JP2011080652A

JP2011080652A - 空気調和システムのダンパ故障診断装置

Info

Publication number: JP2011080652A
Application number: JP2009232024A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakai; 一夫中井
Original assignee: Toenec Corp
Current assignee: Toenec Corp
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】診断対象となるダンパの実開度を検出してその検出信号を制御部に送ることができない機構になっている場合でも、空気調和機に供給される外気の温度と、空気調和機から空調対象となる室内に給気される給気の温度と、室内から空気調和機に還気される還気の温度とに基づいてダンパの故障を診断することができる空気調和システムのダンパ故障診断装置を提供する。
【解決手段】空気調和システムのダンパ故障診断装置１は、正常な状態でそれぞれの温度センサ１２，１３，１４により検出された外気５の温度、給気７の温度、還気４の温度に基づいて決定された正常時特性式を記憶する正常時特性式Ａ・Ｂ決定・記憶部３３を備えるとともに、故障診断時に計測された外気５の温度、給気７の温度、還気４の温度の値と、前記正常時特性式に基づく温度の値との間に一定以上の差がある場合は、ダンパが故障していると判定する比較・判定部３４を備えている。
【選択図】図１

Description

ビルディングなどの空気調和システムにおいて、空調対象となる室内に冷暖房気を給気する空気調和機に大気中から供給される外気量が、室内空気中の二酸化炭素濃度や、室内空気温度と外気温度との差などに応じて調整制御される。この外気量調整制御が行われると、室内空気温度と外気温度との差に応じて省エネルギーを図ることができ、この外気量調整のために、例えば比例式モーターダンパなどが用いられる。
本発明は、比例式モーターダンパなどのダンパの故障診断をする空気調和システムのダンパ故障診断装置に関するものである。

従来、空気調和システムにおいて、空調対象となる室内と空気調和機の間を循環する冷暖房気と、大気中からの外気との混合割合を調整するために、上記のようなダンパが用いられている。例えば、室温設定温度が２６℃、外気温度が３５℃である夏の冷房運転時に、大気中から空気調和機に供給される外気量を減らすことにより、冷房負荷を低減することができるため、省エネルギーとなる。従って、空気調和システムに使用されているダンパの故障診断をすることは、省エネルギー運用のために極めて重要である。
ダンパの故障診断をする空気調和システムのダンパ故障診断装置に関連する発明として、例えば特開２００８−１６９９８５号公報に開示されている「アクチュエータ」がある。このアクチュエータは、例えば外気を流体として、その流量を規制する流量規制機構の弁体の実際の開度を検出する開度センサが設けられており、この実開度センサにより検出された弁体の実際の開度を弁体制御部からの開度指令値に一致させることが出来るか否かにより、流量規制機構が適正に作動しているか否かを診断するものである。

しかしながら、上記アクチュエータは、流体の流量を規制する流量規制機構の弁体の実際の開度を検出する開度センサが取り付けられていない場合、あるいは、弁体の実際の開度に対応した信号を制御部に送ることができない機構になっている場合は、その弁体の実際の開度を検出して制御部にその実開度検出信号を送ることができるような実開度センサを新たに設けるなどの改造の必要がある。あるいは流量規制機構の弁体の実開度に対応した信号を制御部に出力できない場合も改造する必要がある。

特開２００８−１６９９８５号公報

そこで本発明では、診断対象となるダンパの実開度を検出してその検出信号を制御部に送ることができない機構になっている場合でも、診断対象となるダンパが正常な状態で大気中から空気調和機に供給される外気の温度、空気調和機から室内へ給気される給気の温度、室内から空気調和機に戻る還気の温度に基づいて、正常時特性式を決定して記憶する特性決定記憶手段と、前記正常時特性式に基づく温度の値と前記ダンパの故障診断時に計測された前記外気の温度、給気の温度、還気の温度の値との間に一定以上の差がある場合は、当該ダンパが故障していると診断する空気調和システムのダンパ故障診断装置を提供することを、解決すべき課題とするものである。

上記課題は、特許請求の範囲の欄に記載した空気調和システムのダンパ故障診断装置により解決することができる。
後述の特許請求の範囲の請求項１に記載の空気調和システムのダンパ故障診断装置は、大気中から空気調和機に供給される外気の温度を検出する外気温度センサと、前記空気調和機から空調対象となる室内へ給気される給気の温度を検出する給気温度センサと、前記室内から前記空気調和機に戻る還気の温度を検出する還気温度センサと、故障診断対象となるダンパが正常状態のときに空気調和機に供給される外気の温度、空気調和機から室内へ給気される給気の温度、室内から空気調和機に戻る還気の温度から正常時特性式を決定して記憶する特性決定記憶手段と、前記正常時特性式に基づく温度の値と前記ダンパを故障診断するときに計測された前記外気の温度、給気の温度、還気の温度の値との間に一定以上の差がある場合は、当該ダンパが故障していると判断する判定部とを備えることである。
これにより、診断対象となるダンパが、その実開度を検出してその検出信号を制御部に送ることができないような機構になっている場合でも、それを改造することなく、ダンパの故障を診断することができる。

