JP3054553B2 - 吸収式冷温水機の故障診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸収式冷温水機の故障
を診断する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】吸収式冷温水機は、図５に示す如く、上
胴(１)に配置された凝縮器(11)及び低温再生器(12)、下
胴(２)に配置された蒸発器(21)及び吸収器(22)、バーナ
(31)を具えた高温再生器(３)、高温熱交換器(４)、低温
熱交換器(５)等を相互に配管接続し、吸収液ポンプ(６)
によって、吸収液を高温再生器(３)、低温再生器(12)及
び吸収器(22)の間で循環させ、冷凍サイクル或いは放熱
サイクルを実現するものである。蒸発器(21)及び凝縮器
(11)を貫通する冷却水配管には、クーリングタワー(図
示省略)からの冷却水が流れる。

【０００３】ところで、吸収式冷温水機においては、冷
却水の汚れ、吸収液循環量の異常、真空度の異常、吸収
液の冷媒への混入(冷媒混入)等、各種の異常が発生する
虞れがある。冷却水汚れが進行すると、冷却水配管の内
面にごみ等の異物が付着して熱伝達率が低下し、吸収器
(22)における冷却効果が不十分となるので、吸収液の温
度が上昇し、下胴(２)の蒸気圧力が高くなって、冷凍能
力が低下する。この結果、目標温度の冷水を供給するた
めに、高温再生器(３)での入熱量が増大して、吸収液の
濃度が上昇することとなる。

【０００４】冷媒に吸収液が混入すると、冷媒の沸点が
上がって、蒸発器(21)及び吸収器(22)の能力低下を招来
する。又、下胴(２)の真空度が低下した場合も蒸発器(2
1)及び吸収器(22)の能力が低下することになる。この結
果、同様に高温再生器(３)での入熱量が増大して、吸収
液の濃度が上昇することとなる。

【０００５】上述の如く、各種の異常が吸収液濃度の上
昇を引き起こすため、吸収式冷温水機の全体的な異常の
程度を検知するべく、吸収液濃度を監視することが行な
われている。特に、低温再生器(12)から低温熱交換器
(５)を経て吸収器(22)へ供給される吸収液(濃液)の濃度
の上昇は、吸収液が結晶化する直接の原因となり、これ
によって冷温水機の運転停止を招来する虞れがあるた
め、この様な異常を監視する指標として、濃液濃度が用
いられている。

【０００６】図４は、吸収式冷温水機が正常な運転状態
にあるときの冷凍負荷と濃液濃度の関係を、冷却水入口
温度をパラメータとしてグラフ化したものである。濃液
濃度の測定値と図４に示す濃液濃度の正常値との偏差を
算出し、該濃液濃度偏差が所定の評価基準値を上回った
とき、これを異常の発生と判断することが出来る。

【０００７】一方、凝縮器(11)や吸収器(22)等の各種熱
交換器の異常を検出するために、下記数２で表わされる
異常度Ａを定義して、該異常度に基づいて各種故障を診
断することが行なわれる。

【数２】Ａ＝(ΔＴ−ΔＴｎ)／ΔＴｎ ここで、ΔＴは対数平均温度差の測定値、ΔＴｎは対数
平均温度差の正常値である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、吸収器(22)
及び凝縮器(11)内の冷却水配管を流れる冷却水は、クー
リングタワーとの間を循環する過程で外気と接触するた
め、塵や埃等の異物が混入することは避けることが出来
ない。これらの異物は、運転時間の経過に伴って冷却水
配管の内面に付着して、熱伝達率を低下させることにな
る。この様な冷却水汚れの問題は、冷温水機自体の故障
に起因する冷媒混入や真空異常の問題と本質的に異なる
ため、冷却水汚れとそれ以外の異常とは区別することが
妥当である。

【０００９】しかるに従来の故障診断においては、冷却
水汚れとそれ以外の原因を区別することが出来なかった
ため、的確な故障診断が困難である問題があった。本発
明の目的は、濃液濃度の異常を検出する際に、冷却水汚
れによる影響を排除することが出来る故障診断装置を提
供し、これによって的確な故障診断を実現することであ
る。

