JP6288612B2 - ガス検出システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、冷凍空調機器の冷媒ガスの漏れを監視するためのガス検出システムに関する。

近年、冷凍空調機器の使用時におけるフロンガスの漏洩について、従来考えられていたよりもはるかに多くの量のフロンガスが運転中に漏洩していることが報告されており、フロンガス漏洩の発生原因としては、例えば、冷凍空調機器の設置時または整備時の不備、冷凍空調機器の稼働による経年劣化などが考えられている。

冷凍空調機器等の冷媒として使用されるフロンガスは温室効果が極めて大きく、気候変動対策の観点から大気への放出を防止すること必要とされており、冷凍空調機器の使用時において、フロンガスの漏洩を監視することが求められている。

例えば特許文献１の特開２０１１−１７４６８５号公報には、冷凍サイクルからのガス漏れを検知可能な位置に配置された複数のガス検知器と、これらのガス検知器が適宜の通信線を介して接続された集中管理装置とにより構成されたガス漏洩監視システムにおいて、集中管理装置によってガス漏れの検知状態を常時監視することにより冷凍空調機器からのガス漏れを検知する方法が示されている。

特開２０１１−１７４６８５号公報

現在、フロンガスの検出にあっては、半導体式ガスセンサが広く利用されている。半導体式ガスセンサは、その検知原理上、ガス測定に際してセンサ素子を特定の温度に保つことが必要されている。従って、特許文献１のようなガス漏洩を常時監視するシステムにおいては、すべてのガス検知器におけるガスセンサに対して規定の大きさの電流供給が必要となり、また、ガス検知器の各々に対応した複数の電源回路が必要となるため、消費電力が増大する、という問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、複数のガス検知器により構築されるガス検出システムにおいて、所期のガス検出動作を確実に行うことのできるものでありながら、省電力化を図ることのできるガス検出システムを提供することを目的とする。

本発明のガス検出システムは、冷凍空調機器からの冷媒ガスの漏れを監視するガス検出システムであって、
互いに異なる測定ポイントに設置された複数のガス検知器よりなるガス検知器群と、当該ガス検知器が設置される測定ポイントと離れた位置に設置された管理装置とにより構成されており、
前記ガス検知器の各々は、半導体式ガスセンサを具えてなるものであり、
前記管理装置は、前記ガス検知器群に属する各ガス検知器に共有の駆動回路を具えており、ガス検知器の各々を作動モードと休止モードとを繰り返すよう間欠的に駆動し、かつ、ガス検知器を順次に連続して作動モードとする動作シーケンスを実行する機能を有し、作動モードにある一のガス検知器に、一定の大きさに制御されたセンサ駆動電流を供給しながら、休止モードにある他のガス検知器に、当該センサ駆動電流より小さい予熱電流を供給することを特徴とする。

さらにまた、本発明のガス検出システムにおいては、前記駆動回路は、定電流電源回路を有するセンサ駆動電流供給回路と、予熱電流供給回路と、当該センサ駆動電流供給回路および当該予熱電流供給回路のいずれか一方をガス検知器に接続する、ガス検知器の各々に対応する複数のスイッチ手段とを具えており、
前記管理装置は、前記予熱電流供給回路に、センサ駆動電流の大きさとの関係において設定された大きさの定電圧を入力する構成とされていることが好ましい。

本発明のガス検出システムにおいては、複数のガス検知器群を具えており、
前記管理装置は、当該ガス検知器群の各々に対応する複数の駆動回路を具えており、各ガス検知器群における一のガス検知器を同時に作動モードとするよう、各ガス検知器を動作させる構成のものとすることができる。

本発明のガス検出システムによれば、複数のガス検知器を１つのグループとしてグループ化された複数のガス検知器群毎に、ガス検知器におけるガスセンサの動作状態が制御されるので、規定の大きさのセンサ駆動電流を供給するための電源回路は、一のガス検知器群につき一のガス検知器に対するもののみでよく、従って、システム全体における電源回路の数を低減することができて、消費電力の低減を図ることができる。
しかも、作動モードとされる一のガス検知器におけるガスセンサにセンサ駆動電流が供給されながら、当該ガス検知器と同一のガス検知器群に属する他のガス検知器におけるガスセンサの各々に予熱電流が供給されるので、休止モードから作動モードに移行されたときに、ガスセンサの出力を安定させるために必要とされる暖機処理時間を大幅に短縮することができ、しかも、休止モード時に供給される予熱電流はセンサ駆動電流以下の大きさであるため、休止モード時にガスセンサに対する給電が停止されるよう間欠制御される構成のものに比して、システム全体として消費電力の低減を図ることができる。

