JPWO2017068686A1

JPWO2017068686A1 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JPWO2017068686A1
Application number: JP2017546342A
Authority: JP
Inventors: 伸哲上原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2035-10-22
Also published as: JP6381824B2; WO2017068686A1; CN206420200U

Abstract

圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を備え、可燃性冷媒が循環する冷媒回路と、冷媒回路からの冷媒漏洩の速度を推定する漏洩速度推定部と、冷媒回路からの冷媒漏洩を検知する冷媒漏洩検知センサーと、漏洩速度推定部で推定された冷媒漏洩速度が基準値以上、かつ、冷媒漏洩検知センサーで冷媒漏洩が一度も検知されていない場合、冷媒漏洩検知センサーの検知感度が低下したと判断する劣化検知部と、劣化検知部で冷媒漏洩検知センサーの劣化が検知された場合にその旨を報知する報知部とを備えた。

Description

本発明は、冷凍機器、低温装置及び空気調和装置等で使用されている冷凍サイクル装置に関するものであり、特に可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置における安全性確保のための保護機能に関するものである。

可燃性冷媒を用いた冷凍サイクル装置として例えば空気調和装置では、冷媒漏洩時の居住空間での冷媒着火を防止するために、冷媒の圧力、温度などの運転状態情報に基づいて冷媒漏洩の有無を検知する冷媒漏洩検知センサーを備えた技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２６３５３９号公報

冷媒漏洩検知センサーは、種類によっては経年劣化により検知感度が低下するものがある。冷媒漏洩検知センサーの検知感度が低下したままで空気調和装置の運転を継続すると、冷媒漏洩が発生しているにも関わらず検知が遅れ、安全性が確保できないという課題があった。

また、可燃性冷媒の漏洩による着火は、冷媒漏洩速度が大きく関係することが分かってきた。漏洩速度の小さい緩やかな漏れでは、室内空間への拡散が進むためガス濃度が薄められ、室内の冷媒濃度が着火濃度範囲内に入らない。しかし、短時間内に冷媒が多量に室内に漏洩した場合、高冷媒濃度領域が発生してしまう。このため、冷媒漏洩速度を考慮した安全対策が求められている。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、冷媒漏洩検知センサーの検知感度の低下を検知して報知し、冷媒漏洩検知センサーの感度低下による高冷媒濃度領域の発生を減らすことが可能な冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を備え、可燃性冷媒が循環する冷媒回路と、冷媒回路からの冷媒漏洩の速度を推定する漏洩速度推定部と、冷媒回路からの冷媒漏洩を検知する冷媒漏洩検知センサーと、漏洩速度推定部で推定された冷媒漏洩速度が基準値以上、かつ、冷媒漏洩検知センサーで冷媒漏洩が一度も検知されていない場合、冷媒漏洩検知センサーの検知感度が低下したと判断する劣化検知部と、劣化検知部で冷媒漏洩検知センサーの検知感度の低下が検知された場合にその旨を報知する報知部とを備えたものである。

本発明によれば、冷媒漏洩検知センサーの検知感度の低下を検知して報知するので、冷媒漏洩検知センサーの交換、修理を促すことが可能になる。その結果、冷媒漏洩検知センサーの感度低下による高冷媒濃度領域の発生、冷媒着火の不都合を減らすことが可能である。

本発明の実施の形態１における空気調和装置の冷媒回路を示す図である。図１の空気調和装置の制御装置の制御ブロック図である。本発明の実施の形態１における空気調和装置の冷媒漏洩検知センサー劣化検知処理の流れを示すフローチャートである。

以下、冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置の構成を説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和装置の冷媒回路を示す図である。
本実施の形態１における空気調和装置は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁などで構成された減圧装置１４、冷媒容器１５及び室内熱交換器２１を備え、可燃性冷媒が循環する冷媒回路を備えている。空気調和装置は更に、室外熱交換器１３に送風する室外送風機１６と、室内熱交換器２１に送風する室内送風機２２とを備えている。

