JP3340814B2 - 吸収式冷温水機の故障診断システム - Google Patents

吸収式冷温水機の故障診断システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、吸収式冷凍機に代表さ
れる吸収式冷温水機に関し、特に吸収器にて散布される
吸収液、即ち濃液の濃度に基づいて、各種異常に起因す
る運転能力の低下を検知する故障診断システムに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】吸収式冷凍機においては、凝縮器、蒸発
器、吸収器、再生器等を相互に配管接続して1つの冷凍
サイクルが構成される。特に二重効用型の吸収式冷凍機
は冷凍効率が高いため、広く採用されている(例えば特
開昭62-77567号〔F25B15/00〕参照)。
【0003】図1は二重効用型の吸収式冷凍機の構成を
示しており、凝縮器(11)及び低温再生器(12)からなる上
胴(1)、蒸発器(21)及び吸収器(22)からなる下胴(2)、
バーナ(31)を内蔵した高温再生器(3)、高温熱交換器
(4)、低温熱交換器(5)等が相互に配管接続されてい
る。
【0004】吸収式冷凍機においては、冷却水の汚れ、
吸収液循環量の異常、真空度の異常等、冷凍機の内部異
常を診断するべく、蒸発器(21)、凝縮器(11)等の各熱交
換ユニットについて、診断時における対数平均温度差Δ
Tと正常運転時における対数平均温度差ΔTsから、下
記数1によって定義される異常度Aを算出し、この異常
度を監視することが行なわれている。
【0005】
【数1】A=(ΔT−ΔTs)/ΔTs
【0006】ところで、吸収式冷凍機においては、何ら
かの内部異常が発生すると、冷凍効率が低下する結果、
吸収器にて散布される吸収液、即ち濃液の濃度が上昇す
ることになる。濃液濃度が一定値を越えると、吸収液の
結晶化等、重大な障害を招く。そこで、吸収式冷凍機に
は、濃液濃度を監視して、濃液濃度が一定値を越える
と、冷凍機の運転を停止させる安全装置が装備されてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、濃液濃
度は冷凍負荷や他の運転状態に応じて変動し、例えば
負荷時には低い値を示していたとしても、冷凍負荷が急
激に増大すると、これに応じて濃液濃度が急上昇し、運
転停止に至ることなる。この様に突然に運転が停止する
と、その復旧期間は負荷の高い時期であるにも拘わら
ず、冷凍機が全く機能せず、大きな問題を招来する。こ
こで、上述の異常度の監視によって内部状態の異常を予
知せんとしても、異常度の変化率は冷凍負荷に依存し、
高負荷状態に比べて低負荷状態では、その変化が顕著に
現われない。従って、低負荷状態では、冷凍機内部の異
常を的確に検出することが困難である。
【0008】本発明の目的は、低負荷時であっても内部
の異常を的確に検出することが出来る故障診断システム
を提供することである。又、本発明の他の目的は、内部
異常の検出に基づいて、濃液濃度に関する運転の余裕度
を定量的に認識し、負荷を制限する等の対策を講じるこ
とが出来る故障診断システムを提供することである。
【0009】
【課題を解決する為の手段】本発明に係る吸収式冷温水
機の第1の故障診断システムは、吸収器にて散布される
吸収液の濃度(濃液濃度)、該吸収液の冷却に関与する冷
却水の温度、及び冷凍負荷を検出する検出手段と、冷凍
負荷を変数、冷却水温度をパラメータとして、正常運転
時における濃液濃度の変化を表わす濃液濃度特性が、予
め格納されている記憶手段と、冷却水温度と冷凍負荷の
検出値に基づいて、前記記憶手段から正常運転時の濃液
濃度(適正濃液濃度)を導出する濃度導出手段と、濃液濃
度の検出値(評価濃液濃度)と前記適正濃液濃度の差を算
出すると共に、該濃度差に基づいて、異常の程度を表わ
す診断データを作成して出力する診断処理手段とを具え
ている。
【0010】又、本発明に係る第2の故障診断システム
は、上記検出手段、記憶手段、及び濃度導出手段に加え
て、濃液濃度の検出値(評価濃液濃度)と前記適正濃液濃
度の差を算出すると共に、該濃度差分だけ、前記記憶手
段に格納されている濃液濃度特性をシフトすることによ
って、濃液濃度の最大許容値を限度とする現在の運転能
力の余裕度を算出する演算手段を具えている。
【0011】具体的構成において、上記演算手段は、シ
フトされた濃液濃度特性に基づいて、冷却水温度がその
検出値に保持されたまま冷凍負荷が増大したときの濃液
濃度の変化を求め、該濃液濃度がその最大許容値に達す
ることとなる冷凍負荷の上限値を導出し、該上限値を最
