JP6755263B2 - 冷媒分析装置及び冷媒分析装置を利用して冷媒ガス内の不純物を検出する方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１５年２月２日に出願された米国仮特許出願第６２／１１０，８８７号の優先権利益に関し、これを主張し、その内容は、本明細書によりそれらの全体で本開示内へ援用される。

目下開示される実施形態は、一般に、冷媒ガス内のガス状不純物の識別及び分析のために使用される装置に関し、より詳細には、冷媒分析装置、及びその使用方法に関する。

塩化メチル（Ｒ４０）のような、偽造冷媒は、冷却システムで発見されている。Ｒ４０は、毒性があり、可燃性であり、アルミニウムと反応する。アルミニウムとＲ４０の反応生成物は、空気の存在で自然発火することが可能である、トリメチルアルミニウムとして識別されている。したがって、偽造冷媒、すなわちＲ４０の検出を支援する装置が必要である。

１つの態様で、冷媒分析装置を提供する。この冷媒分析装置は、濾過装置へ動作可能に結合されるポンプを含む。濾過装置は、温度／湿度調節器へ動作可能に結合され、この温度／湿度調節器は、電気化学センサへ動作可能に結合される。

電気化学センサは、検知極、及び対極間に配置される固体高分子電解質（ＳＰＥ）からなる膜電極接合体（ＭＥＡ）を含む。集電体／ガス拡散媒体は、電極へ取り付けられ、回路へ接続され、この回路は、測定及び／または制御装置を含む。ハウジングは、それを通して流れる冷媒用の開口部を含む。１つの実施形態で、電気化学センサはさらに、密封チャンバを含み、ガス透過膜により対極との接触から隔離されることが可能である、塩類または酸性水溶液のような液体材料も含む。液体材料は、密封チャンバ内の湿度値を調節するように構成される。１つの実施形態で、この湿度値は、約６０％以下の相対湿度である。

１つの態様で、冷媒内の不純物を検出する方法を提供する。この方法は、初期化時間に検知チャンバを通して調和された空気を循環させ初期出力値を取得するステップを含む。実施形態で、初期化時間は、約５分以上である。方法はさらに、初期出力値が所定の初期限界値未満で安定するかどうかを判定するステップを含む。１つの実施形態で、所定の初期限界値は、約４μＡ／ｃｍ^２以下である。

１つの実施形態で、方法はさらに、基準時間に検知チャンバを通して第一媒体を循環させ、基準値を取得するステップを含む。実施形態で、第一媒体は、乾燥ガスを含む。１つの実施形態で、基準時間は、約３分以下である。

代替の実施形態で、方法はさらに、基準値が初期出力値以下であるかどうかを判定するステップを含む。実施形態で、基準値が初期出力値を超えると判定する場合に、この方法は、基準値が増加しているかどうかを判定するように進む。基準値が増加している場合に、方法は、電気機械式センサが正常に運転できる状態まで戻して終了する。

基準値が初期出力値未満である、または基準値が初期出力値を超えるが安定している場合に、方法は、検知時間に検知チャンバを通して冷媒を循環させるステップに進む。実施形態で、検知時間は、約３分以下である。

方法はさらに、検知された出力値を測定するように制御装置を動作させるステップを含む。１つの実施形態で、検知された出力値は、電流密度値を含む。

方法はさらに、検知された出力値に基づき冷媒内で少なくとも１つの汚染物質の測定濃度を判定するように制御装置を動作させるステップを含む。１つの実施形態で、測定濃度は、検知された出力値、及び初期出力値間の変換された差を含む。別の実施形態で、測定濃度は、検知された出力値、及び基準値間の変換された差を含む。

１つの実施形態で、方法は、少なくとも１つの汚染物質の存在を示す信号を生成するように制御装置を動作させるステップを含む。実施形態で、少なくとも１つの汚染物質は、塩化メチルを含む。１つの実施形態で、塩化メチルの存在は、検査された冷媒の約０．５％以上の測定濃度を有する。１つの実施形態で、この信号は、オーディオ信号、及びビジュアル信号からなる群から選択される。

本明細書に含まれる、実施形態ならびに他の特徴、利点及び開示、ならびにそれらを達成する方式は、明らかになるであろうし、本開示は、添付の図面と併せて行われる本開示のさまざまな例示的な実施形態の以下の説明への参照によりより良く理解されるであろう。