そして、室外機１に圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、減圧装置１４及び冷媒容器１５が配置され、室内機２に室内熱交換器２１及び室内送風機２２が配置されている。また、室外機１には更に、圧縮機１１から吐出された温度を検知する吐出温度センサー１７が配置されている。室内機２には更に、冷媒回路からの冷媒漏洩を検知する冷媒漏洩検知センサー２３が配置されている。また、空気調和装置には、吐出温度センサー１７及び冷媒漏洩検知センサー２３の他、冷媒回路の各所の温度、圧力を検知する複数のセンサー等が配置され、空気調和装置内の各種センサーからの検知信号が後述の制御装置３１に入力されるようになっている。

冷媒漏洩検知センサー２３の具体的な構成は特に限定するものではなく、既存の技術を採用できる。冷媒漏洩検知センサー２３として、例えば特許文献１に記載の技術を採用してもよい。すなわち、冷媒回路内の冷媒の圧力、温度を検知するセンサーを備え、冷媒漏洩検知運転時に各センサーから計測した計測値に基づき冷媒回路内の現在の冷媒量を算出し、算出した冷媒量と初期冷媒量との差から冷媒漏洩を検知する構成としてもよい。冷媒漏洩検知センサー２３として他に例えば、特開２００２−５５４８号公報に記載の技術を採用してもよい。すなわち、圧縮機運転電流を検知する電流検知センサーを備え、電流検知センサーで検知した電流が基準値以下となったことで冷媒漏洩と判断する構成としてもよい。冷媒漏洩検知センサー２３として他に例えばガス濃度センサーを用いても良い。

そして、冷媒漏洩検知センサー２３で冷媒漏洩が検知されると、その検知信号が後述の制御装置３１に入力され、冷媒漏洩が発生した旨の表示が後述の表示部３５に行われるようになっている。

以上のように構成された空気調和装置は、四方弁１２の切り換えにより冷房運転又は暖房運転が可能となっている。四方弁１２を図１の実線側に切り換えた場合、室内熱交換器２１が蒸発器、室外熱交換器１３が凝縮器となり冷房運転が実施され、四方弁１２を図１の点線側に切り換えた場合、室内熱交換器２１が凝縮器、室外熱交換器１３が蒸発器となり暖房運転が実施される。

また、空気調和装置は、室外機全体を制御する室外機制御装置３１ａと、室内機全体を制御する室内機制御装置３１ｂを備えている。室内機制御装置３１ｂは、室内機２を個別に操作するためのリモコン３４との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外機制御装置３１ａとの間で伝送線（無線でもよい）を介して制御信号等のやりとりを行ったりすることができるようになっている。以下では、室内機制御装置３１ｂと室外機制御装置３１ａとをまとめるときは制御装置３１として説明する。制御装置３１は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行される制御プログラムとにより構成することもできる。

リモコン３４は、液晶パネルなどで構成された表示部３５を備えている。表示部３５には、運転モードの表示、冷媒漏洩が発生した旨の表示、冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度が低下した旨の表示等が行われる。この表示部３５は冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度の低下を報知する、本発明の報知部に相当する。報知部としては、他に例えば、スピーカー等を用いても良い。

（冷凍空調装置の制御ブロック構成）
図２は、図１の空気調和装置の制御装置の制御ブロック図である。
制御装置３１は、空気調和装置内の各種センサーからの検知信号に基づいて圧縮機１１の駆動周波数制御、減圧装置１４の開度制御等を行う。また、制御装置３１は、冷媒回路からの冷媒漏洩の速度を推定する漏洩速度推定部３２と、冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度の低下を検知する劣化検知部３３とを備えている。漏洩速度推定部３２及び劣化検知部３３は、ＣＰＵと制御プログラムとにより機能的に構成されている。

漏洩速度推定部３２は、空気調和装置内の各種センサーからの検知信号に基づいて冷媒漏洩速度を推定する。漏洩速度推定部３２における冷媒漏洩速度の推定方法は特に限定するものではなく、既存の技術を採用できる。例えば、特許４７９９５６３号公報に開示された技術を用いて、まず冷媒の圧力、温度の情報から、冷媒回路内に充填された冷媒充填量を検知する運転を複数回実施し、各回の冷媒充填量を算出する。そして、各回の冷媒充填量同士の差を検知運転間隔時間で除算することにより、冷媒漏洩速度を推定できる。他に例えば、特開２００２−５５４８号公報に開示された、圧縮機運転中の圧縮機運転電流の低下速度を冷媒漏洩速度として推定する方法を採用してもよい。なお、漏洩速度推定部３２は冷媒漏洩検知センサー２３の検知結果とは関係無く独立して漏洩速度を推定するものである。