【００１０】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る吸収式冷温水
機の故障診断装置は、凝縮器にて熱交換を行なう冷媒と
冷却水の温度を測定する温度測定手段と、温度測定手段
による測定データに基づいて、冷媒と冷却水の平均温度
差を表わす温度差データを算出し、該温度差データをそ
の正常値と対比して、凝縮器の異常度を表わす異常度デ
ータを算出する凝縮器異常度データ算出手段と、濃液濃
度を測定又は測定データに基づく推定によって導出する
濃液濃度導出手段と、導出された濃液濃度とその正常値
の偏差を算出する濃液濃度偏差算出手段と、算出された
凝縮器異常度データの大きさに応じて、算出された濃液
濃度偏差を修正する濃液濃度偏差修正手段とを具えてい
る。

【００１１】具体的構成において、温度差データとして
は対数平均温度差、異常度データとしては前記数２で定
義される異常度Ａを採用することが出来る。

【００１２】

【作用】吸収式冷温水機において、冷却水は、吸収器(2
2)を通過した後、凝縮器(11)を通過する。従って、冷却
水汚れが発生した場合、吸収器(22)のみならず、凝縮器
(11)にもその影響が現われる。ところで、一般に凝縮器
(11)は上胴(１)に配置されて、下胴(２)の吸収器(22)と
は隔壁で分離されている。従って、吸収器(22)の真空異
常や冷媒混入の影響は凝縮器(11)には現われず、凝縮器
(11)及び吸収器(22)の異常の原因としては、冷却水汚れ
が共通している。このため、凝縮器(11)及び吸収器(22)
の異常度は、冷却水汚れに関して互いに連動しており、
両者の間に一定の相関が存在することになる。一方、吸
収器(22)については、冷却水汚れが発生すると、前述の
如く冷却水配管の熱伝達率が低下して、吸収器(22)にお
ける冷却効果が不十分となる結果、濃液濃度偏差が増大
する。

【００１３】この様に、凝縮器異常度の変化と濃液濃度
偏差の変化は、冷却水汚れに関して互いに連動してお
り、両者の間には一定の相関が存在する。図３は両者の
相関関係を定性的に表わしたものであり、冷却水汚れ以
外の異常を全て排除した運転状態において、時間の経過
に伴って、即ち冷却水汚れの進行に伴って、凝縮器(11)
の異常度Ａｃｏｎｄと濃液濃度偏差ｄＤｓ＿ｄｃｏとが
互いに一定の比率で増大している様子を表わしている。
従って、凝縮器異常度に適切な補正係数を乗算すること
によって、冷却水汚れのみに起因する濃液濃度の偏差を
推定することが出来るのである。

【００１４】そこで本発明においては、凝縮器(11)の異
常度を表わす異常度データを算出し、該異常度データの
大きさに応じて、濃液濃度偏差を修正する。データの修
正量は、例えば凝縮器異常度データに補正係数を乗じて
算出することが可能であって、この場合、濃液濃度偏差
から該修正量を減算して、修正された濃液濃度偏差を得
る。

【００１５】一般的には、修正された濃液濃度偏差ｄＤ
ｓ′は下記数３に示す様に、測定に基づく濃液濃度偏差
ｄＤｓから、冷却水汚れのみに起因する濃液濃度偏差ｄ
Ｄｓ＿ｄｃｏを差し引くことによって得られる。

【数３】ｄＤｓ′＝ｄＤｓ−ｄＤｓ＿ｄｃｏ

【００１６】ここで濃液濃度偏差ｄＤｓ＿ｄｃｏは下記
数４の如く、凝縮器の異常度Ａｃｏｎｄの関数ｆとして
規定することが出来、該関数は予め実験的に決定され
る。

【数４】ｄＤｓ＿ｄｃｏ＝ｆ(Ａｃｏｎｄ)

