WO2018229921A1

WO2018229921A1 - 空気調和機

Info

Publication number: WO2018229921A1
Application number: PCT/JP2017/022069
Authority: WO
Inventors: 和樹渡部
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2018-12-20
Also published as: CN110730891B; CN110730891A; EP3640567A4; US11187424B2; EP3640567A1; JP6704522B2; JPWO2018229921A1; AU2017418267A1; AU2017418267B2; US20200300493A1

Abstract

空気調和機は、筐体と、筐体内に配置され、冷媒濃度に応じたセンサ出力を出力するガスセンサと、ガスセンサのセンサ出力と、冷媒漏洩の有無を識別する閾値である第１閾値とを比較して冷媒漏洩を検知する制御装置と、警報を発報する出力装置とを備える。制御装置は、ガスセンサのセンサ出力が、シロキサン被毒によってガスセンサの感度がゼロになったことを表す限界電圧より低い電圧に設定された第２閾値以上、且つ第２閾値よりも高い第１閾値未満となる状態が、予め設定された設定期間、継続する場合、警報を出力装置から発報させる。

Description

空気調和機

　この発明は、冷媒ガスの濃度を検知するガスセンサを備えた空気調和機に関するものである。

　従来より、空気調和機の内部には、冷媒漏洩を検知するガスセンサが備えられている。この種のガスセンサを備えた空気調和機では、経年劣化及び環境ストレスの影響でガスセンサが正常な検知を行えなくなる前に、ガスセンサの異常を診断し、ユーザーに交換時期を知らせる機能を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８－２３３０６５号公報

　例えば美容室等では、ヘアスプレー又はコンディショナーといったシロキサン（Ｓｉ基）を含む商品が日常的に使用される。このようなシロキサンが多く存在するシロキサン環境では、シロキサン被毒によってガスセンサが正常に機能しなくなることがある。

　しかしながら、特許文献１では、シロキサン被毒に起因したガスセンサの劣化について検討されていない。このため、シロキサン被毒によってガスセンサが寿命に至っていたとしても、そのことにユーザーが気付かないまま使用が続けられ、冷媒漏洩を検知できない可能性があるという問題があった。

　この発明は、上記に示す課題を解決するためになされたもので、シロキサン被毒によってガスセンサが寿命に近づいた場合に警報を発報することが可能な空気調和機を提供することを目的とする。

　この発明に係る空気調和機は、筐体と、筐体内に配置され、冷媒濃度に応じたセンサ出力を出力するガスセンサと、ガスセンサのセンサ出力と、冷媒漏洩の有無を識別する閾値である第１閾値とを比較して冷媒漏洩を検知する制御装置と、警報を発報する出力装置とを備え、制御装置は、ガスセンサのセンサ出力が、シロキサン被毒によってガスセンサの感度がゼロになったことを表す限界電圧より低い電圧に設定された第２閾値以上、且つ第２閾値よりも高い第１閾値未満となる状態が、予め設定された設定期間、継続する場合、警報を出力装置から発報させるものである。

　本発明によれば、シロキサン被毒によってガスセンサが寿命に近づいた場合に警報を発報することが可能である。

この発明の実施の形態１に係る空気調和機の外観構成を示す正面図である。この発明の実施の形態１に係る空気調和機の内部構造を模式的に示す正面図である。この発明の実施の形態１に係る空気調和機の内部構造を模式的に示す側面図である。この発明の実施の形態１に係る空気調和機における、シロキサン被毒に起因したセンサ出力の変化を示す図である。この発明の実施の形態１に係る空気調和機における、ガスセンサのセンサ出力に基づく判断処理の流れを示すフローチャートである。

実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る空気調和機の外観構成を示す正面図である。図２は、この発明の実施の形態１に係る空気調和機の内部構造を模式的に示す正面図である。図３は、この発明の実施の形態１に係る空気調和機の内部構造を模式的に示す側面図である。この実施の形態１では、空気調和機の一例として、空調対象空間となる室内空間の床面に設置される床置形の空気調和機について説明するが、本発明はこれに限られたものではなく壁掛け式又は天井埋込式の空気調和機でもよい。なお、以下の説明における各構成部材同士の位置関係（例えば、上下関係等）は、空気調和機を使用可能な状態に設置したときのものである。

