特開 2024-95990 水中の冷媒の検出システム

(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】P2024095990

(43)【公開日】2024-07-11

(54)【発明の名称】水中の冷媒の検出システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 49/02 20060101AFI20240704BHJP

【ＦＩ】

F25B49/02 520M

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023200318

(22)【出願日】2023-11-28

(31)【優先権主張番号】2219805.5

(32)【優先日】2022-12-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(71)【出願人】

【識別番号】521001582

【氏名又は名称】シーメンス エナジー グローバル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＩＥＭＥＮＳ ＥＮＥＲＧＹ ＧＬＯＢＡＬ ＧＭＢＨ ＆ ＣＯ． ＫＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110003317

【氏名又は名称】弁理士法人山口・竹本知的財産事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100169627

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 美奈

(72)【発明者】

【氏名】ピーター，グスタフソン

(57)【要約】

【課題】水中の冷媒を検出するシステム。
【解決手段】本発明は、水（10）中の冷媒を連続的に検出する装置と方法に関し、潜在的に冷媒ガスを含有する水が主たる入口（3）を介して容器（2）に供給され、空気（15）がガス・バッファ（14）を介して容器（2）に供給され、水（10）がポンプ（5）を介して送り出される。容器（2）内の圧力は、供給される水（11）よりも低く設定されているため、潜在的に含有する冷媒ガスが水から分離する。本発明では、水（10）から放出されたガス（12）が、容器（2）から冷媒検出器（6）に供給され、そこで冷媒ガスの濃度が測定され、そして冷媒検出器から出るガス流が、ガス戻りライン（7）を介して容器（2）に戻される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水（１０）中の冷媒を連続的に検出するための装置（１）であって、容器（２）を含み、水（１１）を前記容器（２）に供給するための主たる入口（３）と、空気（１５）を前記容器（２）に供給するためのガス・バッファ（１４）と、水（１０）を前記容器（２）から排出するための主たる出口（４）と、前記容器（２）内の圧力を調整するために前記主たる出口（４）に接続されたポンプ（５）とを備え、
前記容器（２）内の圧力が、供給される前記水（１１）中のものよりも低く設定されているため、潜在的に含有する冷媒ガス（１２）が前記水（１０）から分離するようにし、
前記容器（２）には、冷媒ガス（１２）の濃度を測定するための冷媒検出器（６）が接続されており、前記水（１０）から放出されたガス（８）が、前記容器（２）から、前記冷媒検出器（６）に供給され、そのガスは、ストリッパ・ガスとして、前記ガス・バッファ（１４）を経て、ガス戻りライン（７）から前記容器（２）に戻されるようにしたことを特徴とする、装置。

【請求項2】

冷媒を連続的に検出するための水（１０）が、試験対象の主な水流内の幾つか位置でサンプリングされ、それら位置は、熱交換器の幾つかの自然の位置、及び／又は、計画された高い位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。

【請求項3】

冷媒ガスを連続的に検出するための水が、サンプル・ランスによってサンプリングされることを特徴とする、請求項１又は２記載の装置（１）。

【請求項4】

前記容器（２）の内部に滑走用の板（１３）が設けられ、その上で前記水（１０）が比較的薄い流れを形成するようにして、前記水（１０）中の小さなガス気泡でさえ表面に到達できるようにしたことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項5】

水（１０）中の冷媒を連続的に検出するための方法であって、潜在的に冷媒ガスを含有する水が、水の入口（３）を介して容器（２）内に供給され、空気（１５）が、ガス・バッファ（１４）を介して前記容器（２）に供給され、前記水（１０）が、ポンプ（５）を介して前記容器（２）から送り出されるようにし、
前記容器（２）内の圧力が、供給される前記水（１１）中のものよりも低く設定されているため、潜在的に含有する冷媒ガス（１２）が、前記水（１０）から分離するようにし、
前記容器（２）には、冷媒ガス（１２）の濃度を測定するための冷媒検出器（６）が接続されており、
前記水（１０）から放出されたガス（１２）が、前記容器（２）から、冷媒検出器（６）に供給され、冷媒ガスの濃度が前記冷媒検出器（６）で測定され、そのガスは、ストリッパ・ガスとして、前記ガス・バッファ（１４）を経て、ガス戻りライン（７）から前記容器（２）に戻されるようにしたことを特徴とする、方法。

