JP7350528B2 - 冷媒漏洩検知装置、冷媒漏洩検知システム及び冷媒漏洩検知方法 - Google Patents
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冷媒の大気への漏洩は、冷凍機および空調機等に封入されている冷媒が、回収されないまま廃棄されることで大気中に漏洩する場合と、冷凍機、空調機等の使用中に機器の配管等から漏洩する場合とがある。
また、冷媒配管の繋手近傍にセンサを配置し、センサの具備する二つの電極の間に冷媒の漏洩に伴う流体を捉えて、二つの電極間の静電容量の変化あるいはインピーダンスの変化から冷媒の漏洩を検知する技術が知られている(例えば、特許文献2)。
空調機または冷凍機の冷媒が流れる金属製の冷媒管からの前記冷媒の漏洩を検知する冷媒漏洩検知装置において、前記冷媒の漏洩を検知する検知部を備え、前記検知部は、前記冷媒が流れる前記冷媒管の外表面を覆う断熱材の外周に設けられ、前記冷媒管との間の静電容量を検出する電極と、前記電極と絶縁され、前記空調機または前記冷凍機の前記冷媒が流れる前記冷媒管の外側に位置する前記電極の外周に設けられた導電体からなるシールドとを有し、前記シールドは長手方向の長さが、前記断熱材よりも短く前記電極の長さよりも長く設けられ、前記電極の外周を覆うように取り付けられているとともに接地電位にされている、ものである。
以下に、実施の形態1に係る冷媒漏洩検知装置について図を用いて説明する。
図1は、実施の形態1に係る冷媒漏洩検知装置の構成を示す図である。図において、冷媒漏洩検知装置1は検出部2と静電容量計8および処理部9を備えている。検出部2は、冷媒の流れる配管(冷媒管3)の近傍にコンデンサを形成することで、冷媒の漏洩を静電容量の変化へと変換する装置部材である。検出部2は電極5、シールド6およびスペーサ7を具備し、冷媒の流れる金属製の冷媒管3及び冷媒管3の外表面を覆う断熱材4の外周に取り付けられる。また、冷媒管3は配線10aを介して、電極5は配線10bを介して静電容量計8に接続される。この冷媒管3、配線10a、静電容量計8、配線10b及び電極5で形成される回路により、検出部2のもつ静電容量を静電容量計8によって測定できる。処理部9は静電容量計8が測定した静電容量の測定値もしくは静電容量に応じて変化する信号を読み込んで処理を行い、測定された検出部2の静電容量が予め定められた閾値を超えるか否かで、冷媒の漏洩の有無を判定する。なお、図中検出部2と冷媒管3周辺は冷媒の流れる方向(図中Y-Y方向)の縦断面を示している
図において、電極5は、冷媒管3との間にコンデンサを形成し、冷媒の漏洩に伴う静電容量の変化の検出を可能とする。この電極5は、一枚の金属薄板、例えばアルミニウム薄板またはステンレス薄板または銅薄板など、が断熱材の外周表面を一周するようにして巻き付けられたものであり、本実施の形態では一つの電極が取付けられた状態を示している。
金属製の冷媒管3は内部に冷媒と冷凍機油の混合流体を流している。冷媒管3の内部を流れる流体と外気温との温度差が大きいため、冷媒の温度変化を防ぐ目的で、多くの場合に冷媒管3を覆って断熱材4が取り付けられている。あらかじめ断熱材に覆われた断熱材付き冷媒管を用いることも多い。この冷媒管3を覆う断熱材4の外周に電極5が配置されると、導体である冷媒管3と電極5の間にコンデンサが形成される。冷媒管3と断熱材4の間にはわずかに空隙ができ、この空隙が一様な幅を持つものであると仮定すると、冷媒管3と電極5との間の静電容量Cは、式(1)で表される断熱材4の静電容量(Cins)、式(2)で表される冷媒管3と断熱材4との隙間の静電容量(Cgap)とを用いて式(3)で示すように表される。
静電容量を測定する場合には、一般的に静電容量を測定したい対象に対して、電気信号を印加し、電圧または電流の応答から静電容量を測定する。前述したように、冷媒の漏洩によって冷媒管3と電極5間の静電容量が増加することから、電極5に電気信号を印加し、その応答から静電容量を測定する。この場合、冷媒管3の電位が、静電容量を測定するにあたっての基準の電位となる。
なお、シールド6は接地電位にされていることが望ましい。これにより、より確実にノイズを遮断し、検知精度を向上することができる。
図6における冷媒漏洩検知装置の検出部は、図2から図4の冷媒漏洩検知装置の検出部と比してスペーサ7の構造が異なり、スペーサ7が電極5とシールド6との間の空間を埋め尽くしておらず、電極5の円周方向に電極5とシールド6間とを保持するスペーサ7と空隙11とが交互に並んでいる。空隙部は絶縁体の材料である絶縁体よりも誘電率が小さくなることから、空隙11を設けることによって電極5とシールド6と間の静電容量を小さくでき、静電容量計8をより小さい測定レンジで動作させやすくなる。静電容量計は測定レンジが小さいほうが、高分解能で動作できるため、空隙11を作ることで検知精度を向上できる。検出部2においてスペーサ7以外は上述の図2から図4の検出部と同様であり、図1において図6で示される検出部2を代わりに配設することができる。
