JP2013133957A - 流量監視装置及び流量監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】流量計を設置することなく安価に構成でき、また、特定の機種に限定することなく複数機種を監視対象とできる流量監視装置及び流量監視システムを得る。
【解決手段】複数の冷凍装置１００に有線又は無線で接続される通信部１０２ｂと、監視対象の冷凍装置１００の運転情報を冷凍装置１００から通信部１０２ｂを介して受信する運転情報取得部と、複数の冷凍装置１００のそれぞれの機種情報を記憶する機種情報記憶部１０５と、機種情報記憶部１０５に記憶された複数の機種情報の中から監視対象の冷凍装置１００の機種情報を取得し、取得した機種情報と運転情報とを基に、監視対象の冷凍装置１００の負荷側熱交換器４を流れる被熱交換流体の流量を算出する流量算出部１０６とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、流量監視装置及び流量監視システムに関する。

従来より、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置及び負荷側熱交換器を備えた冷凍サイクルを循環する冷媒と被熱交換流体流路を流れる被熱交換流体とを負荷側熱交換器で熱交換させ、被熱交換流体を所望の温度まで冷却又は加熱する冷凍装置がある。この種の冷凍装置では、負荷側熱交換器を蒸発器として機能させることで被熱交換流体を冷却し、負荷側熱交換器を凝縮器として機能させることで被熱交換流体を加熱するようにしている。

そして、負荷側熱交換器を蒸発器として機能させた場合において、被熱交換流体が凍結温度まで冷却されると、被熱交換流体が蒸発器の流路内で凍結して流れにくくなる。このような異常状態をそのまま放置すると、蒸発器が破壊する恐れがある。よって、これを防止するため、従来より、蒸発器の低圧側の冷媒温度と蒸発器に流入する被熱交換流体の温度とを検出し、その検出結果に基づいて被熱交換流体の「凍結の有無」又は「凍結の可能性」を判定する冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷却装置では、判定結果に基づいて凍結防止制御を作動させることで、被熱交換流体の凍結を未然に防止するようにしている。

このように、この種の冷凍装置においては、被熱交換流体の流量異常の有無を把握することが重要とされており、流量の検出方法としては、被熱交換流体の流量を直接計測する計測器（流量計等）を設けて計測する方法や、流量計を用いずに運転情報を用いて算出する方法（例えば、特許文献２、３参照）があった。特許文献２、３では、二つの流体が熱交換する熱交換器において、一方の流体の流量を、その一方の流体を直接計測する流量計を用いることなく算出する技術を開示している。

特開２００９−２４３８２８号公報（第８頁〜第１１頁） 特許第３０８３９３０号（第３頁） 特許第３２５３１９０号（第３頁、第４頁）

被熱交換流体の流量を検出するにあたり、流量計を用いて直接計測する方法では、流量計を設置する必要があるため、冷凍装置が高価になってしまうという問題点があった。これに対し、特許文献２、３では流量計が不要であるため、安価に構成できる。しかしながら、特許文献２、３では、流量計測対象の一方の流体を直接計測する流量計自体は不要であるものの、その一方の流体の流量を算出するにあたり、他方の流体の流量が必要であり、その他方の流体の流量については流量計を用いて計測している。このため、冷凍装置として流量計が必要なこと自体に変わりはなく、コスト面の対策として不十分であった。

ところで、負荷側熱交換器を蒸発器として機能させた場合の被熱交換流体の凍結の有無を判定するにあたっては、その凍結の要因となる流量低下そのものを検知することが望ましい。しかしながら、特許文献１では流量そのものを検知するという観点はなく、負荷側熱交換器の壁面温度に基づいて判定しており、改善の余地があった。

また、近年では、冷凍装置の機種も多種に亘っており、複数機種を監視対象とできる汎用的な流量監視装置が望まれている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、流量計を設置することなく安価に構成でき、また、特定の機種に限定することなく複数機種を監視対象とできる流量監視装置及び流量監視システムを得ることを目的とする。

本発明に係る流量監視装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置及び負荷側熱交換器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、冷媒回路を流れる冷媒と負荷側熱交換器で熱交換して加熱又は冷却される被熱交換流体が流れる被熱交換流体流路とを有する１又は複数の冷凍装置に有線又は無線で接続される通信部と、監視対象の冷凍装置から、冷凍装置の運転情報を通信部を介して受信する運転情報取得部と、複数の冷凍装置のそれぞれの機種情報を記憶する機種情報記憶部と、機種情報記憶部に記憶された複数の機種情報の中から監視対象の冷凍装置の機種情報を取得し、取得した機種情報と運転情報とを基に、監視対象の冷凍装置の負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する流量算出部とを備えたものである。

本発明においては、冷凍装置の運転情報及び機種情報を用いて負荷側熱交換器に流れる被熱交換流体の流量を算出している。このため、流量計等の計測器を設置することなく、負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を常時把握できるため、安価に構成できる。また、複数の冷凍装置の機種情報を予め記憶しておき、監視対象の冷凍装置の機種情報に基づいて被熱交換流体流量の算出を行うことで、複数機種を監視対象として被熱交換流体の流量を監視することが可能な流量監視装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る流量監視システムの構成図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の運転情報の伝送方法の概念図である。 本発明の実施の形態１に係る流量監視装置における被熱交換流体の流量演算方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の負荷側熱交換器における冷媒温度と被熱交換流体温度との関係の一例を表した概念図である。 本発明の実施の形態１に係る流量監視装置における被熱交換流体の流量異常判定方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る流量監視システムにおける流量監視装置から冷凍装置へ伝送する制御信号の伝送方法の概念図である。 本発明の実施の形態１に係る流量監視システムの変形例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の負荷側熱交換器における冷媒温度と被熱交換流体温度との関係の別の一例を表した概念図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の別の構成図である。 本発明の実施の形態２に係る流量監視システムの構成図である。

