JP2020094763A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室内機と室外機との間を接続する配管内の冷媒が完全にガス化しなくてもどの位置で冷媒リークが発生しているかを判定することができる空気調和装置を提供する。【解決手段】室外機と、室内機と、前記室外機と前記室内機との間を接続する冷媒配管と、前記冷媒配管に設けられた複数の温度センサと、前記複数の温度センサの出力に基づいて冷媒リークの有無を判定するリーク判定部と、を備え、前記複数の温度センサを、前記冷媒配管において１０ｍ以上３０ｍ以下の間隔ごとに前記冷媒配管に直接接触するように設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒リークを検知する機能を備えた空気調和装置に関するものである。

冷媒リークが発生すると、空気調和装置の冷暖房性能が低下し、ユーザに不快感を与えてしまう。このため、特許文献１に示されるような空気調和装置では、配管に設けられた圧力センサの測定値に基づいて冷媒リークの有無を判定している。具体的には空気調和装置が備えている温度センサによって周囲温度を測定し、その測定温度での冷媒の飽和圧力よりも圧力センサで測定される測定値が小さくなっている場合には冷媒リークが発生していると判定する。

しかしながら、上記のような冷媒リークの判定方法では、例えば全冷媒量の７０〜８０％がリークして、配管の液体の冷媒が完全にガス化して初めて冷媒リークを検知することしかできない。すなわち、空気調和装置による冷暖房運転がほぼ不可能になった後でしか冷媒リークを検知できず、例えば冷媒能力が低下し始めた時点で冷媒リークを検知することは難しい。

また、上述したような冷媒リーク判定方法では、ビルマルチタイプの空気調和装置のように室内機と室外機を接続する配管が非常に長い場合には、どの位置で冷媒リークが発生しているかまでは判定できない。このため、早期に復旧作業を完了することも難しい。

特開２００５―２４１０５０号公報

そこで、本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、室内機と室外機との間を接続する配管内の冷媒が完全にガス化しなくてもどの位置で冷媒リークが発生しているかを判定することができる空気調和装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る空気調和装置は、室外機と、室内機と、前記室外機と前記室内機との間を接続する冷媒配管と、前記冷媒配管に設けられた複数の温度センサと、前記複数の温度センサの出力に基づいて冷媒リークの有無を判定するリーク判定部と、を備え、前記複数の温度センサが、前記冷媒配管において１０ｍ以上３０ｍ以下の間隔ごとに、前記冷媒配管に直接接触するように設けられていることを特徴とする。

このようなものであれば、前記複数の温度センサで測定される測定値に基づいて冷媒リークの有無が判定されるので、配管内に冷媒が気液二相状態で存在している段階で冷媒リークがあることを判定できる。

また、前記冷媒配管において１０ｍ以上３０ｍ以下の間隔ごとに前記複数の温度センサが前記冷媒配管に直接接触するように設けられているので、前記室内機と前記室外機との間を接続する前記冷媒配管が非常に長いビルマルチタイプの空気調和装置であっても、どの部分で冷媒リークが発生しているかを判定することが可能となる。

前記冷媒配管においてどの部分で冷媒リークが発生しているかを判定するための具体的な構成としては、正常時の冷媒温度を基準値として記憶する基準値記憶部をさらに備え、前記リーク判定部が、前記空気調和装置の運転終了後に前記複数の温度センサで測定された冷媒温度の各測定値と、前記基準値とを比較するように構成されており、前記複数の温度センサが設けられている位置のうち、前記測定値が前記基準値より小さい値が測定された位置で冷媒リークが発生していると判定するように構成されているものが挙げられる。

周囲温度の影響などを受けずに冷媒リークが実際に判定している場合だけを正確に判定できるようにするには、前記リーク判定部が、前記複数の温度センサが設けられている位置のうち、前記測定値が前記基準値より所定量以上小さい値が測定された位置で冷媒リークが発生していると判定するように構成されていればよい。