　空気調和機の筐体１には、前面下部に吸込口２が設けられ、前面上部に吹出口３が設けられている。そして筐体１の前面にはリモコン１０が配置されている。筐体１の内部には、熱交換器４、ファン５、ガスセンサ６、フレア部７及び制御装置８等が配置されている。空気調和機は、ファン５の駆動によって吸込口２から室内空気を吸込み、吸込んだ空気をファン５を通して筐体１の上部へ移動させ、熱交換器４で冷媒と熱交換して吹出口３から室内に吹き出すようになっている。

　空気調和機において熱交換器４は、圧縮機、室外側熱交換器及び減圧装置（何れも図示せず）等と共に冷媒回路を構成しており、冷媒回路に冷媒が循環することで、空気調和機は室内空間の冷房及び暖房の一方又はその両方を行う。

　冷媒には、例えばＲ３２等の可燃性冷媒が用いられる。可燃性冷媒が万が一、室内に漏洩しても、空間における冷媒濃度が低ければ着火することはない。ここで、可燃性冷媒が発火しない限界下限濃度を着火濃度と称する。Ｒ３２の着火濃度は、Ｒ３２の分子量５２、常温２５℃で計算すると０．３［ｋｇ／ｍ^３］であり、体積比で１４．４である。なお、冷媒としては、Ｒ３２の他、Ｒ１２３４ｙｆ、若しくはＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）等の微燃性冷媒、又はＲ２９０若しくはＲ１２７０等の強燃性冷媒を用いてもよいし、不燃性を有するＲ２２又はＲ４１０Ａ等の不燃性冷媒を用いることもできる。

　リモコン１０は、液晶パネルなどで構成された表示装置１０ａと、設定温度を入力する入力装置（図示せず）とを備えている。

　フレア部７は、空気調和機の設置場所にて施工業者が配管接続工事をする箇所である。フレア部７は、具体的には、熱交換器４に接続された室内配管１１ａ及び室内配管１１ｂと、筐体１外の延長配管１２ａ及び延長配管１２ｂとを接続するための例えばフレア継手で構成される。施工ミス等で例えばフレア部７から冷媒が漏洩した場合、冷媒は空気より比重が大きいため、筐体１内の下部空間であるよどみ部９に溜まる。よどみ部９に溜まった冷媒は、最終的に吸込口２から室内に溢れ出る。

　ガスセンサ６は、よどみ部９内に配置され、冷媒濃度に応じた電圧であるセンサ出力［Ｖ］を出力する。ガスセンサ６は、例えば半導体ガスセンサとしてＳｎＯ_２（酸化スズ）センサで構成される。ガスセンサ６については改めて詳述する。

　制御装置８は、空気調和機全体の制御を行うものである。制御装置８は例えばマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。ＲＯＭには制御プログラム及び後述の図５のフローチャートに対応したプログラム等が記憶されている。

　制御装置８には、ガスセンサ６から出力されたセンサ出力が例えば１分おきに順次入力され、その入力に基づいて冷媒漏洩の有無の検知と、シロキサン被毒によってガスセンサ６が寿命に近いことの検知と、センサ故障の検知とを行う。なお、以下では、「ガスセンサ６が寿命に近いこと」を、ガスセンサ６が寿命に達するまでにまだ猶予があるという意味で、「寿命猶予」と称する。

　次に、ガスセンサ６を構成する酸化スズセンサにおける冷媒漏洩の検知原理について説明する。
　センサ素子である酸化スズの表面には、通電により空気中の酸素が吸着されている。ここで、還元性ガスである冷媒ガスがセンサ素子付近に近づくと、酸化スズ表面の酸素が奪われ、つまり還元反応が起こり、センサ素子の抵抗値が下がる。これにより、センサ出力（電圧）が上がる。このように冷媒ガスがセンサ素子に近づくと電圧が上昇する現象に基づいて冷媒漏洩を検知することができる。具体的には、センサ出力が予め設定された第１閾値以上、且つ後述の第３閾値未満の場合、冷媒漏洩と検知するようにしている。ここで、第１閾値は、着火濃度よりも低い発報濃度に対応する電圧に設定される。発報濃度を着火濃度と比較してどの程度低く設定するかは、特に限定するものではないが、発報濃度は着火濃度の例えば０．０１％程度に設定される。

