JP2011163576A - 空気調和システムにおける全熱交換器及び周辺設備の異常検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和システムにおける全熱交換器及び周辺設備の異常検知装置を提供する。
【解決手段】空調機１と、全熱交換器２と、外気供給通路３と、冷暖房気排出通路４と、全熱交換器２を経由しないで外気を空調機１に導入するための外気供給バイパス通路５と、全熱交換器２を経由しないで空調機１からの冷暖房気を大気中に排出するための排気バイパス通路６と、冷暖房気の排熱と外気とを全熱交換器２で熱交換させる熱交換モード、若しくは外気供給バイパス通路及び排気バイパス通路に備えられたダンパ１３，１９を制御して当該バイパス通路を開放するバイパスモードのそれぞれに制御する制御部とを備えた空気調和システムにおいて、全熱交換器２の正常時の熱交換効率と、ダンパ７，１３，１５，１９の正常時の予め決められた動作における静圧とを記録しておく記憶部と、診断モードに設定した状態で、記憶部に記憶されている熱交換効率と静圧とを対比することにより、全熱交換器２及びダンパ７，１３，１５，１９の良否を診断する診断部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和システムにおける全熱交換器及びその周辺設備が適正に機能しているか、不具合を起こしていないかを検知して診断するための、「空気調和システムにおける全熱交換器及び周辺設備の異常検知装置」に関するものである。

従来、空気調和システムには居室の換気を行うために外気を導入し、室内の空気を排気する換気設備が設けられている。この換気設備において、空調された室内から排気される冷暖房気の排熱を回収して空調負荷を軽減するために、全熱交換器が設けられる。この全熱交換器の不良としては、全熱交換器の熱交換効率の低下が挙げられ、その原因として、まず熱交換エレメントの劣化が疑われる。しかし、熱交換効率は当該全熱交換器を通過する風量や、給気と排気の風量バランスによっても影響を受けるため、周辺設備のファンやダクト、給気・排気ダンパなどの故障や不具合によっても熱交換効率が変わることがある。

従来は、熱交換運転と普通換気運転を切り替えるためのバイパス通路と切り替えダンパが一つのシステムについて、実測熱交換効率と予測熱交換効率を比較することによってダンパの異常を診断する発明が出願されている（特許文献１参照）が、外気導入および室排気の両方にバイパス通路を設け、複数のダンパを用いて運転を切り替えるシステムに関する技術は見当たらない。

特許第４３９１５１６号公報

そこで本発明では、全熱交換器の外側に、大気中の外気を全熱交換器を経由しないで空調機に導入するための外気バイパス通路と、空調機からの排気を全熱交換器を経由しないで大気中に排出するための排気バイパス通路を設けた空気調和システムにおいて、全熱交換器及びその周辺設備が適正に機能しているか、不具合を起こしていないかを診断するための、「空気調和システムにおける全熱交換器及び周辺設備の異常検知装置」を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記の本発明の課題は、以下に示す「空気調和システムにおける全熱交換器及び周辺設備の異常検知装置」により解決することができる。
第１の発明は、空調対象となる室内へ冷暖房気を供給する空調機と、空調された室内から排出される冷暖房気に含まれる排熱を回収するための全熱交換器と、外気を前記空調機に導入するためのダンパとファンを備えた外気供給通路と、前記空調機から前記冷暖房気を排出するための冷暖房気排出通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記外気を前記空調機に導入するためのダンパを備えた外気供給バイパス通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記空調機からの冷暖房気を大気中に排出するためのダンパを備えた排気バイパス通路と、前記冷暖房気の排熱と前記外気とを前記全熱交換器で熱交換させる熱交換モード、若しくは前記外気供給バイパス通路及び排気バイパス通路に備えられた前記ダンパを制御して当該バイパス通路を開放するバイパスモードのそれぞれに制御する制御部とを備えた空気調和システムにおいて、
前記全熱交換器の正常時の熱交換効率と、前記外気供給バイパス通路及び前記排気バイパス通路に備えられたそれぞれのダンパの正常時の予め決められた動作における静圧とを記録しておく記憶部と、前記全熱交換器と前記ダンパを診断する診断モードに設定した状態で、前記記憶部に記憶されている前記全熱交換器の正常時の熱交換効率と、前記外気供給バイパス通路及び前記排気バイパス通路に備えられたそれぞれのダンパの正常時の予め決められた動作における静圧とを対比することにより、前記全熱交換器、及び前記それぞれのダンパの良否を診断する診断部とを備えることである。