劣化検知部３３は、冷媒漏洩検知センサー２３の検知結果と、漏洩速度推定部３２の推定結果とに基づいて冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度の低下を検知する。具体的には劣化検知部３３は、漏洩速度推定部３２で検知された冷媒漏洩速度が、検知感度の低下を判断するための基準値以上であって、かつ、冷媒漏洩検知センサー２３で冷媒漏洩が一度も検知されていない場合、冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度が低下している、と判断する。冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度が低下している状況では、冷媒漏洩検知センサー２３で冷媒漏洩有りと検知されたときの実際の冷媒濃度が、本来、冷媒漏洩有りと検知されるべき冷媒濃度よりも高くなっていることになる。

次に、図１を参照して空気調和装置の冷凍サイクルの動作について説明する。

（暖房運転）
暖房運転では、四方弁１２が図１の点線で示される状態に切り換えられる。空気調和装置において、暖房運転時は、圧縮機１１で圧縮された冷媒は高温高圧のガス冷媒となり、四方弁１２を通り室内熱交換器２１に送り込まれる。室内熱交換器２１に流入した冷媒は、室内送風機２２で搬送される室内空気と熱交換し、放熱することにより液化する。液化した冷媒は冷媒容器１５を経て、減圧装置１４で減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器１３に流入し、室外送風機１６で搬送される室外空気と熱交換し、吸熱することによりガス化し、圧縮機１１へ戻される。以上のように冷媒が冷媒回路を循環することにより暖房運転を行う。

（冷房運転）
冷房運転では、四方弁１２が図１の実線で示される状態に切り換えられる。空気調和装置において、冷房運転時は、圧縮機１１で圧縮された冷媒は高温高圧のガス冷媒となり、四方弁１２を通り室外熱交換器１３に送り込まれる。室外熱交換器１３に流入した冷媒は、室外送風機１６で搬送される室外空気と熱交換し、放熱することにより液化する。液化した冷媒は減圧装置１４で減圧されて気液二相状態となり、冷媒容器１５を経て、室内熱交換器２１に流入する。室内熱交換器２１に流入した冷媒は、室内送風機２２で搬送される室内空気と熱交換し、吸熱することによりガス化し、圧縮機１１へ戻される。以上のように冷媒が冷媒回路を循環することにより冷房運転を行う。

図３は、本発明の実施の形態１における空気調和装置の冷媒漏洩検知センサー劣化検知処理の流れを示すフローチャートである。図３のフローチャートは、冷媒漏洩検知センサーの劣化検知タイミング毎に行われる。なお、図３に図示していないが、空気調和装置は、常時又は適宜のタイミングで冷媒漏洩検知センサー２３にて冷媒漏洩が有るかどうかをチェックしているものとする。

空気調和装置は、冷媒漏洩検知センサー２３の劣化検知タイミングとなると、漏洩速度推定部３２が冷媒漏洩速度の推定を行う（Ｓ１）。漏洩速度推定部３２における冷媒漏洩速度の推定は、上述したように従来公知の技術を用いて行えばよい。そして、劣化検知部３３は、漏洩速度推定部３２で推定された冷媒漏洩速度が基準値以上、かつ、冷媒漏洩検知センサー２３で冷媒漏洩が一度も検知されていないかどうかをチェックする（Ｓ２）。劣化検知部３３は、冷媒漏洩速度が基準値以上であって、かつ、冷媒漏洩検知センサー２３で冷媒漏洩が一度も検知されていない場合、冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度が低下していると判断する。