本発明によれば、診断対象となるダンパが正常状態のときに決定された正常時特性式に基づく温度の関係と、故障診断時に検出された外気の温度と給気の温度と還気の温度との計測値との間に一定以上の差がある場合は、当該ダンパが故障していると判定することができるため、診断対象となるダンパの実開度を検出してその検出信号を制御部に送ることができない機構になっている場合でも、ダンパ機構を改造することなく、適切な故障診断をすることができるという効果がある。

空気調和システムのダンパ故障診断装置の全体的な構成を示した系統図である。ダンパが正常な状態で決定された正常時特正式による温度の関係とダンパの故障診断時の温度に関係する計測値から故障判定を行う場合の概念図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、空気調和システムのダンパ故障診断装置１の全体的な構成を示した系統図である。
図１に示すように、空気調和機３から空調対象となる室内（図示していない）へ空調用の冷気あるいは暖気の冷暖房気が給気されるとともに、室内から空気調和機３へ冷暖房気が還気されるという循環経路が構成されている。また、室内空気中の二酸化炭素濃度や、室内空気温度と外気温度との差などに応じて大気中から空気調和機に供給する外気量を調整する外気量調整制御が行われる。例えば、今、室温設定温度が２６℃、外気温度が３５℃である夏の冷房運転時に、この外気量調整制御が行われ、空気調和機に供給される外気量を減らした場合には、冷房負荷を低減することができるため、省エネルギーを図ることができる。
外気５を空気調和機３に供給する外気量調整のために、駆動部１０とダンパ部６から成るダンパ６ａが設けられている。また、空気調和機３から室内への給気７を流量調整して送る変風量ユニット８と、室内から空気調和機３に還流される還気４の流量を調整する駆動部１１とダンパ部９から成るダンパ９ａが設けられている。尚、ダンパ６ａ、ダンパ９ａとしては、例えば比例式モーターダンパなどが用いられる。また、図示はしていないが、二酸化炭素濃度を検出するセンサが設けられている。

図１に示した空気調和機３は、一般的な構造を有するもので冷暖房時に外部から冷温水が流されたときに熱交換される冷温水コイル２１や、湿度調整用の加湿器２２や、インバータ（ＩＮＶ）２３で駆動される送風機２４などで構成されている。また、空気調和機３へ供給される外気５の温度を計測する外気温度センサ１２と、室内から空気調和機３に還流される還気４の温度を計測する還気温度センサ１３と、空気調和機３から室内へ給気される給気７の温度を計測する給気温度センサ１４とが設けられている。尚、前記冷温水コイル２１に流れる冷温水の流量を調整あるいは停止させる流量調整弁２５が設けられている。

図１に示した故障診断装置２に設けられた試験運転制御部３１は、前記駆動部１０とダンパ部６から成るダンパ６ａと、駆動部１１とダンパ部９から成るダンパ９ａの故障診断をするときに使用される。尚、試験運転制御部３１は、前記流量調整弁２５、加湿器２２、送風機（インバータを含む）２４、変風量ユニット８なども制御する。

また、故障診断装置２に設けられた計測データ入力・記憶部３２は、前記外気５の温度センサ１２、前記還気４の温度センサ１３、前記給気７の温度センサ１４による検出温度信号を入力して記憶するものである。

また、正常時特性式Ａ・Ｂ決定・記憶部３３は、前記ダンパ６ａとダンパ９ａとが正常状態のときに、例えば図２に示すような二つのパターンＡ，Ｂの特性式を決定して記憶しておく。
パターンＡの正常時特性式は、例えばダンパ６ａの駆動部１０への開度指令値が最大設定開度、ダンパ９ａの駆動部１１への開度指令値が最小設定開度となる条件を与えて運転したときの正常時特性式である。
また、パターンＢの特性式は、ダンパ６ａ（駆動部１０）への開度指令値が、例えば最小設定開度、ダンパ９ａ（駆動部１１）への開度指令値が最大設定開度となる条件を与えて運転したときの正常時特性式である。この正常時特性式は、送風機２４（モータを含む）から発生する熱による発熱を加味して決定したものである。
尚、二つのパターンＡ，Ｂの条件設定は、試験運転制御部３１からダンパ６ａ（駆動部１０），９ａ（駆動部１１）に直接制御信号を送って開度制御したり、ダンパ６ａ，９ａの制御対象である状態の設定値、例えば二酸化炭素濃度設定値や外気冷房モードと室内温度設定値の信号を送って開度指令値を変更して設定するものである。

