JP6911441B2 - 環境監視装置 - Google Patents

Description

この発明は、環境監視装置に関するものである。

環境監視装置として、室外機と室内機とを有し、これら室外機と室内機間を配管接続し、冷媒に可燃性冷媒を用いたヒートポンプシステムにおいて、室外機の内部に冷媒の漏洩を検出するガスセンサを設けたものが知られている。また、ガスセンサとして半導体式ガスセンサを用いることで低濃度のガス検知が可能であることも知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１１５９３９号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような環境監視装置において、ガスセンサとして半導体式ガスセンサを用いた場合、特許文献１にも記載されているように、冷媒を検知可能な状態にするために金属酸化物（感ガス材料）を予熱する必要がある。このため、センサが冷媒を検知可能な状態を長時間にわたって継続すると、高温に加熱され続けた感ガス材料が酸化又はシリコン等の雑ガスによって変質し、センサとしての精度、信頼性が低下してしまう可能性がある。そして、このためにセンサの寿命が短くなり、センサの交換頻度が高くなってしまう。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、冷媒を検知可能な状態にするためにセンサに電力を供給することが必要なセンサを用いた環境監視装置において、冷媒漏洩発生の検知精度を維持しつつセンサの長寿命化を図ることができる環境監視装置を得ることにある。

この発明に係る環境監視装置は、ガルバニ電池式の酸素センサを有し、冷媒を検知可能な第１のセンサ部と、センサ駆動電力が供給されると冷媒を検知可能な状態になる第２のセンサ部と、センサ駆動電力を前記第２のセンサ部に供給する電力供給部と、前記第２のセンサ部の検出結果に基づいて、冷媒漏洩の発生を検知する漏洩検知部と、を備え、前記電力供給部は、空気調和装置のリモコンに設けられるとともに、前記第１のセンサ部の検出結果に基づいて、前記リモコンに電力を供給するリモコン電源線から供給される電力をもとにして、センサ駆動電力を前記第２のセンサ部に供給する。

この発明に係る環境監視装置においては、冷媒を検知可能な状態にするためにセンサに電力を供給することが必要なセンサを用いたものであって、冷媒漏洩発生の検知精度を維持しつつセンサの長寿命化を図ることができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る環境監視装置が設置された室の構成の一例を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る環境監視装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る環境監視装置が設置された室の構成の別例を模式的に示す断面図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

実施の形態１．
図１から図３は、この発明の実施の形態１に係るもので、図１は環境監視装置が設置された室の構成の一例を模式的に示す断面図、図２は環境監視装置の構成を示すブロック図、図３は環境監視装置が設置された室の構成の別例を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、この発明の実施の形態１に係る環境監視装置が設置される室１０には、空気調和装置の室外機２０及び室内機３０が設置されている。環境監視装置は、室１０の内部空間の環境を監視対象にしている。また、空気調和装置は、室１０の内部空間を空気調和の対象にしている。室外機２０は、室１０の外側に設置される。室内機３０は、室１０の内側に設置される。図１に示す例では、室内機３０は、室１０の内壁の上方寄りの位置に固定されている。

室外機２０は、室外機熱交換器２１と、室外機ファン２２及び図示しない圧縮機を備えている。室内機３０は、室内機熱交換器３１及び室内機ファン３２を備えている。室内機３０と室外機２０とは冷媒配管４０で接続されている。冷媒配管４０は、室内機熱交換器３１と室外機熱交換器２１との間で循環して設けられている。冷媒配管４０内には冷媒が封入されている。

冷媒配管４０内に封入される冷媒は、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の小さいものを用いることが地球環境保護上の観点からいって望ましい。また、冷媒配管４０内に封入される冷媒は、可燃性のガスである。この冷媒は空気よりも平均分子量が大きく、すなわち、大気圧下等の一定の圧力下での密度が空気よりも大きく、空気中では重力方向の下方へと沈んでいく性質を持っている。

