JP5905278B2 - 冷凍装置の監視システムおよび監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、被冷却空間を冷却する冷凍装置における異常の有無を監視する冷凍装置の監視システムおよび監視方法に関する。

近年、環境保全の観点から冷凍装置における自然冷媒の利用が推進されている。その中でもアンモニアは蒸発潜熱が大きいことから、冷凍能力が高く、優れた冷媒の一つとして知られている。しかし、アンモニアは毒性が強いので、外部への漏洩を防ぐことが重要である。そこで、アンモニア冷媒を利用した冷凍サイクルと負荷との間に、別系統の二次冷媒（ブライン）を循環させて、冷凍サイクルと負荷とを完全に分離した冷却装置が用いられ
ている。

例えば、特許文献１には、アンモニア冷凍サイクルと炭酸ガスサイクルとを組み合わせたヒートポンプシステムが開示されている。このシステムにおいて、アンモニア冷凍サイクルでは、圧縮機で圧縮された高温高圧の気体状のアンモニア冷媒は、コンデンサを通るときに冷却されて液体となる。液体となったアンモニア冷媒は、膨張弁で膨張した後、カスケードコンデンサで蒸発して気体となる。このとき、カスケードコンデンサでは、アンモニア冷媒は、炭酸ガス冷凍サイクル内のＣＯ_２ブラインから熱を奪い、これを液化する。一方、炭酸ガスサイクルでは、カスケードコンデンサによって冷却され液化したＣＯ_２ブラインが蒸発器に導入され、ここで温められて蒸発し、気体となって再びカスケードコンデンサに戻される。通常、被冷却空間内には蒸発器のみが設置され、蒸発器で冷却された冷却空気をファンによって循環させるようになっている。

ところで、このような冷凍装置では、遠方からでも装置の故障を検出したり、運転状態を監視できるように、各種の計測器を設置し、計測器からの信号に基づいて冷凍装置を監視する装置が提案、実用化されている。
例えば、特許文献２には、冷凍設備の各部の温度、冷媒圧力、電流、電圧、運転時間等の運転データを検出し、これらの検出データと予め設定された設定データとを比較して、許容範囲を超えたときに異常信号を出力する管理・監視装置が記載されている。
また、特許文献３には、冷凍機に付設された端末装置と中央監視装置とを備えた遠隔集中管理装置が記載されている。この管理装置においては、端末装置によって、冷凍機を構成している機器類の各状態を検出した物理量、および、冷凍機全体としての運転状態を表す信号の相関関係を判定して中央監視装置に出力し、中央監視装置にてこれを解析するようになっている。

関連する技術として、特許文献４には、冷凍サイクル装置が備える圧縮機等の機器の故障を診断する機器診断装置が記載されている。この診断装置は、機器における複数の計測量を変数として解析し、これにより複数の計測量の特徴を有する状態量を演算し、この演算で得られる状態量と、機器の正常状態の状態量および異常状態の状態量の間に設定された閾値とを比較して現在の状態量を正常または異常と判断するようになっている。

また、特許文献５には、冷凍サイクル各部における冷媒の圧力および温度を検出するセンサと、センサの信号をもとにモリエル線図を作成する第１の演算部と、正常状態のモリエル線図を作成する第２の演算部と、これらの２つのモリエル線図を重ね合わせ、不一致箇所および関連情報から異常の発生の有無および異常の因果関係を推論する推論部と、推論結果を表示する表示部とを有する冷凍機の特性診断装置が記載されている。

