JP2001280770A - 冷凍システムの凝縮器コイルの運転状態を判定する方法および装置 - Google Patents

冷凍システムの凝縮器コイルの運転状態を判定する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍システムの凝縮器コイルの運転状態を実
時間で決定する。 【解決手段】 冷凍システムが定常運転状態にあるかを
調べるステップと、冷凍システムの飽和凝縮温度、飽和
吸入温度および周囲空気温度を測定するステップと、前
ステップで得られた値から、冷凍システムの凝縮器にお
いて奪われる全熱量を計算するステップと、冷凍システ
ムの伝熱係数を計算するステップと、計算された伝熱係
数を理想的な伝熱係数と比較して凝縮器コイルの運転状
態を示す値を得るステップと、計算された伝熱係数と理
想的な伝熱係数との比較に基づいて、冷凍システムの使
用者にメッセージを出力するステップと、を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空冷式冷凍機に関
し、特に、空冷式冷凍機のための凝縮器コイル性能の表
示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】簡単な一般的な空調サイクルもしくは冷
凍サイクルでは、熱が冷媒へと移送された後、この冷媒
が、熱が取り除かれる場所まで移送される。冷媒は、低
温低圧で蒸発して熱を奪うとともに、高温高圧で凝縮し
て熱を放出する流体である。閉じたシステムでは、冷媒
が、熱がこれに移送される元の位置まで循環する。機械
的システムでは、圧縮機によって、冷媒が、低温低圧流
体から高温高圧流体へと変換される。圧縮機によって冷
媒が変換された後、サイクルの凝縮部分において、この
流体（ガス）を冷却して液化するのに凝縮器が利用され
る。運転中、圧縮機からの高温放出ガス（冷媒気体）
は、凝縮器コイルの頂部に流入し、熱が外部に放出され
るに従って、凝縮して液化する。続いて、冷媒は、膨張
弁といった調節装置を通過し、ここで、蒸発器に流入す
る前に低温低圧の流体へと変換される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】凝縮器では、通常、冷
媒から熱を取り除くのに、水あるいは空気が用いられて
いる。通常、空冷式凝縮器において、十分な表面積を有
するコイルの全体に冷媒が流され、空気が、この表面を
横断するように、ファンによって導かれるか、もしくは
自然に流れる。空冷式凝縮器は、コイルに塵が付着する
ような比較的汚染された環境で運転される可能性があ
る。凝縮器コイル上の塵が多量になり過ぎると、冷凍ユ
ニットもしくは空調ユニットの性能が激しく劣化する。
従って、要求される入力電力が増大するため、ユニット
を運転するためのコストが高くなる。極端な状態では、
凝縮器が汚染されていることによって、暑い日に高圧安
全装置が作動する可能性がある。製造者は、凝縮器コイ
ルを清浄に保つことを勧めているが、使用者にとって、
凝縮器を点検すべき頻度を知ることは容易ではない。凝
縮器を点検すべき頻度は、環境やユニットが運転される
頻度に依存するためである。凝縮器コイルの汚染に関す
る情報を実時間で得ることは、使用者が洗浄計画を最適
化するのに有用である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】簡単に述べると、アルゴ
リズムによって、空冷式冷却システムに対する全伝熱係
数を実時間で計算し、この値を清浄な凝縮器を備えた新
しい装置に対応する基準値と比較する。この比較に基づ
いて、表示を行うことによって、凝縮器の性能の劣化の
度合いを使用者に知らせる。
【０００５】本発明の実施例によると、冷凍システムの
凝縮器コイルの運転状態を決定する方法には、冷凍シス
テムが定常運転状態にあるかを調べるステップと、冷凍
システムの飽和凝縮温度、飽和吸入温度および周囲空気
温度を測定するステップと、前ステップで得られた値か
ら、冷凍システムの凝縮器において奪われる全熱量を計
算するステップと、冷凍システムの伝熱係数を計算する
ステップと、計算された伝熱係数を理想的な伝熱係数と
