| 【発明の名称】 |
冷媒漏れ検知装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】吉村 弘幸
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| 【要約】 |
【課題】冷媒管にサイトグラスを設けることを不要とし、また冷凍機がフル稼働時の誤検知を防止できる自動化された冷媒漏れ検知装置を提供する。
【解決手段】冷却装置に冷媒31,32 を充填し冷却を行う冷凍機において、冷媒管17内の冷媒の流れに対して超音波連続波ビーム2aを斜めに放射する超音波センサ23を配設し、この超音波連続波ビーム2aが冷媒の気泡33で散乱する散乱波2cを当該超音波センサ23で受信しこの受信信号22c を処理する信号処理回路5Aを備え、信号処理回路5Aは、超音波センサ23の送信周波数f1と受信周波数f1±Δf2との偏移周波数Δf2から冷媒32の通過流速5fを求め、偏移周波数信号の振幅より冷媒中の気泡発生量5cを求め、流速5fを基に泡量（有無）特性曲線5Eより基準値5eを演算し、気泡発生量5cが基準値5eより大きいとき冷媒漏れありと判定する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧縮機と, 凝縮器と, 膨張弁と, 蒸発器と, これらの機器を接続し循環系を構成する配管と, を備えてなる冷却装置と、この冷却装置に充填されこれらの機器内を循環し蒸発器で蒸発して冷却を行う冷媒と、蒸発器に接続される高圧側冷媒管の片側面に傾斜して配設され，冷媒の流れ方向に対して超音波連続波ビームを斜めに放射する第１超音波センサと、この第１超音波センサを連続的に励振し，この第１超音波センサの超音波連続波ビームが冷媒中の気泡で散乱する散乱波を当該超音波センサで受信し，この受信信号を処理する第１信号処理回路と、を備え、第１信号処理回路は、第１超音波センサが送信する送信周波数と, 受信する受信周波数と, の偏移周波数信号から冷媒の通過流速を求める第１気泡流速演算手段と、この偏移周波数信号の振幅より冷媒中の気泡発生量を求める第１気泡発生量演算手段と、第１気泡流速演算手段のデータを基に泡量（有無）特性曲線より基準値を演算する演算処理部と、第１気泡発生量演算手段のデータと基準値とを比較する比較手段と、を備え、第１気泡発生量演算手段のデータが泡量（有無）特性曲線の基準値より大きいとき冷媒漏れありと判定する、ことを特徴とする冷媒漏れ検知装置。
【請求項２】圧縮機と, 凝縮器と, 膨張弁と, 蒸発器と, これらの機器を接続し循環系を構成する配管と, を備えてなる冷却装置と、この冷却装置に充填されこれらの機器内を循環し蒸発器で蒸発して冷却を行う冷媒と、蒸発器に接続される高圧側冷媒管の片側面に傾斜して配設され，冷媒の流れ方向に対して超音波連続波ビームを斜めに放射する第１超音波センサと、第１超音波センサの超音波連続波ビームが冷媒中の気泡で散乱する散乱波を受信する第２超音波センサと、第１超音波センサを連続的に励振し，第２超音波センサが受信する受信信号を処理する第２信号処理回路と、を備え、第２信号処理回路は、第１超音波センサが送信する送信周波数と, 第２超音波センサが受信する受信周波数と, の偏移周波数信号から冷媒の通過流速を求める第２気泡流速演算手段と、この偏移周波数信号の振幅より冷媒中の気泡発生量を求める第２気泡発生量演算手段と、第２気泡流速演算手段のデータを基に泡量（有無）特性曲線より基準値を演算する演算処理部と、第２気泡発生量演算手段のデータと基準値とを比較する比較手段と、を備え、第２気泡発生量演算手段のデータが泡量（有無）特性曲線の基準値より大きいとき冷媒漏れありと判定する、ことを特徴とする冷媒漏れ検知装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の冷媒漏れ検知装置において、蒸発器に接続される高圧側冷媒管の別の場所の片側面に垂直に配設される第３超音波センサと、第１または第２信号処理回路に代わって、第１超音波センサを連続的に励振しこの超音波信号が冷媒中の気泡で散乱する散乱波を第１超音波センサあるいは第２超音波センサで受信する受信信号を処理する第３信号処理回路と、を備え、第３信号処理回路は、送信周波数と受信周波数との偏移周波数信号から冷媒の通過流速を求める第３気泡流速演算手段と、第３超音波センサをパルス状に励振し当該超音波センサに戻る反射波を受信しこの第３受信信号の振幅を検出する受信レベル検出手段と、第３気泡流速演算手段のデータを基に泡量判定基準値を演算する第３演算処理部と、受信レベル検出手段のデータと第３演算処理部の基準値とを比較する比較手段と、を備え、受信レベル検出手段のデータが泡量判定基準値より低いとき、冷媒漏れありと判定する、ことを特徴とする冷媒漏れ検知装置。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の冷媒漏れ検知装置において、圧縮機の消費電流または消費電力を検出する電気量センサを備え、第１または第２信号処理回路の演算処理部は、第１または第２気泡流速演算手段が求めるデータの代わりに、消費電流または消費電力のデータを基に泡量（有無）特性曲線より基準値を演算し、第１または第２気泡発生量演算手段のデータが泡量（有無）特性曲線の基準値より大きいとき冷媒漏れありと判定する、ことを特徴とする冷媒漏れ検知装置。
