中心が多少ずれたとしても、電極間隙は変わらない
ため、厳しい取付制度が要求されない。
【0021】請求項5記載の発明では、図4に示すよう
に、静電容量式油センサー7で油切れを検出していると
き、駆動軸4の回転数を低下させて汲み上げ油量を低減
するから、ケーシング1の底部に溜める油の油面低下を
緩慢にでき、油切れに対するバックアップが図れる。
【0022】請求項6記載の発明では、同図4に示すよ
うに、静電容量式油センサー7で油切れを検出している
とき、作動流体の循環量を増大させて流体機械への戻り
油量を増加させるから、ケーシング1の底部に溜める油
の油面上昇を促すことができ、油切れに対するバックア
ップが図れる。
【0023】請求項7記載の発明では、同図4に示すよ
うに、静電容量式油センサー7で油切れを検出している
とき、作動流体の循環経路に介装した油回収器Sとケー
シング1とを結ぶ油戻し通路Bの開度を大きくして油戻
し量を増加させるから、ケーシング1の底部に溜める油
の油面上昇を促すことができ、油切れに対するバックア
ップが図れる。
【0024】請求項8記載の発明では、同図4に示すよ
うに、油面制御手段によっても油切れが解消しないと
き、運転を停止させる保護装置94を備えているから、
油切れにより焼付き等の回復困難な不良に陥る事態を未
然に回避することができる。
【0025】請求項9記載の発明では、図5に示すよう
に、油切れ継続時間Tが第1設定時間T1未満のとき、
油面制御1として駆動軸4の回転数を低下させ、ケーシ
ング1の底部に溜める油の油面低下を緩慢にできる。油
切れ継続時間Tが第1設定時間T1以上第2設定時間T
2未満のとき、油面制御2として作動流体の循環量を増
大させ、ケーシング1の底部に溜める油の油面上昇を促
すことができる。油切れ継続時間Tが第2設定時間T2
以上第3設定時間T3未満のとき、油面制御3として作
動流体の循環経路に介装している油回収器Hからの油戻
し通路Bを開き、ケーシング1の底部に溜める油の油面
上昇を促すことができる。油切れ継続時間Tが第3設定
時間T3以上のとき運転を停止させるから、油切れによ
り焼付き等の回復困難な不良に陥る事態を未然に回避す
ることができる。こうして、油切れの進行状況に応じて
適切なバックアップを図ることができると共に、最終的
には装置の保護を図ることができる。
【0026】請求項10記載の発明では、図5に示すよ
うに、運転停止後、油切れの解消により運転を再開させ
るから、運転の長期間休止を回避でき、運転に連続性を
持たせることができる。
【0027】請求項11記載の発明では、図7に示すよ
うに、油濃度と比誘電率εrとは相関をもつため、静電
容量式油センサー7の検出値から油濃度を推定できる。
こうして、このような油濃度推定手段96を設けたこと
により、油の有無のみならず、油中への冷媒の溶け込み
量を考慮した油濃度を検出することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】図1は、冷媒圧縮機への適用例を
示し、作動流体の給排機構たる圧縮機構を内装するケー
シング1の底部に油溜2を備え、この油溜2に、油ポン
プ3を介して駆動軸4内の給油通路5に汲み上げる油を
溜めている。ケーシング1の円筒胴体11は、下部のベ
ース部材12にフランジ部13を介して結合している。
油ポンプ3は、下端に油吸込口6をもつ遠心式ポンプで
ある。駆動軸4は、モータ40の回転子41に結合して
いる。42はモータ40の固定子である。又、43は、
駆動軸4のラジアル軸受44及び同スラスト軸受45を
もつ下部ハウジングである。
【0029】油ポンプ3における油吸込口6の近傍に
は、静電容量式油センサー7を配設している。この油セ
ンサー7は、扁平な二重円筒電極71,72をもち、こ
れら電極71,72は、油ポンプ3の油吸込口6を取り
囲むように駆動軸4の軸心と同心状に配設している。図
2及び図3に示すように、外側電極71の径方向外方に
は端子用ボルト73を突設しており、シールド線から成
るリード線74の端子部75を、ワッシャ76及びナッ
ト77を用いて固定している。内側電極72の径方向内
方には端子用ボルト78を突設しており、同様にシール
ド線から成るリード線79を固定している。各リード線
74,79は、図1に示すように、ケーシング1の下部
側方に設けるコネクタ部又は取出し部14に接続してい
る。
【0030】図2及び図3示すように、二重円筒電極7
1,72は、円周上の3箇所に配置する3つの支持体8
により支持している。各支持体8は、L字形の支持脚8
0、外側絶縁体81、間隙部絶縁体82、内側絶縁体8
3、絶縁スリーブ84、結合用ボルト85、当て板8
6、ナット87を構成部品としており、支持脚80の基
部をベース部材12に取付ボルト88を用いて取付けて
