JP5020347B2

JP5020347B2 - 熱交換器性能管理装置及び方法

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Publication number: JP5020347B2
Application number: JP2010075993A
Authority: JP
Inventors: 真満田村
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP2011208861A

Description

本発明は、熱交換器性能管理装置及び方法に関する。

従来より、発電プラントのように全設備をまかなう大規模な潤滑油系統や、冷却水系統等を有した工場は、それらの系統の内部を流れる流体の温度を、各系統が要求する温度になるように制御する熱交換器を備えている。

ここで、熱交換器について説明する。図６は、熱交換器５００の構成を示す概略図である。図６において、熱交換器５００は、冷却媒体が冷却水入口５０１から流入し、伝熱管５２１を流れて、冷却水出口５０２から流出する。被冷却媒体は、被冷却水入口５１１から流入し、伝熱管５２１の間を流れて、被冷却水出口５１２から流出する。そして、熱交換器５００は、伝熱管５２１を流れる冷却水や海水等の冷却媒体と、伝熱管５２１の間を流れる被冷却媒体との間で伝熱管５２１を介して熱交換を行うことによって被冷却媒体を冷却する。

ここで、熱交換器において、伝熱管の内部に異物が混入したり、異物が生成されることにより内部に詰まり等が発生すると、伝熱管を介する冷却媒体と被冷却媒体との熱交換の効率が低くなり、冷却能力が低下する。例えば、冷却能力が低下して発電プラント運転中に被冷却媒体の温度が下がらない場合、熱交換器の開放点検が行なわれ、伝熱管の詰りに起因する冷却能力の低下か、その他の原因による冷却能力の低下かが調査される。ところが、熱交換器の開放点検を行った結果、伝熱管の詰りに起因する冷却能力の低下ではないことが判明する場合が生じている。例えば、冷却媒体に使用されている海水の温度が、想定されている温度よりも高い場合がある。このような原因の場合、熱交換器の開放点検作業は、無駄な作業になる。

熱交換器の冷却能力の低下において、熱交換器を開放する前に異常原因を把握し、運転中の熱交換器の性能を評価するための技術を開示する特許文献１から４が知られている。

特許文献１に開示された異常監視装置は、冷却媒体の入口温度及び出口温度と、被冷却媒体の入口温度及び出口温度と、設備周囲の大気温度とを検出し、検出した温度をもとに判別パラメータを算出し、算出したパラメータと許容値とを比較することによって冷却媒体の通水状態を判別する。

特許文献２に開示された性能監視器は、熱交換媒体（冷却媒体）の出力温度、入力温度及び流量と、熱交換表面積の温度とを測定し、実際熱伝達率と、公称熱伝達率との比（ファウリング率）を算出する。そして、性能監視器は、ファウリング率の値によって熱交換表面の清浄度を判断する。

特許文献３に開示された監視装置は、熱交換器の熱交換能力を監視して熱交換器の汚れを検知する監視装置であって、熱交換媒体（冷却媒体）の入口温度と、出口温度とを測定し、被冷却流体（被冷却媒体）の出口温度を測定する。そして、監視装置は、通常運転時に、被冷却流体（被冷却媒体）の出口温度が第２の所定値（Ｔ１）を超え、かつ熱交換媒体（冷却媒体）の入口温度が第３の所定値（Ｔ２）を超えたときには、熱交換媒体（冷却媒体）の温度が高いことを促す表示を行い、被冷却流体（被冷却媒体）の出口温度が第２の所定値（Ｔ１）を超え、かつ熱交換媒体（冷却媒体）の入口温度が第３の所定値（Ｔ２）未満のときで、熱交換媒体（冷却媒体）の出口温度と熱交換媒体（冷却媒体）の入口温度との差が第１の所定値（Ｔ０）未満のときにはクーラの清掃を促す表示を行い、第１の所定値（Ｔ０）を越えたときには、熱交換媒体（冷却媒体）の流量不足の表示を行う。

特許文献４に開示された異常監視装置は、熱交換器において、異常を判定できる異常監視装置であって、各種のプロセス計測部と、差圧算出部と、性能演算部と、判定部とを備えている。そして、異常監視装置は、熱交換器の入口と出口における給水圧力の差圧及び熱交換器の熱交換性能の両者を監視すると共に、必要に応じてドレン水位調節弁の開度を同時に監視することにより、スケール皮膜生成その他の異常を監視する。

