JP6212529B2 - 冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機又は空調機の冷凍サイクル内を流通する冷媒の漏洩の有無を検知する冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置に関するものである。

従来、冷凍設備などに用いる冷凍サイクルにおける漏洩検知装置としては、特許文献１に示すようなフロートを用いた液面レベル管理による漏洩検知装置（以下、従来例と称す。）がある。

この従来例は、受液タンク内または受液タンクと連通状態に並設した補助タンク内に、液面レベルに応じて上下する磁石を備えたフロートと、このフロートの内側にフロートを案内するリードスイッチを備えたガイドを設けることで、予め設定した正常液面レベル範囲であるか否かを検知し、冷媒の漏れを早期に検知するものである。

特開平１０−１０３８２０号公報

しかしながら、この従来例は、漏洩の有無を確認する際は、ポンプダウンにより冷凍サイクル内を流通している冷媒を受液タンク内に全て回収しなければならず、そのため、設備の稼働を停止させる必要があった。

従って、漏洩確認の頻度を上げることは設備の稼働率を低下させる問題が生じ、また、設備稼働を優先すると、漏洩の早期発見が困難となる問題が生じていた。

また、この従来例のように、液面レベルで漏洩の有無を検知する場合は、上述したように、補助タンクを並設すると共に、この補助タンク内に液面レベルに応じて上下する磁石を備えたフロート及びこのフロートの位置を検知するリードスイッチを設ける等、装置構成が複雑であり容易に設置できないうえにコストも掛かり、更に、漏洩が発生していない設置初期時の冷媒液面を管理基準値とすることが一般的であるため、後付けによる管理が困難である等の問題があった。

また更に、従来例は、上述したように受液タンク内の冷媒の液面の変動で漏洩の有無を検知するので、受液タンクがない冷凍サイクルには採用することができなかった。

本発明は、このような冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置の現状に鑑みなされたものであり、受液タンクの有無に関わらず採用可能で、簡易な構成で安価に且つ容易に後付けでの設置も可能であり、しかも、設備の稼働を停止させることなく漏洩の有無を検知する構成として、漏洩検知による設備稼働率の低下を招かない実用性に優れた画期的な冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置を提案することを目的とする。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

冷凍機又は空調機の冷凍サイクル内を流通する冷媒の漏洩の有無を検知する冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置であって、前記冷凍サイクルの凝縮器６と膨張弁７とを連結する配管部５の外面で且つ前記凝縮器６の下流側位置で尚且つ前記膨張弁７の上流側位置に設けられ、３ＭＨｚ以下で且つ気泡の存在により伝搬が遮断される周波数の超音波を送信する超音波送信部１と、前記配管部５に前記音波送信部１と対向状態に設けられ、前記超音波送信部１が送信した前記超音波を受信する超音波受信部２と、前記超音波送信部１からの超音波を送信している信号と、前記超音波受信部２からの前記超音波送信部１が送信した超音波を受信している信号とを受信し、前記超音波送信部１からの超音波を送信している信号を受信しているにもかかわらず、前記超音波受信部２からの前記超音波送信部１が送信した超音波を受信している信号が受信できなかった場合、前記超音波送信部１と前記超音波受信部２との間の超音波の送受信が正常に行われていないと判断して信号を出力する超音波受信判断部３と、前記超音波受信判断部３が前記超音波送信部１と前記超音波受信部２との間の超音波の送受信が正常に行われていないと判断して出力した信号を受信し外部に漏洩発生を告知する漏洩告知部４とから成り、前記冷凍サイクル内を前記冷媒が流通している状態において、漏洩により発生した気泡が前記音波送信部１と前記超音波受信部２との間を通過することにより、前記超音波送信部１から送信された超音波の前記超音波受信部２への伝播が遮断された状態が生じ、前記超音波送信部１からの超音波を送信している信号を受信しているにもかかわらず、前記超音波受信部２からの前記超音波送信部１が送信した超音波を受信している信号が受信できない状態が生じた場合、前記超音波受信判断部３が前記漏洩告知部４に信号を出力し、この漏洩告知部４が外部に漏洩発生を告知するように構成されていることを特徴とする冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置に係るものである。

また、前記冷凍サイクルの圧縮機８がインバータ制御されるタイプである場合は、前記冷凍機又は空調機が所定時間以上連続運転している状態において、前記所定時間内、前記超音波送信部１が超音波を送信し続け、この超音波送信部１が送信した超音波を前記超音波受信部２が前記所定時間内に一度も受信しなかった場合に、前記超音波受信判断部３が前記超音波送信部１の送信した超音波を前記超音波受信部２が受信しなかったと判断して前記漏洩告知部４が外部に漏洩発生を告知するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置に係るものである。