【請求項５】請求項１または請求項２に記載の冷媒漏れ検知装置において、圧縮機あるいはこの圧縮機の出口冷媒管に冷媒圧力を測定する圧力センサを備え、第１または第２信号処理回路の演算処理部は、第１または第２気泡流速演算手段が求めるデータの代わりに、この圧力センサのデータを基に泡量（有無）特性曲線より基準値を演算し、第１または第２気泡発生量演算手段のデータが泡量（有無）特性曲線の基準値より大きいとき冷媒漏れありと判定する、ことを特徴とする冷媒漏れ検知装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スーパーやコンビニエンスストアなどにおいて用いられるオープンショーケースの冷媒を備える冷却装置（以下、冷凍機と略称する）に関して、特に、その冷媒漏れを検知する冷媒漏れ検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術による冷媒漏れ検知は、膨張弁の下流側に設けられる冷媒管の様子を直視できるサイトグラスに現れる気泡を目視して行っていた。通常、冷媒は高圧で冷媒管に封入されているため、蒸発温度は高く、室温では液状になっているが、冷媒が漏れてくると冷媒管での圧力が低下し、蒸発温度が下がり、室温でも気体状になる。この原理を利用してサイトグラスに現れる気泡の量を目で監視し、冷媒漏れ量を推測していた。
【０００３】また、図11は、栗原将，他「エアコン冷媒センサ」平成４年度日本冷凍協会学術講演会講演論文集(4-11-30,12-1 東京) に発表された冷媒漏れ検知センサの概念図である。図11において、開示されているコンセプトＢの方法によれば、冷媒管17に設けられたサイトグラス43を介して、冷媒流路中に発光素子41と受光素子42とを対向配置し、冷媒32中に現れる気泡33の状態によって変化する光の透過量を検知するセンサである。即ち、冷媒量が適正状態では、レシーバドライヤとエキスパンションバルブ間には気泡33が発生しないため、光の透過量は高く、冷媒不足状態では、気泡33が発生するため、光の透過量は低くなる。この光の透過量を信号処理回路45で電圧に変換し、２個の発光素子である緑LED46,赤LED47 に表示させている。この論文によれば、エアコンシステムでの適正充填量に対して、漏れが 7〜13％程度の範囲で検出できることが報告されている。
【０００４】また、図示省略したが、コンセプトＡとして冷媒流路中に発熱素子を設置し、冷媒のもつ気体熱伝導率と液体熱伝導率の差を利用して、冷媒状態によって変化する発熱素子への冷却度を検知する冷媒漏れ検知方法が報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この様に、従来技術による冷媒漏れ検知方法は、サイトグラスを介した(1) 目視方法、(2) 冷媒中の光透過量の差による検出方法、あるいは、(3) 冷媒の熱伝導率の差による検出方法がある。(1) 冷媒漏れ検知を人的に行う目視方法では自動化できずまた点検費用がかさむ問題がある。また、(1),(2),(3) の何れの方法でも冷媒管にサイトグラスを設ける、あるいは、冷媒中に発熱素子を設置する必要があり、配管にそのための処置が必要となる。
【０００６】また、(2),(3) による冷媒の気泡の発生だけで冷媒漏れを検知する方法では、例えば、ショーケース内に一度に大量の商品補充がなされたときには、庫内の温度が上がり、冷凍機がフル稼働することにより、高圧冷媒管の圧力が一時的に下がる現象が発生し、従来技術による方法では、冷媒が漏れていないのに漏れていると誤検知する問題がある。
【０００７】本発明は上記の点にかんがみてなされたものであり、その目的は前記した課題を解決して、サイトグラスを設けるなどの冷媒管への加工を不要と、また、冷凍機がフル稼働時の誤検知を防止することができる自動化された冷媒漏れ検知装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明による冷凍機の冷媒漏れ検知装置は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とこれらの機器を接続し循環系を構成する配管とを備えてなる冷却装置と、この冷却装置に充填されこれらの機器内を循環し蒸発器で蒸発して冷却を行う冷媒と、蒸発器に接続される高圧側冷媒管の片側面に傾斜して配設され冷媒の流れ方向に対して超音波連続波ビームを斜めに放射する第１超音波センサと、この第１超音波センサを連続的に励振しこの第１超音波センサの超音波連続波ビームが冷媒中の気泡で散乱する散乱波を当該超音波センサで受信しこの受信信号を処理する第１信号処理回路と、を備え、また、第１信号処理回路は、第１超音波センサが送信する送信周波数と受信する受信周波数との偏移周波数信号から冷媒の通過流速を求める第１気泡流速演算手段と、この偏移周波数信号の振幅より冷媒中の気泡発生量を求める第１気泡発生量演算手段と、第１気泡流速演算手段のデータを基に泡量（有無）特性曲線より基準値を演算する演算処理部と、第１気泡発生量演算手段のデータと基準値とを比較する比較手段と、を備えて構成するものとする。かかる構成により、第１気泡発生量演算手段のデータが泡量（有無）特性曲線の基準値より大きいとき冷媒漏れありと判定することができる。
