JP2516600B2 - 液冷式空気調和システムにおいて、故障した検知器を発見するための診断装置 - Google Patents

液冷式空気調和システムにおいて、故障した検知器を発見するための診断装置

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JP2516600B2 JP61217858A JP21785886A JP2516600B2 JP 2516600 B2 JP2516600 B2 JP 2516600B2 JP 61217858 A JP61217858 A JP 61217858A JP 21785886 A JP21785886 A JP 21785886A JP 2516600 B2 JP2516600 B2 JP 2516600B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の背景] この発明は、液冷式空気調和システムにおいて、蒸発
器の冷媒圧力、並びに出て行く冷却された液体の温度等
を検知する検知器群の動作を効果的に試験し、少くとも
1つの検知器が故障であることを発見した場合には警告
を発するようにした診断装置に関する。
商業用や工業用の大規模な空気調和システムにおいて
は、遠心力を利用した液冷器(centrifugal liquid chi
ller)を用いるのが典型的である。冷媒が空気調和シス
テムの蒸発器内を流れる際に、循環する液体(通常は
「水」)は、冷媒と熱交換関係に置かれ、熱を冷媒に伝
導する。蒸発器から去ってゆく冷却された液体は、その
後、遠くの場所に分配されて、建物や地区の冷却に供さ
れる。去ってゆく冷却された液体の温度を所定の温度に
維持することにより、冷却すべき空間を望みの温度に保
つことができる。このために要求される制御は、通常
は、去ってゆく冷却液体の温度を検知し、この温度の測
定値に基づいてシステムの遠心圧縮器の入口に位置する
案内翼または予旋回翼(prerotation vanes)の位置を
調節することによって達成される。予旋回翼の調節によ
り遠心圧縮器の容量が変化し、このために空気調和シス
テムの冷却能力が変化する。
去ってゆく冷却された液体の温度を測定する検知器の
他に、安全上の理由から、蒸発器内の冷媒の圧力を監視
するための検知器がもう1つ設けられているのが普通で
ある。もし蒸発器内の冷媒の圧力が低すぎるか、去って
ゆく冷却された液体の温度が低すぎた場合には、蒸発器
の管内を通過する冷却液は凍ってしまい、空気調和ユニ
ットに障害をもたらすことになる。かくして、蒸発器の
冷媒圧力と、去ってゆく冷却液の温度との双方を監視す
ることによって、このいづれかの変動値が最低許容値以
下に下がった場合には、循環する冷却された液体の凍結
を防止するために、ユニットは停止される。
監視システムの適正な動作のためには、蒸発器内の圧
力検知器からの有効な情報と、去ってゆく冷却液体の温
度検知器からの有効な情報とが要求されることはもちろ
んである。残念ながら、従来は、個々の検知器をチェッ
クしてそれらが正確に作動していることを実証し確める
ための方法は無かった。検知器の誤作動は、発見されぬ
ままに推移し、望ましくないシステムの作動や、システ
ム故障を発生することのない凍結が生じてしまうことが
あった。検知器が誤作動しても、従来の空気調和システ
ムにおいてはこれを発見する方法は無かった。
この欠点は、この出願の発明により克服されたのであ
る。比較的費用のかからない設計上の変更により、蒸発
器の圧力の検知器や、去ってゆく液体の温度の検知器の
故障が自動的に発見され、欠陥のある検知器が存在する
場合には誤作動の警報メッセージが表示される。
[発明の概要] この発明の診断装置は液冷器を備えた空気調和システ
ムに組み込まれるものである。この空気調和システムに
おいては、蒸発器内の熱交換コイルを通って循環する液
を冷却するために、蒸発器内を冷媒が流れており、圧力
検知器が蒸発器内の冷媒の圧力を測定する。一方、温度
検知器が蒸発器から去ってゆく冷却された液の温度を測
定している。本発明の診断装置は、このいづれかの検知
器が誤作動している場合にこれを指示するものであり、
圧力検知器の出力から、蒸発器の冷媒圧力を示す冷媒圧
力信号を生成する手段と、温度検知器の出力から、去っ
てゆく冷却された液の温度を示す液温度信号を生成する
手段とからなる。冷媒圧力信号と液温度信号から、いづ
れの検知器の出力が誤りであるかを決定する演算手段を
有しており、検知器の故障を指示できる。故障した検知
器が発見された場合は、演算手段により制御される警報
手段が操作要員に警報を与える。
この発明の詳細な様相に従えば、演算手段は、冷媒圧
力信号から、それに等価な蒸発器冷媒温度を冷媒の圧力