このような冷媒として、具体的に例えば、ジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２：Ｒ３２）、テトラフルオロプロパン（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２：ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）、プロパン（Ｒ２９０）、プロピレン（Ｒ１２７０）、エタン（Ｒ１７０）、ブタン（Ｒ６００）、イソブタン（Ｒ６００ａ）、１．１．１．２−テトラフルオロエタン（Ｃ２Ｈ２Ｆ４：Ｒ１３４ａ）、ペンタフルオロエタン（Ｃ２ＨＦ５：Ｒ１２５）、１．３．３．３−テトラフルオロ−１−プロペン（ＣＦ３−ＣＨ＝ＣＨＦ：ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）等の中から選ばれる１つ以上の冷媒からなる（混合）冷媒を用いることができる。

室外機２０の圧縮機は、室内機熱交換器３１と室外機熱交換器２１との間における冷媒の循環経路の一側に設けられている。圧縮機は、供給された冷媒を圧縮して当該冷媒の圧力及び温度を高める機器である。なお、ここでは図示を省略しているが、同循環経路の他側には膨張弁が設けられている。膨張弁は、流入した冷媒を膨張させ、当該冷媒の圧力を低下させる。そして、冷媒配管４０により形成された冷媒の循環経路と、当該循環経路上に冷媒配管４０により接続された、室内機熱交換器３１、室外機熱交換器２１、四方弁、圧縮機及び膨張弁により、冷凍サイクル（冷媒回路）が構成されている。

このようにして構成された冷凍サイクルは、室内機熱交換器３１及び室外機熱交換器２１のそれぞれにおいて冷媒と空気の間で熱交換を行うことにより、室内機３０と室外機２０との間で熱を移動させるヒートポンプとして働く。この際、四方弁を切り換えることにより、冷凍サイクルにおける冷媒の循環方向を反転させて冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる。

室１０の内壁には、空気調和装置のリモコン５０（リモートコントローラ）が設置されている。リモコン５０は、例えば、室内機３０よりも重力方向の下方に配置されている。リモコン５０の前面には、図示しない表示部が設けられている。リモコン５０の表示部は、例えばタッチパネル等を備えている。使用者は、リモコン５０の表示部のタッチパネルに表示されたボタン等を操作することにより、空気調和装置の電源のＯＮ／ＯＦＦ、風向、風量等の設定等を行うことができる。また、リモコン５０の表示部には、空気調和装置の運転状況等の各種の情報が使用者に対し表示される。

リモコン５０の表示部を駆動するための電力は、空気調和装置の例えば室内機３０から供給される。このため、リモコン５０と室内機３０との間には、リモコン電源線６２が敷設されている。また、室外機２０と室内機３０との間には、空気調和装置電源線６１が敷設されている。室外機２０と室内機３０とでは、空気調和装置電源線６１を介して電力を送ることができる。

室外機２０と室内機３０との間の冷媒配管４０には、弁４１が設けられている。弁４１は例えば電磁弁である。弁４１の駆動に必要な電力は、例えば空気調和装置電源線６１から供給される。この弁４１を閉じることで、冷媒配管４０内の冷媒の流れを止めることができる。

この発明の実施の形態１に係る環境監視装置は、第１のセンサ部１１０及び第２のセンサ部１２０の２つのセンサ部を備えている。これらの２つのセンサ部は、いずれも冷媒を検知するためのものである。この実施の形態１においては、第１のセンサ部１１０は、第２のセンサ部１２０よりも、重力方向の下方に配置されている。

図１に示す例では、第１のセンサ部１１０とリモコン５０とは、第１の信号線１１１で接続されている。また、第２のセンサ部１２０とリモコン５０とは、第２の信号線１２１で接続されている。さらに、第２のセンサ部１２０とリモコン５０の間には、センサ電源線１２２が敷設されている。

第１のセンサ部１１０は、電力の供給を受けずに冷媒を検知可能である。具体的に例えば、第１のセンサ部１１０は、ガルバニ電池式の酸素センサを備えている。ガルバニ電池式の酸素センサは、空気中の酸素濃度を検出する。ガルバニ電池式の酸素センサは、電極及び電解液を有する。そして、ガルバニ電池式の酸素センサは、空気中の酸素濃度に応じて検出信号を出力する。