また、管理装置が、ガス検知器が設置されるガス測定ポイントの各々と離れた位置に設置されており、半導体式ガスセンサの休止モード時において、予熱電流供給回路に一定の大きさの電圧を入力する構成とされていることにより、ガスセンサに供給される予熱電流の大きさは、管理装置とガス検知器との設置位置との距離に応じた線路抵抗による電圧降下に依存することとなり、別個の電源回路を設けることなく、所期の大きさの予熱電流をガス検知器に供給することができ、消費電力が増大することを回避することができる。

本発明のガス検出システムに係るガス漏洩監視システムの一例における構成の概略を示すブロック図である。 センサ駆動回路の一例における構成の概略を示す回路図である。 図１に示すガス漏洩監視システムにおける各ガス検知器の動作シーケンスを示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、例えば大型スーパーストアの冷蔵ショーケースなどの冷凍空調機器からの冷媒ガスの漏れを監視する場合を例に挙げて、詳細に説明する。
図１は、本発明のガス検出システムに係るガス漏洩監視システムの一例における構成の概略を示すブロック図である。このガス漏洩監視システムは、例えば、互いに異なる測定ポイントに配置された複数のガス検知器１０（ａ_１〜ａ_４，ｂ_１〜ｂ_４，ｃ_１〜ｃ_４，ｄ_１〜ｄ_４，ｅ_１〜ｅ_４）（以下、特定のものについて言及する場合を除いて、一部を省略して単に符号「１０」を用いる。）と、これらのガス検知器１０の各々が適宜の給電用／信号伝送用ケーブル１８により接続された管理装置２０とにより構成されている。
そして、このガス漏洩監視システムにおいては、各々複数のガス検知器１０を一のグループとする複数のガス検知器群１５ａ〜１５ｅが設定されている。この例においては、一のガス検知器群に属するガス検知器１０の数が４台、ガス検知器群の数が５つに設定されている。

ガス検知器１０としては、通電により加熱された状態において検知対象ガスに感応するガス感応素子を有するガスセンサ、例えば半導体式ガスセンサを具えたものが用いられている。
ガス検知器１０は、例えば冷凍サイクルにおける高温高圧ガス冷媒や高圧液冷媒が流れる配管及び機器の継手部分の近傍位置などに配置される。

管理装置２０は、マイコン２１と、複数のガス検知器群１５ａ〜１５ｅの各々に対応する複数のセンサ駆動回路３０ａ〜３０ｅとを具えている。

センサ駆動回路３０ａは、ガス検知器群１５ａに属するガス検知器１０（ａ_１〜ａ_４）の各々を、それぞれ、半導体式ガスセンサの暖機処理および当該暖機処理に連続してガス測定が行われる作動モードと休止モードとが繰り返して行われるよう、間欠的に駆動する機能を有する。センサ駆動回路３０ａは、作動モード時には、所定の大きさの定電流であるセンサ駆動電流をガス検知器１０における半導体式ガスセンサに供給すると共に、休止モード時には、センサ駆動電流より小さい電流である予熱電流をガス検知器１０における半導体式ガスセンサに供給する。

センサ駆動回路３０ａは、図２に示すように、ガス検知器１０（ａ_１〜ａ_４）における半導体式ガスセンサ１１にセンサ駆動電流を供給する定電流電源回路３１を有するセンサ駆動電流供給回路３５と、休止モードにあるガス検知器における半導体式ガスセンサ１１に予熱電流を供給する予熱電流供給回路３８と、センサ駆動電流供給回路３５および予熱電流供給回路３８のいずれか一方を選択的にガス検知器１０ａ_１〜１０ａ_４に接続する動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４とを具えている。

センサ駆動電流供給回路３５には、定電流電源回路３１より供給すべきセンサ駆動電流（半導体式ガスセンサに供給される電流）の大きさを監視する電流検出回路３２が接続されている。電流検出回路３２はマイコン２１に接続されており、電流検出回路３２よりの電流検知信号がマイコン２１における電流検知信号入力端子２１ａに入力される。そして、電流検知信号に基づいて設定された電流調整信号がマイコン２１より定電流電源回路３１に入力されて供給電流の調整がなされる。２１ｂは、マイコン２１における電流調整信号出力端子である。

予熱電流供給回路３８における電源入力端子３９には、ガス検知器１０（ａ_１〜ａ_４）における半導体式ガスセンサ１１に供給される予熱電流が、管理装置２０とガス検知器１０（ａ_１〜ａ_４）との間の線間抵抗による電圧降下によって、センサ駆動電流以下の大きさとなるよう設定された所定の大きさの定電圧が入力される。