【０００９】また、本発明による冷凍機の冷媒漏れ検知装置は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とこれらの機器を接続し循環系を構成する配管とを備えてなる冷却装置と、この冷却装置に充填されこれらの機器内を循環し蒸発器で蒸発して冷却を行う冷媒と、蒸発器に接続される高圧側冷媒管の片側面に傾斜して配設され冷媒の流れ方向に対して超音波連続波ビームを斜めに放射する第１超音波センサと、第１超音波センサの超音波連続波ビームが冷媒中の気泡で散乱する散乱波を受信する第２超音波センサと、第１超音波センサを連続的に励振し第２超音波センサが受信する受信信号を処理する第２信号処理回路と、を備え、また、第２信号処理回路は、第１超音波センサが送信する送信周波数と第２超音波センサが受信する受信周波数との偏移周波数信号から冷媒の通過流速を求める第２気泡流速演算手段と、この偏移周波数信号の振幅より冷媒中の気泡発生量を求める第２気泡発生量演算手段と、第２気泡流速演算手段のデータを基に泡量（有無）特性曲線より基準値を演算する演算処理部と、第２気泡発生量演算手段のデータと基準値とを比較する比較手段と、を備えて構成するものとする。かかる構成により、第２気泡発生量演算手段のデータが泡量（有無）特性曲線の基準値より大きいとき冷媒漏れありと判定することができる。
【００１０】また、本発明による冷凍機の冷媒漏れ検知装置は、蒸発器に接続される高圧側冷媒管の別の場所の片側面に垂直に配設される第３超音波センサと、第１または第２信号処理回路に代わって第１超音波センサを連続的に励振しこの超音波信号が冷媒中の気泡で散乱する散乱波を第１超音波センサあるいは第２超音波センサで受信する受信信号を処理する第３信号処理回路と、を備え、第３信号処理回路は、送信周波数と受信周波数との偏移周波数信号から冷媒の通過流速を求める第３気泡流速演算手段と、第３超音波センサをパルス状に励振し当該超音波センサに戻る反射波を受信しこの第３受信信号の振幅を検出する受信レベル検出手段と、第３気泡流速演算手段のデータを基に泡量判定基準値を演算する第３演算処理部と、受信レベル検出手段のデータと第３演算処理部の基準値とを比較する比較手段と、を備えて構成するものとする。
【００１１】かかる構成により、受信レベル検出手段のデータが泡量判定基準値より低いとき、冷媒漏れありと判定することができる。また、冷媒漏れ検知装置は、圧縮機の消費電流または消費電力を検出する電気量センサを備えて構成するものとする。
【００１２】かかる構成により、第１または第２信号処理回路の演算処理部は、第１または第２気泡流速演算手段が求めるデータの代わりに、消費電流または消費電力のデータを基に泡量（有無）特性曲線より基準値を演算し、第１または第２気泡発生量演算手段のデータが泡量（有無）特性曲線の基準値より大きいとき冷媒漏れありと判定することができる。
【００１３】また、冷媒漏れ検知装置は、圧縮機あるいはこの圧縮機の出口冷媒管に冷媒圧力を測定する圧力センサを備えて構成するものとする。かかる構成により、第１または第２信号処理回路の演算処理部は、第１または第２気泡流速演算手段が求めるデータの代わりに、この圧力センサのデータを基に泡量（有無）特性曲線より基準値を演算し、第１または第２気泡発生量演算手段のデータが泡量（有無）特性曲線の基準値より大きいとき冷媒漏れありと判定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例としての冷凍機の冷媒漏れ検知装置の要部構成図、図２は他の実施例としての冷凍機の冷媒漏れ検知装置の要部構成図、図３は一実施例の信号処理回路の要部構成図、図４は他の実施例の信号処理回路の要部構成図、図５は他の実施例の信号処理回路の要部構成図、図６は一実施例の原理説明図、図７は泡量（有無）特性曲線および泡量判定基準値を説明する説明図、図８は他の冷媒漏れの検出原理を説明する説明図、図９は図８の検出原理を説明するタイミング図、図10は一実施例の冷媒漏れの判定フローチャート、図12は他の実施例としての冷凍機の冷媒漏れ検知装置の要部構成図であり、図11に対応する同一部材には同じ符号が付してある。
