JPH0979711A

JPH0979711A - 冷媒量判定装置

Info

Publication number: JPH0979711A
Application number: JP7232493A
Authority: JP
Inventors: Yozo Hibino; 陽三日比野; Kazuto Kinoshita; 和人木下; Hiroshi Yasuda; 弘安田; Kensaku Kokuni; 研作小国; Susumu Nakayama; 進中山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】空調機の冷凍サイクル中の受液器に入れた冷
媒量の過不足を正確に判定できる冷媒量判定装置を提供
する。【構成】受液器内の冷媒に浸した対向極板１４からな
る静電容量センサと、このセンサの静電容量検出値を発
振周波数に変換する静電容量変換手段１９と、芯線、内
側シールド線、外側シールド線からなり、対向電極１４
の正負端子と静電容量変換回路の入力端子とを、芯線と
外側シールド線で接続する２重シールドケーブル２０
と、このケーブル２０の芯線と内側シールド線間に芯線
から内側シールド線へ増幅方向に接続してケーブル２０
の静電容量を消去する増幅器２１(線間容量補正手段)
と、静電容量変換手段１９の発信周波数を冷媒の液面高
さに換算し、この液面高さを予め求めた基準の液面高さ
と比較して適正又は過不足を判定する冷媒量判定回路１
８と、から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調機の冷凍サイクル
内に封入された冷媒量を、適正な冷媒量を基準にして、
適正または過不足かを判定し、表示するための冷媒量判
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空調機の冷凍サイクル内に封入さ
れた冷媒量を判定表示する装置については、以下の公知
例があげられる。特開昭６４−９０９７２号公報には、
一組の対向電極からなるセンサ部と、この対向電極の静
電容量を検出する変換部とからなる装置が示されてい
る。センサ部は、冷凍サイクル中の凝縮器入口から減圧
装置に至る適当な箇所の配管内部に絶縁物を介して組み
込まれ、対向電極は配管内の冷媒中に挿入されている。
対向電極の、冷媒に漬かる高さは、配管内の冷媒の液面
高さの変化に応じて変化し、それに伴う静電容量の変化
を変換部が検出する。そして検出された静電容量と、こ
の位置においてあらかじめ設定された適正量の冷媒封入
時の静電容量と比較することによって、冷媒量の過不足
を判定するようにしている。この方法では、主として凝
縮器となる熱交換器に静電容量センサを組み込むことが
示されているので、冷房運転時に凝縮器となる熱交換器
と暖房運転時に凝縮器となる熱交換器それぞれに静電容
量センサを組み込む必要があり、不都合である。また、
熱交換器内の冷媒の状態は、非定常なものであるから、
静電容量センサの検出値が不安定になる恐れがある。

【０００３】また、特開平２−４１８４号公報に開示さ
れた装置においても、冷媒凝縮器とレシーバ（受液器）
との間で、通過する冷媒量の変化を静電容量の変化とし
て検出し、周波数に変換して冷媒流量を検知する。そし
てこの周波数が、あらかじめ設定された値を満足してい
るかどうかによって、冷媒不足と冷媒の過充填との両方
を検知できるようにしている。この方法では、主として
特定の配管に静電容量センサを組み込むことが示されて
いるので、冷房時と暖房時にそれぞれ凝縮器となる別の
熱交換器の出口側に静電容量センサを組み込む必要があ
り、不都合である。また、配管途中の冷媒の状態は、非
定常なものであるから、静電容量センサの検出値が不安
定になる恐れがある。

【０００４】これに対して、特開平３−１８６１７０号
公報に開示された装置においては、凝縮器と蒸発器の間
に設けた受液器における冷媒液面を静電容量センサによ
り検出する。これを、冷媒サイクルにおいて必要とされ
る冷媒量と比較することにより、冷媒の過不足量を定量
的に演算し、表示するものである。この方式は、静電容
量センサの出力が受液器の液面の高さに比例しており、
さらに、受液器における液面の高さとサイクル内の冷媒
の量が比例していることを前提としている。しかし、接
続ケーブル及び検出回路のもつ不用な静電容量の影響が
あり、また、冷媒の比誘電率は冷媒の温度によって変化
するので、静電容量センサの出力は、正確に受液器の液
面の高さに比例しない。

【０００５】さらに、受液器の液面高さは設備条件のみ
ならず運転条件、環境条件によって種々に変化するの
で、冷媒サイクルにおいて必要とされる単一の冷媒量と
比較しただけでは、冷媒の適不適を適確に判別すること
ができない。

【０００６】これに関しては、特開平２−１４３０６７
号公報において、気液分離器（受液器に相当）内の冷媒
液位検出手段と、冷媒不足を判定する手段と、熱負荷を
検出する手段と、熱負荷が小さい場合、新たな判定レベ
ルを判定する手段とを設けることにより、冷媒量不足を
正確に検出するようにした装置が開示されている。特に
熱負荷に関連する諸量として冷媒の圧力、外気温度、圧
縮機の容量、膨張弁開度、冷媒流量等を用いて、判定レ
ベルを設定し直しているが、これだけの補正では精度の
高い判定をするには不十分である。

【０００７】この他、容器内の液面の高さを測定する静
電容量センサ単体については、以下の公知例があげられ
る。

【０００８】特開平１−２２３３１６号公報に開示され
た装置は、静電容量を検出する円筒形の極板を上部円筒
と下部円筒から構成し、切換スイッチによる切換操作で
誘電率測定用センサを兼用させることにより、液面高さ
の測定を可能としている。

