JP5758863B2 - 液体検知装置、この液体検知装置を備えた空気調和機、及びこの空気調和機を備えた空気調和システム - Google Patents

Description

本発明は、液体検知装置、この液体検知装置を備えた空気調和機、及びこの空気調和機を備えた空気調和システムに関する。

加湿機能を有する従来の空気調和機においては、空気調和機の内部および外部に、加湿給水用の給水配管や冷暖房用の冷媒配管が接続されたものがある。ここで、加湿給水用の給水配管については、施工時の配管接続不備や、配管の接続部に設置されているパッキンの経時劣化により、水漏れが発生する場合があった。また、冷暖房用の冷媒配管については、施工時の配管接続不備や、結露防止の断熱材の経時的な劣化により、冷媒配管が周囲空気に直接晒され、結露水が発生する場合があった。

また、一般ビルでの個別分散空調方式では、空気調和機本体が天井裏に設置されていることが多く、水漏れや結露水が発生すると、天井材が濡れるだけでなく、居室内に滴下して居室内設備の損害を招いてしまう。このため、配管からの漏水、結露水が発生した場合には、速やかにこれを検知して管理者に報知する手段が必要である。

ところで、従来、ドレンパンの底面に設けられたセンサを用いてドレンパンに溜められた結露水を検知する空気調和機があった（例えば、特許文献１）。

また、配管表面の異なる位置に漏液検知部を複数配設して漏液を検知する漏液センサがあった（例えば、特許文献２）。

特開２００９−９２３０３号公報（［００１２］、［００１５］、図１、図３） 特開２００８−２８１３４７号公報（［００２３］、図１）

しかしながら、特許文献１に示されるように、ドレンパンに溜められた水をセンサで検知する場合には、空気調和機内部の構造が複雑になり、ドレンパンの設置コストを要し、空気調和機外に配設された配管の漏水を検知することができないという課題があった。

また、特許文献２に示されるように、配管表面の異なる位置に漏液検知部を複数配設した場合には、漏液検知部の配設位置以外の漏水については検知できず、検知箇所が多くなるにつれて漏液検知部のコストが上昇するという課題があった。

本発明は、上述したような課題を背景としてなされたもので、製造コストを抑制し、配管の漏水、結露水をより確実に検知する液体検知装置、この液体検知装置を備えた空気調和機、及びこの空気調和機を備えた空気調和システムを得ることを目的とする。

本発明に係る液体検知装置は、配管の外側表面を覆う断熱材のスリット部分を除いた外側表面に複数回屈曲させて這わせた電極と、前記電極の静電容量を検知する静電容量検知部とを備え、前記静電容量検知部は、前記静電容量の変化に基づいて液体の有無を判定するものである。

本発明に係る空気調和機は、本発明の液体検知装置を備えたものである。

本発明に係る空気調和システムは、本発明の空気調和機と、前記空気調和機の動作を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記静電容量検知部が液体有りと判定した場合に液体の発生を報知するものである。

本発明の液体検知装置、この液体検知装置を備えた空気調和機、及びこの空気調和機を備えた空気調和システムによれば、製造コストを抑制し、配管の全長に亘って漏水、結露水をより確実に検知することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の模式図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の液体検知装置の模式図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷媒配管及び給水配管の模式図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の、静電容量検知信号、時間平均値、及び液体検知信号の値を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の制御フローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機の冷媒配管の説明図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１の模式図である。
図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１の液体検知部３０の模式図である。
図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１の冷媒配管１１及び給水配管２１の模式図である。

図１に示されるように、空気調和機１は、空気調和機本体１ａと、居室を冷房または暖房するための熱交換器１０と、居室湿度を調整する加湿器２０と、液体検知部３０と、液体検知部３０に接続される接続配線４０と、接続配線４０に接続される電極５０と、空気調和機１全体を制御する制御手段６０と、送風機７０とを備えている。なお、制御手段６０には、コントローラ１００が接続されている。

熱交換器１０は、例えばフィンチューブ型の熱交換器で構成され、伝熱管及びフィンを有している。熱交換器１０の側面には、冷媒配管１１ａ，１１ｂ（以下、冷媒配管１１と総称する場合がある）が接続されている。加湿器２０の側面には、給水配管２１が接続されている。