特開昭５７−４３１９８号公報特開昭６０−２０７９００号公報実開平２−８５２８３号公報特開平５−３９９０２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された異常監視装置は、入口温度と出口温度との条件をパラメータ化し、許容値との比較の組み合わせによって異常を監視する装置なので、例えば、伝熱管の詰りに起因する冷却能力の低下か否かを具体的に監視する装置ではない。また、特許文献２に開示された性能監視器は、熱交換表面の清浄度を算出するので、伝熱管の詰りについての情報が得られるだけである。また、特許文献３に開示された監視装置は、例えば、被冷却媒体が冷却されない場合、被冷却媒体の入口温度に関わらず熱交換器の詰りか冷却媒体の流量不足かを判断するので、被冷却媒体の入口温度によっては冷却媒体の流量不足でない場合に、冷却媒体の流量不足の表示を行う場合がある。特許文献４に開示された異常監視装置は、各種のプロセス計測部が必要であり、例えば、伝熱管の詰りに起因する冷却能力の低下か否かだけを知りたい場合には、コスト面等において現実的ではない。

そこで、熱交換器の伝熱管が設計どおりに機能しているか否かを容易に判断することができる装置が求められている。

本発明は、熱交換器の伝熱管が設計どおりに機能しているか否かを容易に判断することができる熱交換器性能管理装置及び方法を目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

（１）複数の伝熱管を流れる冷却媒体と、前記複数の伝熱管の間を流れる被冷却媒体とが前記伝熱管を介して熱交換を行うことによって前記被冷却媒体を冷却する熱交換器において、前記熱交換器の性能を管理する熱交換器性能管理装置であって、前記被冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記被冷却媒体の温度と、前記冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記冷却媒体の温度と、前記被冷却媒体を前記熱交換器が冷却する温度である設定温度とを受け付ける受付手段と、前記受付手段によって受け付けられた前記設定温度まで前記被冷却媒体を冷却するために必要な前記伝熱管の面積である必要面積を、冷却媒体及び被冷却媒体の熱交換に関係する所定の値と、前記受付手段によって受け付けられた前記被冷却媒体の温度及び前記冷却媒体の温度と、に基づいて算出する必要面積算出手段と、熱交換が行われる前記伝熱管の面積である有効面積を、前記伝熱管の表面積及び本数に基づいて算出する有効面積算出手段と、前記熱交換器によって冷却された前記被冷却媒体が前記熱交換器から流出する出口における前記被冷却媒体の温度を測定する測定手段と、前記必要面積算出手段によって算出された必要面積が、前記有効面積算出手段によって算出された有効面積より小さく、かつ、前記測定手段によって測定された前記被冷却媒体の温度が前記受付手段によって受け付けられた設定温度より高い場合に、前記熱交換器が異常であると判別する異常判別手段と、を備える熱交換器性能管理装置。

（１）の構成によれば、本発明に係る熱交換器性能管理装置は、被冷却媒体が熱交換器に流入する入口における被冷却媒体の温度と、冷却媒体が熱交換器に流入する入口における冷却媒体の温度と、被冷却媒体を熱交換器が冷却する温度である設定温度とを受け付ける。次に、熱交換器性能管理装置は、受け付けた設定温度まで被冷却媒体を冷却するために必要な伝熱管の面積である必要面積を、冷却媒体及び被冷却媒体の熱交換に関係する所定の値と、受け付けた被冷却媒体の温度及び冷却媒体の温度と、に基づいて算出し、熱交換が行われる伝熱管の面積である有効面積を、伝熱管の表面積及び本数に基づいて算出する。そして、熱交換器性能管理装置は、冷却された被冷却媒体が熱交換器から流出する出口における被冷却媒体の温度を測定し、算出した必要面積が、算出した有効面積より小さく、かつ、測定した被冷却媒体の温度が受け付けた設定温度より高い場合に、熱交換器が異常であると判別する。

