JP4113700B2 - Liquid level detection device, liquid reservoir, refrigeration cycle device, and refrigerant leakage detection system - Google Patents

Liquid level detection device, liquid reservoir, refrigeration cycle device, and refrigerant leakage detection system Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍サイクル装置の液溜に設置される液面検出装置、液溜、冷凍サイクル装置、及び、冷媒漏出検出システムに関し、特に、冷凍サイクル装置からの冷媒の漏出の有無を検出するための液面検出装置、液溜、冷凍サイクル装置、及び、冷媒漏出検出システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、冷凍サイクル装置において、冷凍サイクルの状態に係わらず冷凍サイクル内に常に適量な冷媒を循環させることを目的として、冷凍サイクル内の余剰冷媒を貯留する液溜が設置されている。さらに、液溜を設置した冷凍サイクル装置において、装置からの冷媒の漏出の有無を検出する技術が開示されている。
【０００３】
以下、冷凍サイクル装置に充填される冷媒について、簡単に説明する。
スーパーマーケット等に設置される冷凍サイクル装置を例にとることにする。店舗の食品売り場等に設置されるショーケースは、その数、大きさ、種類、配置が、店舗ごとに異なってくる。したがって、ショーケース内に配置されている蒸発器の内容積も異なってくる。また、冷凍サイクル装置における圧縮機、凝縮器、液溜の設置場所も、店舗の構造によって異なってくる。例えば、圧縮機等が、食品売り場の裏手に設置される場合もあれば、屋上に設置される場合もある。このように、蒸発器に対する圧縮機、凝縮器、液溜の距離は、店舗ごとに異なるものであり、それらを連結するための低圧ガス配管や高圧液配管等の配管の長さも異なったものとなる。
【０００４】
一方、冷凍サイクルが所定の性能を発揮するためには、冷凍サイクルの内容積に適した冷媒量が必要となる。したがって、上述のように蒸発器の内容積や配管の長さが異なると冷凍サイクル全体で必要とする冷媒量も異なったものとなる。なお、店舗ごとに冷凍サイクル装置に充填する冷媒量は異なるために、装置への冷媒の充填は、店舗のある現地で冷凍サイクル装置を施工した後に行われる。
【０００５】
さらに、冷凍サイクル装置における必要冷媒量は、冷凍サイクルの状態によっても異なる。すなわち、冷凍サイクルの状態は外気温度やショーケース等の負荷側機器の運転状態によって異なり、その状態により冷凍サイクルに必要な冷媒量が異なってくる。したがって、冷凍サイクルの状態によらず凝縮器や蒸発器等の各構成機器に必要な冷媒量が常時供給されるように、その最悪状態に合わせた量の冷媒が装置に充填される。
なお、圧縮機、凝縮器、蒸発器、配管に配分される冷媒量は、それぞれの内容積、性能、運転状態によって決定されるものである。そして、冷凍サイクルに充填された冷媒のうち、冷凍サイクルの各構成機器に供給される循環冷媒以外の余剰冷媒は、液溜の中に貯留されることになる。
【０００６】
以下、図１０にて、例えば、特開平１０−１０３８２０号公報に開示された、従来の冷凍サイクル装置について簡単に説明する。図１０は、液溜を設置した冷凍サイクル装置であって、装置からの冷媒の漏出の有無を検出する技術に関するものである。
同図において、１０１は圧縮機、１０２は凝縮器、１０３は液溜、１０４は減圧装置（膨張弁）、１０５は蒸発器、１０６は高圧ガス管、１０７は高圧液管、１０８は電磁弁、１０９は低圧液管、１１０は低圧ガス管、１１１は低圧圧力スイッチ、１１２は補助タンク、１１２ａは下部の連通管、１１２ｂは上部の連通管、１１３はフロート式レベルセンサを示す。
【０００７】
ここで、圧縮機１０１、凝縮器１０２、液溜１０３、減圧装置１０４、蒸発器１０５は、順次接続されて冷媒サイクルが形成されている。そして、液溜１０３と補助タンク１１２とは、連通管１１２ａ、１１２ｂによって連通している。これにより、液溜１０３内の液冷媒と、補助タンク１１２内の液冷媒とは、同一の液面レベルを維持することになる。なお、補助タンク１１２には、フロート式レベルセンサ１１３が配設されており、補助タンク１１２内の冷媒の液面レベルを検出する。そして、フロート式レベルセンサ１１３で検出した液面レベルと、予め定められた正常液面レベルとを比較することで、冷凍サイクル装置からの冷媒漏出の有無を検出する。
【０００８】
以下、図１１にて、例えば、特開平６−１８５８３９号公報に開示された、別の従来の冷凍サイクル装置について簡単に説明する。図１１も、先の図１０と同様に、液溜を設置した冷凍サイクル装置であって、装置からの冷媒の漏出の有無を検出する技術に関するものである。
同図において、２０２は圧縮機、２０３は凝縮器、２０４は液溜（レシーバタンク）、２０５は減圧装置（調節弁）、２０６はショーケース、２０７は蒸発器、２０８は液取出し管、２０９はフローサイト（サイトグラス）、２１０はドライヤ、２１１はアキュムレータ、２１２は発光器、２１３は受光器、２１４は判別回路を示す。
【０００９】
ここで、圧縮機２０２、凝縮器２０３、液溜２０４、減圧装置２０５、蒸発器２０７は、順次接続されて冷媒サイクルが形成されている。そして、液溜２０４の底面に一端が接続された液取出し管２０８に、ドライヤ２１０を介してフローサイト２０９が設置されている。このフローサイト２０９は、液溜２０４から流出した液冷媒の状態を確認するものである。詳しくは、フローサイト２０９内を流れる液冷媒に向けて、発光器２１２から投光した後に、戻ってきた光を受光器２１３で受光する。その後、受光器２１３の検出信号は判別回路２１４に伝達され、判別回路２１４にて、その信号のレベルに応じて、液冷媒への気泡の混入の有無、すなわち、冷媒漏出の有無を検出する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の冷凍サイクル装置は、以下の不具合があった。
まず、図１０にて説明した冷凍サイクル装置は、液溜内の液面位置を、補助タンク内の液面位置にて検出して、この検出結果に基づいて冷媒漏れを検知しようとするものである。したがって、液溜及び補助タンクには、連通管を設置するための貫通穴をそれぞれの周壁に設けなければならない。また、補助タンクには、フロート式レベルセンサを設置するための加工も必要となる。このように、液溜内の液面位置を検出するための液面検出装置の設置は、比較的労力がかかるものである。また、上述した貫通穴等の加工の必要性から、既設の冷凍サイクル装置に対して、事後的に液面検出装置を設置することは難しかった。特に、既設の冷凍サイクル装置は、ほとんど休止することなく稼動しているものが多いために、液面検出装置の後付けを困難にしていた。
【００１１】
次に、図１１にて説明した冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルにおける液溜の下流側にフローサイトを設置して、フローサイトを通過する液冷媒中の気泡の有無を検出して、冷媒漏れを検知しようとするものである。ここで、液冷媒中に気泡が含まれる状態は、液溜内の液冷媒がほとんどなくなって、液溜の底面の位置まで冷媒の液面が下がったときに生じることになる。したがって、冷凍サイクルにおける冷媒漏出を早期に発見することができず、冷媒漏出を検出したときに、冷媒不足による冷凍サイクルの性能の低下が生じていることがあった。すなわち、先のスーパーマーケットの例によれば、ショーケース内の食品が温まって鮮度が悪くなる前に、冷凍機に冷媒を再充填する処置を取ることができないという問題があった。
【００１２】
さらに、図１０及び図１１の冷凍サイクル装置についての共通の問題としては、装置内を循環する既設の冷媒を種類の異なる冷媒に置換する際に、冷媒漏出の検出装置の互換性が低いという問題があった。
詳しくは、従来広く使用されていたＲ２２冷媒は、ＨＣＦＣ系冷媒であるために、地球温暖化等の環境に対する配慮から、世界的な枠組みの中で代替冷媒への移行が進められている。したがって、Ｒ２２冷媒を使用している既設の冷凍サイクル装置において、冷媒を置換する必要が生じた場合には、代替冷媒に置換する必要がある。ここで、代替冷媒はその化学的特性がＲ２２冷媒とは少なからず異なるので、既設の冷凍サイクルにそのまま代替冷媒を置換することはできない。すなわち、既設の冷凍サイクル装置について、代替冷媒に適合するように種々の条件を変更して、従前の冷凍サイクルと同等のサイクルを達成しなければならない。同様に、冷媒漏出の検出装置についても、既設の検出装置を代替冷媒に適合するように種々の条件を変更する必要がある。図１０の装置については、例えば、連通管の条件や、フロート式レベルセンサによる検出条件等を変更する必要が生じることになる。また、図１１の装置については、例えば、発光器及び受光器の条件等を変更する必要が生じることになる。
【００１３】
これに対して、液溜内における液冷媒の液面位置を、直接的に検出することができれば、上述の問題は解消される。
詳しくは、以下に述べる通りである。
液溜内の冷媒量、すなわち、液溜内の液面位置は、冷凍サイクルの状態により、刻々と変化するものである。ところが、凝縮器や蒸発器といった各構成機器内の冷媒の圧力や飽和温度等を測定することで、各構成機器内の冷媒量を算出することができる。すなわち、冷媒の温度と圧力が既知となれば、状態方程式と冷媒の密度とにより、その冷媒量が算出できる。ここで、演算された冷媒量は、実際に冷媒サイクルに循環している冷媒の量であるために、この冷媒量を、実際に装置に充填した冷媒充填量から差し引くことで、液溜内の理論上の冷媒量を推測することができる。したがって、この理論上の液溜冷媒量と、直接的に検出した液溜内の実際上の液溜冷媒量とを比較することで、冷凍サイクルからの冷媒漏出の有無を検出することができる。例えば、所定時刻の実測による液溜冷媒量を、通常の冷凍サイクルの運転状態における理論上の液溜冷媒量、又は、所定時刻における理論上の液溜冷媒量と比較して、液溜冷媒量の変化が通常の変化範囲内のものであるかを、演算、判断することになる。そして、その液溜冷媒量の変化が、通常の変化範囲外のものであるとき、冷凍サイクル装置から冷媒が漏出したものとすることができる。
【００１４】
しかし、液溜は、内部に高圧の液冷媒を貯留するものである。そのために、液溜は、圧力配管用炭素鋼鋼管等の金属で形成して、法規に則った耐圧強度が確保された圧力容器とする必要がある。したがって、液溜の周壁の一部に、透明なのぞき窓を設けることは可能であっても、周壁の大部分をガラス等の透明な部材で形成することは難しい。実用上の液溜は、その周壁の大部分が、圧力配管用炭素鋼鋼管等の金属からなる不透明な容器となる。
ここで、不透明とは、光学的に不透明であることを意味する。したがって、周壁の大部分が不透明な部材からなる液溜において、液溜内の液面を光学的に測定したり、目視によって液溜の内部全体を透視することは難しい。なお、上述したように、液溜の周壁の一部にのぞき窓を設けることは可能であるが、その場合であっても、液溜内の液面位置は常時変動しているため、その液面位置をのぞき窓から正確に測定、監視することは困難である。
【００１５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、液溜に設置用の加工を施すことなく、既設の液溜に対して後付けの設置が可能で、冷凍サイクルの冷媒漏出を早期に検出できて、異種の冷媒に対しても互換性が高く、液溜の冷媒量を確実に検出できる、設置性、信頼性の高い液面検出装置、液溜、冷凍サイクル装置、及び、冷媒漏出検出システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、超音波（直進伝播性を有する高周波振動の音波と定義する。）は、気体、液体、固体のいかなる媒質中をも伝播する性質を有している。したがって、この性質を利用することで、液溜の外部から周壁を介して、液溜内の冷媒の液面を測定することができる。
【００１７】
以下、その内容について詳述する。
超音波は、いかなる媒質、すなわち、気体、液体、固体のいずれの媒質中をも直線的に進行する伝播波である。超音波が媒質中を伝播していく速度（伝播速度又は音速）は、媒質の種類や温度によって異なる。
図１２は、代表的な媒質における温度に対する音速を示すものである。同図において、Ｒ２２、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃはフロン系の冷媒であり、それぞれのガス状態の音速と液状態の音速とを記載している。なお、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃは、複数の種類の冷媒を混合した混合冷媒であるとともに、環境を配慮したＨＦＣ系の冷媒（代替冷媒）である。図中には、標準的な組成比のものを示している。具体的には、Ｒ４０４Ａにおける標準的な組成比は、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４Ａ＝４４ｗｔ％、４ｗｔ％、５２ｗｔ％であり、Ｒ４０７Ｃにおける標準的な組成比は、Ｒ１２５、Ｒ１３４Ａ、Ｒ１４３Ａ＝２３ｗｔ％、２５ｗｔ％、５２ｗｔ％である。
【００１８】
このように、超音波は、所定の媒質中を所定の音速で進行していく。そして、超音波が異なる媒質との境界に達すると、超音波の一部はその境界面で反射して、その他は境界面を透過する。ここで、超音波が、密度ρ１、伝播速度ｃ１の媒質１から、密度ρ２、伝播速度ｃ２の媒質２に垂直に入射するとき、媒質１と媒質２との境界面における超音波の反射率Ｒ及び透過率Ｔは次式で示される。
Ｒ＝（ρ２×ｃ２−ρ１×ｃ１）／（ρ１×ｃ１＋ρ２×ｃ２）
Ｔ＝１−Ｒ
【００１９】
また、超音波が所定の媒質中を伝わる時間τは、媒質内の伝播速度ｃと伝播距離Ｌから次式で求められる。
τ＝Ｌ／ｃ
したがって、超音波を媒質に向けて発信する発信部と、媒質の境界面で反射して戻ってきた超音波を受信する受信部とを設置して、発信から受信までの時間Δｔを測定すれば、次式によってその媒質の厚みＬを知ることができる。
Ｌ＝（Δｔ×ｃ）／２
【００２０】
なお、上述の超音波の性質については、「高周波の基礎と応用」（１９９０年１０月２０日、東京電機大学出版局発行）を参考にした。また、空気、水、金属の音速については、「理科年表」（１９９５年１１月３０日、丸善発行）のデータを用いた。さらに、フロンの音速については、上述の「理科年表」のデータに基づき、「ＲＥＦＰＲＯＰ Ｖｅｒ６．０１」（１９９８年、NIST社発売ソフト）を用いて計算したものである。
【００２１】
本発明は上記研究結果より、上述の課題を解決するためになされたものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる液面検出装置は、冷凍サイクル内に設置された液溜に貯留される冷媒の液面位置を検出する液面検出装置であって、前記液溜の外部から前記液溜の周壁を透過した後に前記冷媒の液面に入射する伝播波を発する発信部と、前記液面で反射し又は透過した後に前記周壁を透過して前記液溜の外部に出射する前記伝播波を受ける受信部と、前記伝播波が前記発信部を発してから前記受信部に達するまでの時間に基づき、前記冷媒の液面位置を求めるコントローラと、を備え、前記コントローラは、その周波数が、前記液溜に貯留された冷媒液面の揺動周波数と一致しないように、前記液面位置をサンプリングするものである。
【００２２】
また、請求項２記載の発明にかかる液面検出装置は、上記請求項１記載の発明において、前記液溜は、その上部に、入口側の高圧液配管が設置され、前記高圧液配管から前記液溜に流入する冷媒液が、前記高圧液配管から下方に落下した後に、前記液溜に貯留された冷媒液面に衝突するものである。
【００２３】
また、請求項３記載の発明にかかる液面検出装置は、上記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記コントローラは、サンプリングした液面位置の単純平均値よりも所定の割合だけ低い値を実際の検出値として出力するものである。
【００２４】
また、請求項４記載の発明にかかる液面検出装置は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記発信部と前記受信部とは、前記液溜の周壁に着脱可能に設置されたものである。
【００２５】
また、請求項５記載の発明にかかる液面検出装置は、上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記液面位置の検出値に基づいて、前記冷凍サイクルからの冷媒の漏出を検出するものである。