比較して凝縮器コイルの運転状態を示す値を得るステッ
プと、計算された伝熱係数と理想的な伝熱係数との比較
に基づいて、冷凍システムの使用者にメッセージを出力
するステップと、が含まれる。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、ユニット１０
は、凝縮器２０を備えており、これは、電子式膨張弁Ｅ
ＸＶを介して蒸発器３０に流体的に連結されている。蒸
発器３０は、圧縮機４０を介して、凝縮器２０に流体的
に連結されている。圧縮機は、１つしか示されていない
が、複数の圧縮機を同一回路内で並列に接続すること
が、当該技術分野において知られている。供給空気（も
しくは水）は、蒸発器３０に流入し、ここで、熱が冷媒
へと移送される。冷媒回路は、１つしか示されていない
が、独立した冷媒回路を２つ利用することが、当該技術
分野において知られている。低温の戻り空気（もしくは
水）は、冷却を要する場合に循環される。圧力変換器５
０によって、冷媒の飽和凝縮圧力（saturated condensi
ng pressure）が読み取られ、この読み取り値が飽和凝
縮温度（saturated condensing temperature, ＳＣＴ）
に変換される。圧力変換器６０によって、冷媒の飽和吸
入圧力（saturated suction pressure）が読み取られ、
この読み取り値が飽和吸入温度（saturated suction te
mperature, ＳＳＴ）に変換される。温度を直接に測定
する周知の手段よりも高精度なことから、圧力変換器が
用いられる。流入空気温度（ＯＡＴ）もしくはこれに近
い周囲空気温度が、通常はサーミスタによって、直接に
読み取られる。
【０００７】空冷式凝縮器において奪われる全熱量は、
以下の式によって近似することができる。
【０００８】 ＴＨＲ＝ＨＴＩ＊（ＳＣＴ−ＯＡＴ） …（１） ＴＨＲは、凝縮器において奪われる全熱量（ｋＷ）、Ｓ
ＣＴは飽和凝縮温度（℃）、ＯＡＴは凝縮器コイルの流
入空気温度（℃）、およびＨＴＩは全伝熱係数（ｋＷ／
℃）である。空冷式冷凍機において、空気流が比較的一
定である場合（すなわち、回路内のファンが動作してい
る場合）、ＨＴＩ値は、いかなる動作状態（つまり全負
荷状態もしくは部分負荷状態）でも一定（±３％）であ
る。コイルが汚染されていたり、空気流が低下していた
り、もしくは回路内に非凝縮性物質（noncondensable
s）が存在する場合は、ＨＴＩ値が大きく変化する。
【０００９】ユニットの制御装置は、特に、ＳＣＴ、Ｓ
ＳＴ（飽和吸入温度）およびＳＨ（吸入過熱度、すなわ
ち冷媒の実際の温度と飽和吸入温度との差）といった値
を、実時間で監視する。回路のＴＨＲ（奪われる全熱
量）は、圧縮機の動作の機械的モデルが分かっている場
合には、計算することができる。圧縮機が定常状態で運
転されており、過熱度が常に一定で、かつシステムの過
冷却（subcooling)が所定の圧縮機モデルに対してあま
り変化しない場合は、ＴＨＲがＳＣＴおよびＳＳＴの関
数（つまりＴＨＲ＝ｆ（ＳＣＴ，ＳＳＴ））となる。Ｔ
ＨＲモデルがユニットの制御装置内でコード化されてい
れば、制御装置により、測定されたシステムの変数に基
づいてＴＨＲを実時間で計算することができる。
【００１０】ＴＨＲ、ＳＣＴおよびＯＡＴが判れば、Ｈ
ＴＩの値を実時間で計算するのは、容易である（式
１）。凝縮器が汚染されていくため、ＨＴＩの値は時間
とともに変化する。制御装置によって、このＨＴＩ値が
清浄な凝縮器のＨＴＩ値と比較され、凝縮器の性能の劣
化度が制御装置のディスプレイに表示される。
【００１１】図２を参照すると、ＨＴＩの劣化度を決定
する方法が示されている。以下の記号は、フローチャー
トで使用されているものである。
【００１２】 ＨＴＩｇ＝清浄な装置の（つまり「良好な」）ＨＴＩ， ＨＴＩ’＝前回計算されたＨＴＩ， ＨＴＩ＝現在のＨＴＩ計算値， ＳＣＴ＝現在の飽和凝縮温度（図１の５０において測定
される温度）， ＳＳＴ＝現在の飽和吸入温度（図１の６０において測定
される温度）， ＯＡＴ＝現在の周囲空気温度（図１の７０において測定
される温度） ＨＴＩｇが、シミュレーションおよび工場テストに基づ
いて、この論理内に予め設定される。続いて、プログラ
