JP2000105032A - 冷凍機の冷媒リーク検知システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍機からの冷媒リークを自動的且つ的確に
検知できるシステムを提供する。 【解決手段】 冷凍機の冷媒回路内を流れる冷媒の静電
容量を検出する静電容量センサー１２と、冷媒の温度を
検出する温度センサー１３と、両センサーの出力が接続
されたマイクロコンピュータ１４とを備えており、この
マイクロコンピュータ１４は、静電容量センサー１２の
出力を温度センサー１３が検出した温度における冷媒の
密度で除した変換値を算出し、当該変換値と設定値とを
比較することにより冷媒リークを判断するようにしたの
で、変換値が設定値より低下したことによって冷媒リー
クを的確に判断し、警報などを行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷蔵庫・プレハブ
冷蔵庫や低温ショーケース、或いは、空気調和機などの
冷凍機の冷媒回路内から冷媒がリークしたことを検知す
るためのシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より冷蔵庫・プレハブ冷蔵庫や低温
ショーケースなどの冷凍機においては、配管内を流れる
冷媒がリーク（漏洩）した場合、酸欠事故や環境破壊が
発生すると共に、冷媒が無駄となるため、液冷媒が流れ
る液配管中にサイトグラスを取付、このサイトグラスか
ら覗かれる冷媒中のフラッシュガスの有無を目で見て判
断することにより、冷媒リークを判断していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、係る点
検業務は不定期に行われるものであり、それまでの冷媒
リークは見過ごされることになる。また、目測によるた
め熟練を要すると共に、実際に現場で確かめなければな
らないため、自動制御・遠隔管理に適さないと云う問題
があった。

【０００４】本発明は、係る従来の技術的課題を解決す
るために成されたものであり、冷凍機からの冷媒リーク
を自動的且つ的確に検知できるシステムを提供するもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の冷媒リ
ーク検知システムは、冷凍機の冷媒回路内を流れる冷媒
の静電容量を検出する静電容量センサーと、冷媒の温度
を検出する温度センサーと、両センサーの出力が接続さ
れた制御手段とを備えており、この制御手段は、静電容
量センサーの出力を温度センサーが検出した温度におけ
る冷媒の密度で除した変換値を算出し、当該変換値と設
定値とを比較することにより冷媒リークを判断するもの
である。

【０００６】請求項２の発明の冷媒リーク検知システム
は、冷凍機の冷媒回路の凝縮器出口から減圧装置入口ま
での間の管路内を流れる冷媒の静電容量を検出する静電
容量センサーと、冷媒の温度を検出する温度センサー
と、両センサーの出力が接続された制御手段とを備えて
おり、この制御手段は、静電容量センサーの出力を温度
センサーが検出した温度における冷媒の密度で除した変
換値を算出し、当該変換値が設定値よりも低下したこと
により冷媒リーク警報を発するものである。

【０００７】請求項３の発明の冷媒リーク検知システム
は、冷凍機の冷媒回路のレシーバータンク出口から減圧
装置入口までの間の管路内を流れる冷媒の静電容量を検
出する静電容量センサーと、冷媒の温度を検出する温度
センサーと、両センサーの出力が接続された制御手段と
を備えており、この制御手段は、静電容量センサーの出
力を温度センサーが検出した温度における冷媒の密度で
除した変換値を算出し、当該変換値が設定値よりも所定
の割合で低下した場合に、所定の冷媒リーク警報を発す
るものである。

【０００８】同一重量の液冷媒の静電容量は同一と考え
られるが、冷媒に浸漬した静電容量センサーの出力は、
冷媒の温度によって変化する。そこで、そのときの冷媒
の温度における冷媒の密度によって静電容量センサーの
出力を除すれば、冷媒の密度当たりの出力となり、この
出力は温度に影響されること無く、一定の値が得られる
ことになる。

【０００９】そこで、本発明は冷凍機の冷媒回路内を流
れる冷媒の静電容量を検出する静電容量センサーと、冷
媒の温度を検出する温度センサーと、両センサーの出力
が接続された制御手段とを設け、この制御手段により、
静電容量センサーの出力を温度センサーが検出した温度
における冷媒の密度で除した変換値を算出し、当該変換
値と設定値とを比較することにより冷媒リークを判断す
るようにしたので、前記変換値が設定値より低下したこ
とによって冷媒リークを的確に判断し、警報などを行う
ことができる。