実施の形態１．
《機器構成》
本発明の実施の形態１における流量監視システムの構成を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る流量監視システムの構成図である。

図１において、流量監視システム１０００は、１又は複数の冷凍装置１００（図１には便宜上、一台のみを図示している）と、各冷凍装置１００を遠隔にて監視する流量監視装置１０３とを備えている。冷凍装置１００と流量監視装置１０３は伝送線１０２を介して接続されており、冷凍装置１００の運転情報を流量監視装置１０３に送信したり、冷凍装置１００を制御するための制御信号を流量監視装置１０３から冷凍装置１００に送信したり等、双方向に通信可能となっている。伝送線１０２は有線又は無線であり、例えば電話回線、ＬＡＮ回線などである。なお、複数の冷凍装置１００を接続する場合、異なる機種が混在した構成であってもよいし、全て同一の機種であってもよい。

冷凍装置１００は、冷凍装置１００の運転情報（運転状態量）を検出し、検出結果の演算、記憶及びデータを外部と送受信する装置などを内蔵した基板やマイコンを有する制御装置１０１を備えている。制御装置１０１は、有線又は無線で流量監視装置１０３と接続される通信部１０２ａを備えている。

流量監視装置１０３は、冷凍装置１００との運転情報のデータ送受信を行い、データを用いた演算機能と、異常判定処理機能と、各種情報（運転情報、演算結果、異常判定結果等）の表示機能とを有するコンピュータである。流量監視装置１０３は、有線又は無線で冷凍装置１００と接続される通信部１０２ｂと、運転情報取得部１０４と、機種情報記憶部１０５と、流量算出部１０６と、各種情報の入力を行う入力部１０７と、液晶などの表示部１０８と、制御部１０９とを備えている。

運転情報取得部１０４は、通信部１０２ｂを介して冷凍装置１００から運転情報を取得する部分である。機種情報記憶部１０５は、冷凍装置１００の複数の機種情報が予め記憶されている部分である。機種情報記憶部１０５への機種情報の登録、削除、変更又は追加は入力部１０７の操作により使用者が自由に行うことが可能となっている。流量算出部１０６は、運転情報取得部１０４で取得した運転情報と機種情報記憶部１０５に記憶された機種情報とに基づいて後述の負荷側熱交換器４を流れる被熱交換流体の流量を算出する部分である。制御部１０９は、上述の各機能（演算機能、異常判定処理機能、表示機能）の処理を行う部分であり、流量監視装置１０３全体の制御を行う部分である。

図２は、本発明の実施の形態１における冷凍装置の構成図である。本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、冷媒が循環する冷媒回路Ａと、冷媒回路Ａを循環する冷媒と熱交換する被熱交換流体が循環する被熱交換流体流路Ｂとを備えている。

冷媒回路Ａは圧縮機１、熱源側熱交換器２、減圧装置３、負荷側熱交換器４が順次配管接続されて構成されている。被熱交換流体流路Ｂは、負荷側熱交換器４と、冷蔵庫や室内機などの冷熱負荷とが接続されて構成されている。この被熱交換流体流路Ｂには更に、被熱交換流体流路Ｂに被熱交換流体を循環させるための被熱交換流体送出装置５が接続されている。

（圧縮機）
圧縮機１は運転容量（周波数）を可変させることが可能な容積式圧縮機である。運転容量を可変させる制御方法は、例えば、インバータにより制御されるモータの駆動による方法やスライドバルブを用いた方法がある。図２においては、圧縮機１は１台のみとなっているが、これに限定されず、２台以上の圧縮機が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。

（熱源側熱交換器）
熱源側熱交換器２は、冷媒と外部からの熱源として供給される被熱交換媒体とが熱交換し、外部の熱源に放熱又は外部の熱源から吸熱する熱交換器である。熱源側熱交換器２は、例えば、伝熱管と多数のフィンで構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を用いる。フィン・アンド・チューブ型熱交換器を用いる場合は、熱交換媒体は空気であり、媒体の送出装置はファン等の駆動手段（図示せず）を用いる。

熱源側熱交換器２は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器に限らず、間隔をおいて薄板を多数並べて、周縁部をシールし、各薄板間に形成された空間を交互に冷媒流路と水流路としてなるプレート式熱交換器を用いてもよい。また、二重になった管の内外で熱交換を行う二重管式熱交換器等の熱交換器を用いてもよい。プレート式熱交換器や二重管式熱交換器を用いる場合の被熱交換媒体は、例えば水のような流体であり、ポンプなどの送出装置（図示せず）によって供給される。なお、この場合の被熱交換媒体は水に限定されず、凝固点を降下させる添加物を混ぜたブライン等であってもよい。また、図２においては、熱源側熱交換器２は１個のみの構成となっているが、これに限定されず２個以上の熱交換器が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。また、図２では、熱源側熱交換器２を凝縮器として作用させている状態を示している。