ここで、酸素濃度の低下分は流入ガスによるものであると考えれば、酸素センサから出力される検出信号は、流入ガスの濃度に応じたものである。そして、この流入ガスが冷媒であるとすれば、酸素センサから出力される検出信号は、冷媒の濃度に応じたものでもある。したがって、第１のセンサ部１１０は、検出した冷媒濃度に応じて検出信号を出力する。

このようにして、第１のセンサ部１１０は、冷媒配管４０に封入されたものと同種の冷媒の濃度に応じた検出信号を出力する。そして、第１のセンサ部１１０が出力した検出信号は、第１の信号線１１１を介してリモコン５０に入力される。

第２のセンサ部１２０は、センサ駆動電力が供給されると冷媒を検知可能な状態になる。具体的に例えば、第２のセンサ部１２０は、半導体式の冷媒センサを備えている。半導体式の冷媒センサは、例えばアルミナ等の絶縁基板上に設けられた酸化スズ等の感ガス材料を備えている。また、半導体式の冷媒センサは、絶縁基板の下面に設けられたヒータをさらに備えている。これらの感ガス材料及びヒータは、第２のセンサ部１２０の図示しないセンサケース内に収納されている。第２のセンサ部１２０が冷媒を検知可能な状態にするためには、ヒータに通電して感ガス材料を３００℃〜４５０℃に加熱する必要がある。

次に、図２も参照しながら、この実施の形態１に係る環境監視装置の構成について説明を続ける。同図に示すように、この実施の形態１に係る環境監視装置においては、リモコン５０に電力供給部１３０及び漏洩検知部１４０が備えられている。

電力供給部１３０は、第２のセンサ部１２０のヒータに通電する電力を供給するためのものである。電力供給部１３０と第２のセンサ部１２０とは、センサ電源線１２２により電気的に接続されている。電力供給部１３０からセンサ電源線１２２を通じて第２のセンサ部１２０に供給された電力は、第２のセンサ部１２０のヒータに通電される。ヒータに通電されると、第２のセンサ部１２０の感ガス材料が加熱され、第２のセンサ部１２０が冷媒を検知可能な状態になる。

このように、電力供給部１３０は、センサ駆動電力を第２のセンサ部１２０に供給する。そして、第２のセンサ部１２０は、電力供給部１３０からセンサ駆動電力が供給されると冷媒を検知可能な状態になる。第２のセンサ部１２０は、センサ駆動電力の供給が停止されている間は、検出信号を出力しない。一方、第２のセンサ部１２０は、電力供給部１３０からセンサ駆動電力が供給されている間、冷媒配管４０に封入されたものと同種の冷媒の濃度に応じた検出信号を出力する。第２のセンサ部１２０が出力した検出信号は、第２の信号線１２１を介してリモコン５０に入力される。

電力供給部１３０は、第１のセンサ部１１０の検出結果に基づいて、センサ駆動電力を第２のセンサ部１２０に供給する。第１のセンサ部１１０の検出結果とは、ここでは、第１の信号線１１１を介して入力される第１のセンサ部１１０からの検出信号のことである。具体的には、電力供給部１３０は、通常時において、第２のセンサ部１２０へのセンサ駆動電力の供給を停止している。そして、電力供給部１３０は、第１のセンサ部１１０が検出した冷媒濃度が第１の基準値以上の場合に、センサ駆動電力の第２のセンサ部１２０への供給を開始する。第１の基準値は、予め設定された値である。

なお、ここで説明する実施の形態１においては、電力供給部１３０は空気調和装置のリモコン５０に内蔵されている。そして、リモコン５０は、リモコン電源線６２を介して、室内機３０から電力供給を受けることができる。そこで、電力供給部１３０は、リモコン電源線６２を介して供給される電力をもとにして、第２のセンサ部１２０にセンサ駆動電力を供給するようにするとよい。この場合、室内機３０からは、表示部を駆動するための電力とともにセンサ駆動電力がリモコン電源線６２を介して供給される。