すなわち、熱交換器性能管理装置は、受け付けた被冷却媒体の入口温度と、冷却媒体の入口温度と、設定温度とから伝熱管の必要面積を算出し、有効面積を算出し、算出した必要面積が、算出した有効面積より小さく、かつ、測定した被冷却媒体の出口温度が受け付けた設定温度より高い場合に、熱交換器が異常であると判別する。したがって、本発明に係る熱交換器性能管理装置は、受け付けた被冷却媒体及び冷却媒体の入口温度と、測定した被冷却媒体の出口温度とによって、熱交換器の伝熱管が設計どおりに機能しているか否かを容易に判断することができる。

（２）前記異常判別手段によって、異常であると判別された場合に、前記必要面積と前記有効面積との差に基づいて、前記伝熱管のうち熱交換が行われなかった伝熱管の本数を算出する本数算出手段、をさらに備える（１）に記載の熱交換器性能管理装置。

（２）の構成によれば、熱交換器性能管理装置は、異常であると判別された場合に、必要面積と有効面積との差に基づいて、伝熱管のうち熱交換が行われなかった伝熱管の本数を算出する。したがって、（２）の熱交換器性能管理装置は、熱交換器の伝熱管が設計どおりに機能していないと判断した場合に、熱交換が行われなかった伝熱管の本数を容易に示すことができる。

（３）前記被冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記被冷却媒体の温度を測定する被冷却媒体温度測定手段と、前記冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記冷却媒体の温度を測定する冷却媒体温度測定手段と、をさらに備える（１）又は（２）に記載の熱交換器性能管理装置。

（３）の構成によれば、熱交換器性能管理装置は、被冷却媒体が熱交換器に流入する入口における被冷却媒体の温度を測定し、冷却媒体が熱交換器に流入する入口における冷却媒体の温度を測定する。したがって、（３）の熱交換器性能管理装置は、測定した被冷却媒体及び冷却媒体の入口温度と、受け付けた設定温度と、測定した被冷却媒体の出口温度とによって、熱交換器の伝熱管が設計どおりに機能しているか否かをさらに容易に判断することができる。

（４）複数の伝熱管を流れる冷却媒体と、前記複数の伝熱管の間を流れる被冷却媒体とが前記伝熱管を介して熱交換を行うことによって前記被冷却媒体を冷却する熱交換器において、前記熱交換器の性能を管理する熱交換器性能管理装置が実行する方法であって、前記被冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記被冷却媒体の温度と、前記冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記冷却媒体の温度と、前記被冷却媒体を前記熱交換器が冷却する温度である設定温度とを受け付ける受付ステップと、前記受付ステップによって受け付けられた前記設定温度まで前記被冷却媒体を冷却するために必要な前記伝熱管の面積である必要面積を、冷却媒体及び被冷却媒体の熱交換に関係する所定の値と、前記受付ステップによって受け付けられた前記被冷却媒体の温度及び前記冷却媒体の温度と、に基づいて算出する必要面積算出ステップと、熱交換が行われる前記伝熱管の面積である有効面積を、前記伝熱管の表面積及び本数算出に基づいて算出する有効面積算出ステップと、前記熱交換器によって冷却された前記被冷却媒体が前記熱交換器から流出する出口における前記被冷却媒体の温度を測定するステップと、前記必要面積算出ステップによって算出された必要面積が、前記有効面積算出ステップによって算出された有効面積より小さく、かつ、前記測定ステップによって測定された前記被冷却媒体の温度が前記受付ステップによって受け付けられた前記設定温度より高い場合に、前記熱交換器が異常であると判別するステップと、を備える方法。

したがって、熱交換器の性能を管理する熱交換器性能管理装置が実行する方法は、受け付けた被冷却媒体及び冷却媒体の入口温度と、測定した被冷却媒体の出口温度とによって、熱交換器の伝熱管が設計どおりに機能しているか否かを容易に判断することができる。

本発明は、熱交換器の伝熱管が設計どおりに機能しているか否かを容易に判断することができる。よって、本発明は、熱交換器の現在の運転状況を把握でき、熱交換器を開放して点検する必要があるか否かを容易に判断することができる。さらに、本発明は、伝熱管が設計どおりに機能しているか否かの判断について迅速に判断し、熱交換器の監視業務の強化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置の機能を示す機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置の処理内容を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置において、入口温度及び設定温度を受け付ける一例と、判断の表示の一例とを示す図である。本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置の実施形態２の機能を示す機能ブロック図である。熱交換器の構成を示す概略図である。