本開示の実施形態により、冷媒内の不純物を検出するシステムの概略図示す。 本開示の実施形態により、冷媒分析装置の概略図を示す。 本開示の実施形態により、冷媒分析装置の概略図を示す。 本開示の実施形態により、電気化学センサの概略図を示す。 本開示の実施形態により、電気化学センサの概略図を示す。 本開示の実施形態により、冷媒内の不純物を検出する方法の概略的な流れ図を示す。

本開示の原理の理解を促進する目的のために、ここで図面内に示された実施形態を参照し、特定の用語は、同一のものを説明するために使用されることになる。しかし、それによって本開示の範囲が限定されるものではないことが理解されるであろう。

図１は、冷媒内の不純物、すなわち塩化メチルを検出するシステムの実施形態を示し、このシステムは、一般的に１０で示される。システム１０は、冷媒容器１４へ動作可能に結合される冷媒分析装置１２を含み、その中に貯蔵された冷媒を分析する。１つの実施形態で、冷媒分析装置１２はさらに、第一媒体容器１６へ結合される。１つの実施形態で、第一媒体は、乾燥ガス、たとえば、２、３の非限定的な例を挙げると、空気、窒素、または１，１，１，２−テトラフルオロエタン（すなわち、Ｒ−１３４ａ）を含む。

図２Ａ及び２Ｂは、冷媒分析装置１２の実施形態を示す。冷媒分析装置１２は、濾過装置２０へ動作可能に結合される、ポンプ１８、たとえば、空気ポンプを含む。濾過装置２０は、温度／湿度調節器２２へ動作可能に結合され、この温度／湿度調節器２２は、バルブ２６を介して電気化学センサ２４へ動作可能に結合される。１つの実施形態で、図２Ｂで示されるように、温度／湿度調節器２２はさらに、バルブ３０へ結合される。ポンプ１８は、濾過装置２０を通して、温度／湿度調節器２２内へ周囲空気を循環させるように構成される。濾過装置２０は、ポンプ１８から受容する空気から粒子及びガス種を除去するように構成される。温度／湿度調節器２２は、バルブ２６を通して電気化学センサ２４へ供給される濾過された空気の湿度値を調節するように構成される。

図３Ａ〜３Ｂは、冷媒分析装置１２内に含まれる電気化学センサ２４の実施形態を示す。示される実施形態で、電気化学センサ２４は、検知極３４、及び対極３６間に配置される、固体高分子電解質（ＳＰＥ）（すなわち、イオン導電性高分子、またはイオン導電性高分子浸透多孔質基質）３２からなる膜電極接合体（ＭＥＡ）を含む。集電体／ガス拡散媒体３８及び４０は、電極へ取り付けられ、回路４２へ接続され、回路は、測定及び／または制御装置４４を含む。いくつかの実施形態で、任意選択の参照電極（図示せず）は、ＳＰＥ３２と接触していて、測定及び／または制御装置４４へ電気接続され、検知極３４、及び／または対極３６の電位を監視することができる。ハウジング４６は、それを流通する冷媒用の開口部４８及び５０を含む。ＭＥＡの縁部は、ほんの１つの非限定的な例を挙げると、ゴムなどの密封材料から形成されるシール５２に対して密封される。シール５２は、当該技術分野で既知の他の技術（たとえば、ハウジングの縁部へ密封されるフレーム（図示せず）内に電気化学センサ２４を配置する）を使用することが可能であるが、検査ガス及び参照ガスをＭＥＡの対向側部に維持することを確実にする。集電体３８、４０は、多孔質導電性メッシュまたはフェルトから形成されることが可能であり、厚さを伴い描写されるため、それらは、検査される冷媒及び参照ガス（すなわち、空気）が電極３４、３６の表面に到達することを可能にする、ガス拡散媒体として機能することも可能である。検知極３４及び対極３６と関連する集電体／ガス拡散媒体３８及び４０は、それぞれ、ほんの２、３の非限定的な例を挙げると、黒鉛質炭素、チタン、またはステンレス鋼などの耐酸化材料から形成されることが可能である。測定及び／または制御装置４４は、電圧計、またはアンペア・メータであることが可能であるが、いくつかの実施形態で、統合電圧及び／またはアンペア数測定機能を含み、電気化学センサ２４の動作中に検知極３４及び対極３６間に電圧バイアスを印加することも可能である、定電位回路、マイクロプロセッサ、電子制御部（ＥＣＵ）、または同様の電子機器を含むことができる。１つの実施形態で、電気化学センサ２４はさらに、密封チャンバ５４を含み、ガス透過膜５８により対極３６との接触から隔離されることが可能である、塩類または酸性水溶液５６などの液体材料も含む。液体材料は、密封チャンバ５６内の湿度値を調節するように構成される。１つの実施形態で、湿度値は、約６０％以下の相対湿度である。図３Ｂで示されるように、また電気化学センサ２４は、検知極３４上に流れ場を提供する流路６２及びリブ６２’を含むエンドプレート６０を含むことができる。接合体の縁部周囲に電気的な接触及び密封を維持するように、流路６２のリブ６２’を接合体に押し付ける。図示された電気化学センサ２４は、空気が対極３６に接触することを可能にするように対極３６と関連する開口部を含む流路の詳細を描写しないが、電気化学センサ２４がこのような方式で構成されることができることが理解されるであろう。

