JP2017032259A - 凝縮器診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 新規な手法にて凝縮器の劣化状態を診断する。【解決手段】 予め決められた時（以下、正常時という。）の過渡状態時に実測した第１物理量であって、凝縮器の冷媒入口でのエンタルピーと当該凝縮器の冷媒出口でのエンタルピーとの差に基づく第１物理量を取得する第１取得工程と、正常時の過渡状態時に実測した第２物理量であって、凝縮器にて熱交換される前の空気温度と当該凝縮器にて熱交換された後の空気温度との差に基づく第２物理量を取得する第２取得工程と、第１物理量と第２物理量とを関係付ける数式モデルを同定する数式モデル同定工程であって、第１物理量及び第２物理量を用いて当該数式モデルを同定する数式モデル同定工程とを備え、その同定された数式モデルを用いて劣化を定量的に診断する。【選択図】図２

Description

本発明は、凝縮器の劣化状態を診断する凝縮器診断方法に関する。

原子力プラント等の運転状態の異常を診断する方法として、例えば特許文献１に記載の発明がある。
当該文献に係る発明では『機器の状態が正常な定常状態から変化した場合に、正常な定常状態を表す関係式を微分して得られる変数の増分についての近似式においてその係数を定常状態の変数の値により計算し、変動量が大きい場合には、誤差を少なくするために変動の前後の係数の平均値を用いることとして、これらの式に測定点の変数の定常状態における値からの変動量を代入して別の測定点の変数の変動量を計算し、その点の測定値の変動量と比較することにより、機能に異常が生じている部分を同定し、さらに、当該部分に関連する全ての測定点の変数の変動量を当該関係式に代入し、異常個所の変数の変動量を逆算することにより、当該部分に含まれる異常個所を推定する。』

特許第３３５９１０９号明細書

しかし、特許文献１に記載の発明では、原子力プラント等の診断対象を精度良く現す関係式を同定するには、演算負荷が非常に大きくなる可能性がある。
本発明は、上記点に鑑み、特許文献１に記載の発明とは異なる新規な手法にて「凝縮器の劣化状態を診断することを目的とする。

本願では、凝縮器の劣化状態を診断する凝縮器診断方法において、予め決められた時（以下、正常時という。）の過渡状態時に実測した第１物理量であって、凝縮器の冷媒入口でのエンタルピーと当該凝縮器の冷媒出口でのエンタルピーとの差に基づく第１物理量を取得する第１取得工程と、正常時の過渡状態時に実測した第２物理量であって、凝縮器にて熱交換される前の空気温度と当該凝縮器にて熱交換された後の空気温度との差に基づく第２物理量を取得する第２取得工程と、第１物理量と第２物理量とを関係付ける数式モデルを同定する数式モデル同定工程であって、第１物理量及び第２物理量を用いて当該数式モデルを同定する数式モデル同定工程と、第１物理量及び第２物理量のうち一方の物理量に相当する物理量であって、正常時以降のタイミング（以下、診断タイミングという。）の過渡状態時に実測した物理量（以下、第１診断時物理量という。）を取得する第３取得工程と、第１物理量及び第２物理量のうち他方の物理量に相当する物理量であって、診断タイミングの過渡状態時に実測した物理量（以下、第２診断時物理量という。）を取得する第４取得工程と、数式モデル同定工程にて同定された数式モデルに第１診断時物理量を代入して得られる比較基準物理量を決定する比較基準物理量決定工程と、比較基準物理量と第２診断時物理量とを比較する比較工程とを備える。

つまり、本願発明では、互いに関係性の高い２種類の物理量、つまり第１物理量及び第２物理量を用いて数式モデルを同定する。このとき、数式モデルとしてＡＲＸモデルを用いると、数式モデル同定時の演算負荷を低減することが可能となり得る。

蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。 本実施形態に係る凝縮器診断方法の工程をその工程順に示した工程図である。

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されるものではない。

（第１実施形態）
１．蒸気圧縮式冷凍機（図１参照）
本実施形態は、蒸気圧縮式冷凍機に用いられる凝縮器１に、本発明に係る凝縮器診断方法を適用したものである。凝縮器１とは、圧縮機２から吐出された高温・高圧の気相冷媒と空気等（本実施形態では、室外空気）と熱交換し、当該気相冷媒を凝縮（液化）する熱交換器である。