（減圧装置）
減圧装置３は、冷媒回路Ａ内を流れる冷媒の流量の調節等を行うものである。減圧装置３としては、ステッピングモータ（図示せず）により絞りの開度を調整することが可能な電子膨張弁、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又はキャピラリーチューブ等を用いることができる。図２においては、減圧装置３は１個のみの構成となっているが、これに限定されず２個以上の減圧装置が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。

（負荷側熱交換器）
負荷側熱交換器４は、冷媒と冷熱負荷から供給される被熱交換流体とが熱交換する熱交換器であり、例えば、プレート式熱交換器である。図２においては、負荷側熱交換器４は１個のみの構成となっているが、これに限定されず２個以上の熱交換器が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。また、図２では、負荷側熱交換器４を蒸発器として作用させている状態を示している。

（被熱交換流体と被熱交換流体送出装置）
被熱交換流体流路Ｂを循環する被熱交換流体は、例えば水のような流体であり、単なる水であってもよいし、凝固点を降下させる添加物を混ぜたブライン等であってもよい。また、本実施の形態１では被熱交換流体を前述のような流体としているため、被熱交換流体送出装置５はポンプなどの流体送出装置としている。しかし、これに限定されず、同様な役割を成すものであれば、他形式の送出装置であってもよい。

（冷媒）
冷凍装置に用いられる冷媒は例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４ＡなどのＨＦＣ冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａなどのＨＣＦＣ冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒などがあるが、これに限定されず、同様の冷媒作用をするものであれば上記以外のものであってもよい。

（冷凍装置の運転情報検出装置）
冷凍装置１００の運転情報検出装置について説明する。本実施の形態１における冷凍装置１００の運転情報検出装置としては、例えば図２に示すように圧縮機１の吸入側に吸入冷媒温度を検出する吸入冷媒温度検出装置４０と、負荷側熱交換器４に流入する被熱交換流体の温度を検出する被熱交換流体流入温度検出装置４１と、負荷側熱交換器４から流出する被熱交換流体の温度を検出する被熱交換流体流出温度検出装置４２とを備えている。また、運転情報検出装置として更に、圧縮機１の運転容量（周波数）を検出する運転容量検出装置２０と、圧縮機１の吸入側に設置され、冷媒回路Ａにおける低圧側の冷媒圧力を検出する低圧圧力検出装置３０とを備えている。これらの運転情報検出装置で検出された情報は、制御装置１０１に送信されるようになっている。

本実施の形態１における運転情報検出装置の各設置位置は図２に示す位置に限定されず、対応する温度や圧力、圧縮機１の運転容量を検出することが可能な範囲で別の位置に設置されていてももちろんよい。

圧縮機１の吸入側に吸入冷媒温度検出装置４０及び低圧圧力検出装置３０を設けることにより、圧縮機１が吸入する冷媒の過熱度（以下、圧縮機吸入過熱度という）の検出が可能となる。圧縮機吸入過熱度を制御することにより、液冷媒が圧縮機１に戻らない運転を実現することができる。

（運転情報の伝送方法及び制御系）
図３は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の運転情報の伝送方法の概念図である。次に、運転情報検出装置により検出された運転情報の伝送方法について図３に基づいて説明する。前述の運転情報検出装置により検出された冷凍装置１００の運転情報（圧縮機運転容量、冷媒圧力、冷媒温度、被熱交換流体温度等）は、図３に示すように制御装置１０１に伝送される。制御装置１０１には測定部１１０、演算部１２０、記憶部１３０、制御部１４０、通信部１０２ａが設けられている。

運転情報検出装置により検出された運転情報はまず測定部１１０へ入力される。測定部１１０に入力された運転情報検出値は演算部１２０に入力される。そして、検出値による演算を行う場合には演算部１２０で予め与えられた式等を用いて演算を行い、その演算結果が記憶部１３０へ入力されて記憶される。演算しない場合は測定部１１０に入力された運転情報検出値をそのまま記憶部１３０へ入力し記憶される。記憶部１３０には演算部１２０より得られた演算結果、冷媒物性値（飽和圧力、飽和温度、エンタルピなど）を計算する近似式やテーブル、演算に用いる式等が予め記憶されている。記憶部１３０に記憶された運転情報は、通信部１０２ａから伝送線１０２により流量監視装置１０３へ伝送され、流量監視装置１０３の通信部１０２ｂで受信される。

また、制御部１４０は、流量監視装置１０３から伝送され受信した制御信号に基づいて冷凍装置１００における圧縮機１、減圧装置３、被熱交換流体送出装置５のうち少なくとも何れかの制御（例えば圧縮機１の運転停止など）を行い、負荷側熱交換器４の凍結、又は圧縮機１の故障を回避する制御動作を行う。圧縮機１の故障は、圧縮機１が異常に過熱し、圧縮機１の部品に熱変形が生じて圧縮機１の駆動機構などが破壊されることによって生じる。圧縮機１の異常な過熱は、圧縮機１に流入する冷媒圧力（低圧）が低下し、圧縮機１に流入する冷媒流量が低下することによって生じる。このため、圧縮機１の故障回避制御としては、圧縮機１に流入する冷媒圧力（低圧）が低下しないように、被熱交換流体送出装置５を制御して負荷側熱交換器（蒸発器）４に流れる被熱交換流体の流量を増やす。圧縮機１の異常な過熱は、他に例えば圧縮機１に流入する冷媒流量が低下した場合にも生じる。これは、冷媒流量が低下すると、圧縮機１の駆動モータを冷媒により冷やすことができなくなるためである。この場合には、圧縮機１の故障回避制御として冷媒流量を増やす制御を行う。