動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４は、ガス検知器群１５ａに属するガス検知器１０ａ_１〜１０ａ_４の各々に対応して設けられている。各動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４は、ａ接点（常時開成）４１およびｂ接点（常時閉成）４２を具備しており、ガス検知器１０（ａ_１〜ａ_４）は、ａ接点４１を介してセンサ駆動電流供給回路３５に接続されていると共にｂ接点４２を介して予熱電流供給回路３８に接続されている。そして、各ガス検知器１０ａ_１〜１０ａ_４は、対応する動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４を介して、センサ駆動電流供給回路３５および予熱電流供給回路３８に対して並列に接続されている。
各動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４におけるａ接点４１およびｂ接点４２は、マイコン２１より入力される動作モード切り替え信号によって、いずれか一方が閉成されるよう互いに連動して制御される。２１ｃ〜２１ｆは、マイコン２１における動作モード切り替え信号出力端子である。

各ガス検知器１０ａ_１〜１０ａ_４におけるセンサ信号出力端子１２１〜１２４は、それぞれ、スイッチ手段４５を介して信号処理回路５０に接続されている。
各スイッチ手段４５は、対応するガス検知器に係る動作モード切り替えスイッチのａ接点４１と連動して動作され、当該ａ接点４１が閉成されることに伴って、スイッチ手段４５が閉成される。そして、信号処理回路５０よりの作動モードにあるガス検知器に係るガス検知信号は、マイコン２１におけるガス検知信号入力端子２１ｇに入力され、マイコン２１によって、当該ガス検知器が設置された測定ポイントにおけるガス漏洩の有無が検出される。

以上において、ガス検知器群１５ｂ〜ガス検知器群１５ｅに係るセンサ駆動回路３０ｂ〜３０ｅは、センサ駆動回路３０ａと同一の構成とされており、説明は省略する。

以下、上記のガス漏洩監視システムにおけるガス漏洩監視動作について説明する。
図３は、図１に示すガス漏洩監視システムにおける各ガス検知器の動作シーケンスを示すタイミングチャートである。
この例の動作シーケンスにおいては、例えば、すべてのガス検知器１０の動作条件が同一であって、同一のガス検知器群に属するガス検知器が順次に連続して作動モードとされると共に、各ガス検知器群における一のガス検知器が同時に作動モードとされる。

動作シーケンスについて、一のガス検知器群１５ａに着目して具体的に説明すると、マイコン２１より動作モード切り替え信号が各動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４に入力される。例えば、作動モードとされるべき一のガス検知器１０ａ_１に係る動作モード切り替えスイッチ４０１においては、ａ接点４１が閉成されると共にｂ接点４２が開成され、また、他のガス検知器１０ａ_２〜１０ａ_４に係る動作モード切り替えスイッチ４０２〜４０４においては、ａ接点４１が開成され、ｂ接点４２が閉成される。
これにより、センサ駆動電流供給回路３５における定電流電源回路３１よりガス検知器１０ａ_１に対してのみセンサ駆動電流が供給されて当該ガス検知器１０ａ_１が作動モードされると共に、予熱電流供給回路３８における電源入力端子３９より定電圧が入力されることにより、同一のガス検知器群１５ａに属する他のガス検知器１０（ａ_２〜ａ_４）の各々に対して予熱電流が供給されて当該ガス検知器１０（ａ_２〜ａ_４）が休止モードとされる。

そして、作動モードにあるガス検知器１０ａ_１にあっては、先ず、半導体式ガスセンサ１１の暖機処理が所定時間ｔ１の間行われる。その後、半導体式ガスセンサ１１の暖機処理に連続してガス測定が所定時間ｔ２の間行われ、当該ガス検知器１０ａ_１よりのガス検知信号に基づいて、当該ガス検知器１０ａ_１が設置された測定ポイントにおけるガス漏洩の発生の有無がマイコン２１によって検出される。そして、検知対象ガスが漏洩していることが検出された場合には、例えば、適宜の警報報知手段（図示せず）による警報動作が行われる。
一方、休止モードにあるガス検知器１０（ａ_２〜ａ_４）にあっては、半導体式ガスセンサ１１の予熱処理が行われる。