なお、減圧器３は、凝縮器１にて凝縮された高圧液相冷媒を減圧する。蒸発器４は、減圧された低圧冷媒と冷却対象（本実施形態では、室内空気又は水）とを熱交換し、当該低圧液相冷媒を蒸発させる。

そして、本実施形態に係る凝縮器診断方法では、凝縮器１の劣化状態を診断可能である。なお、凝縮器１の劣化とは、例えば、（ａ）凝縮器１の表面が汚れることによる熱交換能力の低下、及び（ｂ）凝縮器１の熱交換部（コア部）が潰れる等したことによる熱交換能力の低下等である。

なお、本実施形態に係る凝縮器診断方法は、劣化の原因を明らかにする診断方法ではなく、凝縮器１の劣化が発生したか否か、又はその劣化が進行したか否か、つまり凝縮器１の劣化状態を診断するものである。

２．凝縮器診断方法
図２は、本実施形態に係る凝縮器診断方法の工程をその工程順に示した工程表である。
＜第１取得工程＞
第１取得工程では、予め決められた時（以下、正常時という。）の過渡状態時に実測した第１物理量Ｈ１が取得される。第１物理量Ｈ１は、凝縮器１の冷媒入口でのエンタルピーと当該凝縮器１の冷媒出口でのエンタルピーとの差に基づく物理量である。

本実施形態に係る第１物理量Ｈ１は、凝縮器１の冷媒入口での比エンタルピーｈ１から凝縮器１の冷媒出口での比エンタルピーｈ２を差し引いた値に冷媒の質量流量Ｖｍを乗算した値（＝Ｖｍ（ｈ１−ｈ２））である。

「過渡状態」とは「圧縮機２の回転数が予め設定された変動幅を越えた時点から予め設定された時間が経過したとき」をいう。正常時とは、例えば、（ａ）蒸気圧縮式冷凍機が設置されて最初に稼働したとき、（ｂ）メーカでの開発試験時や出荷試験時などをいう。

＜第２取得工程＞
第２取得工程では、正常時の過渡状態時に実測した第２物理量Ｈ２が取得される。第２物理量Ｈ２は、凝縮器１にて熱交換される前の空気温度と当該凝縮器１にて熱交換された後の空気温度との差に基づく物理量である。

本実施形態に係る第２物理量Ｈ２は、凝縮器１にて熱交換された後の空気温度Ｔ１から凝縮器１にて熱交換される前の空気温度Ｔ２を差し引いた値に空気の質量流量Ｖａ及び比熱Ｃを乗算した値（＝Ｖａ・Ｃ（Ｔ１−Ｔ２））である。

＜数式モデル同定工程＞
数式モデル同定工程では、第１物理量Ｈ１と第２物理量Ｈ２とを関係付ける数式モデルを、第１物理量Ｈ１及び第２物理量Ｈ２を用いて当該数式モデルを同定する。なお、本実施形態では、数式モデルとして、ＡＲＸ（Auto-Regressive eXogeneous）モデルを採用している。

＜第３取得工程＞
第３取得工程では、第１物理量Ｈ１及び第２物理量Ｈ２のうち一方の物理量（本実施形態では、第１物理量Ｈ１）に相当する物理量であって、正常時以降の所定タイミング（以下、診断タイミングという。）の過渡状態時に実測した物理量（以下、第１診断時物理量Ｈｒ１という。）を取得する。

本実施形態に係る診断タイミングとは、蒸気圧縮式冷凍機が設置されて最初に稼働した時を基準として、予め設定された期間（例えば、３０日）毎のタイミングをいう。つまり、本実施形態に係る診断タイミングとは、最初に稼働した日から３０日が経過したとき（以下、第１回目という。）、第１回目の日から３０日が経過したときのような定期的なタイミングをいう。

なお、第３取得工程及び以下の第４取得工程〜比較工程の実施は、蒸気圧縮式冷凍機を管理する管理者による手動実施、及び予めプログラミングされた自動実施のいずれであってもよい。

＜第４取得工程＞
第４取得工程では、第１物理量Ｈ１及び第２物理量Ｈ２のうち他方の物理量（本実施形態では、第２物理量Ｈ２）に相当する物理量であって、診断タイミングの過渡状態時に実測した物理量（以下、第２診断時物理量Ｈｒ２という。）を取得する。