（実施形態１）図１において、本発明による冷凍機は、圧縮機11と, 凝縮器12と, ドライヤ13と、キャピラリチューブまたは膨張弁14と, 蒸発器15と, これらの機器11〜15を接続し循環系を構成する配管16と, を備えてなる冷却装置と、この冷却装置に充填されこれらの機器11〜15,16 内を循環し蒸発器15で蒸発して冷却を行う冷媒（気体31、液体32）と、を備えて構成される。
【００１５】この冷凍機の冷媒31,32 の漏れ検知装置は、蒸発器15に接続される高圧側冷媒管17の片側面に楔24を介して傾斜して配設され，冷媒32,33 の流れ方向に対して超音波連続波ビームを斜めに放射する第１超音波センサ23と、この第１超音波センサ23を励振信号22a で連続的に励振し，この第１超音波センサ23の超音波連続波ビーム2aが冷媒（32,33(気泡))中の気泡33で散乱する散乱波2cを当該超音波センサ23で受信し，この受信信号22c を処理する第１信号処理回路5Aと、を備えて構成される。
【００１６】この第１信号処理回路5Aは、図３において、第１超音波センサ23が送信する送信周波数f1と, 受信する受信周波数 (f1±Δf2) と, の偏移周波数Δf2の信号から冷媒32,33 の通過流速を求める第１気泡流速演算手段(53A,53B,53D, 以下53Dで表示する) と、この偏移周波数Δf2の信号の振幅より冷媒中の気泡発生量を求める第１気泡発生量演算手段(53A,53B,53C, 以下53C で表示する) と、第１気泡流速演算手段53D のデータを基に泡量（有無）特性曲線(5E)より基準値5eを演算する演算処理部58と、第１気泡発生量演算手段53C のデータ5cと基準値5eとを比較する比較手段55と、を備えて構成される。
【００１７】かかる構成により、信号処理回路5Aは、第１気泡発生量演算手段53C のデータ5cが泡量（有無）特性曲線(5E)の基準値5eより大きいとき冷媒漏れありと判定し、冷媒漏れを検出することができる。
（実施形態２）図２において、実施形態２による冷凍機の冷媒漏れ検知装置が上述の実施形態１で説明した冷媒漏れ検知装置との相違点は、蒸発器15に接続される高圧側冷媒管17の別の場所の片側面に垂直に配設される第３超音波センサ25と、第１または第２信号処理回路5A,5B に代わって、第１超音波センサ23を励振信号22a で連続的に励振し, この超音波信号2aが冷媒（32,33(気泡))中の気泡33で散乱する散乱波2c,2b を第１超音波センサ23あるいは点線で図示される第２超音波センサ23Aで受信する受信信号22c,22b を処理し, また, 第３超音波センサ25をパルス状に励振しその反射波2fを受信処理する第３信号処理回路6A,6B と、を備えて構成される。
【００１８】この第３信号処理回路6A,6B は、図５において、第１超音波センサ23が送信する送信周波数f1と，第１超音波センサ23あるいは第２超音波センサ23A で受信する受信信号22c,22b の受信周波数 (f1±Δf2) との偏移周波数Δf2の信号から冷媒32,33 の通過流速を求める第３気泡流速演算手段（52〜53D,以下53D で表示する) と、第３超音波センサ25をパルス状に励振し当該超音波センサ25に戻る反射波を受信しこの第３受信信号25c の振幅を検出する受信レベル検出手段（61〜63C 以下63C で表示する）と、第３気泡流速演算手段53D のデータ5fを基に泡量判定基準特性(6G)から泡量判定基準値(6g)を演算する第３演算処理部68と、受信レベル検出手段63C のデータ6cと第３演算処理部68の基準値6gとを比較する比較手段55と、を備えて構成される。
【００１９】かかる構成により、第３信号処理回路6A,6B は、受信レベル検出手段63C のデータ6cが泡量判定基準値6gより低いとき、冷媒漏れありと判定し、冷媒漏れを検出することができる。
【００２０】
【実施例】まず先に、冷凍機の構成と冷却原理を説明する。図１において、冷凍機は、上述した様に、圧縮機11と, 凝縮器12と, ドライヤ13と、キャピラリチューブまたは膨張弁14と, 蒸発器15と, これらの機器11〜15を接続する配管16と, を備える冷却装置と、この冷却装置に充填されこれらの機器11〜15,16 内を循環し蒸発器15で蒸発して冷却を行う冷媒31,32 と、を備えて構成される。
【００２１】かかる構成により、冷凍機は、冷媒31,32 の蒸発(31)と、凝縮液化(32)と、のサイクルを利用して冷却が行われる。冷媒液32は蒸発器15中でその圧力に対応した温度で蒸発する。この際、その蒸発器15の温度が周囲温度より低ければ、周囲より熱を吸収して蒸発が続き、蒸発器15の圧力を一定に保ならば、この圧力に対応する定温度に保つことができる。冷媒液32を膨張弁14で減圧して低圧の蒸発器15に送り、ここで周囲の熱を吸収して蒸発させ、発生する蒸気31を圧縮機11に吸入し、圧縮機11に加えられる動力によって圧縮し、高圧・高温のガス31となし、このガス31を凝縮器12に導き、水・大気などに放熱することにより液化させ、液溜めに受け、これを上述の膨張弁14に導き、冷却サイクルが形成される。