【００２６】
また、請求項６記載の発明にかかる液面検出装置は、上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記液溜内の冷媒の温度又は／及び前記周壁の温度を検出する温度検出器をさらに備え、前記伝播波は、超音波であり、前記コントローラは、前記冷媒の温度又は／及び前記周壁の温度による前記超音波の伝播速度のデータを保持した記憶装置を備え、前記温度検出器にて検出した検出値と当該検出値に対応した前記記憶装置のデータとに基づき前記冷媒の液面位置を求めるものである。
【００２７】
また、請求項７記載の発明にかかる液面検出装置は、上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記冷媒は、温度変化に対する伝播速度の変化がＲ２２冷媒よりも小さいものである。
【００２８】
また、請求項８記載の発明にかかる液面検出装置は、上記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記冷媒は、複数の種類の冷媒から組成された混合冷媒であって、温度変化にともなう前記冷媒の組成比の変動による前記液面位置の変動が該液面位置の検出精度の範囲内となるように組成されたものである。
【００２９】
また、請求項９記載の発明にかかる液面検出装置は、上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記伝播波は、光波であり、前記周壁は、前記光波が透過可能な透明部を備えたものである。
【００３０】
また、この発明の請求項１０記載の発明にかかる液溜は、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の液面検出装置を備えたものである。
【００３１】
また、この発明の請求項１１記載の発明にかかる冷凍サイクル装置は、請求項１０に記載の液溜を備えたものである。
【００３２】
また、この発明の請求項１２記載の発明にかかる冷媒漏出検出システムは、請求項１１に記載の冷凍サイクル装置における前記液面検出装置のデータを、通信回線を介して取得する遠隔監視部を備えたものである。
【００３３】
また、請求項１３記載の発明にかかる冷媒漏出検出システムは、上記請求項１２に記載の発明において、前記遠隔監視部は、前記通信回線を介して前記液面検出装置による前記液面位置の検出を行うものである。
【００３４】
また、請求項１４記載の発明にかかる冷媒漏出検出システムは、上記請求項１２又は請求項１３に記載の発明において、前記冷凍サイクル装置を、ネットワーク化された複数の冷凍サイクル装置としたものである。
【００３５】
また、請求項１５記載の発明にかかる冷媒漏出検出システムは、上記請求項１２〜請求項１４のいずれかに記載の発明において、前記液面検出装置によって検出した前記液面位置に基づいて前記冷凍サイクルからの冷媒の漏出を検出する冷媒漏出検出装置を備え、前記液面検出装置のデータは、前記冷媒漏出検出装置を介して前記遠隔監視部に伝達されるものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００３７】
実施の形態１．
図１〜図６にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１は、この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置を示す構成図である。図１において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は凝縮器用送風機、４は液溜、５は電磁弁、６は減圧装置（膨張手段）、７は蒸発器、８は蒸発器用送風機、９は高圧ガス配管、１０は低圧ガス配管、１１は液溜４の入口側の高圧液配管、１２は液溜４の出口側の高圧液配管、１３は冷媒漏出検出装置（冷媒漏れ検知手段）、１５は液面検出装置（液面測定手段）を示す。
【００３８】
ここで、圧縮機１、電磁弁５、減圧装置６、蒸発器７、蒸発器用送風機８は、それぞれ単数個又は複数個設置されている。また、凝縮器２、凝縮器用送風機３は、機械室又は屋外に設置されている。これに対して、蒸発器７、蒸発器用送風機８は、例えば、室内のショーケース等に内蔵されている。
また、液面検出装置１５は、液溜４の周壁に着脱可能に設置されていて、後述するように、液溜４内の冷媒の液面位置を検出する。
さらに、冷媒漏出検出装置１３は、液面検出装置１５と電気的に接続されており、後述するように、液面検出装置１５で検出した液面位置のデータに基づいて、冷媒サイクルからの冷媒漏出の有無を検出する。
【００３９】
以上のように構成された冷凍サイクル装置の冷凍サイクルにおける、冷媒の動作について説明する。まず、低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１で圧縮されて高温高圧のガス冷媒になる。圧縮機１から流出した高温高圧のガス冷媒は、高圧ガス配管９を介して凝縮器２に流入する。凝縮器２に流入したガス冷媒は、凝縮器２の周囲の流体、例えば、空気や水、と熱交換をして、放熱し高温高圧の液冷媒になる。凝縮器２を流出した高温高圧の液冷媒は、液溜４の上部の液溜入口に接続された高圧液配管１１を介して、液溜４へ流入する。液溜４に流入した高温高圧の液冷媒は、液溜４の下部の液溜出口に接続された高圧液配管１２を介して、電磁弁５を通過した後に、減圧装置６に流入する。減圧装置６に流入した液冷媒は、ここで減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となる。減圧装置６を流出した気液二相冷媒は、蒸発器７に流入する。蒸発器７に流入した気液二相冷媒は、蒸発器７の周囲の流体、例えば、空気、と熱交換をして低温低圧のガス冷媒となる。このときの熱交換により、蒸発器７の周囲は熱を奪われて冷凍されることになる。その後、蒸発器７を流出した低温低圧のガス冷媒は、低圧ガス配管１０を介して、圧縮機１に戻ることになる。
【００４０】
図２は、図１の冷凍サイクル装置における冷媒の動作を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。同図において、横軸は冷媒のエンタルピを示し、縦軸は冷媒の圧力を示す。また、線図中の符号は、図１の符号と対応しており、冷凍サイクルを構成する各構成機器が冷媒の状態変化に果たす機能を示すものである。同図に示すように、冷凍サイクル装置において、断熱圧縮、等圧冷却、等エンタルピ膨張、等温等圧膨張からなる冷凍サイクルが、繰り返されることになる。
【００４１】
次に、図３、図４にて、液面検出装置１５の構成と動作とについて、詳述する。
図３は、図１の冷凍サイクル装置における液溜４を示す概略図である。図３において、１４は圧力配管用炭素鋼鋼管等からなる液溜４の周壁（筐体）、１５は液面検出装置、１５ａは液面検出装置１５の超音波センサ、１５ｂは液面検出装置１５のコントローラ、１６は冷媒の液面を示す。
【００４２】
なお、図３において、超音波センサ１５ａは、周壁１４に対して空気を介さずに密接して設けられている。詳しくは、超音波センサ１５ａと周壁１４との間に柔らかい材質からなる取付部材を設けるとともに、超音波センサ１５ａに圧力をかけて周壁１４に密着させる。これにより、超音波センサ１５ａと周壁１４との間には空気が入らないため、超音波センサ１５ａの検出精度が向上することになる。なお、取付部材は、例えば、ゴムやジェル状の材料等からなる。また、超音波センサ１５ａは、例えば、磁石の磁力を利用する方法や、ベルトの張力を利用する方法等により加圧されている。
【００４３】
図４は、図３の液溜４における液面検出装置１５を示す概略図である。図４において、２３は超音波センサ１５ａの発信部（発信器）、２４は超音波センサ１５ａの受信部（受信器）、２５はコントローラ１５ｂの超音波発生回路、２６はコントローラ１５ｂのメモリ等の記憶装置、２７はコントローラ１５ｂのタイマー、２８はコントローラ１５ｂの演算装置、２９はコントローラ１５ｂの液晶ディスプレイ、Ｄ／Ａ変換器等の出力装置、３０は液溜内の冷媒の温度や周壁の温度を検出するための温度検出器を示す。なお、発信部２３は、そこから発信する超音波が冷媒液面１６に対してほぼ垂直に入射するように設置されている。
【００４４】
ここで、図４に示す超音波センサ１５ａの発信部２３は、例えば、磁歪振動子、電歪振動子、圧電振動子等にて形成することができる。詳しくは、以下の通りである。磁歪振動子は、ニッケル、鉄−アルミニウム合金等の金属や、ニッケル−銅−コバルト系フェライト等からなり、これに磁場を与えると伸縮する。この性質を利用して、巻線に高周波電流を流して磁場を形成し、超音波振動を発生させる。
また、電歪振動子は、チタン酸バリウム磁器、チタン酸ジルコン酸鉛磁器等の焼結体に銀電極を施したもので、その銀電極に直流電界を形成すると伸び変形する。この性質を利用して、電極間に高周波電界を形成して、超音波振動を発生させる。
また、圧電振動子は、水晶、ロッシェル塩、圧電性セラミック等の圧電結晶からなり、これに電界を形成すると伸縮又はすべり変形をする。この性質を利用し、圧電結晶に高周波電圧を印加して、超音波振動を発生させる。
【００４５】
ここで、図３に示すように、発信部と受信部とが一体化された超音波センサ１５ａは、液溜４における周壁１４の底部に設置される。そして、超音波センサ１５ａの発信部から発信された超音波は、液溜４の周壁１４の外部から入射する。周壁１４に入射した超音波は、周壁１４の内部を材質に応じた伝播速度で伝わり、周壁１４と液冷媒との境界面に達する。周壁１４と液冷媒との境界面に達した超音波の一部は、境界面で反射して、その後に再び周壁１４を伝わって、超音波センサ１５ａの受信部にて受信される。他方、周壁１４と液冷媒との境界面に達した超音波の残りは、その境界面を透過する。なお、このときの超音波の反射率及び透過率は、先に説明した式で求めることができる。
【００４６】
一方、周壁１４と冷媒液との境界面を透過した超音波は、液冷媒内を液冷媒の物性及び温度に応じた伝播速度で伝わり、液冷媒とガス冷媒との境界面である液面１６に到達する。そして、液面１６に入射した超音波の一部は、液面１６で反射して、その後に再び液冷媒内を伝わり、さらに周壁１４を透過して超音波センサ１５ａの受信部にて受信される。
なお、液冷媒とガス冷媒との境界面１６で反射した後に液冷媒を透過した超音波のうちの一部は、周壁１４に入射する際に液冷媒液と周壁１４との境界面で反射して、その後に他の境界面で反射を繰り返して受信部に到達するものもある。また、液面１６を透過した超音波が、周壁１４の上部で反射した後に、ガス冷媒、液冷媒、周壁１４を透過して受信部に到達するものもある。このように、発信部を発した超音波は、種々の経路をたどって受信部に到達することになる。ところが、受信部に到達する超音波は、例えば、発信から受信までの時間を測定して、演算によりどの経路を通過してきた超音波であるかを分別することができる。
【００４７】
次に、図４にて、液面検出装置１５の動作について説明する。
まず、コントローラ１５ｂの超音波発生回路２５にて発信部２３を動作させる。これにより、発信部２３から超音波が発生する。そして、発信部２３から発した超音波は、上述したように、冷媒の液面で反射した後に、受信部２４で受信される。その後、受信部２４の受信信号が、演算装置２８に送られる。
一方、記憶装置２６には、周壁１４の温度による超音波の伝播速度のデータや、周壁１４の厚さに関するデータが保持されている。さらに、記憶装置２６には、液冷媒やガス冷媒の温度による超音波の伝播速度のデータ等も保持されている。そして、これらのデータは、演算装置２８に伝送される。
【００４８】
また、タイマー２７は、時間に関するデータを保持しており、これらのデータも演算装置２８に伝送される。
また、温度検出器３０は、液溜４内の冷媒の温度や、周壁１４の温度を検出して、それらのデータを保持している。そして、それらのデータも、演算装置２８に伝送される。
【００４９】
そして、演算装置２８では、伝送された種々のデータに基づいて、周壁１４と液冷媒との境界面で反射して戻ってきた超音波と、液冷媒とガス冷媒との境界面で反射して戻ってきた超音波と、その他の種々の経路を経て戻ってきた超音波とを、演算により分別する。そして、液冷媒とガス冷媒との境界面で反射して戻ってきた超音波における、発信から受信までの時間に基づいて、液溜４内の液面１６の位置を検出する。さらに、演算装置２８で演算された液面位置のデータは、出力装置２９に伝送されて、そのデータが出力装置２９に出力される。
【００５０】
以上述べたように、本実施の形態１によれば、液溜４の周壁１４に特別な加工を施すことなく、液溜４内の液面１６位置を検出可能な液面検出装置１５を、周壁１４に着脱可能に設置することができる。
そして、液面検出装置１５の検出結果に基づいて、液溜４内の実際の冷媒量を求め、先に説明した理論上の液溜冷媒量から差し引くことで、冷凍サイクルからの冷媒漏出量を求めることができる。なお、これらの演算は、図１を参照して、液面検出装置１５の検出データが伝送される冷媒漏出検出装置１３にて行われる。
【００５１】
次に、本実施の形態１において、上述した液面検出装置１５による液面１６の検出精度を、向上させる方法について説明する。
冷凍サイクル装置が稼動しているときに、液溜４内の液面が静止していることはほとんどなく、液溜内４の液面は揺動している。これは、冷凍サイクル内の液溜４に常に冷媒が流出入していることによる。具体的には、冷凍サイクル装置が稼動しているときに、液溜４内の冷媒は、数ｍｍの幅で液面位置が上下している。
【００５２】
以下、液溜４内における液面１６の揺動のメカニズムについて、説明する。
図３を参照して、液溜４の上部には液溜入口側の高圧液配管１１が設置されている。この高圧配管１１から流入した液冷媒は、重力と慣性力とによって、そのまま下方に落下した後に冷媒液面１６に衝突する。そのときの衝突エネルギーによって、液冷媒液面１６は揺動することになる。
なお、液冷媒と液面１６との衝突による衝突エネルギーは、高圧液配管１１と液面１６との距離（液面１６の高さ）や、冷凍サイクルを循環している冷媒循環量によって異なる。そして、衝突エネルギーが異なれば、冷媒液面１６の揺動幅も異なってくる。
なお、本願発明者が行った実験によれば、液面１６の揺動幅はおおよそ±１ｍｍ〜±４ｍｍであり、また、揺動の周波数はおおよそ１Ｈｚ〜３Ｈｚである。
【００５３】
さらに、液溜４内の液冷媒に渦流れが発生するため、これによっても、冷媒液面１６は揺動することになる。この渦流れは、流体力学上、非定常的な現象とされる。そのため、液面１６の揺動は、プラス側とマイナス側の変動が同等となるような、きれいな正弦波の波形を形成しない。
なお、本願発明者が行った実験によれば、冷媒液面１６の波立ちは一定しておらず、プラス側（上側）への変動に比べて、マイナス側（下側）への変動がゆっくりとなっている。したがって、冷媒液面１６の平均的な位置は、上述の変動の時間を考慮して、プラス側とマイナス側との液面位置の単純平均（最大値と最小値との平均である。）よりも、多少マイナス側にあることになる。
【００５４】
本実施の形態１における液面検出装置１５は、上述の液溜４内における冷媒の揺動による液面位置の誤検出が発生しないように形成されたものである。すなわち、液面検出装置１５におけるコントローラ１５ｂは、冷媒の揺動による液面位置の検出誤差を補正するように形成されている。
具体的には、液面検出装置１５におけるサンプリングの周波数が、液面における揺動の周波数と一致しないように形成する。すなわち、液面検出装置１５におけるサンプリング周波数と、液面における揺動周波数とが一致している場合、液面位置の検出データは、揺動している液面の同じ高さをいつも検出していることになるために、液面位置の誤検出が生じる。
液面検出装置１５におけるサンプリング周波数と、液面における揺動周波数とを一致させない方法としては、例えば、倍数とならない２つの周波数（例えば、３Ｈｚと５Ｈｚ）で液面位置をサンプリングした後に、それらのサンプリングしたデータを平均化して、この値を冷媒の液面位置とする方法がある。また、別の方法としては、例えば、同一のサンプリング周波数にて検出時間を長くする（例えば、１Ｈｚにて検出時間を数分間とする。）方法がある。
【００５５】
さらに詳しくは、液面検出装置１５において、データのサンプリング数、データの処理方法は、液面の揺動幅や揺動周波数を考慮して決定される。データのサンプリング数は、例えば、１０個又は数十個以上に設定される。さらに、データの処理方法は、例えば、サンプリングしたデータの平均値を求めて、その平均値より２０％程低い値を実際の検出値とする。