特許第３４５８３１０号公報 特開平６−８２１３１号公報 特開平９−２６２３７号公報 特許第４３９６２８６号公報 特開昭６３−２９７９７４公報

しかしながら、特許文献２〜４に記載される技術は、冷凍装置の各部位の計測値を閾値と比較することによって機器の故障を検出したり、故障の兆候を検出することができるものの、冷凍サイクル全体としての運転状態を把握することはできなかった。すなわち、計測値が正常値の範囲内であっても複数の要因が複合的に重なり合うことによって冷凍能力が低下してしまう場合があり、従来技術ではこのような状態を的確に把握することはできなかった。なお、特許文献３における冷凍機全体としての運転状態を表す信号とは、機械装置の動作状態をオン・オフ的に表す２値化された数との記載にとどまるものであり、冷凍装置の各機器の故障や劣化等に応じて経時的に変化する運転状態を検出するものではない。また、特許文献４では、複数の計測量から機器の状態量を演算するようになっているが、これは圧縮機のような単一の機械に適用されるものであり、上記したようなアンモニア冷凍サイクルと炭酸ガスサイクルとを組み合わせた冷凍装置に対しては、冷凍装置全体としての運転状態を正確に把握することはできない。さらにまた、特許文献５は、モリエル線図から異常を検出することによって、冷媒の状態から冷凍装置の異常を検出する構成となっているが、冷凍装置の重要な指標である冷凍能力に関する異常は検出することができず、やはり冷凍装置の状態を正確に把握することはできなかった。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、アンモニア冷凍サイクルと炭酸ガスサイクルとを組み合わせた冷凍装置に対しても、装置全体としての運転状態を正確に把握可能な冷凍装置の監視システムおよび監視方法を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍装置の監視システムは、圧縮機、凝縮器、膨張弁および液化器からなり、アンモニア冷媒が循環する冷凍サイクルと、前記液化器にて前記アンモニア冷媒の蒸発潜熱によって冷却されるＣＯ_２ブラインが循環するブライン循環路と、前記ブライン循環路に設けられ、前記ＣＯ_２ブラインで冷却した冷却空気を被冷却空間に供給するエアークーラとを備える冷凍装置の監視システムであって、
前記冷凍サイクルが正常な状態である場合の正常時モリエル線図を格納した記憶部と、
前記冷凍サイクルの各部位の圧力および温度、前記圧縮機の消費動力（ｋｗ）、前記凝縮器の凝縮負荷（ＱＣ）をそれぞれ取得する複数の取得部と、
前記取得部で取得される前記各部位の圧力および温度に基づいて、前記冷凍サイクルにおける現在のモリエル線図を作成するモリエル線図作成部と、
前記記憶部に格納される前記正常時モリエル線図と、前記モリエル線図作成部で作成した前記現在のモリエル線図とを比較する比較部と、
前記圧縮機の消費動力（ｋｗ）と、前記凝縮器の凝縮負荷（ＱＣ）とから
「ＲＴ＝ＱＣ−ｋＷ」の式を用いて、実際の運転条件からアンモニア冷凍サイクル２とＣＯ _２ 循環路１０とを組み合わせた冷凍装置に対して、装置全体の冷凍能力（ＲＴ）を算出する冷凍能力算出部と、
前記比較部のモリエル線図比較結果および前記冷凍能力算出部で算出される冷凍能力（ＲＴ）に基づいて、前記冷凍装置の異常を検出するとともに、前記比較結果に基づいて前記冷凍サイクルの各部位の異常を検出することを特徴とする。

本発明によれば、冷凍サイクルの各部位で取得した圧力および温度からモリエル線図を作成し、正常時モリエル線図と比較することによって、冷媒の状態に基づいた冷凍装置の運転状態から異常を検出することが可能である。これに加えて、圧縮機の消費動力、凝縮器の凝縮負荷を用いて冷凍能力を算出し、この冷凍能力に基づいて異常を検出するようにしたので、アンモニア冷凍サイクルと炭酸ガスサイクルとを組み合わせた冷凍装置に対しても、装置全体としての運転状態を正確に把握可能であるとともに、各部位に異常が認められない場合であっても、装置全体の冷凍能力について異常を検出可能となり、冷凍装置の状態を正確に把握することが可能である。

これにより、アンモニア冷凍サイクルと炭酸ガスサイクルとを組み合わせた冷凍装置に対しても、正確に、装置全体の冷凍能力を把握することができる。

上記冷凍装置の監視システムにおいて、前記比較部は、前記正常時モリエル線図および前記現在のモリエル線図のそれぞれの変節点を比較し、前記異常検出部は、前記変節点同士の差分が予め設定された閾値を超えた場合に、異常が発生したと判断することが好ましい。
これにより、各部位における異常を的確に把握することができる。