【００１７】図２は、冷却水汚れ及びその他の異常が発
生した場合の濃液濃度偏差の変化において、該変化に含
まれる冷却水汚れの影響とそれ以外の原因による影響を
表わしたもので、濃液濃度偏差から上記数４によって算
出される冷却水汚れの影響を差し引くことによって、冷
却水汚れ以外の影響を定量的に把握することが出来る。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る吸収式冷温水機の故障診断
装置によれば、濃液濃度の異常を判定する際に、冷却水
汚れによる影響を排除することが出来ので、これによっ
て的確な故障診断が可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図５に示す二重効用型の吸収
式冷温水機に実施した一例につき、図面に沿って詳述す
る。該冷温水機は冷媒として水、吸収液として臭化リチ
ウムを用いており、冷水供給時には、高温再生器(３)に
て蒸発した冷媒が低温再生器(12)を経て凝縮器(11)へ流
れ、凝縮器(11)内を流れる冷却水と熱交換して凝縮液化
した後、蒸発器(21)へ向けて流れる。そして、液化した
冷媒は蒸発器(21)内を流れる冷水と熱交換して蒸発し、
その際の気化熱によって蒸発器(21)内を流れる冷水が冷
却される。

【００２０】蒸発器(21)にて蒸発した冷媒は吸収器(22)
にて吸収液に吸収される。冷媒を吸収して濃度が薄くな
った吸収液は、吸収液ポンプ(６)によって低温熱交換器
(５)及び高温熱交換器(４)を経て高温再生器(３)へ送ら
れる。高温再生器(３)へ送られた吸収液は、バーナ(31)
によって加熱されて冷媒が蒸発し、中濃度の吸収液が高
温熱交換器(４)を経て低温再生器(12)へ流れる。低温再
生器(12)にて、吸収液は高温再生器(３)からの冷媒蒸気
によって加熱され、更に冷媒蒸気が分離されて濃度が高
くなる。高濃度になった吸収液は、低温熱交換器(５)を
経て吸収器(22)へ送られ、散布される。

【００２１】吸収器(22)、蒸発器(21)、凝縮器(11)等の
熱交換器に接続された配管には、冷却水入口温度センサ
ー(71)、冷却水中間温度センサー(72)、吸収液入口温度
センサー(73)、吸収液出口温度センサー(74)、冷水入口
温度センサー(76)、冷水出口温度センサー(77)、凝縮冷
媒温度センサー(79)、冷却水出口温度センサー(70)、低
温再生器温度センサー(701)、上胴圧力センサー(702)等
からなるセンサー群が配備されている。

【００２２】図１は本発明の故障診断装置の構成を示し
ており、上述のセンサー群(７)から得られる各種測定デ
ータは、マイクロコンピュータからなる演算装置(８)へ
供給されて、後述の如く異常検出が行なわれ、故障の判
定が行なわれる。該判定結果は、ディスプレイ、プリン
ター、警告ランプ等の表示装置(９)へ出力される。

【００２３】演算装置(８)は、夫々コンピュータプログ
ラムから構成される後述の計算回路(81)〜(89)と異常検
出回路(80)を具えている。上胴飽和蒸気温度計算回路(8
1)は、上胴圧力センサー(702)から得られる上胴内の圧
力Ｐｕｐから、下記数５を用いて上胴飽和蒸気温度Ｔｃ
ｏｎｄを算出するものである。

【００２４】

【数５】Tcond＝[−b＋{b²−４・c・(a−lnPup)}^0.5]／{2
・(a−lnPup)}−237.0 ここでａ、ｂ、ｃは定数であって夫々、8.0509、−168
5.1、−90991に設定される。

【００２５】凝縮器対数平均温度差計算回路(82)は、上
胴飽和蒸気温度計算回路(81)から得られる上胴飽和蒸気
温度Ｔｃｏｎｄと、冷却水出口温度センサー(70)から得
られる冷却水出口温度Ｔｃｏ＿ｏｕｔと、冷却水中間温
度センサー(72)から得られる冷却水中間温度Ｔｃｏ＿ｍ
ｉｄから、下記数６を用いて凝縮器(11)の対数平均温度
差ΔＴｃｏｎｄを算出するものである。