なお、測定部１１０、演算部１２０、制御部１４０における処理はマイコンにより処理され、記憶部１３０は半導体メモリなどによって構成されている。

《冷凍装置の運転動作》
続いて、実施の形態１に係る冷凍装置１００の運転動作について図２に基づき説明する。圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器２へ至り、外部からの被熱交換媒体との熱交換作用により凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は、減圧装置３にて減圧されて二相冷媒となり負荷側熱交換器４に送られる。負荷側熱交換器４に送られた冷媒は、被熱交換流体送出装置５により供給される被熱交換流体との熱交換作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となる。

減圧装置３は、圧縮機１吸入側における冷媒の圧縮機吸入過熱度が所定値となるように開度調整され、負荷側熱交換器４を流れる冷媒の流量を制御している。このため、負荷側熱交換器４出口のガス冷媒は所定の過熱度を有する状態となる。そして負荷側熱交換器４にてガス化されたガス冷媒は再び圧縮機１へ戻る。なお、圧縮機吸入過熱度は吸入冷媒温度検出装置４０の検出値から蒸発温度を引くことにより求められる。また、蒸発温度は低圧圧力検出装置３０の圧力を飽和温度換算することにより求められる。

一方、被熱交換流体流路Ｂでは、被熱交換流体送出装置５によって被熱交換流体が負荷側熱交換器４に供給され、冷媒回路Ａの冷媒との熱交換作用により冷却された後、冷熱負荷に導かれる。負荷側熱交換器４内には、冷熱負荷要求に応じ、且つ被熱交換流体が凍結しない範囲での流量の冷媒が流れるように、制御装置１０１によって圧縮機１の運転容量が制御される。

《被熱交換流体流量の演算方法（フローチャート）》
図４は、本発明の実施の形態１に係る流量監視装置における被熱交換流体の流量演算方法のフローチャートである。流量監視装置１０３の流量算出部１０６は、冷凍装置１００から受信した運転情報と機種情報記憶部１０５に記憶された機種情報とに基づいて負荷側熱交換器４を流れる被熱交換流体流路Ｂの被熱交換流体流量を演算する。その流量演算方法を図４のフローチャートに基づき説明する。

ＳＴ１では、監視対象の冷凍装置１００の機種情報を機種情報記憶部１０５から取得する。機種情報としては、例えば、圧縮機ストロークボリュームや負荷側熱交換器４の仕様（伝熱面積、伝熱壁の熱伝導率、伝熱壁の厚さなど）、冷凍装置１００の標準被熱交換流体流量、機器使用運転流量下限値がある。また、その他にも機種情報として負荷側熱交換器４における冷媒と被熱交換流体との熱伝達率の算出式（式の内容については後述）に用いる比例係数βｒとβｗ、累乗係数γｒとγｗを機種情報として保持しておく。ここで、比例係数βｒとβｗ、累乗係数γｒとγｗは実測データ、もしくはシミュレーションデータ、熱伝達の理論式等より、それぞれ予め算出しておき、定数として機種情報記憶部１０５にて記憶保持しておく。

なお、流量監視装置１０３の機種情報記憶部１０５には、上述したように冷凍装置１００の機種情報を複数記憶することが可能であり、冷凍装置の機種情報データベースとして保持しておくことができる。これによって、流量監視対象の冷凍装置が変更された場合でも、変更後の冷凍装置１００の機種に対応した流量演算が可能となる。また、流量監視装置１０３に機種の異なる複数の冷凍装置１００が接続されている場合にも、各冷凍装置１００それぞれの流量演算が可能となる。

ＳＴ２では、流量監視装置１０３は、冷凍装置１００の運転情報（圧縮機１の運転容量、冷媒圧力、冷媒温度、被熱交換流体温度等）を冷凍装置１００から伝送線１０２を介して受信して取得する。

ＳＴ３では、ＳＴ１で取得した冷凍装置１００の機種情報とＳＴ２で取得した冷凍装置１００の運転情報とを用いて、流量監視装置１０３において冷媒循環量を演算する。冷媒循環量Ｇｒ［ｋｇ／ｈ］は例えば、圧縮機１の押しのけ量（ストロークボリューム）Ｖｓｔ［ｍ³］、圧縮機周波数Ｆ［Ｈｚ］、圧縮機吸入ガス比容積Ｖｇ［ｍ³／ｋｇ］、体積効率ηｖ［−］より次の式（１）から求める。

圧縮機吸入ガス比容積Ｖｇの算出方法は、例えば、低圧圧力検出装置３０と吸入冷媒温度検出装置４０の検出値のうち少なくともどちらか一方を用いて、冷媒物性値を求める近似式やテーブルなどにより演算して求める方法がある。体積効率ηｖは０．８〜０．９程度の値を定数として与える。

