JP6475647B2

JP6475647B2 - 冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置

Info

Publication number: JP6475647B2
Application number: JP2016016755A
Authority: JP
Inventors: 俊輔難波; 昇一難波
Original assignee: 株式会社ナンバ
Priority date: 2016-01-30
Filing date: 2016-01-30
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2036-01-30
Also published as: JP2017133817A

Description

本発明は、冷凍機又は空調機の冷凍サイクル内の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、冷凍サイクル内に充填されるフロンガス等の冷媒は、温度（液温）の変化により体積の変化が生じる（温度が高くなれば膨張により体積が増加し温度が低くなれば収縮により体積が減少する）ため、この従来例のようなに液面位置だけによる漏洩の有無の検知は正確性に欠けるものであった。

即ち、例えば、冷凍サイクルに冷媒を最初に充填した際の冷媒温度（初期充填温度）よりも点検時（漏洩の有無を確認する際）の冷媒温度が低い場合、初期充填時に比べて冷媒の体積が収縮しており、この体積収縮によって冷媒液面が低下し、実際には漏洩が発生していなくても予め設定した正常液面レベル範囲から逸脱して漏洩が生じていると誤検知されるおそれがあり、逆に、初期充填温度よりも点検時の冷媒温度が高い場合、初期充填時に比べて冷媒の体積が膨張しており、この体積膨張によって冷媒液面が上昇し、実際には漏洩が発生しているのに、冷媒液面が正常液面レベル範囲に位置して漏洩が発生していないと誤検知するおそれがある。

更に、従来例では、冷凍サイクル内（受液タンク内）の冷媒量そのものを数値的に（重量として）管理しておらず、漏洩が発生した場合、その冷媒の漏洩量がどれくらいなのかを即座に知得することはできない。

そのため、冷媒を補充する際は、作業者の経験や勘に頼ることが多く、その結果、漏洩した冷媒量よりも多量に冷媒を充填してしまう過充填となってしまうこともあり、この過充填が原因の不具合が生じることもあった。

本発明は、このような現状の問題点に鑑みなされたもので、冷媒の温度変化によって生じる冷媒の体積変化による液面変動の影響を排除した真の冷媒量変化に基づいて冷凍サイクルの漏洩検知を行うと共に、漏洩量を数値的に把握することができ、過充填の不具合を生じさせることなく的確な充填量で冷媒を補充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を提供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の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、レシーバタンク１内の冷媒の液面高さ位置を検知する液面位置検知手段と、前記レシーバタンク１内の冷媒の温度、若しくは前記レシーバタンク１の近傍に貯溜されている冷媒の温度を測定する冷媒温度測定手段２と、前記レシーバタンク１内の冷媒量を算出する冷媒量算出手段３とから成り、前記冷媒量算出手段３は、前記液面位置検知手段に接続する液面位置検知手段接続部８と温度測定子２Ａを有する前記冷媒温度測定手段２とを備え携帯可能に構成されて複数の冷凍サイクルに逐次接続可能に構成されていると共に、レシーバタンク１内に貯溜されている冷媒の体積を算出するレシーバタンク内冷媒体積算出機能と、このレシーバタンク内冷媒体積算出機能により算出された前記レシーバタンク１内の冷媒の体積と前記冷媒温度測定手段２により得られた冷媒温度とに基づいて現在のレシーバタンク１内に貯溜されている冷媒量を算出する冷媒量算出機能とを備え、前記レシーバタンク内冷媒体積算出機能は、前記液面位置検知手段接続部８を介して前記液面位置検知手段により得られた冷媒液面位置情報と、作業者が入力するレシーバタンク１が横置きか縦置きか及びレシーバタンク１の側面又は底面の半径並びにレシーバタンク１の長さ又は高さのレシーバタンク情報とに基づいて前記レシーバタンク１内に貯溜されている冷媒の体積を算出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、前記液面位置検知手段は、前記レシーバタンク１内または該レシーバタンク１と連通路４を介して並設されると共に、貯溜される冷媒の液面が前記レシーバタンク１内の冷媒の液面と同レベルで液面変動するように構成されている第二冷媒貯溜部５内に設けられる磁性浮遊体６と、この磁性浮遊体６を常時検知可能な浮遊体位置検出手段７とから成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、前記浮遊体位置検出手段７は、磁歪センサであり、長さ方向を上下方向に向けた状態で前記レシーバタンク１または前記第二冷媒貯溜部５の壁部に設けられるように構成されていることを特徴とする請求項２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、前記冷媒量算出手段３は、冷媒補充時に過充填を防止する過充填防止機能が備え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。