また、稼動中の圧縮機１が停止したり、停止中の圧縮機１が稼動するときに、液溜４の液面１６位置は大きく変動する。そのため、圧縮機１の動作状態を考慮して、液面検出装置１５におけるデータのサンプリングやデータの処理を行うことになる。例えば、圧縮機１が稼動してから所定時間後（例えば、２０分後）に、液面検出装置１５にてデータのサンプリングを行う。
【００５６】
以上説明したように、液溜４内において冷媒の揺動が発生しても、液面検出装置１５において、液面１６位置の検出誤差を補正するので、冷凍サイクル装置において冷媒漏れが発生していないのに冷媒漏れが発生しているものと判断してしまったり、冷媒漏れが発生しているのに冷媒漏れが発生していないと判断してしまったりする不具合がなくなる。
【００５７】
以下、図５、図６にて、冷凍サイクル装置に使用する冷媒と、本実施の形態１に示す液面検出装置１５の検出精度との関係について、説明する。
図５は、液冷媒の温度変化に対する、液冷媒を伝播する超音波の音速変化を示す相関図である。同図において、横軸は液冷媒の温度を示し、縦軸は液冷媒を伝播する超音波の音速を示す。また、同図において、■印を付した直線はＲ２２冷媒（従来型冷媒）の温度−音速特性を示し、△印を付した直線はＲ４０４Ａ冷媒（代替冷媒）の温度−音速特性を示し、●印を付した直線はＲ４０７Ｃ冷媒（代替冷媒）の温度−音速特性を示す。なお、Ｒ４０４Ａ冷媒及びＲ４０７Ｃ冷媒は、先に説明した標準的な組成比のものである。
【００５８】
図５に示すように、代替冷媒としてのＲ４０４Ａ冷媒は、温度２０〜６０℃の範囲において、従来型のＲ２２冷媒とほぼ同等の傾きの温度−音速特性を有する。ここで、温度２０〜６０℃の範囲は、液溜４内における液冷媒の温度変化の範囲（動作範囲）である。したがって、液面検出装置１５が設置された既設の冷凍サイクル装置に、従来型のＲ２２冷媒が用いられているときであって、Ｒ２２冷媒をＲ４０４Ａ冷媒に置換する必要が生じた場合であっても、液溜４内における液冷媒の温度変化に対する超音波の伝播速度の変動率はほとんど変わらないために、液面検出装置１５のデータ処理に係わる設定を変更することなく従前と同等の検出精度を得ることができる。すなわち、冷媒置換に対する互換性が高い液面検出装置１５を提供することができる。
【００５９】
他方、代替冷媒としてのＲ４０７Ｃ冷媒は、動作範囲において、従来型のＲ２２冷媒よりも傾きの少ない温度−音速特性を有する。したがって、液面検出装置１５が設置された既設の冷凍サイクル装置において、Ｒ２２冷媒をＲ４０７Ｃ冷媒に置換することで、液溜４内における液冷媒の温度変化に対する超音波の伝播速度の変動率は減少することになり、液面検出装置１５における液面１６の検出精度を向上させることができる。
【００６０】
なお、Ｒ４０７Ｃ冷媒は、Ｒ２２冷媒よりも高圧状態で用いる冷媒であるが、本実施の形態１における液面検出装置１５によれば、冷媒の圧力の高低に関係することなく液面位置の検出が可能であるために、冷媒置換にともなう条件設定の変更（圧力対策等である。）は不要となる。
また、Ｒ２２冷媒に対応した液面検出装置１５の検出精度を向上させる冷媒は、Ｒ４０７Ｃ冷媒に限定されることなく、温度−音速特性の傾きがＲ２２冷媒よりも小さいものであれば、例えば、ＨＣ冷媒、自然冷媒等であってもよい。
【００６１】
図６は、液冷媒の組成比の変化に対する、液密度の変化を示す相関図である。
同図において、横軸は液冷媒の組成比を示し、縦軸は液冷媒の液密度を示す。また、同図において、下方の直線はＲ４０４Ａ冷媒（代替冷媒）の組成比−液密度特性を示し、上方の直線はＲ４０７Ｃ冷媒（代替冷媒）の組成比−液密度特性を示す。
ここで、横軸の液冷媒の組成比は、混合冷媒としてのＲ４０４Ａ冷媒又はＲ４０７Ｃ冷媒にＲ１３４Ａがどのぐらいの比率で混合しているかを示す値である。なお、Ｒ４０４Ａ冷媒は、低沸点冷媒のＲ１２５及びＲ１４３Ａと、高沸点冷媒のＲ１３４Ａとからなる。そして、標準的な組成比のＲ４０４Ａ冷媒（擬似共沸混合冷媒）におけるＲ１３４Ａは、４ｗｔ％である。他方、Ｒ４０７Ｃ冷媒は、低沸点冷媒のＲ３２及びＲ１２５と、高沸点冷媒のＲ１３４Ａとからなる。そして、標準的な組成比のＲ４０７Ｃ冷媒（非共沸混合冷媒）におけるＲ１３４Ａは、５２ｗｔ％である。
【００６２】
このように、Ｒ４０４Ａ冷媒又はＲ４０７Ｃ冷媒に含まれるＲ１３４Ａ冷媒は、他の組成冷媒に比べて沸点が高いために、液溜内のＲ４０４Ａ冷媒又はＲ４０７Ｃ冷媒が低沸点と高沸点との間の温度領域で用いられたときに、低沸点の冷媒がガス化してＲ１３４Ａの組成比が高くなる。
ただし、Ｒ４０４Ａ冷媒におけるＲ１３４Ａの組成比は低いために、温度変化が生じて低沸点冷媒がガス化しても、全体に対するＲ１３４Ａの組成変化は少なくなる。したがって、Ｒ４０４Ａ冷媒の液密度変化は比較的小さい。これに対して、Ｒ４０７Ｃ冷媒におけるＲ１３４Ａの組成比は高いために、温度変化が生じて低沸点冷媒がガス化すると、全体に対するＲ１３４Ａの組成変化は大きくなる。したがって、Ｒ４０７Ｃ冷媒の液密度変化は比較的大きい。
このように、Ｒ１３４Ａの組成比が変動して冷媒の液密度が変動すると、液溜内において気液の圧力差に変化が生じて、液溜内の液面位置が変化する。このような液面位置の変化は、液面検出装置の検出精度に影響を与えるものである。
【００６３】
本実施の形態１の冷凍サイクル装置においては、温度変化にともなう混合冷媒の組成変動による液面位置の変動が、液面検出装置の検出精度の範囲内となるように、混合冷媒を選定したものである。
例えば、液面検出装置による液面位置の検出精度が比較的ラフであっても、冷凍システムのスペックが充分満たされるような場合には、標準組成のＲ４０７Ｃ冷媒のように温度変化に対する液密度の変化率が比較的大きな混合冷媒を用いてもよいことになる。
これに対して、例えば、液面検出装置による液面位置の検出精度を向上させたい場合には、標準組成のＲ４０４Ａ冷媒のように温度変化に対する液密度の変化率が比較的小さい混合冷媒を用いることになる。また、Ｒ４０７Ｃ冷媒であって、Ｒ１３４Ａの組成比を低く設定したものを用いてもよい。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態１における液面検出装置１５によれば、液溜４に穴加工等の特別な加工を施すことなく、既設の液溜４に対して後付けで設置することができる。また、冷凍サイクルの冷媒漏出を、早期かつ確実に検出することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態１においては、液面検出装置１５へのゴミの付着や、日照等による液面検出装置１５の温度上昇等の影響を考慮して、液面検出装置１５を液溜４の底面に設置した。これに対して、上述の影響を考慮しなくてもよい場合には、液面検出装置１５を液溜４の天井面に設置することもできる。ただし、この場合には、発信部２３から発した超音波は、本実施の形態１とは異なり、周壁１４、ガス冷媒、液冷媒の順に通過することになるため、コントローラ１５ｂにおける演算処理を設定変更する必要がある。
【００６６】
また、本実施の形態１においては、液面検出装置１５を液溜４の底面に設置したが、液面検出装置１５を液溜４の側面に設置することもできる。この場合、液面検出装置１５は、液溜４の側面に上下方向に複数配列されることになる。そして、上下方向に配列された複数の液面検出装置１５のそれぞれが、対応する位置における液冷媒の有無を検出することで、液冷媒の液面位置を段階的に検出することができる。
【００６７】
また、本実施の形態１においては、発信部２３と受信部２４とが一体的に形成された液面検出装置１５を、液溜４の底面に設置した。これに対して、液面検出装置１５の発信部２３と受信部２４とを分離することもできる。例えば、発信部２３を液溜４の底面に設置して、受信部２４を液溜４の天井面に設置する。この場合、受信部２４では、周壁１４、液冷媒、ガス冷媒、周壁１４を順次透過した超音波が受信されることになる。そして、その到達時間の長短に基づいて、液面位置を検出することになる。
【００６８】
また、本実施の形態１においては、液面検出装置１５に冷媒漏出検出装置１３を接続して、液面検出装置１５から伝送された液面位置の検出値に基づいて冷媒漏出検出装置１３において冷媒漏れの判断をおこなった。これに対して、冷媒漏出装置１３は、液面検出装置１５に内蔵されていてもよい。また、冷媒漏出検出装置１３は、液面検出装置１５にて検出した液面位置の値に基づいて、冷媒の漏出を判断できる媒体（例えば、演算装置、パソコン、人間の頭脳等）であれば、いかなるものであってもよい。
【００６９】
また、本実施の形態１において、圧縮機１にインバータが接続されており、稼動中の圧縮機１におけるモータの回転数が変動する場合であっても、液面検出装置１５のコントローラ１５ｂで、圧縮機１の回転数の変動による影響を補正することができる。具体的には、インバータにより圧縮機１の回転数が低下する場合には、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量は減少して、液溜４の液面１６に衝突する冷媒のエネルギーは小さくなるため、液面１６の上下の変動は小さくなる。これに対して、インバータにより圧縮機１の回転数が増加する場合には、液溜４の液面１６に衝突する冷媒のエネルギーは大きくなるため、液面１６の上下の変動は大きくなる。したがって、圧縮機１の回転数の変動による液面１６位置の変動分を、インバータの出力データに連動させて液面検出装置１５のコントローラ１５ｂで補正することで、正確な液面位置を検出することができる。
【００７０】
実施の形態２．
図７、図８にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図７は、この発明の実施の形態２における冷媒漏出検出システムを示す構成図である。また、図８は、図７に示す冷媒漏出検出システムにおける液面検出装置及び遠隔監視部を示す概略図である。
本実施の形態２の冷媒漏出検出システムは、前記実施の形態１に示した冷凍サイクル装置の液面検出装置１５に有線又は無線の通信回線を介して接続された遠隔監視部を設けた点が、前記実施の形態１と相違する。
【００７１】
図７において、１５は液面検出装置、１７は液溜４を備えた冷凍機（熱源機）、１８はショーケース、１９はスーパーマーケットやコンビニエンスストア等の店舗、２０はネットワーク、２１は遠隔監視部を示す。
ここで、店舗１９内には複数のショーケース１８が設置されており、店舗１９外には冷凍機１７が設置されている。冷凍機１７と、ショーケース１８内の蒸発器とは、高圧液配管１２及び低圧ガス配管１０で接続されている。また、液溜４は冷凍機１７の内部又は近傍に配置されており、液溜４の周壁には、前記実施の形態１と同様に、液面検出装置１５が密接して配置されている。
【００７２】
また、液面検出装置１５と遠隔監視部２１とは、電話回線や移動体回線等によって接続されている。また、図示は省略するが、遠隔監視部２１は、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等の表示部と、キーボード、マウス、ボタン等の入力部とを備えている。なお、遠隔監視部２１の表示部は、冷凍サイクル装置の液面検出装置１５のデータを、遠隔地にて取得して表示するものである。また、遠隔監視部２１の入力部は、遠隔地から液面検出装置１５を動作させるものである。
【００７３】
図８において、２３は発信部、２４は受信部、２５は超音波発生回路、２６は記憶装置、２７はタイマー、２８は演算装置、２９は液晶ディスプレイ、Ｄ／Ａ変換器等の出力装置、４４はＡ／Ｄ変換器等の入力装置、４５は演算装置、４６は液晶ディスプレイ、Ｄ／Ａ変換器等の出力装置、４７はメモリ等の記憶装置を示す。
ここで、液面検出装置１５の出力装置２９と、遠隔監視部２１の入力装置４４とは、ネットワーク２０を介して、有線又は無線で接続されている。なお、冷媒漏出検出装置１３は、前記実施の形態１で述べたように液面検出装置１５に内蔵してもよいし、液面検出装置１５とネットワーク２０との間に接続してもよいし、遠隔監視部２１に内蔵することもできる。
【００７４】
次に、本実施の形態２における冷媒漏出検出システムの動作について説明する。なお、店舗１９の内外に設置される冷凍サイクル装置の動作と、液面検出装置１５の動作とについては、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
まず、遠隔監視部２１からは、回線を介して、液面検出装置１５の超音波発生回路２５に指令信号が伝送される。これにより、液面検出装置１５の発信部２３を動作させて、超音波を発生させる。そして、媒質の界面で反射した超音波を受信部２４で受信し、その信号を演算装置２８に送る。演算装置２８で処理されたデータは、出力装置２９に伝送される。出力装置２９のデータは、液面検出装置１５によって検出（測定）した液溜４内の冷媒液面高さや、それに基づいて求められた冷媒漏れに関する情報である。
【００７５】
そして、この情報は、回線を介して、店舗１９の経営本部や設備の管理業者等に設置されている遠隔監視部２１の入力装置４４に伝送される。
入力装置４４に伝送されたデータは、演算装置４５において演算がなされた後に、出力装置４６にてデータの出力がされる。また、演算装置４５において演算されたデータは、記憶装置４７にも伝送される。記憶装置４７には、現在及び過去における冷媒液面位置、凝縮温度、蒸発温度、冷媒漏れの有無、冷媒漏出量等のデータが蓄積されている。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態２における冷媒漏出検出装置によれば、前記実施の形態１と同様に、液溜４に穴加工等の特別な加工を施すことなく、既設の液溜４に対して後付けで液面検出装置１５を設置することができる。
また、店舗１９から離れた遠隔地で、冷凍サイクル装置の冷媒漏出の発生状況を監視することができるため、冷凍サイクルの冷媒漏出を、早期かつ確実に検出して、適切なメンテナンスを行うことができる。
【００７７】
なお、本実施の形態２では、液面検出装置１５と遠隔監視部２１との通信回線を用いた情報の伝達を、双方向可能とした。これに対して、情報の伝達を一方向のみとすることもできる。例えば、液面検出装置１５における液面位置の検出は、通信回線を介さずに、液面検出器１５に設置されたコントローラ１５ｂにより、定期的に行われる。そして、液面検出装置１５の検出データは、通信回線を介して遠隔監視部２１に伝達させることができる。
【００７８】
実施の形態３．
図９にて、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。
図９は、この発明の実施の形態３における冷媒漏出検出システムを示す構成図である。本実施の形態３の冷媒漏出検出システムは、ネットワーク２０に複数の冷凍サイクル装置が接続されている点が、前記実施の形態２と相違する。
【００７９】
図９において、１５は液面検出装置、１７は複数の冷凍機、１８は複数の冷凍機１７にそれぞれ接続されたショーケース、１９は複数の店舗、２０はネットワーク、２１は遠隔監視部を示す。
ここで、複数の店舗１９内にはそれぞれ複数のショーケース１８が設置されており、それぞれの店舗１９の外には冷凍機１７が設置されている。
また、複数の冷凍サイクル装置はネットワーク化されており、それぞれの液面検出装置１５と、遠隔監視部２１とは、ネットワーク２０を介して接続されている。そして、遠隔監視部２１は、入力部を操作して所望の冷凍サイクル装置における液面検出装置１５を動作させるとともに、表示部にて所望の冷凍サイクル装置における液面検出装置１５のデータを監視する。
なお、本実施の形態３における冷媒漏出検出システムの動作は、遠隔監視部２１にて複数の冷凍サイクル装置を監視すること以外は、前記実施の形態２と同様である。
【００８０】
以上説明したように、本実施の形態３における冷媒漏出検出装置によれば、前記各実施の形態と同様に、液溜４に穴加工等の特別な加工を施すことなく、既設の液溜４に対して後付けで液面検出装置１５を設置することができる。
また、店舗１９から離れた遠隔地で、複数の冷凍サイクル装置における冷媒漏出の発生状況を一括して監視することができるため、複数の冷凍サイクルの冷媒漏出を、早期かつ確実に効率よく検出して、適切なメンテナンスを行うことができる。
【００８１】
なお、上記各実施の形態では、液面検出装置１５から発する伝播波として超音波を用いたが、その代わりに、光波を用いることもできる。この場合、液溜４の周壁１４の一部を光波が伝播可能なガラス等の透明な材料で形成して、その透明部に液面検出装置１５の発信部及び受信部を設置することになる。そして、この場合にも、前記各実施の形態とほぼ同様の効果を奏することになる。
【００８２】
また、本明細書中の「冷凍サイクル装置」なる用語は、冷媒を循環させて熱交換を行うすべての装置、例えば、空気調和装置、ヒートポンプ等の装置を含む広義の用語として用いている。
