JP5249821B2 - 冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏洩検知方法 - Google Patents

冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏洩検知方法 Download PDF

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本発明は、空調や冷水製造等に用いられる冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏洩検知方法に関する。
従来、ターボ圧縮機等により送出されて冷媒回路を循環する冷媒を用い、この冷媒と空気や水とを熱交換させて空調や冷水製造等を行う冷凍装置が知られている。
このような冷凍装置においては、圧縮機や熱交換器等の機器類や冷媒回路の配管から冷媒が漏洩していることを検知する場合、ガス濃度検出装置を用いて周囲の冷媒濃度を計測し、その計測値から冷媒漏洩の有無を判断する方法が一般的である。すなわち、ガス濃度検出装置は、冷媒ガスが漏洩したと思われる周囲の空気をガス検知部へ吸い込み、冷媒ガスが接触することでガス検知部に生じる抵抗値の変化に応じて空気中の冷媒ガス濃度(冷媒漏洩量)を計測している。なお、ガス濃度検出装置のガス検知部には、たとえば検出対象の冷媒ガスに接触すると抵抗値が変化する金属酸化物半導体と一体になった白金線コイルを用いている。
また、下記の特許文献1には、膨張弁の開度から冷媒封入量が規定値よりも少ないことを判断する技術が開示されている。
また、下記の特許文献2には、個々の空気調和装置の特性を考慮して冷媒漏洩を検知する冷媒漏洩検知システムが開示されている。
特開2008−96051号公報 特開2006−266642号公報
ところで、上述した従来の冷媒漏洩検知方法は、冷媒ガスを直接的に検知するものであるから、冷媒漏洩が発生している近接箇所や閉鎖空間内では有効である。
しかし、従来の冷媒漏洩検地方法は、たとえば屋外のような開放空間に設置されている冷凍装置の特定部位も含めた範囲において、すなわち、冷媒が循環する冷媒回路全体の冷媒漏洩を検知することは非常に困難である。
また、ガス濃度検出装置を用いる従来方法では、ガス検知部の白金線コイルに対して、周囲雰囲気内に存在する検出対象の冷媒ガスと同等の特性を有するガスが接触した場合、冷媒ガスの漏洩がなくても漏洩発生と誤検知してしまうことがあった。
このように、従来の冷媒漏洩検知方法には、検出可能範囲の制限や誤検知の問題が指摘されている。このような背景から、特に、冷媒回路の少なくとも一部が屋外のような開放空間に存在するような冷凍装置においては、冷媒漏洩を常時確実に監視することができる冷媒漏洩検知方法が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、屋外のような開放空間でも冷媒漏洩を常時確実に監視することができる冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏洩検知方法を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
請求項1に係る冷凍装置の冷媒漏洩検知方法は、圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路の冷媒から冷却水に放熱する凝縮器と、冷媒から吸熱されて冷水を生成する蒸発器とを備えている冷凍装置の冷房運転もしくは停止時における冷媒漏洩検知方法であって、外気温度(T0)と、前記蒸発器の冷水入口温度(T1)と、前記蒸発器の冷水出口温度(T2)と、前記蒸発器の蒸発器圧力(P1)と、前記凝縮器の冷却水入口温度(T3)と、前記凝縮器の冷却水出口温度(T4)とを検出し、運転時には、前記冷水出口温度(T2)と前記蒸発器圧力(P1)から得られる蒸発温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)が運転用所定値(A)より大きい状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断し、運転停止時には、前記冷水入口温度(T1)、前記冷水出口温度(T2)、前記冷却水入口温度(T3)、前記冷却水出口温度(T3)及び前記外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、前記蒸発温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm−TR)が停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断するものである。
このような冷凍装置の冷媒漏洩検知方法によれば、外気温度(T0)と、蒸発器の冷水入口温度(T1)と、蒸発器の冷水出口温度(T2)と、蒸発器の蒸発器圧力(P1)と、凝縮器の冷却水入口温度(T3)と、凝縮器の冷却水出口温度(T4)とを検出し、運転時には、冷水出口温度(T2)と蒸発器圧力(P1)から得られる蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)が運転用所定値(A)より大きい状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断し、運転停止時には、冷水入口温度(T1)、冷水出口温度(T2)、冷却水入口温度(T3)、冷却水出口温度(T3)及び外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm−TR)が停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断するので、装置内の冷媒量に応じて変化する圧力や温度から冷媒漏洩の有無を判断することができる。すなわち、漏洩箇所から直接的に冷媒漏れを検知する必要がなく、開放空間に設置された装置において常時監視が可能となる。