また、前記超音波受信判断部３または前記漏洩告知部４の出力データを自動的に保存するデータ記録部９を備えることを特徴とする請求項１,２のいずれか１項に記載の冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置に係るものである。

また、前記冷凍サイクルの凝縮器６の下流側位置で且つ前記超音波受信部２の上流側位置に気泡分離装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、受液タンクやこの受液タンクと連通する補助タンクの有無に関わらず採用でき（取り付けることができ）、冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知が可能となる。

更に、簡易な構成で安価に且つ容易に設置可能で既存設備にも容易に設置することができる実用性に優れた冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置となる。

しかも、本発明は、設備稼働中に漏洩の有無を検知するから、漏洩検知による設備稼働率の低下を招かない実用性に優れた画期的な冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置となる。

即ち、本発明は、冷凍サイクルをポンプダウンして一旦冷凍サイクル内の冷媒を受液タンクに回収し、その回収した冷媒量（冷媒の液面高さ）を検知して漏洩の有無を判断するのではなく、冷凍サイクル内を流通する冷媒中に気泡が発生しているか否かを超音波の送受信の可否で判断するだけの極めて簡易な操作で行うから、一々冷凍サイクルの稼働を停止させる、あるいは、定期的なポンプダウンのタイミングでしか漏洩検知の判断ができないといった非効率的なものではなく、設備稼働時であればいつでも漏洩検知が可能となる極めて実用性に優れた画期的な冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置となる。

本実施例の使用状態を示す説明図である。 本実施例の使用状態（別例）を示す説明図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

従来、冷凍サイクル内を流通する冷媒の流量を測定するために超音波流量計が用いられている。

この超音波流量計は、大別すると時間差式とドップラー式がある。時間差式のものは、超音波を配管内の冷媒（流体）に伝搬させ、この超音波が配管の上流、下流双方向に伝搬する際の伝搬時間差を利用して流通する冷媒の流速を求め、配管断面積からその流量を算出するものである。

しかしながら、この時間差式の超音波流量計は超音波の伝搬経路に気泡が存在すると、この気泡により超音波の伝搬が遮断され測定できないという欠点がある。

本発明者は、この超音波流量計の気泡により測定できないという欠点を利用し、本発明を完成させた。

即ち、冷凍サイクル内を循環する冷媒は、圧縮機８で圧縮された気体が凝縮器６で冷却されて液体状の冷媒（以下、液化冷媒と称す）となる。この液化冷媒は、完全凝縮した状態（安定状態）では気泡の発生が無い状態で冷凍サイクル内を流通する。したがって、この気泡の発生が無い液化冷媒を介して超音波送信部１と超音波受信部２との間で超音波を送受信させた場合、超音波送信部１が送信した超音波は途中で伝搬を遮断するものがないので、問題なく冷媒中を伝搬して超音波受信部２に受信される。

しかしながら、冷凍サイクルにおいて漏洩が発生した場合、冷媒の量が減り、凝縮した液化冷媒中に気泡（不凝縮ガス）が発生する。この気泡が発生した液化冷媒を介して超音波送信部１と超音波受信部２との間で超音波を送受信させた場合、超音波送信部１が送信した超音波は気泡により途中で伝搬が遮断されるので、超音波受信部２に受信されない。

本発明は、この冷凍サイクル内を流通する冷媒（液化冷媒）を介して超音波送信部１、超音波受信部２間で超音波の送受信を行ない、超音波送信部１が送信した超音波を超音波受信部２が受信したか否かにより冷凍サイクルにおいて冷媒の漏洩が発生しているか否かを判断するものである。

即ち、本発明は、冷凍機又は空調機が稼働しており、冷凍サイクル内を冷媒が流通している状態、即ち通常運転中に、液化冷媒が流通する配管部５に対向状態に設けた超音波送信部１と超音波受信部２との間で超音波の送受信を行い、この超音波の送受信が正常に行われたか否か、即ち超音波送信部１が送信した超音波を超音波受信部２が受信したか否かを判断する。

本発明は、この超音波送信部１が送信した超音波を超音波受信部２が受信したか否かを超音波受信判断部３で判断し、この超音波受信判断部３が超音波送信部１の送信した超音波を超音波受信部２が受信しなかったと判断した際に漏洩告知部４が外部に漏洩発生を告知する。