　そして、この実施の形態１の特徴として、ガスセンサ６のセンサ出力に基づいて、シロキサン被毒によってガスセンサ６の寿命猶予を検知し、ガスセンサ６が寿命に達する前に、交換を促す等の警報を出力するようにしたことにある。

　次に、シロキサン被毒に起因した寿命猶予の判断原理について説明する。
　図４は、この発明の実施の形態１に係る空気調和機における、シロキサン被毒に起因したセンサ出力の変化を示す図である。図４において横軸は時間、縦軸はセンサ出力［Ｖ］である。図４では冷媒漏洩が無い通常時でのセンサ出力を示している。

　シロキサン環境では、シロキサンが持つＳｉ基がセンサ素子である酸化スズと反応し、酸化スズ表面にＳｉ＋Ｏ_２＝ＳｉＯ_２としてへばりつく。このように酸化スズ表面にへばりついたＳｉＯ_２形成部分は、本来は酸素を吸着していた部分であるが、酸化スズからＳｉＯ_２に変化することで酸素を吸着できなくなる。このため、センサ素子の抵抗値が下がる。よって、センサ素子の周囲に冷媒が存在していなくても、冷媒が存在している場合と同様にセンサ出力［Ｖ］が上がる現象が起こる。このような現象をシロキサン被毒という。

　なお、酸化スズ表面のＳｉＯ_２形成部分では、１０００℃を超える熱が無いと、再度、酸化スズ表面からＳｉ基が分離することはない。ガスセンサ６は、酸化スズをセンサ素子として有する感ガス部と感ガス部を加熱する加熱部とを備えており、感ガス部を４００℃程度に加熱して使用される。このように感ガス部の温度は４００℃程度であり、１０００℃を超えないため、一旦、酸化スズ表面に付着したＳｉ基が酸化スズ表面から分離することはない。よって、シロキサン環境が改善されたとしても、シロキサン被毒として残り、ガスセンサ６の状態がシロキサン被毒を受ける前の状態に復活することはない。このため、図４に示すように、シロキサン被毒が進むにつれ、通常時のセンサ出力が次第に上昇する。

　そして、シロキサン被毒が更に進んで最終的にガスセンサ６が寿命に達すると、感度がゼロになる。つまり、酸化スズの表面全体がＳｉＯ_２で覆われ、酸化スズ表面に酸素を吸着できず、酸化スズ表面に酸素が無い状態である。このように、酸化スズ表面に酸素が無い状態では、冷媒漏洩が生じていても、その冷媒と反応して酸化スズ表面から奪われる酸素が無い状態である。このため、酸化スズ表面に酸素が無い状態となると、センサ素子の抵抗値が限界値まで下がる。その結果、センサ出力が限界電圧に上がりっぱなしになる。つまり、冷媒漏洩が生じていても生じていなくても、センサ出力が限界電圧を出力し続けることになり、もはやセンサとして機能しておらず、感度がゼロになる。

　このように、シロキサン被毒によってガスセンサ６が寿命に達した場合、通常時のセンサ出力よりも高い限界電圧を出力し続けることになる。この実施の形態１では、ガスセンサ６が寿命に達する手前の寿命猶予を判断するため、限界電圧よりも低い電圧を、シロキサン被毒を判断するための第２閾値に設定する。

　なお、限界電圧は、冷媒漏洩が生じたときのセンサ出力以上となることはないため、センサ出力によってシロキサン被毒と冷媒漏洩とを区別できる。つまり、シロキサン被毒の場合には、冷媒漏洩時よりも低いセンサ出力を出し続けることになるため、これを検知することで寿命猶予を判断できる。具体的には、第２閾値以上、且つ第１閾値未満のセンサ出力が、予め設定された設定期間、継続する場合、制御装置８が寿命猶予と判断する。設定期間は、例えば１時間から数日に設定するとよい。設定期間を例えば数秒～数分程度とすると、例えばヘアスプレーが一時的にガスセンサ６付近で照射されてセンサ出力が一時的に上昇する事象を寿命猶予と誤検知することを避けるためである。