＜比較基準物理量決定工程＞
比較基準物理量決定工程では、数式モデル同定工程にて同定された数式モデルに第１診断時物理量Ｈｒ１を代入して得られる比較基準物理量Ｈｃを決定する。

＜比較工程＞
比較工程では、比較基準物理量Ｈｃと第２診断時物理量Ｈｒ２とを比較する。当該比較工程では、例えば、下記の数式１が用いられる。そして、数式１の値（ＦＩＴ）を利用して凝縮器１の劣化状態（本実施形態では、凝縮器１の汚れ度合い）が決定される。数式１の値（ＦＩＴ）と凝縮器１の劣化状態を示す数値との関係は、予め試験により関連付けられ、データベース化されている。

３．本実施形態に係る凝縮器診断方法の特徴
本実施形態では、互いに関係性の高い２種類の物理量、つまり第１物理量Ｈ１及び第２物理量Ｈ２を用いて数式モデルを同定する。このとき、数式モデルとしてＡＲＸモデルを採用しているので、数式モデル同定時の演算負荷を低減することが可能となり得る。

したがって、凝縮器１の劣化診断精度を向上させることが可能となる。さらに、蒸気圧縮式冷凍機（例えば、空調装置）の異常を定量的に診断ができるため、事後的な保全作業を削減できるとともに、不必要な機器メンテナンス（例えば、凝縮器１の交換）を削減できる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、過渡状態として「圧縮機の回転数が予め設定された変動幅を越えた時点から予め設定された時間が経過したとき」採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば「圧縮機の起動直後」を過渡状態としてもよい。

上述の実施形態では、数式モデルとしてＡＲＸモデルを採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。同様に、比較工程に用いる数式は上記の数式に限定されるものではない。

上述の実施形態では、「凝縮器の劣化」として主に「凝縮器の表面汚れ」を想定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、凝縮器の気密性・液密性の低下による凝縮能力の低下を「凝縮器の劣化」としてもよい。

上述の実施形態では、第１物理量Ｈ１を第１診断時物理量Ｈｒ１とし、第２物理量Ｈ２を第２診断時物理量Ｈｒ２としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１物理量Ｈ１を第２診断時物理量Ｈｒ２とし、第２物理量Ｈ２を第１診断時物理量Ｈｒ１としてもよい。

本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。つまり、上述の実施形態に係る凝縮器１は、例えば、空冷式及び水冷式のいずれの方式でもよい。また、当該凝縮器１の用途は不問である。

１… 凝縮器
２… 圧縮機
３… 減圧器
４… 蒸発器

Claims (3)

1. 凝縮器の劣化状態を診断する凝縮器診断方法において、
   予め決められた時（以下、正常時という。）の過渡状態時に実測した第１物理量であって、凝縮器の冷媒入口でのエンタルピーと当該凝縮器の冷媒出口でのエンタルピーとの差に基づく第１物理量を取得する第１取得工程と、
   前記正常時の過渡状態時に実測した第２物理量であって、凝縮器にて熱交換される前の空気温度と当該凝縮器にて熱交換された後の空気温度との差に基づく第２物理量を取得する第２取得工程と、
   前記第１物理量と前記第２物理量とを関係付ける数式モデルを同定する数式モデル同定工程であって、前記第１物理量及び前記第２物理量を用いて当該数式モデルを同定する数式モデル同定工程と、
   前記第１物理量及び前記第２物理量のうち一方の物理量に相当する物理量であって、前記正常時以降のタイミング（以下、診断タイミングという。）の過渡状態時に実測した物理量（以下、第１診断時物理量という。）を取得する第３取得工程と、
   前記第１物理量及び前記第２物理量のうち他方の物理量に相当する物理量であって、前記診断タイミングの過渡状態時に実測した物理量（以下、第２診断時物理量という。）を取得する第４取得工程と、
   前記数式モデル同定工程にて同定された数式モデルに前記第１診断時物理量を代入して得られる比較基準物理量を決定する比較基準物理量決定工程と、
   前記比較基準物理量と前記第２診断時物理量とを比較する比較工程と
   を備えることを特徴とする凝縮器診断方法。
2. 前記過渡状態とは「圧縮機の回転数が予め設定された変動幅を越えた時点から予め設定された時間が経過したとき」であることを特徴とする請求項１に記載の凝縮器診断方法。
3. 前記数式モデルは、ＡＲＸモデルであることを特徴とする請求項１又は２記載の凝縮器診断方法。

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