漏洩検知部１４０は、第２のセンサ部１２０の検出結果に基づいて、室１０の内部空間における冷媒漏洩の発生を検知する。第２のセンサ部１２０の検出結果とは、ここでは、第２の信号線１２１を介して入力される第２のセンサ部１２０からの検出信号のことである。具体的には、漏洩検知部１４０は、第２のセンサ部１２０が検出した冷媒濃度が第２の基準値以上の場合に、冷媒漏洩の発生を検知する。第２の基準値は、予め設定された値である。

以上のように構成された環境監視装置の動作例について、次に説明する。例えば振動による折損又は腐食等により冷媒配管４０から冷媒が漏洩した場合、冷媒の漏洩箇所が室内機３０の筐体内であれば、冷媒配管４０内の冷媒が、まず、室内機３０の筐体内に放出される。そして、漏洩冷媒は、室内機３０の吸込口又は吹出口等の開口を通って室１０の室内空間に漏洩する。

この際、前述のように冷媒は空気より重いので、室１０の室内空間に漏洩した冷媒は、重力方向の下方に落下して室１０の床面に滞留する。したがって、室１０の空間内には、重力方向の下側（すなわち床面に近い）ほど冷媒濃度が高く、重力方向の上側（すなわち床面から遠い）ほど冷媒濃度が低くなるという勾配のある冷媒濃度分布が形成される。

そして、第１のセンサ部１１０の周囲の冷媒濃度が第１の基準値以上になると、第１のセンサ部１１０がこれを検出し、電力供給部１３０がセンサ駆動電力の第２のセンサ部１２０への供給を開始する。第２のセンサ部１２０はセンサ駆動電力の供給を受けて、冷媒濃度の検出が可能な状態となる。

この時点で既に第２のセンサ部１２０の周囲の冷媒濃度が第２の基準値以上になっていれば、第２のセンサ部１２０がこれを検出し、漏洩検知部１４０が冷媒漏洩の発生を検知する。また、第２のセンサ部１２０へのセンサ駆動電力の供給開始時に第２のセンサ部１２０の周囲の冷媒濃度が第２の基準値以上でなくとも、その後に、第２のセンサ部１２０の周囲の冷媒濃度が第２の基準値以上になれば、その時に第２のセンサ部１２０がこれを検出し、漏洩検知部１４０が冷媒漏洩の発生を検知する。

一般に、冷媒検知が可能な状態にするために電力供給が必要なセンサでは、電力供給が不要なセンサと比較して、低濃度での検出精度及び応答速度の一方又は両方が良好である一方で、電力を供給して冷媒検知が可能な状態にしていると、センサの感ガス素子等が劣化していく。また、常時センサ駆動電力を供給することで消費電力量が増加する。

例えば、前述したように第２のセンサ部１２０に半導体式センサを用いた場合、冷媒を検知可能な状態にするためにヒータで感ガス材料を３００℃〜４５０℃に加熱する必要がある。このため、第２のセンサ部１２０が冷媒を検知可能な状態を長時間にわたって継続すると、高温に加熱され続けた感ガス材料が酸化又はシリコン等の雑ガスによって変質し、センサとしての精度、信頼性が低下してしまう可能性がある。そして、このために第２のセンサ部１２０の寿命が短くなり、第２のセンサ部１２０の交換頻度が高くなってしまう。

これとは逆に、電力供給がなくとも冷媒を検出可能なセンサでは、低濃度での検出精度及び応答速度の一方又は両方が劣る一方で、経年劣化しにくく長期信頼性に優れる。また、検知濃度範囲も広い。

以上のように構成された環境監視装置においては、漏洩検知部１４０は、第２のセンサ部１２０の検出結果に基づいて、冷媒漏洩発生を検知する。そして、この第２のセンサ部１２０は常時冷媒検出が可能な状態ではなく、第１のセンサ部１１０の検出結果に基づいてセンサ駆動電力が供給されて、冷媒検知が可能な状態になる。