また、前記冷媒量算出手段３は、作業者が漏洩の有無を知得し得る漏洩情報知得部９が設けられており、この漏洩情報知得部９は、現在のレシーバタンク１内の冷媒量と、前記冷凍サイクルに冷媒の漏洩が発生していないと判断できる状態時に測定して得られたレシーバタンク１内の冷媒量である基準冷媒量とを表示する、または、これらの差を表示する、若しくは、現在の冷凍サイクル内全体の冷媒量と、冷凍サイクルに冷媒の漏洩が発生していないと判断できる状態時に測定して得られた冷凍サイクル内全体の冷媒量である基準冷媒量とを表示する、または、これらの差を表示するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４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、温度変化によって生じる冷媒の体積変化による液面変動の影響を排除した現在のレシーバタンク内の冷媒量に基づいて、高精度の漏洩検知が容易に実現可能となる。

また、本発明は、単に冷凍サイクルの漏洩の有無を精度良く検知するだけではなく、漏洩が検知された場合、その漏洩した冷媒の量（漏洩量）を把握することができるので、冷媒の補充作業において、過充填（オーバーチャージ）などの不具合を生じさせることなく的確な充填量で冷媒を補充することができる。

また、本発明は、複数の冷凍サイクルを管理する場合、冷媒量算出手段を冷凍サイクルごとに設置する必要が無くなり、設置コストを抑えることができ、特に請求項４記載の発明においては、冷凍サイクルごとに設置するものは液面位置検出手段となり、より一層設置コストを抑えることができる。

また、請求項２記載の発明においては、液面位置検知手段を簡易な構成にして、容易に設計実現可能とすることができる。

また、請求項３記載の発明においては、磁性浮遊体を常時検知可能な構成を容易に設計実現可能とすることができる。

また、請求項４記載の発明においては、より一層確実に補充時の過充填を防止することができる。

また、請求項５記載の発明においては、簡易な構成にして、一層容易に冷媒の漏洩の有無を検知することができ、しかも、漏洩が発生していた場合、一目で漏洩量を把握することができる。

本実施例の冷媒量算出手段を示す図である。本実施例の使用状態を示す説明概略図である。温度定数（Ｋｎ）を示す表である。

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。

ポンプダウンによりレシーバタンク１内に回収された冷媒の液面高さが液面位置検知手段により検知され（冷媒液面位置情報が得られ）、この液面位置検知手段によって得られた冷媒液面位置情報に基づき冷媒量算出手段３のレシーバタンク内冷媒体積算出機能により、現在のレシーバタンク１内の冷媒の体積が算出される。

そして、この算出された現在のレシーバタンク１内の冷媒の体積は、更に、冷媒量算出手段３の冷媒量算出機能により、冷媒温度測定手段２により測定された現在の冷媒温度を加味した冷媒量（レシーバタンク１内の冷媒の重量）として算出し直され、この算出された冷媒量は、冷媒温度の変化による冷媒の体積膨張や体積収縮による体積変動の影響を排除した真のレシーバタンク１内の冷媒の重量となる。

本発明は、上述のようにして冷媒量算出手段３で得られた現在（漏洩点検時）のレシーバタンク１内（若しくは現在の冷凍サイクル内全体）の冷媒量を、冷凍サイクルに冷媒の漏洩が発生していないと判断できる状態時（例えば初期充填時）に同様の測定により得られたレシーバタンク１内（若しくは冷凍サイクル内全体）の冷媒量である基準冷媒量と比較することで、冷凍サイクルに漏洩が発生しているか否かを、温度変化による冷媒の体積変動の影響を受けない真の冷媒量の変化量により容易に且つ正確に検知することができることとなる。

更に、例えば、この現在のレシーバタンク１内（若しくは現在の冷凍サイクル内全体）の冷媒量と基準冷媒量との双方の値を知得することができることで、現在のレシーバタンク１内（若しくは現在の冷凍サイクル内全体）の冷媒量と基準冷媒量との差、即ち冷媒の漏洩量を知得することができるので、冷媒の補充作業において、過充填（オーバーチャージ）などの不具合を生じさせることなく的確な充填量で冷媒を補充することができる。

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の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、レシーバタンク１内の冷媒の液面高さ位置を検知する液面位置検知手段と、前記レシーバタンク１内の冷媒の温度、若しくは前記レシーバタンク１近傍に貯溜されている冷媒の温度を測定する冷媒温度測定手段２と、前記レシーバタンク１内または前記冷凍サイクル内全体の冷媒量を算出する冷媒量算出手段３とで構成されているものである。

