冷媒センサーは次のように動作します。 周囲の空気をサンプリングし、漏れた冷媒によって引き起こされる物理的または化学的変化を検出し、その変化を電気信号に変換し、ガス濃度が定義されたしきい値を超えたときにアラームまたは制御アクションをトリガーします。。正確なメカニズムはセンサー テクノロジーによって異なります。 NDIR赤外線、 触媒ビーズ、 MOS半導体、 熱伝導率、またはそれ以降の MEMS特性ベース 方法。
言い換えれば、「冷媒センサー原理」は単一ではありません。冷媒や用途が異なれば、使用する方法も異なります。たとえば、最新の HVAC 冷媒検出器の多くは次のようなものを使用しています。 赤外線ベースのセンシング ハロカーボン冷媒の場合は、炭化水素冷媒の場合は、 R290 で検出されることもあります 触媒ビーズ またはその他の可燃性ガス技術。
冷媒センサーの基本的な動作プロセス
ほとんどの冷媒センサーは、同じ 4 段階のロジックに従います。
1) 空気が感知素子に到達する
周囲の空気はセンサーハウジング内に拡散するか、感知チャンバー内に引き込まれます。固定式 HVAC 検出器では、検出素子は通常、ほこり、飛沫、汚染を軽減しながらターゲットガスを流入させるように設計されたエンクロージャに取り付けられます。
2) 冷媒は測定可能な特性を変化させます
ここがセンサーの心臓部です。センサーのタイプに応じて、冷媒は次のような場合があります。
- 赤外線を吸収し、
- 混合ガスの熱伝達特性を変化させます。
- 触媒表面が燃えて熱を放出する、または
- 感応膜の電気抵抗を変化させます。
3) その変化を電子機器が濃度データに変換します
センサー電子機器は、生の信号を増幅、線形化、補償し、解釈します。 NDIR システムでは、これにはサーモパイルベースの信号調整が含まれる場合があります。 MEMS ベースの冷媒センサーでは、オンボード アルゴリズムが測定されたガス特性を濃度出力に変換します。
4) 検出器は読み取り値を警報しきい値と比較します。
ガス濃度がプログラムされた閾値を超えると、システムはトリガーを引き起こす可能性があります。 アラーム、換気、シャットダウン、または緩和制御。機械室や A2L システムでは、これらのしきい値は通常、推測ではなくコードまたは規格によって定義されます。
冷媒センサーの主な原理
1. NDIR 赤外線センサー
nです を表します 非分散赤外線。多くの冷媒ガスは特徴的な波長の赤外線を吸収するため、これは冷媒漏れ検出に使用される最も一般的な原理の 1 つです。堀場氏は、NDIR センサーには通常、 IR光源、サンプルセル、光学フィルター、赤外線検出器、特定の波長の減衰を使用してガス濃度を決定します。
NDIR の仕組み
赤外光のビームはサンプリングされた空気を通過します。冷媒分子が存在する場合、それらは特定の波長の光の一部を吸収します。検出器はどれだけの光が失われるかを測定し、電子機器はビール・ランバート式の測定ロジックを使用してそれを濃度の読み取り値に変換します。
冷媒としてNDIRが人気がある理由
NDIR は次のような利点があるため広く使用されています。 優れた選択性と長期安定性 多くの冷媒、特にハロカーボンやその他の IR 活性ガスに適しています。テキサス・インスツルメンツはまた、サーモパイルのフロントエンドが一般的に使用されていると述べています。 NDIRセンシングアプリケーション、冷媒検出システムを含む。
ベストフィット
NDIR は多くの人にとって有力な選択肢です HFC、HFO、CO₂、混合冷媒 固定式 HVAC および冷凍システムの漏れ検出用途。
2. MEMS特性ベースの冷媒センサー