請求項2に係る冷凍装置の冷媒漏洩検知方法は、圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路に冷媒と外気との熱交換により外気に排熱を行う空気熱交換器(凝縮器)と、冷媒と水との熱交換により冷水より吸熱を行う水熱交換器(蒸発器)とを備えている冷凍装置の冷房運転もしくは停止時における冷媒漏洩検知方法であって、前記水熱交換器の冷水入口温度(T1)と、前記水熱交換器の冷水出口温度(T2)と、外気温度(T0)と、前記圧縮機の圧縮機吸込圧力(P2)とを検出し、運転時には、前記冷水出口温度(T2)と前記圧縮機吸込圧力(P2)から得られる蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)が運転用所定値(A)より大きい状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断し、冷房運転停止時には、前記冷水入口温度(T1)、前記冷水出口温度(T2)及び前記外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、前記蒸発温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm−TR)が停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断するものである。
このような冷凍装置の冷媒漏洩検知方法によれば、水熱交換器(蒸発器)の冷水入口温度(T1)と、水熱交換器(蒸発器)の冷水出口温度(T2)と、外気温度(T0)と、圧縮機の圧縮機吸込圧力(P2)とを検出し、運転時には、冷水出口温度(T2)と圧縮機吸込圧力(P2)から得られる蒸発温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)が運転用所定値(A)より大きい状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断し、冷房運転停止時には、冷水入口温度(T1)、冷水出口温度(T2)及び外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm−TR)が停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断するので、装置内の冷媒量に応じて変化する圧力や温度から冷媒漏洩の有無を判断することができる。すなわち、漏洩箇所から直接的に冷媒漏れを検知する必要がなく、開放空間に設置された装置において常時監視が可能となる。
請求項3に係る冷凍装置の冷媒漏洩検知方法は、圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路に冷媒と外気との熱交換を行い排熱を行う散水式の空気熱交換器(凝縮器)と、冷媒と水との熱交換により冷水より吸熱を行う水熱交換器(蒸発器)とを備えている冷凍装置の冷房運転もしくは停止時における冷媒漏洩検知方法であって、水熱交換器の冷水入口温度(T1)と、水熱交換器の冷水出口温度(T2)と、外気温度(T0)と、外気相対湿度(HU)と、前記圧縮機の圧縮機吸込圧力(P2)とを検出し、運転時には、冷水出口温度(T2)と前記圧縮機吸込圧力(P2)から得られる蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)が運転用所定値(A)より大きい状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断し、停止時には、冷水入口温度(T1)、冷水出口温度(T2)及び外気温度(T0)と外気相対湿度(HU)とにより算出される外気湿球温度(Tw)の中で最も低い最小温度(Tm′)と、蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm′−TR)が停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断するものである。
このような冷凍装置の冷媒漏洩検知方法によれば、水熱交換器(蒸発器)の冷水入口温度(T1)と、水熱交換器(蒸発器)の冷水出口温度(T2)と、外気温度(T0)と、外気相対湿度(HU)と、圧縮機の圧縮機吸込圧力(P2)とを検出し、運転時には、冷水出口温度(T2)と圧縮機吸込圧力(P2)から得られる蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)が運転用所定値(A)より大きい状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断し、停止時には、冷水入口温度(T1)、冷水出口温度(T2)及び外気温度(T0)と外気相対湿度(HU)とにより算出される外気湿球温度(Tw)の中で最も低い最小温度(Tm′)と、蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm′−TR)が停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断するので、装置内の冷媒量に応じて変化する圧力や温度から冷媒漏洩の有無を判断することができる。すなわち、漏洩箇所から直接的に冷媒漏れを検知する必要がなく、開放空間に設置された装置において常時監視が可能となる。