【００２２】冷媒31,32 は、熱を移動させるための媒質であり、この場合冷媒31,32 の状態をガス状(31)、液状(32)に変化するのみである。このサイクルを繰り返すことにより蒸発器15の周辺の限られた部分内の物体の温度を降下させ、冷凍（冷却）を生成することができる。即ち、冷凍サイクルは、仕事を費やして、(1) 低温度の箇所（蒸発器15）にて熱を吸収して、(2) これを高温度の箇所（凝縮器12）にて費やされた仕事に相当する熱と共に放熱を行う。圧縮機11は加えられた動力により熱を汲み上げる熱のポンプの働きを行う。
【００２３】この様に、蒸発器15では、液状の冷媒32はその圧力を低く保つと、低い温度で蒸発し、このとき液冷媒32が蒸発するために多量の熱が必要であり、液体はその周辺からこの熱を奪って蒸発するため、周辺のものを冷却することができる。液冷媒32が蒸発し気化している間はその圧力に対する蒸発温度は一定であり、奪った熱は状態変化（液体から気体）のために費やされる。
【００２４】また、圧縮機11は、蒸発器15でどんどん蒸発する冷媒31の蒸気をシリンダに吸い込み、常に蒸発器15を低圧に維持し、冷媒31の蒸発温度を低く保つことができる。熱の運搬役である気体冷媒31から多量の熱を吐き出させるためには、圧力を高くして凝縮温度を上げ、外気より高くすることにより放熱を容易にすることができる。
【００２５】凝縮器12は、圧縮機11で高温高圧になった気体冷媒31を常温の外気あるいは水で冷却して液化させることができる。気体冷媒31は凝縮して液体冷媒32に戻る際、凝縮の潜熱を外気あるいは水に放出する。従って、凝縮器12での液体冷媒32そのものの温度はあまり変化しない。
【００２６】ドライヤ13は、液体冷媒32にに含まれる水分やゴミなどを除去し、冷媒31,32の質的低下を防止し、冷媒31,32 のリサイクルを可能とさせる。キャピラリチューブまたは膨張弁14は、凝縮器12で液化した冷媒32のままでは圧力が高すぎるので、蒸発器15での蒸発がし易い圧力まで減圧させるものである。キャピラリチューブまたは膨張弁14のいずれの手段も、狭い通路を通して抵抗をつけ、絞り変化のため、冷媒32の圧力は急に下がる。絞り効果によって、冷媒32の一部が蒸発し気泡33を発生するが、このときの蒸発は外部からの熱ではなく冷媒液32自身の熱を奪って行われる。
（実施例１）実施形態１の構成による受信信号22c を処理する第１信号処理回路5Aを図６の原理説明図を用いて説明する。図６において、励振部52から周波数f1の正弦波で第１超音波センサ23を連続的に励振する。この第１超音波センサ23は、周波数f1の正弦波の超音波連続波ビーム2aを斜めに放射し、この超音波連続波ビーム2aが冷媒32,33 中の気泡33で散乱する散乱波2cを当該超音波センサ23で受信する。このときの受信する散乱波2cの周波数は, 冷媒32,33 の流速に比例し冷媒32,33 の流れ方向により符号が定まるドプラー偏移周波数 (±Δf2) だけ周波数偏移が発生し受信周波数は（f1±Δf2）となる。また、このとき、第１超音波センサ23で検出される検出信号22c は, 両周波数(f1)と（f1±Δf2）の正弦波信号の積の信号波形として検出される。
【００２７】この２つの周波数(f1, (f1±Δf2))の正弦波信号の積は、２つの周波数の和(2f1±Δf2) および差 (±Δf2) の正弦波信号の和の形で表すことができ、周波数(2f1±Δf2) は高周波信号であり、周波数 (±Δf2) は低周波信号であるので、ローパスフィルタ53B を介して高周波成分を除去することによりドプラー偏移周波数成分（±Δf2）を検出し、冷媒32,33 の流速を演算することができる。
【００２８】次に、図３において、第１信号処理回路5Aを説明する。第１信号処理回路5Aは、第１超音波センサ23を励振する励振部52と、検出信号22c を増幅する増幅器53A とローパスフィルタ53B と振幅検出部53C と周波数検出部53D とからなる受信部53と、比較器55と記憶回路56と中央処理装置(CPU)57 と演算処理部58とからなる演算装置54と、を備えて構成される。
【００２９】かかる構成において、第１信号処理回路5Aは、周波数f1と周波数(f1 ±Δf2)が第１超音波センサ23自身でミキシングされた検出信号22c を増幅器53A で増幅し、ローパスフィルタ53B で高周波成分(2f1±Δf2) をフィルタ除去してドプラー周波数偏移±Δf2を検出し、振幅検出部53C でドプラー周波数偏移±Δf2の振幅値、即ち、気泡33の発生量5cを検出し（第１気泡発生量演算手段53C)、周波数検出部53D,例えばカウンタ, で周波数Δf2を検出し（第１気泡流速演算手段53D)、冷媒32,33 の流速5fを検出することができる。
【００３０】演算装置54は、冷媒32,33 の流速5fの検出値を基に、記憶回路56に予め定められた後述する図７に図示される泡量（有無）特性曲線5Eより、流速5fの検出値の近傍データを読み出し、例えば比例演算で流速5fに対応する基準値5eを演算処理部58で演算し、第１気泡発生量演算手段53C のデータ（気泡33の発生量）5cと基準値5eとを比較手段55で比較して、冷媒漏れの有無を判定することができる。