新しいアプローチでは、 微細加工されたMEMSトランスデューサ の変化を測定する 熱力学特性 光吸収のみに依存するのではなく、空気/ガス混合物の影響を考慮します。 NevadaNano は、分子特性分光計のアプローチについて、膜を使用したものであると説明しています。 ジュールヒーターと測温抵抗体を内蔵;冷媒が存在すると、ガス混合物の特性が変化し、アルゴリズムがそれを濃度に変換します。
この原則の仕組み
センサーは小さな要素を加熱し、周囲のガスが熱伝達と関連する物理的動作にどのような影響を与えるかを監視します。冷媒は空気の熱力学的特性を変化させるため、システムは測定された応答から冷媒濃度を推測できます。
なぜそれが重要なのか
このアプローチは一部で使用されています A2L および A3 冷媒センサー なぜなら、一部のアプリケーションでは、触媒ビーズ設計と比較して、組み込みの補償、工場での校正、および中毒に対する強力な耐性を提供できるためです。
3. 触媒ビーズセンサー
a 触媒ビーズ センサーとも呼ばれます ペリスターは、古典的な可燃性ガスの検知方法です。 勝つ を使用すると説明しています 2つの加熱ビーズ ホイートストン ブリッジ内: アクティブ ビードとリファレンス ビード。可燃性ガスが活性ビーズに到達すると、触媒表面で酸化して熱が発生し、ビーズの電気抵抗が変化します。回路はその差を測定し、多くの場合、ガスレベルを報告します。 %LEL。
触媒ビーズセンシングの仕組み
- センサーがビーズを加熱し、
- 可燃性ガスが活性ビーズに到達し、
- 酸化すると余分な熱が発生し、
- 抵抗の変化、
- ブリッジ回路はその変化をガスの読み取り値に変換します。
ベストフィット
触媒ビーズセンサーは一般的に次の用途に使用されます。 炭化水素冷媒 のような R290プロパン、ここでは可燃性の検出が重要です。
制限
触媒ビーズセンサーは次の影響を受ける可能性があります。 中毒、過剰な曝露、酸素の利用可能性そのため、一部のメーカーは、赤外線または MEMS アプローチを、過酷な環境におけるメンテナンスの手間がかからない代替手段として位置付けています。
4. MOS半導体センサー
モス センサーが機能する 界面化学。ガス分子が加熱された表面上の酸素種と相互作用すると、金属酸化物検知層の電気抵抗が変化します。技術レビューでは、MOS ガス センサーは、その出力が気体と固体の相互作用によって引き起こされる導電率の変化に依存する導電率測定デバイスであると説明されています。
MOSの仕組み
センサーは感知材料を高温に保ちます。冷媒または別のガスが表面に到達すると、表面反応により電荷キャリアの数が変化し、抵抗が変化します。この回路は抵抗変化を測定し、ガス濃度を推定します。
ベストフィット
MOS センサーは次のような場所でよく使用されます。 低コスト、コンパクトなサイズ、簡単な統合 最大の選択性よりも重要です。
制限
MOS センサーは次のような影響を受けやすいです。 湿度の影響、VOC交差感度、長期ドリフトそのため、多くの場合、補償と慎重な調整戦略が必要になります。
5. 熱伝導率センサー
a 熱伝導率 センサーは、ガス混合物がどのように熱を伝達するかを測定します。堀場氏は、この方法では熱線または同様の要素を使用すると説明しています。ガスの熱伝導率が変化すると、素子温度と電気抵抗も変化し、濃度を計算できます。
それがどのように機能するか
漏れた冷媒によってセンサー周囲の空気の熱伝導率が変化すると、センサーはその変化を加熱要素の抵抗変化として検出します。
ベストフィット
熱伝導率センシングは一部の冷媒用途では機能しますが、一般的には 選択性が低い NDIR よりも、特定の光学的指紋ではなくバルクのガス特性変化に反応するためです。堀場氏は、TCD が行うことを明確に指摘しています。 選択性を示さない 同様に、他のガスも測定値に影響を与える可能性があります。
センサーが冷媒を検出した後のアラームロジックの仕組み