ＳＴ４では、被熱交換流体流量の仮定値（以下、流量仮定値という）Ｇｗｋ［ｍ³／ｈ］を設定する。ここでは流量仮定値Ｇｗｋとして予め機種情報として取得した標準被熱交換流体流量を設定する。

ＳＴ５では、負荷側熱交換器４の熱伝達特性を求めるために冷媒側熱伝達率αｒ［ｋＷ／（ｍ²・Ｋ）］と被熱交換流体側熱伝達率αｗ［ｋＷ／（ｍ²・Ｋ）］とを演算する。冷媒側熱伝達率αｒは冷媒循環量Ｇｒと、機種情報として取得した比例係数βｒと、累乗係数γｒとを用いて以下の（２）式より求めることができる。また、被熱交換流体側熱伝達率αｗは流量流量仮定値Ｇｗｋと、機種情報として取得した比例係数βｗと、累乗係数γｗとを用いて以下の（３）式より求めることができる。

ＳＴ６では、ＳＴ５で演算した各熱伝達率を用いて、負荷側熱交換器４における熱通過率Ｋを演算する。熱通過率Ｋは、冷媒側熱伝達率αｒと被熱交換流体側熱伝達率αｗとを用いて、次の（４）式より求めることができる。

なお、上記の（４）式は熱通過率Ｋの定義式から熱伝導抵抗の項を省略したものであるが、もちろん次の（５）式で示す熱通過率Ｋの定義式を用いてもよい。

ＳＴ７では、流量推算値（被熱交換流体流量）Ｇｗ［ｍ³／ｈ］を演算する。被熱交換流体流量Ｇｗは、ＳＴ６で求めた熱通過率Ｋと、ＳＴ１で取得した機種情報と、ＳＴ２で取得した運転情報とを用いて、次の（６）式で求めることができる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の負荷側熱交換器における冷媒温度と被熱交換流体温度との関係の一例を表した概念図である。図５に示すように、ΔＴｗは被熱交換流体流入温度検出装置４１の検出値Ｔｗｉと被熱交換流体流出温度検出装置４２の検出値Ｔｗｏとの差により求められる。対数平均温度差ΔＴｍは被熱交換流体流入温度検出装置４１の検出値Ｔｗｉと、被熱交換流体流出温度検出装置４２の検出値Ｔｗｏと、低圧圧力検出装置３０の検出値を飽和温度換算した値（蒸発温度）ＥＴとを用いて、例えば次の（７）式より求められる。

図４のフローチャートの説明に戻る。ＳＴ８では、ＳＴ７で算出した算出流量（被熱交換流体流量）Ｇｗが、ＳＴ４で設定した流量仮定値Ｇｗｋが等しいかを判定する。判定の結果がＮＯであればＳＴ９へ移動し、ＧｗｋをＧｗに置き換えて、もう一度ＳＴ５からの動作を繰り返す。この繰り返しは、ＳＴ８の判定結果がＹＥＳとなるまで繰り返され、ＳＴ８の判定結果がＹＥＳとなったときの算出流量Ｇｗを最終的な算出結果として演算終了する。なお、ＳＴ８では、算出流量Ｇｗと流量仮定値Ｇｗｋとが等しいかを判定したが、算出流量Ｇｗが流量仮定値Ｇｗｋに対して所定の範囲（例えば±１％など）に入っているか否かを判定するようにしてもよい。

《被熱交換流体流量の異常判定方法（フローチャート）》
図６は、本発明の実施の形態１に係る流量監視装置における被熱交換流体の流量異常判定方法のフローチャートである。流量監視装置１０３では、前述の方法で算出した被熱交換流体流量Ｇｗを基に、被熱交換流体流量の「流量異常の有無」の判定を行う。以下、流量の異常判定方法について図６のフローチャートに基づいて説明する。

ＳＴ１１では、図４のフローチャートで示した算出方法を用いて被熱交換流体流量Ｇｗを算出する。ＳＴ１２では、ＳＴ１１における演算により得られた被熱交換流体流量Ｇｗが適正な流量であるか判定する。この判定条件は、例えば、流量異常判定基準値Ｇｗｂを、機種情報として記憶した機器使用運転流量下限値の例えば５０％に予め設定しておき、「Ｇｗ＞Ｇｗｂ」を判定条件とする。そして、Ｇｗ＞Ｇｗｂを満たしていれば適正と判定してＳＴ１３へ移動し、Ｇｗ＞Ｇｗｂを満たしていなければ、適正ではないと判定してＳＴ１４へ移動する。ＳＴ１３では被熱交換流体流量正常出力を行い、判定を終了する。ＳＴ１４では被熱交換流体流量異常出力を行い、判定を終了する。

なお、本実施の形態１では、流量異常判定基準値Ｇｗｂを冷凍装置１００を運転する際の被熱交換流体流量下限値の５０％としたが、これに限られたものではなく、例えば下限値の８０％とする等、冷凍装置１００の運用状況によって流量異常判定基準値Ｇｗｂを変更してもよい。