【０００９】また、特開平３−１６２６２７号公報に開
示された装置においては、補正電極対の両電極を頂部位
置から垂下し測定電極対に対してその長さを異ならせ
る。これにより、引出し線の浮遊容量のばらつきやその
液位変動によるふらつきを無くして、測定誤差の低減を
図るようにしている。これらは、静電容量センサの構成
が複雑であり、温度と圧力の変化が厳しい空調機の受液
器に配設することは、信頼性の観点から望ましいもので
はない。

【００１０】また、特開平４−３４４４２５号公報に開
示された装置においては、液体槽に配設された一対の被
覆導体からなるセンサの静電容量の変化を時定数の変化
に変換し、これを積分回路の出力とする。これを、多段
階の基準値と比較することにより、液体の量を多段階で
検出することができるようにしている。

【００１１】また、特開平６−２５８１２７号公報に開
示された装置においては、貯蔵容器に取り付けた静電容
量センサを直列コンデンサと平列にしてオペアンプに接
続し、ＣＲマルチバイブレータを構成して、センサによ
り検出するアナログの静電容量信号をディジタル信号で
ある周波数信号に変換するものである。

【００１２】これらの検出回路は、センサの静電容量の
変化を検出するための基本的な機能であり、これだけの
機能では液面の高さを正確に検出することはできない恐
れがある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上示したような従来
の技術においては、以下に示すようないくつかの問題点
があった。静電容量センサは、本来、受液器内の極板
の、液冷媒につかる高さが変化することにより生じる極
板の静電容量の変化を検出することをねらいとしたもの
である。しかし、実際には、極板と静電容量検出回路と
の間の接続ケーブルや、検出回路そのもののもっている
静電容量が、極板の静電容量に並列に結合していると考
えられる。これらの静電容量の値が常に一定であって変
動しなければ、数値計算によってこれらの値だけを除去
することも可能であり、またセンサと検出回路が近接し
ており、これらの静電容量が極板に比べて非常に小さけ
れば無視してもよいが、一般の空調機においてはこのよ
うな条件は望めない。このため、検出した静電容量をそ
のまま用いてこれを冷媒の高さとすると、十分な測定精
度が得られないという問題があった。

【００１４】また、冷媒の比誘電率は、冷媒の温度によ
って変化する。これを考慮しないで検出した静電容量を
そのまま用いてこれを冷媒の高さとすると十分な測定精
度が得られないという問題があった。

【００１５】このほか、空調機のサイクル内に冷媒量を
封入したときの受液器内の冷媒の高さは、常に一定では
なく、設備条件は勿論のこと運転条件や環境条件によっ
て変動する。したがって、基準となる条件において予め
求めておいた空調機のサイクル内に適正な冷媒量を封入
したときの受液器内の冷媒の基準高さを、そのまま用い
て、冷媒量の過不足を判別すると、判定がずれるという
問題があった。

【００１６】これらの問題を解決するために、本発明の
第１の目的は、静電容量センサを用いて、受液器内の冷
媒の高さを精度良く測定できる冷媒量判定装置を提供す
ることにある。また、本発明の第２の目的は、静電容量
センサを用いて、受液器内の冷媒の高さを精度良く測定
するとともに、その時点の設備条件、運転条件、環境条
件に合わせて、冷媒量の過不足を正確に判定することが
できる冷媒量判定装置を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の第１の冷媒量判定装置は、室外機及
び室内機からなる空調機の冷凍サイクル中に設置された
受液器内に貯える液冷媒の量を検出し、この該液冷媒の
量の適否を判定する冷媒量判定装置において、受液器内
の液冷媒に先端部をつける対向極板からなり、この対向
極板に接する液冷媒の液面高さの変化により静電容量が
変化する容量センサと；容量センサにより検出した静電
容量を発振周波数に変換する静電容量変換回路と；芯
線、内側シールド線及び外側シールド線からなり、容量
センサの一対の出力端子と静電容量変換回路の一対の入
力端子とを芯線と外側シールド線により接続する２重シ
ールドケーブルと；この２重シールドケーブルの芯線と
内側シールド線間に介在し、芯線から内側シールド線へ
増幅方向に接続して２重シールドケーブルの静電容量を
消去する増幅器と；静電容量変換回路が出力する発振周
波数を液冷媒高さに換算し、この液冷媒高さと予め求め
た基準の冷媒高さを比較して、液冷媒の過不足を判定す
る冷媒量判定回路と；冷媒量判定回路による判定を表示
する表示装置と；から構成したことを特徴とする。

【００１８】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明の第２の冷媒量判定装置は、第１の冷媒量判定装
置における２重シールドケーブルの代わりに、１重シー
ルドケーブルと単線の組合せを用いたもので、２重シー
ルドケーブルの芯線、内側シールド線及び外側シールド
線に対応して、１重シールドケーブルの芯線、同シール
ド線および単線を適用したもので、他の構成は第１の冷
媒量判定装置と同じである。

