JP6984660B2

JP6984660B2 - 環境監視装置

Info

Publication number: JP6984660B2
Application number: JP2019549690A
Authority: JP
Inventors: 晃前田; 充川島; 亮宗石村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2037-10-23
Also published as: JPWO2019082242A1; WO2019082242A1

Description

この発明は、環境監視装置に関するものである。

ケーシングと、ケーシング内に配置され、可燃性の冷媒が流れる熱交換器と、ケーシングに取り付けられ、冷媒の漏れを検知する検知センサと、検知センサから出力された出力値の一定時間における傾きが予め設定された設定値よりも大きいとされたとき冷媒の漏れが発生していると判定する判定部とを備えた空気調和機の室内機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

日本特開２０１５−０９４５２４号公報

特許文献１に示されるような装置において、ガスセンサとして半導体式ガスセンサを用いた場合、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、半導体式ガスセンサの感度が低くなる。劣化により感度が低くなった半導体式ガスセンサでは、同量の冷媒が漏洩したとしても出力値の一定時間における傾きが小さくなる。そして、特許文献１の装置では、半導体式ガスセンサの劣化自体を検知することができないため、半導体式ガスセンサの劣化が進んだ場合には、冷媒漏洩の検知精度が大きく低下してしまう。

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、冷媒漏洩を検知するための半導体式ガスセンサの劣化を判定することができ、冷媒漏洩の検知精度が大きく低下する前に半導体式ガスセンサの交換等の対策を促すことが可能であ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、雰囲気中の冷媒濃度に応じた検出信号を出力する半導体式センサと、前記半導体式センサの検出信号が予め設定された第１の基準値以上の場合に、冷媒が漏洩していると判定する判定部とを備え、前記判定部は、前記半導体式センサの検出信号が、前記第１の基準値より小さい第２の基準値以上となってから予め設定された一定時間が経過する前に前記第１の基準値以上となった場合に冷媒が漏洩していると判定し、前記半導体式センサの検出信号が、前記第２の基準値以上となってから前記一定時間が経過しても前記第１の基準値未満の場合に、前記半導体式センサが劣化していると判定する。

この発明に係る環境監視装置によれば、冷媒漏洩を検知するための半導体式ガスセンサの劣化を判定することができ、冷媒漏洩の検知精度が大きく低下する前に半導体式ガスセンサの交換等の対策を促すことが可能であ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適用される部屋の構成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の判定基準を説明する図である。

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は環境監視装置が適用される部屋の構成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は環境監視装置の判定基準を説明する図である。

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適用される部屋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。室外機２０は、部屋１０の外壁１１より外に設置される。室内機３０は、部屋１０の例えば内壁１２の上方寄りの位置に固定されている。このように、室内機３０は、空気調和の対象となる部屋１０の室内に設置され、室外機２０は、当該部屋の室外に設置される。

室外機２０は、室外機熱交換器２１、室外機ファン２２及び圧縮機２３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（空気に対する比重が１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。

圧縮機２３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２３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２３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。

空気調和装置には、リモコン５０が備えられている。リモコン５０の前面には、表示部５１が設けられている。表示部５１は、例えばタッチパネルを備えている。使用者は、リモコン５０の表示部５１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５１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。なお、表示部５１は、タッチパネルでなく液晶ディスプレイであってもよい。その場合、リモコン５０には、空気調和装置の電源のＯＮ／ＯＦＦ、風向、風量等の設定等を行うボタン・スイッチ類が備えられる。

空気調和装置の室内機３０の筐体内及び空気調和装置のリモコン５０の少なくとも一方には、半導体式センサ１００が設けられている。図１に示すのは、半導体式センサ１００が室内機３０の筐体内に設けられた例である。半導体式センサ１００は、冷媒を検知するためのものである。すなわち、半導体式センサ１００は、冷媒配管４０に封入されたものと同種の冷媒の雰囲気中における濃度に応じた検出信号を出力する。具体的に例えば、半導体式センサ１００は、雰囲気中の冷媒濃度に比例した電圧の検出信号を出力する。