［実施形態１］
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置１０の機能を示す機能ブロック図である。熱交換器性能管理装置１０は、受付手段としての受付部１１と、必要面積算出手段としての必要面積算出部１２と、有効面積算出手段としての有効面積算出部１３と、測定手段としての測定部１４と、異常判別手段としての異常判別部１５と、本数算出手段としての本数算出部１６とを備える。そして、熱交換器性能管理装置１０は、被冷却媒体を冷却するために必要な必要面積と、伝熱管５２１の有効面積とに基づいて熱交換器５００の性能を管理する。

受付部１１は、被冷却媒体が熱交換器５００に流入する入口における被冷却媒体の温度と、冷却媒体が熱交換器５００に流入する入口における冷却媒体の温度と、被冷却媒体を熱交換器５００が冷却する温度である設定温度とを受け付ける。例えば、受付部１１は、表示装置（例えば、後述する図２の表示部２０１４）に被冷却媒体の温度と、冷却媒体の温度と、設定温度とを受け付けるメッセージを表示させ、操作部から入力されたそれぞれのデータを受け付ける。入力されたデータは、冷却媒体の入口温度、被冷却媒体の入口温度、及び被冷却媒体の設定温度として記憶部（例えば、後述する図２の補助記憶部２０１５）に記憶される。

必要面積算出部１２は、受付部１１によって受け付けられた設定温度まで被冷却媒体を冷却するために必要な伝熱管５２１の面積である必要面積を、冷却媒体及び被冷却媒体の熱交換に関係する所定の値と、受付部１１によって受け付けられた被冷却媒体の温度及び冷却媒体の温度と、に基づいて算出する。ここで、熱交換に関係する所定の値は、例えば、被冷却媒体の流量、比熱、比重や、冷却媒体の流量、比熱、比重等である。熱交換に関係する所定の値は、それぞれ受付部１１によって受け付けられるとしてもよい。

例えば、必要面積算出部１２は、被冷却媒体を設定温度まで下げるために必要な伝熱管５２１の必要面積を、次の数式によって算出する。
必要面積＝交換熱量／（熱貫流率×対数平均温度差）

ここで、交換熱量＝（ｔｉ−ｔｏ）×Ｇｏ×Ｃｐ×γ×４．１８６／３６００である。この数式において、ｔｉは被冷却媒体の入口温度℃、ｔｏは設定温度℃、Ｇｏは被冷却媒体流量ｔ／ｈ、Ｃｐは被冷却媒体の比熱、γは被冷却媒体の比重ｋｇ／ｍ^３、４．１８６は単位換算（水の比熱は１ｃａｌ／ｇ＝４．１８６Ｊ／ｇ）、３６００は被冷却媒体流量を１秒あたりの流量に換算する定数である。

また、熱貫流率＝１／設計伝熱抵抗＋管汚れ抵抗である。
この数式において、設計伝熱抵抗及び管汚れ抵抗は、熱交換器５００の設計時に定まる値である。

また、対数平均温度差＝Ｂ／ｌｎ（（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ））（ｌｎは自然対数）である。この数式において、
Ａ＝被冷却媒体入口温度＋設定温度−冷却媒体入口温度−冷却媒体出口温度であり、
Ｂ＝√（被冷却媒体入口温度−設定温度）^２＋（冷却媒体出口温度−冷却媒体入口温度）^２である。

冷却媒体の出口温度（Ｔｏ）は、Ｔｏ＝Ｔｉ＋△Ｔで算出される。
ここで、Ｔｉは、冷却媒体入口温度、△Ｔは、冷却媒体の温度上昇である。
△Ｔは、△Ｔ＝Ｈ／Ｇｗ×Ｃｗｐ×γｗ×（４．１８６／３６００）の数式で算出される。
ここで、Ｈは、交換熱量Ｗ、Ｇｗは、冷却媒体流量ｔ／ｈ、Ｃｗｐは、冷却媒体の比熱、γｗは、冷却媒体の比重ｋｇ／ｍ^３である。