大運転能力として、現在の運転能力の余裕度を算出する
ものである。
【0012】
【作用】先ず本発明に係る吸収式冷温水機の故障診断の
原理について、図3及び図4に基づいて説明する。真空
度異常や冷却水の汚れ等、吸収式冷凍機に生じる殆どの
異常状態は、最終的には、吸収液の濃度が上昇する現象
となって現われる。従って、正常運転状態における吸収
液の濃度の適正値が判明していれば、吸収液の濃度を異
常状態の監視パラメータとして用いることが出来る。特
に、吸収器にて散布される吸収液の濃度(濃液濃)の上
昇は、結晶の発生等、運転停止を招く内部異常の直接の
要因となり得るため、異常の検出には、濃液濃度を用い
ることが適当である。
【0013】吸収液濃度の適正値は冷凍負荷及び冷却水
温度に依存する。図3は、冷凍機が正常に運転されてい
る状態における濃液濃度の変化特性を、冷凍負荷を変
数、冷却水入口温度をパラメータとしてプロットしたも
のである。図示の如く、冷却水入口温度を一定に保った
場合、冷凍負荷と濃液濃度の間には一義的な関数関係が
成立する。そこで、予め図4の如く正常運転状態におけ
る濃液濃度の変化を、冷凍負荷を変数、冷却水入口温度
をパラメータとする濃度特性曲線に表わす。そして、該
特性曲線に基づいて、濃液濃度の検出値(評価濃液濃度)
と適正濃の差を算出すれば、該濃度差の大小が内
部異常の程度を表わすことになる。
【0014】又、該濃度差分だけ図4の濃液濃度特性を
シフトすれば、異常発生状態における濃液濃度特性が得
られる。例えば図4に点P′で示す様に、冷凍負荷が略
50%での濃液濃度の検出値(評価濃液濃度)が62%、
冷却水入口温度が28℃であったとすると、そのときの
適正濃液濃度は点Pで示すように略58%である。従っ
て、評価濃液濃度と適正濃液濃度の差dDsだけ、28
℃のときの濃度特性曲線P−Qをシフトして、異常発生
状態における特性曲線P′−Q′を得る。そして、該特
性曲線P′−Q′が、濃液濃度の最大許容値(運転許容
限界濃度)Ds_maxのレベルと交差する点Q′にお
ける冷凍負荷Lc_eを、その異常発生状態での運転能
力限界値に設定する。従って、運転能力限界値Lc_e
と冷凍負荷の検出値Lcの差dLcが運転能力の余裕度
を表わすことになる。
【0015】本発明に係る故障診断システムは上記考察
から生れたものであって、上記第1の故障診断システム
においては、各種センサーや推定演算によって濃
度、冷却水温度、及び冷凍負荷が直接に測定され或いは
推定によって算出される。記憶手段には図4に示す如き
濃液濃度特性が関数化されて格納されており、冷却水温
度と冷凍負荷の検出値に基づいて、正常運転時の濃液濃
度(適正濃液濃度)Ds_nが導出される。そして、濃液
濃度の検出値(評価濃液濃度)Ds_mと前記適正濃液濃
度Ds_nの差dDsを算出し、該濃度差の大小に応じ
て、異常の程度を表わす診断データ、例えば“正常”
“やや異常”“異常”が作成される。
【0016】又、上記第2の故障診断システムにおいて
は、更に図4の濃液濃度特性を濃度差dDsだけシフト
することによって、異常状態における濃液濃度特性を作
成し、これに基づいて、濃液濃度の最大許容値を限度と
する現在の運転能力の余裕度が算出される。
【0017】
【発明の効果】本発明に係る吸収式冷温水機の故障診断
システムによれば、低負荷時であっても濃液濃度の正常
値と検出値の差に基づいて、内部異常が的確に検出され
る。又、内部異常の検出に基づいて、濃液濃度に関する
運転の余裕度が定量的に認識されるから、異常発生時に
は、負荷を制限する等の対策を講じることによって、冷
温水機の異常停止を回避出来る。
【0018】
【実施例】以下、本発明を二重効用型の吸収式冷凍機に
実施した一例につき、図面に沿って詳述する。図1に示
す如く吸収式冷凍機は、冷媒として水、吸収液として臭
化リチウム(LiBr)溶液を用いたもので、凝縮器(11)
及び低温再生器(12)からなる上胴(1)、蒸発器(21)及び
吸収器(22)からなる下胴(2)、バーナ(31)を内蔵した高
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て構成されている。尚、これら複数
の機器の媒体入出力部には、必要なセンサー(図示省略)
が取り付けられており、後述の各種物理量が測定され
る。
【0019】クーリングタワー(図示省略)から供給され
る温度の低い冷却水は、先ず吸収器(22)を通過した後、
凝縮器(11)を通過し、これによって温度が上昇した冷却
水は再びクーリングタワーへ戻される。又、室内ユニッ
ト(図示省略)からの温度の高い冷水は蒸発器(21)を通過