冷媒センサーは「ガスの有無」にとどまりません。実際の HVAC および冷凍システムでは、読み取り値が次の値と比較されます。 定義されたしきい値すると、システムは応答をトリガーします。何が正しい閾値としてカウントされるかは、冷媒のクラスと用途によって異なります。
機械室および多くの A1 冷媒用
ASHRAE ガイダンスでは、冷媒検出器の設定値を次のようにする必要があります。 該当する冷媒濃度限界 (RCL) を超えないこと、そしてより最近の追加では、警報と機械換気を作動させることができるように、漏洩した冷媒が集中する場所に検出器を設置することが引き続き必要とされています。
A2L微燃性冷媒用
UL は、これらの用途の冷媒検出システムは次の点に基づいて評価されると説明しています。 LFLの25%、漏れによる火災のリスクを軽減します。 TI の A2L アプリケーション概要では、同様に、次の規格に準拠するために使用される冷媒漏れ検出センサーについて説明しています。 UL 60335-2-40 要件。
緩和可能なシステムの場合
しきい値を超えると、検出器が以下をトリガーする場合があります。
- 可聴/視覚アラーム、
- 換気扇、
- 軽減ボード、
- コンプレッサーの停止、
- または他の安全ロジック。たとえば、Carrier の A2L 補足ガイドには、冷媒濃度が LFL の割合を超えると放散モードを開始する制御基板と通信する検出センサーが記載されています。
センサーテクノロジーと同じくらい配置が重要な理由
どんなに優れたセンサーでも、間違った場所に取り付けられれば漏れを見逃す可能性があります。 ASHRAE では、機械室の検出器の位置を確認する必要があります 漏れによる冷媒が集中する場所これは、配置が予想される漏れ挙動、空気流、および密度の影響に従う必要があることを意味します。
このため、冷媒の検出は非常に重要です。 システム設計の問題単なるコンポーネントの選択ではありません。次の権利が必要です。
- 感知原理、
- 較正、
- 取り付け位置、
- しきい値ロジック、
- および制御出力。
どの冷媒センサー原理が最適ですか?
普遍的な勝者は存在しません。
- 多くの人にとって ハロカーボン冷媒、 nです 多くの場合、選択性と安定性の点で好まれます。
- のために 可燃性炭化水素 のように R290、 触媒ビーズ そしてさらに新しい MEMS特性ベース メソッドは一般的なオプションです。
- のために コスト重視の組み込み製品、 モス まだ使用できるかもしれませんが、補償とドリフト制御の方が重要です。
- 簡単なバルクガス特性測定が必要なアプリケーションの場合、 熱伝導率 選択性は低くなりますが、考慮することは可能です。
よくある質問
冷媒センサーはどのようにして漏れを検出するのでしょうか?
冷媒などによる周囲の空気の性状変化を測定し、漏れを検知します。 IR吸収、熱伝達変化、触媒酸化、抵抗変化、その信号を濃度測定値とアラーム出力に変換します。
最も一般的な冷媒センサーのタイプは何ですか?
最新の HVAC 冷媒の多くでは、 NDIR赤外線 は、その選択性と安定性により、最も一般的な固定検出アプローチの 1 つです。
すべての冷媒センサーは同じように機能しますか?
いいえ。センサーが異なれば、使用する原理も異なります。 NDIR、MEMS熱力学特性センシング、触媒ビーズ、MOS、熱伝導率。
なぜ A2L 冷媒には異なる検出ロジックが必要なのでしょうか?
A2L 冷媒は軽度の引火性があるため、センサーは多くの場合、 冷媒検知システム のほんの一部で反応するように設計されています。 LFL、周りでよく議論されます 25% LFL UL ガイダンスに記載されています。
センサーは警報のみですか、それとも機器の制御もできますか?
どちらも可能です。多くのシステムでは、検出器の読み取り値がトリガーに使用されます。 ファン、軽減ボード、アラーム、またはシャットダウン ロジック単なる警告表示ではありません。