【００１９】上記第２の目的を達成するために、本発明
の第３の冷媒量判定装置は、第１または第３の冷媒量判
定装置において、基準の冷媒高さは、空調機の設備条件
として、室外機の容量、室内機の接続台数、接続配管
長、及び室外機と室内機の高低差等の各項目と、空調機
の運転条件として、それぞれ所定の運転モード、室外温
度、及び冷媒温度等の各項目とを基に設定するものであ
る。

【００２０】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の第４の冷媒量判定装置は、第３の冷媒量判定装
置において、室外熱交換器近辺の室外温度を測定する第
１の温度計、受液器内の冷媒温度を測定する第２の温度
計を設け、静電容量変換回路により求めた液冷媒高さ
を、所定の室外温度に対する第１の温度計により求めた
温度の増減差で増減補正し、所定の冷媒温度に対する第
２の温度計により求めた温度の増減差により減増補正す
る補正回路を設けたことを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明の冷媒量判定装置においては、静電容量
変換回路と極板との接続ケーブルに生ずる静電容量を、
増幅器を用いて打ち消すことができる。また、静電容量
変換回路の静電容量を、予め求めておいて補正すること
ができる。

【００２２】ここで、従来の技術と比較して、本発明に
おける接続ケーブルの静電容量を増幅器により打ち消す
線間容量補正回路について説明する。

【００２３】従来のように、極板（静電容量Ｃｘをも
つ）の正極、負極を静電容量変換回路とを２つの端子に
２芯ケーブルで接続する場合、図１７に示すように、一
方の芯線にプラス電荷が、他方の芯線にマイナス電荷が
帯電するするために、ケーブルの静電容量Ｃｋが生じる
ことになる。静電容量変換回路からみると、静電容量が
（Ｃｘ＋Ｃｋ）になる。ＣｘとＣｋは、定常状態では分
離できないので、静電容量変換回路による検出値は、必
要とするＣｘから余分なＣｋだけずれる。ケーブルを長
くすると、Ｃｋは大きくなって、Ｃｘに対し無視できな
くなる。

【００２４】本発明における２重シールド線を用いて極
板と静電容量変換回路を接続する場合を図１６により説
明する。図示のように、極板の正負極と静電容量変換回
路の２つの入力端子は、２重シールド線の芯線Ｌ、外側
シールド線Ｓ₂により接続され、さらに芯線Ｌから入力
し内側シールド線Ｓ₁へ出力する増幅器が接続されてい
る。この構成では、増幅器は芯線Ｌと同符号の電荷を内
側シールド線Ｓ₁へ与える。かくして芯線Ｌと外側シー
ルド線Ｓ₂の間は、内側シールド線Ｓ₁によって電気的に
遮断されるので、ケーブルの静電容量Ｃｋはほとんど存
在しなくなる。また芯線Ｌと内側シールド線Ｓ₁は同電
位であるから、これらの間に静電容量は存在しない。さ
らに内側シールド線Ｓ₁と外側シールド線Ｓ₂との間の静
電容量は、静電容量変換回路からみて、静電容量を検出
するループに入っておらず、しかも増幅器によって遮断
されている。以上のことから、静電容量変換回路は、接
続ケーブルの長さや取付けの影響を受けずに、極板の静
電容量Ｃｘを検出することができる。なお、増幅器は、
長いシールド線に大量の電荷を芯線と同じに帯電させる
ドライブ能力と、静電容量変換回路の動作に影響を与え
ない高インピーダンスを有する必要があるので、いわゆ
る「バファアンプ」と呼ばれる構成が適している。

【００２５】以上のように増幅器を設置したことによ
り、受液器内の冷媒の高さの変化による極板の静電容量
の変化のみを精度良く測定することができる。さらに、
受液器の温度もしくはこれに相当する状態量を用いて、
温度による比誘電率の変化に伴なう静電容量の変化を補
正するので、正しい冷媒の高さを得ることができる。

【００２６】また、基準となる条件において予め求めて
おいた受液器内の冷媒の基準高さをそのまま用いて、そ
の時点で検出した冷媒の高さと比較するのではなく、冷
媒量判定を行っている時点の設備条件、運転条件および
環境条件にもとづいて、この基準高さを補正するように
している。この結果、適正な冷媒量に対する過不足量を
正確に判定することができる。

【００２７】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を引用して説明
する。図１は、本発明の冷媒量判定装置を適用する多室
空調機のサイクル構成を示すブロック図である。この空
調機は、１台の室外機１と、これに接続する複数台の室
内機２ａ，２ｂにより構成する。室外機１は、圧縮機３
と、それに順次に配管接続された四方弁４、室外熱交換
器５、室外膨張弁７及び冷媒の受液器８により構成し、
そして室外熱交換器５は室外ファン６を有している。一
方、室内機２ａは、室内熱交換器９ａとそれに配管接続
された室内膨張弁１１ａにより構成し、室内熱交換器９
ａは室内ファン１０ａを有する。室内機２ｂは、構成
上、室内機２ａと同様である。また、圧縮機３には吐出
するガス冷媒の温度、圧力を測定する温度計４０、圧力
計４１が取り付けられ、室外熱交換器５には温度計４２
が、受液器８およびその配管の出入口の１か所ないしは
全部に温度計４３が取り付けられている。