以下、本実施例に係る構成各部について詳細に説明する。

本実施例の液面位置検知手段は、磁性浮遊体６と、この磁性浮遊体６を常時検知可能な浮遊体位置検出手段７とから成り、レシーバタンク１と連通路４を介して並設されると共に、貯溜される冷媒の液面が前記レシーバタンク１内の冷媒の液面と同レベルで液面変動するように構成されている第二冷媒貯溜部５に設けられる構成とされている。

この第二冷媒貯溜部５は、レシーバタンク１の高さと同等若しくはそれ以上の長さを有する細長い配管状に形成されており、レシーバタンク１に隣接状態で並設されており、具体的には、上部及び下部にレシーバタンク１と連通する連通路４（連通管）が設けられており、この二本の連通路４に支持されてレシーバタンク１に並設されている。

より具体的には、上部側の連通路４は、一端が第二冷媒貯溜部５の天部に接続され他端がレシーバタンク１の上部（例えば天部）に接続されており、また、下部側の連通路４は、一端が第二冷媒貯溜部５の底部に接続されており、他端がレシーバタンク１の下部（例えば底部）に接続されている。

このようにレシーバタンク１と連通路４を介して連通状態に設けられていることで、本実施例の第二冷媒貯溜部５内に貯留されている冷媒の液面は、レシーバタンク１内の冷媒の液面と同レベルとなり、また、このレシーバタンク１の液面変動に連動して、第二冷媒貯溜部５内の冷媒も同レベルで液面変動することとなり、本実施例は、この第二冷媒貯溜部５内の冷媒の液面高さを検知することで、レシーバタンク１内の冷媒の液面高さを知得することができるように構成されている。

また、この第二冷媒貯溜部５内に配設される液面位置検知手段を構成する磁性浮遊体６は、比較的耐圧性が高い非磁性体金属製のフロート部６Ａに磁石６Ｂが付設されて成るもので、具体的には、アルミニウム製のフロート部６Ａの上端部に磁石６Ｂであるネオジウムが付設された構成とされ、また、この磁石６Ｂは、フロート部６Ａが冷媒に浮遊する状態において、丁度、冷媒の液面に配設される位置に設けられている。

また、この磁性浮遊体６を検知する浮遊体位置検出手段７は、磁歪センサであり、長さ方向を上下方向に向けた状態で磁性浮遊体６を配設した第二冷媒貯溜部５の壁部に沿設状態に設けられるように構成されている。

具体的には、浮遊体位置検出手段７は、第二冷媒貯溜部５の長さ方向（高さ方向）のほぼ全範囲（全領域）に跨る長さを有する棒状型の磁歪センサである。

尚、本実施例では、上述したようにレシーバタンク１内の冷媒の液面高さを知得する液面位置検知手段として、磁性浮遊体６と浮遊体位置検出手段７（磁歪センサ）とを用いているが、これらの代わりに超音波センサを用いてレシーバタンク１内の冷媒の液面高さを知得する構成としても良く、この超音波センサを用いた場合、超音波センサはレシーバタンク１の底面に設けることとなり、これにより、磁性浮遊体６と浮遊体位置検出手段７との取り付け作業が無くなると共に、第二冷媒貯溜部５が不要となって、設置時の作業性が向上し、また、コスト低減も図れることとなる。

また、本実施例の冷媒温度測定手段２は、先端部に温度測定子２Ａ（具体的には、本実施例ではサーミスタを採用）が設けられており、この温度測定子２Ａをレシーバタンク１または第二冷媒貯溜部５、若しくはこれらの近傍の配管部の表面に接触させることでレシーバタンク１内の冷媒の温度を間接的に測定するように構成されている。

また、冷媒量算出手段３は、携帯可能に構成され、更に、複数の冷凍サイクルに逐次接続可能な構成とされ、接続した冷凍サイクルのレシーバタンク１内の冷媒量または冷凍サイクル内全体の冷媒量を算出するように構成されている。

具体的には、冷凍サイクルに設けられている液面位置検知手段（浮遊体位置検出手段７）と接続する液面位置検知手段接続部８と、上述した冷媒温度測定手段２とが備えられており、測定対象（点検対象）の冷凍サイクルの第二冷媒貯溜部５に設けられている浮遊体位置検出手段７に液面位置検知手段接続部８を接続することで、浮遊体位置検出手段７が検知する冷媒液面位置情報を得ることができ、また、冷媒温度測定手段２の温度測定子２Ａをレシーバタンク１に接触させることで、間接的にレシーバタンク１内の冷媒温度を測定できるように構成されている。