【００８３】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態の中で示唆した以外にも、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、液溜に設置用の加工を施すことなく、既設の液溜に対して後付けの設置が可能で、冷凍サイクルの冷媒漏出を早期に検出できて、異種の冷媒に対しても互換性が高く、液溜の冷媒量を確実に検出できる、設置性、信頼性の高い液面検出装置、液溜、冷凍サイクル装置、及び、冷媒漏出検出システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置を示す構成図である。
【図２】 図１の冷凍サイクル装置における冷媒の動作を示すモリエル線図である。
【図３】 図１の冷凍サイクル装置における液溜を示す概略図である。
【図４】 図３の液溜における液面検出装置を示す概略図である。
【図５】 冷媒の温度変化に対する音速変化を示す相関図である。
【図６】 冷媒の組成比の変化に対する液密度の変化を示す相関図である。
【図７】 本発明の実施の形態２における冷媒漏出検出システムを示す構成図である。
【図８】 図７の冷媒漏出検出システムにおける液面検出装置及び遠隔監視部を示す概略図である。
【図９】 本発明の実施の形態３における冷媒漏出検出システムを示す構成図である。
【図１０】 従来の冷凍サイクル装置を示す構成図である。
【図１１】 別の従来の冷凍サイクル装置を示す構成図である。
【図１２】 代表的な媒質を伝播する超音波の音速を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、 ２ 凝縮器、 ３ 凝縮器用送風機、 ４ 液溜、
５ 電磁弁、 ６ 減圧装置、 ７ 蒸発器、
８ 蒸発器用送風機、 ９ 高圧ガス配管、 １０ 低圧ガス配管、
１１ 高圧液配管、 １２ 高圧液配管、 １３ 冷媒漏出検出装置、
１４ 周壁、 １５ 液面検出装置、 １５ａ 超音波センサ、
１５ｂ コントローラ、 １６ 液面、 １７ 冷凍機、
１８ ショーケース、 １９ 店舗、 ２０ ネットワーク、
２１ 遠隔監視部、 ２３ 発信部、 ２４ 受信部、
２５ 超音波発生回路、 ２６ 記憶装置、 ２７ タイマー、
２８ 演算装置、 ２９ 出力装置、 ３０ 温度検出器、 ４４ 入力装置、４５ 演算装置、 ４６ 出力装置、 ４７ 記憶装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a liquid level detection device installed in a liquid reservoir of a refrigeration cycle apparatus, a liquid reservoir, a refrigeration cycle apparatus,as well as,Regarding the refrigerant leakage detection system, in particular, a liquid level detection device, a liquid reservoir, a refrigeration cycle device for detecting the presence or absence of refrigerant leakage from the refrigeration cycle device,as well as,The present invention relates to a refrigerant leakage detection system.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, in a refrigeration cycle apparatus, a liquid reservoir for storing excess refrigerant in the refrigeration cycle has been installed for the purpose of always circulating an appropriate amount of refrigerant in the refrigeration cycle regardless of the state of the refrigeration cycle. Furthermore, in the refrigeration cycle apparatus provided with a liquid reservoir, a technique for detecting the presence or absence of refrigerant leakage from the apparatus is disclosed.
[0003]
  Hereinafter, the refrigerant charged in the refrigeration cycle apparatus will be briefly described.
  A refrigeration cycle apparatus installed in a supermarket or the like is taken as an example. The number, size, type, and arrangement of showcases installed at food stores in stores differ from store to store. Therefore, the internal volume of the evaporator arranged in the showcase is also different. Moreover, the installation location of the compressor, the condenser, and the liquid reservoir in the refrigeration cycle apparatus also varies depending on the store structure. For example, a compressor or the like may be installed on the back of a food department, or may be installed on a rooftop. Thus, the distance of the compressor, the condenser, and the liquid reservoir with respect to the evaporator is different for each store, and the lengths of the pipes such as the low-pressure gas pipe and the high-pressure liquid pipe for connecting them are also different. Become.
[0004]
  On the other hand, in order for the refrigeration cycle to exhibit predetermined performance, an amount of refrigerant suitable for the internal volume of the refrigeration cycle is required. Therefore, as described above, when the internal volume of the evaporator and the length of the piping are different, the amount of refrigerant required for the entire refrigeration cycle is also different. In addition, since the refrigerant | coolant amount with which a refrigerating-cycle apparatus is filled for every store differs, charging of the refrigerant | coolant to an apparatus is performed after constructing a refrigerating-cycle apparatus in the site | part with a store.
[0005]
  Furthermore, the required amount of refrigerant in the refrigeration cycle apparatus varies depending on the state of the refrigeration cycle. That is, the state of the refrigeration cycle varies depending on the operating temperature of the load side equipment such as the outside air temperature and the showcase, and the amount of refrigerant required for the refrigeration cycle varies depending on the state. Therefore, the apparatus is filled with an amount of refrigerant corresponding to the worst state so that the necessary amount of refrigerant is always supplied to each component device such as a condenser and an evaporator regardless of the state of the refrigeration cycle.
  In addition, the refrigerant | coolant amount allocated to a compressor, a condenser, an evaporator, and piping is determined by each internal volume, performance, and an operating state. And among the refrigerant | coolants with which the refrigerating cycle was filled, surplus refrigerant | coolants other than the circulating refrigerant | coolant supplied to each component apparatus of a refrigerating cycle will be stored in a liquid reservoir.
[0006]
  Hereinafter, a conventional refrigeration cycle apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-103820 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 10 is a refrigeration cycle apparatus in which a liquid reservoir is installed, and relates to a technique for detecting the presence or absence of leakage of refrigerant from the apparatus.
  In the figure, 101 is a compressor, 102 is a condenser, 103 is a liquid reservoir, 104 is a decompression device (expansion valve), 105 is an evaporator, 106 is a high-pressure gas pipe, 107 is a high-pressure liquid pipe, 108 is a solenoid valve, 109 is a low pressure liquid pipe, 110 is a low pressure gas pipe, 111 is a low pressure switch, 112 is an auxiliary tank, 112a is a lower communication pipe, 112b is an upper communication pipe, and 113 is a float type level sensor.
[0007]
  Here, the compressor 101, the condenser 102, the liquid reservoir 103, the decompression device 104, and the evaporator 105 are sequentially connected to form a refrigerant cycle. The liquid reservoir 103 and the auxiliary tank 112 are communicated with each other through communication pipes 112a and 112b. As a result, the liquid refrigerant in the liquid reservoir 103 and the liquid refrigerant in the auxiliary tank 112 maintain the same liquid level. The auxiliary tank 112 is provided with a float type level sensor 113 for detecting the liquid level of the refrigerant in the auxiliary tank 112. And the presence or absence of the refrigerant | coolant leakage from a refrigerating-cycle apparatus is detected by comparing the liquid level detected with the float type level sensor 113 with the predetermined normal liquid level.
[0008]
  Hereinafter, another conventional refrigeration cycle apparatus disclosed in, for example, JP-A-6-185839 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 11 is also a refrigeration cycle apparatus provided with a liquid reservoir, similar to FIG. 10, and relates to a technique for detecting the presence or absence of leakage of refrigerant from the apparatus.
  In the figure, 202 is a compressor, 203 is a condenser, 204 is a liquid reservoir (receiver tank), 205 is a pressure reducing device (control valve), 206 is a showcase, 207 is an evaporator, 208 is a liquid discharge pipe, and 209 is A flow site (sight glass), 210 is a dryer, 211 is an accumulator, 212 is a light emitter, 213 is a light receiver, and 214 is a discrimination circuit.