ムを最初に動作させるために、ステップ１１２において
ＨＴＩ’がＨＴＩｇとして設定される。ユニットが定常
状態で運転されており、かつファンが全てオンである場
合（ステップ１１３）、ステップ１１４において、ＳＣ
Ｔ、ＳＳＴおよびＯＡＴの値が読み取られる。ステップ
１１５において、各圧縮機に対するＴＨＲの値が、圧縮
機の機械的モデルに基づいて計算される。続いて、ステ
ップ１１６において、回路全体に対するＴＨＲの値が、
計算される。続いて、ステップ１１７において、ＨＴＩ
が式（１）を用いて計算される。
【００１３】ステップ１１８において、ＨＴＩに対する
ＨＴＩ’の比率が、０．９５〜１．０の範囲内にあるか
否かが調べられる。このステップでは、読み取り値が期
待値の範囲内にあるか否かが調べられる。例えば、突然
の暴風雨が、凝縮器の性能とは無関係に、ＯＡＴの読み
取り値に影響を及ぼす可能性がある。あるサイクルと次
のサイクルとの間でＨＴＩが大きく異なる場合、これ
は、凝縮器の性能に起因したものではないと考えられ
る。凝縮器は、比較的ゆっくりと劣化するためである。
従って、ステップ１１８において、ＨＴＩ値が５分前の
ＨＴＩ値であるＨＴＩ’と比較され、この比率が論理限
界の範囲内にあるか否かが判断される。この比率が論理
限界の範囲内にない場合、計算サイクルが再び開始され
る。この比率が論理限界の範囲内にある場合、ステップ
１１９において、次の計算サイクルで使用するためにＨ
ＴＩがＨＴＩ’として設定される。
【００１４】次に、ＨＴＩｇに対するＨＴＩの比率を用
いて、一連の調査が行われる。ステップ１２０におい
て、ＨＴＩ／ＨＴＩｇの比率が０．７、すなわち望まれ
る値の７０％未満である場合、凝縮器コイルは非常に汚
染されており、好ましくは、このような結果に対するメ
ッセージが表示される。メッセージに加えて、もしくは
メッセージに代えて、警告音が任意で使用される。ＨＴ
Ｉ／ＨＴＩｇの比率が０．７より大きい場合、この比率
が０．８より小さいか否かが調べられる。この比率が
０．８より小さい場合、凝縮器コイルは汚染されてお
り、好ましくは、このような結果に対するメッセージが
表示される。この比率が０．８以上である場合、この比
率が０．９より小さいか否かが調べられる。この比率が
０．９より小さい場合、凝縮器コイルは僅かに汚染され
ており、好ましくは、このような結果に対するメッセー
ジが表示される。この比率が０．９以上である場合、凝
縮器コイルは清浄であり、好ましくは、このような結果
に対するメッセージが表示される。このような論理サイ
クルは、規則的に繰り返される。その時間間隔は、好ま
しくは５分であるが、使用者によって予め任意に設定さ
れる。
【００１５】図３を参照すると、製造者からＨＴＩｇ値
（ＨＴＩｇｆｃとする）を得るか、もしくは、受け入れ
工程中（つまり、凝縮器がまだ清浄な状態で、サービス
技術者が最初にユニットを起動させる際）にＨＴＩｇ基
準値を計算するか、を使用者に選択させる方法が示され
ている。ステップ１３０において、ＨＴＩｇ値の初期値
が、ＨＴＩｇｆｃ（「良好な工場で得られた値」）に設
定される。ステップ１３２において、工場で得られた値
を受け取るか、もしくは現場測定を開始するかが使用者
に問われる。現場測定は、ステップ１３４において開始
され、ここでＨＴＩ’の初期値がＨＴＩｇに設定され
る。ユニットが定常状態にあり、かつファンが全てオン
状態である場合（ステップ１３６）、ステップ１３８に
おいて、ＳＣＴ、ＳＳＴおよびＯＡＴがプログラム中に
読み込まれる。ステップ１４０において、各圧縮機に対
するＴＨＲが圧縮機の機械的モデルに基づいて計算さ
れ、続いて、ステップ１４２において、回路全体に対す
るＴＨＲの値が計算される。続いて、ステップ１４４に
おいて、ＨＴＩが式（１）を用いて計算される。ステッ
プ１４６において、ＨＴＩに対するＨＴＩ’の比率が
０．９７〜１．０の範囲内にあるか否かが調べられる。
この範囲内にない場合は、ステップ１４８において、次
の現場測定値計算サイクルで使用するために、ＨＴＩ’
がＨＴＩに設定される。この範囲内にある場合は、ステ
ップ１５０において、ＨＴＩｇがＨＴＩに設定されると
ともに、好ましくは、ＨＴＩｇが決定されたことが表示