このため、常時においては、第２のセンサ部１２０へのセンサ駆動電力の供給を停止した状態で第１のセンサ部１１０でもって冷媒濃度を監視しつつ、冷媒漏洩が発生したか否かの最終的な判定は、より精度の高い第２のセンサ部１２０の検出結果に基づいて行うことができる。したがって、消費電力量を低減し、第２のセンサ部１２０の長寿命化を図りつつも、冷媒漏洩の発生検知の精度は、第２のセンサ部１２０によるものと同等な程度を維持することができる。すなわち、冷媒漏洩発生の検知精度を維持しつつセンサの長寿命化を図ることが可能である。

ここで、前述のように、第１のセンサ部１１０は、第２のセンサ部１２０よりも、重力方向の下方に配置されている。したがって、第１のセンサ部１１０の周囲の方が第２のセンサ部１２０の周囲よりも、先に冷媒濃度が高くなる。そこで、第１の基準値は、第２の基準値より大きい値に設定するとよい。具体的な値は、第１のセンサ部１１０と第２のセンサ部１２０の位置関係にもよるが、例えば、第１の基準値を２．９体積％とし、第２の基準値を０．８体積％とする。ここで、国際標準大気における乾燥空気中には、酸素は２０．９体積％だけ含まれている。したがって、第１の基準値を冷媒濃度で２．９体積％に設定した場合とは、酸素濃度で１８．０体積％に設定した場合に相当する。

このように、対象とする冷媒が空気より重い場合に、第１のセンサ部１１０を第２のセンサ部１２０よりも重力方向の下方に配置し、第１の基準値を第２の基準値より大きい値に設定することで、一般的に使用されるスプレーガス、自動車の排気ガス等の冷媒以外のガスの影響により起こる冷媒漏洩の誤検知発生を抑制することができる。

漏洩検知部１４０が冷媒漏洩の発生を検知した場合、例えば、リモコン５０は発報を行い、使用者等に冷媒漏洩が検知された旨を知らせる。この発報は、具体的に例えば、スピーカから音を鳴らして行う。この場合、リモコン５０は、音を鳴らすための図示しないスピーカを備えている。この発報においてスピーカから発する音は、例えば、ブザー音又は音声メッセージ、もしくは、これらの組み合わせとすることが考えられる。

また、この際、スピーカから音を鳴らすと同時にランプを点灯してもよい。この場合には、リモコン５０は、光を発するための図示しないランプも備えている。このランプには、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることが考えられる。

他に例えば、漏洩検知部１４０が冷媒漏洩の発生を検知した場合、空気調和装置は弁４１を閉止するようにしてもよい。このようにすることで、漏洩冷媒量を最小限にすることができる。

さらに、漏洩検知部１４０が冷媒漏洩の発生を検知した場合、室内機３０の室内機ファン３２を動作させるようにしてもよい。このようにすることで、室１０の内部に空気流を発生させ、冷媒が滞留して濃度の大きい箇所が生じることを防止することができる。

なお、電力供給部１３０が、センサ駆動電力の第２のセンサ部１２０への供給を開始した時点で、すなわち、第１のセンサ部１１０が検出した冷媒濃度が第１の基準値以上の場合に、室内機３０の室内機ファン３２を動作させるようにしてもよい。このようにすることで、前もって室１０の内部に空気流を発生させ、冷媒濃度の大きい箇所が生じることをより早い段階で未然に防止することが可能である。

また、室１０の内部の空気を撹拌し、室１０の内部における冷媒濃度を均一化した上で、第２のセンサ部１２０で冷媒濃度を検出することができる。したがって、均一化された冷媒濃度を第２のセンサ部１２０で検出し、その検出結果に基づいて冷媒漏洩が発生したか否かを判定することができるため、室１０の内部で漏洩した冷媒の偏りが発生した場合であっても、より正確に冷媒漏洩を検知することが可能である。