例えば、被冷却媒体の入口温度が３９．８８℃、冷却媒体の入口温度が３０．００℃、設定温度が３５℃、被冷却媒体流量が１４４０ｋｇ／ｈの場合、
交換熱量＝（３９．８８−３５）＊１４４０＊１．００＊１０００＊４．１８６／３６００＝８，１７１，０７２Ｗ＝７，０２７，２００ｃａｌ／ｈとなる。
また、熱貫流率は、熱交換器５００の取扱説明書等により、
１８５３．４ｋｃａｌ／ｍ^２ｈ℃＝２１５５．５０Ｗ／ｍ^２℃である。

そして、冷却媒体流量が１６２０ｋｇ／ｈの場合、
△Ｔ＝８，１７１，０７２／（１６２０＊０．９４＊１．０２５＊（４．１８６／３６００））＝４．５０２１℃となり、冷却媒体の出口温度は、
Ｔｏ＝３０＋４．５０２１＝３４．５０２１℃となる。
そうすると、対数平均温度差は、
Ａ＝３９．８８＋３５−３０−３４．５０＝１０．３８であり、
Ｂ＝√（３９．８８−３５）^２＋（３４．５０−３０）^２＝６．６４であるので、
対数平均温度差＝６．６４／ｌｎ（（１０．３８＋６．６４）／（１０．３８−６．６４））＝４．３８０８となる。
そして、必要面積＝８，１７１，０７２／（２１５５．５０＊４．３８０８）＝８６５．３１５ｍ^２となる。

有効面積算出部１３は、熱交換が行われる伝熱管５２１の面積である有効面積を、伝熱管５２１の表面積及び本数に基づいて算出する。例えば、有効面積算出部１３は、有効面積を次の数式によって算出する。
有効面積（ベアチューブの場合）＝π×管外径×伝熱管本数×管有効長
有効面積（フィンチューブの場合）＝単位長さあたりの面積×伝熱管本数×管有効長

例えば、ベアチューブにおいて、管外径が０．０１９０５ｍ、伝熱管本数が２０６８本、管有効長７．６７６ｍの場合、有効面積は、π＊０．０１９０５＊２０６８＊７．６７６＝９５０．０１５ｍ^２となる。

測定部１４は、熱交換器５００によって冷却された被冷却媒体が熱交換器５００から流出する被冷却水出口５１２における被冷却媒体の温度を測定する。例えば、測定部１４は、被冷却媒体が熱交換器５００から流出する被冷却水出口５１２に配置された温度センサ３０１から温度データを受信し、受信した温度データを記憶部（例えば、後述する図２の補助記憶部２０１５）に記憶させる。

異常判別部１５は、必要面積算出部１２によって算出された必要面積が、有効面積算出部１３によって算出された有効面積より小さく、かつ、測定部１４によって測定された被冷却媒体の温度が受付部１１によって受け付けられた設定温度より高い場合に、熱交換器５００が異常であると判別する。

本数算出部１６は、異常判別部１５によって、異常であると判別された場合に、必要面積と有効面積との差に基づいて、伝熱管５２１のうち熱交換が行われなかった伝熱管５２１の本数を算出する。例えば、本数算出部１６は、閉塞率を次の数式によって算出し、算出した閉塞率と、伝熱管５２１の総本数とに基づいて熱交換が行われなかった伝熱管５２１の本数を算出する。

本数算出部１６は、閉塞率を次の数式で算出する。
閉塞率＝（有効面積−必要面積）／π×０．０１９×７．６７６
例えば、上述の場合、有効面積は９５０．０１５ｍ^２であり、必要面積は８６５．３１５ｍ^２であるので、閉塞率＝８４．７０／π＊０．０１９＊７．６７６＝８．９２％となる。そして、伝熱管本数が２０６８本の場合、熱交換が行われなかった伝熱管５２１の本数＝２０６８×０．０８９２＝１８４本となる。

図２は、本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。図２に示すように、熱交換器性能管理装置１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２０１１、メモリ２０１２、操作部２０１３、表示部２０１４、補助記憶部２０１５及び機器Ｉ／Ｆ２０１６がバスライン２０５０により接続されて構成されている。

ＣＰＵ２０１１は、熱交換器性能管理装置１０を統括的に制御する部分であり、メモリ２０１２に記憶された各種プログラムを適宜読み出して実行することにより、上述したハードウェアと協働し、本発明に係る各種機能を実現している。メモリ２０１２は、適宜読み出して実行されるプログラムを記憶し、プログラムの実行によって作成される種々の情報を記憶する。