図２に示されるように、液体検知部３０は、静電容量検知部３２と、電磁開閉器３３と、出力端子３４と、電源端子３５とを備えている。静電容量検知部３２は、例えば冷媒配管１１ａ，１１ｂ及び給水配管２１に対応して設けられるそれぞれの電極５０と設置電位（基準電位）との間の静電容量を検知する。静電容量検知部３２は、こうして検知した静電容量の変化に基づいて、冷媒配管１１の結露水及び給水配管２１の漏水をそれぞれ検知する。電磁開閉器３３は、静電容量検知部３２で処理された信号に基づいて接点を開閉させるものである。電磁開閉器３３に接続された外部の回路の開閉は、静電容量検知部３２により行われる。出力端子３４は、静電容量検知部３２の演算結果が出力される端子である。電源端子３５には、外部電源が接続される。以下、冷媒配管１１の結露水及び給水配管２１の漏水を、単に「液体」と称することがある。なお、静電容量検知部３２による静電容量の検知は、電極５０毎に検知されるものでなく、１又は２の検知部を設け、検知対象だけを検知するように構成してもよい。

接続配線４０は、例えば導電体の外周に被覆がある細径の被覆線が用いられ、冷媒配管１１ａ，１１ｂ及び給水配管２１のそれぞれに対応して設けられている。接続配線４０として、外周にシールド層を有するシールド線を用いれば、接続配線４０で発生する静電容量変化を抑制することができる。

図３に示されるように、電極５０は、冷媒配管１１及び給水配管２１の外側表面に全長に亘って螺旋状に巻き付けられる。電極５０は、可撓性を有し、自在に湾曲したり折曲できるワイヤー状のものである。なお、上記説明の「全長」には、「全長」及び「略全長」のいずれもが含まれるものとする。

制御手段６０は、静電容量検知部３２からの情報に基づいて、例えば漏水を抑制するように空気調和機本体１ａの各部を制御する。制御手段６０には、外部機器からの制御信号を受信する接点端子が設けられている。このため、液体検知部３０を制御手段６０に直接接続でき、特段の設定またはシーケンサなどの中継する制御装置は必要ない。したがって、液体を検知したことを示す信号が液体検知部３０から出力された場合に、空気調和機１を直接停止するなどの制御が可能となる。

コントローラ１００は、空気調和機１の動作を制御し、液体発生時に液体の発生を報知する報知手段（図示省略）を備えている。報知手段は、例えば、液晶画面やＬＥＤなどの点灯による表示や、ブザーなどの鳴動や音声による発報により行われる。

なお、冷媒配管１１の結露水、及び給水配管２１から漏水が、本発明における液体に相当する。
また、冷媒配管１１、及び給水配管２１が、本発明における配管に相当する。
また、液体検知部３０と電極５０とを合わせたものが、本発明における液体検知装置に相当する。

図４は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１の、静電容量検知信号、時間平均値、及び液体検知信号の値を示すグラフである。図４に示されるように、グラフの横軸は、サンプリング時間（ｔ）、グラフの縦軸は静電容量信号である。

ここで、時刻ｔの静電容量検知信号をｘ（ｔ）、静電容量検知信号の移動平均数又は時間積分値を得るための平均数をｎとすると、液体検知信号ｙ（ｔ）は、
ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）−Σ｛ｘ（ｔ）｝／ｎ
により求められる。「静電容量検知信号」とは、静電容量検知部３２により検知される、電極５０の静電容量に関する信号である。また、「液体検知信号」とは、液体の有無の判定に用いられる信号であり、詳しくは後述する。

このように、液体検知信号は差分信号であるため、給水配管２１や冷媒配管１１の内部に停留する水分や、配管に付着した汚れや、水分を含む埃による環境ノイズを除去することができる。すなわち、静電容量検知信号がノイズなどにより変動する場合であっても、移動平均処理や平均処理により得られた値を用いることで、静電容量検知信号の値が急激に変化することはなく、安定した液体検知信号の値を得ることができる。

ところで、移動平均処理や時間平均処理には処理遅延が伴うが、移動平均値又は時間平均値を、冷媒配管１１や給水配管２１の内部に停留する水分量として用いることができる。

なお、静電容量検知信号の移動平均値、又は時間積分値Σ｛ｘ（ｔ）｝／ｎを用いない場合には、液体検知信号ｙ（ｔ）が、静電容量検知信号ｘ（ｔ）となる。このとき、冷媒配管１１内や給水配管２１内の流量が大きいと、静電容量検知信号ｘ（ｔ）の値が大きくなり、液体検知信号ｙ（ｔ）の値も大きくなってしまう。このため、判定閾値ｔｈを大きく設定して、液体の誤検知を抑制する必要があるが、判定閾値ｔｈを大きく設定すると、少量の液体であっても正常であると判定されてしまうことに留意する必要がある。