（実施例２）実施形態１の他の実施例を説明する。図１において、他の実施例の冷凍機の冷媒31,32 の漏れ検知装置は、冷凍機の蒸発器15に接続される高圧側冷媒管17の片側面に楔24を介して傾斜して配設され，冷媒32,33 の流れ方向に対して超音波連続波ビームを斜めに放射する第１超音波センサ23と、この第１超音波センサ23の超音波連続波ビーム2aが冷媒（32,33(気泡))中の気泡33で散乱する散乱波2cを受信する第２超音波センサ23A と、第１超音波センサ23を励振信号22a で連続的に励振し，第２超音波センサ23A が受信する受信信号22c を処理する第２信号処理回路5Bと、を備えて構成される。
【００３１】第２信号処理回路5Bは、励振部52で第１超音波センサ23を励振し、第１超音波センサ23が送信する送信周波数f1と, 受信する受信周波数 (f1±Δf2) と, の周波数偏移Δf2の信号から冷媒32,33 の通過流速を求める第２気泡流速演算手段53D と、この周波数偏移Δf2の信号の振幅より冷媒中の気泡発生量を求める第２気泡発生量演算手段53C と、第２気泡流速演算手段53D のデータを基に泡量（有無）特性曲線5Dより基準値5dを演算する演算処理部58と、第２気泡発生量演算手段53C のデータ5bと基準値5dとを比較する比較手段55と、を備えて構成することができる。
【００３２】この第２信号処理回路5Bは、図４において、第１超音波センサ23を励振する励振部52と、第２超音波センサ23A が受信する検出信号22b を増幅する増幅器53Aとこの増幅器53A の出力と励振部52からの周波数f1の信号とをミキシングするミキシング部53E とローパスフィルタ53B と振幅検出部53C と周波数検出部53D とからなる受信部53M と、比較器55と記憶回路56と中央処理装置(CPU)57 と演算処理部58とからなる演算装置54と、を備えて構成される。
【００３３】かかる構成において、第２信号処理回路5Bは、励振部52で第１超音波センサ23を励振し、この第１超音波センサ23が冷媒32,33 の流れ方向に対して超音波連続波ビーム2aを斜めに放射し、この超音波連続波ビーム2aが冷媒32,33 中の気泡33で散乱する散乱波2bを第２超音波センサ23A で受信し、この第２超音波センサ23A が受信する受信周波数(f1 ±Δf2) を増幅器53A で増幅し、この増幅器53A の出力53a と励振部52からの周波数f1の信号52a とを、例えば、ミキシング部53Eの非線形要素でミキシングし、２つの周波数(f1, (f1±Δf2))の正弦波信号の積信号を形成し、以下実施例１と同様に、ローパスフィルタ53B で高周波成分(2f1±Δf2) をフィルタ除去してドプラー周波数偏移±Δf2を検出し、振幅検出部53C でドプラー周波数偏移±Δf2の振幅値、即ち、気泡33の発生量5bを検出し（第２気泡発生量演算手段53C)、周波数検出部53D,例えばカウンタ, で周波数Δf2を検出し（第２気泡流速演算手段53D)、冷媒32,33 の流速5fを検出することができる。
【００３４】そして、演算装置54は、検出された冷媒32,33 の流速5fを基に、記憶回路56に予め定められた図７に図示される泡量（有無）特性曲線5Dより、流速5fの検出値の近傍データを読み出し、例えば比例演算で流速5fに対応する基準値5dを演算処理部58で演算し、第１気泡発生量演算手段53C のデータ（気泡33の発生量）5bと基準値5dとを比較手段55で比較して、冷媒漏れの有無を判定することができる。特に、実施例１と比較して、散乱波2bを受信する信号レベルが低いとき、第２超音波センサ23A で散乱波2bを個別に受信し、これを増幅して、ミキシング部(53E) で励振部52と, 受信し増幅した散乱波2bと, の信号を非線形素子を介してミキシングすることにより、ドプラー周波数偏移±Δf2の信号をより安定に検出することができ、以下、実施例１で述べたと同様の処理で冷媒漏れの有無を判定することができる。
【００３５】また、実施例１、２で説明した実施例と異なる他の実施例として、図12に図示する冷媒漏れ検知装置がある。図12において、冷媒漏れ検知装置は、圧縮機11の消費電流または消費電力を検出する電気量センサ27を備える、あるいは、圧縮機11またはこの圧縮機11の出口冷媒管に冷媒圧力を測定する圧力センサ28を備えて構成することができる。
【００３６】かかる構成により、第１信号処理回路5Cの演算処理部58または第２信号処理回路5Dの演算処理部58は（図３、４参照）、第１または第２気泡流速演算手段53Dが求めるデータ5fの代わりに、消費電流または消費電力のデータを基に泡量（有無）特性曲線5E,5D より基準値5e,5d を演算し、第１または第２気泡発生量演算手段53C のデータ5c,5b が泡量（有無）特性曲線の基準値5e,5d より大きいとき冷媒漏れありと判定することができる。