また、ＳＴ１４にて異常出力となって判定が終了した場合、図７に示すように流量監視装置１０３から伝送線１０２を介して冷凍装置１００の制御装置１０１に保護制御信号を伝送し、冷凍装置１００を故障から守るための保護制御動作を実施させるようにするとよい。保護制御動作としては、例えば圧縮機１の即時運転停止、増速禁止、又は数秒ごとに圧縮機１の周波数を数Ｈｚずつ減速、又は圧縮機１の運転容量アップ禁止、数秒ごとに圧縮機１の運転容量を数％ずつダウン等のような運転制御がある。前述の運転制御以外にも、減圧装置３の開度を段階的もしくは連続的に増加させる運転制御や、被熱交換流体送出装置５による被熱交換流体の送出量を段階的又は連続的に増加させる運転制御を実施してもよい。

また、これらの保護制御動作は上記の運転制御の１つを行う単一設定でもよいし、上記の運転制御のうちの複数を行う併用設定であってもよい。保護制御動作を併用設定とする場合は、例えば、被熱交換流体流量Ｇｗに応じて各運転制御の閾値を設定し、流量低下の度合いに応じて段階的に各運転制御を行ってもよい。このように連動して保護制御動作となる各運転制御を実施することで、被熱交換流体の流量異常による負荷側熱交換器４の凍結や圧縮機１の故障等をより確実に防止することができる。

判定結果が正常の場合の出力は、流量監視装置１０３に設けられた表示部１０８での表示により行う。

判定結果が正常でない場合の出力の方法は、正常の場合と同様、流量監視装置１０３に設けられた表示部１０８での表示により行う。また、異常の場合は緊急を要すため、電話回線、ＬＡＮ回線、無線などの通信手段を通じて、サービスマンへ異常発生を直接出力し、報知してもよい。

また、正常／異常の判定結果の報知と合わせて、上式において算出された被熱交換流体流量Ｇｗの演算値（絶対値）も、流量監視装置１０３に設けられた表示部１０８に表示する。

上記のように異常／正常の判定結果及び被熱交換流体流量を出力・表示させることで、冷凍装置１００のユーザーや管理者に冷凍装置１００の運転状態をわかりやすく明示することができ、冷凍装置１００の保守管理、メンテナンスなどが容易になる。

（作用効果）
このように構成された流量監視装置１０３においては、流量計を設置することなく、被熱交換流体流量を把握することが可能となるため、安価に冷凍装置１００の保守管理システムを実現できる。

また、被熱交換流体の流量を把握できるため、ユーザーや冷凍装置１００のメンテナンス作業者にとって流量異常の有無の把握がしやすいという利点がある。これにより冷凍装置の故障を未然に防止することが可能となるため、信頼性の高い冷凍装置１００の保守、メンテナンス技術を得ることができる。

また、流量監視装置１０３により冷凍装置１００から離れた場所でも被熱交換流体流量を監視することができるため、信頼性の高い保守管理やメンテナンス技術が得られる。

また、冷凍装置１００とは別体の流量監視装置１０３に複数の機種情報を予め記憶・保持させておき、流量監視装置１０３においてその機種情報に基づいて被熱交換流体流量の演算及び流量異常判定を行うことで、異なる複数機種の冷凍装置における流量監視が可能となる汎用的な遠隔監視システムを実現することができる。

（冷凍装置の変形例）
各実施の形態の冷凍装置における冷媒回路Ａの構成は、図２に示した構成に限定されず、上記機器構成に記載した以外の要素、例えば、四方弁やアキュームレータ、レシーバ等が接続された冷媒回路であってももちろんよい。また、図２には、冷媒と被熱交換流体の流れの関係が対向流の形態（被熱交換流体流路Ｂにおける実線の矢印の方向）をとって熱交換していたが、冷媒と被熱交換流体の流れの関係が逆向きの関係となる並行流の形態（被熱交換流体流路Ｂにおける破線の矢印の方向）をとって熱交換を行う構成であってもよい。

また、図２には、負荷側熱交換器４が蒸発器となる構成を例にとって説明したが、負荷側熱交換器４が凝縮器となる構成であってもよい。その場合、図１０に示すように冷媒回路Ａにおいて負荷側熱交換器４と熱源側熱交換器２の関係が逆になり、上述した冷凍装置１００の運転動作も負荷側熱交換器４と熱源側熱交換器２の関係が逆となる。

また、負荷側熱交換器４が凝縮器の作用をすることによって、検出装置の対応関係や、負荷側熱交換器４における冷媒温度と被熱交換流体温度との関係、等が変わるが、それに対応して演算方法等が変更される部分（冷媒と水の出入口温度差や対数平均温度差の計算方法など）は適宜変更可能である。

（対数平均温度差ΔＴｍの算出方法の変形例）
上記の説明では、対数平均温度差ΔＴｍを、被熱交換流体流入温度Ｔｗｉ、被熱交換流体流出温度Ｔｗｏ及び蒸発温度ＥＴを用いて（７）式に基づいて算出するとしたが、以下のように算出してもよい。すなわち、図８に示すように、図２の構成に加えて更に冷媒流入温度検出装置４３及び冷媒流出温度検出装置４４を設け、これらの各検出値も用いて次式により算出してもよい。

このようにして求めた対数平均温度差ΔＴｍを用いて被熱交換流体流量Ｇｗを求めることにより、負荷側熱交換器４の出入口で生じる冷媒の温度勾配を考慮した対数平均温度差ΔＴｍを求めることができるため、被熱交換流体流量Ｇｗ推算の高精度化を図ることができる。