このように、本発明は、極めて簡易な構成で、容易に冷凍サイクルにおける冷媒の漏洩の有無を検知することができ、しかも、設備稼働中に漏洩の有無を判断するから、設備の稼働を停止することがなく、設備稼働率を低下させることなく漏洩検知が可能となる実用性に優れた画期的な冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、冷凍機又は空調機の冷凍サイクル内を流通する冷媒の漏洩の有無を検知する冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置であって、所定周波数の超音波を送信する超音波送信部１と、この超音波送信部１が送信した前記超音波を受信する超音波受信部２と、前記超音波送信部１が送信した超音波を前記超音波受信部２が受信したか否かを判断する超音波受信判断部３と、前記超音波受信判断部３が前記超音波送信部１の送信した超音波を前記超音波受信部２が受信しなかったと判断した際に外部に漏洩発生を告知する漏洩告知部４とから成り、前記超音波送信部１と前記超音波受信部２とは、前記冷媒が流通する配管部５の外面に対向状態に設けた構成とし、この対向状態に設けた前記超音波送信部１と前記超音波受信部２との間を前記冷媒が流通している状態において、前記超音波受信部２に向けて前記超音波送信部１から前記超音波を送信し、この超音波送信部１が送信した前記超音波を前記超音波受信部２が受信したか否かを前記超音波受信判断部３で判断し、この超音波受信判断部３が前記超音波送信部１の送信した超音波を前記超音波受信部２が受信しなかったと判断した際に前記漏洩告知部４が外部に漏洩発生を告知するように構成したものである。

以下、本実施例に係る構成各部について詳細に説明する。

本実施例の超音波送信部１と超音波受信部２は、夫々クランプオン型を採用し、冷凍サイクルの凝縮器６の下流位置の配管部５表面に、この配管部５を挟持するように対向状態に設けた構成としている。

尚、エアコン等の空調機は、一般的に一台で冷房、暖房の両機能を備えており、冷凍サイクル内に設けた四方弁10により冷媒の流通方向を切り替えて冷房、暖房の切り替えが行わる。このような場合、冷房時と暖房時とで超音波送信部１と超音波受信部２との取り付け位置が異なるので、冷房時用、暖房時用に夫々超音波送信部１、超音波受信部２を所定位置、具体的には、冷房時は室外機が凝縮器６となるのでこの室外機の出口付近、暖房時は室内機が凝縮器６となるのでこの室内機の出口付近に夫々超音波送信部１と超音波受信部２とを設けた構成としても良い。

また、超音波送信部１は、振動子の周波数を３ＭＨｚ以下とし、具体的には、１ＭＨｚ以下（本実施例では、１ＭＨｚ）に設定した構成としている。尚、本実施例においては、超音波送信部１及び超音波受信部２は、市販されている一般的な超音波センサ（株式会社カイジョーソニック社製 ＳＬＴ−１２を採用）を採用した構成としている。

また、超音波受信判断部３は、超音波送信部１と超音波受信部２とに接続し、超音波送信部１から超音波を送信している信号を受信すると共に、超音波受信部２からこの超音波送信部１が送信した超音波を受信した信号を受信した場合、超音波送信部１と超音波受信部２との間の超音波の送受信が正常に行われていると判断し、超音波送信部１から超音波を送信している信号を受信しているにもかかわらず、超音波受信部２からこの超音波送信部１が送信した超音波を受信した信号を受信できない場合、超音波送信部１と超音波受信部２との間の超音波の送受信が正常に行われていないと判断し、この超音波送信部１と超音波受信部２との間の超音波の送受信が正常に行われていないと判断した場合、漏洩告知部４に信号を出力する構成としている。

また、現在、冷凍サイクルにおいては、圧縮機８がインバータ制御されているタイプのものが多く、このような冷凍サイクルにおいては、冷凍サイクル内を流通する冷媒の流れが頻繁に変動し、これにより漏洩が生じていなくても流通する冷媒内に気泡が生じてしまう。しかしながら、長時間、例えば２４時間連続運転する場合、もし、漏洩が生じていなければ、必ず安定状態で冷媒が流通し一度は気泡が消える状態になり、その際に超音波受信部２が超音波を受信することができるので、例えば冷凍機又は空調機が所定時間以上連続運転している状態において、所定時間内超音波送信部１が超音波を送信し続け、この超音波送信部１が送信した超音波を超音波受信部２が一度も受信しなかった場合に、超音波受信判断部３が超音波送信部１の送信した超音波を超音波受信部２が受信しなかったと判断して漏洩告知部４に信号を出力する構成としても良い。

また、漏洩告知部４は、視覚または聴覚に訴えかけて漏洩を認識できるように構成し、具体的には、超音波受信判断部３の信号を受けた際に、ランプを点灯する構成または画面に漏洩発生を認識させる表記を表示する構成、若しくは警報を発報する構成としている。

尚、超音波受信判断部３に関し、本実施例は、超音波送信部１と超音波受信部２との間の超音波の送受信が正常に行われていないと判断した場合、漏洩告知部４に信号を出力する構成としたが、例えば、超音波送信部１と超音波受信部２との間の超音波の送受信が正常に行われていると判断した場合と、超音波送信部１と超音波受信部２との間の超音波の送受信が正常に行われていないと判断した場合とで異なる出力信号を漏洩告知部４に出力し、超音波受信判断部３から送信された信号タイプに応じて、漏洩告知部４で正常、異常の状態を告知するように構成しても良い。