瞬間的な温度変化によって冷媒リークの有無に誤判定が生じないようにするには、前記リーク判定部が、前記複数の温度センサが設けられている位置のうち、所定期間継続して前記測定値が前記基準値よりも小さい値が測定された位置で冷媒リークが発生していると判定するように構成されていればよい。

冷媒リークの判定が生じる前に前記室内機と前記室外機との間の前記冷媒配管に存在する冷媒を高圧状態にして、少量の冷媒リークであっても温度変化として検出しやすくするには、前記リーク判定部が、冷房運転終了後に四方弁を切り替えて暖房運転を行った後に温度センサで測定された測定値に基づいて、冷媒リークの有無を判定するように構成されていればよい。

このように本発明に係る空気調和装置であれば、前記室内機と前記室外機とを接続する前記冷媒配管に直接接触するように設けられた前記複数の温度センサの測定値に基づいて冷媒リークを判定しているので、冷媒が完全にガス化する前の気液二相状態でも冷媒リークを検知できる。また、前記冷媒配管に前記複数の温度センサが所定間隔ごとに設けられているので、配管長が長くてもどの部分で冷媒リークが発生しているかについても判定することが可能となる。

本発明の一実施形態における空気調和装置を示す模式図。 同実施形態における空気調和装置の機能ブロック。 冷媒リークの検知原理について示す模式図。 同実施形態におけるリーク判定部の動作を示すフローチャート。

本発明の一実施形態における空気調和装置１００について各図を参照しながら説明する。

本実施形態の空気調和装置１００は例えばビルマルチタイプの空気調和装置１００であって、図１に示すように屋上などに設置される室外機１と、当該室外機１に対して並列に接続される複数の室内機２と、室外機１及び室内機２の動作を制御する制御器５と、を備えたものである。

室外機１と室内機２との間は冷媒配管３により接続されており、このような冷媒配管３は例えば数１００以上から１０００ｍ以下の長さに設定される。また、冷媒配管３は建物内の天井裏や壁内等に敷設されるため、直接ガスセンサを用いて冷媒リークが発生している箇所を特定することは困難な構成となっている。

室外機１及び室内機２は、圧縮機１１、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順番で冷媒が循環し冷凍サイクルを形成するように構成されている。

室外機１は、圧縮機１１、四方弁１２、室外側熱交換器１３、室外側膨張弁１４、アキュームレータ１５、室内機２との間に設けられる冷媒配管３が接続される一対の接続ポートを少なくとも備えている。

四方弁１２が切り替えられることに冷媒の循環する向きが変更され、冷房運転と暖房運転が切り替えられる。すなわち、冷房運転時に圧縮機１１から吐出される冷媒は室内機２よりも先に室外側熱交換器１３に流入するように四方弁１２は切り替えられる。また、暖房運転時には圧縮機１１から吐出される冷媒は室外側熱交換器１３よりも先に室内機２に流入するように四方弁１２は切り替えられる。

室内機２は、室内側膨張弁２１と室内側熱交換器２２を備え、冷媒配管３を介して室外機１と接続される。冷房運転時には冷媒配管３内には室外熱交換器を経由した低圧の冷媒が流れ、暖房運転時には圧縮機１１から室外熱交換器を経由せずに高圧の冷媒が流れる。

室内機２と室外機１を接続する冷媒配管３上には複数の温度センサ４が所定間隔ごとに設けられている。本実施形態では例えば冷媒配管３において１０ｍ以上３０ｍ以下の間隔ごとに設けられている。温度センサ４からの出力は例えば有線にて制御器５に入力される。この温度センサ４は例えば冷媒配管３の外表面に直接接触させて設けられた熱電対等である。したがって、制御器５においては冷媒配管３の各点の温度に関するデータを取得できるように構成されている。

制御器５は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、各種入出力手段を備えたいわゆるコンピュータである。制御器５はメモリに格納されているプログラムが実行され、各種機器が協業することにより少なくとも図２に示すように運転制御部５１と、リーク判定部５２と、基準値記憶部５３としての機能を発揮するものである。