【請求項6】

冷媒ガスを連続的に検出するための水（１０）が、試験対象の主な水流内の幾つか位置でサンプリングされ、それら位置は、熱交換器の幾つかの自然の位置、及び／又は、計画された高い位置に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

冷媒ガスを連続的に検出するための水（１０）が、サンプル・ランスによってサンプリングされることを特徴とする、請求項５又は６記載の方法。

【請求項8】

前記容器の内部に滑走用の板（１３）が設けられ、その上で前記水（１０）が比較的薄い流れを形成するようにして、前記水（１０）中の小さなガス気泡でさえも表面に到達できるようにしたことを特徴とする、請求項５から７のいずれか１項に記載の。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連続運転して水中の冷媒を検出するための装置と方法に関し、特に、水と冷媒ガスの双方が用いられる、大型のヒートポンプ、冷却、及び空調システムに用いられる、装置と方法に関する。

【背景技術】

【0002】

市販の膜型センサ（又はメンブレンセンサ）には、水中の冷媒（又はリフリザラント）を、１ｍｇ／リットルの濃度まで検出できるものがある。そのセンサは、水からガスを分離するために、膜を用いている。これらセンサは比較的に安価であるが、水流が大きい比較的に大型のシステムでは、小さな漏れを検出するには値が十分に低くなかった。

【0003】

漏れを検出する他の方法では、熱交換器の上方で幾らかの水を排出して、商用の漏れ検出器を用いて、冷媒が水に従っているかを調べるものがある。しかしながら、この方法は手動であり、検出限界は明確でなかった。

【0004】

また、システムを停止して、水を抜き、漏れた冷媒を熱交換器内で溜めて、熱交換器から空気を吸い込むセンサを備えた自動システム又は手持ち式装置を用いて検出することも可能である。しかしながら、この方法も手動であり、システム動作中は実行することができなかった。

【0005】

ヒートポンプ中では、約０．００１ｍｇ／リットルという非常に低いレベルまで、溶解冷媒を検知可能なシステムを用いることが一般的である。この場合、冷媒の検出は、非常に高価なガス検出装置である分光光度計を用いて行われている。検出点が水のライン中の低い位置にあるため、冷媒気泡を検出することができず、溶解ガスのみを検出することが、この方法の主な欠点である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、水中の冷媒を連続的に検出するための、費用効果の高い装置と方法を提供することであり、特に、ヒートポンプ等の比較的高い水流量を有する比較的大型のシステムにおいて、小さな漏れに起因する低濃度でも用いることができる装置と方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の課題のうち、装置に関するものは、請求項１に記載の水中の冷媒ガスを連続的に検出するための装置によって解決される。水中の冷媒を連続的に検出するための装置は、容器を含み、当該容器に水を供給するための主たる入口と、容器に空気を供給するためのガス・バッファと、容器から水を排出するための主たる出口と、容器内の圧力を調節するために主たる出口と接続されたポンプと、を備える。容器内の圧力は、供給される水中のものよりも低く設定されているため、潜在的に含有する冷媒ガスを水から分離させる。本発明では、冷媒ガスの濃度を測定するための冷媒検出器が容器に接続されており、その冷媒検出器には、水から放出されたガスが容器から供給され、そのガスは、ストリッパ・ガスとして、ガス・バッファを介して、ガス戻りラインから容器に戻される。

【0008】

容器は負圧用に設計されたタンクである。タンク内の圧力は、水システムから供給される水中のものよりも低いため、冷媒ガスを水から分離するように強いる。水を離れるガスの量を向上させるため、別のバルブを通る水流に空気を加えている。この技術では、液体にガスを混ぜて、別のガスを除去するもので、ストリッピング（分離又は剥離等）と呼ばれる。ストリッピング・ガスとして、他のガスよりも空気を用いることの利点として、入手可能性と、経時的に冷媒含有量が増加しないことがある。