図５は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１の制御フローチャートである。以下、図５を用いて、静電容量検知部３２、制御手段６０及びコントローラ１００の処理を説明する。

（ステップＳ１）
静電容量検知部３２は、空気調和機１が通電状態になると、メモリクリアなどの初期化を行う。

（ステップＳ２）
静電容量検知部３２は、冷媒配管１１や給水配管２１に巻き付けられた電極５０の静電容量値を検知する。

（ステップＳ３）
静電容量検知部３２は、ステップＳ２で検知した静電容量を平均処理してノイズを除去し、液体検知信号を得る。なお、この平均処理は、静電容量を時系列にサンプリングしているため、移動平均を用いるが、単純な加算平均を用いてもよい。

（ステップＳ４）
静電容量検知部３２は、ステップＳ３の信号処理で得られた液体検知信号と、予め決定された判定閾値ｔｈとを比較して、液体の有無を判定する。

（ステップＳ５）
静電容量検知部３２は、液体検知信号が、所定の範囲内あるいは判定閾値ｔｈ以下の場合には（ステップＳ４でＹｅｓ）、液体発生の無い正常状態であると判定して（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻る（正常処理）。

（ステップＳ６）
一方、静電容量検知部３２は、液体検知信号が、所定の範囲外あるいは判定閾値ｔｈを上回る場合に（ステップＳ４でＮｏ）、液体の有る異常状態であることを示す信号を出力する（異常処理）。制御手段６０は、静電容量検知部３２から出力された信号に基づいて、空気調和機本体１ａを停止させ、図５の処理を終了させる。コントローラ１００は、図示省略の報知手段により、異常状態であることを報知する。

このように、制御手段６０が空気調和機本体１ａを停止させるのは、例えば以下の理由による。１つには例えば、静電容量検知部３２が液体有りと判定した場合、施工時の配管接続不備の可能性や、接続部に設置されているパッキンの経時劣化により給水配管２１から漏水している可能性があるからである。他には例えば、断熱材２２が経時的に劣化して冷媒配管１１が周囲空気に直接触れる状態となっている可能性などが考えられるからである。

以上のように、本実施の形態１に係る空気調和機１は、冷媒配管１１及び給水配管２１の外側表面に螺旋状に這わせた電極５０と、電極５０の静電容量を検知する静電容量検知部３２とを備え、静電容量検知部３２は、静電容量の変化に基づいて液体の有無を判定する。このため、製造コストを抑制し、冷媒配管１１の全長に亘って結露水をより確実に検知し、給水配管２１の全長に亘って液体をより確実に検知することができる。

また、本実施の形態１に係る空気調和機１は、電極５０がワイヤー状の導電体で構成されている。このため、冷媒配管１１や給水配管２１が屈曲していても、冷媒配管１１及び給水配管２１の外側表面に、電極５０を螺旋状に巻き付けることが容易になる。したがって、液体をより確実に検知することができる。

なお、本実施の形態１に係る空気調和機１は、静電容量検知部３２が、図５のステップＳ２〜Ｓ５までの処理を行うようにしているが、これに限定されない。例えば、制御手段６０が、図５のステップＳ２〜Ｓ５までの処理を行うようにしてもよい。このとき、制御手段６０は、静電容量検知部３２により検知された静電容量の変化に基づいて、液体検知信号ｙ（ｔ）を求め、液体の有無の判定を行う。

また、本実施の形態１では、冷媒配管１１の結露水や給水配管２１から漏れる水を検知する例について説明したが、これに限定されない。例えば、冷媒配管１１から漏洩する冷媒や、配水配管から漏洩する水を検知する場合でも、本実施の形態１を適用することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機１の冷媒配管１１の説明図である。図６（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機１の冷媒配管１１が断熱材２２で覆われた状態を示す縦断面図である。図６（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機１の冷媒配管１１が断熱材２２で覆われた状態を示す模式図である。