し、これによって冷却された温度の低い冷水が室内ユニ
ットへ供給される。
【0020】図2は、本発明に係る故障診断システムの
構成を示している。センサー群(6)は、低温再生器(12)
の温度Ts_hi、凝縮器(11)の凝縮温度Tv_con
d、吸収器(22)の冷却水入口温度Tco_in、冷却水
中間温度Tco_mid、冷却水出口温度Tco_ou
t、蒸発器(21)の冷水出口温度Tc_out、冷水入口
温度Tc_in、冷水流量Vc等を夫々測定するための
圧力計、温度計、流量計を具えている。
【0021】演算処理回路(7)はマイクロコンピュータ
によって構成され、4つの計算部(71)(72)(74)(77)の
他、推定部(73)、検出部(75)及び診断部(76)を具えてい
る。濃液濃度推定部(73)は、低温再生器温度Ts_hi
及び凝縮温度Tv_condから、下記数2に基づいて
濃液濃度の推定値Ds(%)を算出するものである。尚、
該算出式は実験式であって、精度の良い推定式として知
られている。
【0022】
【数2】 Ds=(Ts_hi+280.0)×139.0/(Tv_cond+273.0)−102.4
【0023】冷凍負荷計算部(71)は、冷水流量Vc、冷
水出口温度Tc_out及び冷水入口温度Tc_inか
ら、下記数3に基づいて冷凍負荷Lcを算出する。
【数3】Lc=Vc(Tc_in−Tc_out)
【0024】正常時の濃液濃度特性計算部(74)には、図
4の如く冷凍負荷を変数として正常運転時における濃液
濃度の変化を表わす濃液濃度曲線が、複数の異なる冷却
水入口温度をパラメータとして関数化され、格納されて
いる。下記数4は特定の冷却水入口温度における濃液濃
度曲線を2次式で近似したものである。
【0025】
【数4】Ds=a×Lc2+b×Lc+c ここで、定数a、b及びcは、図3のグラフに示す実測
値に最小二乗法を適用することによって決定される。
【0026】濃液濃度特性計算部(74)は、冷凍負荷計算
部(71)から送られてくる冷凍負荷Lcと、センサー群
(6)から送られてくる冷却水入口温度Tco_inに基
づいて、正常運転時の濃液濃度を算出する。この際、パ
ラメータにない冷却水入口温度に関しては、補間処理に
よって正確な濃液濃度が算出される。
【0027】異常の程度検出部(75)は、前記濃液濃度の
推定値Dsを評価濃液濃度Ds_m、前記濃液濃度特性
計算部(74)の算出値を適正濃液濃度Ds_nとして、下
記数5に基づいて、両者の濃度差dDsを算出する。
【0028】
【数5】dDs=Ds_m−Ds_n
【0029】そして、濃度差dDsの大小に応じ、次の
様に診断データを作成し、必要に応じて表示し或いはプ
リントアウトする。 dDs<t1 :“正常” t1<dDs<t2:“やや異常” t2<dDs :“異常” ここで、t1及びt2は予め設定された定数である。
【0030】又、運転余裕度計算部(77)は、上記濃度差
dDsだけ図4に実線で示す濃液濃度特性をシフトし
て、鎖線でその一部を示す様に異常発生時の濃液濃度特
性を作成する。即ち、前記数4に表わされた濃液濃度特
性曲線に濃度差dDsを加算して、下記数6の如き濃液
濃度曲線を得る。
【0031】
【数6】Ds′=a×Lc2+b×Lc+c+dDs
【0032】運転余裕度計算部(77)は、数6によって計
算される濃液濃度の値が運転許容限界濃度Ds_max
に達することとなる限界の冷凍負荷Lc_eを求め、必
要に応じて、この値Lc_e、或いは運転能力限界値L
c_eとの差dLcを、運転の余裕度として出力する。
【0033】運転余裕度計算部(77)から得られる冷凍負
荷の限界値Lc_eはガス入量制御部(8)へ送出され、
該限界値Lc_eと、冷凍負荷の定格値Lc_max
と、ガス入量の定格値Gas_maxから、下記数7に
基づいて、ガス入量の最大値Gasを決定する。
【0034】
【数7】 Gas<Gas_max×Lc_e/Lc_max
【0035】そして、この値Gasに基づいて高温再生
器(3)のバーナ(31)へのガス入量が制限される。従っ
て、外部から要求される冷凍負荷が限界値Lc_eを上
回ったとしても、冷凍機の出力は限界値Lc_eに制限
され、濃液濃度が運転許容限界濃度Ds_maxに達す
ることはない。
【0036】更に図2の演算処理回路(7)においては、
各種故障診断指標計算部(72)が設けられており、センサ
ー群(6)から送られてくる各種測定に基づいて、故障診
断の指標となるデータ、例えば前述の異常度A等が算出
される。これらの指標は故障診断部(76)へ送られ、前記
正常時と異常時の濃液濃度差dDsと併せて故障診断の