上記の構成により、診断部は、診断モードに設定されると、記憶部に記憶されている全熱交換器の正常時の熱交換効率と、外気供給バイパス通路及び排気バイパス通路に備えられたそれぞれのダンパの正常時の予め決められた動作における静圧とを対比することにより、前記全熱交換器、及び前記それぞれのダンパの良否を診断することができる。

第２の発明は、空調対象となる室内へ冷暖房気を供給する空調機と、空調された室内から排出される冷暖房気に含まれる排熱を回収するための全熱交換器と、外気を風量制御して前記空調機に供給するための給気ファンを備えた外気供給通路と、前記冷暖房気を風量制御して大気中に排出するための排気ファンを備えた冷暖房気排出通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記外気を前記空調機に導入するためのダンパを備えた外気供給バイパス通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記空調機からの冷暖房気を大気中に排出するためのダンパを備えた排気バイパス通路と、前記冷暖房気の排熱と前記外気とを前記全熱交換器で熱交換する熱交換モード、若しくは前記外気供給バイパス通路及び排気バイパス通路に備えられた前記ダンパを制御して当該バイパス通路を開放するバイパスモードのそれぞれに制御する制御部とを備えた空気調和システムにおいて、
前記それぞれの給気ファン及び排気ファンの正常時の予め決められた動作における各種の特徴量を記録しておく記憶部と、前記それぞれのファンを所定の診断モードに設定した状態で、診断モードにおける特徴量と、前記記憶部に記憶されている前記各種の特徴量と対比することにより、前記それぞれのファンの良否を診断する診断部とを備えることである。

上記の構成により、診断部は、前記それぞれのファンが所定の診断モードに設定されると、記憶部に記憶されているそれぞれのファンの正常時の予め決められた動作における各種の特徴量と、診断モードにおいて得られた特徴量とを対比することにより、それぞれのファンの良否を診断することができる。

第１の発明によれば、空調対象となる室内へ冷暖房気を供給する空調機と、空調された室内から排出される冷暖房気に含まれる排熱を回収するための全熱交換器と、外気を前記空調機に導入するためのダンパとファンを備えた外気供給通路と、前記空調機から前記冷暖房気を排出するための冷暖房気排出通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記外気を前記空調機に導入するためのダンパを備えた外気供給バイパス通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記空調機からの冷暖房気を大気中に排出するためのダンパを備えた排気バイパス通路と、前記冷暖房気の排熱と前記外気とを前記全熱交換器で熱交換させる熱交換モード、若しくは前記外気供給バイパス通路及び排気バイパス通路に備えられた前記ダンパを制御して当該バイパス通路を開放するバイパスモードのそれぞれに制御する制御部とを備えた空気調和システムにおいて、
全熱交換器及び外気供給バイパス通路、排気バイパス通路のダンパが適正に機能しているか、不具合を起こしていないかを適正に診断することができる。

第２の発明によれば、空調対象となる室内へ冷暖房気を供給する空調機と、空調された室内から排出される冷暖房気に含まれる排熱を回収するための全熱交換器と、外気を風量制御して前記空調機に供給するための給気ファンを備えた外気供給通路と、前記冷暖房気を風量制御して大気中に排出するための排気ファンを備えた冷暖房気排出通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記外気を前記空調機に導入するためのダンパを備えた外気供給バイパス通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記空調機からの冷暖房気を大気中に排出するためのダンパを備えた排気バイパス通路と、前記冷暖房気の排熱と前記外気とを前記全熱交換器で熱交換する熱交換モード、若しくは前記外気供給バイパス通路及び排気バイパス通路に備えられた前記ダンパを制御して当該バイパス通路を開放するバイパスモードのそれぞれに制御する制御部とを備えた空気調和システムにおいて、
前記外気供給通路に備えられた給気ファンと冷暖房気排出通路に備えられた排気ファンの良否を適正に診断することができる。