【００１０】従って、冷凍機の冷媒回路からの冷媒リー
クを自動的に迅速且つ正確に把握することができるよう
になり、冷媒リーク量を最小限に抑えることが可能とな
ると共に、自動監視・制御にも最適なものとなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態を詳述する。図１は本発明を適用する冷凍機の冷媒
回路図である。１は圧縮機で、この圧縮機１の吐出側の
高圧ガス管２は凝縮器３の入口に接続されている。凝縮
器３の出口はレシーバータンク４に接続され、レシーバ
ータンク４の出口は高圧液管６を介して減圧装置として
の膨張弁７（電動）に接続されている。

【００１２】膨張弁７から出た低圧液管８は蒸発器９の
入口に接続され、この蒸発器９の出口が低圧ガス管１１
により圧縮機１の吸込側に接続されている。このように
各機器が環状に配管接続されて冷凍機の周知の冷媒回路
を構成し、係る冷媒回路内には所定量の冷媒が充填され
る。

【００１３】次ぎに、図１において１２は静電容量セン
サーであり、レシーバータンク４から出た高圧液管６に
取り付けられ、そこを流れる冷媒中に浸漬されている。
また、１３は温度センサーであり、静電容量センサー１
２の近傍の高圧液管６に取り付けられ、そこを流れる冷
媒の温度を検出する。

【００１４】ここで、静電容量センサー１２は高圧液管
６中を流れる冷媒の静電容量を検出し、電圧として出力
するものであり、その出力電圧（Ｖ）は高圧液管６内の
液冷媒の割合によって図３にＬ１で示す如く線形に変化
する。即ち、冷媒の温度が＋２５℃の場合、センサー無
いに充填される液冷媒が０％のとき０．５Ｖであり、１
００％のときは４．５Ｖとなる。

【００１５】また、係る静電容量センサー１２の出力電
圧は図４にＬ２で示す如く高圧液管６中を流れる冷媒の
凝縮温度によっても変化し、温度が高くなるにつれて低
下する傾向を示す。

【００１６】次ぎに、図２は冷凍機の制御装置の電気回
路図を示しており、この図において１４は制御手段とし
ての汎用マイクロコンピュータである。このマイクロコ
ンピュータ１４の入力には前記静電容量センサー１２と
温度センサー１３の出力（電圧）がそれぞれ接続されて
いる。更に、１６は冷凍機が冷却する空間（例えば冷蔵
庫の庫内、空気調和機が設置された室内など）の温度を
検出する温度センサーであり、同じくマイクロコンピュ
ータ１４の入力に接続されている。

【００１７】また、マイクロコンピュータ１４の出力に
は前記圧縮機１の他、前記凝縮器３の空冷用、或いは、
蒸発器９と熱交換した冷気の循環用などの送風機１７
や、膨張弁７、表示器１８などが接続されている。この
表示器１８は所定の情報を表示する機器の他、黄色と赤
色の警報ランプを備えている。

【００１８】以上の構成で、マイクロコンピュータ１４
は温度センサー１６の出力に基づき、前記被冷却空間の
温度が設定値より高いときは圧縮機１や送風機１７を運
転し、低い場合には（所定のディファレンシャルを有す
る）圧縮機１や送風機１７を停止する。また、膨張弁７
を制御して冷媒の過熱度を調整する。上述の如く圧縮機
１が運転されると、圧縮機１から吐出された高温・高圧
のガス冷媒は高圧ガス管２を経て凝縮器３に入り、そこ
で放熱（空冷）して液化し、レシーバータンク４に入っ
て一旦貯留される。そして、レシーバータンク４を出た
液冷媒は高圧液管６を経て膨張弁７に至り、そこで減圧
された後、低圧液管８を経て蒸発器９に流入する。

【００１９】蒸発器９に流入した冷媒はそこで蒸発し、
周囲から熱を奪うことにより冷却作用を発揮する。そし
て、蒸発器９から出た低温のガス冷媒は、低圧ガス管１
１を経て圧縮機１に吸い込まれる循環を繰り返す。

【００２０】次ぎに、図５を参照しながらマイクロコン
ピュータ１４による冷媒リーク検知動作を説明する。図
５はマイクロコンピュータ１４の冷媒リーク検知プログ
ラムのフローチャートである。