実施の形態１では、冷媒配管１１に電極５０を巻き付ける例について説明したが、本実施の形態２では、冷媒配管１１の外側表面を覆う断熱材２２に、電極５０を這わせる例について説明する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、冷媒配管１１の外側表面には断熱材２２が巻き付けられている。断熱材２２には、長手方向にスリット状の切れ目２３が形成されることで、切欠部２２ａ，２２ｂが設けられ、冷媒配管１１を施工した後でも、断熱材２２を冷媒配管１１に容易に巻き付けることができるようになっている。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、電極５０を、断熱材２２の切欠部２２ａと切欠部２２ｂとの間を、スリット状の切れ目２３を跨がないように複数回屈曲させて、冷媒配管１１の一端から他端に向かうように這わせている。具体的には、断熱材２２を側面視した状態において、電極５０を、断熱材２２の外側表面にジグザグ状に這わせている。これは、断熱材２２の外側表面に螺旋状に電極５０を巻き付けると、断熱材２２を冷媒配管１１に巻き付けるとき、電極５０が、断熱材２２の冷媒配管１１への巻き付けを妨げる場合があるからである。したがって、切れ目２３を跨がずに検知領域を確保するために、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、電極５０を、断熱材２２に這わせ、断熱材２２に巻かれるように近づけることが好ましい。

以上のように、本実施の形態２に係る空気調和機１は、冷媒配管１１の外側表面を覆う断熱材２２のスリット部分を除いた外側表面に複数回屈曲させて這わせた電極５０と、電極５０の静電容量を検知する静電容量検知部３２とを備え、静電容量検知部３２は、静電容量の変化に基づいて液体の有無を判定する。このため、冷媒配管１１の外側表面への結露水の発生を抑制できる。また、冷媒配管１１を施工した場合であっても、断熱材２２に電極５０を這わせた状態で、断熱材２２の長手方向の切れ目を開くようにして冷媒配管１１に巻き付けることで、結露検知の機能を容易に付加することができる。

なお、断熱材２２は、上記説明のように単一の断熱材で構成しても、複数の断熱材を繋ぎ合わせて構成してもよい。また、上記説明では、冷媒配管１１に断熱材２２を巻き付けて、冷媒配管１１の外側表面に結露水が発生することを抑制する例について説明したが、給水配管２１にフィルム状のシート材を巻き付ければ、給水配管２１から漏れる水を吸収することができる。

１ 空気調和機、１ａ 空気調和機本体、１０ 熱交換器、１１ 冷媒配管、１１ａ，１１ｂ 冷媒配管、２０ 加湿器、２１ 給水配管、２２ 断熱材、２２ａ，２２ｂ 切欠部、２３ 切れ目、３０ 液体検知部、３２ 静電容量検知部、３３ 電磁開閉器、３４ 出力端子、３５ 電源端子、４０ 接続配線、５０ 電極、６０ 制御手段、７０ 送風機、１００ コントローラ、ｔｈ 判定閾値。

Claims (8)

1. 配管の外側表面を覆う断熱材のスリット部分を除いた外側表面に複数回屈曲させて這わせた電極と、
   前記電極の静電容量を検知する静電容量検知部とを備え、
   前記静電容量検知部は、前記静電容量の変化に基づいて液体の有無を判定する
   ことを特徴とする液体検知装置。
2. 前記静電容量の信号をｘ（ｔ）、サンプリング数をｎ、液体検知信号をｙ（ｔ）としたとき、ｙ（ｔ）は
   ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）−Σ{ｘ（ｔ）}／ｎ
   で求められ、
   前記静電容量検知部は、
   前記液体検知信号が判定閾値を上回った場合に液体有りと判定し、
   前記液体検知信号が前記判定閾値以下の場合に液体無しと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体検知装置。
3. 前記静電容量検知部は、
   液体の有無に応じて接点を開閉させる電磁開閉器を備え、
   前記電磁開閉器に接続された外部の回路の開閉を行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体検知装置。
4. 前記配管は、
   冷媒配管、給水管、及び配水管の少なくとも１つである
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の液体検知装置。
5. 前記電極は、ワイヤー状である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の液体検知装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の液体検知装置を備えた
   ことを特徴とする空気調和機。
7. 空気調和機本体と、
   前記静電容量検知部が液体有りと判定した場合に、前記空気調和機本体の運転を停止させる制御手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項６記載の空気調和機。
8. 請求項６又は請求項７に記載の空気調和機と、
   前記空気調和機の動作を制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記静電容量検知部が液体有りと判定した場合に液体の発生を報知する
   ことを特徴とする空気調和システム。

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