[0009]
  Here, the compressor 202, the condenser 203, the liquid reservoir 204, the decompression device 205, and the evaporator 207 are sequentially connected to form a refrigerant cycle. A flow site 209 is installed via a dryer 210 in a liquid take-out pipe 208 whose one end is connected to the bottom surface of the liquid reservoir 204. This flow site 209 confirms the state of the liquid refrigerant that has flowed out of the liquid reservoir 204. Specifically, the light received from the light emitter 212 toward the liquid refrigerant flowing in the flow site 209 is received by the light receiver 213. Thereafter, the detection signal of the light receiver 213 is transmitted to the determination circuit 214, and the determination circuit 214 detects the presence or absence of bubbles in the liquid refrigerant, that is, the presence or absence of refrigerant leakage, according to the level of the signal.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
  The conventional refrigeration cycle apparatus has the following problems.
  First, the refrigeration cycle apparatus described with reference to FIG. 10 detects the liquid level position in the liquid reservoir at the liquid level position in the auxiliary tank and attempts to detect refrigerant leakage based on the detection result. is there. Therefore, the liquid reservoir and the auxiliary tank must be provided with through holes in the respective peripheral walls for installing the communication pipe. The auxiliary tank also requires processing for installing a float type level sensor. As described above, the installation of the liquid level detection device for detecting the liquid level position in the liquid reservoir is relatively labor intensive. In addition, due to the necessity of processing the above-described through holes and the like, it has been difficult to subsequently install a liquid level detection device with respect to an existing refrigeration cycle device. In particular, since many existing refrigeration cycle apparatuses operate almost without being stopped, it is difficult to retrofit the liquid level detection apparatus.
[0011]
  Next, the refrigeration cycle apparatus described in FIG. 11 has a flow site installed on the downstream side of the liquid reservoir in the refrigeration cycle, detects the presence or absence of bubbles in the liquid refrigerant passing through the flow site, and leaks the refrigerant. It is something to be detected. Here, the state where bubbles are included in the liquid refrigerant occurs when the liquid refrigerant in the liquid reservoir is almost exhausted and the liquid level of the refrigerant is lowered to the position of the bottom surface of the liquid reservoir. Therefore, the refrigerant leakage in the refrigeration cycle cannot be detected at an early stage, and when the refrigerant leakage is detected, the performance of the refrigeration cycle may be deteriorated due to insufficient refrigerant. That is, according to the example of the previous supermarket, there is a problem that it is not possible to take measures to refill the refrigerator with the refrigerant before the food in the showcase is warmed and the freshness is deteriorated.
[0012]
  Furthermore, a common problem with the refrigeration cycle apparatuses of FIGS. 10 and 11 is that when the existing refrigerant circulating in the apparatus is replaced with a different type of refrigerant, the compatibility of the refrigerant leak detection apparatus is low. was there.
  Specifically, since the R22 refrigerant that has been widely used in the past is an HCFC refrigerant, the transition to an alternative refrigerant is being promoted in a global framework in consideration of the environment such as global warming. Therefore, in the existing refrigeration cycle apparatus using the R22 refrigerant, when it becomes necessary to replace the refrigerant, it is necessary to replace it with an alternative refrigerant. Here, since the chemical characteristic of the alternative refrigerant is not a little different from that of the R22 refrigerant, the alternative refrigerant cannot be directly replaced with the existing refrigeration cycle. In other words, for the existing refrigeration cycle apparatus, it is necessary to change various conditions so as to be compatible with the alternative refrigerant and to achieve a cycle equivalent to the conventional refrigeration cycle. Similarly, regarding the refrigerant leak detection device, it is necessary to change various conditions so that the existing detection device is adapted to the alternative refrigerant. For the apparatus of FIG. 10, for example, it is necessary to change the conditions of the communication pipe, the detection conditions by the float type level sensor, and the like. For the apparatus of FIG. 11, for example, it is necessary to change the conditions of the light emitter and the light receiver.
[0013]
  On the other hand, if the liquid level position of the liquid refrigerant in the liquid reservoir can be directly detected, the above-described problem is solved.
  Details are as described below.
  The amount of refrigerant in the liquid reservoir, that is, the liquid level position in the liquid reservoir changes every moment depending on the state of the refrigeration cycle. However, the amount of refrigerant in each component device can be calculated by measuring the pressure and saturation temperature of the refrigerant in each component device such as a condenser and an evaporator. That is, if the temperature and pressure of the refrigerant are known, the refrigerant amount can be calculated from the state equation and the density of the refrigerant. Here, since the calculated amount of refrigerant is the amount of refrigerant actually circulating in the refrigerant cycle, the amount of refrigerant is subtracted from the amount of refrigerant actually charged in the device, so that The theoretical amount of refrigerant can be estimated. Therefore, it is possible to detect the presence or absence of refrigerant leakage from the refrigeration cycle by comparing this theoretical liquid pool refrigerant amount with the actually detected liquid pool refrigerant amount in the liquid reservoir. For example, the amount of liquid refrigerant stored in a specified time is compared with the theoretical amount of liquid refrigerant stored in a normal refrigeration cycle or the theoretical amount of liquid refrigerant stored in a predetermined time. It is calculated and judged whether or not the change is within the normal change range. Then, when the change in the amount of the pooled refrigerant is outside the normal change range, it can be assumed that the refrigerant has leaked from the refrigeration cycle apparatus.
[0014]
  However, the liquid reservoir stores high-pressure liquid refrigerant inside. For this purpose, the liquid reservoir needs to be formed of a metal such as a carbon steel pipe for pressure piping, and a pressure vessel in which a pressure-resistant strength in accordance with regulations is ensured. Therefore, even if it is possible to provide a transparent observation window on a part of the peripheral wall of the liquid reservoir, it is difficult to form a large part of the peripheral wall with a transparent member such as glass. A practical liquid reservoir is an opaque container made of a metal such as a carbon steel pipe for pressure piping in the majority of the peripheral wall.
  Here, “opaque” means optically opaque. Therefore, it is difficult to optically measure the liquid level in the liquid reservoir or to visually see the entire inside of the liquid reservoir in a liquid reservoir that is made up of a member whose opaque wall is mostly opaque. As described above, it is possible to provide a viewing window in a part of the peripheral wall of the liquid reservoir, but even in that case, the liquid surface position in the liquid reservoir is constantly changing, It is difficult to accurately measure and monitor the surface position from the viewing window.
[0015]
  The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be retrofitted to an existing liquid reservoir without subjecting the liquid reservoir to installation processing. Can be detected at an early stage, is highly compatible with different types of refrigerants, can reliably detect the amount of refrigerant in the liquid reservoir, and has a highly installable and reliable liquid level detection device, liquid reservoir, refrigeration cycle device,as well as,The object is to provide a refrigerant leakage detection system.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  As a result of repeated researches to solve the above problems, the present inventor has come to know the following matters.
  That is, ultrasonic waves (defined as high-frequency vibration sound waves having straight propagation properties) have the property of propagating through any medium such as gas, liquid, and solid. Therefore, by utilizing this property, the liquid level of the refrigerant in the liquid reservoir can be measured from the outside of the liquid reservoir via the peripheral wall.
[0017]
  The details will be described below.
  Ultrasound is a propagating wave that travels linearly in any medium, that is, any medium of gas, liquid, and solid. The speed at which ultrasonic waves propagate through the medium (propagation speed or sound speed) varies depending on the type and temperature of the medium.
  FIG. 12 shows sound speed with respect to temperature in a typical medium. In the figure, R22, R404A, and R407C are chlorofluorocarbon refrigerants, which describe the sound speed in the gas state and the sound speed in the liquid state. R404A and R407C are mixed refrigerants obtained by mixing a plurality of types of refrigerants, and are HFC refrigerants (alternative refrigerants) in consideration of the environment. In the figure, the standard composition ratio is shown. Specifically, the standard composition ratio in R404A is R32, R125, R134A = 44 wt%, 4 wt%, 52 wt%, and the standard composition ratio in R407C is R125, R134A, R143A = 23 wt%, 25 wt%. %, 52 wt%.
[0018]
  In this way, the ultrasonic wave travels in a predetermined medium at a predetermined sound speed. When the ultrasonic wave reaches the boundary with a different medium, a part of the ultrasonic wave is reflected at the boundary surface, and the other is transmitted through the boundary surface. Here, when an ultrasonic wave is perpendicularly incident on the medium 2 having the density ρ1 and the propagation velocity c1 from the medium 1 having the density ρ1 and the propagation velocity c1, the ultrasonic wave reflectance R at the boundary surface between the medium 1 and the medium 2 is obtained. And the transmittance T is expressed by the following equation.
      R = (ρ2 × c2−ρ1 × c1) / (ρ1 × c1 + ρ2 × c2)
      T = 1-R
[0019]
  Further, the time τ during which the ultrasonic wave propagates through the predetermined medium is obtained from the propagation velocity c and the propagation distance L in the medium by the following equation.
      τ = L / c
  Therefore, if a transmitter for transmitting the ultrasonic wave toward the medium and a receiver for receiving the ultrasonic wave reflected and returned from the boundary surface of the medium are installed and the time Δt from transmission to reception is measured. The thickness L of the medium can be known from the following equation.
      L = (Δt × c) / 2
[0020]
  In addition, regarding the above-mentioned properties of ultrasonic waves, “Fundamentals and Applications of High Frequency” (October 20, 1990, published by Tokyo Denki University Press) was referred. For the sound velocities of air, water, and metal, the data of “Science Chronology” (issued by Maruzen on November 30, 1995) was used. Further, the sound velocity of Freon is calculated using “REFPROP Ver 6.01” (1998, software released by NIST) based on the above-mentioned “Science Chronology” data.
[0021]
  The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems based on the above research results. That is, the liquid level detection device according to the first aspect of the present invention is a liquid reservoir installed in a refrigeration cycle. A liquid level detection device for detecting a liquid level position of the refrigerant stored in the liquid reservoir, wherein the transmitter transmits a propagation wave incident on the liquid level of the refrigerant after passing through the peripheral wall of the liquid reservoir from the outside of the liquid reservoir; A receiving unit that receives the propagating wave that is reflected or transmitted by the liquid surface and then passes through the peripheral wall and exits from the liquid reservoir;A controller for obtaining a liquid level position of the refrigerant based on a time from when the propagating wave is emitted from the transmitter to the receiver.WithThe controller samples the liquid level position so that the frequency does not match the oscillation frequency of the refrigerant liquid level stored in the liquid reservoir.Is.
[0022]
  Further, the liquid level detection device according to the invention of claim 2 is the invention of claim 1,The liquid reservoir is provided with an inlet-side high-pressure liquid pipe at an upper portion thereof, and the refrigerant liquid flowing into the liquid reservoir from the high-pressure liquid pipe falls downward from the high-pressure liquid pipe and is then stored in the liquid reservoir. Collide with the coolant levelIs.
[0023]
  A liquid level detection device according to a third aspect of the invention is the invention according to the first or second aspect,The controller outputs a value lower than the simple average value of the sampled liquid level position by a predetermined ratio as an actual detection value.Is.
[0024]
  A liquid level detection device according to a fourth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to third aspects,The transmitter and the receiver are detachably installed on the peripheral wall of the liquid reservoir.Is.
[0025]
  The liquid level detection device according to the invention of claim 5 is the above-mentioned claim.1-claim4One ofIn the invention described inBased on the detected value of the liquid surface position, leakage of refrigerant from the refrigeration cycle is detected.Is.
[0026]
  The liquid level detection device according to the invention of claim 6 is the above-mentioned claim.Any one of claims 1 to 5In the invention described in claim 1, further comprising a temperature detector for detecting the temperature of the refrigerant in the liquid reservoir or / and the temperature of the peripheral wall,The propagating wave is an ultrasonic wave;The controller includes a storage device that holds data of the propagation speed of the ultrasonic wave according to the temperature of the refrigerant or / and the temperature of the peripheral wall, and the detection value detected by the temperature detector and the detection value corresponding to the detection value The liquid level position of the refrigerant is obtained based on the data in the storage device.
[0027]
  The liquid level detection device according to the invention of claim 7 is the above-mentioned claim.1In the invention according to any one of claims 6 to 6, the refrigerant has a smaller change in propagation velocity with respect to a temperature change than the R22 refrigerant.
[0028]
  The liquid level detection device according to the invention of claim 8 is the above-mentioned claim.1In the invention according to any one of claims 7 to 7, the refrigerant is a mixed refrigerant composed of a plurality of types of refrigerant, and the change in the liquid surface position due to the change in the composition ratio of the refrigerant accompanying a temperature change. Is so designed as to be within the range of the detection accuracy of the liquid surface position.
[0029]
  Further, the liquid level detection device according to the invention of claim 9 is the above claims 1 to claim.5In any one of the inventions, the propagation wave is a light wave, and the peripheral wall includes a transparent portion through which the light wave can be transmitted.
[0030]
  A liquid reservoir according to a tenth aspect of the present invention includes the liquid level detection device according to any one of the first to ninth aspects.
[0031]
  A refrigeration cycle apparatus according to an eleventh aspect of the present invention includes the liquid reservoir according to the tenth aspect.
[0032]
  A refrigerant leakage detection system according to a twelfth aspect of the present invention includes a remote monitoring unit that acquires data of the liquid level detection device in the refrigeration cycle apparatus according to the eleventh aspect via a communication line. It is a thing.
[0033]
  The refrigerant leakage detection system according to claim 13 is the invention according to claim 12, wherein the remote monitoring unit detects the liquid level position by the liquid level detection device via the communication line. Is to do.
[0034]
  A refrigerant leakage detection system according to a fourteenth aspect of the present invention is the refrigerant leakage detection system according to the twelfth or thirteenth aspect, wherein the refrigeration cycle apparatus is a plurality of networked refrigeration cycle apparatuses. .
[0035]
  A refrigerant leakage detection system according to a fifteenth aspect of the present invention is the refrigerant leakage detection system according to any of the twelfth to fourteenth aspects, wherein the refrigeration is performed based on the liquid level position detected by the liquid level detection device. A refrigerant leakage detection device that detects refrigerant leakage from the cycle is provided, and data of the liquid level detection device is transmitted to the remote monitoring unit via the refrigerant leakage detection device..
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds, The duplication description is simplified or abbreviate | omitted suitably.