運転制御部５１は、室外機１又は室内機２に設けられた各種センサの出力、ユーザからリモコン等を介して入力される設定温度等の指令値に基づいて、空気調和装置１００の運転状態を制御するものである。例えば運転制御部５１は、圧縮機１１の冷媒吐出量、四方弁１２の向き、膨張弁の開度等を制御する。本実施形態ではリーク判定部５２の指令に基づき、冷媒リークの判定用の運転動作を実施する。

リーク判定部５２は、室外機１と室内機２との間を接続する冷媒配管３における冷媒リークの有無に関する判定を行うための運転制御、及び、演算を司るものである。本実施形態のリーク判定部５２は、基準値記憶部５３に記憶されている冷媒の温度である基準値と、各温度センサ４で測定される冷媒温度の測定値とを比較し、冷媒配管３における冷媒リークの発生箇所を判定する。リーク判定部５２による冷媒リークの判定は冷暖房運転終了後に行われる。具体的には、例えばビル等に人がほぼいない夜間の時間帯において冷暖房運転を終了させた後、検知準備用の運転を行った後に各温度センサ４の測定値を得て、冷媒リークが発生している箇所の判定が行われる。

ここで、冷媒配管３に設けられた温度センサ４の測定値に基づくリーク判定の原理について説明する。図３に示すように冷媒配管３にリーク箇所が存在する気液二相状態の冷媒のガス冷媒が外部へとリークする。これに伴って液体の冷媒の一部も蒸発するため、蒸発熱によりその部分の温度が低下する。したがって、複数の温度センサ４のうち所定値以上温度低下が発生している場合には、冷媒リークがその場所で発生していると特定できる。このような判定を行うために基準値記憶部５３には、例えば正常時の冷媒温度が記憶されている。正常時の冷媒温度の具体例としては、冷媒リークが発生していない状態において実験室で測定された冷媒温度、冷媒リークが発生していない条件下のシミュレーションで計算された冷媒温度、あるいは、空気調和装置１００を設置した直後で冷媒リークの存在しない状態で測定した冷媒温度が挙げられる。

以下では図４のフローチャートを参照しながらリーク判定部５２の詳細について説明する。

まず、冷暖房運転が継続している場合には、リーク判定部５２は運転制御部５１に対して冷暖房運転の停止指令を出力し、冷暖房運転を停止させる（ステップＳ１）。

次にリーク判定部５２は、検知準備運転として運転制御部５１に対して暖房運転の開始指令を出力する（ステップＳ２）。ここで、検知準備運転では運転制御部５１は、四方弁１２を暖房運転時の状態に切り替えるとともに、圧縮機１１、室外ファン、室外膨張弁、室内膨張弁については暖房運転時の通常設定の状態に制御する。なお、検知準備運転は所定時間継続された後、運転が終了する。ここで、具体的な検知準備運転の継続時間としては５分間が挙げられる。

上記のような検知準備運転が終了した後、リーク検知部は室内機２と室外機１を接続する冷媒配管３に設けられた複数の温度センサ４の出力を所定時間取得し続ける（ステップＳ３）。ここでは６０分間各温度センサ４の出力が取得され続ける。

次にリーク判定部５２は、各温度センサ４の測定値と、基準値記憶部５３に記憶されている基準値とを比較する（ステップＳ４）。もし６０分間の間継続して測定値が基準値よりも所定量だけ小さい値以下となった場合には、冷媒温度低下が発生した温度センサ４が設けられている地点で冷媒リークが発生している判定する（ステップＳ５）。ここで、所定量としては周囲温度による判定誤差を考慮して、３Ｋが設定されており、冷媒温度と基準値との差が３Ｋ以上の場合のみが冷媒リークが発生していると判定される。さらに、リーク判定部５２は、冷媒リークが発生していることと、その発生箇所を施設管理者の端末等に発報する（ステップＳ６）。