−温度特性に基づいて計算する。この等価温度は、去り
ゆく冷却液体の温度から減算されて、この両者の温度差
が求められる。この温度差は検知器が正常に作動してい
ることを示す既知の温度差範囲〔例えば、−19.2℃(−
2.5゜F)〜3.9℃(25゜F)〕と比較される。
もし検知器が正しく作動しているときは、空気調和シ
ステムの操作状況は無関係に前記温度差は前記の温度差
範囲内にある。
一方、いづれかの検知器が異常である場合は、前記温
度差は前記の既知の温度差範囲外になる。警報手段は前
記温度差が前記範囲外にあると決定されるのに応じて動
作する。
[実施例の説明] (イ)空気調和システムの概要 本発明の新規な特徴は添付の特許請求の範囲に明記さ
れている。しかし、本発明の最適な理解のためには、付
属の図面に関連づけて以下の発明の詳細な説明を参照す
ることがよいであろう。
第1図に図示された空気調和システムは、商業用又は
工業用に使われている大型のシステムであって、遠心力
利用液冷器を用いたものである。遠心圧縮器12は、圧縮
された冷媒を放出する。この冷媒は凝縮器13内を流れて
凝縮され、冷却塔と凝縮器を循環する冷却水との熱交換
により冷却される。凝縮器13を経て冷媒は、膨張器14を
通過し、蒸発器15を通りぬけて遠心圧縮器の入口に至
る。冷却液(実施例では「水」)は、ライン16により建
物(又はその他の冷却負荷)から供給され、蒸発器15内
の熱交換コイルを通りぬけ、その後、蒸発器から遠方に
所在する建物に循環するための帰路のライン17に至る。
冷却液又は水は、蒸発器15内の熱交換コイルを通過しな
がら、冷媒に熱を伝達して冷却される。
蒸発器からライン17上を去った後で、冷却された水は
既知の方法により、建物の冷却に供される。例えば、送
風装置またはファンコイルユニットを使用するものにお
いては、冷却された水が流れているコイル状の管の周囲
に、ファンが室内の空気を吹き込むものである。圧縮器
12の入口は、圧縮器を流れる冷媒の量を調整するための
調節可能な案内翼、または予旋回翼(PRV)が設けられ
るのが普通である。圧縮器の能力はこの予旋回翼の位置
を変更することによって調節される。
(ロ)システムにおける検知器の作用 サーミスタ等からなる温度検知器は、蒸発器15を去っ
てゆく冷却された水の温度を検知すべく位置しており、
実測の温度を表わし且つ比例するアナログ量の電圧値を
生成する。検知器18で測定された温度に応答して作動す
る制御装置(図示略)が、去ってゆく冷却された液体の
温度(LCWT)を所望の設定値に維持するのに必要なだけ
圧縮器12の能力を調節するために、予旋回翼を制御する
ことが慣用されている。圧縮器の制御システムについて
は、明細書を不要に膨大にすることを避けるために図示
を略している。
去ってゆく冷却された水の温度の検知器の他に、空気
調和システムにおいては、操作上の異なる変動量または
パラメータを監視しかつ制御することが好ましい。この
ような変動量には、安全上の理由から測定されるものも
あり、この変動量が所定の限界値を逸脱した場合には適
切な処置が採られることになる。
循環する冷却された液の凍結を防止するために、蒸発
器15内の冷媒の圧力を監視する役割を負う圧力検知器19
は、蒸発器の冷媒圧力を示すアナログ量の電圧値を生成
する。検知器18,19に連結していて検知データを処理す
るための従来周知の回路構成の詳細は本発明の構成要素
ではないので第1図には示されていない。検知器18と検
知器19の出力は、検知器が正常に作動している場合に
は、互いに所定の既知の相関関係にあり、かつ、この関
係は、空気調和システムの操作条件のいかんに拘らずに
成立する。蒸発器の冷媒圧力(特定の蒸発器温度に対応
している)と、去ってゆく冷却された液の温度との間に
は、常に一定の関係が成立するであろう。というのは、
この液を冷却するのがこの冷媒であるからである。この
既知の関係を利用することにより、検知器が故障してい
るかどうかということを、検知器出力の比較をすること
で知ることができる。
(ハ)システムの制御回路 要するに、検知器18と検知器19の出力に応答して作動
するマイクロコンピューターからなる装置が、両出力間
に存する関係が所定の既知の関係にあるか、とり得ない
関係にあるのかを判断するのである。とり得ない状態が
見い出されたということは、検知器18または19の少くと
も一方に欠陥があることを意味するものであり、誤作動
を起こしている検知器の修理または交換を操作要員に促
すべく適切な警報が可視表示される。さらに、安全措置
のために、空気調和システムは停止される。この制御
は、主としてマイクロコンピューター24により遂行され
る。マイクロコンピューター24は、インテル社製の8051