図４は、システム１０を利用することで冷媒内の不純物、すなわち、塩化メチルを検出するための、全体として１００で示される、方法の概略的な流れ図を示す。方法１００は、初期化時間に検知チャンバを通して調和された空気を循環させ、初期出力値を取得するステップ１０２を備える。１つの実施形態で、初期化時間は、約５分以上である。他の実施形態で、初期化時間が約５分未満であってもよいことが理解されるであろう。さらに、初期化時間を周囲温度及び湿度条件により変更することができることが理解されるであろう。たとえば、図２Ａ及び３Ａを参照して、周囲空気は、濾過装置２０を通してポンプ１８から、温度／湿度調節器２２内へ向けられる。調節された空気は、調節された空気が検知極３４と関連する集電体／ガス拡散媒体３８と接触する、開口部４８、５０内へ、これらを通してバルブ２６を介して流れる。

方法１００はさらに、初期出力値が所定の初期限界値未満で安定するかどうかを判定するステップ１０４を備える。１つの実施形態で、所定の初期限界値は、約４μＡ／ｃｍ^２以下である。たとえば、引き続き図２Ａ及び３Ａを参照して、調節された空気が検知極３４上を流れるときに、制御装置４４は、検知極、及び対極３６間の電流を検出する。初期出力値が所定の範囲内に残ることが不可能である場合に、それは、電気化学センサ２４に関する障害がある可能性がある、及び／または空気が活性汚染物質（複数可）を含む可能性があることを示す。結果として、方法１００は、電気機械式センサ２４を正常に運転できる状態まで戻して終了する。電気機械式センサ２４に関する障害を示す信号を生成することができることが理解されるであろう。安定して低い初期出力値は、電気化学センサ２４が周囲空気汚染物質からの干渉を受けずに正常に動作していることを示す。

１つの実施形態で、方法はさらに、基準時間に検知チャンバを通して第一媒体を循環させ、基準値を取得するステップ１０６を備える。１つの実施形態で、第一媒体は、乾燥ガスを含む。たとえば、乾燥ガスは、２、３の非限定的な例を挙げると、乾燥空気、窒素、または１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）を含むことができる。１つの実施形態で、基準時間は、約３分以下である。他の実施形態で、基準時間が約３分を超えることができることが理解されるであろう。１つの実施形態で、基準値は、電流密度値を含む。たとえば、引き続き図２Ａ及び３Ａを参照して、第一媒体容器１６からのＲ−１３４ａは、バルブ２６を通して、及び開口部４８、５０を通して循環することができ、Ｒ−１３４ａは、検知極３４と関連する集電体／ガス拡散媒体３８と接触するため、基準値を取得することができる。

１つの実施形態で、方法１００はさらに、基準値がステップ１０２からの初期出力値以下であるかどうかを判定するステップ１０８を備える。たとえば、選択されている第一媒体に依存して、制御装置４４は、検知極３４、及び調節された対極３６上を流れる第一媒体の電気化学反応から電流密度を測定し、選択された第一媒体が媒体のタイプについて既知の電流密度仕様内にあるかどうかを判定する。

１つの実施形態で、基準値が初期出力値を超えると判定する場合に、方法は、基準値が増加しているかどうかを判定するステップ１１０に進む。基準値が増加している場合に、方法１００は、電気機械式センサ２４を正常に運転できる状態まで戻して終了する。電気機械式センサ２４に関する障害を示す信号を生成することができることが理解されるであろう。基準値が初期出力値未満である、または基準値が初期出力値を超えるが安定している場合に、方法は、ステップ１１４に進む。