【００２８】この空調機において、暖房運転時には、冷
媒は実線で示す方向に流れる。圧縮機３で圧縮された高
温高圧のガス冷媒は、四方弁を経てガス配管１２を通じ
て、室内機２ａ、２ｂに送られ、室内熱交換器９ａ、９
ｂで凝縮し液冷媒となる際に放熱して室内を暖房する。
液冷媒は液配管１３を通じて室外機１に送られ、その室
外熱交換器５で蒸発して低温低圧のガス冷媒になり、圧
縮機に戻る。この冷媒の循環において、余った冷媒は一
時的に受液器８に溜る。一方、冷房運転時には、冷媒は
鎖線で示すように暖房時とは逆回りで、圧縮機３で圧縮
された高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５で凝縮
し、液配管１３を通じて室内機２ａ、２ｂに送られる。
そこで液冷媒は膨張弁１１ａ、１１ｂにより膨張して粒
状となり、室内熱交換器９ａ、９ｂで蒸発、吸熱して室
内を冷房する。低温低圧のガス冷媒はガス配管１２を通
じて、室外機１の圧縮機３に戻る。

【００２９】この多室空調機を現地で設置するときは、
室外機１と、遠隔にある複数台の室内機２ａ，２ｂとを
必要な長さのガス配管１２と液配管１３によって接続す
る。室外機１には、これを正常に運転するのに必要な適
正な冷媒量が予め封入されている。しかし、室内機２の
数や配管１２，１３の長さといった個々の設備条件に応
じて多室空調機として適正な追加冷媒量が決まるので、
これを現地で追加封入する。この封入量、すなわちサイ
クル全体の冷媒量が適正な範囲にあれば、空調機は仕様
どおりの冷暖房性能を発揮し、さらに故障に至るような
事態にも陥らない。しかし、適正な冷媒量よりある範囲
以上に過剰あるいは不足した場合には、冷暖房性能が得
られないのみならず、圧縮機が過熱や液圧縮により損傷
するようなトラブルに至る恐れがある。したがって、現
地において設備に合せて適正な冷媒量を正確に封入する
必要がある。しかし、封入操作の不良、冷媒量の計測ミ
スや、設備条件の誤見積、追加封入量の計算誤りなどが
あって、必ずしも正確に冷媒を封入できるとは限らな
い。

【００３０】これに対して、図２に示す冷媒量判定装置
により、受液器８に貯留している冷媒量、すなわち受液
器８内での冷媒の高さを静電容量センサによって測定
し、これをサイクルに適正な冷媒量を封入したときの受
液器８の冷媒の基準高さと比較することによって、サイ
クル内の冷媒量の過不足量を適確に判定表示することが
有効である。

【００３１】図２において、受液器８内には、液冷媒１
５の量を液面の高さを検出するために、静電容量センサ
の対向極板１４が、液冷媒中に下部を挿入された状態
で、封入されている。液冷媒の量が変化して液冷媒１５
の高さが変わると、極板１４では、液冷媒１５に接する
部分とガス冷媒１６に接する部分の割合が変化する。こ
の結果、液冷媒１５とガス冷媒の比誘電率に数倍の差が
あるので、極板１４の静電容量が変化する。液冷媒１５
の比誘電率が一定であれば、その高さと、極板１４の静
電容量の大きさは比例する。したがって、逆に極板１４
の静電容量から、その時の液冷媒１５の高さ、すなわち
その時の受液器８内の液冷媒の量、すなわちサイクル内
の冷媒量を求め、これを基準となるサイクル内の冷媒
量、すなわち受液器８の冷媒の基準高さと比較すること
によって、サイクル内の適正な冷媒量からの過不足を判
定することができる。

【００３２】これを実現するために、冷媒量判定装置
を、冷媒高さ検出回路１７と冷媒量判定回路１８を組合
せて構成する。冷媒高さ検出回路１７は、極板１４に対
する冷媒の液面高さに応じた極板１４の静電容量を発振
周波数もしくは発振周期に変換する静電容量変換手段１
９と、静電容量変換手段１９と極板１４との接続ケーブ
ル２０の静電容量を除去する線間容量補正手段２１と、
静電容量の変化による発振周波数もしくは発振周波数の
変化を直流電圧に変換する周波数重圧変換手段２２によ
って構成する。

【００３３】また、冷媒量判定回路１８は、検出した冷
媒の高さを寄生容量及び温度に関して補正して、冷媒の
実高さを算出する手段２３と、冷媒の基準高さを室外機
の容量、冷暖房運転モード、室内機の接続台数、配管
長、室外機と室内機の高低差及び室外気温等により補正
する基準高さ補正手段２４ａと、真の基準高さを算出す
る基準高さ算出手段２４ｂと、冷媒の実高さと真の基準
高さを比較することにより、冷媒の実高さが基準高さに
対して所定幅以内であれば、適正な冷媒量と判定し、冷
媒の実高さが基準高さより所定幅以上であれば、冷媒量
が過多であると判定し、また冷媒の実高さが基準高さよ
り所定幅以下であれば、冷媒量が過少であると判定する
判定手段２５と、この判定結果を表示する表示手段２６
によって構成する。

【００３４】図３は、受液器８内に配設する極板１４の
構成を示す図である。図３（ａ）は複数の平板２７を対
向させて組合せたものである。平板２７を一枚おきに結
合することによって、静電容量を大きくして、冷媒の液
面検出の分解能を大きくし精度を向上することができ
る。この静電容量は、平板の面積に比例し、平板間の間
隔に逆比例する。図３（ｂ）は、複数の円筒２８を重ね
合せて組合せたものである。一枚おきに結合することに
よって、静電容量を大きくして、冷媒の液面検出の分解
能を大きくし精度を向上することができる。この静電容
量は、円筒板の面積に比例し、円筒板の間隔に逆比例す
る。