[0037]
Embodiment 1 FIG.
  The first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
  FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a compressor, 2 is a condenser, 3 is a condenser fan, 4 is a liquid reservoir, 5 is a solenoid valve, 6 is a decompression device (expansion means), 7 is an evaporator, 8 is an evaporator fan, 9 is a high-pressure gas pipe, 10 is a low-pressure gas pipe, 11 is a high-pressure liquid pipe on the inlet side of the liquid reservoir 4, 12 is a high-pressure liquid pipe on the outlet side of the liquid reservoir 4, and 13 is a refrigerant leak detection device (refrigerant leakage detection means). , 15 indicates a liquid level detecting device (liquid level measuring means).
[0038]
  Here, the compressor 1, the electromagnetic valve 5, the decompression device 6, the evaporator 7, and the evaporator blower 8 are respectively installed in a single number or a plurality. The condenser 2 and the condenser blower 3 are installed in the machine room or outdoors. On the other hand, the evaporator 7 and the evaporator blower 8 are built in, for example, an indoor showcase.
  The liquid level detection device 15 is detachably installed on the peripheral wall of the liquid reservoir 4 and detects the liquid level position of the refrigerant in the liquid reservoir 4 as will be described later.
  Furthermore, the refrigerant leakage detection device 13 is electrically connected to the liquid level detection device 15 and, as will be described later, based on the liquid level position data detected by the liquid level detection device 15, the refrigerant from the refrigerant cycle. Detect the presence of leaks.
[0039]
  The operation of the refrigerant in the refrigeration cycle of the refrigeration cycle apparatus configured as described above will be described. First, the low-temperature and low-pressure gas refrigerant is compressed by the compressor 1 to become a high-temperature and high-pressure gas refrigerant. The high-temperature and high-pressure gas refrigerant that has flowed out of the compressor 1 flows into the condenser 2 through the high-pressure gas pipe 9. The gas refrigerant flowing into the condenser 2 exchanges heat with a fluid around the condenser 2, for example, air or water, and dissipates heat to become a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant. The high-temperature and high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the condenser 2 flows into the liquid reservoir 4 via the high-pressure liquid pipe 11 connected to the liquid reservoir inlet at the top of the liquid reservoir 4. The high-temperature and high-pressure liquid refrigerant that has flowed into the liquid reservoir 4 passes through the electromagnetic valve 5 through the high-pressure liquid pipe 12 connected to the liquid reservoir outlet at the bottom of the liquid reservoir 4 and then flows into the decompressor 6. The liquid refrigerant flowing into the decompression device 6 is decompressed here to become a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant. The gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed out of the decompression device 6 flows into the evaporator 7. The gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the evaporator 7 exchanges heat with a fluid around the evaporator 7, for example, air, and becomes a low-temperature and low-pressure gas refrigerant. By heat exchange at this time, the periphery of the evaporator 7 is deprived of heat and frozen. Thereafter, the low-temperature and low-pressure gas refrigerant that has flowed out of the evaporator 7 returns to the compressor 1 via the low-pressure gas pipe 10.
[0040]
  FIG. 2 is a Mollier diagram (PH diagram) showing the operation of the refrigerant in the refrigeration cycle apparatus of FIG. In the figure, the horizontal axis indicates the enthalpy of the refrigerant, and the vertical axis indicates the pressure of the refrigerant. Moreover, the code | symbol in a diagram respond | corresponds with the code | symbol of FIG. 1, and shows the function which each component apparatus which comprises a refrigerating cycle performs to the state change of a refrigerant | coolant. As shown in the figure, in the refrigeration cycle apparatus, a refrigeration cycle consisting of adiabatic compression, isobaric cooling, isoenthalpy expansion, and isothermal isobaric expansion is repeated.
[0041]
  Next, the configuration and operation of the liquid level detection device 15 will be described in detail with reference to FIGS.
  FIG. 3 is a schematic view showing the liquid reservoir 4 in the refrigeration cycle apparatus of FIG. In FIG. 3, 14 is a peripheral wall (casing) of the liquid reservoir 4 made of a carbon steel pipe for pressure piping, 15 is a liquid level detecting device, 15a is an ultrasonic sensor of the liquid level detecting device 15, and 15b is a liquid level detecting device. Reference numeral 15 denotes a controller, and 16 denotes a liquid level of the refrigerant.
[0042]
  In FIG. 3, the ultrasonic sensor 15 a is provided in close contact with the peripheral wall 14 without air. Specifically, an attachment member made of a soft material is provided between the ultrasonic sensor 15 a and the peripheral wall 14, and pressure is applied to the ultrasonic sensor 15 a to bring it into close contact with the peripheral wall 14. Thereby, since air does not enter between the ultrasonic sensor 15a and the peripheral wall 14, the detection accuracy of the ultrasonic sensor 15a is improved. The attachment member is made of, for example, rubber or gel material. The ultrasonic sensor 15a is pressurized by, for example, a method using a magnetic force of a magnet or a method using a belt tension.
[0043]
  FIG. 4 is a schematic view showing the liquid level detection device 15 in the liquid reservoir 4 of FIG. In FIG. 4, 23 is a transmitter (transmitter) of the ultrasonic sensor 15a, 24 is a receiver (receiver) of the ultrasonic sensor 15a, 25 is an ultrasonic generation circuit of the controller 15b, 26 is a memory of the controller 15b, etc. 27, a timer of the controller 15b, 28 an arithmetic unit of the controller 15b, 29 a liquid crystal display of the controller 15b, an output device such as a D / A converter, 30 a temperature of the refrigerant in the liquid reservoir and a temperature of the peripheral wall A temperature detector for detecting is shown. The transmitter 23 is installed so that ultrasonic waves transmitted from the transmitter 23 are incident substantially perpendicular to the coolant level 16.
[0044]
  Here, the transmitter 23 of the ultrasonic sensor 15a shown in FIG. 4 can be formed by, for example, a magnetostrictive vibrator, an electrostrictive vibrator, a piezoelectric vibrator, or the like. Details are as follows. The magnetostrictive vibrator is made of a metal such as nickel or iron-aluminum alloy, nickel-copper-cobalt ferrite or the like, and expands and contracts when a magnetic field is applied thereto. Utilizing this property, a high frequency current is passed through the winding to form a magnetic field to generate ultrasonic vibrations.
  In addition, the electrostrictive vibrator is obtained by applying a silver electrode to a sintered body such as a barium titanate ceramic or a lead zirconate titanate ceramic. When a direct current electric field is formed on the silver electrode, the electrostrictive vibrator is stretched and deformed. Utilizing this property, a high frequency electric field is formed between the electrodes to generate ultrasonic vibration.
  The piezoelectric vibrator is made of a piezoelectric crystal such as crystal, Rochelle salt, or piezoelectric ceramic, and expands or contracts when an electric field is formed thereon. Utilizing this property, high frequency voltage is applied to the piezoelectric crystal to generate ultrasonic vibration.
[0045]
  Here, as shown in FIG. 3, the ultrasonic sensor 15 a in which the transmitter and the receiver are integrated is installed at the bottom of the peripheral wall 14 in the liquid reservoir 4. And the ultrasonic wave transmitted from the transmission part of the ultrasonic sensor 15 a is incident from the outside of the peripheral wall 14 of the liquid reservoir 4. The ultrasonic wave incident on the peripheral wall 14 is transmitted through the inside of the peripheral wall 14 at a propagation speed corresponding to the material, and reaches the boundary surface between the peripheral wall 14 and the liquid refrigerant. A part of the ultrasonic wave that reaches the boundary surface between the peripheral wall 14 and the liquid refrigerant is reflected by the boundary surface, and then is transmitted again through the peripheral wall 14 and received by the receiving unit of the ultrasonic sensor 15a. On the other hand, the remaining ultrasonic waves that reach the boundary surface between the peripheral wall 14 and the liquid refrigerant are transmitted through the boundary surface. Note that the reflectance and transmittance of the ultrasonic wave at this time can be obtained by the expressions described above.
[0046]
  On the other hand, the ultrasonic wave transmitted through the boundary surface between the peripheral wall 14 and the refrigerant liquid is transmitted through the liquid refrigerant at a propagation speed according to the physical properties and temperature of the liquid refrigerant, and the liquid surface 16 that is the boundary surface between the liquid refrigerant and the gas refrigerant. To reach. Then, a part of the ultrasonic wave incident on the liquid surface 16 is reflected by the liquid surface 16, and then propagates again in the liquid refrigerant, and further passes through the peripheral wall 14 and is received by the receiving unit of the ultrasonic sensor 15a. The
  A part of the ultrasonic wave that has passed through the liquid refrigerant after being reflected at the boundary surface 16 between the liquid refrigerant and the gas refrigerant is reflected at the boundary surface between the liquid refrigerant liquid and the peripheral wall 14 when entering the peripheral wall 14. In some cases, after that, reflection is repeated at another boundary surface to reach the receiving unit. Moreover, after the ultrasonic wave which permeate | transmitted the liquid level 16 reflected on the upper part of the surrounding wall 14, there are some which permeate | transmit a gas refrigerant, a liquid refrigerant, and the surrounding wall 14, and reach | attain a receiving part. As described above, the ultrasonic waves emitted from the transmitting unit follow various paths and reach the receiving unit. However, the ultrasonic waves that reach the receiving unit can be distinguished, for example, by measuring the time from transmission to reception and by which route the ultrasonic waves have passed.
[0047]
  Next, the operation of the liquid level detection device 15 will be described with reference to FIG.
  First, the transmitter 23 is operated by the ultrasonic wave generation circuit 25 of the controller 15b. Thereby, ultrasonic waves are generated from the transmitter 23. And the ultrasonic wave emitted from the transmission part 23 is received by the receiving part 24, after reflecting on the liquid level of a refrigerant | coolant, as mentioned above. Thereafter, the reception signal of the reception unit 24 is sent to the arithmetic device 28.
  On the other hand, the storage device 26 stores ultrasonic wave propagation speed data according to the temperature of the peripheral wall 14 and data related to the thickness of the peripheral wall 14. Furthermore, the storage device 26 also stores ultrasonic propagation velocity data according to the temperature of the liquid refrigerant or gas refrigerant. These data are transmitted to the arithmetic unit 28.
[0048]
  The timer 27 holds data relating to time, and these data are also transmitted to the arithmetic unit 28.
  Further, the temperature detector 30 detects the temperature of the refrigerant in the liquid reservoir 4 and the temperature of the peripheral wall 14 and retains these data. Those data are also transmitted to the arithmetic unit 28.
[0049]
  Then, in the arithmetic unit 28, based on various transmitted data, the ultrasonic wave reflected and returned at the boundary surface between the peripheral wall 14 and the liquid refrigerant, and reflected at the boundary surface between the liquid refrigerant and the gas refrigerant. The ultrasonic waves that have returned and the ultrasonic waves that have returned through various other paths are separated by calculation. Then, the position of the liquid surface 16 in the liquid reservoir 4 is detected based on the time from transmission to reception in the ultrasonic wave reflected and returned from the boundary surface between the liquid refrigerant and the gas refrigerant. Further, the liquid level position data calculated by the calculation device 28 is transmitted to the output device 29, and the data is output to the output device 29.
[0050]
  As described above, according to the first embodiment, the liquid level detection device 15 capable of detecting the position of the liquid level 16 in the liquid reservoir 4 without performing special processing on the peripheral wall 14 of the liquid reservoir 4 is provided. It can install in the surrounding wall 14 so that attachment or detachment is possible.
  Then, based on the detection result of the liquid level detection device 15, the actual refrigerant amount in the liquid reservoir 4 is obtained, and the refrigerant leakage amount from the refrigeration cycle is obtained by subtracting from the theoretical liquid refrigerant amount described above. Can be sought. These calculations are performed by the refrigerant leakage detection device 13 to which the detection data of the liquid level detection device 15 is transmitted with reference to FIG.
[0051]
  Next, a method for improving the detection accuracy of the liquid level 16 by the above-described liquid level detection device 15 in the first embodiment will be described.
  When the refrigeration cycle apparatus is operating, the liquid level in the liquid reservoir 4 is hardly stationary, and the liquid level in the liquid reservoir 4 is oscillating. This is because the refrigerant always flows into and out of the liquid reservoir 4 in the refrigeration cycle. Specifically, when the refrigeration cycle apparatus is operating, the liquid level of the refrigerant in the liquid reservoir 4 is up and down with a width of several mm.
[0052]
  Hereinafter, the mechanism of the oscillation of the liquid surface 16 in the liquid reservoir 4 will be described.
  Referring to FIG. 3, a high-pressure liquid pipe 11 on the liquid reservoir inlet side is installed on the upper portion of the liquid reservoir 4. The liquid refrigerant flowing in from the high-pressure pipe 11 falls down as it is due to gravity and inertial force, and then collides with the refrigerant liquid surface 16. The liquid refrigerant liquid level 16 is swung by the collision energy at that time.
  The collision energy due to the collision between the liquid refrigerant and the liquid level 16 varies depending on the distance between the high-pressure liquid pipe 11 and the liquid level 16 (the height of the liquid level 16) and the amount of refrigerant circulating in the refrigeration cycle. And if collision energy differs, the rocking | fluctuation width of the refrigerant | coolant liquid level 16 will also differ.
  According to experiments conducted by the inventors of the present application, the rocking width of the liquid surface 16 is approximately ± 1 mm to ± 4 mm, and the rocking frequency is approximately 1 Hz to 3 Hz.
[0053]
  Furthermore, since a vortex flow is generated in the liquid refrigerant in the liquid reservoir 4, the refrigerant liquid level 16 also oscillates. This vortex flow is an unsteady phenomenon in terms of fluid dynamics. Therefore, the oscillation of the liquid level 16 does not form a clean sine wave waveform in which the fluctuations on the plus side and the minus side are equal.
  According to the experiment conducted by the inventors of the present application, the undulation of the coolant liquid level 16 is not constant, and the fluctuation toward the minus side (lower side) is slower than the fluctuation toward the plus side (upper side). It has become. Therefore, the average position of the refrigerant liquid level 16 is a simple average of the liquid level positions on the plus side and the minus side (the average of the maximum value and the minimum value) in consideration of the above-described fluctuation time. Will be on the minus side.