次いで、所定時間Ｔ_０が経過した後、マイコン２１より動作モード切り替え信号が各動作モード切り替えスイッチ４０１〜４０４に入力されて、作動モードにあるガス検知器１０ａ_１が休止モードに移行されるのと同時に、休止モードにある他のガス検知器の一が作動モードに移行される。すなわち、作動モードにあるガス検知器１０ａ_１に係る動作モード切り替えスイッチ４０１においては、ａ接点４１が開成されると共にｂ接点４２が閉成され、また、休止モードにあるガス検知器１０ａ_２に係る動作モード切り替えスイッチ４０２においては、ａ接点４１が閉成され、ｂ接点４２が開成される。他のガス検知器１０ａ_３，１０ａ_４に係る動作モード切り替えスイッチ４０３，４０４においては、ａ接点４１が開成されると共にｂ接点４２が閉成された状態が維持される。
これにより、センサ駆動電流供給回路３５における定電流電源回路３１よりガス検知器１０ａ_２に対してセンサ駆動電流が供給されて当該ガス検知器１０ａ_２が作動モードされると共に、予熱電流供給回路３８における電源入力端子３９より定電圧が入力されることにより、同一のガス検知器群１５ａに属する他のガス検知器１０（ａ_１，ａ_３，ａ_４）に対して予熱電流が供給されて当該ガス検知器１０（ａ_１，ａ_３，ａ_４）が休止モードとされる。

以上のような制御が繰り返して行われ、ガス検知器群１５ａに属するガス検知器１０（ａ_１〜ａ_４）の各々が順次に連続して作動モードとされるよう間欠的に駆動される。

また、他のガス検知器群１５ｂ〜１５ｅについても、同一の動作シーケンスで各ガス検知器１０が動作される。
そして、この例においては、各ガス検知器群１５ａ〜１５ｅにおける一のガス検知器が同時に作動モード、より具体的にはガス測定状態とされるよう、同期がとられた状態（動作モードの切り替えタイミングが同一となる状態）で、各ガス検知器１０の動作状態が制御される。
このように、このガス漏洩監視システムにおいては、ガス検知器群の各々において、一のガス検知器によるガス測定が行われながら、他のガス検知器に対する予熱処理が行われる。従って、ガス検知器１０が休止モードから作動モードに移行されたときに、半導体式ガスセンサ１１の検知原理上必要とされる半導体式ガスセンサ１１の暖機処理に要する時間を短縮することができる。

以上において、ガス検知器１０の動作条件を示すと、作動モード時に供給されるセンサ駆動電流は、例えば１３０〜２８０ｍＡの範囲内の大きさ、例えば１６７ｍＡであり、暖機処理の時間ｔ１は、例えば２〜１０分間、例えば３分間であり、ガス測定の時間ｔ２は、例えば１〜５分間、例えば２分間、作動モードの時間Ｔ０が３〜１５分間、例えば５分間である。また、休止モード時に供給される予熱電流は、例えばセンサ駆動電流の６０〜１００％の範囲内の大きさである。一のガス検知器１０についての間欠動作の周期Ｔは、例えば１０〜６０分間、例えば２０分間である。

而して、上記構成のガス漏洩監視システムによれば、複数のガス検知器１０が１つのグループとしてグループ化された複数のガス検知器群１５ａ〜１５ｅ毎に、ガス検知器１０における半導体式ガスセンサ１１の動作状態が制御されるので、センサ駆動電流を供給するための電源回路は、一のガス検知器群につき一のガス検知器に対するもののみでよく、従って、システム全体における電源回路の数を低減することができて、消費電力の低減を図ることができる。

しかも、作動モードとされる一のガス検知器における半導体式ガスセンサ１１にセンサ駆動電流が供給されながら、当該ガス検知器と同一のガス検知器群に属する他のガス検知器における半導体式ガスセンサ１１の各々に予熱電流が供給されるので、休止モードから作動モードに移行されたときに、半導体式ガスセンサ１１の出力を安定させるために必要とされる暖機処理時間を大幅に短縮することができ、しかも、休止モード時に供給される予熱電流はセンサ駆動電流以下の大きさであるため、休止モード時に半導体式ガスセンサ１１に対する給電が停止されるよう間欠制御される構成のものに比して、システム全体として消費電力の低減を図ることができる。
具体的には例えば、休止モード時に半導体式ガスセンサ１１に対する給電が停止されるよう間欠制御されることの他は、本発明に係るガス漏洩監視システムと同一の構成を有するガス漏洩監視システム（参照ガス漏洩監視システム）においては、センサ駆動電流を１６７ｍＡとしたとき、例えば１２０分間以上の暖機処理が必要となるのに対して、上述したように、本発明に係るガス漏洩監視システムにおいては、暖機処理時間は例えば３分間でよく、従って、システム全体では、本発明に係るガス漏洩監視システムは、参照ガス漏洩監視システムの３０〜６０％の消費電力に抑えることができる。