【0009】

水から放出されるガスは、主に空気と、潜在的に漏れた冷媒ガスで構成され、容器から冷媒検出器まで吸い出されて、そこで冷媒の濃度が測定される。

【0010】

その漏れの検出器（又はリークディテクタ）から流出するガス流は、容器に戻され、ストリッパ・ガスとして用いられる。ガスの余剰分だけがシステムを離れる。その余剰分は、水と一緒にシステムに流入するすべてのガスによって形成されるが、再度水と一緒にシステムから離れるガスが差し引かれる。これらは非剥離ガスである。

【0011】

本発明は、流入する剥離ガスと出口の余剰ガスとの間に平衡が形成されるまで、このように、小さな漏れがタンク内に蓄積するという技術思想に基づく。この平衡が、検出器の検出レベルを上回る濃度で形成されると、漏れが検出される。このように、比較的に標準的な種類で、低コストのガス検出器を用いることができる。ガス流を分析するため、高価な分光光度計を用いる必要がない。

【0012】

本発明の有利な実施形態では、冷媒ガスを連続的に検出するための水は、試験対象の主な水流内の幾つかの位置でサンプリングされるが、これらは、熱交換器の幾つかの自然の位置、及び／又は、計画された高い位置に配置される。この技術思想により、水中に放出された冷媒を捉える確率を最大化する。

【0013】

本発明のさらなる有利な実施形態では、冷媒ガスを連続的に検出するための水は、１つ又は複数のサンプル・ランスによってサンプリングされる。これにより、水中に放出された冷媒を捕捉する確率をより一層向上することができる。

【0014】

本発明のさらなる有利な実施形態では、容器の内部に滑走用の板（又はスキー・ボード）が設けられ、その上で水が比較的薄い流れを形成するようにして、水中の小さなガス気泡でさえも表面に到達することを可能にする。

【0015】

本発明の課題のうち、方法に関するものは、請求項５によって達成され、その水中の冷媒を連続的に検出するための方法では、潜在的に冷媒ガスを含む水が、水の入口を介して容器内に供給され、空気が、ガス・バッファを介して容器に供給され、そして、水が、ポンプを介して容器から送り出される。容器内の圧力は、供給水のものよりも低く設定されているため、潜在的に含有する冷媒ガスが水から分離する。本発明では、水から放出されたガスが、容器から冷媒検出器まで供給されて、その冷媒検出器では、冷媒ガスの濃度が測定され、そのガスは、ストリッパ・ガスとして、ガス・バッファを経て、ガス戻りラインから容器に戻される。

【0016】

水中の冷媒ガスを連続的に検出する方法では、潜在的に冷媒ガスを含有する水が、水の入口弁を介して容器内に供給され、空気が、ガス弁を介して容器に供給され、そして、水が、ポンプを介して容器から送り出される。容器内の圧力は、供給される水のものよりも低く設定されているため、潜在的に含有する冷媒ガスが水から分離する。本発明の特徴として、水から放出されたガスが、容器から冷媒検出器まで供給されて、そこで冷媒ガスの濃度が測定され、そして、冷媒検出器から出たガス流が容器に戻される。

【0017】

本発明に係る方法においても、装置に関する有利な実施形態が、同様に適用される。
以下、図を参照して、本発明について詳述する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明に係る容器を備えた、水中の冷媒ガスを連続的に検出する装置の一例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

装置１には、主たる入口３と主たる出口４とを備えた容器２が含まれる。主たる入口３は、容器２に水１１を供給するためのものであり、主たる出口４は、容器２から水１０を排出するためのものである。容器２内の圧力を調節するため、ポンプ５が、主たる出口４に接続されている。容器２内の圧力は、供給される水１１のものよりも低く設定されているため、潜在的に含有する冷媒ガス１２が、水１０から分離するようにしている。

【0020】

この例では、３０ｍｇ／リットルのレベルで空気を含有する空気とガスの混合物が、ガス入口弁１８を介して、供給水１１に供給される。運転中、１２ｍｇ／リットルの分が剥離される。