操作部２０１３は、各種設定や入力操作を行う操作ボタン群、決定操作ボタン等を備えており、操作部２０１３による入力情報はＣＰＵ２０１１の制御下で処理される。すなわち、ユーザは、操作部２０１３を介して、必要な各種の設定操作、又は指定操作等が可能である。表示部２０１４は、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）によって構成され、各種情報を表示する。

補助記憶部２０１５は、フラッシュメモリ等により構成され、熱交換器性能管理装置１０が機能するための各種プログラム及び本発明の機能を実行するプログラムを記憶している。さらに、補助記憶部２０１５は、熱交換に関係する所定の値等の各種データを記憶している。

機器Ｉ／Ｆ２０１６は、熱交換器性能管理装置１０と、熱交換器５００に配置された温度センサ３０１とを接続し、温度センサ３０１からの温度データを受信できるようにするためのインターフェースである。

図３は、本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置１０の処理内容を示すフローチャートである。本処理は、開始指令により開始し、処理終了により終了する。

ステップＳ１０１において、ＣＰＵ２０１１（受付部１１）は、被冷却媒体の入口温度を受け付ける。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、表示部２０１４に被冷却媒体の入口温度を受け付けるメッセージを表示させ、入力されたデータを被冷却媒体の入口温度として補助記憶部２０１５に記憶させる。その後、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１０２に移す。

ステップＳ１０２において、ＣＰＵ２０１１（受付部１１）は、冷却媒体の入口温度を受け付ける。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、表示部２０１４に冷却媒体の入口温度を受け付けるメッセージを表示させ、入力されたデータを冷却媒体の入口温度として補助記憶部２０１５に記憶させる。その後、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１０３に移す。

ステップＳ１０３において、ＣＰＵ２０１１（受付部１１）は、被冷却媒体を冷却する設定温度を受け付ける。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、表示部２０１４に設定温度を受け付けるメッセージを表示させ、入力されたデータを設定温度として補助記憶部２０１５に記憶させる。その後、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１０４に移す。

ステップＳ１０４において、ＣＰＵ２０１１（必要面積算出部１２）は、設定温度まで被冷却媒体を冷却するための必要面積を算出する。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、ステップＳ１０１からステップＳ１０３において受け付けた被冷却媒体の入口温度、冷却媒体の入口温度及び設定温度と、熱交換に関係する所定の値と、に基づいて上述の数式により必要面積を算出する。その後、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１０５に移す。

ステップＳ１０５において、ＣＰＵ２０１１（有効面積算出部１３）は、熱交換が行われる有効面積を算出する。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、伝熱管５２１の表面積及び本数に基づいて、上述の数式により有効面積を算出する。その後、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１０６に移す。

ステップＳ１０６において、ＣＰＵ２０１１（測定部１４）は、被冷却媒体の出口温度を測定する。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、被冷却媒体が熱交換器５００から流出する被冷却水出口５１２に配置された温度センサ３０１から温度データを受信し、受信した温度データを補助記憶部２０１５に記憶させる。その後、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１０７に移す。

ステップＳ１０７において、ＣＰＵ２０１１（異常判別部１５）は、必要面積が有効面積より小さいか否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、ステップＳ１０４において算出された必要面積が、ステップＳ１０５において算出された有効面積より小さいか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１０８に移し、ＮＯの場合、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１１０に移す。

ステップＳ１０８において、ＣＰＵ２０１１は、被冷却媒体の出口温度が設定温度より高いか否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、ステップＳ１０６において測定された被冷却媒体の出口温度がステップＳ１０３において受け付けられた設定温度より高いか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１０９に移し、ＮＯの場合、ＣＰＵ２０１１は、処理をステップＳ１１１に移す。

ステップＳ１０９において、ＣＰＵ２０１１（異常判別部１５）は、異常であることを報知する。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、異常であることを示すメッセージを表示部２０１４に表示させる。そして、ＣＰＵ２０１１（本数算出部１６）は、熱交換が行われなかった伝熱管５２１の本数を算出し、表示部２０１４に表示させる。その後、ＣＰＵ２０１１は、処理を終了する。