例えば、Ｒ４１０Ａのような疑似非共沸混合冷媒の場合、図５に示したように冷凍装置１００の負荷側熱交換器出入口の冷媒で温度勾配はほとんど生じないが、例えばＲ４０７Ｃのような非共沸混合冷媒の場合には、図９に示すように負荷側熱交換器４の出入口で冷媒の温度勾配が生じる。このように、特にＲ４０７Ｃのような非共沸混合冷媒を使用する冷凍装置において上述の演算方法を適用することで、被熱交換流体流量Ｇｗの推算精度を向上させることが可能となる。

なお、ここでは冷媒流入温度検出装置４３と、冷媒流出温度検出装置４４の両方が設置されるとしたが、例えば冷媒流出温度検出装置４４は設置せず、冷媒流入温度検出装置４３のみを設置するとしてもよい。その場合、冷媒流出温度検出装置４４として吸入冷媒温度検出装置４０を代用すると上式で対数平均温度差ΔＴｍを求めることができる。

実施の形態２．
《機器構成》
本発明の実施の形態２における流量監視システムの構成を図１１に基づいて説明する。図１１は、本発明の実施の形態２に係る流量監視システムの構成図である。なお、本実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、構成など同一の箇所については同一の符号を用いて述べることとする。また、実施の形態１と同様の部分について適用される変形例は、本実施の形態２についても同様に適用される。

（運転情報の伝送方法）
流量監視システム２０００では、実施の形態１の冷凍装置１００に代えて冷凍装置２００を備えている。冷凍装置２００は、実施の形態１と同様の前述の運転情報検出装置により検出された冷凍装置２００の運転情報（圧縮機運転容量、冷媒圧力、冷媒温度、被熱交換流体温度）を、制御装置１０１を介さず、図１１に示すように運転情報検出装置から直接、流量監視装置１０３へ伝送するようにしており、この点が冷凍装置１００と異なる。それ以外については実施の形態１と同様である。なお、図１１には、冷媒流入温度検出装置４３及び冷媒流出温度検出装置４４を備えた構成を示しているが、これらは省略可能である。

そして、流量監視システム２０００では、実施の形態１と同様に、流量監視装置１０３において受信した冷凍装置２００の運転情報に基づいて、流量監視装置１０３の流量算出部１０６が冷凍装置２００の被熱交換流体流量Ｇｗの演算及び「流量異常の有無」の判定を行う。なお、図１１においては運転情報の伝送線１０２を有線であるとして図示しているが、無線としてもよい。

本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、冷凍装置２００の運転情報を制御装置１０１を介さずに直接、流量監視装置１０３へ伝送するようにしたので、以下の効果が得られる。つまり、運転情報検出装置が必ずしも冷凍装置２００に既存設置されていなくてもよく、外部から新規に追加した（つまり外付けの）検出装置とすることができる。これにより、例えば、既設の冷凍装置を監視対象とした場合で、必要な検出装置が設置されていない場合等においても、必要な検出装置を新規で追加することにより、高精度な被熱交換流体の流量異常判定及び被熱交換流体流量の監視を実施することが可能となる。

以上には、本発明の特徴事項を各実施の形態において説明したが、上述したように、例えば、冷媒の流路構成、被熱交換流体の流路構成、圧縮機・熱交換器・減圧装置等の冷媒回路要素の構成、各運転情報検出装置の設置位置等の内容は、各実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の課題の範囲内で適宜変更可能である。

１ 圧縮機、２ 熱源側熱交換器、３ 減圧装置、４ 負荷側熱交換器、５ 被熱交換流体送出装置、２０ 運転容量検出装置、３０ 低圧圧力検出装置、４０ 吸入冷媒温度検出装置、４１ 被熱交換流体流入温度検出装置、４２ 被熱交換流体流出温度検出装置、４３ 冷媒流入温度検出装置、４４ 冷媒流出温度検出装置、１００ 冷凍装置、１０１ 制御装置、１０２ 伝送線、１０２ａ 通信部、１０２ｂ 通信部、１０３ 流量監視装置、１０４ 運転情報取得部、１０５ 機種情報記憶部、１０６ 流量算出部、１０７ 入力部、１０８ 表示部、１０９ 制御部、１１０ 測定部、１２０ 演算部、１３０ 記憶部、１４０ 制御部、２００ 冷凍装置、１０００ 流量監視システム、２０００ 流量監視システム、Ａ 冷媒回路、Ｂ 被熱交換流体流路。

Claims (12)