【００３５】図４(ａ)、図４(ｂ)は、図３(ａ)に示した
極板１４を、受液器８に配設する形態を示す図である。
図４(ａ)は、受液器８内に極板１４を、受液器８とは絶
縁させた状態で、保持具２９によって受液器８に固定す
る形態である。受液器８の壁を貫通させて、極板１４か
らの信号を受液器８外に取り出す端子座３０を設ける。
図４(ｂ）は、極板１４の保持と端子座を兼ねた保持具
３１を受液器８に直接設け、これに極板１４を付設する
形態である。

【００３６】図５は冷媒高さ検出回路１７の構成を示す
ブロック図である。極板１４からの信号を容器８外に取
り出す端子座３０と、冷媒高さ検出回路１７の接続端子
３２との間は、接続ケーブル２０によって電気信号を伝
達する。

【００３７】図６は受液器８内の冷媒高さＨｘ（図２参
照）と、極板１４の静電容量Ｃｘの関係を示すグラフで
ある。極板の長さｌにわたって、極板に接する冷媒の高
さ（Ｈｘ−Ｈｏ）と静電容量（Ｃｘ−Ｃｏ）は比例関係
にある。ただし、冷媒の液面高さが極板の下端の高さＨ
ｏ以下及び極板の上端の高さＨ₁以上においては、それ
ぞれ静電容量がＣｏ及びＣ₁で一定になり、液面の高さ
を検出することはできない。しかし、適正な冷媒量の判
定には支障がない。

【００３８】静電容量変換手段１９として、無安定マル
チバイブレータ３３を用いることにより、図７に示すよ
うに、極板１４に接する冷媒高さ即ち静電容量(Ｃｘ−
Ｃｏ)に反比例する周波数Ｆｘを得ることができる。

【００３９】この無安定マルチバイブレータ３３の出力
パルスによって、単安定マルチバイブレータ３４にトリ
ガをかけることにより、同じ周波数Ｆｘで、所定のパル
ス幅を持ったパルス列Ｇｘを発生させる。

【００４０】次に、周波数電圧変換手段２２を用いるこ
とにより、このパルス列Ｇｘを直流電圧信号Ｖｘに変換
する。周波数電圧変換手段は、簡単なローパスフィルタ
を基本として構成することができる。これにより、図８
に示すように発振周波数Ｇｘに比例した直流電圧Ｖｘを
得ることができる。

【００４１】以上の構成によって、受液器８内の液冷媒
の量に応じて決まる直流電圧Ｖｘを出力することができ
る。なお、直流電圧Ｖｘは極板１４に接する液冷媒の高
さ（Ｈｘ−Ｈｏ）に反比例するしかし、実際は、極板１
４と静電容量変換手段１９との間の接続ケーブル２０の
静電容量が、極板１４の静電容量Ｃｘに並列に加わる。
特に、受液器８に入れる極板１４を小型にするため、極
板１４の静電容量は小さくなるから、この接続ケーブル
２０が長い場合には、この静電容量によって、発振周波
数Ｆｘが大きくずれてしまう。この結果、液冷媒の高さ
を正確に検出できない。

【００４２】そこで本発明においては、接続ケーブル２
０が有する余分の静電容量を補正する線間容量補正手段
２１を付設する。図９（ａ）は、静電容量変換手段１９
と極板１４の接続ケーブル２０として、２重シールドケ
ーブル３５を用いた場合である。この場合には、静電容
量Ｃｘを有する対向電極１４の正負極端子と静電容量変
換手段１９の正負入力端子とを、芯線Ｌと外側のシール
ド線Ｓ₂によりそれぞれ接続する。また、芯線Ｌから内
側のシールド線Ｓ₁へ増幅するよう増幅器３６を接続す
る。これによって、芯線Ｌと外側のシールド線Ｓ₂間に
生ずる静電容量を補正することができる。

【００４３】図９（ｂ）は、接続ケーブル２０として、
１重シールドケーブル３７と単線を用いた場合である。
この場合には、静電容量変換手段１９と極板１４とを、
１重シールドケーブル３７の芯線Ｌと単線Ｓ₂とを介し
てそれぞれ接続し、芯線Ｌからシールド線Ｓ₁へ増幅器
３６を接続する。これによって、芯線Ｌと外側の単線Ｓ
₂間に生ずる静電容量を補正することができる。この結
果、静電容量変換手段１９によって接続ケーブル２０の
長さによらず極板１４の静電容量(Ｃｘ−Ｃｏ)のみに反
比例した発振周波数（Ｈｘ−Ｈｏ）を得ることができ
る。すなわち、静電容量変換手段１９によって液冷媒の
高さを正確に検出することが可能となる。また、接続ケ
ーブル２０として、シールド線３５又は３７を使用する
ことにより、空調機のような電気的環境条件の悪い所に
おいても、ノイズの侵入を防ぎ、誤差を抑えることがで
きるという効果が得られる。なお、増幅器３６として
は、大きな容量負荷を駆動できる能力を持つものを使用
する必要がある。