ステップＳ１１０において、ＣＰＵ２０１１（異常判別部１５）は、条件が熱交換器５００の性能を超えていることを報知する。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、条件が熱交換器５００の性能を超えていることを示すメッセージを表示部２０１４に表示させる。その後、ＣＰＵ２０１１は、処理を終了する。

ステップＳ１１１において、ＣＰＵ２０１１（異常判別部１５）は、異常でないことを報知する。より具体的には、ＣＰＵ２０１１は、異常でないことを示すメッセージを表示部２０１４に表示させる。その後、ＣＰＵ２０１１は、処理を終了する。

図４は、本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置１０において、入口温度及び設定温度を受け付ける一例と、判断の表示の一例とを示す図である。図４に示す例は、被冷却媒体の入口温度入力欄２０１、冷却媒体の入口温度入力欄２０２及び設定温度入力欄２０３に、被冷却媒体の入口温度、冷却媒体の入口温度及び設定温度が入力され、表示されていることを示す例である。また、図４に示す例は、測定温度表示欄２０４に、温度センサ３０１によって測定された被冷却媒体の出口温度が表示されていることを示す例である。そして、図４に示す例は、必要面積表示欄２０５及び有効面積表示欄２０６に、熱交換器性能管理装置１０が算出した必要面積及び有効面積が表示されていることを示す例である。さらに、図４に示す例は、判定欄２０７に、熱交換器５００の伝熱管５２１が設計どおりに機能していないと判別した場合のメッセージが表示され、閉塞率表示欄２０８及び詰り本数表示欄２０９に閉塞率及び詰り本数が表示されていることを示す例である。

実施形態１によれば、熱交換器性能管理装置１０は、被冷却媒体の入口温度と、冷却媒体の入口温度と、設定温度とを受け付ける。次に、熱交換器性能管理装置１０は、必要面積を算出し、有効面積を算出する。そして、熱交換器性能管理装置１０は、被冷却媒体の出口温度を測定し、算出した必要面積が、算出した有効面積より小さく、かつ、測定した被冷却媒体の出口温度が受け付けた設定温度より高い場合に、熱交換器５００が異常であると判別する。さらに、熱交換器性能管理装置１０は、異常であると判別した場合に、必要面積と有効面積との差に基づいて、伝熱管５２１のうち熱交換が行われなかった伝熱管５２１の本数を算出する。したがって、熱交換器性能管理装置１０は、熱交換器５００の伝熱管５２１が設計どおりに機能しているか否かを容易に判断することができる。

［実施形態２］
図５は、本発明の一実施形態に係る熱交換器性能管理装置１０の実施形態２の機能を示す機能ブロック図である。図５は、熱交換器性能管理装置１０が図１の実施形態１に加えて、被冷却媒体温度測定手段としての被冷却媒体温度測定部１７と、冷却媒体温度測定手段としての冷却媒体温度測定部１８とを備えていることを示す図である。温度センサ３０２及び温度センサ３０３は、機器Ｉ／Ｆ２０１６を介して熱交換器性能管理装置１０に接続される。

被冷却媒体温度測定部１７は、被冷却媒体が熱交換器５００に流入する入口における被冷却媒体の温度を測定する。例えば、被冷却媒体温度測定部１７は、被冷却媒体が熱交換器５００に流入する被冷却水入口５１１に配置された温度センサ３０２から温度データを受信し、受信した温度データを補助記憶部２０１５に記憶させる。冷却媒体温度測定部１８は、冷却媒体が熱交換器５００に流入する冷却水入口５０１における冷却媒体の温度を測定する。例えば、冷却媒体温度測定部１８は、冷却媒体が熱交換器５００に流入する冷却水入口５０１に配置された温度センサ３０３から温度データを受信し、受信した温度データを補助記憶部２０１５に記憶させる。そして、熱交換器性能管理装置１０は、測定した被冷却媒体の入口温度と、測定した冷却媒体の入口温度と、受け付けた設定温度とから伝熱管５２１の必要面積を算出し、有効面積を算出し、算出した必要面積が、算出した有効面積より小さく、かつ、測定した被冷却媒体の出口温度が受け付けた設定温度より高い場合に、熱交換器５００が異常であると判別する。