請求項4に係る冷凍装置の冷媒漏洩検知方法は、圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路に冷媒と外気との熱交換により外気より吸熱を行う空気熱交換器(蒸発器)と、冷媒と水との熱交換を行い排熱を行う水熱交換器(凝縮器)とを備えている冷凍装置の暖房運転もしくは停止時における冷媒漏洩検知方法であって、前記水熱交換器(凝縮器)の温水入口温度(T1)と、前記水熱交換器(凝縮器)の温水冷水出口温度(T2)と、外気温度(T0)と、潤滑油を貯蔵する油タンク内の油温を検出した油タンク温度(T3)と、潤滑油ポンプから吐出された潤滑油の油温を検出した給油温度(T4)と、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出した圧縮機吐出温度(T6)と、前記圧縮機を駆動する電動機の温度が所定値以上の高温時に出力する電動機温度スイッチ(TS)の信号と、前記圧縮機の圧縮機吸込圧力(P2)とを検出し、運転時には、前記圧縮機吸込圧力(P2)が所定値より小さい場合、前記圧縮機吐出温度(T6)が所定値より高い場合、前記油タンク温度(T3)が所定値より高い場合、前記給油温度(T4)が所定値より高い場合、及び前記電動機温度スイッチ(TS)から出力信号が出された場合のうち、少なくとも1つの条件を満たすと冷媒漏洩と判断し、停止時には、前記外気温度(T0)が所定の比較温度(Tc)以上の高温である場合、前記温水入口温度(T1)、前記温水出口温度(T2)及び前記外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、前記圧縮機吸込圧力(P2)から得られる蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT3=Tm−TR)が停止時用所定値(C)より大きい場合に冷媒漏洩と判断し、前記外気温度(T0)が所定の比較温度(Tc)より低温である場合、前記温水入口温度(T1)、前記温水出口温度(T2)、前記外気温度(T0)及び設定比較温度(Td)の中で最も低い最小温度(Tn)と、前記蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT4=Tn−TR)が停止時用所定値(C)より大きい場合に冷媒漏洩と判断するものである。
このような冷凍装置の冷媒漏洩検知方法によれば、水熱交換器(凝縮器)の温水入口温度(T1)と、水熱交換器(凝縮器)の温水出口温度(T2)と、外気温度(T0)と、潤滑油を貯蔵する油タンク内の油温を検出した油タンク温度(T3)と、潤滑油ポンプから吐出された潤滑油の油温を検出した給油温度(T4)と、圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出した圧縮機吐出温度(T6)と、圧縮機を駆動する電動機の温度が所定値以上の高温時に出力する電動機温度スイッチ(TS)の信号と、圧縮機の圧縮機吸込圧力(P2)とを検出し、運転時には、圧縮機吸込圧力(P2)が所定値より小さい場合、圧縮機吐出温度(T6)が所定値より高い場合、油タンク温度(T3)が所定値より高い場合、給油温度(T4)が所定値より高い場合、及び電動機温度スイッチ(TS)から出力信号が出された場合のうち、少なくとも1つの条件を満たすと冷媒漏洩と判断し、暖房運転停止時には、外気温度(T0)が所定の比較温度(Tc)以上の高温である場合、温水入口温度(T1)、温水出口温度(T2)及び外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、圧縮機吸込圧力(P2)から得られる蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT3=Tm−TR)が停止時用所定値(C)より大きい場合に冷媒漏洩と判断し、外気温度(T0)が所定の比較温度(Tc)より低温である場合、温水入口温度(T1)、温水出口温度(T2)、外気温度(T0)及び設定比較温度(Td)の中で最も低い最小温度(Tn)と、蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT4=Tn−TR)が停止時用所定値(C)より大きい場合に冷媒漏洩と判断するので、装置内の冷媒量に応じて変化する圧力や温度から冷媒漏洩の有無を判断することができる。すなわち、漏洩箇所から直接的に冷媒漏れを検知する必要がなく、開放空間に設置された装置において常時監視が可能となる。
請求項5に係る冷凍装置は、圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路の熱交換器を介して放熱及び吸熱を行う冷凍装置が、請求項1から4のいずれかに記載の冷媒漏洩検知方法で冷媒の漏洩を検知する制御部を備えている。
このような冷凍装置によれば、請求項1から4のいずれかに記載の冷媒漏洩検知方法で冷媒の漏洩を検知する制御部を備えているので、装置内の冷媒量に応じて変化する圧力や温度から冷媒漏洩の有無を判断することができるようになり、漏洩箇所から直接的に冷媒漏れを検知する必要がなく、開放空間に設置された装置において常時監視が可能となる。