　以下、ガスセンサ６のセンサ出力に基づく、制御装置８における具体的な判断処理について説明する。制御装置８は、シロキサン被毒による寿命猶予、冷媒漏洩及びセンサ故障のそれぞれを識別するための第１閾値～第３閾値を予め記憶しており、これらの閾値に基づいて判断を行う。第１閾値及び第２閾値については上述した通りである。第３閾値は、冷媒漏洩が有る場合のバラツキを含めた出力範囲の最大値であり、また、センサ故障の有無を判断する閾値でもある。第１閾値～第３閾値は次の関係にある。第２閾値＜第１閾値＜第３閾値。

　第１閾値～第３閾値は、試験結果又はシミュレーション結果等から算出することができる。例えば、ガスセンサ６の特性として、冷媒漏洩が無い場合のセンサ出力の範囲、つまり通常時におけるセンサ出力の範囲が、バラツキも含めて例えば０．２Ｖ～１．０Ｖの範囲であるとする。そして、ガスセンサ６による検知濃度が発報濃度に達した場合、つまり冷媒漏洩が生じた場合のセンサ出力がバラツキも含めて例えば１．５Ｖ～４．５Ｖの範囲にあるとする。ここで、シロキサン被毒が進んで最終的に寿命に達した場合の限界電圧が例えば１．５Ｖであるとする。このような特性を有するガスセンサ６の場合、第１閾値は１．５Ｖ、第２閾値は１．０Ｖ、第３閾値は４．５Ｖに設定される。

　ところで、寿命猶予の判断は、空気調和機がシロキサン環境で使用される場合には必要であるが、非シロキサン環境で使用される場合には不要である。このため、空気調和機が非シロキサン環境で使用される場合には、第１閾値と第３閾値とを用いて、正常、冷媒漏れ及びセンサ故障を判断すればよい。具体的には、センサ出力が第１閾値未満であれば正常、第１閾値以上、第３閾値未満であれば冷媒漏洩、第３閾値以上であればセンサ故障と判断すればよい。そこで、この実施の形態１の空気調和機では、制御装置８にディップスイッチ（図示せず）を設け、シロキサン環境用の判断処理又は非シロキサン環境用の判断処理に設定を切り替えられる構成としている。これにより、施工業者が空気調和機の設置環境に応じてディップスイッチの設定を行うことで、設置環境に適した判断を行うことを可能としている。なお、ディップスイッチは本発明の切替装置に相当する。切替装置としては、他に例えばリモコン上の操作で設定を切り替えられる構成としてもよい。

　図５は、この発明の実施の形態１に係る空気調和機における、ガスセンサのセンサ出力に基づく判断処理の流れを示すフローチャートである。
　制御装置８は、空気調和機の設置環境がシロキサン環境にあるかどうかをディップスイッチ（図示せず）の設定を確認してチェックする（ステップＳ１）。ここでは、空気調和機の設置環境がシロキサン環境であるとすると（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御装置８はＦｌｇを０から１にセットする（ステップＳ２）。これにより、これ以降、シロキサン環境用の判断処理が行われる。なお、Ｆｌｇは、非シロキサン環境の場合に０、シロキサン環境の場合に１にセットされるフラグであり、初期設定では０にセットされているものとする。

　制御装置８は、続いて、ガスセンサ６のセンサ出力が第２閾値未満であるかとうかをチェックする（ステップＳ３）。ガスセンサ６のセンサ出力が第２閾値未満（ステップＳ３でＹＥＳ）であれば、正常と判断する（ステップＳ４）。制御装置８は、ガスセンサ６のセンサ出力が第２閾値以上、且つ第１閾値未満の場合（ステップＳ３でＮＯ、ステップＳ５でＹＥＳ）、続いて、Ｆｌｇをチェックする（ステップＳ６）。ここではＦｌｇが１にセットされているので、続いて、そのセンサ出力が設定期間、継続しているかを判断する（ステップＳ７）。制御装置８は、ステップＳ７の判断がＹＥＳの場合、シロキサン被毒が進んでおり、寿命猶予と判断する（ステップＳ８）。