【0021】

本発明では、装置には、冷媒ガス１２の濃度を測定するための検出器（デテクタ）６が含まれるが、これは、容器２と接続されて、水１０から放出されたガス８が、容器２から検出器６まで供給されている。

【0022】

検出器６には、空気中の１ｐｐｍの冷媒ガスを検出するようにセンサが備えられているが、１０／１００００００＝０，００００１ｍｌ／リットルを上回る冷媒が容器２内で剥離される場合、平衡状態になったことを検出器６が検出すれば十分である。入口内の冷媒の２５％が容器２内で剥離される場合、その含有量は、０，００００４ｍｌ／リットルでなければならない。常温・常圧での実際の冷媒密度は、約５ｍｇ／ｍｌであるため、そのことは、その含有量が、０，０００２ｍｇ／リットルの必要がある。理論上、この条件での検出レベルは、０，２マイクログラム／リットルである。

【0023】

保護のため、容器２と検出器６との間に、フロート弁２１を接続することができる。冷媒検出器６から流出するガス流は、ガス戻りライン７を介して、容器２に戻されることが可能になっている。そのガス管は、温度の上昇と、相対湿度の減少のため、金属製のパイプとすることができる。ガス戻りライン７には、ガス・バッファ・タンク（又は容器）１４が設置されており、それに対して空気を供給することができるが、それによって、余剰ガスを吹き飛ばすことが可能になっている。ガス・バッファ・タンク１４を介して、ガス８が容器２に戻されている。このガス８は、ストリッパ・ガスとして使用される。

【0024】

容器２の内部には、滑走用の板（又はスキー・ボード）１３を設置することができ、その上で、水１０が比較的薄い流れを形成できるようにしてもよい。この場合、水１０中の小さなガス気泡でさえも、表面に到達することが可能にされている。

【0025】

運転中、水を含有する潜在的な漏洩ガスが、主たる入口３を通って容器２に供給される。容器の内部の圧力は、供給水１１のものよりも低いため、このシステムは、ガス１２が水１０から分離するように強いる。水１０を離れるガス１２の量を向上するため、弁１８を介して、水の流れに空気１５を供給している。

【0026】

水から放出された、主に空気と潜在的な漏洩冷媒ガスとを含有するガス１２は、容器２から冷媒検出器６まで吸入され、その冷媒検出器６では、冷媒ガスの濃度が測定される。

【0027】

冷媒検出器６から出るガス流はタンクに戻され、ストリッパ・ガスとして使用される。ガスの余剰分だけがシステムを離れる。その余剰分は、水と一緒にシステムに流入するすべてのガスによって形成されるが、再度水と一緒にシステムを離れるガスは差し引かれる。

【0028】

また、流入する剥離ガスと、出口の余剰ガスとの間に平衡が形成されるまで、このように、小さな漏れがタンク内に蓄積される。この平衡が、検出器の検出レベルを上回る濃度で形成されると、漏れが検出される。このように、比較的に標準的な種類で、かつ低コストのガス検出器を用いることができる。

【0029】

主な水の流れでは、サンプル点（又はサンプリング点）の計画的な配置が重要である。本発明の一実施形態では、熱交換器の自然の位置、及び／又は、設計上の高い位置に、複数のサンプリング点が配置されるように、サンプル・ランス（又はサンプリング用針状部）が設けられる。これは、水中に放出された冷媒が捕捉される可能性（又は確率）を最大化するためである。運転中、異なるサンプル点の間で、例えば入口と他の箇所などの間で、自動的に、又は、操作者からの指令により、変更することは可能である。この目的のため、各サンプル点には、遮断弁が設けられる。

【0030】

本発明によれば、冷媒検知器を連続的かつ自動的に動作させることができる。本発明では、空気をストリッピング・ガスとして用いる。さらに、本発明では、高価な分光光度計を用いることなく、費用効果の高いセンサを用いることができる。本発明では、気泡と、再度現れる流れであって、その中に溶解された任意のガスを伴うものの検出を目的とする。従って、本発明は、結果として、水中の含有量を示すのではなく、むしろ漏れの大きさを示すものである。本発明は、気泡形態と、溶解形態とのガスを検出するように設計されている。