いる。各絶縁物81,82,83,84は、テフロン等
で形成している。89は、電極71,72と油吸込口6
との高さを揃える間座である。
【0031】静電容量式油センサー7の出力部たるコネ
クタ部又は取出し部14にインピーダンス計を接続し
て、その値を評価した結果、次の表1の結果が得られ
た。
【0032】
【表1】
【0033】実祭に油面がある運転時は、油と液冷媒と
が混合しているので、インピーダンス計の出力は、油1
00%の時(15mA)よりも大きな値となる。さらに
多く冷媒が溶け込む湿り運転になると、20mA以上の
値となる。油面が切れると、15mA以下の値となり、
油面無しの4mAに近づくことになる。これらの値は温
度ドリフトの影響で多少変化するが傾向は同じである。
こうして、油溜2に適正な油が有るか否かを良好に判断
できることになる。
【0034】次に、静電容量変化により油面・油濃度の
検知を行う際に、温度ドリフト以外に出力に影響を与え
る可能性のある因子である水分量、コンタミ量について
の評価結果を以下に示す。
【0035】先ず、油中水分量の影響について評価する
ため、次の表2に示す3ポイントで測定した。
【0036】
【表2】
【0037】表2の通り、200ppm以下の油中水分
量では、出力差はほとんどない。数千ppm程度の飽和
水分量前後の多量な水分が混入し、電極71,72間に
水滴が生じるような状態になれば、導電性物質が介在す
ることになるから、明らかに出力は増大すると予想され
る。しかし、実機のように数十ppm以下に管理させて
いる環境では、水分量変化が本センサー出力に与える影
響はないと判断できる。
【0038】次に、コンタミ量の影響について評価す
る。油に標準コンタミ(切削油、洗浄油等のラインコン
タミが主)を混入させて測定した。結果は次の表3の通
りである。
【0039】
【表3】
【0040】表3の通り、20000ppm以下のコン
タミ混入量では、出力差はほとんどない。今回は、導電
性がきわめて大きい金属粉等は含まない標準コンタミを
混入させた結果、センサー出力に差は現われなかった。
又、管理基準は約1000ppm程度なので問題ないと
判断できる。しかし、仮に摺動部が異常摩耗して油中に
金属粉が多量に混入すれば、明らかに出力は増大すると
予想される。換言すれば、油中への摩耗粉混入を静電容
量にて検知できる可能性のあることを意味している。
【0041】図4は、以上の静電容量式油センサー7を
組み込んだ流体機械たる圧縮機Pを用い、凝縮器N、膨
張弁V、蒸発器Eと共に冷凍回路を構成したものであ
り、圧縮器Pの吐出側高圧ガス管には、冷媒と共に流出
した油を回収する油回収器Hを介装している。そして、
この油回収器Hの底部と圧縮機Pのケーシング1との間
を油戻し通路Bで連結し、その途中に介装する電磁弁か
ら成る開閉弁Dを開閉することにより、流出した油を圧
縮機Pに返還できるようにしている。尚、圧縮機Pのモ
ータ40は、インバータ制御によりその回転数を可変に
している。
【0042】そして、静電容量式油センサー7とタイマ
TMとを入力として圧縮機Pのモータ40を制御する保
護装置付き油面制御手段9をマイクロコンピュータ等を
用いて構成し、そのプログラム上において、以下の各手
段を構築している。
【0043】すなわち、図5に示すように、静電容量式
油センサー7による油面センサー出力Sが10mA前後
で設定する規定値X以下となり、油切れが検出され、そ
の継続時間Tが第1設定時間T1未満のとき、油面制御
の第1段階として、図4に示すように、駆動軸4の回転
数を低下させて汲み上げ油量を低減させる回転数制御手
段91を設けている。
【0044】又、油切れ継続時間Tが第1設定時間T1
以上第2設定時間T2未満のとき、油面制御の第2段階
として、図4に示すように、膨張弁Vの開度を大きくし
て、作動流体の循環量を増大させ、圧縮機Pへの戻り油
量を増加させる循環量制御手段92を設けている。この
第2段階の制御は、第1段階の回転数制御手段91によ
る制御と併用して行うものである。
【0045】更に、油切れ継続時間Tが第2設定時間T
2以上第3設定時間T3未満のとき開閉弁Dを開にして
油回収器Hから延びる油戻し通路Bを開き、圧縮機Pへ
の戻り油量を増加させる油戻し制御手段93を設けてい
る。この第3段階の制御は、第1段階の回転数制御手段
91及び第2段階の循環量制御手段92による制御と併
用して行うものである。
【0046】その上、更に、油切れ継続時間Tが第3設
定時間T3以上のとき、圧縮機Pのモータ40を止めて
運転を停止させる保護装置94を設けていると共に、運
転停止後、油切れの解消により運転を再開させる再起動
手段95を設けている。
【0047】ところで、本発明の静電容量式油センサー
7は、油面の有無のみならず、油濃度も測定可能であ