　また、制御装置８は、ガスセンサ６のセンサ出力が第１閾値以上、且つ第３閾値未満の場合（ステップＳ５でＮＯ、ステップＳ９でＹＥＳ）、冷媒漏洩と判断する（ステップＳ１０）。また、制御装置８は、ガスセンサ６のセンサ出力が第３閾値以上の場合（ステップＳ９でＮＯ）、センサ故障と判断する（ステップＳ１１）。

　以上のようにして判断が完了すると、制御装置８は、判断結果が正常以外の場合、リモコン１０の表示装置１０ａに警報を出力して（ステップＳ１２）、ユーザーに通知する。警報の出力は、判断結果の内容を示すメッセージの表示でもよいし、寿命猶予とセンサ故障の場合はガスセンサ６の交換を促すメッセージの表示でもよい。また、出力方法は、表示装置１０ａへの表示に限られたものではなく、音声出力装置から音声で出力したり、ＬＥＤ等の表示器を点灯したり等としてもよい。

　そして、制御装置８は、判断結果が正常以外の場合、つまり、センサ出力が第２閾値以上の場合、ファン５を駆動させ、ガスセンサ６が交換されるまでファン５の運転を継続させる（ステップＳ１３）。なお、ガスセンサ６が交換されたかどうかの判断は、以下のようにすればよい。ガスセンサ６はセンサー基板（図示せず）を有しており、ガスセンサ６が正常に動作している間、センサー基板から制御装置８に「正常」信号が送り続けられている。そして、一度異常となると、センサー基板から制御装置８に「異常」信号が送り続けられる。このため、制御装置８は、「異常」信号の後に、「正常」信号が送られてきた場合、ガスセンサ６が交換されたと判断する。

　次に、空気調和機の設置環境が非シロキサン環境の場合には、ステップＳ１の判断でＮＯとなり、Ｆｌｇが０に初期セットされたまま、制御装置８は、ステップＳ５の判断を行う。すなわち、制御装置８は、ステップＳ３の第２閾値を用いた判断は行わず、センサ出力が第１閾値未満であるかどうかをチェックする（ステップＳ５）。センサ出力が第１閾値未満の場合、制御装置８は続いてＦｌｇをチェックし、ここではＦｌｇが０にセットされているので、制御装置８は正常と判断する（ステップＳ４）。つまり、非シロキサン環境の場合、制御装置８は、センサ出力が第１閾値未満であれば正常と判断することになる。なお、センサ出力が第１閾値以上の場合は、上記と同様の処理を行って冷媒漏洩又はセンサ故障の判断を行うことになる。

　以上説明したように、この実施の形態１によれば、ガスセンサ６のセンサ出力が第２閾値以上、且つ第１閾値未満の状態が設定期間、継続する場合、ガスセンサ６がシロキサン被毒による寿命猶予の状態にあると判断できる。よって、ガスセンサ６がシロキサン被毒によって感度がゼロになる前に、警報を出力してユーザーにガスセンサ６の交換を促すことができる。したがって、ユーザーが気付かないままガスセンサ６が寿命に達し、冷媒漏洩を検知できずに発報されない事態を防止することができる。

　また、ガスセンサ６のセンサ出力が、第１閾値以上、且つ第３閾値未満の場合、冷媒漏洩を示す警報を表示装置１０ａから出力するようにしたので、冷媒漏洩をユーザーへ通知することが可能である。

　また、ガスセンサ６のセンサ出力が、第３閾値以上の場合、センサ故障を示す警報を表示装置１０ａから出力するようにしたので、センサ故障をユーザーへの通知することが可能である。

　また、ガスセンサ６のセンサ出力が第２閾値以上の場合、制御装置８はファン５を駆動させ、ガスセンサ６が交換されるまでファン５の運転を継続させるようにしたので、空間内の冷媒濃度を着火濃度未満に抑えることができ、安全性を保つことができる。