全熱交換器を有する空気調和システムの全体的な構成を示した系統図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図１は、全熱交換器を有する空気調和システムの全体的な構成を示した系統図である。
この空気調和システムは、空調機１と全熱交換器２が外気供給通路３と冷暖房気排出通路４で連通されており、外気供給通路３には、全熱交換器２を迂回する外気供給バイパス通路５が設けられ、また、冷暖房気排出通路４には、全熱交換器２を迂回する排気バイパス通路６が設けられている。

空調機１は、空調対象となる室内へ冷暖房気を供給するものであり、内部には送風機１ａ，冷却・加熱コイル１ｂ等が設けられており、吹出ユニット１ｃ，１ｃから風量を調整して室内へ冷暖房気を供給できるように構成されている。
この空調機１には、室内空気を換気させる際に、外気供給通路３及び冷暖房気排出通路４を開閉できるように、換気ダンパ１ｄ，外気ダンパ１ｅ，排気ダンパ１ｆが設けられている。また、空調機１には、各種操作スイッチを備えた空調機コントローラ２０が接続されている。

前記全熱交換器２は、内部に回転エレメントやモーターを備えた回転型のもの又は静止型のもので構成されており、室内から排出される冷暖房気に含まれる排熱を回収することができるものである。
また、前記外気供給通路３内には、図示右側の外気に開放された上流端側から、給気ダンパ７，給気ファン８，風量可変ユニット９が順に設けられており、給気ダンパ７は外気供給通路３内の全熱交換器２の上流側に設けられており、給気ファン８は全熱交換器２の下流側に設けられている。

なお、外気供給通路３内の給気ダンパ７の上流側には外気温度センサ１０が設けられ、外気供給通路３内の全熱交換器２の下流側には給気温度センサ１１が設けられ、外気供給通路３内の給気ファン８の下流側には圧力計１２が設けられている。
前記外気供給バイパス通路５は、外気供給通路３に対し、給気ダンパ７の上流側と全熱交換器２の下流側を連通するようにして設けられ、外気供給バイパス通路５には、この外気供給バイパス通路５を開閉する外気ダンパ１３が設けられている。

この外気供給通路３は、外気を空調機１に導入するためのものであり、一方、冷暖房気排出通路４は、空調機１から冷暖房気を大気中に排出するためのものである。
この冷暖房気排出通路４には、図示右側の下流端側に排気ファン１４が設けられており、全熱交換器２の図示左側の上流側に還気ダンパ１５が設けられている。

なお、排気バイパス通路６は、冷暖房気排出通路４に対し、還気ダンパ１５の図示左側の上流側と全熱交換器２の図示右側の下流側を連通するように設けられており、この排気バイパス通路６内には、排気バイパス通路６を開閉する排気ダンパ１９が設けられている。
また、冷暖房気排出通路４には、排気ファン１４の右側の下流側に圧力計１６が設けられており、排気ファン１４の図示左側の上流側には排気温度センサ１７が設けられている。また、還気ダンパ１５の図示左側の上流側には還気温度センサ１８が設けられている。

外気供給バイパス通路５は、全熱交換器２を経由しないで外気を空調機１に導入するための通路であり、また、排気バイパス通路６は、全熱交換器２を経由しないで空調機１からの冷暖房気を大気中に排出するための通路である。

空気調和システムの制御部２１では、前記各ダンパ７，１３，１５，１９への開閉指令信号及び前記各ファン８，１４への回転数指令信号を出力し、冷暖房気の排熱と外気とを全熱交換器２で熱交換させる熱交換モードと、外気ダンパ１３及び排気ダンパ１９を制御して外気供給バイパス通路５，排気バイパス通路６を開放するバイパスモードのそれぞれの運転制御を行なう。
なお、空気調和システムの制御部２１内の計測データ入力・記憶部２１ａには、前記温度センサ１０，１１，１７，１８及び前記圧力計１２，１６から計測データが入力され、計測データは、制御部２１内の正常値記憶部２１ｂ，比較・判断部（診断部）２１ｃへ出力される。