上記冷凍装置の監視システムは、前記複数の取得部で取得された各計測値を収集する現地端末と、前記現地端末から通信回線を介して前記各計測値を受信し、前記モリエル線図作成部、前記比較部、前記冷凍能力算出部および前記異常検出部での演算によって前記冷凍装置の異常を検出する監視サーバとが設けられており、前記監視サーバは、前記正常時モリエル線図に対する前記現在のモリエル線図の相違点または該相違点から得られる異常現象と、前記冷凍装置で発生する可能性のある主要原因とが紐付けられて格納された記憶部と、前記異常検出部で異常が検出された場合に、前記正常時モリエル線図と前記現在のモリエル線図との前記相違点または前記異常現象に基づいて、前記記憶部から該当する前記主要原因を抽出する原因推定部とを有することが好ましい。

このように、記憶部に、正常時モリエル線図に対する現在のモリエル線図の相違点または該相違点から得られる異常現象と、冷凍装置で発生する可能性のある主要原因とが紐付けられて格納されているので、これを用いることによって、モリエル線図から迅速且つ容易に主要原因を判断することが可能となる。なお、記憶部には、主要原因に対して、一または複数の予想される原因がさらに紐付けられていてもよい。ここで、予想される原因は、メンテナンスや部品交換が必要とされる部位を特定できるような内容であることが好ましい。

この場合、前記監視サーバは、前記原因推定部によって前記記憶部から前記冷凍装置の前記主要原因を抽出したとき、通信回線を介して、前記冷凍装置の補修または部品交換の際に参照されるサービス端末に前記主要原因を送信するようにしてもよい。
これにより、冷凍装置が故障して停止してしまう前に、必要な修理または部品交換を迅速に行うことが可能となり、冷凍装置の円滑な運用が可能となる。

また、複数の前記冷凍装置を統括的に監視する請求項１に記載の冷凍装置の監視システムであって、前記複数の冷凍装置が設置エリアごとに区分されており、前記監視サーバは、前記冷凍装置の異常現象および前記主要原因を抽出したとき、前記設置エリアに対応した複数の前記サービス端末に前記異常現象および前記主要原因が送信されるようにしてもよい。
このように、設置エリアの情報のみを該当するエリアのサービス端末に送信するようにしたので、通信回線の混雑を回避しながら冷凍装置の補修または部品交換を行うサービスマンに必要な情報のみを送信することができる。

本発明に係る冷凍装置の監視方法は、
圧縮機、凝縮器、膨張弁および液化器からなり、アンモニア冷媒が循環する冷凍サイクルと、前記液化器にて前記アンモニア冷媒の蒸発潜熱によって冷却されるＣＯ _２ ブラインが循環するブライン循環路とを具える冷凍装置の監視方法であって、
前記冷凍サイクルが正常な状態である場合の正常時モリエル線図を格納した記憶部を備え、
前記冷凍サイクルの各部位の圧力および温度、前記圧縮機の消費動力（ｋｗ）、前記凝縮器の凝縮負荷（ＱＣ）をそれぞれ取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得される前記各部位の圧力および温度に基づいて、前記冷凍サイクルにおける現在のモリエル線図を作成するモリエル線図作成ステップと、
前記記憶部に格納される前記正常時モリエル線図と、前記モリエル線図作成ステップで作成した前記現在のモリエル線図とを比較する比較ステップと、
前記圧縮機の消費動力（ｋｗ）、前記凝縮器の凝縮負荷（ＱＣ）とから「ＲＴ＝ＱＣ−ｋＷ」の式を用いて実際の運転条件からアンモニア冷凍サイクルとＣＯ_２循環路とを組み合わせた冷凍装置に対して、装置全体の冷凍能力（ＲＴ）を算出する冷凍能力算出ステップと、
前記比較ステップの比較結果および前記冷凍能力算出ステップで算出される前記冷凍能力に基づいて、前記冷凍装置の異常を検出するとともに、前記比較結果に基づいて前記冷凍サイクルの各部位の異常を検出する前記冷凍装置の異常を検出する異常検出ステップとを備えることを特徴とする。