これにより、複数の冷凍サイクルを管理する場合、各冷凍サイクルに冷媒量算出手段３及び冷媒温度測定手段２を設ける必要が無くなるので、コスト（設備投資）が抑えられることとなる。

本実施例の冷媒量算出手段３について、更に具体的に説明すると、本実施例の冷媒量算出手段３は、液面位置検知手段により得られた冷媒液面位置情報に基づいてレシーバタンク１内に貯溜されている冷媒の体積を算出するレシーバタンク内冷媒体積算出機能と、このレシーバタンク内冷媒体積算出機能により算出された冷媒体積と冷媒温度測定手段２により得られた冷媒温度とからレシーバタンク１内に貯溜されている冷媒量（重量）を算出する冷媒量算出機能とが備えられており、これらの機能により、レシーバタンク１内の冷媒量または冷凍サイクル内全体の冷媒量を算出するように構成されている。

具体的には、レシーバタンク内冷媒体積算出機能は、作業者が入力するレシーバタンク情報（レシーバタンク１が横置きか縦置きか、レシーバタンク１の側面または底面の半径、レシーバタンク１の長さまたは高さ）と、液面位置検知手段から得られたレシーバタンク１内の冷媒の液面高さ（冷媒液面位置情報）とに基づいて、レシーバタンク１内の冷媒の体積（Ｖ）を算出する。

また、冷媒量算出機能は、このレシーバタンク内冷媒体積算出機能により算出された現在のレシーバタンク１内の冷媒の体積（Ｖ）を、冷媒温度測定手段２により得られたレシーバタンク１内の冷媒の温度に基づいた温度定数（Ｋｎ）を加味して重量換算し、レシーバタンク１内の冷媒量（Ｗ）を算出する。

具体的には、冷媒量（Ｗ）は下式（１）により求められる。
Ｗ＝Ｖ／Ｋｎ・・・（１）

尚、式中のＫｎは、本発明者が繰り返し行った実験より導いた定数であり、冷媒温度と冷媒種類により決定するものである。具体的には、図３に示すように、冷媒がＲ４０４またはＲ４１０の場合、Ｋｎ＝１．００７２４＾ｎで求められ、また、冷媒がＲ２２の場合、Ｋｎ＝１．００５１３＾ｎで求められる。例えば、冷媒がフロンＲ４０４、レシーバタンク内冷媒体積算出機能により算出されたレシーバタンク１内の冷媒の体積（Ｖ）が３０Ｌ、冷媒温度測定手段２により測定された冷媒温度が２８℃の場合、レシーバタンク１内の冷媒量（Ｗ）は、Ｗ＝３０／１．００７２４＾−５＝３０／０．９７１５６＝３０．８８（ｋｇ）となる。

また、本実施例の冷媒量算出手段３は、作業者が漏洩の有無を知得し得る漏洩情報知得部９が設けられている。

本実施例の漏洩情報知得部９は、上述のようにして算出された現在のレシーバタンク１内の冷媒量に基づいて算出される現在の冷凍サイクル内全体の冷媒量（現在、冷凍サイクル内に充填されている冷媒量）と、冷凍サイクルに冷媒の漏洩が発生していないと判断できる状態時に得られた基準冷媒量を表示するように構成されている。

具体的には、冷凍サイクル内全体の冷媒量は、算出されたレシーバタンク１内の冷媒量に経験則に基づいて出された所定定数（１．５前後、本実施例では１．６７に設定）を乗して算出している。即ち、例えば、現在のレシーバタンク１内の冷媒量が３０．８８（ｋｇ）と算出された場合、この３０．８８（ｋｇ）に定数１．６７を乗した５１．５７（ｋｇ）が現在の冷凍サイクル内全体に充填されている冷媒量として漏洩情報知得部９に表示される。

また、基準冷媒量は、既知である初期充填時の冷媒量を予め設定されている。即ち、例えば、初期充填時、６０（ｋｇ）充填した場合、基準冷媒量として６０（ｋｇ）が漏洩情報知得部９に表示される。

このように、本実施例の漏洩情報知得部９は、この基準冷媒量と点検時に算出された現在の冷凍サイクル内全体の冷媒量との二つの数値を表示するように構成され、作業者がこの両者の数値を比較することで漏洩の有無を即座に知得することができるように構成されている。