上記の冷凍装置において、前記制御部は、冷媒の漏洩を検知すると外部へ冷媒漏洩検知信号を出力することが好ましく、これにより、管理者が早期に冷媒の漏洩を認識し、適切に対応することが可能になる。
上述した本発明によれば、冷媒回路の少なくとも一部が屋外のような開放空間に存在する冷凍装置であっても、冷媒漏洩を常時確実に監視することができるようになる。この結果、冷凍装置から冷媒が漏洩した場合には、管理者が早期に事態を把握して適切に対応できるので、冷媒の漏洩量を最小限に抑えることができる。
本発明に係る冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏洩検出方法について、第1の実施形態として水冷機の冷水製造運転時を示す系統図である。 本発明に係る冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏洩検出方法について、第2の実施形態として空冷機の冷房運転を示す系統図である。 本発明に係る冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏洩検出方法について、第3の実施形態として空冷機の暖房運転を示す系統図である。
以下、本発明に係る冷凍装置及び冷凍装置の冷媒漏洩検知方法について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
図1の系統図に示す冷凍装置10は、水を冷却して冷水を製造する水冷機に関する実施形態である。
この冷凍装置10は、圧縮機20から送出された冷媒が冷媒回路11を循環し、この冷媒回路11に設けられた二つの熱交換器の凝縮器30及び蒸発器40を介して、放熱及び吸熱を行うように構成されている。そして、この冷凍装置10には、後述する冷媒漏洩検知方法による冷媒の漏洩検知を含む各種の運転制御を行うための制御部50が設けられている。すなわち、図示の冷凍装置10は水冷機であり、圧縮機11から送出された冷媒が冷媒回路11を循環し、該冷媒回路11の冷媒から冷却水に放熱する凝縮器30と、冷水製造用に導入した水が冷媒から吸熱されて冷水を生成する蒸発器40とを備えている。
圧縮機20には、たとえば電動機21により駆動されるターボ圧縮機が用いられる。この圧縮機20は、低温低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧のガス冷媒を凝縮器30に送出する。
凝縮器30は、高温高圧のガス冷媒と冷却水とを熱交換させる熱交換器である。この凝縮器30では、高温高圧のガス冷媒が吸熱側の冷却水に放熱して凝縮する。この結果、高温高圧のガス冷媒は液冷媒となり、下流側の蒸発器40へ供給される。
蒸発器40は、液冷媒と冷水製造用の水とを熱交換させる熱交換器である。この蒸発器40では、液冷媒が冷水製造用の水から吸熱する。この結果、液冷媒は気化して低温低圧のガス冷媒となり、冷水製造用の水は吸熱されて温度低下した冷水となる。この冷水は、たとえば冷房用の低温熱源等に使用される。
このようにして、蒸発器40で気化した低温低圧のガス冷媒は、上述した圧縮機20に再度吸引される。この結果、冷凍装置10の冷媒は、閉回路の冷媒回路11を循環して状態変化を繰り返す。
上述した冷凍装置10には、以下に説明する冷媒漏洩検知方法によって冷媒回路11からの冷媒の漏洩を検知するため、外気温度(T0)を検出する外気温度センサ12と、蒸発器40の冷水入口温度(T1)を検出する冷水入口温度センサ13と、蒸発器40の冷水出口温度(T2)を検出する冷水出口温度センサ14と、蒸発器40の蒸発器圧力(P1)を検出する蒸発器圧力センサ15と、凝縮器30の冷却水入口温度(T3)を検出する冷却水入口温度センサ16と、凝縮器30の冷却水出口温度(T4)を検出する冷却水出口温度センサ17とを備えている。そして、外気温度センサ12、冷水入口温度センサ13、冷水出口温度14、蒸発器圧力センサ15、冷却水入口温度センサ16及び冷却水出口温度センサ17の各センサで検出した検出値は、制御部50に入力される。
冷凍装置10の運転時において、制御部50は、冷水出口温度(T2)と、蒸発器圧力(P1)から算出して得られる蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)を算出する。ここで、蒸発飽和温度(TR)は、蒸発器圧力(P1)に対応して算出される冷媒固有の値である。
この後、算出した温度差(ΔT1)について、閾値として予め定められた運転用所定値(A)より大きい状態(ΔT1>A)にあるか否かの判断を行い、温度差(ΔT1)が運転用所定値(A)より大きい状態にあるという漏洩検知条件を満たし、かつ、この状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断する。
すなわち、温度差(ΔT1)が運転用所定値(A)より大きい状態は、蒸発器40の冷媒液面が低下した冷媒量の低下傾向を示しているので、過渡運転状態における誤検知を排除するため、漏洩検知条件が第1の所定時間(Z1)以上継続していることを確認してから冷媒漏洩と判断している。
一方、冷凍装置10の停止時においては、制御部50が、冷水入口温度(T1)、冷水出口温度(T2)、冷却水入口温度(T3)、冷却水出口温度(T3)及び外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm−TR)を算出する。この後、算出した温度差(ΔT2)について、運転停止時用の閾値として予め定められた停止時用所定値(B)より大きい状態(ΔT2>B)にあるか否かの判断を行い、温度差(ΔT2)が停止時用所定値(B)より大きい状態にあるという漏洩検知条件を満たす場合に冷媒漏洩と判断する。