ステップＳ４において冷媒温度が基準値よりも所定値以上低下していない場合には、リーク判定部５２は冷媒リークの発生はないと判定して、判定を終了する（ステップＳ７）。

このように構成された空気調和装置１００によれば、室内機２と室外機１との間を接続する冷媒配管３に複数の温度センサ４が所定間隔ごとに設けられており、冷媒配管３を各点で直接測定するように構成されているので、各点で温度低下が発生したかどうかに基づいて冷媒リークの発生地点を特定できる。

さらに、本実施形態のリーク判定部５２は冷暖房運転終了後にさらに検知準備運転として暖房運転を所定時間行った後にリーク判定を行うので、室外機１と室内機２とを接続する冷媒配管３内の冷媒の圧力を高くした状態から判定を開始して、リークによる冷媒温度の低下を大きくすることができる。このため、微小な亀裂等による冷媒リークであったとしても早期に検知できる。

また、冷媒圧力ではなく冷媒温度でリーク判定を行っているので、冷媒配管３中の冷媒が全て気化しなくても液状の冷媒が残っている段階で冷媒リークを検知することができる。したがって、空気調和装置１００の冷暖房能力が低下し始めた段階で冷媒リークを検知し、修理等の対応を取ることが可能となる。

これらのことから、ユーザに与える不快感については最小限にしつつ、早期に冷暖房能力を回復させることができる。

その他の実施形態について説明する。

リーク判定部による冷媒リークの判定は、空気調和装置の運転終了後すぐに行うものであっても構わない。すなわち、前述した検知準備運転を行わずにリーク判定を行うようにしても構わない。

冷媒配管に設けられる温度センサの設置間隔については等間隔であってもよいし、場所によって粗密を変更してもよい。例えば冷媒配管において熱交換器との接続部分でロウ付け等が行われており、冷媒リークが発生しやすい箇所には温度センサの設置間隔を狭くし、継ぎ目等がなく、冷媒リークが発生しにくい箇所については設置間隔を広くしてもよい。

前記実施形態において説明した所定時間、所定量等のリーク判定に関する閾値については、冷媒の種類、配管長等の各種パラメータに応じて適宜設定してもよい。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や、各実施形態の一部同士の組み合わせを行っても構わない。

１００・・・空気調和装置
１ ・・・室外機
２ ・・・室内機
３ ・・・冷媒配管
４ ・・・温度センサ
５２ ・・・リーク判定部
５３ ・・・基準値記憶部

Claims (5)

1. 室内機と、
   室外機と、
   前記室外機と前記室内機との間を接続する冷媒配管と、
   前記冷媒配管に設けられた複数の温度センサと、
   前記複数の温度センサの出力に基づいて冷媒リークの有無を判定するリーク判定部と、を備え、
   前記複数の温度センサが、前記冷媒配管において１０ｍ以上３０ｍ以下の間隔ごとに、前記冷媒配管に直接接触するように設けられていることを特徴とする空気調和装置。
2. 正常時の冷媒温度を基準値として記憶する基準値記憶部をさらに備え、
   前記リーク判定部が、
   前記空気調和装置の運転終了後に前記複数の温度センサで測定された冷媒温度の各測定値と、前記基準値とを比較するように構成されており、
   前記複数の温度センサが設けられている位置のうち、前記測定値が前記基準値より小さい値が測定された位置で冷媒リークが発生していると判定するように構成されている請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記リーク判定部が、
   前記複数の温度センサが設けられている位置のうち、前記測定値が前記基準値より所定量以上小さい値が測定された位置で冷媒リークが発生していると判定するように構成されている請求項２記載の空気調和装置。
4. 前記リーク判定部が、
   前記複数の温度センサが設けられている位置のうち、所定期間継続して前記測定値が前記基準値よりも小さい値が測定された位置で冷媒リークが発生していると判定するように構成されている請求項２又は３記載の空気調和装置。
5. 前記リーク判定部が、冷房運転終了後に四方弁を切り替えて暖房運転を行った後に温度センサで測定された測定値に基づいて、冷媒リークの有無を判定するように構成されている請求項１乃至４いずれかに記載の空気調和装置。