通常、室内空気を換気させる際には、熱交換モードで運転される。即ち、冬には外部の温度の低い空気が内部に流入して室内温度を低下させ、夏には外部の温度の高い空気が室内に流入して室内温度を上げ、空調のためのエネルギー消費量が多くなるため、全熱交換器２を作動させ、冷暖房気排出通路４を通って全熱交換器２に導入される室内空気と、外気供給通路３を通り導入される外気を、全熱交換器２の内部で熱交換させて室内の冷暖房気に含まれる排熱を回収するのである。
なお、バイパスモードで運転される時には、室内空気は排気バイパス通路６を通り大気に放出され、外気は外気供給バイパス通路５を通り空調機１に導入される。

このような構成の空気調和システムにおいて、前記全熱交換器２やダンパ７，１３，１５，１９やファン８，１４の不具合，故障を診断するための診断モードが設定されており、空気調和システムの制御部２１では、空調機診断モード指令信号を出力する。
回転型では、全熱交換器２内のローターを回転させるモーターの故障については、モーターの電流値を計測することによって、回転異常などの不具合を判断できるものであるが、全熱交換器２のローターの運転に異常がなかった場合や静止型においては、全熱交換器２における熱交換効率の変化とファン１４，８の静圧変化によりダンパ７，１３，１５，１９の故障の有無を判断することができる。

なお、制御部２１内の正常値記憶部２１ｂには、全熱交換器２に異常がない状態の全熱交換器２の熱交換効率と、各ダンパ７，１３，１５，１９に異常がない状態の給気ファン８と排気ファン１４の静圧を予め記憶させておく。即ち、熱交換モードと、バイパスモードにおけるそれぞれの給気ファン８と排気ファン１４の静圧を予め正常値記憶部２１ｂに記憶させておき、診断モードにおいて、熱交換効率の変化とファンの静圧変化とを比較・判断部２１ｃで対比することで、ダンパ７，１３，１５，１９の故障の有無を判断するのである。

なお、診断モードにおいては、風量を一定にするため、ファン８，１４の回転数を一定とした状態で診断を行う。この診断モードにおいて熱交換モードで運転した時に、熱交換効率が低下している時には、外気ダンパ１３或いは排気ダンパ１９に不具合がある可能性がある。即ち、外気ダンパ１３或いは排気ダンパ１９が全閉にならない故障が想定される。

なお、排気ダンパ１９が全閉にならない故障の場合では、バイパスモードで運転している時の排気ファン１４の静圧を圧力計１６で測定し、排気ダンパ１９が正常な時の予め正常値記憶部２１ｂに記憶されている静圧と比較することにより、排気ダンパ１９の故障を診断することができる。
また、外気ダンパ１３の故障についても、バイパスモードで運転している時の給気ファン８の静圧を圧力計１２で測定し、正常値記憶部２１ｂに記憶されている外気ダンパ１３が正常な時の静圧と比較することにより、外気ダンパ１３の故障を判定することができる。

なお、診断モードでの診断中に、熱交換モードで運転して全熱交換器２の熱交換効率が低下している時に、例えば排気ダンパ１９を閉の状態から開とし、還気ダンパ１５を閉め、暫くした後に逆の操作、即ち還気ダンパ１５を開け、排気ダンパ１９を閉じる操作を行い、排気ダンパ１９を開けた時に熱交換効率が低下し、閉じた時に同じように外気ダンパ１３を閉の状態から開の状態（給気ダンパ７は開けたまま）とし、外気ダンパ１３を閉じた時に熱交換効率の低下があれば還気ダンパ１５には問題がないことが判る。