すなわち、温度差(ΔT2)が停止時用所定値(B)より大きい状態は、蒸発器40の冷媒液面が低下した冷媒量の低下傾向を示しているので、冷凍装置10の運転停止時においては、この漏洩検知条件を検知した時点で冷媒漏洩と判断している。換言すれば、蒸発器圧力(P1)に相当する飽和温度(蒸発温度(TR))を機内飽和温度として使用し、圧縮機20の停止時に冷媒漏洩を常時監視するものである。
このような冷凍装置10の冷媒漏洩検知方法によれば、制御部50において、外気温度(T0)を検出する外気温度センサ12と、蒸発器40の冷水入口温度(T1)を検出する冷水入口温度センサ13と、蒸発器40の冷水出口温度(T2)を検出する冷水出口温度センサ14と、蒸発器40の蒸発器圧力(P1)を検出する蒸発器圧力センサ15と、凝縮器30の冷却水入口温度(T3)を検出する冷却水入口温度センサ16と、凝縮器30の冷却水出口温度(T4)を検出する冷却水出口温度センサ17との検出値に基づき、冷媒の漏洩を判断することが可能になる。
すなわち、冷凍装置10の制御部50は、装置の運転時及び運転停止時にかかわらず、冷媒回路11内の冷媒量に応じて変化する圧力や温度から冷媒漏洩の有無を判断することができるので、ガス検知器等を用いて漏洩箇所から直接的に冷媒漏れを検知する必要がなく、開放空間に設置された装置においても常時監視が可能となる。
また、制御部50は、上述した冷媒漏洩検知方法によって冷媒の漏洩を検知した場合、たとえば装置管理者が常駐するような外部適所に向けて、冷媒漏洩検知信号を出力することが望ましい。このような冷媒漏洩検知信号が出力されると、装置管理者は冷媒漏洩を早期に認識できるようになるので、適切な対応を迅速に行うことで冷媒漏洩量を最小限に抑えることができる。
<第2の実施形態>
図2の系統図に示す冷凍装置10Aは、圧縮機20から送出された冷媒が冷媒回路11Aを循環し、冷媒回路11Aに冷媒と外気との熱交換を行う空気熱交換器60と、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器40Aとを備えている。この冷凍装置10Aは、冷却水と熱交換させる凝縮器30に代えて、空気と熱交換させる空気熱交換器60を採用した空冷機であり、冷房運転と暖房運転との選択切替を可能にするため、冷媒の循環方向を逆向きに切り替える四方弁70を備えている。また、本実施形態の空気熱交換器60は、散水を行わないタイプとする。なお、上述した実施形態と同様に構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図2に示す矢印の方向に冷媒を循環させる冷凍装置10Aにおいては、実質的に蒸発器40と同様の機能を有する水熱交換器40Aで冷水を生成し、この冷水を用いた冷房運転が行われている。
冷凍装置10Aは、以下に説明する冷媒漏洩検知方法によって冷媒回路11Aからの冷媒漏洩を検知するため、水熱交換器40Aの冷水入口温度(T1)を検出する冷水入口温度センサ13と、水熱交換器40Aの冷水出口温度(T2)を検出する冷水出口温度センサ14と、外気温度(T0)を検出する外気温度センサ12と、圧縮機20の圧縮機吸込圧力(P2)を検出する吸込圧力検出センサ22と、外気相対湿度(HU)を検出する相対湿度センサ18とを備えている。そして、冷水入口温度センサ13、冷水出口温度センサ14、外気温度センサ12、吸込圧力検出センサ22及び相対湿度センサ18の各センサで検出した検出値は、制御部50Aに入力される。なお、この場合の外気温度センサ12及び相対湿度センサ18は、空気熱交換器60の近傍に設置されている。
冷凍装置10Aの冷房運転時において、制御部50Aは、冷水出口温度(T2)と、圧縮機吸込圧力(P2)から算出される蒸発温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)を算出する。ここで、蒸発温度(TR)は、圧縮機吸込圧力(P2)に対応して算出される冷媒固有の値である。
この後、算出した温度差(ΔT1)について、閾値として予め定められた運転用所定値(A)より大きい状態(ΔT1>A)にあるか否かの判断を行い、温度差(ΔT1)が運転用所定値(A)より大きい状態にあるという漏洩検知状態を満たし、かつ、この状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断する。
すなわち、温度差(ΔT1)が運転用所定値(A)より大きい状態は、水熱交換器40Aの冷媒液面が低下した冷媒量の低下傾向を示しているので、過渡運転状態における誤検知を排除するため、漏洩検知条件が第1の所定時間(Z1)以上継続していることを確認してから冷媒漏洩と判断している。
一方、冷凍装置10Aの冷房運転停止時においては、制御部50Aが、冷水入口温度(T1)、冷水出口温度(T2)及び外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、蒸発飽和温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm−TR)を算出する。この後、算出した温度差(ΔT2)について、運転停止時用の閾値として予め定められた停止時用所定値(B)より大きい状態にあるか否かの判断を行い、温度差(ΔT2)が停止時用所定値(B)より大きい状態にあるという漏洩検知条件を満たす場合に冷媒漏れと判断する。