半導体式センサ１００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、半導体式センサ１００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、半導体式センサ１００のセンサケース内に収納されている。半導体式センサ１００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を参照しながら、環境監視装置の構成について説明を続ける。環境監視装置は、半導体式センサ１００のヒータに通電する電力を供給するための図示しない電力供給部を備えている。電力供給部から半導体式センサ１００に供給された電力は、半導体式センサ１００のヒータに通電される。ヒータに通電されると、半導体式センサ１００の感ガス材料が加熱され、半導体式センサ１００が冷媒を検知可能な状態になる。このように、電力供給部は、半導体式センサ１００が冷媒を検知可能な状態にするためのセンサ駆動電力を半導体式センサ１００に供給する。

環境監視装置は、判定部６１を備えている。判定部６１は、半導体式センサ１００の検出信号に基づいて、冷媒が漏洩しているか否かを判定する。より詳しくは、判定部６１は、半導体式センサ１００の検出信号が第１の基準値以上の場合に、冷媒が漏洩していると判定する。第１の基準値は、例えば室内機３０の出荷時等に予め設定される。予め設定された、第１の基準値の具体的な値は、記憶部６２に予め記憶されている。判定部６１は、半導体式センサ１００の検出信号を、記憶部６２に記憶された第１の基準値と比較することで、冷媒が漏洩しているか否かの判定を行う。

また、判定部６１は、半導体式センサ１００の検出信号に基づいて、当該半導体式センサ１００が劣化しているか否かも判定する。このセンサ劣化判定のため、この発明の実施の形態１に係る環境監視装置は、前述した冷媒漏洩判定のための第１の基準値の他に、もう１つの基準値、すなわち、第２の基準値を用いる。この第２の基準値は、前述の第１の基準値より小さい値に設定される。そして、判定部６１は、半導体式センサ１００の検出信号が、第２の基準値以上で、かつ、前述した第１の基準値未満の場合に、半導体式センサ１００が劣化していると判定する。

この第１の基準値及び第２の基準値を用いた、冷媒漏洩判定及びセンサ劣化判定について、図３を参照しながら説明する。図３は、雰囲気中の実際の冷媒濃度（雰囲気濃度）と、半導体式センサ１００から出力される検出信号から算出される冷媒濃度（これを「出力濃度」という）の関係を示すものである。雰囲気濃度と出力濃度の単位はいずれもｐｐｍである。具体的な数値例として、図３には、半導体式センサ１００の暴露時間が０時間、１０００時間、２０００時間、３０００時間、５０００時間及び１００００時間のそれぞれの場合における雰囲気濃度と出力濃度との関係を示している。

まず、前述したように、半導体式センサ１００は、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、半導体式センサ１００が冷媒を検知可能な状態を継続すると、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感度が低下していく。したがって、暴露時間が長くなるほど、半導体式センサ１００の感度は低下する。

同図に示すように、暴露０時間では、雰囲気濃度と出力濃度とは一致している。しかし、暴露時間が長くなると、雰囲気濃度が低いときの出力濃度が高くなる。具体的に同図の例では、雰囲気濃度が１０００ｐｐｍの時の出力濃度が、暴露０時間では１０００ｐｐｍであるのに対し、暴露１０００時間で１５００ｐｐｍ、暴露２０００時間で２０００ｐｐｍ、・・・というように、暴露時間が長くなるほど、雰囲気濃度が同じ１０００ｐｐｍであっても、半導体式センサ１００の出力濃度が高くなっていく。

一方、雰囲気濃度が高いときの出力濃度は、暴露時間が長いほど低くなる。具体的に同図の例では、雰囲気濃度が１００００ｐｐｍの時の出力濃度が、暴露０時間では１００００ｐｐｍであるのに対し、暴露１０００時間で９５００ｐｐｍ、暴露２０００時間で９０００ｐｐｍ、・・・というように、暴露時間が長くなるほど、雰囲気濃度が同じ１００００ｐｐｍであっても、半導体式センサ１００の出力濃度が低くなっていく。したがって、暴露時間が長いほど、雰囲気濃度が変化したときの出力濃度の変化の割合が小さくなる。すなわち、暴露時間が長いほど、半導体式センサ１００の感度が低下する。