【００２６】

【数６】ΔTcond＝{(Tcond−Tco_mid)＋(Tcond−Tco_ou
t)}／ln{(Tcond−Tco_mid)／(Tcond−Tco_out)}

【００２７】冷凍負荷計算回路(83)は、冷水流量センサ
ー(78)から得られる冷水流量Ｖｃと、冷水出口温度セン
サー(77)から得られる冷水出口温度Ｔｃ＿ｏｕｔと、冷
水入口温度センサー(76)から得られる冷水入口温度Ｔｃ
＿ｉｎから、下記数７を用いて冷凍負荷Ｌｃを算出する
ものである。

【００２８】

【数７】Ｌｃ＝Ｖｃ×(Ｔｃ＿ｏｕｔ−Ｔｃ＿ｉｎ)

【００２９】凝縮器対数平均温度差正常値計算回路(84)
は、冷凍負荷計算回路(83)から得られる冷凍負荷Ｌｃか
ら、下記数８を用いて凝縮器(11)の対数平均温度差の正
常値ΔＴｃｏｎｄ＿ｎを算出するものである。

【００３０】

【数８】ΔＴｃｏｎｄ＿ｎ＝Ａ×Ｌｃ ここで、Ａは吸収式冷温水機の特性によって決まる定数
であって、実験的に求められる。

【００３１】濃液濃度推定回路(85)は、低温再生器温度
センサー(701)から得られる低温再生器温度Ｔｓ＿ｈｉ
と、上胴飽和蒸気温度計算回路(81)から得られる上胴飽
和蒸気温度Ｔｃｏｎｄから、下記数９を用いて濃液濃度
Ｄｓを推定するものである。

【００３２】

【数９】 Ds＝{(Ts_hi−283.0)×139.0}／(Tcond＋273.0)−102.4

【００３３】濃液濃度正常値計算回路(86)は、冷却水入
口温度センサー(71)からの冷却水入口温度Ｔｃｏ＿ｉｎ
と、冷凍負荷計算回路(83)からの冷凍負荷Ｌｃから、図
４に示すグラフを用いて濃液濃度の正常値Ｄｓ＿ｎを算
出するものである。ここで、図４のグラフは、複数の冷
却水入口温度の夫々について濃液濃度の変化が２次関数
で近似されており、補間計算によって任意の冷却水入口
温度での濃液濃度が算出される。

【００３４】凝縮器異常度計算回路(87)は、凝縮器対数
平均温度差計算回路(82)から得られる凝縮器(11)の対数
平均温度差ΔＴｃｏｎｄと、凝縮器対数平均温度差正常
値計算回路(84)から得られる凝縮器(11)の対数平均温度
差の正常値ΔＴｃｏｎｄ＿ｎから、下記数１０を用いて
凝縮器(11)の異常度Ａｃｏｎｄを算出するものである。

【００３５】

【数１０】Ａｃｏｎｄ＝(ΔＴｃｏｎｄ−ΔＴｃｏｎｄ
＿ｎ)／ΔＴｃｏｎｄ＿ｎ

【００３６】濃液濃度偏差計算回路(88)は、濃液濃度推
定回路(85)から得られる濃液濃度Ｄｓと、濃液濃度正常
値計算回路(86)から得られる濃液濃度の正常値Ｄｓ＿ｎ
から、下記数１１を用いて濃液濃度偏差ｄＤｓを算出す
るものである。

【００３７】

【数１１】ｄＤｓ＝Ｄｓ−Ｄｓ＿ｎ

【００３８】更に、修正濃液濃度偏差計算回路(89)は、
濃液濃度偏差計算回路(88)から得られる濃液濃度偏差ｄ
Ｄｓと、凝縮器異常度計算回路(87)から得られる凝縮器
異常度Ａｃｏｎｄから、下記数１２を用いて修正された
濃液濃度偏差ｄＤｓ′を算出するものである。