1. 圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置及び負荷側熱交換器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、前記冷媒回路を流れる冷媒と前記負荷側熱交換器で熱交換して加熱又は冷却される被熱交換流体が流れる被熱交換流体流路とを有する１又は複数の冷凍装置に有線又は無線で接続される通信部と、
   監視対象の前記冷凍装置から、該冷凍装置の運転情報を前記通信部を介して受信する運転情報取得部と、
   複数の冷凍装置のそれぞれの機種情報を記憶する機種情報記憶部と、
   前記機種情報記憶部に記憶された複数の機種情報の中から監視対象の前記冷凍装置の機種情報を取得し、取得した機種情報と前記運転情報とを基に、監視対象の前記冷凍装置の前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する流量算出部と
   を備えたことを特徴とする流量監視装置。
2. 前記流量算出部で算出した算出流量に基づいて流量異常の有無を判定する制御部を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の流量監視装置。
3. 前記制御部は、流量異常有りと判定した場合、前記算出流量に応じて、前記冷凍装置の前記圧縮機と、前記減圧装置と、前記被熱交換流体流路に被熱交換流体を送出する被熱交換流体送出装置とのうちの少なくとも一つの制御量を決定し、決定した制御量を指示する制御信号を前記通信部から前記冷凍装置に送信して前記冷凍装置における前記負荷側熱交換器の凍結、又は前記圧縮機の故障を回避することを特徴とする請求項２記載の流量監視装置。
4. 前記流量算出部により算出した算出流量を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の流量監視装置。
5. 前記流量算出部は、
   前記冷凍装置から取得した前記運転情報と前記機種情報とに基づいて冷媒の冷媒側熱伝達率と熱交換流体の被熱交換流体側熱伝達率とを算出し、
   前記冷媒側熱伝達率及び前記被熱交換流体側熱伝達率を用いて、前記負荷側熱交換器の熱通過率を算出し、
   前記熱通過率と、前記運転情報として取得した、前記冷媒回路における低圧側の冷媒圧力を飽和温度換算した前記冷媒の蒸発温度と、前記負荷側熱交換器へ流入する熱交換流体の熱交換流体流入温度と、前記負荷側熱交換器から流出する熱交換流体の被熱交換流体流出温度と、を用いて前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の流量監視装置。
6. 前記流量算出部は、
   前記冷凍装置から取得した前記運転情報と前記機種情報とに基づいて冷媒の冷媒側熱伝達率と熱交換流体の被熱交換流体側熱伝達率とを算出し、
   前記冷媒側熱伝達率及び前記被熱交換流体側熱伝達率を用いて、前記負荷側熱交換器の熱通過率を算出し、
   前記熱通過率と、前記運転情報として取得した、前記負荷側熱交換器へ流入する熱交換流体の熱交換流体流入温度と、前記負荷側熱交換器から流出する熱交換流体の被熱交換流体流出温度と、前記負荷側熱交換器に流入する冷媒の冷媒流入温度と、前記負荷側熱交換器から流出する冷媒流出温度と、を用いて前記負荷側熱交換器を流れる被熱交換流体の流量を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の流量監視装置。
7. 前記流量算出部は、
   前記負荷側熱交換器を流れる前記冷媒の冷媒循環量をパラメータとする関数式により、前記冷媒側熱伝達率を算出し、
   前記負荷側熱交換器を流れる前記被熱交換流体の流量をパラメータとする関数式に、予め設定した流量仮定値を前記被熱交換流体の流量として代入して前記被熱交換流体側熱伝達率を算出し、
   前記冷媒側熱伝達率と前記被熱交換流体側熱伝達率とを用いて、前記負荷側熱交換器の前記熱通過率を算出する
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６記載の流量監視装置。
8. 前記流量算出部は、
   算出した前記被熱交換流体の算出流量と、前記流量仮定値とを比較し、
   前記算出流量と前記流量仮定値との差分が所定値よりも大きい場合、前記被熱交換流体側熱伝達率を算出する際の前記被熱交換流体の流量を、前記流量仮定値に代えて前記算出流量に置き換えて前記被熱交換流体側熱伝達率を再度算出し、再度算出した前記被熱交換流体側熱伝達率を用いて前記負荷側熱交換器における被熱交換流体の流量を算出し直す処理を前記算出流量と前記流量仮定値との差分が前記所定値以下となるまで繰り返し、前記算出流量と前記流量仮定値との差分が前記所定値以下となったときのその算出流量を、最終的な算出結果とすることを特徴とする請求項７記載の流量監視装置。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の流量監視装置と、前記冷凍装置とを備え、
   前記冷凍装置は、前記冷凍装置の運転情報を検出する運転情報検出装置と、
   前記運転情報検出装置で検出された運転情報を記憶する運転情報記憶部と、
   前記運転情報記憶部に記憶された前記運転情報を有線又は無線により前記流量監視装置へ伝送する通信部と
   を備えたことを特徴とする流量監視システム。
10. 請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の流量監視装置と、前記冷凍装置とを備え、
    前記冷凍装置は、前記冷凍装置の運転情報を検出し、検出結果を前記流量監視装置の前記通信部に有線又は無線で送信する運転情報検出装置を備えたことを特徴とする流量監視システム。
11. 前記運転情報検出装置は、
    前記冷媒回路における低圧側の冷媒圧力を検出する低圧圧力検出装置と、
    前記圧縮機が吸入する前記冷媒の温度を検出する吸入冷媒温度検出装置と、
    前記圧縮機の運転容量を検出する運転容量検出装置と、
    前記負荷側熱交換器へ流入する熱交換流体の熱交換流体流入温度を検出する被熱交換流体流入温度検出装置と、
    前記負荷側熱交換器から流出する熱交換流体の熱交換流体流出温度を検出する被熱交換流体流出温度検出装置と
    を備えていることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の流量監視システム。
12. 前記運転情報検出装置は更に、
    前記負荷側熱交換器へ流入する冷媒の冷媒流入温度を検出する冷媒流入温度検出装置と、
    前記負荷側熱交換器から流出する冷媒の冷媒流出温度を検出する冷媒流出入温度検出装置と
    を備えたことを特徴とする請求項１１記載の流量監視システム。

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