[0054]
  The liquid level detection device 15 according to the first embodiment is formed so as not to cause erroneous detection of the liquid level position due to the swing of the refrigerant in the liquid reservoir 4 described above. That is, the controller 15b in the liquid level detection device 15 is configured to correct a detection error of the liquid level position due to the swing of the refrigerant.
  Specifically, it is formed so that the sampling frequency in the liquid level detection device 15 does not coincide with the oscillation frequency on the liquid level. That is, when the sampling frequency in the liquid level detection device 15 and the oscillation frequency at the liquid level coincide with each other, the detection data of the liquid level position always detects the same height of the oscillating liquid level. Therefore, the liquid level position is erroneously detected.
  As a method of not matching the sampling frequency in the liquid level detection device 15 and the oscillation frequency in the liquid level, for example, after sampling the liquid level position at two frequencies (for example, 3 Hz and 5 Hz) that do not become multiples, There is a method of averaging the sampled data and setting this value as the liquid level position of the refrigerant. As another method, for example, there is a method of increasing the detection time at the same sampling frequency (for example, the detection time is set to several minutes at 1 Hz).
[0055]
  More specifically, in the liquid level detection device 15, the number of data samplings and the data processing method are determined in consideration of the rocking width and the rocking frequency of the liquid surface. For example, the number of data sampling is set to 10 or several tens or more. Further, as the data processing method, for example, an average value of sampled data is obtained, and a value about 20% lower than the average value is set as an actual detection value.
  Further, when the operating compressor 1 is stopped or the stopped compressor 1 is operating, the position of the liquid surface 16 of the liquid reservoir 4 varies greatly. Therefore, in consideration of the operation state of the compressor 1, data sampling and data processing in the liquid level detection device 15 are performed. For example, data sampling is performed by the liquid level detection device 15 after a predetermined time (for example, 20 minutes) after the compressor 1 is operated.
[0056]
  As described above, even if the refrigerant oscillates in the liquid reservoir 4, the liquid level detection device 15 corrects the detection error of the liquid level 16 position, so that refrigerant leakage has occurred in the refrigeration cycle device. However, there is no problem in that it is determined that a refrigerant leak has occurred, or that a refrigerant leak has occurred even though a refrigerant leak has occurred.
[0057]
  Hereinafter, the relationship between the refrigerant used in the refrigeration cycle apparatus and the detection accuracy of the liquid level detection apparatus 15 shown in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  FIG. 5 is a correlation diagram showing a change in sound velocity of the ultrasonic wave propagating through the liquid refrigerant with respect to a temperature change of the liquid refrigerant. In the figure, the horizontal axis indicates the temperature of the liquid refrigerant, and the vertical axis indicates the speed of sound of the ultrasonic wave propagating through the liquid refrigerant. Also, in the figure, the straight line marked with ■ indicates the temperature-sonic characteristics of the R22 refrigerant (conventional refrigerant), the straight line marked with Δ shows the temperature-sonic characteristics of the R404A refrigerant (alternative refrigerant), The straight line with the mark indicates the temperature-sonic characteristics of the R407C refrigerant (alternative refrigerant). The R404A refrigerant and the R407C refrigerant have the standard composition ratio described above.
[0058]
  As shown in FIG. 5, the R404A refrigerant as an alternative refrigerant has a temperature-sound speed characteristic with a slope substantially equal to that of the conventional R22 refrigerant in the temperature range of 20 to 60 ° C. Here, the temperature range of 20 to 60 ° C. is the range (operation range) of the temperature change of the liquid refrigerant in the liquid reservoir 4. Therefore, even when the conventional R22 refrigerant is used in the existing refrigeration cycle apparatus in which the liquid level detection device 15 is installed, and it is necessary to replace the R22 refrigerant with the R404A refrigerant. Since the rate of change of the propagation speed of the ultrasonic wave with respect to the temperature change of the liquid refrigerant in the liquid reservoir 4 is hardly changed, the detection accuracy equivalent to the conventional one can be obtained without changing the setting related to the data processing of the liquid level detection device 15. Obtainable. That is, it is possible to provide the liquid level detection device 15 having high compatibility with refrigerant replacement.
[0059]
  On the other hand, the R407C refrigerant as an alternative refrigerant has a temperature-sound speed characteristic with a smaller inclination in the operating range than the conventional R22 refrigerant. Therefore, in the existing refrigeration cycle apparatus in which the liquid level detecting device 15 is installed, the fluctuation rate of the ultrasonic propagation speed with respect to the temperature change of the liquid refrigerant in the liquid reservoir 4 is reduced by replacing the R22 refrigerant with the R407C refrigerant. As a result, the detection accuracy of the liquid level 16 in the liquid level detection device 15 can be improved.
[0060]
  The R407C refrigerant is a refrigerant used in a higher pressure state than the R22 refrigerant. However, according to the liquid level detection device 15 in the first embodiment, the liquid level position can be detected regardless of the level of the refrigerant pressure. Therefore, it is not necessary to change the condition setting (for pressure countermeasures, etc.) accompanying the refrigerant replacement.
  Moreover, the refrigerant | coolant which improves the detection accuracy of the liquid level detection apparatus 15 corresponding to R22 refrigerant | coolant is not limited to R407C refrigerant | coolant, If the inclination of a temperature-sonic speed characteristic is smaller than R22 refrigerant | coolant, for example, HC It may be a refrigerant, a natural refrigerant or the like.
[0061]
  FIG. 6 is a correlation diagram showing changes in liquid density with respect to changes in the composition ratio of the liquid refrigerant.
  In the figure, the horizontal axis indicates the composition ratio of the liquid refrigerant, and the vertical axis indicates the liquid density of the liquid refrigerant. In the same figure, the lower straight line shows the composition ratio-liquid density characteristic of the R404A refrigerant (alternative refrigerant), and the upper straight line shows the composition ratio-liquid density characteristic of the R407C refrigerant (alternative refrigerant).
  Here, the composition ratio of the liquid refrigerant on the horizontal axis is a value indicating at what ratio R134A is mixed with the R404A refrigerant or R407C refrigerant as the mixed refrigerant. The R404A refrigerant is composed of low-boiling refrigerants R125 and R143A and a high-boiling refrigerant R134A. And R134A in R404A refrigerant (pseudo azeotropic refrigerant mixture) having a standard composition ratio is 4 wt%. On the other hand, the R407C refrigerant is composed of low-boiling refrigerants R32 and R125 and a high-boiling refrigerant R134A. And R134A in the R407C refrigerant (non-azeotropic refrigerant mixture) having a standard composition ratio is 52 wt%.
[0062]
  Thus, since the R134A refrigerant contained in the R404A refrigerant or the R407C refrigerant has a higher boiling point than other composition refrigerants, the R404A refrigerant or the R407C refrigerant in the liquid reservoir has a temperature range between the low boiling point and the high boiling point. When used in the above, the low boiling point refrigerant is gasified and the composition ratio of R134A is increased.
  However, since the composition ratio of R134A in the R404A refrigerant is low, even if the temperature change occurs and the low boiling point refrigerant is gasified, the composition change of R134A with respect to the whole is small. Therefore, the change in liquid density of the R404A refrigerant is relatively small. On the other hand, since the composition ratio of R134A in the R407C refrigerant is high, when the temperature change occurs and the low boiling point refrigerant is gasified, the composition change of R134A with respect to the whole becomes large. Therefore, the liquid density change of the R407C refrigerant is relatively large.
  As described above, when the composition ratio of R134A is changed and the liquid density of the refrigerant is changed, the pressure difference between the gas and the liquid is changed in the liquid reservoir, and the liquid level in the liquid reservoir is changed. Such a change in the liquid level position affects the detection accuracy of the liquid level detection device.
[0063]
  In the refrigeration cycle apparatus of the first embodiment, the refrigerant mixture is selected so that the fluctuation of the liquid surface position due to the fluctuation of the composition of the refrigerant mixture accompanying the temperature change is within the detection accuracy range of the liquid surface detection device. It is.
  For example, even if the detection accuracy of the liquid level by the liquid level detection device is relatively rough, when the specifications of the refrigeration system are sufficiently satisfied, the liquid density with respect to the temperature change can be reduced as in the case of the R407C refrigerant of the standard composition. A mixed refrigerant having a relatively large change rate may be used.
  On the other hand, for example, when it is desired to improve the detection accuracy of the liquid surface position by the liquid surface detection device, a mixed refrigerant having a relatively small change rate of the liquid density with respect to a temperature change is used like the R404A refrigerant of the standard composition. It will be. Moreover, it is R407C refrigerant | coolant, Comprising: You may use what set the composition ratio of R134A low.
[0064]
  As described above, according to the liquid level detection device 15 in the first embodiment, the liquid reservoir 4 is installed afterwards with respect to the existing liquid reservoir 4 without performing special processing such as drilling. Can do. Moreover, the refrigerant | coolant leak of a refrigerating cycle can be detected early and reliably.
[0065]
  In the first embodiment, the liquid level detection device 15 is placed in the liquid reservoir 4 in consideration of the influence of dust adhering to the liquid level detection device 15 and the temperature rise of the liquid level detection device 15 due to sunlight or the like. Installed on the bottom of the. On the other hand, when it is not necessary to consider the above-mentioned influence, the liquid level detection device 15 can be installed on the ceiling surface of the liquid reservoir 4. However, in this case, unlike the first embodiment, the ultrasonic wave emitted from the transmitting unit 23 passes through the peripheral wall 14, the gas refrigerant, and the liquid refrigerant in this order, so the calculation process in the controller 15b is set. Need to change.
[0066]
  In the first embodiment, the liquid level detection device 15 is installed on the bottom surface of the liquid reservoir 4, but the liquid level detection device 15 can also be installed on the side surface of the liquid reservoir 4. In this case, a plurality of liquid level detection devices 15 are arranged in the vertical direction on the side surface of the liquid reservoir 4. And each of the some liquid level detection apparatus 15 arranged in the up-down direction can detect the liquid level position of a liquid refrigerant in steps by detecting the presence or absence of the liquid refrigerant in a corresponding position.
[0067]
  In the first embodiment, the liquid level detection device 15 in which the transmitter 23 and the receiver 24 are integrally formed is installed on the bottom surface of the liquid reservoir 4. On the other hand, the transmitter 23 and the receiver 24 of the liquid level detection device 15 can be separated. For example, the transmitter 23 is installed on the bottom surface of the liquid reservoir 4, and the receiver 24 is installed on the ceiling surface of the liquid reservoir 4. In this case, the reception unit 24 receives the ultrasonic waves sequentially transmitted through the peripheral wall 14, the liquid refrigerant, the gas refrigerant, and the peripheral wall 14. Then, based on the length of the arrival time, the liquid level position is detected.
[0068]
  In the first embodiment, the refrigerant leakage detection device 13 is connected to the liquid level detection device 15, and the refrigerant leakage detection device 13 is based on the detection value of the liquid level position transmitted from the liquid level detection device 15. Judgment of refrigerant leakage was made. On the other hand, the refrigerant leakage device 13 may be built in the liquid level detection device 15. The refrigerant leakage detection device 13 is a medium (for example, an arithmetic device, a personal computer, a human brain, etc.) that can determine the leakage of the refrigerant based on the value of the liquid level position detected by the liquid level detection device 15. Anything can be used.
[0069]
  Further, in the first embodiment, an inverter is connected to the compressor 1, and the controller 15b of the liquid level detection device 15 uses the controller 15b of the liquid level detection device 15 even when the rotational speed of the motor in the compressor 1 in operation varies. The influence due to the fluctuation of the rotation speed of the compressor 1 can be corrected. Specifically, when the rotation speed of the compressor 1 is lowered by the inverter, the flow rate of the refrigerant circulating in the refrigeration cycle is reduced, and the energy of the refrigerant colliding with the liquid level 16 of the liquid reservoir 4 is reduced. The vertical fluctuation of the liquid level 16 is reduced. On the other hand, when the rotation speed of the compressor 1 is increased by the inverter, the energy of the refrigerant that collides with the liquid level 16 of the liquid reservoir 4 increases, and therefore the fluctuation in the vertical direction of the liquid level 16 increases. Therefore, an accurate liquid level position is detected by correcting the fluctuation of the liquid level 16 due to the fluctuation of the rotation speed of the compressor 1 by the controller 15b of the liquid level detection device 15 in conjunction with the output data of the inverter. be able to.
[0070]
Embodiment 2. FIG.
  7 and 8, the second embodiment of the present invention will be described in detail.
  FIG. 7 is a configuration diagram showing a refrigerant leakage detection system according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 8 is a schematic diagram showing a liquid level detection device and a remote monitoring unit in the refrigerant leakage detection system shown in FIG.
  The refrigerant leak detection system of the second embodiment is provided with a remote monitoring unit connected to the liquid level detection device 15 of the refrigeration cycle apparatus shown in the first embodiment via a wired or wireless communication line. This is different from the first embodiment.
[0071]
  In FIG. 7, 15 is a liquid level detection device, 17 is a refrigerator (heat source machine) provided with a liquid reservoir 4, 18 is a showcase, 19 is a store such as a supermarket or a convenience store, 20 is a network, and 21 is a remote monitoring unit. Indicates.
  Here, a plurality of showcases 18 are installed in the store 19, and a refrigerator 17 is installed outside the store 19. The refrigerator 17 and the evaporator in the showcase 18 are connected by a high pressure liquid pipe 12 and a low pressure gas pipe 10. Further, the liquid reservoir 4 is disposed in or near the refrigerator 17, and the liquid level detection device 15 is disposed in close contact with the peripheral wall of the liquid reservoir 4 as in the first embodiment.
[0072]
  Further, the liquid level detection device 15 and the remote monitoring unit 21 are connected by a telephone line, a mobile line, or the like. Although not shown, the remote monitoring unit 21 includes a display unit such as a CRT or a liquid crystal display and an input unit such as a keyboard, a mouse, or a button. In addition, the display part of the remote monitoring part 21 acquires and displays the data of the liquid level detection apparatus 15 of a refrigeration cycle apparatus in a remote place. Moreover, the input part of the remote monitoring part 21 operates the liquid level detection apparatus 15 from a remote place.