また、本実施例は、超音波受信判断部３または漏洩告知部４の出力信号をデータ化し、このデータを自動的に保存するデータ記録部９を備えた構成としている。

具体的には、本実施例では、データ記録部９としてパソコンを用い、このパソコンに定期的に測定したデータを保存し、ファイル化して管理する構成としている。即ち、測定データをデータ記録部９に保存すると共に、例えば数値化、グラフ化して出力可能（見える化）とすることで、この定期的に取得した測定データを定期点検や簡易点検の記録簿として使用できるように構成している。

尚、従来、一般的に、冷凍サイクルの冷媒にＨＦＣ等の混合冷媒を用いる場合、この混合冷媒は凝縮器６での完全な液化が難しいことに加え、寒冷地対策のためにあえて不凝縮状態で膨張弁７に送出することから、常時多くの気泡が存在している状態で冷凍サイクル内を流通するので、漏洩が発生していなくても常に気泡により超音波送信部１と超音波受信部２との間で超音波の送受信ができない状態となっている。従って、前記混合冷媒を用いる場合は、例えば、冷凍サイクルの凝縮器６の下流側位置で且つ超音波受信部２（超音波送信部１）の上流側位置に気泡分離装置を設けた構成とし、正常状態においては気泡を液体から分離し、漏洩が発生した場合に生じる気泡のみが残存するようにして、正常な状態では気泡の無い状態の液化した冷媒が超音波送信部１と超音波受信部２との間を流通し、漏洩発生時は気泡が混入した冷媒の流通により送受信が不可能となるように構成しても良い。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１ 超音波送信部
２ 超音波受信部
３ 超音波受信判断部
４ 漏洩告知部
５ 配管部
６ 凝縮器
７ 膨張弁
８ 圧縮機
９ データ記録部

Claims (4)

1. 冷凍機又は空調機の冷凍サイクル内を流通する冷媒の漏洩の有無を検知する冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置であって、前記冷凍サイクルの凝縮器と膨張弁とを連結する配管部の外面で且つ前記凝縮器の下流側位置で尚且つ前記膨張弁の上流側位置に設けられ、３ＭＨｚ以下で且つ気泡の存在により伝搬が遮断される周波数の超音波を送信する超音波送信部と、前記配管部に前記音波送信部と対向状態に設けられ、前記超音波送信部が送信した前記超音波を受信する超音波受信部と、前記超音波送信部からの超音波を送信している信号と、前記超音波受信部からの前記超音波送信部が送信した超音波を受信している信号とを受信し、前記超音波送信部からの超音波を送信している信号を受信しているにもかかわらず、前記超音波受信部からの前記超音波送信部が送信した超音波を受信している信号が受信できなかった場合、前記超音波送信部と前記超音波受信部との間の超音波の送受信が正常に行われていないと判断して信号を出力する超音波受信判断部と、前記超音波受信判断部が前記超音波送信部と前記超音波受信部との間の超音波の送受信が正常に行われていないと判断して出力した信号を受信し外部に漏洩発生を告知する漏洩告知部とから成り、前記冷凍サイクル内を前記冷媒が流通している状態において、漏洩により発生した気泡が前記超音波送信部と前記超音波受信部との間を通過することにより、前記音波送信部から送信された超音波の前記超音波受信部への伝播が遮断された状態が生じ、前記超音波送信部からの超音波を送信している信号を受信しているにもかかわらず、前記超音波受信部からの前記超音波送信部が送信した超音波を受信している信号が受信できない状態が生じた場合、前記超音波受信判断部が前記漏洩告知部に信号を出力し、この漏洩告知部が外部に漏洩発生を告知するように構成されていることを特徴とする冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置。
2. 前記冷凍サイクルの圧縮機がインバータ制御されるタイプである場合は、前記冷凍機又は空調機が所定時間以上連続運転している状態において、前記所定時間内、前記超音波送信部が超音波を送信し続け、この超音波送信部が送信した超音波を前記超音波受信部が前記所定時間内に一度も受信しなかった場合に、前記超音波受信判断部が前記超音波送信部の送信した超音波を前記超音波受信部が受信しなかったと判断して前記漏洩告知部が外部に漏洩発生を告知するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置。
3. 前記超音波受信判断部または前記漏洩告知部の出力データを自動的に保存するデータ記録部を備えることを特徴とする請求項１,２のいずれか１項に記載の冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置。
4. 前記冷凍サイクルの凝縮器の下流側位置で且つ前記超音波受信部の上流側位置に気泡分離装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置。

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