特開 2023-182851 冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023182851

(43)【公開日】2023-12-26

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 49/02 20060101AFI20231219BHJP

【ＦＩ】

F25B49/02 530Z

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023184670

(22)【出願日】2023-10-27

(62)【分割の表示】P 2021562406の分割

【原出願日】2019-12-05

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 智隆

(72)【発明者】

【氏名】野本 宗

(57)【要約】      （修正有）

【課題】冷凍サイクル装置における冷媒不足の検出精度を向上させる。
【解決手段】冷凍サイクル装置（１００）においては、冷媒が圧縮機（１）、第１熱交換器（２）、レシーバ（３）、配管（Ｐｐ）、膨張弁（４）、および第２熱交換器（５）の順に循環する。配管（Ｐｐ）には観察孔（Ｈｏ）が形成され、光透過性部材（６）と、光検出装置（７）とを備える。光透過性部材（６）は、観察孔（Ｈｏ）において配管（Ｐｐ）の内壁と対向するように配置され、光検出装置（７）は、配管（Ｐｐ）の外部において光透過性部材（６）と対向するように配置され、配管（Ｐｐ）の内部からの光に関する情報を出力する。制御装置（１０）は、光検出装置（７）から出力される光に関する情報を用いてレシーバ（３）からの冷媒の状態を検出し、冷媒の状態が気液二相状態である場合、冷媒の不足を報知する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒が圧縮機、第１熱交換器、レシーバ、配管、膨張弁、および第２熱交換器の順に循環する冷凍サイクル装置であって、
前記配管には、観察孔が形成され、
前記レシーバは、液体の前記冷媒を貯留し、
前記冷凍サイクル装置は、
重力方向において前記配管の内壁と対向するように前記観察孔に配置された光透過性部材と、
前記配管の外部において前記光透過性部材と対向するように配置され、前記配管の内部からの光に関する情報を出力する光検出装置と、
前記情報を用いて前記レシーバからの前記冷媒の状態を検出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記状態が気液二相状態である場合、前記冷媒の不足を報知する、冷凍サイクル装置。

【請求項2】

冷媒が圧縮機、第１熱交換器、レシーバ、配管、膨張弁、および第２熱交換器の順に循環する冷凍サイクル装置であって、
前記配管には、観察孔が形成され、
前記レシーバは、液体の前記冷媒を貯留し、
前記冷凍サイクル装置は、
前記配管の内壁と対向するように前記観察孔に配置された光透過性部材と、
前記配管の外部において前記光透過性部材と対向するように配置され、前記配管の内部からの光に関する情報を出力する光検出装置と、
前記圧縮機を制御するとともに、前記情報を用いて前記レシーバからの前記冷媒の状態を検出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記状態が気液二相状態である場合、前記冷媒の不足を報知する、冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記光透過性部材は、ガラスを含む、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記光検出装置は、前記観察孔から前記配管の内部を撮影するデジタルカメラを含み、
前記情報は、前記デジタルカメラによって撮影された前記観察孔の画像を含み、
前記制御装置は、前記画像の面積に対する、前記画像に含まれる前記内壁の画像の領域の面積の比が基準値よりも小さい場合、前記不足を報知する、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記光検出装置は、光電センサを含み、
前記光電センサは、
前記観察孔に特定光を出射する発光部と、
前記観察孔からの前記特定光の反射光を受ける受光部とを有し、
前記情報は、前記反射光に関する情報を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体の冷媒（液冷媒）を貯留するレシーバを備える冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、液冷媒を貯留するレシーバを備える冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、特開平４－３２４０８３号公報（特許文献１）には、レシーバタンクを備える空調装置が開示されている。当該空調装置においては、レシーバタンクと膨張弁との間の配管に光学式の冷媒センサが設けられている。当該冷媒センサは、冷媒の流路の一部を構成する筒状のケーシングを含む。当該ケーシングにおいては、冷媒の流通する方向と直交する方向（径方向）に同軸の２つの貫通穴が設けられ、当該２つの貫通穴の各々にサイトグラスが配置されている。２つのサイトグラスを介して、受光素子および発光素子が互いに対向するように配置されている。当該空調装置によれば、配管内を流れる冷媒の不足を簡単に検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平４－３２４０８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されている冷媒センサは、冷媒の流路と一体的に形成される。また、２つのサイトグラスを介して受光素子および発光素子を互いに対向するように配置させる必要がある。冷媒センサの構造が複雑になり易いため、製造ばらつきが生じ易い。その結果、冷媒センサの検出精度が低下し得る。