図8および図9に示される冷媒漏洩検知装置の検出部21は、電極とシールドとスペーサとが一体となった構成となっている。すなわち、絶縁体管71の内表面に導電体層51、外表面に導電体層61を設けている。導電体層51は上述の検出部における電極5に、導電体層61はシールド6に相当する。絶縁体管71で一体化されたスペーサ体70が冷媒管3および断熱材4と同軸円筒となるように配置されている。上述の検出部2と比して、シールドに相当する導電体層61はスペーサに相当する絶縁体管71よりも短く形成され、電極に相当する導電体層51も絶縁体管71及び導電体層61よりも短く形成されている。
さらに、処理部も静電容量計を構成するマイクロコントローラを用いて同時に実装してもよい。これにより回路全体をコンパクトに構成できる。
以下に、実施の形態2に係る冷媒漏洩検知装置について図を用いて説明する。
図12は、実施の形態2に係る冷媒漏洩検知装置1の構成を示す図で、検出部2と冷媒管3の周辺は冷媒の流れる方向の縦断面を示している。図13は図12中Z-Z断面を示した検出部2の模式図である。本実施の形態2における冷媒漏洩検知装置1は、実施の形態1と比して検出部2を構成する電極5の構造および配置が異なる。さらに、静電容量計8の接続方法が異なる。それ以外は実施の形態1と同様である。
また、電極は2つの例で説明したが、その個数についても特に制限しない。2つ以上あってもよい。例えば、電極を3つとする場合は図13のような断面図において、互いに離間して約120度の円弧状の電極とし、うち1つの電極を基準側、2つをその基準側に対して電気信号が印加される電極とすればよい。電極を4つとする場合は、さらに円弧を分割し、例えば、約90度の円弧状の電極とし、うち2つの電極を基準側とすればよい。
以下に、実施の形態3に係る冷媒漏洩検知装置について図を用いて説明する。
図14は、実施の形態3に係る冷媒漏洩検知装置1の構成を示す図で、検出部2と冷媒管3の周辺は冷媒の流れる方向の縦断面を示している。本実施の形態3における冷媒漏洩検知装置1は、実施の形態1と比して検出部2を構成する電極が複数(図中では3つ)備えられている点が異なる。電極5c、5d、5eが増えることで、各電極5c、5d、5eを静電容量計8に接続するための配線10c、10d、10eも増加している。さらに電極5c、5d、5e及び配線10c、10d、10eが複数になったことで、静電容量計8と電極5c、5d、5eとの間に切り替えスイッチ12が追加されている。そのほかの構成は実施の形態1と同様である。
以下に、実施の形態4に係る冷媒漏洩検知装置について図を用いて説明する。
図15は、実施の形態4に係る冷媒漏洩検知装置1の構成を示す図で、検出部2と冷媒管3の周辺は冷媒の流れる方向の縦断面を示している。本実施の形態4における冷媒漏洩検知装置1は、実施の形態1と比して検出部ならびに静電容量計が複数(図中では3組)備えられている点で異なる。静電容量計8a、8b、8cは実施の形態1と同様であるが、処理部9は検出部および静電容量計が複数となったことでその動作が多少異なる。また、検出部2a、2b、2cはそれぞれが離隔して並べられており、静電容量計8a、8b、8cも一つの検出部につき一台接続されており、検出部2a、2b、2cそれぞれの静電容量を測定している。なお、検出部2a、2b、2cおよび静電容量計8a、8b、8cは実施の形態1に示したものと同様である。静電容量計8a、8b、8cは処理部に接続され、3つの検出部2a、2b、2cの静電容量を偏りなく順次測定する。処理部9はそれぞれの静電容量計8a、8b、8cの静電容量の測定値をそれぞれ取得し、いずれかの検出部の静電容量が閾値を超えて増加した場合に、冷媒の漏洩と判定し検知する。処理部9は各検出部2a、2b、2cの静電容量の測定値を別々に識別し、どの電極で冷媒漏洩を検知したのかを判別することができる。
以下に、実施の形態5に係る冷媒漏洩検知システムについて図を用いて説明する。
図16は実施の形態5に係る冷媒漏洩検知システムの模式図である。図において、冷媒漏洩検知システムは、冷媒管14の各所に配置された複数(図中では5個)の冷媒漏洩検知装置1a、1b、1c、1d、1eと、各冷媒漏洩検知装置の処理部と通信できるように接続された監視装置13からなる。冷媒漏洩検知装置は実施の形態1に示したものと同様のものである。監視装置13はPC(パーソナルコンピュータ)等から構成され、各冷媒漏洩検知装置の処理部と通信することで、各冷媒漏洩検知装置の状態(冷媒の漏洩検知の有無および異常の有無等)をモニタリングする。また、各冷媒漏洩検知装置の静電容量の測定値のログの取得を可能としてよい。この監視装置13と冷媒漏洩検知装置1a、1b、1c、1d、1eとの接続は、ケーブルを用いてもよいし、無線を用いてもよい。複数の冷媒漏洩検知装置1a、1b、1c、1d、1eとの間にネットワークを構成した接続であってもよいし、インターネットを介した接続であってもよい。
また、実施の形態5に係る冷媒漏洩検知システムの監視装置13においてもハードウエア構成は図17と同様である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (16)