劣化検知部３３におけるこの判断を受けて制御装置３１は、冷媒漏洩時の所定制御を実施する（Ｓ３）。すなわち、制御装置３１は、リモコン３４の表示部３５に「センサー感度低下」の旨、表示して報知する。この報知は、上述したようにリモコン３４の表示部３５に限られず、音声により通知してもよいし、また、室内機２の表示部（図示せず）、室外機１の表示部（図示せず）に表示して報知するようにしてもよい。この報知により、冷媒漏洩検知センサー２３の感度が低下していることをユーザーあるいはサービスマンに知らせることができ、冷媒漏洩検知センサー２３の交換、修理を促すことが可能となる。

また、制御装置３１は、冷媒漏洩時の所定制御として、一定時間、室内送風機２２を運転して周囲空気の撹拌を行い、室内の冷媒濃度が着火濃度範囲内に入るのを防止する。なお、ここでは、冷媒漏洩検知センサー２３の感度低下を検知したのであって、冷媒漏洩自体を検知したわけではないが、冷媒漏洩検知センサー２３の感度低下により冷媒漏洩を見過ごしている可能性を否定できないため、冷媒漏洩検知時に通常行う制御と同様の制御を行うようにしている。

一方、ステップＳ２で冷媒漏洩検知センサー２３の感度低下が検知されない場合、冷媒漏洩検知センサー劣化検知処理を終了する。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度の低下を検知して、報知するようにした。このため、冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度低下をユーザーあるいはサービスマンに知らせ、冷媒漏洩検知センサー２３の交換、修理を促すことが可能なる。その結果、冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度低下による高冷媒濃度領域の発生、冷媒着火の可能性を減らすことができる。

また、冷媒漏洩検知センサー２３の劣化を検知するアルゴリズムとして、漏洩速度推定部３２で検知された冷媒漏洩速度が、検知感度の低下を判断するための基準値以上であって、かつ、冷媒漏洩検知センサー２３で冷媒漏洩が一度も検知されていない場合、冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度が低下していると判断するようにした。このため、冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度低下による高冷媒濃度領域の発生、冷媒着火の可能性を減らすことができる。従来は冷媒漏洩検知センサー２３の検知感度低下を検知して報知するという観点そのものが無かったことから、本実施の形態１の技術は非常に有効である。

なお、本実施の形態１では、劣化検知のタイミングについて、常時又は適宜のタイミングで行うとしたが、冷媒漏洩検知と連携して行うようにしてもよい。すなわち、冷媒漏洩検知を、例えば手動操作あるいはスケジュール設定のタイミングで行うようにしている場合、冷媒漏洩検知タイミングに続いて劣化検知を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態１では、冷媒漏洩検知センサー２３を室内機側に設けた構成を例示したが、室外機側に設け、室外機側における冷媒漏洩の検知、冷媒漏洩速度の推定を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態１では、冷凍サイクル装置が空気調和装置であるものとして説明したが、冷蔵冷凍倉庫等を冷却する冷却装置としてもよい。

１室外機、２室内機、１１圧縮機、１２四方弁、１３室外熱交換器、１４減圧装置、１５冷媒容器、１６室外送風機、１７吐出温度センサー、２１室内熱交換器、２２室内送風機、２３冷媒漏洩検知センサー、３１制御装置、３１ａ室外機制御装置、３１ｂ室内機制御装置、３２漏洩速度推定部、３３劣化検知部、３４リモコン、３５表示部。

Claims

圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を備え、可燃性冷媒が循環する冷媒回路と、
前記冷媒回路からの冷媒漏洩の速度を推定する漏洩速度推定部と、
前記冷媒回路からの冷媒漏洩を検知する冷媒漏洩検知センサーと、
前記漏洩速度推定部で推定された冷媒漏洩速度が基準値以上、かつ、前記冷媒漏洩検知センサーで冷媒漏洩が一度も検知されていない場合、前記冷媒漏洩検知センサーの検知感度が低下したと判断する劣化検知部と、
前記劣化検知部で前記冷媒漏洩検知センサーの検知感度の低下が検知された場合にその旨を報知する報知部とを備えた冷凍サイクル装置。
前記凝縮器又は前記蒸発器として機能する室内熱交換器を有する室内機を備え、
前記室内機に前記冷媒漏洩検知センサーが配置されている請求項１記載の冷凍サイクル装置。