【符号の説明】

【0031】

１ 装置
２ 容器
３ 主たる入口
４ 主たる出口
５ ポンプ
６ 冷媒検出器
７ ガス戻りライン
８ 放出されたガス（又は気体）
９ 冷媒検出器から出るガス流
１０ 水
１１ 供給水
１２ 冷媒ガス
１３ 滑走用の板（又はスキー・ボード）
１４ ガス・バッファ・タンク（又は容器）
１５ 空気
１６ 液面センサ
１７ 圧力センサ
１８ ガス入口弁
１９ 余剰ガス弁
２０ 水入口弁
２１ フロート弁

【図1】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水（１０）中の冷媒を連続的に検出するための装置（１）であって、容器（２）を含み、水（１１）を前記容器（２）に供給するための主たる入口（３）と、空気（１５）を前記容器（２）に供給するためのガス・バッファ（１４）と、水（１０）を前記容器（２）から排出するための主たる出口（４）と、前記容器（２）内の圧力を調整するために前記主たる出口（４）に接続されたポンプ（５）とを備え、
前記容器（２）内の圧力が、供給される前記水（１１）中のものよりも低く設定されているため、潜在的に含有する冷媒ガス（１２）が前記水（１０）から分離するようにし、
前記容器（２）には、冷媒ガス（１２）の濃度を測定するための冷媒検出器（６）が接続されており、前記水（１０）から放出されたガス（８）が、前記容器（２）から、前記冷媒検出器（６）に供給され、そのガスは、ストリッパ・ガスとして、前記ガス・バッファ（１４）を経て、ガス戻りライン（７）から前記容器（２）に戻されるようにしたことを特徴とする、装置。

【請求項2】

冷媒を連続的に検出するための水（１０）が、試験対象の主な水流内の幾つか位置でサンプリングされ、それら位置は、熱交換器の幾つかの自然の位置、及び／又は、計画された高い位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。

【請求項3】

冷媒ガスを連続的に検出するための水が、サンプル・ランスによってサンプリングされることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。

【請求項4】

前記容器（２）の内部に滑走用の板（１３）が設けられ、その上で前記水（１０）が比較的薄い流れを形成するようにして、前記水（１０）中の小さなガス気泡でさえ表面に到達できるようにしたことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項5】

水（１０）中の冷媒を連続的に検出するための方法であって、潜在的に冷媒ガスを含有する水が、水の入口（３）を介して容器（２）内に供給され、空気（１５）が、ガス・バッファ（１４）を介して前記容器（２）に供給され、前記水（１０）が、ポンプ（５）を介して前記容器（２）から送り出されるようにし、
前記容器（２）内の圧力が、供給される前記水（１１）中のものよりも低く設定されているため、潜在的に含有する冷媒ガス（１２）が、前記水（１０）から分離するようにし、
前記容器（２）には、冷媒ガス（１２）の濃度を測定するための冷媒検出器（６）が接続されており、
前記水（１０）から放出されたガス（１２）が、前記容器（２）から、冷媒検出器（６）に供給され、冷媒ガスの濃度が前記冷媒検出器（６）で測定され、そのガスは、ストリッパ・ガスとして、前記ガス・バッファ（１４）を経て、ガス戻りライン（７）から前記容器（２）に戻されるようにしたことを特徴とする、方法。

【請求項6】

冷媒ガスを連続的に検出するための水（１０）が、試験対象の主な水流内の幾つか位置でサンプリングされ、それら位置は、熱交換器の幾つかの自然の位置、及び／又は、計画された高い位置に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

冷媒ガスを連続的に検出するための水（１０）が、サンプル・ランスによってサンプリングされることを特徴とする、請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記容器の内部に滑走用の板（１３）が設けられ、その上で前記水（１０）が比較的薄い流れを形成するようにして、前記水（１０）中の小さなガス気泡でさえも表面に到達できるようにしたことを特徴とする、請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。

【外国語明細書】