同図の例では、第１の基準値は８０００ｐｐｍに設定され、第２の基準値は２５００ｐｐｍに設定されている。前述したように、暴露時間が長くなるにつれて、雰囲気濃度が低いときの出力濃度が高くなり、雰囲気濃度が高いときの出力濃度が低くなる。このため、暴露時間が長くなると、冷媒漏洩が発生していなくとも出力濃度が次第に上昇し、第２の基準値である２５００ｐｐｍを上回るようになる。また、暴露時間が長くなると、冷媒漏洩が発生していても出力濃度が第１の基準値である８０００ｐｐｍを下回るまで低下してしまう。

そこで、この発明の実施の形態１に係る環境監視装置においては、判定部６１は、半導体式センサ１００の検出信号が冷媒漏洩を判定するための第１の基準値未満であって、かつ、第２の基準値以上である場合には、当該半導体式センサ１００が劣化していると判定する。このようにすることで、冷媒漏洩を検知するための半導体式ガスセンサの劣化を判定することができ、冷媒漏洩の検知精度が大きく低下する前に半導体式ガスセンサの交換等の対策を促すことが可能である。

なお、半導体式センサ１００の検出信号が第１の基準値となる前には、検出信号が第２の基準値以上かつ第１の基準値未満である状態を必ず経ることになる。そこで、検出信号が第２の基準値以上となってから、予め設定された一定時間が経過する前に検出信号が第１の基準値以上となった場合には、判定部６１は半導体式センサ１００の劣化ではなく、冷媒漏洩であると判定するようにしてもよい。そして、検出信号が第２の基準値以上となってから、前述の一定時間が経過しても検出信号が第１の基準値以上とならなかった場合に、判定部６１は半導体式センサ１００の劣化であると判定してもよい。

第２の基準値も、第１の基準値と同様に、記憶部６２に記憶されている。第２の基準値の具体的な値は、例えば室内機３０の出荷時等に予め設定してもよいし、空気調和装置の据付後に最初に運転した時の半導体式センサ１００からの出力信号を用いて設定してもよい。後者の場合、空気調和装置の据付後に最初に運転した時の半導体式センサ１００からの出力信号による出力濃度に対して、予め定められた一定値を加えたものを第２の基準値とする。この際、半導体式センサ１００の出力濃度が第１の基準値である時における、実際の雰囲気濃度と出力濃度との差が一定範囲内、例えば雰囲気濃度の±２５％以内となるように第２の基準値を設定することが望ましい。

判定部６１による半導体式センサ１００が劣化しているか否かの判定は、１年に１回以上自動で行うようにすることが望ましい。また、この判定は、判定を開始してから３０秒以内に判定結果が出るようにすることが望ましい。

なお、判定部６１は、１年に１回以上の頻度で定期的に半導体式センサ１００が劣化しているか否かの判定を行う他、以下のような場合に判定を行うようにしてもよい。すなわち、まず、判定部６１は、リモコン５０が操作される度に、半導体式センサ１００が劣化しているか否かの判定を行うようにしてもよい。このようにすることで、使用者が空気調和装置を使用しようとする毎に、半導体式センサ１００の劣化を確認することができる。

また、判定部６１は、点検ボタン６３が操作された場合に、半導体式センサ１００が劣化しているか否かの判定を行うようにしてもよい。この点検ボタン６３は、室内機３０、リモコン５０及び室外機２０の少なくともいずれかに設けられる。このようにすることで、使用者又は保守作業員は、所望の時に半導体式センサ１００の劣化を確認することができる。

なお、空気調和装置が、ＨＥＭＳ（ＨｏｍｅＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）等を介してインターネットに接続されている場合には、例えばスマートフォン、ＰＣ等からインターネットを介して半導体式センサ１００が劣化しているか否かの判定を行わせることができるようにしてもよい。このように、遠隔からの操作で半導体式センサ１００が劣化しているか否かの判定を行わせることができるようにすることで、利便性をより向上できる。