（実施例３）実施形態２を補足説明する。実施例１および実施例２で説明した実施形態１と本発明の実施形態２との差異は次の点にある。即ち、実施形態１では、冷媒管17中の気泡33の発生量5c,5b の検出を、気泡33で散乱される散乱波2c,2b を自身の第１超音波センサ23あるいは第２超音波センサ23A でドプラー周波数偏移±Δf2した周波数成分の振幅を検出することによって行っている。他方、実施形態２では、第３超音波センサ25を冷媒管17中の別箇所に垂直に設置し、冷媒管17で反射する反射波を測定し、この反射波の減少程度から、気泡33の発生量6c,6b を間接的に検出するものである。即ち、第３超音波センサ25による超音波信号が気泡33で散乱されるがこの残りの冷媒管17中を透過する超音波透過量を測定するものである。この第３信号処理回路6A,6B を図５に図示する。尚、実施例１に対応する信号処理回路6Aを中心に説明し、実施例２に対応する信号処理回路6Bは括弧内で説明する。
【００３７】図５において、第３信号処理回路6A(6B)は、実施例１（２）に対応する第１超音波センサ23を励振する励振部52と、第１超音波センサ23が受信する検出信号22c(あるいは第２超音波センサ23A が受信する検出信号22b)を増幅する増幅器53Aと,(この増幅器53A の出力と励振部52からの周波数f1の信号とをミキシングするミキシング部53E と),ローパスフィルタ53B と周波数検出部53D とからなり受信部63の一部を形成し、冷媒管17中の気泡33の通過流速を求める第３気泡流速演算手段（52〜53D)と、一定間隔でパルスを発生するタイミング生成器61と、このタイミングパルスを受けて第３超音波センサ25を励振する送信部62と、増幅器63A と, 帯域通過フィルタ63B と, 振幅検出部63C とからなり受信部63の残り部分を形成し、冷媒管17中の気泡33を透過する反射波2fを検出する受信レベル検出手段（61〜63C)と、比較器55とゲート回路55A と記憶回路66と中央処理装置(CPU)57 と演算処理部68とからなる演算装置64と、を備えて構成される。
【００３８】かかる構成において、第３信号処理回路6A(6B)は、励振部52で第１超音波センサ23を励振し、この第１超音波センサ23が冷媒32,33 の流れ方向に対して超音波連続波ビーム2aを斜めに放射し、この超音波連続波ビーム2aが冷媒32,33 中の気泡33で散乱する散乱波2cを第１超音波センサ23（あるいは散乱波2bを第２超音波センサ23A)で受信し、超音波センサ23(23A) が受信する受信周波数(f1 ±Δf2)を増幅器53A で増幅し、（ミキシング部53E で増幅器53A の出力と励振部52からの周波数f1の信号をミキシングし、２つの周波数(f1, (f1±Δf2))の正弦波信号の積信号を形成し）、以下、ローパスフィルタ53B で高周波成分(2f1±Δf2) をフィルタ除去してドプラー周波数偏移±Δf2を弁別し、周波数検出部53D,例えばカウンタ, で周波数Δf2を検出し、冷媒32,33 の流速5fを検出する。
【００３９】また、図８を併用して図５において、第３信号処理回路6A(6B)は、タイミング生成器61より予め定められた一定間隔で発生するタイミングパルス61a によって、一方は送信部62で電力増幅して超音波センサ25を励振し、超音波センサ25に矩形波の励振信号を印加すると、超音波センサ25の電気・機械振動系によって定まる高いＱ（ピーク値）を有する高周波振動波2d（図９の(B) 参照) が発生し、この高周波振動波形が冷媒管17中の冷媒32,33 を垂直に伝搬し、冷媒管17の配管裏面19で反射する反射波2fを当該超音波センサ25で受信する。この受信信号25c は気泡33の発生が無いときは気泡33による散乱の影響を受けることなく透過され（図８の(A))、気泡33があるときは気泡33によって散乱され、透過する超音波信号2fは減少し、受信信号25c も減少する。
【００４０】この受信信号25c は、増幅器63A で増幅され、帯域通過フィルタ63B で電気的ノイズおよび音響ノイズを除去して、振幅検出部63C で受信信号25c の振幅6cを検出し、演算装置64に出力される。この受信信号25c の振幅の測定は、受信信号25c のピーク値、半波（全波）整流値の積分値、あるいは、実効値の積分値などを利用することができる。
【００４１】次に、演算装置54の動作を説明する。実施例３の冷媒漏れ検知装置は、実用運転開始に先立ち、冷媒漏れが無い状態で冷凍機を運転したときの第３気泡流速演算手段（52〜53D)による冷媒32,33 の流速相当の出力5fと, 受信レベル検出手段（61〜63C)による受信信号レベル6cと, の関係特性を予め調べ、泡量判定基準特性(6G)としてこのデータを記憶回路56に保有し、受信信号レベル6cがこの泡量判定基準特性(6G)の泡量判定基準値6g以下になったとき冷媒漏れありと判定することができる。