される。ＨＴＩｇの現場測定値は、続いて、図２に示さ
れるプログラム論理で使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の冷凍システムの概略図。
【図２】冷凍システムの凝縮器コイルの運転状態を決定
するための、本発明の方法を示すフローチャート。
【図３】冷凍システムの伝熱係数の初期値を得るため
の、本発明の方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…ユニット ２０…凝縮器 ３０…蒸発器 ４０…圧縮機 ５０…圧力変換器 ６０…圧力変換器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷凍システムの凝縮器コイルの運転状態
    を判定する方法であって、 ａ）前記冷凍システムが定常運転状態にあるか否かを調
    べるステップと、 ｂ）前記冷凍システムの飽和凝縮温度を測定するステッ
    プと、 ｃ）前記冷凍システムの飽和吸入温度を測定するステッ
    プと、 ｄ）前記冷凍システムの周囲空気温度を測定するステッ
    プと、 ｅ）ステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）で得られた値
    から、前記冷凍システムの凝縮器コイルにおいて奪われ
    る全熱量を計算するステップと、 ｆ）ステップ（ｂ）、（ｄ）および（ｅ）で得られた値
    から、伝熱係数を計算するステップと、 ｇ）前記の計算された伝熱係数を理想的な伝熱係数と比
    較して、前記凝縮器コイルの前記運転状態を示す値を得
    るステップと、 ｈ）ステップ（ｇ）で得られた前記値に基づいて、前記
    冷凍システムの使用者にメッセージを出力するステップ
    と、を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記の比較するステップでは、前記の理
    想的な伝熱係数に対する前記の計算された伝熱係数の比
    率を計算し、 前記比率を少なくとも１つの所定値と比較することによ
    って、前記メッセージを決定することを特徴とする請求
    項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 ステップ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
    （ｄ）、（ｅ）および（ｆ）によって、前記の理想的な
    伝熱係数を決定することを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 冷凍システムの凝縮器コイルの運転状態
    を判定する装置であって、 前記冷凍システムが定常運転状態にあるか否かを調べる
    手段と、 前記冷凍システムの飽和凝縮温度、飽和吸入温度および
    周囲空気温度を測定するステップと、 前記飽和凝縮温度、前記飽和吸入温度および前記周囲空
    気温度から、前記冷凍システムの凝縮器において奪われ
    る全熱量を計算する手段と、 前記飽和凝縮温度、前記周囲空気温度および前記の凝縮
    器において奪われる全熱量から、伝熱係数を計算する手
    段と、 前記の計算された伝熱係数を理想的な伝熱係数と比較し
    て、前記凝縮器コイルの前記運転状態を示す値を得る手
    段と、 前記値に基づいて、前記冷凍システムの使用者にメッセ
    ージを出力する手段と、を備えていることを特徴とする
    装置。
  5. 【請求項５】 前記の比較する手段は、前記の理想的な
    伝熱係数に対する前記の計算された伝熱係数の比率を計
    算するものであり、 前記メッセージは、前記比率を少なくとも１つの所定値
    と比較することによって決定されることを特徴とする請
    求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記の理想的な伝熱係数を決定する手段
    を備えていることを特徴とする請求項４記載の装置。
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