空気調和装置の動作は、判定部６１の判定結果に応じて制御される。例えば、判定部６１の判定結果が、冷媒が漏洩したというものであった場合、空気調和装置の運転は非常停止する。また、判定部６１の判定結果が、半導体式センサ１００が劣化したというものであった場合、空気調和装置の運転は異常停止する。

この実施の形態１の構成例では、判定部６１の判定結果は、リモコン５０に送信される。判定部６１の判定結果を受信したリモコン５０は、表示部５１に、判定部６１の判定結果に応じた空気調和装置の動作状況を、例えば文字情報で表示する。

具体的に例えば、判定部６１の判定結果が冷媒が漏洩したというものであって、空気調和装置の運転が非常停止した場合、表示部５１には「非常停止」と表示される。また、判定部６１の判定結果が半導体式センサ１００が劣化したというものであって、空気調和装置の運転が異常停止した場合、表示部５１には「異常停止」と表示される。なお、空気調和装置の運転状態が通常の停止である場合には、表示部５１に例えば単に「停止」と表示される。また、空気調和装置の運転の場合には、運転種別に応じて例えば「冷房」、「暖房」、「除湿」、「送風」等と表示部５１に表示される。

以上のように構成されたリモコン５０の表示部５１は、この発明の実施の形態１において、判定部６１の判定結果に応じた空気調和装置の動作状況を報知する報知手段の一例である。なお、報知手段の構成は、この例に限られない。例えば、報知手段は、室内機３０及びリモコン５０の少なくとも一方に設けられればよい。また、報知手段による報知形態も文字情報の表示に限られない。他に例えば、スピーカによる音声の鳴動、ＬＥＤの発光、図形情報の表示等であってもよく、これらの組み合わせでもよい。また、報知手段は、判定部６１の判定結果そのものを報知してもよい。

このような報知手段を設けることで、使用者は空気調和装置の運転が停止した原因を容易に知ることができる。また、半導体式センサ１００が劣化した際に、センサの交換等の対応を促すことができる。さらに、冷媒漏洩が検知された場合にも迅速な対応を促すことができる。

この発明は、半導体式センサの検出信号に基づいて冷媒が漏洩していることを検知する環境監視装置に利用できる。また、このような環境監視装置を備えた空気調和装置、給湯器、ショーケース、冷蔵庫等にも利用できる。

１０部屋
１１外壁
１２内壁
２０室外機
２１室外機熱交換器
２２室外機ファン
２３圧縮機
３０室内機
３１室内機熱交換器
３２室内機ファン
４０冷媒配管
５０リモコン
５１表示部
６１判定部
６２記憶部
６３点検ボタン
１００半導体式センサ

Claims

雰囲気中の冷媒濃度に応じた検出信号を出力する半導体式センサと、
前記半導体式センサの検出信号が予め設定された第１の基準値以上の場合に、冷媒が漏洩していると判定する判定部とを備え、
前記判定部は、
前記半導体式センサの検出信号が、前記第１の基準値より小さい第２の基準値以上となってから予め設定された一定時間が経過する前に前記第１の基準値以上となった場合に冷媒が漏洩していると判定し、
前記半導体式センサの検出信号が、前記第２の基準値以上となってから前記一定時間が経過しても前記第１の基準値未満の場合に、前記半導体式センサが劣化していると判定する環境監視装置。
前記半導体式センサは、空気調和装置の室内機の筐体内及び空気調和装置のリモコンの少なくとも一方に設けられる請求項１に記載の環境監視装置。
前記第２の基準値は、前記空気調和装置の据付後に最初に運転した時の前記半導体式センサからの出力信号を用いて設定される請求項２に記載の環境監視装置。
前記判定部は、前記リモコンが操作される度に、前記半導体式センサが劣化しているか否かの判定を行う請求項２又は請求項３に記載の環境監視装置。
前記室内機及び前記リモコンの少なくとも一方に設けられ、前記判定部の判定結果に応じた前記空気調和装置の動作状況を報知する報知手段をさらに備えた請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の環境監視装置。
前記判定部は、前記室内機、前記リモコン及び前記空気調和装置の室外機の少なくともいずれかに設けられた点検ボタンが操作された場合に、前記半導体式センサが劣化しているか否かの判定を行う請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の環境監視装置。