【００４２】図７は基準泡量（有無）設定値を示す特性図である。図７において、縦軸に基準泡量を、横軸に第３気泡流速演算手段（52〜53D)による冷媒32,33 の流速相当の出力5fをパラメータにとり、冷却装置に冷媒が適正充填されているときの冷凍機の運転データを予め測定し、このデータを処理して記憶回路66に記憶させる。このデータ処理は、冷媒32,33 の流速相当の出力5fに対する超音波センサ25の受信信号25c を受信処理しこの受信信号レベル6cを測定し、この測定データ6cに予め定められた泡量（有無）特性曲線6Fの値を減算補正して、気泡33の有無を判定する冷媒32,33 流速相当出力5fをパラメータとする泡量判定基準特性6Gとして、当該冷凍機の冷媒漏れ検知装置の第３信号処理回路6A,6B の記憶回路66にそのデータを保持することができる。
【００４３】そして、冷凍機として運用するときは、冷媒32,33 流速相当出力5fを演算し、この演算データ5fの近傍データを第３信号処理回路6A,6B の記憶回路66に保持されたデータから読み出し、演算処理部68で例えば比例配分して、冷媒漏れ有無を判定する泡量判定基準値6gを演算し、受信信号レベル6cと比較して冷媒漏れの有無を検知することができる。
【００４４】図10は第１〜第３信号処理回路5A,5B,6A,6B での上記処理プログラムであり、図10の(A) に第１、第２信号処理回路5A,5B を示し、図10の(B) に第３信号処理回路6A,6B を示す。図10の(A) において、ステップS1で、第１あるいは第２気泡流速演算手段53D から冷媒32,33 流速相当出力5fを演算する。ステップS2で、このデータ5fを基に冷媒漏れ有無を判定する泡量（有無）特性曲線5D,5E のいずれかの該当する基準値5dまたは5eを演算し、この演算値を目標値SVとして比較器55の基準値として設定する。ステップS3で、気泡発生量演算手段53C の受信信号5b,5c のレベル値PVを読み取り、ステップS4で、演算された泡量（有無）基準値5d,5e の該当する演算値SVと受信信号5b,5c のレベルPVとを比較し、受信信号5b,5c のレベルPVが演算値SVよりも大(Yes) なるときステップS5で、冷媒漏れ有を出力する。また、ステップS4で、受信信号5b,5c のレベルPVが演算値SVよりも小(No)なるときステップS1に戻り、監視を継続する。
【００４５】また、図10の(B) において、ステップS11 で、第３気泡流速演算手段53D から冷媒32,33 流速相当出力5fを演算する。ステップS12 で、このデータ5fを基に冷媒漏れ有無を判定する泡量判定基準特性6Gの基準値6gを演算し、この基準値6gを目標値SVとして比較器55に設定する。ステップS13 で、受信レベル検出手段（61〜63C)の受信信号レベル6cのレベル値PVを読み取り、ステップS14 で、演算された泡量判定基準値6g(SV)と受信信号レベル6c(PV)とを比較し、受信信号レベル6c(PV)が基準値6g(SV)よりも小(Yes) なるときステップS15 で、冷媒漏れ有を出力する。また、ステップS14 で、受信信号レベル6c(PV)が基準値6g(SV)よりも大(No)なるときステップS11 に戻り、監視を継続する。
【００４６】実施例３による冷媒漏れ検知装置では、超音波信号の透過波を監視しているので、透過波そのものが検出されないなどの検知装置の異常状態を含めて監視することができるので、例えば、人命に危機に関連する場合などの高信頼性安全化システムに適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、冷媒管に外部から超音波センサを設置し、この超音波センサの送受信信号を処理することにより、サイトグラスを設けるなどの冷媒管への加工を不要とする冷媒漏れ検知装置を提供することができ、また、圧縮機の電流、電力あるいは圧力を監視することにより、冷凍機のフル稼働時の誤検知を防止することができる自動化された冷媒漏れ検知装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５２３４
【氏名又は名称】富士電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年５月２４日（１９９９．５．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８３３９
【弁理士】
【氏名又は名称】篠部 正治
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３３７７４１（Ｐ２０００−３３７７４１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月８日（２０００．１２．８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１４３０１６ |
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