【００４４】図１０は、冷媒量判定回路１８の機能構成
を示すフローチャートである。まず、冷媒高さ検出回路
１７の電圧出力信号Ｖｘを入力する。この信号は、冷媒
の液面高さ（Ｈｘ−Ｈｏ）に反比例している。そこで、
この信号の逆数Ｕｘ＝１／Ｖｘを演算することにより、
冷媒の液面高さ（Ｈｘ−Ｈｏ）に比例した高さ信号Ｕｘ
を求める。ただし、冷媒の比誘電率εは、冷媒の温度Ｔ
R によって変化する。図１１に示すように冷媒の温度が
上昇するに従って、冷媒液、ガスとともに比誘電率εは
小さくなるので、同じ液面高さでも静電容量が小さくな
る。このため、回路１７の電圧出力信号Ｖｘは大きくな
り、逆に液面高さ信号Ｕｘは小さくなる。すなわち、冷
媒温度が上昇すると、冷媒液面高さは、見掛け上、低下
することになるので、正確な冷媒液面高さを求めるため
に、見掛けの低下量を補正することが必要となる。な
お、図１１においては、単一の冷媒例えばフロンＲ２２
を想定した特性を示している。しかし、いわゆる代替冷
媒として、各種のフロンが混合した冷媒においては、冷
媒の温度条件によって冷媒の混合比が変わる。したがっ
て各成分の割合と各冷媒の比誘電率との積和によって、
この温度条件における混合冷媒の比誘電率が決まる。こ
の結果として、図１１と同様の特性となるので、これを
用いることができる。

【００４５】図１２に示すように冷媒がある温度のとき
には、回路１７の電圧出力信号の逆数Ｕｘ＝１／Ｖｘ
と、冷媒の高さ（Ｈｘ−Ｈｏ）は所定の比例関係にあ
る。しかし、前述のようにこの比例関係は、冷媒の温度
ＴR によって変化するので、冷媒の温度ＴR に応じた比
例関係を用いる必要がある。ただし、この比例関係は、
冷媒の温度ＴR に対してほぼ線形に変化する。したがっ
て、この比例関係を表わす図１２の直線の傾きを温度の
一次関数として記憶しておくことにより、冷媒の温度Ｔ
R の影響を補正して常に正確な液面の高さを検出するこ
とができる。

【００４６】図１２の比例関係を次式のようにして、記
憶しておく。

【００４７】Ｈｍ−Ｈｏ＝Ｋ（１／Ｖｘ−１／Ｖｏ） ……（１）このとき、傾きＫは、次式のようにして記憶しておく。

【００４８】Ｋ＝ｋ₁ＴR ＋ｋ₂ ……（２）ここで、ｋ₁，ｋ₂は定数これらの演算式は、受液器８に、ある定まった温度ＴR
の冷媒を入れて、そのときの液面の高さＨｘ、回路の電
圧出力Ｖｘの関係を予め計測して図１２のようなデータ
を求めておくことにより決定できる。このとき、冷媒中
に含まれる油分の影響も合わせて補正するとよい。空調
機の受液器８の中には、圧縮機３を潤滑するための冷凍
機油がわずかに含まれる。この油による静電容量の変化
も、（１）、（２）式の関係に包含させることにより、
いっしょに補正できる。また、図５における静電容量変
換手段１９（無安定マルチバイブレータ３３）と接続端
子３２の間の余分の静電容量は、わずかではあるが線間
容量補正手段２１によっても補正されない。しかしこの
静電容量の影響も、（１）、（２）式の関係に包合させ
れば、いっしょに補正できる。以上の補正演算により、
サイクル中の冷媒量から決まる受液器８中の冷媒量に比
例した液面の実際の高さＨｍを正確に検出することがで
きる。

【００４９】次に、空調機の冷凍サイクル中に基準とな
る冷媒量を封入したときに、受液器８中の冷媒量に比例
した液面の基準高さＨｓを演算する。サイクル中の基準
となる冷媒量は、種々の条件、設備条件、運転条件、環
境条件によって異なるから、これらの条件を全て考慮し
て、算出する必要がある。

【００５０】ただし、装置を実現するうえでは、冷媒量
に影響の大きい因子に限定するのが、得策である。ここ
では、次のような因子をとりあげる。（１）〜（４）は
設備条件に関わる項目、（５）〜（７）は運転条件に関
わる項目である。

【００５１】（１）室外機１の容量（２）室内機２の接続台数（３）配管１２，１３の長さ（４）室外機１と室内機２の高低差（５）冷暖房運転モード（６）室外気温（７）圧縮機の過熱度、その他これらの因子によって、基準高さがどのような影響を受
けるかを順次に説明する。

【００５２】（１）室外機の容量によって、冷凍サイク
ル全体の規模が限定され、特に受液器８そのものの容量
が決められ、これに応じて本来の冷媒液面高さが決ま
る、（２）、（３）図１３に、配管１２，１３の長さと室内
機の接続台数と、冷媒の基準高さとの相関関係を図示す
る。一般的に言って、配管長が長くなる程サイクル内の
冷媒量は増加するので、受液器８の冷媒の高さは高くな
る傾向にある。また、室内機の接続台数が多くなる程サ
イクル内の冷媒量は増加するので、受液器８内の冷媒の
高さは高くなる傾向にある。実際には、図１３のグラフ
を離散化して表形式にして記憶しておくことができる。