【００２１】前述の如く静電容量センサー１２は高圧液
管６中を流れる冷媒（液冷媒）の静電容量を検知して電
圧として出力しており、その出力電圧は高圧液管６中を
流れる液冷媒の割合によって図３中Ｌ１の如く線形に変
化する。従って、同一液冷媒量における静電容量は同一
と考えられるから、冷媒回路中から冷媒がリーク（漏
洩）した場合には、高圧液管６中を流れる液冷媒の割合
も低下するため、出力電圧も低下する。

【００２２】しかしながら、冷媒に浸漬した静電容量セ
ンサー１２の出力電圧は、図４にＬ２で示した如く冷媒
の凝縮温度によっても変化し、温度が高い程、出力電圧
は低下するため、静電容量センサー１２の出力電圧の低
下のみでは、冷媒リークによる低下なのか、凝縮温度の
上昇による低下なのか区別がつかない。

【００２３】そこで、マイクロコンピュータ１４は図５
のステップＳ１で静電容量センサー１２の出力電圧を温
度センサー１３が検出した温度における冷媒の密度で除
算することにより変換値を算出する。この場合、冷媒の
各温度における密度は予め実験により求めてマイクロコ
ンピュータ１４に記憶させて置く。

【００２４】また、上述の如くそのときの冷媒の温度に
おける冷媒の密度によって静電容量センサー１２の出力
を除すれば、冷媒の密度当たりの出力となるため、この
出力は温度に影響されること無く、一定の値が得られ
る。

【００２５】例えば、前述の温度＋２５℃における液冷
媒１００％のときの静電容量センサー１２の出力電圧は
４．５Ｖであるから、このときの冷媒密度で除した変換
値が３．７７（Ｖ・Ｌ／ｋｇ）であったものとすると、
同じく液冷媒１００％であれば冷媒の凝縮温度に係わら
ず変換値（センサー出力／密度）は図４にＬ３で示す如
く３．７７で一定となる。

【００２６】そこで、この３．７７Ｖ・Ｌ／ｋｇ（液冷
媒１００％）を設定値として、マイクロコンピュータ１
４はステップＳ２で前記変換値を上記設定値と比較し、
変換値が設定値（３．７７）を１０％〜２０％下回った
値（３．０２〜３．３９Ｖ・Ｌ／ｋｇ）か否か判断する
ことにより、冷媒量が１０〜２０％低下したか判断す
る。

【００２７】そして、低下していなければステップＳ１
に戻ってこれを繰り返す。従って、変換値が設定値を０
〜１０％下回った値（３．３９〜３．７７Ｖ・Ｌ／ｋ
ｇ）の場合には、一時的な変化とみなして無視する。

【００２８】次ぎに、例えば冷凍機の冷媒回路から冷媒
がリーク（漏洩）し、変換値が低下して設定値を１０％
〜２０％下回るようになると、マイクロコンピュータ１
４はステップＳ２でリークにより冷媒量が１０〜２０％
低下したものと判断してステップＳ３に進み、表示器１
８の警報ランプの黄色を点灯させる。これによって、使
用者に少量の冷媒リークが発生したことを報知する。

【００２９】そして、マイクロコンピュータ１４はステ
ップＳ４でもう一度前述の変換値を算出し、ステップＳ
５で今度は変換値が設定値（３．７７）を２０％〜３０
％下回った値（２．６４〜３．０２Ｖ・Ｌ／ｋｇ）にな
ったか否か判断することにより、冷媒量が２０〜３０％
低下したか判断する。

【００３０】そして、低下していなければステップＳ４
に戻ってこれを繰り返す。そして、冷媒リークが進んで
変換値が低下し、設定値を２０％〜３０％下回るように
なると、マイクロコンピュータ１４はステップＳ５でリ
ークにより冷媒量が２０〜３０％低下したものと判断し
てステップＳ６に進み、マイクロコンピュータ１４が機
能として有するタイマをスタートする。

【００３１】そして、ステップＳ７でタイマのカウント
が所定時間ｔ経過したか否か判断し、経過していなけれ
ばステップＳ４に戻る。冷媒量が２０〜３０％低下した
状態が継続して所定時間ｔ経過すると、マイクロコンピ
ュータ１４はステップＳ７からステップＳ８に進み、今
度は表示器１８の警報ランプの赤色を点灯させる。これ
によって、使用者に多量の冷媒リークが発生したことを
報知する。