対象とされる。これによって、濃液濃度の異常上昇の原
因、例えば真空異常、冷却水汚れ、冷媒に対する吸収液
の混入等が究明されることになる。
【0037】上述の如く本発明に係る故障診断システム
によれば、低負荷時であっても正常時と異常時の濃液濃
度差dDsに基づいて、内部異常が的確に検出される。
又、内部異常の検出に基づいて、運転の余裕度が定量的
に認識されるから、異常発生時には、負荷を制限するこ
とによって、冷凍機の異常停止を未然に回避することが
出来る。更に、濃液濃度差dDsを異常度等の他の指標
と組み合わせることによって、より高度な故障診断が可
能となる。
【0038】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。例えば図3に示す濃液濃度特性を表わす
際、パラメータとしては冷却水入口温度以外に、冷却水
中間温度或いは冷却水出口温度を採用することも可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施すべき吸収式冷凍機の構成図であ
る。
【図2】本発明に係る故障診断システムのブロック図で
ある。
【図3】冷却水入口温度及び冷凍負荷をパラメータとし
て濃液濃度の実測値をプロットしたグラフである。
【図4】上記濃液濃度特性を関数化したグラフである。
【符号の説明】
(1) 上胴 (11) 凝縮器 (12) 低温再生器 (2) 下胴 (21) 蒸発器 (22) 吸収器 (3) 高温再生器 (6) センサー群 (7) 演算処理回路 (8) ガス入量制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 芳男 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 古川 雅裕 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 鎌田 泰司 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−244973(JP,A) 特開 昭57−210258(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 49/04 F25B 15/00 306

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸収器にて散布される吸収液の濃度(濃液
    )、該吸収液の冷却に関与する冷却水の温度、及び
    冷凍負荷を検出する検出手段と、 冷凍負荷を変数、冷却水温度をパラメータとして、正常
    運転時における濃液濃度の変化を表わす濃液濃度特性
    が、予め格納されている記憶手段と、 冷却水温度と冷凍負荷の検出値に基づいて、前記記憶手
    段から正常運転時の濃液濃度(適正濃液濃度)を導出する
    濃度導出手段と、 濃液濃度の検出値(評価濃液濃度)と前記適正濃液濃度の
    差を算出すると共に、該濃度差に基づいて、異常の程度
    を表わす診断データを作成して出力する診断処理手段と
    を具えた吸収式冷温水機の故障診断システム。
  2. 【請求項2】 吸収器にて散布される吸収液の濃度(濃液
    )、該吸収液の冷却に関与する冷却水の温度、及び
    冷凍負荷を検出する検出手段と、 冷凍負荷を変数、冷却水温度をパラメータとして、正常
    運転時における濃液濃度の変化を表わす濃液濃度特性
    が、予め格納されている記憶手段と、 冷却水温度と冷凍負荷の検出値に基づいて、前記記憶手
    段から正常運転時の濃液濃度(適正濃液濃度)を導出する
    濃度導出手段と、 濃液濃度の検出値(評価濃液濃度)と前記適正濃液濃度の
    差を算出すると共に、該濃度差分だけ、前記記憶手段に
    格納されている濃液濃度特性をシフトすることによっ
    て、濃液濃度の最大許容値を限度とする現在の運転能力
    の余裕度を算出する演算手段とを具えた吸収式冷温水機
    の故障診断システム。
  3. 【請求項3】 演算手段は、シフトされた濃液濃度特性
    に基づいて、冷却水温度がその検出値に保持されたまま
    冷凍負荷が増大したときの濃液濃度の変化を求め、該濃
    液濃度がその最大許容値に達することとなる冷凍負荷の
    上限値を導出し、該上限値を最大運転能力とする現在の
    運転能力の余裕度を算出する請求項2に記載の故障診断
    システム。
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