り、図6に示すように、静電容量式油センサー7の検出
値から図7に示す特性図に基づいて油濃度を推定する油
濃度推定手段96をも設けており、更に多様な圧縮機制
御に応用できるようにしている。
【0048】尚、以上のものでは、図1に示したよう
に、ケーシング1の円筒胴体11と下部のベース部材1
2とをフランジ部13を介して結合したが、図8に示す
ように、円筒胴体11とドーム型の下部蓋体120とを
溶接により結合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る油検出装置の断面図。
【図2】同要部平面図。
【図3】図2のA,A線で破断した断面図。
【図4】油検出装置を具備する冷凍回路図。
【図5】油面制御のフローチャート。
【図6】油濃度推定手段の説明図。
【図7】油濃度推定の原理を説明する油濃度対比誘電率
特性図。
【図8】別の実施形態を示す要部断面図。
【符号の説明】
1;ケーシング、3;油ポンプ、4;駆動軸、5;給油
通路、6;油吸込口、7;静電容量式油センサー、7
1,72;二重円筒電極、8;支持体、9;保護装置付
き油面制御手段、91,92,93;油面制御手段、9
4;保護装置、95;再起動手段、96;油濃度推定手
段、TM;タイマ、H;油回収器、B;油戻し通路

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 作動流体の給排機構を内装するケーシン
    グ(1)の底部に、油ポンプ(3)を介して駆動軸
    (4)内の給油通路(5)に汲み上げる油を溜めた流体
    機械の油検出装置であって、油ポンプ(3)の油吸込口
    (6)の近傍に、静電容量式油センサー(7)を配設し
    ていることを特徴とする流体機械の油検出装置。
  2. 【請求項2】 静電容量式油センサー(7)は、扁平な
    二重円筒電極(71,72)をもつ請求項1記載の流体
    機械の油検出装置。
  3. 【請求項3】 油ポンプ(3)の油吸込口(6)を取り
    囲むように、二重円筒電極(71,72)を配設してい
    る請求項2記載の流体機械の油検出装置。
  4. 【請求項4】 二重円筒電極(71,72)を、円周上
    の複数箇所に配置する支持体(8)により支持している
    請求項2又は請求項3記載の流体機械の油検出装置。
  5. 【請求項5】 静電容量式油センサー(7)で油切れを
    検出しているとき、駆動軸(4)の回転数を低下させて
    汲み上げ油量を低減する油面制御手段(91)を設けて
    いる請求項1〜4何れか一記載の流体機械の油検出装
    置。
  6. 【請求項6】 静電容量式油センサー(7)で油切れを
    検出しているとき、作動流体の循環量を増大させて流体
    機械への戻り油量を増加させる油面制御手段(92)を
    設けている請求項1〜4何れか一記載の流体機械の油検
    出装置。
  7. 【請求項7】 静電容量式油センサー(7)で油切れを
    検出しているとき、作動流体の循環経路に介装した油回
    収器(H)とケーシング(1)とを結ぶ油戻し通路
    (B)の開度を大きくして油戻し量を増加させる油面制
    御手段(93)を設けている請求項1〜4何れか一記載
    の流体機械の油検出装置。
  8. 【請求項8】 油面制御手段によっても油切れが解消し
    ないとき、運転を停止させる保護装置(94)を備えて
    いる請求項5〜7何れか一記載の流体機械の油検出装
    置。
  9. 【請求項9】 静電容量式油センサー(7)で油切れを
    検出している継続時間を計時するタイマ(TM)と、油
    切れ継続時間が第1設定時間未満のとき駆動軸(4)の
    回転数を低下させ、油切れ継続時間が第1設定時間以上
    第2設定時間未満のとき作動流体の循環量を増大させ、
    油切れ継続時間が第2設定時間以上第3設定時間未満の
    とき作動流体の循環経路に介装している油回収器(H)
    からの油戻し通路(B)を開き、油切れ継続時間が第3
    設定時間以上のとき運転を停止させる保護装置付き油面
    制御手段(9)を備えている請求項1〜4何れか一記載
    の流体機械の油検出装置。
  10. 【請求項10】 運転停止後、油切れの解消により運転
    を再開させる再起動手段(95)を設けている請求項8
    又は請求項9記載の流体機械の油検出装置。
  11. 【請求項11】 静電容量式油センサー(7)の検出値
    から油濃度を推定する油濃度推定手段(96)を備えて
    いる請求項1〜請求項10何れか一記載の流体機械の油
    検出装置。
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