【００３９】

【数１２】ｄＤｓ′＝ｄＤｓ−ｋ×Ａｃｏｎｄ ここで、ｋは、図３に示す凝縮器異常度Ａｃｏｎｄと冷
却水汚れのみによる濃液濃度偏差ｄＤｓ＿ｄｃｏの比
(例えば０.０１)であって、予め実験的に決定される。

【００４０】異常検出回路(80)は、修正濃液濃度偏差計
算回路(89)から得られる修正された濃液濃度偏差ｄＤ
ｓ′を所定の閾値と比較して、冷却水汚れ以外の異常の
程度を表わす異常信号を作成し、表示装置(９)へ出力す
る。 例えば、ｄＤｓ′＜ｔ１のとき、 “正常” ｔ１≦ｄＤｓ′≦ｔ２のとき、“やや異常” ｄＤｓ′＞ｔ２のとき、 “異常” と判定するのである。ここで、ｔ１、ｔ２は所定の閾値
である。

【００４１】上記故障診断装置によれば、冷却水汚れの
影響を除去した濃液濃度偏差が得られるので、該濃液濃
度偏差を指標とすることによって、的確な故障診断を行
なうことが出来る。

【００４２】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。例えば濃液濃度偏差の修正式は上記数１２
に限らず、他の１次式或いは２次式で表わすことが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る故障診断装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】濃液濃度偏差に含まれる冷却水汚れの影響と冷
却水汚れ以外の影響を示すグラフである。

【図３】凝縮器異常度と冷却水汚れのみに起因する濃液
濃度偏差の関係を表わすグラフである。

【図４】冷凍負荷と濃液濃度の関係を表わすグラフであ
る。

【図５】本発明を実施すべき吸収式冷温水機の構成を示
す図である。

【符号の説明】

(７) センサー群 (８) 演算装置 (82) 凝縮器対数平均温度差計算回路 (85) 濃液濃度推定回路 (86) 濃液濃度正常値計算回路 (87) 凝縮器異常度計算回路 (88) 濃液濃度偏差計算回路 (89) 修正濃液濃度偏差計算回路 (80) 異常検出回路 (９) 表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 昌司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−297970（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−91783（ＪＰ，Ａ) 高田秋一著，「吸収冷凍機」，第１ 版，社団法人日本冷凍協会，1982年３月 15日，ｐ．252−253 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 49/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凝縮器及び吸収器を具え、吸収器内の冷
   却水配管へ向けて吸収液(濃液)が散布される吸収式冷温
   水機において、前記濃液濃度の異常を検出することによ
   って、故障を診断する装置であって、 凝縮器にて熱交換を行なう冷媒と冷却水の温度を測定す
   る温度測定手段と、 温度測定手段による測定データに基づいて、冷媒と冷却
   水の平均温度差を表わす温度差データを算出し、該温度
   差データをその正常値と対比して、凝縮器の異常度を表
   わす異常度データを算出する凝縮器異常度データ算出手
   段と、 濃液濃度を測定又は測定データに基づく推定によって導
   出する濃液濃度導出手段と、 導出された濃液濃度とその正常値の偏差を算出する濃液
   濃度偏差算出手段と、 算出された凝縮器異常度データの大きさに応じて、算出
   された濃液濃度偏差を修正する濃液濃度偏差修正手段と
   を具え、修正された濃液濃度偏差に基づいて故障診断を
   行なうことを特徴とする吸収式冷温水機の故障診断装
   置。
2. 【請求項２】 温度差データは対数平均温度差であっ
   て、異常度データは、対数平均温度差の測定値ΔＴ及び
   正常値ΔＴｎを変数として下記数１で定義される異常度
   Ａである請求項１に記載の故障診断装置。 【数１】Ａ＝(ΔＴ−ΔＴｎ)／ΔＴｎ