そして、半導体式ガスセンサ１１にあっては、その特性上、無通電時間が長くなるに従って必要とされる暖機処理時間が長くなる。従って、ガス検知器を上記の特定の動作シーケンスで動作させるガス漏洩監視システムは、半導体式ガスセンサ１１を具えたガス検知器を用いた場合に極めて有用なものとなる。

さらにまた、管理装置２０が、ガス検知器１０が設置される測定ポイントの各々と離れた位置に設置されており、半導体式ガスセンサ１１の休止モード時において、予熱電流供給回路３８に一定の大きさの電圧を入力する構成とされていることにより、半導体式ガスセンサ１１に供給される予熱電流の大きさは、管理装置２０とガス検知器１０との設置位置との距離に応じた線路抵抗による電圧降下に依存することとなり、別個の電源回路を設けることなく、所期の大きさの予熱電流をガス検知器に供給することができ、消費電力が増大することを回避することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、一のガス検知器群に属するガス検知器の数は、ガス検知器群間で異なっていてもよい。
また、実際のガス漏洩監視システムにおいて、ガス検知器群の設定方法（グループ設定方法）は特に制限されるものではないが、例えば、給電用／信号伝送用ケーブルの長さが同等のものが同一のグループに含まれるよう設定することができる。
さらにまた、ガス検知器の具体的な制御条件は適宜に変更可能である。
さらにまた、本発明におけるガス検知器としては、通電により加熱された状態において検知対象ガスに感応するガス感応素子（検出素子）を有するガスセンサ、例えば接触燃焼式ガスセンサなどを具えたガス検知器を用いることができる。また、検知対象ガスも、フロンガスに限定されるものではない。

１０ａ_１〜１０ａ_４ ガス検知器
１０ｂ_１〜１０ｂ_４ ガス検知器
１０ｃ_１〜１０ｃ_４ ガス検知器
１０ｄ_１〜１０ｄ_４ ガス検知器
１０ｅ_１〜１０ｅ_４ ガス検知器
１１ 半導体式ガスセンサ
１２１〜１２４ センサ信号出力端子
１５ａ〜１５ｅ ガス検知器群
１８ 給電用／信号伝送用ケーブル
２０ 管理装置
２１ マイコン
２１ａ 電流検知信号入力端子
２１ｂ 電流調整信号出力端子
２１ｃ〜２１ｆ 動作モード切り替え信号出力端子
２１ｇ ガス検知信号入力端子
３０ａ〜３０ｅ センサ駆動回路
３１ 定電流電源回路
３２ 電流検出回路
３５ センサ駆動電流供給回路
３８ 予熱電流供給回路
３９ 電源入力端子
４０１〜４０４ 動作モード切り替えスイッチ
４１ ａ接点
４２ ｂ接点
４５ スイッチ手段
５０ 信号処理回路

Claims (3)

1. 冷凍空調機器からの冷媒ガスの漏れを監視するガス検出システムであって、
   互いに異なる測定ポイントに設置された複数のガス検知器よりなるガス検知器群と、当該ガス検知器が設置される測定ポイントと離れた位置に設置された管理装置とにより構成されており、
   前記ガス検知器の各々は、半導体式ガスセンサを具えてなるものであり、
   前記管理装置は、前記ガス検知器群に属する各ガス検知器に共有の駆動回路を具えており、ガス検知器の各々を作動モードと休止モードとを繰り返すよう間欠的に駆動し、かつ、ガス検知器を順次に連続して作動モードとする動作シーケンスを実行する機能を有し、作動モードにある一のガス検知器に、一定の大きさに制御されたセンサ駆動電流を供給しながら、休止モードにある他のガス検知器に、当該センサ駆動電流より小さい予熱電流を供給することを特徴とするガス検出システム。
2. 前記駆動回路は、定電流電源回路を有するセンサ駆動電流供給回路と、予熱電流供給回路と、当該センサ駆動電流供給回路および当該予熱電流供給回路のいずれか一方をガス検知器に接続する、ガス検知器の各々に対応する複数のスイッチ手段とを具えており、
   前記管理装置は、前記予熱電流供給回路に、センサ駆動電流の大きさとの関係において設定された大きさの定電圧を入力することを特徴とする請求項１に記載のガス検出システム。
3. 複数の前記ガス検知器群を具えており、
   前記管理装置は、当該ガス検知器群の各々に対応する複数の駆動回路を具えており、各ガス検知器群における一のガス検知器を同時に作動モードとするよう、各ガス検知器を動作させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス検出システム。

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