方法１００はさらに、検知時間に検知チャンバを通して冷媒を循環させるステップ１１４を備える。１つの実施形態で、検知時間は、約３分以下である。他の実施形態で、検知時間が約３分を超えることができることが理解されるであろう。たとえば、引き続き図２Ａ及び３Ａを参照して、基準値が基準限界値内にあると判定した後に、バルブ２６は、冷媒容器１４からの冷媒が開口部４８、５０を流通することを可能にするように動作する。

方法１００はさらに、検知された出力値を測定するように制御装置４４を動作させるステップ１１６を備える。１つの実施形態で、検知された出力値は、電流密度値を含む。たとえば、引き続き図２Ａ及び３Ａを参照して、冷媒が検知チャンバを流通する場合に、制御装置４４は、対極３６に関連する検知極３４で電圧または電流を測定する。

方法１００はさらに、検知された出力値に基づき冷媒内の少なくとも１つの汚染物質の測定濃度を判定するように制御装置４４を動作させるステップ１１８を備える。１つの実施形態で、測定濃度は、検知された出力値、及び初期出力値間の変換された差を含む。別の実施形態で、測定濃度は、検知された出力値、及び基準値間の変換された差を含む。たとえば、制御装置４４がステップ１１６から検知された出力値を測定した後に、制御装置２４は、ステップ１０２からの初期出力値から、またはステップ１０６で取得される基準値から検知された出力値を減算し、検査される冷媒内の汚染物質（複数可）の濃度を判定する。

１つの実施形態で、方法は、少なくとも１つの汚染物質の存在を示す信号を生成するように制御装置４４を動作させるステップ１２０を備える。１つの実施形態で、少なくとも１つの汚染物質は、塩化メチルを含む。少なくとも１つの汚染物質が存在しないことを示す信号も生成するように制御装置４４が動作することができることが理解されるであろう。１つの実施形態で、塩化メチルの存在は、検査される冷媒の約０．５％以上の測定濃度を有する。１つの実施形態で、オーディオ及びビジュアル信号からなる群から信号を選択する。たとえば、制御装置４４が約０．５％未満の塩化メチルの測定濃度を計算する場合に、制御装置４４は、塩化メチルが冷媒内に存在しないことを示すオーディオまたはビジュアル信号を送信することができる。制御装置４４が約０．５％超の塩化メチルの測定濃度を計算する場合に、制御装置は、２、３の非限定的な例を挙げると、オーディオ信号、たとえば、ブザー、またはビジュアル信号、たとえば、ＬＥＤの点灯、もしくは数値測定濃度の表示のうちのいずれか一方、または両方を生成することができる。

したがって、本実施形態が十分な検出限界値内で、ならびに他のハイドロクロロフルオロカーボン及びハイドロフルオロカーボンへ交差感受性なしでの両方で、少なくとも１つの汚染物質、たとえば、塩化メチルの濃度を検出することが可能である電気化学センサ２４を含む冷媒分析装置１２を含むことが理解されるであろう。

本発明は、図面及び前述の説明で詳細に図示され、記述されているが、同一のものは、特性で例示的であり、限定的ではないとみなされ、特定の実施形態のみを示し、記述していて、本発明の趣旨内に入るすべての変形形態及び修正形態を保護することが望ましいことが理解されるであろう。

１０ システム
１２ 冷媒分析装置
１４ 冷媒容器
１６ 第一媒体容器
１８ ポンプ
２０ 濾過装置
２２ 温度／湿度調節器
２４ 電気化学センサ
２６ バルブ
３０ バルブ
３２ 固体高分子電解質
３４ 検知極
３６ 対極
３８ 集電体
４０ 集電体
４２ 回路
４４ 制御装置
４６ ハウジング
４８ 開口部
５０ 開口部
５２ シール
５４ 密封チャンバ
５６ 密封チャンバ
５８ ガス透過膜
６０ エンドプレート
６２ 流路
６２’ リブ

Claims (22)