すなわち、温度差(ΔT2)が停止時用所定値(B)より大きい状態は、水熱交換器40Aの冷媒液面が低下した冷媒量の低下傾向を示しているので、冷凍装置10Aの運転停止時においては、この漏洩検知条件を検知した時点で冷媒漏洩と判断している。換言すれば、圧縮機吸込圧力(P2)に相当する飽和温度(蒸発温度(TR))を機内飽和温度として使用し、圧縮機20の停止時に冷媒漏洩を常時監視するものである。
このような冷凍装置10Aの冷媒漏洩検知方法によれば、制御部50Aにおいて、水熱交換器40Aの冷水入口温度(T1)を検出する冷水入口温度センサ13と、水熱交換器40Aの冷水出口温度(T2)を検出する冷水出口温度センサ14と、外気温度(T0)を検出する外気温度センサ12と、圧縮機20の圧縮機吸込圧力(P2)を検出する吸込圧力検出センサ22との検出値に基づき、冷媒の漏洩を判断することが可能になる。
すなわち、冷凍装置10Aの制御部50Aは、装置の運転時及び停止時にかかわらず、冷媒回路11A内の冷媒量に応じて変化する圧力や温度から冷媒漏洩の有無を判断することができるので、ガス検知器等を用いて漏洩箇所から直接的に冷媒漏れを検知する必要がなく、開放空間に設置された装置においても常時監視が可能となる。
また、制御部50Aは、冷媒の漏洩を検知した場合に外部へ漏洩検知信号を出力することにより、適切な対応を迅速に行うことで冷媒漏洩量を最小限に抑えることができる。
ところで、本実施形態においては、散水しないタイプの空気熱交換器60を採用しているが、図示しない散水式の空気熱交換器を採用してもよい。散水式の空気熱交換器を採用した場合、外気温度センサ12及び相対湿度センサ18が空気熱交換器の近傍に設置されることから、散水の影響を受けることとなる。
従って、散水式の空気熱交換器を採用した冷凍装置の冷房運転停止時においては、冷水入口温度(T1)、冷水出口温度(T2)及び外気温度(T0)と外気相対湿度(HU)とにより算出される外気湿球温度(Tw)の中で最も低い最小温度(Tm′)と、蒸発温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm′−TR)が、停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断する。
すなわち、散水しない空気熱交換器60においては、冷媒漏洩を判断する際、比較対象のひとつである外気温度(T0)として乾球温度(通常の外気温度)を用いているが、散水方式の場合には、外気湿球温度(Tw)を使用する点が異なっている。この外気湿球温度(Tw)は、外気温度度センサ12で検出された乾球温度の外気温度(T0)と、相対湿度センサ18で検出された外気相対湿度(HU)とにより、周知の湿球温度算出式を用いて得ることができる。
このような冷凍装置の冷媒漏洩検知方法により、散水式の空気熱交換器を採用した冷凍装置においても、装置内の冷媒量に応じて変化する圧力や温度から冷媒漏洩の有無を判断することができる。
<第3の実施形態>
図3の系統図に示す冷凍装置10Bは、圧縮機20から送出された冷媒が冷媒回路11Aを循環し、冷媒回路11Aに冷媒と外気との熱交換を行う空気熱交換器60と、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器40Aとを備えている。この冷凍装置10Bは、上述した第2の実施形態と同様に、冷却水と熱交換させる凝縮器30に代えて、空気と熱交換させる空気熱交換器60を採用した空冷機であり、冷房運転と暖房運転との選択切替を可能にするため、冷媒の循環方向を逆向きに切り替える四方弁70を備えている。さらに、図3の系統図には、暖房運転時及び暖房運転停止時の冷媒漏洩検知を説明するため、潤滑油循環系統や必要なセンサ類等を追記してある。なお、上述した実施形態と同様に構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図3において、図中の符号23は圧縮機20の潤滑油を貯蔵する油タンクであり、油タンク23内の潤滑油は、潤滑油ポンプ24の運転により潤滑油配管25で連結された圧縮機に供給される。この潤滑油は、圧縮機20を潤滑した後に油タンク23へ戻されることから、閉回路の潤滑油循環系等が形成されている。
図3の系統図は、四方弁70を操作して図2と逆向きに冷媒を循環させている。このため、図3に示す矢印の方向に冷媒を循環させる冷凍装置10Bにおいては、水熱交換器40Aが凝縮器として機能し、空気熱交換器60が蒸発器として機能する。従って、放熱器として機能する水熱交換器40Aは温水を生成し、この温水を用いた暖房運転が行われている。従って、以下に説明する冷水入口温度(T1)及び冷水出口温度(T2)は、実際には温水の温度を検出することとなる。
冷凍装置10Bは、以下に説明する冷媒漏洩検知方法によって冷媒回路11Aからの冷媒漏洩を検知するため、水熱交換器13の温水入口温度(T1)を検出する温水入口温度センサ13と、水熱交換器14の温水出口温度(T2)を検出する温水出口温度センサ14と、外気温度(T0)を検出する外気温度センサ12と、潤滑油を貯蔵する油タンク23内の油温である油タンク温度(T3)を検出するための第1油温センサ26と、潤滑油ポンプ24から吐出された潤滑油の油温である給油温度(T4)を検出するための第2油温センサ27と、空気熱交換器60の液冷媒温度である空気熱交換器冷媒液温度(T5)を検出するための冷媒液温度センサ19と、圧縮機20から吐出される冷媒の温度である圧縮機吐出温度(T6)を検出するための吐出冷媒温度センサ28と、圧縮機20を駆動する電動機21の温度が所定値以上の高温時に検出信号29を出力する電動機温度スイッチTSと、圧縮機20の圧縮機吸込圧力(P2)を検出する吸込圧力検出センサ22とを備えている。