番と称されているものでよい。上記のマイクロコンピュ
ーターは、所望のプログラムを不揮発性記憶するのに十
分なROM(読み出し専用記憶措置)を内蔵している。マ
イクロコンピューター24で制御される回路はすべて周知
の構成によるものまたは市場で入手可能なものでよい。
マルチプレクサ27は、1個の集積回路のチップであ
り、デコーダ29とラッチ31の制御の下に、複数の入力チ
ャネルから同時にアナログ量の電圧信号を受信できる能
力を有すると共に、これらの信号をA/D変換器28に一斉
に出力できる能力を有している。デコーダ29とラッチ31
はマイクロコンピューター24によって制御される。マル
チプレクサ27は、本発明の遂行に必要とされる2つの入
力よりもはるかに多くの入力を処理することができるも
のであるが、このようなマルチプレクサは、空気調和シ
ステムにおいて、上記以外のパラメータを監視し制御す
るのを容易にするために必要とされるであろう。RAM32
は、温度情報をそれが必要とされるまで記憶するのに使
用される。表示駆動回路34は、駆動されると、バッファ
として作用して、操作要員にメッセージを与える表示部
35へマイクロコンピューター24内のROMからのデータを
送る。リレー駆動回路36が作動すると、圧縮器制御リレ
ー37が作動を中止して圧縮器モーターの電源を断ち、空
気調和システムを停止する。
図面が不当に膨大となることを避けるために、第1図
にはこれらの回路構成のすべてが記載されているわけで
はないが、マイクロコンピューター24をプログラムして
空気調和システムの上記以外の作用や操作上の特性を監
視し制御することは容易になしうることであろう。
例えば、検知器18で測定された温度に応じて、去って
ゆく冷却された水の温度を所定の設定値に維持するため
に、圧縮器の能力を調節するようにマイクロコンピュー
ターをプログラムすることもできる。
マイクロコンピューターがプログラムを逐次実行して
いくのに伴い、去ってゆく冷却された水の実測温度を示
す検知器18からの情報が所望の設定値と比較され、この
比較結果によって遠心圧縮器の予旋回翼を調節して、去
ってゆく冷却された水の温度をほぼ一定にまたは所定の
設定値にするのに必要とされる設定を行うための適切な
制御信号が生成される。
〔フローチャート〕
本発明の動作は、第2図で示すフローチャートによれ
ばさらに十分に理解されるであろう。第2図は検知器18
と検知器19とが故障しているかどうかを発見するための
プロセスに関するマイクロコンピューターのプログラム
の一部分を叙述しているものである。
厳密に言えばこのプログラム部分は、メインプログラ
ムのサブルーチンである。演算システムは空気調和シス
テムにおける様々なパラメータを監視し制御することが
できるので、企図したすべての機能を含むものとすれ
ば、マイクロコンピューター24の完全なプログラムは第
2図に記載されたプログラムに比べて実質的にはるかに
膨大なものとなるであろう。
メインプログラム(ブロック41)から、判断ブロック
42は、空気調和システムが起動されているかどうか、そ
して、少くとも10分間以上作動しているかどうかを判断
する。この事前にセットされた予備期間は、蒸発器の冷
媒圧力と、去ってゆく冷却された液の温度を安定化する
のに必要とされる。もし、システムが10分間以上作動し
ていない場合は、このサブルーチンに入ることなくブロ
ック43で示すようにメインプログラムが継続される。
10分間システムが作動した後で、マイクロコンピュー
ター24は、マルチプレクサ27のアドレス(操作ブロック
44参照)をアドレスバス経由でデコーダ29に転送する。
その結果、デコーダはマルチプレクサの制御ラインを活
性化し(ブロック45)、マルチプレクサを起動する。去
ってゆく冷却された水の温度(LCWT)のマルチプレクサ
に対する入力46のアドレスが、操作ブロック47として図
示の様にマイクロコンピューター24からデータ/アドレ
スバスを介してラッチ31に送られて、該アドレスはラッ
チ31に保持され、ラッチ31は同時に制御バスを介して該
アドレスをマルチプレクサへ送られる。この結果、去っ
てゆく冷却された水の温度(LCWT)を示し入力46に現わ
れるアナログ電圧信号はマルチプレクサの出力に導びか
れる(ブロック48参照)。ラッチ31へ送出されたLCWTア
ドレス入力は一時的に現われるものであるが、このアド
レスはラッチに保持されるので入力46のLCWT信号は、デ
コーダからの制御ラインが活性化しているかぎり、マル
チプレクサの出力として供給され続ける。
次に、ブロック49で示すように、A/D変換器28のアド
レスがデコーダ29に送られ、このためにデコーダは、制
御ラインを介して活性化信号をA/D変換器に供給する