【0005】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷凍サイクル装置における冷媒不足の検出精度を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る冷凍サイクル装置においては、冷媒が圧縮機、第１熱交換器、レシーバ、配管、膨張弁、および第２熱交換器の順に循環する。配管には、観察孔が形成されている。レシーバは、液体の冷媒を貯留する。冷凍サイクル装置は、光透過性部材と、光検出装置と、制御装置とを備える。光透過性部材は、観察孔において配管の内壁と対向するように配置されている。光検出装置は、配管の外部において光透過性部材と対向するように配置され、配管の内部からの光に関する情報を出力する。制御装置は、光検出装置から出力される光に関する情報を用いてレシーバからの冷媒の状態を検出する。制御装置は、レシーバからの冷媒の状態が気液二相状態である場合、冷媒の不足を報知する。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、光検出装置が配管の外部において光透過性部材と対向するように配置され、配管の内部からの光に関する情報を制御装置に出力することにより、冷媒不足の検出精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図2】図１の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図3】図１の配管において観察孔が形成されている部分の断面図である。

【図4】図１の冷凍サイクル装置において冷媒不足が発生した場合の機能ブロック図である。

【図5】図４のデジタルカメラによって撮影された画像を示す図である。

【図6】図４の制御装置によって行われる冷媒不足判定処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】実施の形態の変形例に係る冷凍サイクル装置において観察孔が形成されている配管の部分の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

【0010】

図１は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置１００としては、たとえば、冷凍機、空気調和機、あるいはショーケースを挙げることができる。

【0011】

図１に示されるように、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１と、凝縮器２と、レシーバ３と、膨張弁４と、蒸発器５と、配管Ｐｐと、ガラス部材６（光透過性部材）と、デジタルカメラ７（光検出装置）と、制御装置１０とを備える。冷凍サイクル装置１００において冷媒は、圧縮機１、凝縮器２、レシーバ３、配管Ｐｐ、膨張弁４、および蒸発器５の順に循環する。

【0012】

レシーバ３は、液冷媒を貯留する。レシーバ３に基準量以上の液冷媒が貯留されている場合、飽和液の冷媒がレシーバ３から流出する。

【0013】

配管Ｐｐは、レシーバ３と膨張弁４とを接続している。配管Ｐｐには、観察孔Ｈｏが形成されている。観察孔Ｈｏには、ガラス部材６が配置されている。ガラス部材６は、可視光を透過させる。

【0014】

デジタルカメラ７は、配管Ｐｐの外部においてガラス部材６と対向するように配置されている。デジタルカメラ７は、ガラス部材６を介して配管Ｐｐの内部の画像を撮影し、当該画像を制御装置１０に出力する。

【0015】

制御装置１０は、デジタルカメラ７からの画像を解析して、レシーバ３からの冷媒の状態を検出する。制御装置１０は、当該状態が気液二相状態である場合、冷媒の不足を報知する。制御装置１０は、圧縮機１の駆動周波数を制御して、圧縮機１が単位時間当たりに吐出する冷媒量を制御する。

【0016】

図２は、図１の制御装置１０の構成を示す機能ブロック図である。図２に示されるように、制御装置１０は、処理回路１１と、メモリ１２と、入出力部１３とを含む。処理回路１１は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリ１２に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。処理回路１１が専用のハードウェアである場合、処理回路１１には、たとえば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、あるいはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路１１がＣＰＵの場合、制御装置１０の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアあるいはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１２に格納される。処理回路１１は、メモリ１２に記憶されたプログラムを読み出して実行する。メモリ１２には、不揮発性または揮発性の半導体メモリ（たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、あるいはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））、および磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、あるいはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が含まれる。なお、ＣＰＵは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）とも呼ばれる。

【0017】

入出力部１３は、ユーザからの操作を受けるとともに、処理結果をユーザに出力する。入出力部１３は、たとえば、マウス、キーボード、タッチパネル、ディスプレイ、およびスピーカを含む。制御装置１０は、レシーバ３からの冷媒の状態が気液二相状態である場合、入出力部１３を介して冷媒の不足をユーザに報知する。

【0018】

図３は、図１の配管Ｐｐにおいて観察孔Ｈｏが形成されている部分の断面図である。図３においてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交している。後に説明する図５，図７においても同様である。

【0019】

図３に示されるように、配管Ｐｐは、Ｘ軸方向に延在している。ガラス部材６は、観察孔Ｈｏにおいて配管Ｐｐの内壁Ｂｔｍと対向するように配置されている。レシーバ３から液冷媒が流出する場合、液冷媒は透明であるため、デジタルカメラ７には、内壁Ｂｔｍの画像が撮影される。

【0020】

図４は、図１の冷凍サイクル装置１００において冷媒不足が発生した場合の機能ブロック図である。冷媒不足が発生する原因としては、たとえば冷媒漏洩を挙げることができる。図４に示されるように、冷媒不足が発生すると、レシーバ３に貯留される冷媒が基準量より減少する。その結果、レシーバ３から流出する冷媒の状態が気液二相状態となる。配管Ｐｐを通過する冷媒には、液冷媒と気体の冷媒（ガス冷媒）とが混在し、ガス冷媒による気泡が発生する。当該気泡によりガラス部材６から観察される冷媒は白濁する。