また、比較・判定部３４は、パターンＡ，Ｂのそれぞれの条件の故障診断に対して、計測データ入力・記憶部３２で計測された前記外気５の温度、前記還気４の温度、前記給気７の温度に基づく温度データを、正常時特性式Ａ・Ｂパターン決定・記憶部３３からの該当するパターンの正常時特性式に代入し、左辺と右辺の値を比較する。この比較により、一定値以上の差があれば、少なくとも上記どちらかのダンパが故障していると判定するものである。

診断結果表示部３５は、比較・判定部３４で判定された診断結果を表示するものである。例えばダンパ部６が故障している場合は、「外気ダンパ故障」というような表示をさせる。

次に、前記ダンパ６ａ，９ａの故障診断をする場合の正常時特性式を決定する行程について説明する。
予め、ダンパ６ａ，９ａが正常な状態のときに、試験運転制御部３１によって試験条件を次のように設定する。
（１）前記流量調整弁２５を全閉制御する。
（２）前記加湿器２２を停止制御する。
（３）ダンパ６ａ及びダンパ９ａが予め設定した開度になるような開度指令信号を出力する。
（４）送風機２４に起動指令を与えるとともに、インバータＩＮＶに最高周波数指令信号を出力して送風機２４を最高速回転状態にする。
（５）前記変風量ユニット８に最大開度指令信号を出力して給気７の流量が最大になるように制御する。

以上のような試験運転制御部３１による設定で試験運転をした状態で、次のように正常時特性式を決定する。

（Ｔｓａ―Ｔｒａ）＝ｘ・（Ｔｏａ−Ｔｒａ）＋ΔＴｆｍ式（１）

ここに、
Ｔｓａは給気温度（℃）、Ｔｏａは外気温度（℃）
Ｔｒａは還気温度（℃）、ｘは外気量比（−）
ΔＴｆｍは送風機２４を駆動するモータの発熱による上昇温度（℃）

上記式（１）において、線形回帰によって未知数ｘ、ΔＴｆｍを求める。
尚、ここで求めたパターンＡ，Ｂそれぞれの条件時の外気量比ｘと送風機２４を駆動するモータの発熱による温度上昇ΔＴｆｍは正常時特性式の決定パラメータであり、これを前記した正常時特性式Ａ・Ｂ決定・記憶部３３に記憶する。

次に、ダンパ６ａ，９ａの故障診断の行程について説明する。
（１）試験運転制御部３１によって、前述の正常時特性式の決定と同じパターンＡ，Ｂそれぞれの試験条件を設定する。
（２）パターンＡ，Ｂそれぞれについて試験運転をする。
（３）パターンＡまたはパターンＢの少なくとも一方について、正常時特性式に診断試験時の計測された温度データを代入した左辺の値と右辺の値との間に一定以上の差がある場合は、ダンパ故障と判定して診断結果表示部３５にそれを表示する。

以上説明したように、診断対象となるダンパの実開度を検出してその検出信号を制御部に送ることができないような機構になっている場合でも、それを改造することなく、ダンパの故障を診断することができるものである。

１空気調和システムのダンパ故障診断装置
２故障診断装置
３空気調和機
４還気
５外気
６ａ外気ダンパ
７給気
８変風量ユニット
９ａ還気ダンパ
１０外気ダンパの駆動部
１１還気ダンパの駆動部
１２温度センサ
１３温度センサ
１４温度センサ
３１試験運転制御部
３２計測データ入力・記憶部
３３正常時特性式Ａ・Ｂ決定・記憶部
３４比較・判定部
３５診断結果表示部

Claims

大気中から空気調和機に供給される外気の温度を検出する外気温度センサと、前記空気調和機から空調対象となる室内へ供給される給気の温度を検出する給気温度センサと、前記室内から前記空気調和機に戻る還気の温度を検出する還気温度センサと、故障診断対象となるダンパが正常状態のときに空気調和機に供給される外気の温度、空気調和機から室内へ給気される給気の温度、室内から空気調和機に戻る還気の温度から正常時特性式を決定して記憶する特性決定記憶手段と、前記正常時特性式に基づく温度の値と故障診断対象となるダンパを故障診断するときに計測された前記外気の温度、給気の温度、還気の温度との間に一定以上の差がある場合は、ダンパが故障していると判断する判定部とを備えたことを特徴とする空気調和システムのダンパ故障診断装置。
請求項１に記載の空気調和システムのダンパ故障診断装置であって、前記正常時特性式は、前記診断対象となるダンパが正常状態のときに、前記還気と前記外気の混合割合と、空気調和機に備えられた送風機の発熱による温度上昇を加味して決定された式であるとともに、その正常時特性式に基づいて少なくとも二つのパターンで与えられたそれぞれの条件について前記ダンパの故障診断をすることを特徴とする空気調和システムのダンパ故障診断装置。