そして、温水入口温度センサ13、温水出口温度センサ14、外気温度センサ12、第1油温センサ26、第2油温センサ27、冷媒液温度センサ19、吐出冷媒温度センサ28、電動機温度スイッチTS及び吸込圧力検出センサ22の各センサで検出した検出値及び検出信号は、制御部50Bに入力される。
冷凍装置10Bの暖房運転時において、制御部50Bは、圧縮機吸込圧力(P2)が所定値(C)より小さい場合(P2<C)、圧縮機吐出温度(T6)が所定値(D)より高い場合(T6>D)、油タンク温度(T3)が所定値(E)より高い場合(T3>E)、給油温度(T4)が所定値(F)より高い場合(T4>F)、及び電動機温度スイッチTSから検出信号29が出力された場合のうち、少なくとも1つの条件を満たすと冷媒漏洩と判断する。
この場合の所定値(C)には、圧縮機20の吸込圧力低トリップ値が閾値として採用され、所定値(D)には、圧縮機20の吐出温度高トリップ値が閾値として採用され、所定値(E)には、油タンク温度高トリップ値が閾値として採用され、所定値(F)には、給油温度高トリップ値が閾値として採用される。
一方、冷凍装置10Bの暖房運転停止時において、制御部50Bは、下記のようにして冷媒漏洩を判断する。
最初に、外気温度(T0)が所定の比較温度(Tc)以上の高温(T0≧Tc)である場合には、温水入口温度(T1)、温水出口温度(T2)及び外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、前記圧縮機吸込圧力(P2)から算出される蒸発温度(TR)との温度差(ΔT3=Tm−TR)が停止時用所定値(C)より大きい場合に冷媒漏洩と判断する。すなわち、圧縮機吸込圧力(P2)に相当する飽和温度(蒸発温度(TR))を機内飽和温度として使用し、圧縮機20の停止時において冷媒漏洩を常時監視するものである。
しかし、外気温度(T0)が所定の比較温度(Tc)より低温(T0<Tc)である場合には、温水入口温度(T1)、温水出口温度(T2)、外気温度(T0)及び設定比較温度(Td)の中で最も低い最小温度(Tn)と、蒸発温度(TR)との温度差(ΔT4=Tn−TR)が停止時用所定値(C)より大きい場合に冷媒漏洩と判断する。この場合も、圧縮機吸込圧力(P2)に相当する飽和温度(蒸発温度(TR))を機内飽和温度として使用し、圧縮機20の停止時において冷媒漏洩を常時監視するものである。
なお、ここで使用する設定比較温度(Td)は、たとえば−2℃とされる。
このような冷凍装置の冷媒漏洩検知方法によれば、冷凍装置10Bの暖房運転時及び暖房運転停止時において、制御部50Bが装置内の冷媒量に応じて変化する圧力や温度から冷媒漏洩の有無を判断することができる。すなわち、漏洩箇所から直接的に冷媒漏れを検知する必要がなく、開放空間に設置された装置において常時監視が可能となる。
このように、上述した本発明の各実施形態によれば、ガス検出器等を用いて冷凍装置から大気へ放出(漏洩)された冷媒ガスを直接的に検出するのではなく、冷凍装置の運転・停止にかかわらず、冷凍装置の周囲条件(外気温度・湿度・冷凍装置内に通水されている冷水・冷却水の温度)と、冷凍装置各部の圧力・温度条件との関係から、冷凍装置内の冷媒量低下傾向の有無を判定し、冷凍装置から冷媒が漏洩しているかどうかの判定を行うことができる。
そして、冷媒漏洩を検知した際には、冷凍装置の制御部から機器管理者に対して通信等により冷媒漏洩発生を知らせることが可能になり、早期の対応により冷媒漏洩量を低減することができる。
ところで、上述した各実施形態において、閾値として設定される各所定値の具体的な値については、冷凍装置の諸元により適宜設定される値である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
10,10A,10B 冷凍装置
11,11A 冷媒回路
20 圧縮機
30 凝縮器
40 蒸発器
40A 水熱交換器
50,50A,50B 制御部
60 空気熱交換器
70 四方弁

Claims (6)

  1. 圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路の冷媒から冷却水に放熱する凝縮器と、冷媒から吸熱されて冷水を生成する蒸発器とを備えている冷凍装置の冷媒漏洩検知方法であって、
    外気温度(T0)と、前記蒸発器の冷水入口温度(T1)と、前記蒸発器の冷水出口温度(T2)と、前記蒸発器の蒸発器圧力(P1)と、前記凝縮器の冷却水入口温度(T3)と、前記凝縮器の冷却水出口温度(T4)とを検出し、
    運転時には、前記冷水出口温度(T2)と前記蒸発器圧力(P1)から得られる蒸発温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)が運転用所定値(A)より大きい状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断し、
    運転停止時には、前記冷水入口温度(T1)、前記冷水出口温度(T2)、前記冷却水入口温度(T3)、前記冷却水出口温度(T3)及び前記外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、前記蒸発温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm−TR)が停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断する冷凍装置の冷媒漏洩検知方法。