【0021】

図５は、図４のデジタルカメラ７によって撮影された画像を示す図である。図５に示されるように、冷媒不足が発生すると、当該画像におけるガス冷媒の気泡による白濁部分の領域が増加する。その結果、当該画像における内壁Ｂｔｍの画像の領域が減少する。

【0022】

そこで、制御装置１０は、デジタルカメラ７によって撮影された画像の面積に対する、当該画像に含まれる内壁Ｂｔｍの画像の領域の面積の比が基準値（たとえば０．５）よりも小さい場合、冷媒不足のアラームを報知する。

【0023】

冷凍サイクル装置１００においては、配管Ｐｐの径方向の一方の側に観察孔Ｈｏを形成し、配管Ｐｐの外部にデジタルカメラ７を配置することにより、配管Ｐｐの内部を流れる冷媒の状態を検出することができる。観察孔Ｈｏの製造ばらつきは、デジタルカメラ７の撮影精度に影響を与えないため、冷媒の状態の検出精度にほとんど影響を与えない。冷凍サイクル装置１００によれば、冷媒不足の検出精度を向上させることができる。

【0024】

冷凍サイクル装置１００に冷媒漏洩が発生すると、大気に冷媒が放出され得る。そのため、冷凍サイクル装置１００の環境負荷の低減のために冷媒漏洩を迅速に検出する必要がある。特に、冷凍サイクル装置１００に高ＧＷＰ（Global Warming Potential）冷媒（たとえばＲ４１０Ａ）が使用されている場合には、冷媒漏洩を迅速に検出する必要性は大きい。冷凍サイクル装置１００によれば、デジタルカメラ７によって撮影された画像に対する画像処理によって、冷媒不足を迅速かつ高精度に検出することができる。また、冷媒不足の迅速な検出に応じて冷媒を補充することにより、冷媒不足による冷凍サイクル装置１００の性能低下の時間を短縮することができる。たとえば、冷凍サイクル装置１００が冷凍装置およびショーケースである場合、冷却対象の品質低下を抑制することができる。なお、冷媒不足のアラームの報知は、たとえば、ディスプレイ（不図示）へのアラーム情報の出力、アラーム情報のメール送信、あるいはスピーカ（不図示）からの音声出力によって行うことができる。

【0025】

図６は、図４の制御装置１０によって行われる冷媒不足判定処理の流れを示すフローチャートである。図４に示される処理は、冷凍サイクル装置１００を統合的に制御する不図示のメインルーチンによってサンプリングタイム毎に呼び出される。以下ではステップを単にＳと記載する。

【0026】

図６に示されるように、制御装置１０は、Ｓ１０１において、デジタルカメラ７によって撮影された画像の面積Ｓ１０に対する当該画像に含まれる内壁Ｂｔｍの画像の領域の面積Ｓ１の比γ１を計算し、処理をＳ１０２に進める。制御装置１０は、Ｓ１０２において、比γ１が基準値δ１より小さいか否かを判定する。比γ１が基準値δ１より小さい場合（Ｓ１０２においてＹＥＳ）、制御装置１０は、Ｓ１０３においてアラームを報知して処理をメインルーチンに返す。比γ１が基準値δ１以上である場合（Ｓ１０２においてＮＯ）、制御装置１０は処理をメインルーチンに返す。なお、基準値δ１は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。

【0027】

実施の形態においては、光透過性部材が可視光を透過させるガラス部材である場合について説明した。光透過性部材は、ガラス部材に限定されず、たとえば透明セラミックスを含んでもよい。また光透過性部材を透過する光は、可視光に限定されず、たとえば紫外光および赤外光を含んでもよい。

【0028】

実施の形態においては、光検出装置がデジタルカメラである場合について説明した。光検出装置は、デジタルカメラに限定されず、たとえば光電センサを含んでもよい。

【0029】

図７は、実施の形態の変形例に係る冷凍サイクル装置において観察孔Ｈｏが形成されている配管Ｐｐの部分の断面図である。図７に示される構成は、図３のデジタルカメラ７が光電センサ７Ａに置き換えられた構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。

【0030】

図７に示されるように、光電センサ７Ａは、発光部７１と、受光部７２とを含む。発光部７１は、観察孔Ｈｏに光（たとえば赤外光）を出射する。受光部７２は、観察孔Ｈｏからの当該光の反射光を受ける。光電センサ７Ａは、当該反射光に関する情報を制御装置１０に出力する。

【0031】

以上、実施の形態および変形例に係る冷凍サイクル装置によれば、冷媒不足の検出精度を向上させることができる。

【0032】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0033】

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ レシーバ、４ 膨張弁、５ 蒸発器、６ ガラス部材、７ デジタルカメラ、７Ａ 光電センサ、１０ 制御装置、１１ 処理回路、１２ メモリ、１３ 入出力部、７１ 発光部、７２ 受光部、１００ 冷凍サイクル装置、Ｂｔｍ 内壁、Ｈｏ 観察孔、Ｐｐ 配管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】