1. 冷媒分析装置を利用して冷媒ガス内の不純物を検出する方法であって、前記冷媒分析装置は、制御装置へ動作可能に結合される電気化学センサを含み、前記電気化学センサは、雰囲気調節チャンバ内に配置される対極、及び検知チャンバ内に配置される検知極を含み、
   （ａ）初期化時間に前記検知チャンバを通して調和された空気を循環させ初期出力値を得て、
   （ｂ）前記初期出力値が所定の初期限界値未満で安定するかどうかを判定し、
   （ｃ）検知時間に前記検知チャンバを通して冷媒ガスを循環させ、
   （ｄ）検知された出力値を測定するように前記制御装置を動作させ、
   （ｅ）前記検知された出力値に基づき前記冷媒ガス内の少なくとも１つの不純物の測定濃度を判定するように前記制御装置を動作させる、
   ステップを備える、前記方法。
2. 前記所定の初期限界値は、約４μＡ／ｃｍ^２以下である、請求項１に記載の前記方法。
3. ステップ（ｂ）後で、ステップ（ｃ）前に、基準時間に前記検知チャンバを通して第一媒体を循環させ、基準値を取得することをさらに備え、前記第一媒体が乾燥ガスである、請求項１に記載の前記方法。
4. 前記基準値が前記初期出力値以下であるかどうかを判定し、
   前記基準値が前記初期出力値より大きい場合に、前記基準値が増加しているかどうかを判定する、
   ことをさらに備える、請求項３に記載の前記方法。
5. ステップ（ｅ）は、前記冷媒ガス内の不純物の存在を示す信号を生成するように前記制御装置を動作させることをさらに備える、請求項１に記載の前記方法。
6. 前記初期化時間は、約５分以上である、請求項１に記載の前記方法。
7. 前記不純物は、塩化メチルを含む、請求項５に記載の前記方法。
8. 前記塩化メチルの存在は、検査された前記冷媒ガスの約０．５％以上の測定濃度を有する、請求項７に記載の前記方法。
9. 前記信号は、オーディオ信号、及びビジュアル信号からなる群から選択される、請求項５に記載の前記方法。
10. 前記基準時間は、約３分以下である、請求項３に記載の前記方法。
11. 前記検知時間は、約３分以下である、請求項１に記載の前記方法。
12. 前記測定濃度は、前記検知された出力値、及び前記基準値間の差を有する、請求項３に記載の前記方法。
13. 前記測定濃度は、前記検知された出力値、及び前記初期出力値間の差を有する、請求項１に記載の前記方法。
14. 冷媒ガス内の不純物を検知する冷媒分析装置であって、
    ポンプ、
    前記ポンプへ動作可能に結合される濾過装置、
    電気化学センサ、
    前記電気化学センサへ動作可能に結合される制御装置、ならびに
    前記電気化学センサ、及び前記濾過装置へ動作可能に結合される温度／湿度調節器、
    を備え、
    前記ポンプは、調和された空気を循環させるように構成され、
    前記電気化学センサは、冷媒ガスがそれを流通し、検知された出力値を確立することを可能にするように構成され、
    前記制御装置は、前記調和された空気の初期出力値を測定し、前記冷媒ガスの前記検知された出力値を測定し、前記検知された出力値に基づき前記冷媒ガス内の少なくとも１つの不純物の測定濃度を判定するように構成され、
    前記温度／湿度調節器は、湿度値を調節するように構成される、
    前記冷媒分析装置。
15. 前記電気化学センサは、第一媒体がそれを流通し、基準値を確立することを可能にするようにさらに構成され、前記第一媒体が乾燥ガスである、請求項１４に記載の前記冷媒分析装置。
16. 前記測定濃度は、前記検知された値、及び前記初期出力値間の差を有する、請求項１４に記載の前記冷媒分析装置。
17. 前記測定濃度は、前記検知された出力値、及び前記基準値間の差を有する、請求項１５に記載の前記冷媒分析装置。
18. 前記制御装置は、前記基準値が前記初期出力値以下であるかどうかを判定するようにさらに構成される、請求項１５に記載の前記冷媒分析装置。
19. 前記制御装置は、冷媒ガス内の前記少なくとも１つの不純物の存在を示す信号を生成するようにさらに構成される、請求項１４に記載の前記冷媒分析装置。
20. 前記少なくとも１つの不純物は、塩化メチルを含む、請求項１９に記載の前記冷媒分析装置。
21. 前記塩化メチルの存在は、検査された前記冷媒ガスの約０．５％以上である測定濃度を有する、請求項２０に記載の前記冷媒分析装置。
22. 前記湿度値は、約６０％以下の相対湿度である、請求項１４に記載の前記冷媒分析装置。

Images