【００５３】（４）室外機が室内機より上にある場合に
は、冷媒の流れがスムーズである。しかし室外機が室内
機より下にある場合には、その高低差が大きくなると冷
媒の液ヘッドの配管の影響によって、受液器８内の冷媒
の高さが高くなる傾向にある。

【００５４】（５）冷暖房運転モードによって、冷媒の
循環方向が正逆となり、受液器８に接続される配管の相
状態が変わるので、貯まり冷媒量が変わり、受液器８内
の冷媒の高さが変わる。一般に、冷房時には、室外熱交
換器に冷媒が溜るので、受液器８における冷媒高さは暖
房時より低くなる。

【００５５】（６）空調機の環境条件のうち室外気温
は、空調機に対する熱負荷を決定する要因のひとつであ
る。特に、暖房時に室外気温が低い場合、冷房時に室外
気温が高い場合には負荷が大きくなりサイクル内に冷媒
の循環が増加するので、受液器８内の冷媒の高さは低く
なる傾向にある。

【００５６】（７）この他、圧縮機３の運転条件とし
て、吐出圧力や吐出温度、過熱度あるいは圧縮機の回転
周波数、室内、室外の膨張弁７，１１の開度等も、冷媒
の基準高さを決定する要因となる。圧縮機の過熱度が極
めて大きい時には、冷媒の循環流量が少ないので、冷媒
高さは高くなる傾向にある。圧縮機の過熱度は、温度計
４０で検出する吐出温度と、圧縮機の吐出ガスの圧力計
４１で検出する吐出圧力で決まる冷媒の飽和温度との差
によって求められる。

【００５７】冷媒の基準高さＨｓはこれらの各種要因の
多変数関数となっているが、実際には、離散化して表形
式に直して記憶するのが便利である。

【００５８】以上のような手順によって求められた冷媒
の実高さＨｍと基準高さＨｓを比較することによって、
冷媒量の過不足を判定する。

【００５９】図１４は、冷媒量の判定・方式を示すグラ
フである。冷媒の基準高さＨｓに対して、上下に所定幅
ΔＨを設定することにより、必要以上の判定精度になら
ないようにして、判定結果がばらつくことを防止する。
そして、この所定幅以内に冷媒の実高さがある場合に
は、サイクル内の冷媒量は適正であると判定する。ま
た、基準高さＨｓにこの所定幅を加えた高さよりも実高
さが高い場合には、サイクル内の冷媒量が過多であると
判定する。また、基準高さＨｓからこの所定幅を引いた
高さよりも実高さが低い場合には、サイクル内の冷媒量
が過少であると判定する。図１４では、過多、適正、減
少の３段階の判定をする方式を示したが、この段階の数
は必要に応じて増加させることができる。また、冷媒の
基準高さＨｓと実高さＨｍの差から冷媒の過不足量を数
値として算出することも可能である。冷媒量が過多の場
合には、サイクルから所定量の冷媒を抜く作業が指示さ
れ、また冷媒量が過少の場合には、サイクル内に所定量
の冷媒を追加する作業が指示される。この指示に従って
作業を行なうことによって、サイクル内の冷媒量を、短
時間のうちに正確に適正な値に調整することができる。

【００６０】図１５は、本発明の冷媒量判定装置の設置
形態を示す図である。図１５（ａ）は、室外機１の内部
に、冷媒量判定装置を予め設定しておく形態である。こ
の場合には、接続ケーブル２０も予め設置しておくこと
ができる。図１５（ｂ）は、室外機１の外部に、冷媒量
判定装置を設置する形態である。この場合には、冷媒量
判定時にのみ接続ケーブル２０を接続することができ
る。

【００６１】また、静電容量検出回路１７とマイクロコ
ンピュータあるいはパーソナルコンピュータによって冷
媒量判定装置を構成することができる。

【００６２】なお、本発明の冷媒量判定装置は、空調機
を新規に設置するため冷媒を封入するときに最も有用な
ものであるが、運転中において、冷媒を入れ換えたと
き、あるいはメンテナンスをしたときなどにも適宜使用
することができる。また、運転中に手動あるいは自動的
に発動するようにしておくことにより、随時使用するこ
ともできる。このようにしておくと、長時間にわたり冷
媒が徐々に抜け出して失なわれるような状態を判別する
ことができるという効用がある。

【００６３】

【発明の効果】以上示したように、本発明によれば、受
液器内の冷媒に浸した静電容量センサと冷媒高さ検出回
路を接続するケーブルの静電容量を消去するので、受液
器内の冷媒量すなわち冷媒の高さを、静電容量センサを
用いて精度良く測定できるとともに、その時点の運転条
件、環境条件に応じて、基準となる受液器内の冷媒量す
なわち冷媒の高さを正しく求めることができ、サイクル
内の冷媒量の過不足を正確に判定することができる。し
たがって、冷媒量の過不足から生ずる冷暖房能力の過不
足を防止できるのみならず、圧縮機の損傷等の事故を未
然に防止でき、信頼性向上に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する空調機の代表的な構成図であ
る。