なお、全熱交換器２の熱交換効率は、（外気温度−給気温度）／（外気温度−還気温度）×１００％の式で得ることができる。
即ち、外気温度センサ１０で測定された外気温度と、給気温度センサ１１で測定された給気温度と、還気温度センサ１８で測定された還気温度とにより、全熱交換器２の熱交換効率の変化を判断することができるものである。
なお、診断中に、バイパスモードで運転して、全熱交換器２の熱交換効率が上昇している（ゼロにならない）場合には、給気ダンパ７或いは還気ダンパ１５の両方が全閉にならない不具合がある可能性がある。

なお、熱交換モードで運転中にダンパを個別に操作して不具合を確認することもできる。
例えば、外気ダンパ１３を開けた後、給気ダンパ７を閉めた時に、熱交換効率がゼロになれば、給気ダンパ７の動作に問題がないことが判る。この場合、熱交換効率がゼロにならなければ、給気ダンパ７が閉まらない動作不良が考えられる。
また、熱交換モードで運転中に排気ダンパ１９を開けた後、還気ダンパ１５を閉じた時に、熱交換効率がゼロになれば、還気ダンパ１５の動作に問題はなく、熱交換効率がゼロにならない場合には還気ダンパ１５が閉まらない動作不良が考えられる。

なお、給気ファン８や排気ファン１４やダクト系の異常を診断する場合においても、予め正常値記憶部２１ｂに、給気ファン８及び排気ファン１４の正常な状態での運転状態における各種の特徴量を記憶しておく。即ち、給気ファン８及び排気ファン１４の正常時の回転数，電流値，周波数，風量，静圧を正常値記憶部２１ｂに予め記憶しておき、この記憶されている正常値記憶部２１ｂ内の各種の特徴量と、診断モードにおける給気ファン８及び排気ファン１４の回転数，電流値，周波数，風量，静圧等の各種の特徴量とを比較・判断部２１ｃで対比することにより、給気ファン８或いは排気ファン１４の良否を診断することができる。

なお、給気風量が増えるか、逆に排気風量が減った時には、熱交換効率が低くなり、給気の割合が減るか或いは排気の割合が増えた時には、熱交換効率が高くなるため、診断モードでの診断中に、このような熱交換効率が低くなる場合、或いは高くなる場合は、給気ファン８或いは排気ファン１４の風量制御に異常があることが考えられるため、給気ファン８或いは排気ファン１４のそれぞれについて吐出圧等の制御値を上下させ、それに追従して周波数が上下して、風量制御が適正に働いているかどうかを確認する必要がある。これによりファン８，１４の風量制御の異常も良好に診断できるものである。

このように、大気中から全熱交換器２へ供給される外気の温度を検出する外気温度センサ１０と、全熱交換器２から空調機１へ供給される給気の温度を検出する給気温度センサ１１と、室内から全熱交換器２へ戻る還気の温度を検出する還気温度センサ１８を備えて外気温度センサ１０と給気温度センサ１１と還気温度センサ１８で測定された、全熱交換器２へ供給される外気の温度，全熱交換器２から室内へ給気される給気の温度，室内から全熱交換器２へ戻る換気の温度の関係から全熱交換器２の熱交換効率を算出し、ダンパ７，１３，１５，１９が正常状態の時の熱交換効率と、診断モードでの診断中の熱交換効率とを対比して、熱交換効率の変化によりダンパ７，１３，１５，１９の故障を判定することができる。

また、外気供給バイパス通路５及び排気バイパス通路６に備えられたそれぞれのダンパ１３，１９の正常時の予め決められた動作におけるファン８，１４の静圧を圧力計１６，１２で測定して、ダンパの正常時の静圧を予め正常値記憶部２１ｂに記憶させておき、この正常値記憶部２１ｂに記憶された静圧と、診断モードでの診断中における静圧とを対比することにより、全熱交換器２及びダンパ１３，１９，７，１５の良否を診断することができる。
また、ファン８，１４の正常時の予め決められた動作における回転数，電流値，周波数，風量等の各種の特徴量を予め正常値記憶部２１ｂに記憶させておき、診断モードでの診断中におけるこれらの各種の特徴量とを対比することにより、ファン８，１４の良否を診断することができるものである。