更に、この両者の差はそのまま冷媒の漏洩量となるので、漏洩分を補充する際も、明確に補充する冷媒の量が把握できるように構成されている。

尚、漏洩情報知得部９での表示は上記に限らず、例えば、現在のレシーバタンク１内の冷媒量と、冷凍サイクルに冷媒の漏洩が発生していないと判断できる状態時（例えば初期充填時）に測定して得られたレシーバタンク１内の冷媒量である基準冷媒量とを表示する、または、これらの差（即ち漏洩量）を表示する、若しくは、現在の冷凍サイクル内全体の冷媒量と、冷凍サイクルに冷媒の漏洩が発生していないと判断できる状態時に測定して得られた冷凍サイクル内全体の冷媒量である基準冷媒量との差を表示するものとしても良い。

このように、本実施例の冷媒量算出手段３は、漏洩情報知得部９により的確な冷媒補充量を把握することができる構成とされているが、この冷媒補充作業をより精度良く行うことができるように、更に過充填防止機能が備えられている。

具体的には、本実施例の過充填防止機能は、補充量または補充後の冷媒全体量（レシーバタンク１内の冷媒量若しくは冷凍サイクル内全体の冷媒量）を設定し、その設定した冷媒量に達したら報知手段により報知（例えばＬＥＤランプでの発光やブザーでの発報）するように構成されている。

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レシーバタンク
２冷媒温度測定手段
２Ａ温度測定子
３冷媒量算出手段
４連通路
５第二冷媒貯溜部
６磁性浮遊体
７浮遊体位置検出手段
８液面位置検知手段接続部
９漏洩情報知得部

Claims

冷凍機又は空調機の冷凍サイクル内の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、レシーバタンク内の冷媒の液面高さ位置を検知する液面位置検知手段と、前記レシーバタンク内の冷媒の温度、若しくは前記レシーバタンクの近傍に貯溜されている冷媒の温度を測定する冷媒温度測定手段と、前記レシーバタンク内の冷媒量を算出する冷媒量算出手段とから成り、前記冷媒量算出手段は、前記液面位置検知手段に接続する液面位置検知手段接続部と温度測定子を有する前記冷媒温度測定手段とを備え携帯可能に構成されて複数の冷凍サイクルに逐次接続可能に構成されていると共に、レシーバタンク内に貯溜されている冷媒の体積を算出するレシーバタンク内冷媒体積算出機能と、このレシーバタンク内冷媒体積算出機能により算出された前記レシーバタンク内の冷媒の体積と前記冷媒温度測定手段により得られた冷媒温度とに基づいて現在のレシーバタンク内に貯溜されている冷媒量を算出する冷媒量算出機能とを備え、前記レシーバタンク内冷媒体積算出機能は、前記液面位置検知手段接続部を介して前記液面位置検知手段により得られた冷媒液面位置情報と、作業者が入力するレシーバタンクが横置きか縦置きか及びレシーバタンクの側面又は底面の半径並びにレシーバタンクの長さ又は高さのレシーバタンク情報とに基づいて前記レシーバタンク内に貯溜されている冷媒の体積を算出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。
前記液面位置検知手段は、前記レシーバタンク内または該レシーバタンクと連通路を介して並設されると共に、貯溜される冷媒の液面が前記レシーバタンク内の冷媒の液面と同レベルで液面変動するように構成されている第二冷媒貯溜部内に設けられる磁性浮遊体と、この磁性浮遊体を常時検知可能な浮遊体位置検出手段とから成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。
前記浮遊体位置検出手段は、磁歪センサであり、長さ方向を上下方向に向けた状態で前記レシーバタンクまたは前記第二冷媒貯溜部の壁部に設けられるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクルにおける冷媒漏洩検知装置。
前記冷媒量算出手段は、冷媒補充時に過充填を防止する過充填防止機能が備え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。
前記冷媒量算出手段は、作業者が漏洩の有無を知得し得る漏洩情報知得部が設けられており、この漏洩情報知得部は、現在のレシーバタンク内の冷媒量と、前記冷凍サイクルに冷媒の漏洩が発生していないと判断できる状態時に測定して得られたレシーバタンク内の冷媒量である基準冷媒量とを表示する、または、これらの差を表示する、若しくは、現在の冷凍サイクル内全体の冷媒量と、冷凍サイクルに冷媒の漏洩が発生していないと判断できる状態時に測定して得られた冷凍サイクル内全体の冷媒量である基準冷媒量とを表示する、または、これらの差を表示するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４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。