【図２】本発明の冷媒量判定装置の構成を示すブロック
線図である。

【図３】極板の構成図である。

【図４】極板と受液器の構成図である。

【図５】冷媒高さ検出回路の構成を示すブロック線図で
ある。

【図６】極板に接する冷媒高さと極板の静電容量の関係
を示すグラフである。

【図７】極板の静電容量に対するマルチバイブレータの
発振周波数を示す図である。

【図８】マルチバイブレータの発振周波数に対して冷媒
高さ検出回路が発生する直流電圧を示すグラフである。

【図９】線間容量補正手段の機能を示す説明図である。

【図１０】冷媒量判定回路の機能構成を示すフローチャ
ートである。

【図１１】冷媒の誘電率に対する温度の影響を示すグラ
フである。

【図１２】冷媒高さ検出回路の発生電圧と受液器での実
冷媒高さを示すグラフである。

【図１３】受液器での基準冷媒高さに及ぼす室内機数お
よび配管長の影響を説明する図である。

【図１４】冷媒量判定回路の判定基準を説明するグラフ
である。

【図１５】本発明の冷媒量判定装置の使用方法を説明す
る図である。

【図１６】２重シールドケーブルの静電容量を除去する
方法を説明する図である。

【図１７】従来の接続ケーブルの静電容量を説明する図
である。

【符号の説明】

１室外機２ａ、２ｂ室内機３圧縮機４四方弁５室外熱交換器６室外ファン７室外膨張弁８受液器９ａ、９ｂ室内熱交換器１０ａ、１０ｂ室内ファン１１ａ、１１ｂ室内膨張弁１２ガス配管１３液配管１４静電容量センサの極板１５液冷媒１６ガス冷媒１７冷媒高さ検出回路１８冷媒量判定回路１９静電容量変換手段２０接続ケーブル２１線間容量補正手段２７平板状極板２８円筒状極板２９保持具３０端子台３１保持具３２接続端子３５２重シールドケーブル３６増幅器３７１重シールドケーブル３８付属基板３９外付基板４０、４２、４３温度計４１圧力計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小国研作静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所空調システム事業部内 (72)発明者中山進静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所空調システム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室外機及び室内機からなる空調機の冷凍
サイクル中に設置された受液器内に貯える液冷媒の量を
検出し、該液冷媒の量の適否を判定する冷媒量判定装置
において、受液器内の液冷媒に先端部をつける対向極板からなり、
該対向極板に接する液冷媒の液面高さの変化により静電
容量が変化する容量センサと、該容量センサにより検出した静電容量を発振周波数に変
換する静電容量変換回路と、芯線、内側シールド線及び外側シールド線からなり、容
量センサの一対の出力端子と静電容量変換回路の一対の
入力端子とを芯線と外側シールド線により接続する２重
シールドケーブルと、該２重シールドケーブルの芯線と内側シールド線間に介
在し、芯線から内側シールド線へ増幅方向に接続するこ
とにより２重シールドケーブルの静電容量を消去する増
幅器と、静電容量変換回路が出力する発振周波数を液冷媒高さに
換算し、該液冷媒高さと予め求めた基準の冷媒高さを比
較して、液冷媒の過不足を判定する冷媒量判定回路と、冷媒量判定回路による判定を表示する表示装置とから構
成したことを特徴とする冷媒量判定装置。
【請求項２】室外機及び室内機からなる空調機の冷凍
サイクル中に設置された受液器内に貯える液冷媒の量を
検出し、該液冷媒の量の適否を判定する冷媒量判定装置
において、受液器内の液冷媒に先端部をつける対向極板からなり、
該対向極板に接する液冷媒の液面高さの変化により静電
容量が変化する容量センサと、該容量センサにより検出した静電容量を発振周波数に変
換する静電容量変換回路と、芯線及び該芯線を取り巻くシールド線からなり、容量セ
ンサの一対の出力端子の一方と静電容量変換回路の一対
の入力端子の一方とを芯線により接続する１重シールド
ケーブルと、容量センサの一対の出力端子の他方と静電容量変換回路
の一対の入力端子の他方とを接続する単線ケーブルと、１重シールドケーブルの芯線とシールド線間に介在し、
芯線からシールド線へ増幅方向に接続することにより１
重シールドケーブルと単線ケーブル間の静電容量を消去
する増幅器と、静電容量変換回路が出力する発振周波数を液冷媒高さに
換算し、該液冷媒高さと予め求めた基準の冷媒高さを比
較して、液冷媒の過不足を判定する冷媒量判定回路と、冷媒量判定回路による判定を表示する表示装置とから構
成したことを特徴とする冷媒量判定装置。
【請求項３】前記基準の冷媒高さは、空調機の設備条
件として、室外機の容量、室内機の接続台数、接続配管
長、及び室外機と室内機の高低差等の各項目と、空調機
の運転条件として、それぞれ所定の運転モード、室外温
度、冷媒温度及び冷媒過熱度等の各項目とを基に設定す
ることを特徴とする請求項１または２に記載の冷媒量判
定装置。
【請求項４】前記室外熱交換器近辺の室外温度を測定
する第１の温度計、前記受液器内の冷媒温度を測定する
第２の温度計を設け、前記静電容量変換回路により求め
た液冷媒高さを、前記所定の室外温度に対する第１の温
度計により求めた温度の増減差で増減補正し、前記所定
の冷媒温度に対する第２の温度計により求めた温度の増
減差により減増補正する補正回路を設けたことを特徴と
する請求項３記載の冷媒量判定装置。