このように、全熱交換器２の外側に、大気中の外気を全熱交換器２を経由しないで空調機１に導入するための外気供給バイパス通路５と、空調機１からの排気を全熱交換器２を経由しないで大気中に排出するための排気バイパス通路６を設けた空気調和システムにおいて、全熱交換器２及びその周辺設備が適正に機能しているか、不具合を起こしていないかを良好に診断することができるものとなる。
なお、全熱交換器の正常時の熱交換効率と、バイパス通路に備えられたダンパの正常時の予め決められた動作における静圧とを対比することにより、全熱交換器、及びダンパの良否を診断する上記構成は、バイパス通路および切り替えのためのダンパが一つである全熱交換器システムにおいても適用できるものである。

１ 空調機
２ 全熱交換器
３ 外気供給通路
４ 冷暖房気排出通路
５ 外気供給バイパス通路
６ 排気バイパス通路
７ 給気ダンパ
８ 給気ファン
１０ 外気温度センサ
１１ 給気温度センサ
１２ 圧力計
１３ 外気ダンパ
１４ 排気ファン
１５ 還気ダンパ
１６ 圧力計
１７ 排気温度センサ
１８ 還気温度センサ
１９ 排気ダンパ

Claims (2)

1. 空調対象となる室内へ冷暖房気を供給する空調機と、空調された室内から排出される冷暖房気に含まれる排熱を回収するための全熱交換器と、外気を前記空調機に導入するためのダンパとファンを備えた外気供給通路と、前記空調機から前記冷暖房気を排出するための冷暖房気排出通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記外気を前記空調機に導入するためのダンパを備えた外気供給バイパス通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記空調機からの冷暖房気を大気中に排出するためのダンパを備えた排気バイパス通路と、前記冷暖房気の排熱と前記外気とを前記全熱交換器で熱交換させる熱交換モード、若しくは前記外気供給バイパス通路及び排気バイパス通路に備えられた前記ダンパを制御して当該バイパス通路を開放するバイパスモードのそれぞれに制御する制御部とを備えた空気調和システムにおいて、
   前記全熱交換器の正常時の熱交換効率と、前記外気供給バイパス通路及び前記排気バイパス通路に備えられたそれぞれのダンパの正常時の予め決められた動作における静圧とを記録しておく記憶部と、前記全熱交換器と前記ダンパを診断する診断モードに設定した状態で、前記記憶部に記憶されている前記全熱交換器の正常時の熱交換効率と、前記外気供給バイパス通路及び前記排気バイパス通路に備えられたそれぞれのダンパの正常時の予め決められた動作における静圧とを対比することにより、前記全熱交換器、及び前記それぞれのダンパの良否を診断する診断部とを備える
   ことを特徴とする空気調和システムにおける全熱交換器及び周辺設備の異常検知装置。
2. 空調対象となる室内へ冷暖房気を供給する空調機と、空調された室内から排出される冷暖房気に含まれる排熱を回収するための全熱交換器と、外気を風量制御して前記空調機に供給するための給気ファンを備えた外気供給通路と、前記冷暖房気を風量制御して大気中に排出するための排気ファンを備えた冷暖房気排出通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記外気を前記空調機に導入するためのダンパを備えた外気供給バイパス通路と、前記全熱交換器を経由しないで前記空調機からの冷暖房気を大気中に排出するためのダンパを備えた排気バイパス通路と、前記冷暖房気の排熱と前記外気とを前記全熱交換器で熱交換する熱交換モード、若しくは前記外気供給バイパス通路及び排気バイパス通路に備えられた前記ダンパを制御して当該バイパス通路を開放するバイパスモードのそれぞれに制御する制御部とを備えた空気調和システムにおいて、
   前記それぞれの給気ファン及び排気ファンの正常時の予め決められた動作における各種の特徴量を記録しておく記憶部と、前記それぞれのファンを所定の診断モードに設定した状態で、診断モードにおける特徴量と、前記記憶部に記憶されている前記各種の特徴量と対比することにより、前記それぞれのファンの良否を診断する診断部とを備える
   ことを特徴とする空気調和システムにおける全熱交換器及び周辺設備の異常検知装置。

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