[0073]
  In FIG. 8, 23 is a transmitter, 24 is a receiver, 25 is an ultrasonic wave generation circuit, 26 is a storage device, 27 is a timer, 28 is an arithmetic unit, 29 is a liquid crystal display, an output device such as a D / A converter, Reference numeral 44 denotes an input device such as an A / D converter, 45 denotes an arithmetic device, 46 denotes a liquid crystal display, an output device such as a D / A converter, and 47 denotes a storage device such as a memory.
  Here, the output device 29 of the liquid level detection device 15 and the input device 44 of the remote monitoring unit 21 are connected via a network 20 in a wired or wireless manner. The refrigerant leakage detection device 13 may be built in the liquid level detection device 15 as described in the first embodiment, or may be connected between the liquid level detection device 15 and the network 20. The remote monitoring unit 21 can also be incorporated.
[0074]
  Next, the operation of the refrigerant leakage detection system in the second embodiment will be described. The operation of the refrigeration cycle apparatus installed inside and outside the store 19 and the operation of the liquid level detection device 15 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  First, a command signal is transmitted from the remote monitoring unit 21 to the ultrasonic wave generation circuit 25 of the liquid level detection device 15 via a line. Thereby, the transmission part 23 of the liquid level detection apparatus 15 is operated, and an ultrasonic wave is generated. Then, the ultrasonic wave reflected by the interface of the medium is received by the receiving unit 24 and the signal is sent to the arithmetic unit 28. Data processed by the arithmetic device 28 is transmitted to the output device 29. The data of the output device 29 is information regarding the refrigerant liquid level height in the liquid reservoir 4 detected (measured) by the liquid level detection device 15 and the refrigerant leakage obtained based on the height.
[0075]
  Then, this information is transmitted to the input device 44 of the remote monitoring unit 21 installed in the management headquarters of the store 19 or a facility management company via a line.
  The data transmitted to the input device 44 is calculated by the calculation device 45 and then output by the output device 46. Further, the data calculated by the calculation device 45 is also transmitted to the storage device 47. The storage device 47 stores data such as the current and past refrigerant liquid level positions, condensing temperature, evaporation temperature, presence or absence of refrigerant leakage, refrigerant leakage amount, and the like.
[0076]
  As described above, according to the refrigerant leakage detection device in the second embodiment, the existing liquid reservoir 4 is not subjected to special processing such as drilling in the liquid reservoir 4 as in the first embodiment. The liquid level detection device 15 can be installed later.
  Moreover, since the occurrence of refrigerant leakage in the refrigeration cycle apparatus can be monitored at a remote location away from the store 19, the refrigerant leakage in the refrigeration cycle can be detected early and reliably and appropriate maintenance can be performed. it can.
[0077]
  In the second embodiment, information can be transmitted bidirectionally between the liquid level detection device 15 and the remote monitoring unit 21 using a communication line. On the other hand, information can be transmitted only in one direction. For example, the detection of the liquid level position in the liquid level detection device 15 is periodically performed by the controller 15b installed in the liquid level detector 15 without using a communication line. And the detection data of the liquid level detection apparatus 15 can be transmitted to the remote monitoring part 21 via a communication line.
[0078]
Embodiment 3 FIG.
  A third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
  FIG. 9 is a block diagram showing a refrigerant leak detection system in Embodiment 3 of the present invention. The refrigerant leakage detection system according to the third embodiment is different from the second embodiment in that a plurality of refrigeration cycle apparatuses are connected to the network 20.
[0079]
  In FIG. 9, 15 is a liquid level detection device, 17 is a plurality of refrigerators, 18 is a showcase connected to each of the plurality of refrigerators 17, 19 is a plurality of stores, 20 is a network, and 21 is a remote monitoring unit. .
  Here, a plurality of showcases 18 are installed in a plurality of stores 19, and a refrigerator 17 is installed outside each store 19.
  The plurality of refrigeration cycle apparatuses are networked, and each liquid level detection device 15 and the remote monitoring unit 21 are connected via the network 20. The remote monitoring unit 21 operates the input unit to operate the liquid level detection device 15 in the desired refrigeration cycle apparatus, and monitors the data of the liquid level detection device 15 in the desired refrigeration cycle apparatus on the display unit. .
  The operation of the refrigerant leakage detection system in the third embodiment is the same as that in the second embodiment except that the remote monitoring unit 21 monitors a plurality of refrigeration cycle apparatuses.
[0080]
  As described above, according to the refrigerant leak detection device in the present third embodiment, the existing liquid reservoir 4 is not subjected to special processing such as drilling in the liquid reservoir 4 as in the above embodiments. The liquid level detection device 15 can be installed later.
  In addition, since it is possible to monitor the occurrence of refrigerant leakage in a plurality of refrigeration cycle devices at a remote location away from the store 19, it is possible to detect refrigerant leakage in a plurality of refrigeration cycles early and reliably and efficiently. And appropriate maintenance can be performed.
[0081]
  In each of the above-described embodiments, an ultrasonic wave is used as a propagation wave emitted from the liquid level detection device 15, but a light wave can be used instead. In this case, a part of the peripheral wall 14 of the liquid reservoir 4 is formed of a transparent material such as glass capable of propagating light waves, and the transmitter and receiver of the liquid level detector 15 are installed in the transparent part. . In this case, the same effects as those of the above embodiments can be obtained.
[0082]
  Further, the term “refrigeration cycle apparatus” in the present specification is used as a broad term including all apparatuses that perform heat exchange by circulating a refrigerant, such as an air conditioner and a heat pump.
[0083]
  It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that each embodiment can be modified as appropriate within the scope of the technical idea of the present invention, other than suggested in each embodiment. It is. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the above-described embodiment, and can be set to a suitable number, position, shape, and the like in practicing the present invention.
[0084]
【The invention's effect】
  Since the present invention is configured as described above, it can be retrofitted to an existing liquid reservoir without performing processing for installation in the liquid reservoir, and refrigerant leakage in the refrigeration cycle can be detected at an early stage. Highly compatible with different types of refrigerants, can reliably detect the amount of refrigerant in the liquid reservoir, highly installable and reliable liquid level detection device, liquid reservoir, refrigeration cycle device,as well as,A refrigerant leakage detection system can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a Mollier diagram showing the operation of the refrigerant in the refrigeration cycle apparatus of FIG.
3 is a schematic view showing a liquid reservoir in the refrigeration cycle apparatus of FIG. 1. FIG.
4 is a schematic view showing a liquid level detection device in the liquid reservoir of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a correlation diagram showing a change in sound velocity with respect to a change in temperature of the refrigerant.
FIG. 6 is a correlation diagram showing changes in liquid density with respect to changes in the composition ratio of the refrigerant.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a refrigerant leakage detection system in Embodiment 2 of the present invention.
8 is a schematic view showing a liquid level detection device and a remote monitoring unit in the refrigerant leakage detection system of FIG.
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a refrigerant leak detection system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional refrigeration cycle apparatus.
FIG. 11 is a configuration diagram showing another conventional refrigeration cycle apparatus.
FIG. 12 is a diagram illustrating the speed of sound of an ultrasonic wave propagating through a typical medium.
[Explanation of symbols]
  1 compressor, 2 condenser, 3 blower for condenser, 4 liquid reservoir,
  5 Solenoid valve, 6 Pressure reducing device, 7 Evaporator,
  8 Blower for evaporator, 9 High pressure gas piping, 10 Low pressure gas piping,
11 High-pressure liquid piping, 12 High-pressure liquid piping, 13 Refrigerant leak detection device,
14 peripheral wall, 15 liquid level detection device, 15a ultrasonic sensor,
15b controller, 16 liquid level, 17 refrigerator,
18 showcases, 19 stores, 20 networks,
21 remote monitoring unit, 23 sending unit, 24 receiving unit,
25 ultrasonic generation circuit, 26 storage device, 27 timer,
28 arithmetic units, 29 output units, 30 temperature detectors, 44 input units, 45 arithmetic units, 46 output units, 47 storage units.

Claims (15)

冷凍サイクル内に設置された液溜に貯留される冷媒の液面位置を検出する液面検出装置であって、
前記液溜の外部から前記液溜の周壁を透過した後に前記冷媒の液面に入射する伝播波を発する発信部と、
前記液面で反射し又は透過した後に前記周壁を透過して前記液溜の外部に出射する前記伝播波を受ける受信部と、
前記伝播波が前記発信部を発してから前記受信部に達するまでの時間に基づき、前記冷媒の液面位置を求めるコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、その周波数が、前記液溜に貯留された冷媒液面の揺動周波数と一致しないように、前記液面位置をサンプリングすることを特徴とする液面検出装置。A liquid level detection device for detecting a liquid level position of a refrigerant stored in a liquid reservoir installed in a refrigeration cycle,
A transmitter that emits a propagation wave that enters the liquid surface of the refrigerant after passing through the peripheral wall of the liquid reservoir from the outside of the liquid reservoir;
A receiving unit that receives the propagating wave that is reflected or transmitted by the liquid surface and then passes through the peripheral wall and exits the liquid reservoir ;
A controller for obtaining a liquid level position of the refrigerant based on a time from when the propagating wave is emitted from the transmitter to the receiver.
Equipped with a,
The liquid level detection device according to claim 1, wherein the controller samples the liquid level position so that the frequency does not coincide with a fluctuation frequency of a refrigerant liquid level stored in the liquid reservoir . 前記液溜は、その上部に、入口側の高圧液配管が設置され、The liquid reservoir is provided with a high-pressure liquid pipe on the inlet side at the top thereof,
前記高圧液配管から前記液溜に流入する冷媒液が、前記高圧液配管から下方に落下した後に、前記液溜に貯留された冷媒液面に衝突することを特徴とする請求項１に記載の液面検出装置。The refrigerant liquid flowing into the liquid reservoir from the high-pressure liquid pipe falls down from the high-pressure liquid pipe and then collides with the refrigerant liquid level stored in the liquid reservoir. Liquid level detection device. 前記コントローラは、サンプリングした液面位置の単純平均値よりも所定の割合だけ低い値を実際の検出値として出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液面検出装置。The liquid level detection apparatus according to claim 1, wherein the controller outputs a value lower than a simple average value of the sampled liquid level positions by a predetermined ratio as an actual detection value. 前記発信部と前記受信部とは、前記液溜の周壁に着脱可能に設置されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の液面検出装置。The liquid level detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the transmitter and the receiver are detachably installed on a peripheral wall of the liquid reservoir. 前記液面位置の検出値に基づいて、前記冷凍サイクルからの冷媒の漏出を検出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の液面検出装置。The liquid level detection device according to any one of claims 1 to 4 , wherein leakage of the refrigerant from the refrigeration cycle is detected based on a detection value of the liquid level position. 前記液溜内の冷媒の温度又は／及び前記周壁の温度を検出する温度検出器をさらに備え、
前記伝播波は、超音波であり、
前記コントローラは、前記冷媒の温度又は／及び前記周壁の温度による前記超音波の伝播速度のデータを保持した記憶装置を備え、前記温度検出器にて検出した検出値と当該検出値に対応した前記記憶装置のデータとに基づき前記冷媒の液面位置を求めることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液面検出装置。A temperature detector for detecting the temperature of the refrigerant in the liquid reservoir and / or the temperature of the peripheral wall;
The propagating wave is an ultrasonic wave;
The controller includes a storage device that holds data of the propagation speed of the ultrasonic wave according to the temperature of the refrigerant or / and the temperature of the peripheral wall, and the detection value detected by the temperature detector and the detection value corresponding to the detection value The liquid level detection device according to claim 1, wherein the liquid level position of the refrigerant is obtained based on data of a storage device. 前記冷媒は、温度変化に対する伝播速度の変化がＲ２２冷媒よりも小さいことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の液面検出装置。The refrigerant liquid level detecting apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the change in propagation speed against the change in temperature is smaller than R22 refrigerant. 前記冷媒は、複数の種類の冷媒から組成された混合冷媒であって、温度変化にともなう前記冷媒の組成比の変動による前記液面位置の変動が該液面位置の検出精度の範囲内となるように組成されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の液面検出装置。The refrigerant is a mixed refrigerant composed of a plurality of types of refrigerants, and fluctuations in the liquid level position due to fluctuations in the composition ratio of the refrigerant with changes in temperature fall within the detection accuracy range of the liquid level. liquid level detecting apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is a composition as. 前記伝播波は、光波であり、
前記周壁は、前記光波が透過可能な透明部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液面検出装置。The propagating wave is a light wave;
The peripheral wall, the liquid level detecting apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the light wave with a permeable transparent portion. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の液面検出装置を備えたことを特徴とする液溜。  A liquid reservoir comprising the liquid level detection device according to claim 1. 請求項１０に記載の液溜を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。  A refrigeration cycle apparatus comprising the liquid reservoir according to claim 10. 請求項１１に記載の冷凍サイクル装置における前記液面検出装置のデータを、通信回線を介して取得する遠隔監視部を備えたことを特徴とする冷媒漏出検出システム。  12. A refrigerant leakage detection system comprising a remote monitoring unit that acquires data of the liquid level detection device in the refrigeration cycle apparatus according to claim 11 through a communication line. 前記遠隔監視部は、前記通信回線を介して前記液面検出装置による前記液面位置の検出を行うことを特徴とする請求項１２に記載の冷媒漏出検出システム。  The refrigerant leakage detection system according to claim 12, wherein the remote monitoring unit detects the liquid level position by the liquid level detection device via the communication line. 前記冷凍サイクル装置は、ネットワーク化された複数の冷凍サイクル装置であることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の冷媒漏出検出システム。  The refrigerant leakage detection system according to claim 12 or 13, wherein the refrigeration cycle apparatuses are a plurality of networked refrigeration cycle apparatuses. 前記液面検出装置によって検出した前記液面位置に基づいて前記冷凍サイクルからの冷媒の漏出を検出する冷媒漏出検出装置を備え、
前記液面検出装置のデータは、前記冷媒漏出検出装置を介して前記遠隔監視部に伝達されることを特徴とする請求項１２〜請求項１４のいずれかに記載の冷媒漏出検出システム。A refrigerant leakage detection device that detects refrigerant leakage from the refrigeration cycle based on the liquid level position detected by the liquid level detection device;
The refrigerant leak detection system according to any one of claims 12 to 14, wherein data of the liquid level detection device is transmitted to the remote monitoring unit via the refrigerant leak detection device.
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