上記冷凍装置の監視方法において、前記冷凍能力算出ステップは、前記液化器および前記凝縮器のそれぞれの熱交換器が熱量的にバランスするような実際の運転条件から前記冷凍能力を算出し、前記異常検出ステップでは、前記冷凍能力に基づいて前記圧縮機の異常を検出するとともに、前記比較結果に基づいて前記冷凍サイクルの各部位の異常を検出することが好ましい。

以上記載のように本発明によれば、冷凍サイクルの各部位で取得した圧力および温度からモリエル線図を作成し、正常時モリエル線図と比較することによって、冷媒の状態に基づいた冷凍装置の運転状態から異常を検出することが可能である。これに加えて、圧縮機の消費動力、凝縮器の凝縮負荷を用いて冷凍能力を算出し、この冷凍能力に基づいて異常を検出するようにしたので、冷凍装置の各部位の異常を検出可能であるとともに、各部位に異常が認められない場合であっても、装置全体としての冷凍能力について異常を検出可能となり、冷凍装置の状態を正確に把握することが可能である。

本発明の実施形態に係る監視システムおよびその監視対象である冷凍装置の構成を示す図である。 正常時モリエル線図を示す図である。 モリエル線図を用いた監視例を説明する図である。 冷凍装置の熱量バランスを説明する図である。 冷凍能力の経時変化と閾値の関係を示す図である。 冷凍装置の設置エリアを説明する図である。 異常−原因対応データベースを説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

まず最初に、図１を参照して、本実施形態において監視対象となる冷凍装置の構成例について説明する。ここで、図１は本発明の実施形態に係る監視システム１およびその監視対象である冷凍装置の構成を示す図である。
同図において、冷凍装置は、アンモニア冷媒が循環するアンモニア冷凍サイクル２と、ＣＯ_２ブラインが循環するＣＯ_２循環路１０と、ＣＯ_２循環路１０に設けられるエアークーラ１２（１２ａ〜１２ｃ）とを備える。なお、冷凍装置は、被冷却空間である冷蔵庫１００内を冷却する装置である。冷蔵庫１００は、食品等を冷凍または冷蔵するものである。ただし、本実施形態では被冷却空間として冷蔵庫内空間を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、被冷却空間は冷凍ショーケース内空間や空調（冷房）で冷却される室内空間等であってもよい。

アンモニア冷凍サイクル２は、主に、圧縮機３、凝縮器７、膨張弁６および液化器４を有し、これらが配管により閉ループに連結されている。また、この閉ループの配管内にはアンモニア冷媒が封入されており、これによって冷媒回路９が形成されている。
なお、このアンモニア冷凍サイクル２において、放熱量を正確に測定する観点から、凝縮器７はアンモニア冷媒と冷却水とを熱交換することによってアンモニア冷媒を凝縮させる水冷式コンデンサであることが好ましい。また、圧縮機３は、低段側圧縮機構から高段側圧縮機構までが直列に連結された多段圧縮機であってもよい。さらに、液化器４は、アンモニア冷媒の蒸発潜熱によってＣＯ_２ブラインを冷却して液化する。

ＣＯ_２循環路１０には、受液器５が設けられている。受液器５は、ＣＯ_２循環路１０から戻ってきた気液混合ＣＯ_２ブラインを貯留し、そのうち気体のＣＯ_２ブラインを液化器に送り、液化器４で冷却された液体のＣＯ_２ブラインをエアークーラ１２に送るようになっている。

エアークーラ１２は、冷蔵庫１００内空間を冷却するものであり、ＣＯ_２ブラインが流れる伝熱管と、伝熱管内部を流れるＣＯ_２ブラインによって間接的に冷却された伝熱管周囲の冷却空気を冷蔵庫に送風するファンとを有する。
エアークーラ１２は、図１に示すように複数設けられていてもよく、各エアークーラ１２に送られるブライン量は各供給バルブ１３ａ〜１３ｃによって調整される。