実施形態２によれば、熱交換器性能管理装置１０は、被冷却媒体の入口温度を測定し、冷却媒体の入口温度を測定する。したがって、熱交換器性能管理装置１０は、測定した被冷却媒体及び冷却媒体の入口温度と、受け付けた設定温度と、測定した被冷却媒体の出口温度とによって、熱交換器５００の伝熱管５２１が設計どおりに機能しているか否かをさらに容易に判断することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０熱交換器性能管理装置
１１受付部
１２必要面積算出部
１３有効面積算出部
１４測定部
１５異常判別部
１６本数算出部
１７被冷却媒体温度測定部
１８冷却媒体温度測定部
３０１、３０２、３０３温度センサ
５００熱交換器
５０１冷却水入口
５０２冷却水出口
５１１被冷却水入口
５１２被冷却水出口
５２１伝熱管

Claims

複数の伝熱管を流れる冷却媒体と、前記複数の伝熱管の間を流れる被冷却媒体とが前記伝熱管を介して熱交換を行うことによって前記被冷却媒体を冷却する熱交換器において、前記熱交換器の性能を管理する熱交換器性能管理装置であって、
前記被冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記被冷却媒体の温度と、前記冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記冷却媒体の温度と、前記被冷却媒体を前記熱交換器が冷却する温度である設定温度とを受け付ける受付手段と、
前記受付手段によって受け付けられた前記設定温度まで前記被冷却媒体を冷却するために必要な前記伝熱管の面積である必要面積を、冷却媒体及び被冷却媒体の熱交換に関係する所定の値と、前記受付手段によって受け付けられた前記被冷却媒体の温度及び前記冷却媒体の温度と、に基づいて算出する必要面積算出手段と、
熱交換が行われる前記伝熱管の面積である有効面積を、前記伝熱管の表面積及び本数算出に基づいて算出する有効面積算出手段と、
前記熱交換器によって冷却された前記被冷却媒体が前記熱交換器から流出する出口における前記被冷却媒体の温度を測定する測定手段と、
前記必要面積算出手段によって算出された必要面積が、前記有効面積算出手段によって算出された有効面積より小さく、かつ、前記測定手段によって測定された前記被冷却媒体の温度が前記受付手段によって受け付けられた設定温度より高い場合に、前記熱交換器が異常であると判別する異常判別手段と、
を備える熱交換器性能管理装置。
前記異常判別手段によって、異常であると判別された場合に、前記必要面積と前記有効面積との差に基づいて、前記伝熱管のうち熱交換が行われなかった伝熱管の本数を算出する本数算出手段、をさらに備える請求項１に記載の熱交換器性能管理装置。
前記被冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記被冷却媒体の温度を測定する被冷却媒体温度測定手段と、
前記冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記冷却媒体の温度を測定する冷却媒体温度測定手段と、
をさらに備える請求項１又は２に記載の熱交換器性能管理装置。
複数の伝熱管を流れる冷却媒体と、前記複数の伝熱管の間を流れる被冷却媒体とが前記伝熱管を介して熱交換を行うことによって前記被冷却媒体を冷却する熱交換器において、前記熱交換器の性能を管理する熱交換器性能管理装置が実行する方法であって、
前記被冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記被冷却媒体の温度と、前記冷却媒体が前記熱交換器に流入する入口における前記冷却媒体の温度と、前記被冷却媒体を前記熱交換器が冷却する温度である設定温度とを受け付ける受付ステップと、
前記受付ステップによって受け付けられた前記設定温度まで前記被冷却媒体を冷却するために必要な前記伝熱管の面積である必要面積を、冷却媒体及び被冷却媒体の熱交換に関係する所定の値と、前記受付ステップによって受け付けられた前記被冷却媒体の温度及び前記冷却媒体の温度と、に基づいて算出する必要面積算出ステップと、
熱交換が行われる前記伝熱管の面積である有効面積を、前記伝熱管の表面積及び本数算出に基づいて算出する有効面積算出ステップと、
前記熱交換器によって冷却された前記被冷却媒体が前記熱交換器から流出する出口における前記被冷却媒体の温度を測定する測定ステップと、
前記必要面積算出ステップによって算出された必要面積が、前記有効面積算出ステップによって算出された有効面積より小さく、かつ、前記測定ステップによって測定された前記被冷却媒体の温度が前記受付ステップによって受け付けられた前記設定温度より高い場合に、前記熱交換器が異常であると判別するステップと、
を備える方法。