- 空調機または冷凍機の冷媒が流れる金属製の冷媒管からの前記冷媒の漏洩を検知する冷媒漏洩検知装置において、
前記冷媒の漏洩を検知する検知部を備え、
前記検知部は、
前記冷媒が流れる前記冷媒管の外表面を覆う断熱材の外周に設けられ、前記冷媒管との間の静電容量を検出する電極と、
前記電極と絶縁され、前記空調機または前記冷凍機の前記冷媒が流れる前記冷媒管の外側に位置する前記電極の外周に設けられた導電体からなるシールドとを有し、
前記シールドは長手方向の長さが、前記断熱材よりも短く前記電極の長さよりも長く設けられ、前記電極の外周を覆うように取り付けられているとともに接地電位にされている、冷媒漏洩検知装置。 - 前記シールドは、絶縁体からなる一つもしくは複数のスペーサで支持され、前記電極から絶縁されている請求項1に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 前記電極と前記シールドの間に空隙を有する請求項2に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 前記電極は前記断熱材の外周を覆う環状の導電体である請求項1から3のいずれか1項に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 前記シールドは前記冷媒管を取り巻き、前記電極を覆う管状の導電体である請求項1から4のいずれか1項に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 前記電極及び前記冷媒管に接続されて、前記電極と前記冷媒管との間の静電容量を測定する静電容量計を前記シールドの外側に配置した請求項1から5のいずれか1項に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 前記冷媒管の電位を基準とし、前記電極に電気信号を印加し、前記電極と前記冷媒管との間の静電容量を測定する請求項6に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 前記電極は前記冷媒管の外表面を覆う断熱材の外周を分割するように離間して複数設けられ、複数の前記電極に接続されて前記電極の間の静電容量を測定する静電容量計を前記シールドの外側に配置した請求項1から5のいずれか1項に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 管状の絶縁体の内表面および外表面のそれぞれに導電体層の設けられた管状の絶縁体を、前記冷媒管の外表面を覆う前記断熱材の外周に設け、前記絶縁体の内表面の導電体層を前記電極とし、前記絶縁体の外表面の導電体層を前記シールドとする請求項2に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 前記電極は前記冷媒管の冷媒の流れる方向に沿って電気的に離間して複数配設され、複数の前記電極に対応して静電容量を測定する請求項6または7に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 複数の前記電極それぞれに静電容量計が接続されている請求項10に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 前記静電容量計で計測された静電容量を基に、冷媒漏洩の有無を判断する処理部を備えた請求項11に記載の冷媒漏洩検知装置。
- 請求項12に記載の冷媒漏洩検知装置を前記冷媒管に複数配設し、複数の前記冷媒漏洩検知装置の具備するそれぞれの前記処理部に接続された監視装置により、複数の前記冷媒漏洩検知装置の配設された箇所における冷媒の漏洩を検知する冷媒漏洩検知システム。
- 空調機または冷凍機の冷媒管を流れる冷媒の漏洩を検知する冷媒漏洩検知方法において、
前記冷媒管の外表面を覆う断熱材の外周に電極を配置する第1ステップと、
前記空調機または前記冷凍機の前記冷媒が流れる前記冷媒管の外側に位置する前記電極の外周に、長手方向の長さが前記断熱材よりも短く前記電極よりも長い導電体のシールドを、前記電極と絶縁するとともに前記電極を覆うように配置し、接地電位にする第2ステップと、
前記電極に電気信号を印加し、前記電極からの応答により冷媒の漏洩を検知する第3ステップと、を備えた冷媒漏洩検知方法。 - 前記第2ステップの前に、前記電極の外周に絶縁体からなるスペーサを配置するステップを備え、
前記第3ステップにおいて、前記スペーサの外周に前記導電体のシールドを配置する請求項14に記載の冷媒漏洩検知方法。 - 前記第1ステップにおいて、前記冷媒管の複数個所に前記電極をそれぞれ配置し、
前記第3ステップにおいて、複数個所に配置された前記電極からの応答をモニタリングする請求項14または15に記載の冷媒漏洩検知方法。
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