上記の冷凍装置の動作を説明する。圧縮機３はアンモニア冷媒を圧縮し、ここで圧縮された高温高圧のガス冷媒を吐出する。このアンモニア冷媒は凝縮器７に導入され、凝縮器７で冷却水と熱交換されることによって冷却されて、凝縮する。そして、液化したアンモニア冷媒は膨張弁６で減圧されて低温低圧の二相冷媒となって液化器４に導入される。液化器４では、アンモニア冷媒は高温のＣＯ_２ブラインと熱交換されることによって昇温されて、蒸発する。一方、液化器４でアンモニア冷媒によって冷却されたＣＯ_２ブラインは、受液器５に戻る。受液器５からは液体のＣＯ_２ブラインがＣＯ_２循環路１０を通って各エアークーラ１２ａ〜１２ｃに送られる。エアークーラ１２ａ〜１２ｃでは、ＣＯ_２ブラインの蒸発潜熱によって冷蔵庫１００内を冷却し、気液混合二相流となったＣＯ_２ブラインはＣＯ_２循環路１０を通って受液器５に戻される。

ここで、本実施形態に係る監視システムの構成について説明する。
監視システム１は、主に、冷凍装置の各状態値をそれぞれ取得する各計測器と、各計測器で計測される状態値を収集する現地端末４０と、現地端末４０と通信回線を介して取得した各計測値等に基づいて冷凍装置の異常検出を行う監視サーバ２０と、監視サーバ２０で分析される監視情報を取得するサービス端末５０とを備えている。

現地端末４０は、通信部４１と、計測値収集部４２とを有しており、計測値収集部４２で冷凍装置の各状態値を取得して、通信部４１によってこれらの状態値を監視サーバ２０に送信する。ここで、計測値収集部４２で収集される状態値としては、冷凍サイクル２の圧力および温度等の計測値、圧縮機３の消費動力（ｋＷ）、凝縮器７の冷却水温度等である。なお、凝縮器７の冷却水温度から凝縮負荷が取得できるようにしてもよい。

監視サーバ２０は、主に、記憶部２１と、通信部２５と、冷凍能力算出部２６と、モリエル線図作成部２７と、比較部２８と、異常検出部２９と、原因推定部３０と、表示部３１とを有する。冷凍能力算出部２６とモリエル線図作成部２７と比較部２８と異常検出部２９と原因推定部３０は演算処理部を構成し、この演算処理部は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。

記憶部２１は、正常時モリエル線図データベース２２と、閾値データベース２３と、異常−原因対応データベース２４とを含んでいる。なお、記憶部２１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。
正常時モリエル線図データベース２２は、例えば、図２に示すような、冷凍サイクル２が正常な状態である場合の正常時モリエル線図が格納されている。この正常時モリエル線図は、冷凍サイクル２の設置初期における実測データに基づいて取得してもよいし、各機器の性能に基づいてシミュレーションを行って取得してもよい。同図において、ａは飽和液線で、ｂは乾き飽和蒸気線である。

閾値データベース２３は、例えば、図５に示すように、冷凍装置の冷凍能力に対する上限閾値と下限閾値とが格納されていてもよい。同図においては、一例として、冷凍能力の経時変化に対応した上限閾値と下限閾値とを示している。上限閾値および下限閾値は、ともに正常運転可能な許容範囲を考慮した値となっている。
異常−原因対応データベース２４は、図７に示すように、正常時モリエル線図と、後述するように各状態値から作成した現在のモリエル線図との比較結果から得られる異常現象と、この異常現象から推定される主要原因とが互いに紐付けられて格納されている。なお、異常−原因対応データベース２４は、異常現象と主要原因とが一対一で対応していなくてもよく、異常現象に対して主要原因が複数対応していてもよい。また、異常−原因対応データベース２４は、必ずしも主要原因が異常現象と紐付けられている必要はない。例えば、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との比較結果から得られる相違点、すなわち図形上の相違点（例えば形状の相違点）や数値上の相違点（例えば圧力若しくはエンタルピー、または座標）に対して主要原因が紐付けられていてもよい。
信回 また、異常−原因対応データベース２４は、主要原因ごとにその予想される原因が一または複数紐付けられていることがさらに好ましい。この場合、予想される原因は、メンテナンスや部品交換が必要とされる部位を特定できるような内容であることがより好ましい。