　なお、ここでは、ガスセンサ６の劣化を招く要因として、環境ストレスであるシロキサン被毒を中心に説明したが、その他にも経年劣化がある。ガスセンサ６が経年劣化すると、空間内の冷媒濃度が発報濃度にあるときに、出荷時の新品状態ではセンサ出力が例えば２Ｖとなるところ、経年劣化が生じると、センサ出力が低下して例えば１．５Ｖになるという現象が生じる。この現象は、シロキサン被毒によってセンサ出力が上昇する現象と逆である。ガスセンサ６にはシロキサン被毒による劣化と経年劣化との両方が作用するため、両方を考慮して寿命猶予の判断が必要となる。しかし、実際のところ、ガスセンサ６のセンサ素子は、経年劣化に比べてシロキサン被毒の影響を強く受けるため、寿命猶予の判断は、これまでに説明した判断方法で行うことで、十分な精度で寿命猶予の判断を行える。

　また、ガスセンサ６の経年劣化を考慮した冷媒漏洩の検知は、この発明の要旨からは外れており、従来公知の技術を採用すればよく、何れにしろ、ガスセンサ６のセンサ出力と、冷媒漏洩の有無を識別する閾値である第１閾値とを比較して冷媒漏洩を検知すればよい。

　また、ヘアスプレーなどの一時的な照射等に起因した寿命猶予の誤検知の防止を確実なものとするため、更に以下の確認を行うようにしてもよい。すなわち、寿命猶予であると判断した後、ファン５を予め設定された期間、運転し、その運転後も、センサ出力が第２閾値以上、且つ第１閾値未満から変わらないことを確認するようにしてもよい。

　また、上記におけるセンサ出力及び時間などの具体的数値は、一例を示したに過ぎず、それらは実使用条件等に応じて適宜設定すればよい。

　１　筐体、２　吸込口、３　吹出口、４　熱交換器、５　ファン、６　ガスセンサ、７　フレア部、８　制御装置、９　よどみ部、１０　リモコン、１０ａ　表示装置、１１ａ　室内配管、１１ｂ　室内配管、１２ａ　延長配管、１２ｂ　延長配管。

Claims

　筐体と、
　前記筐体内に配置され、冷媒濃度に応じたセンサ出力を出力するガスセンサと、
　前記ガスセンサのセンサ出力と、冷媒漏洩の有無を識別する閾値である第１閾値とを比較して冷媒漏洩を検知する制御装置と、
　警報を発報する出力装置とを備え、
　前記制御装置は、前記ガスセンサのセンサ出力が、シロキサン被毒によって前記ガスセンサの感度がゼロになったことを表す限界電圧より低い電圧に設定された第２閾値以上、且つ前記第２閾値よりも高い前記第１閾値未満となる状態が、予め設定された設定期間、継続する場合、警報を前記出力装置から発報させる空気調和機。
　前記警報は、前記ガスセンサの交換を促す警報である請求項１記載の空気調和機。
　前記制御装置は、前記ガスセンサのセンサ出力が、前記第１閾値以上、且つ前記第１閾値よりも高い第３閾値未満の場合、冷媒漏洩を示す警報を前記出力装置から発報させる請求項１又は請求項２記載の空気調和機。
　前記制御装置は、前記ガスセンサのセンサ出力が、前記第３閾値以上の場合、センサ故障を示す警報を前記出力装置から発報させる請求項３記載の空気調和機。
　前記筐体内に配置されたファンを備え、
　前記制御装置は、前記ガスセンサのセンサ出力が、前記第２閾値以上の場合、前記ファンを駆動させ、前記ガスセンサが交換されるまで前記ファンの運転を継続させる請求項１～請求項４の何れか一項に記載の空気調和機。
　前記警報を発報するか否かの前記制御装置における判断処理を、シロキサン環境用の判断処理又は非シロキサン環境用の判断処理に切り替える切替装置を備え、
　前記制御装置は、前記非シロキサン環境用の判断処理に切り替えられている場合、前記ガスセンサのセンサ出力が前記第１閾値以上の場合、前記警報を前記出力装置から発報させる請求項１～請求項５の何れか一項に記載の空気調和機。