(ブロック51)。ラッチ31は前記LCWT信号入力アドレス
を保持しているので、検知器18からの出力電圧はマルチ
プレクサを経てA/D変換器に入力し、LCWTを示すディジ
タル信号即ち2進数に変換される(ブロック52)。プロ
グラムは、ここでブロック53に進む。このブロック53で
は、RAM32のアドレスがデコーダ29に送出される。デコ
ーダ29は、その結果、RAMの制御ラインを活性化し(ブ
ロック54)LCWTの2進数を以後の使用に供するためにRA
M内に記憶させる(ブロック55)。
フローチャートにおいてブロック56で示すように、マ
ルチプレクサのアドレスが再びデコーダ29に送られ、マ
ルチプレクサに対する制御ラインの活性化がデコーダに
よって行われる(ブロック57)。蒸発器圧力入力58のア
ドレスがマイクロコンピューター24からラッチ31へ送出
されて、ラッチ31はマルチプレクサにこのアドレス信号
を送り且つ保持する。次に(ブロック62)、A/D変換器
のアドレスはデコーダに送られ、このアドレスに応じ
て、デコーダはA/D変換器に対する制御ラインを活性化
する(ブロック63)。この結果、検知器19からの蒸発器
圧力出力電圧はA/D変換器に入力し、蒸発器圧力を示す
ディジタル信号即ち2進数に変換される。蒸発器圧力の
2進数は、それからマイクロコンピューター24に入力し
(ブロック65)、その後マイクロコンピューターは、RO
Mに記憶している冷媒(普通はR11)に関する。圧力−温
度の変換参照テーブルを利用して、蒸発器冷媒圧力を示
す2進数を、これに等価な蒸発器冷媒温度を表わす2進
数に変換する。さらに、マイクロコンピューターは、RM
Aのアドレスをデコーダに送り(ブロック67)、RAMに対
する制御ラインを活性化し(ブロック68)、その結果、
LCWTの2進数がマイクロコンピューターに供給される
(ブロック69)。
その後、プログラムのブロック71で示す処理がマイク
ロコンピューターにより遂行される。すなわち、去って
ゆく冷却された水の温度から、前記の等価蒸発器冷媒温
度が減じられる。これは2つの温度を示す2つの数値の
2進数の減算であり、結果として両者の温度差Δが得ら
れる。システムが安定動作にあり、かつ検知器18,19が
正常に動作していれば、この温度Δは必ず既知の温度範
囲内に納まる。図示の実施例によれば、この範囲は−1
9.2℃(−2.5゜F)から3.9℃(25゜F)である。空気調和
システムの操作条件に拘わりなく、検知器が正常に動作
している限りは、前記温度差Δは−19.2℃〜3.9℃(−
2.5゜F〜25゜F)の範囲内の値をとる。
この演算は、判断ブロック72に従ってマイクロコンピ
ューターによって決定される。ブロック72の判断がイエ
スであれば、検知器が正常な動作を行っていることであ
り、このサブルーチンは終了してメインプログラムが継
続する(ブロック43)。
これに対し、検知器18,19のいづれかが誤作動または
故障している事態では、前記温度差Δは前記温度範囲外
となり、判断ブロック72によってノーの決定が下される
ことになる。このことは、検知器18と検知器19との測定
値が、すなわち去ってゆく冷却された水の温度と蒸発器
の温度とがあり得ない関係におかれていることを実際上
示しているものであって、少くとも1つの検知器に誤り
があり、従って検知器が故障であることを示している。
これによりブロック73に入る。このブロックではリレー
駆動回路36のアドレスがマイクロコンピューター24から
デコーダに転送されて、リレー駆動回路に対する制御ラ
イン上に活性化信号を発生する(ブロック74)。リレー
駆動回路の作動に伴ない、マイクロコンピューターから
リレー駆動回路にデータが送られることとなり(ブロッ
ク75)、圧縮器制御リレー37を非活性化して空気調和シ
ステムの動作を停止させる(ブロック76)。その後で、
表示駆動回路34のアドレスがデコーダに送られて、表示
駆動回路に対する制御ラインが活性化される。表示部デ
ータ(マイクロコンピューターのROMに記憶されてい
る)が、かくしてデータ/アドレスバス経由で表示駆動
回路に送られて(ブロック79)、データバスから表示部
35に至る(ブロック81)。ブロック82で示される様に、
表示部データは、表示部35上に可視警報メッセージ「シ
ステム停止−蒸発器圧力検知器またはLCWT検知器に故
障」を生成する。この警報を見ることにより、操作要員
は故障した検知器を容易に識別し交換することができ
る。ブロック82で示す処理が遂行された後で、メインプ
ログラムはブロック43で示されるように継続される。
図示の実施例の診断装置はマイクロコンピューターを
ベースとしたものであるが、本発明は他の集積回路や、
ディスクリートな回路構成によっても実現できる。