以上においては、第１のセンサ部１１０及び第２のセンサ部１２０を、室１０の内部空間に配置した場合について説明したが、第１のセンサ部１１０及び第２のセンサ部１２０の設置箇所は、これに限られない。例えば、図３に示すように、第１のセンサ部１１０及び第２のセンサ部１２０を室内機３０の室内機筐体３３の内部に配置するようにしてもよい。室内機筐体３３の内部には冷媒配管４０が収容されているため、第１のセンサ部１１０及び第２のセンサ部１２０を室内機筐体３３の内部に配置することで、漏洩発生箇所が室内機筐体３３の内部の冷媒配管４０であった場合に、より早期に冷媒漏洩発生を検知することができる。

また、電力供給部１３０及び漏洩検知部１４０を設ける箇所についても、リモコン５０に限られない。同図に示すように、電力供給部１３０及び漏洩検知部１４０を、室内機３０の室内機筐体３３の内部の例えば制御装置等に設けるようにしてもよい。

さらに、第１のセンサ部１１０及び第２のセンサ部１２０は、冷媒漏洩の発生する可能性のある他の箇所、例えば、室外機２０の筐体内等に配置されてもよい。

また、以上においては、リモコン５０の表示部及び電力供給部１３０に対して、リモコン電源線６２を介して空気調和装置から電力を供給する構成例について説明したが、リモコン５０の表示部及び電力供給部１３０に対する電力の供給元はこれに限られない。具体的に例えば、リモコン５０に電池を内蔵したり、商用電源のコンセントから電力供給を受けたりするようにしてもよい。

なお、以上においては、この発明に係る環境監視装置が適用される冷凍サイクル装置は空気調和装置である場合の例について説明した。しかし、この発明に係る環境監視装置が適用される冷凍サイクル装置は空気調和装置に限られない。封入された冷媒を用いる冷凍サイクルを備えた装置であれば適用することができ、他に例えば、給湯器、ショーケース、あるいは冷蔵庫等であってもよい。

１０ 室
２０ 室外機
２１ 室外機熱交換器
２２ 室外機ファン
３０ 室内機
３１ 室内機熱交換器
３２ 室内機ファン
３３ 室内機筐体
４０ 冷媒配管
４１ 弁
５０ リモコン
６１ 空気調和装置電源線
６２ リモコン電源線
１００ 環境監視装置本体
１１０ 第１のセンサ部
１１１ 第１の信号線
１２０ 第２のセンサ部
１２１ 第２の信号線
１２２ センサ電源線
１３０ 電力供給部
１４０ 漏洩検知部

Claims (6)

1. ガルバニ電池式の酸素センサを有し、冷媒を検知可能な第１のセンサ部と、
   センサ駆動電力が供給されると冷媒を検知可能な状態になる第２のセンサ部と、
   センサ駆動電力を前記第２のセンサ部に供給する電力供給部と、
   前記第２のセンサ部の検出結果に基づいて、冷媒漏洩の発生を検知する漏洩検知部と、を備え、
   前記電力供給部は、空気調和装置のリモコンに設けられるとともに、前記第１のセンサ部の検出結果に基づいて、前記リモコンに電力を供給するリモコン電源線から供給される電力をもとにして、センサ駆動電力を前記第２のセンサ部に供給する環境監視装置。
2. 前記電力供給部は、前記第１のセンサ部が検出した冷媒濃度が予め設定された第１の基準値以上の場合に、センサ駆動電力の前記第２のセンサ部への供給を開始し、
   前記漏洩検知部は、前記第２のセンサ部が検出した冷媒濃度が予め設定された第２の基準値以上の場合に、冷媒漏洩の発生を検知する請求項１に記載の環境監視装置。
3. 前記冷媒は、空気よりも密度が大きく、
   前記第１のセンサ部は、前記第２のセンサ部より重力方向の下方に配置される請求項２に記載の環境監視装置。
4. 前記第１の基準値は、前記第２の基準値より大きい請求項３に記載の環境監視装置。
5. 前記第２のセンサ部は、半導体式の冷媒センサを備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の環境監視装置。
6. 前記第１のセンサ部及び前記第２のセンサ部は、空気調和装置の室内機の筐体の内部に設けられ、
   前記筐体の内部には、前記冷媒が封入された冷媒配管が収容される請求項１又は請求項２に記載の環境監視装置。

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