  2. 圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路に冷媒と外気との熱交換を行う空気熱交換器と、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器とを備えている冷凍装置の冷媒漏洩検知方法であって、
    前記水熱交換器の冷水入口温度(T1)と、前記水熱交換器の冷水出口温度(T2)と、外気温度(T0)と、前記圧縮機の圧縮機吸込圧力(P2)とを検出し、
    冷房運転時には、前記冷水出口温度(T2)と前記圧縮機吸込圧力(P2)から得られる蒸発温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)が運転用所定値(A)より大きい状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断し、
    冷房運転停止時には、前記冷水入口温度(T1)、前記冷水出口温度(T2)及び前記外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、前記蒸発温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm−TR)が停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断する冷凍装置の冷媒漏洩検知方法。
  3. 圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路に冷媒と外気との熱交換を行う散水式の空気熱交換器と、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器とを備えている冷凍装置の冷媒漏洩検知方法であって、
    前記水熱交換器の冷水入口温度(T1)と、前記水熱交換器の冷水出口温度(T2)と、外気温度(T3)と、外気相対湿度(HU)と、前記圧縮機の圧縮機吸込圧力(P2)とを検出し、
    冷房運転時には、前記冷水出口温度(T2)と前記圧縮機吸込圧力(P2)から得られる蒸発温度(TR)との温度差(ΔT1=T2−TR)が運転用所定値(A)より大きい状態が第1の所定時間(Z1)以上継続した場合に冷媒漏洩と判断し、
    冷房運転停止時には、前記冷水入口温度(T1)、前記冷水出口温度(T2)及び前記外気温度(T0)と前記外気相対湿度(HU)とにより算出される外気湿球温度(Tw)の中で最も低い最小温度(Tm)と、前記蒸発温度(TR)との温度差(ΔT2=Tm−TR)が停止時用所定値(B)より大きい場合に冷媒漏洩と判断する冷凍装置の冷媒漏洩検知方法。
  4. 圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路に冷媒と外気との熱交換を行う空気熱交換器と、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器とを備えている冷凍装置の冷媒漏洩検知方法であって、
    前記水熱交換器の温水入口温度(T1)と、前記水熱交換器の温水出口温度(T2)と、外気温度(T0)と、潤滑油を貯蔵する油タンク内の油温を検出した油タンク温度(T3)と、潤滑油ポンプから吐出された潤滑油の油温を検出した給油温度(T4)と、前記空気熱交換器の液冷媒温度を検出した空気熱交換器冷媒液温度(T5)と、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出した圧縮機吐出温度(T6)と、前記圧縮機を駆動する電動機の温度が所定値以上の高温時に出力する電動機温度スイッチ(TS)の信号と、前記圧縮機の圧縮機吸込圧力(P2)とを検出し、
    暖房運転時には、前記圧縮機吸込圧力(P2)が所定値より小さい場合、前記圧縮機吐出温度(T6)が所定値より高い場合、前記油タンク温度(T3)が所定値より高い場合、前記給油温度(T4)が所定値より高い場合、及び前記電動機温度スイッチ(TS)から出力信号が出された場合のうち、少なくとも1つの条件を満たすと冷媒漏洩と判断し、
    暖房運転停止時には、前記外気温度(T0)が所定の比較温度(Tc)以上の高温である場合、前記温水入口温度(T1)、前記温水出口温度(T2)及び前記外気温度(T0)の中で最も低い最小温度(Tm)と、前記圧縮機吸込圧力(P2)から得られる蒸発温度(TR)との温度差(ΔT3=Tm−TR)が停止時用所定値(C)より大きい場合に冷媒漏洩と判断し、
    前記外気温度(T0)が所定の比較温度(Tc)より低温である場合、前記冷水入口温度(T1)、前記冷水出口温度(T2)、前記外気温度(T0)及び設定比較温度(Td)の中で最も低い最小温度(Tn)と、前記蒸発温度(TR)との温度差(ΔT4=Tn−TR)が停止時用所定値(C)より大きい場合に冷媒漏洩と判断する冷凍装置の冷媒漏洩検知方法。
  5. 圧縮機から送出された冷媒が冷媒回路を循環し、該冷媒回路の熱交換器を介して放熱及び吸熱を行う冷凍装置が、請求項1から4のいずれかに記載の冷媒漏洩検知方法で冷媒の漏洩を検知する制御部を備えている冷凍装置。
  6. 前記制御部は、冷媒の漏洩を検知すると外部へ冷媒漏洩検知信号を出力する請求項5に記載の冷凍装置。
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