本発明の特定の実施例について図示し説明したが、様
々な修正が可能であり、添付の特許請求の範囲の記載
は、本発明の真の精神と範囲内にあるこのような修正を
すべて包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例に基づく診断装置を有する液
冷式空気調和システムを示すブロックダイアグラム、 第2a図〜第2c図は、診断装置の遂行に際して行われる処
理と判断の論理シーケンスを示すフローチャートであ
る。 12……遠心圧縮器、13……凝縮器 14……膨張器、15……蒸発器 18,19……検知器 24……マイクロコンピューター 27……マルチプレクサ、28……A/D変換器 29……デコーダ、31……ラッチ 32……RAM、34……表示駆動回路 35……表示部、36……リレー駆動回路 37……圧縮器制御リレー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロイド・エイ・ジョンソン アメリカ合衆国ニユーヨーク州リヴアプ ール,ピー・オー・ボツクス 159 (56)参考文献 実開 昭49−130443(JP,U)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液冷器を有する空気調和システムであっ
    て、蒸発器内の熱交換コイルを通って循環する液を冷却
    するための冷媒が蒸発器内に流れ、蒸発器内の冷媒の圧
    力を圧力検知器が測定すると共に蒸発器を去ってゆく冷
    却された液の温度を温度検知器が測定するシステムにお
    ける診断装置であって、 圧力検知器の出力から、蒸発器の冷媒の圧力を示す冷媒
    圧力信号を生成する手段と、 温度検知器の出力から、去ってゆく冷却された液の温度
    を示す液体温度信号を生成する手段と、 前記冷媒圧力信号により表される蒸発器冷媒温度と、前
    記液温度信号により表される去ってゆく冷却された液の
    温度との間の差を求め、この温度差を検出器の正常な動
    作状態を示している所定の既知の温度範囲と比較してい
    づれかの検出器の出力に誤りがあることを決定し、この
    決定に基づいて検知器に異常があることを指示するため
    の演算手段と、 不良検知器が発見された際に操作要員に警報するため
    に、前記演算手段により制御される警報手段と、 を具備し、いづれかの検知器が故障である場合を検出す
    るための診断装置。
  2. 【請求項2】不良検知器が発見された場合に、前記警報
    手段が可視表示を与えることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の診断装置。
  3. 【請求項3】不良検知器が発見された場合は常に、安全
    上の措置のために、空気調和システムの圧縮器を前記演
    算手段の制御により停止させる手段を有することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の診断装置。
  4. 【請求項4】前記演算手段がマイクロコンピュータを含
    むことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の診断装
    置。
  5. 【請求項5】前記演算手段の演算が、前記空気調和シス
    テムの起動後、一定の期間遅延され、蒸発器冷媒圧力と
    去ってゆく冷却された液体の温度とを安定化することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の診断装置。
  6. 【請求項6】等価的な冷媒温度と、去ってゆく冷却され
    た温度とが2進数で表され、これらの2進数の減算が、
    前記温度差を示す2進数を生成することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の診断装置。
  7. 【請求項7】所定の既知の温度範囲が−19.2℃(−2.5
    °F)〜3.9℃(25°F)であり、検知器が正常に動作
    している限り、空気調和システムの操作状態に拘わらず
    温度差がこの温度範囲にあることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の診断装置。
JP61217858A 1985-09-18 1986-09-16 液冷式空気調和システムにおいて、故障した検知器を発見するための診断装置 Expired - Fee Related JP2516600B2 (ja)

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