【００３２】次ぎに、マイクロコンピュータ１４はステ
ップＳ９で再びタイマをスタートし、ステップＳ１０で
この場合も一定時間ｔが経過したか否か判断する。そし
て、一定時間ｔ経過すると、ステップＳ１１に進んで冷
凍機（圧縮機１や送風機１７）の運転を停止する。

【００３３】尚、実施例ではマイクロコンピュータ１４
の表示器１８の警報ランプで冷媒リークを報知するよう
にしたが、それに限らず、マイクロコンピュータ１４を
電話回線などで外部の遠隔管理会社などに接続し、通信
によって冷媒リーク警報を送信するようにしても良い。

【００３４】また、実施例ではレシーバータンク４と膨
張弁７の間の高圧液管６に静電容量センサー１２と温度
センサー１３を取り付けたが、それに限らず、凝縮器３
の出口から膨張弁７の入口までの間の配管であれば差し
支えない。望ましくは実施例の位置である。

【００３５】更に、実施例では減圧装置として膨張弁を
示したが、それに限らず、キャピラリチューブであって
も良い。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、冷凍
機の冷媒回路内を流れる冷媒の静電容量を検出する静電
容量センサーと、冷媒の温度を検出する温度センサー
と、両センサーの出力が接続された制御手段とを設け、
この制御手段により、静電容量センサーの出力を温度セ
ンサーが検出した温度における冷媒の密度で除した変換
値を算出し、当該変換値と設定値とを比較することによ
り冷媒リークを判断するようにしたので、前記変換値が
設定値より低下したことによって冷媒リークを的確に判
断し、警報などを行うことができる。

【００３７】従って、冷凍機の冷媒回路からの冷媒リー
クを自動的に迅速且つ正確に把握することができるよう
になり、冷媒リーク量を最小限に抑えることが可能とな
ると共に、自動監視・制御にも最適なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した冷凍機の冷媒回路図である。

【図２】冷凍機の制御装置の電気回路図である。

【図３】凝縮温度＋２５℃のときの液冷媒の割合と静電
容量センサーの出力電圧の関係を示す図である。

【図４】冷媒の凝縮温度と静電容量センサーの出力電圧
及び算出値（静電容量センサー出力／冷媒密度）の関係
を示す図である。

【図５】マイクロコンピュータの冷媒リーク検知プログ
ラムを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 高圧ガス管 ３ 凝縮器 ４ レシーバータンク ６ 高圧液管 ７ 膨張弁（減圧装置） ８ 低圧液管 ９ 蒸発器 １２ 静電容量センサー １３ 温度センサー １４ マイクロコンピュータ １８ 表示器

フロントページの続き (72)発明者 大岩 晃 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 三原 一彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 加島 正夫 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 長谷川 説 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍機の冷媒回路内を流れる冷媒の静電
   容量を検出する静電容量センサーと、前記冷媒の温度を
   検出する温度センサーと、両センサーの出力が接続され
   た制御手段とを備え、この制御手段は、前記静電容量セ
   ンサーの出力を前記温度センサーが検出した温度におけ
   る冷媒の密度で除した変換値を算出し、当該変換値と設
   定値とを比較することにより冷媒リークを判断すること
   を特徴とする冷凍機の冷媒リーク検知システム。
2. 【請求項２】 冷凍機の冷媒回路の凝縮器出口から減圧
   装置入口までの間の管路内を流れる冷媒の静電容量を検
   出する静電容量センサーと、前記冷媒の温度を検出する
   温度センサーと、両センサーの出力が接続された制御手
   段とを備え、この制御手段は、前記静電容量センサーの
   出力を前記温度センサーが検出した温度における冷媒の
   密度で除した変換値を算出し、当該変換値が設定値より
   も低下したことにより冷媒リーク警報を発することを特
   徴とする冷凍機の冷媒リーク検知システム。
3. 【請求項３】 冷凍機の冷媒回路のレシーバータンク出
   口から減圧装置入口までの間の管路内を流れる冷媒の静
   電容量を検出する静電容量センサーと、前記冷媒の温度
   を検出する温度センサーと、両センサーの出力が接続さ
   れた制御手段とを備え、この制御手段は、前記静電容量
   センサーの出力を前記温度センサーが検出した温度にお
   ける冷媒の密度で除した変換値を算出し、当該変換値が
   設定値よりも所定の割合で低下した場合に、所定の冷媒
   リーク警報を発することを特徴とする冷凍機の冷媒リー
   ク検知システム。