通信部２５は、現地端末４０やサービス端末５０と通信によってデータを授受する。通線は、専用回線であってもよいし、インターネット等の公衆回線であってもよい。
冷凍能力算出部２６は、圧縮機３の消費動力、凝縮器７の凝縮負荷を用いて冷凍能力を算出する。具体的には、冷凍能力（ＲＴ）は、圧縮機３のモータ動力（ｋＷ）と、凝縮器７の冷却水温度から算出される凝縮負荷（ＱＣ）とを用いて、以下の［式１］により算出できる。
［式１］
冷凍能力（ＲＴ）＝凝縮負荷（ＱＣ）−モータ動力（ｋＷ）
モリエル線図作成部２７は、冷凍サイクル２の各部位の圧力および温度に基づいて、冷凍サイクル２における現在のモリエル線図を作成する．
比較部２８は、記憶部２１の正常時モリエル線図データベース２２に格納される正常時モリエル線図と、モリエル線図作成部２７で作成した現在のモリエル線図とを比較する。
異常検出部２９は、比較部２８の比較結果および冷凍能力算出部２６で算出される冷凍能力に基づいて、冷凍装置の異常、特に圧縮機の異常を検出する。
原因推定部３０は、異常検出部２９で異常が検出された場合に、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との相違点から得られる異常現象に基づいて、記憶部２１の異常−原因対応データベース２４から該当する主要原因を抽出する。なお、原因推定部３０は、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との相違点に基づいて直接、該当する主要原因を抽出してもよい。さらに、原因推定部３０は、異常現象または相違点に基づいて、主要原因とともに、予想される原因を抽出してもよい。
表示部３１は、冷凍サイクル２の圧力や温度等の各状態値や冷凍装置の冷凍能力、あるいはモリエル線図を表示する。このとき、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図とを重畳表示させてもよい。

サービス端末５０は、現地に赴いて、補修や部品交換または定期検査等の各種サービスを実施する作業員が保有しており、通信部５１と表示部５２とを有している。サービス端末５０では、通信部５１で監視サーバ２０から受信した異常現象、主要原因および予想される原因等を表示部５２によって画面表示させ、これに基づいて補修や部品交換または定期検査等の各種サービスを実施する。

上記した構成を有する監視システム１では、まず最初に、冷凍サイクル２の各部位の圧力および温度、圧縮機３の消費動力、凝縮器７の凝縮負荷をそれぞれ取得する。
次いで、モリエル線図作成部２７によって、各部位の圧力および温度に基づいて、冷凍サイクル２における現在のモリエル線図を作成する。
さらに、比較部２８によって、記憶部２１の正常時モリエル線図データベース２２に格納される正常時モリエル線図と、現在のモリエル線図とを比較する。このとき、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、正常時モリエル線図６０と現在のモリエル線図６３とを表示部３１に表示させることによって、当業者が容易に冷凍サイクル２の運転状態を把握することが可能となる。

同時に、冷凍能力算出部２６によって、圧縮機の消費動力（ｋＷ）、凝縮器の凝縮負荷（ＱＣ）から被冷却空間の冷却負荷である冷凍装置の冷凍能力（ＲＴ）を算出する。このとき、図４に示すように、冷凍能力算出部２６は、液化器４および凝縮器７のそれぞれの熱交換器が熱量的にバランスするような実際の運転条件からＲＴ＝ＱＣ−ｋＷの式を用いて計算する。これにより、アンモニア冷凍サイクル２とＣＯ_２循環路１０（炭酸ガスサイクル）とを組み合わせた冷凍装置に対しても、正確に装置全体の冷凍能力を把握することができる。
そして、異常検出部２９によって、冷凍能力に基づいて装置全体の異常を検出するとともに、比較結果に基づいて冷凍サイクル２の各部位の異常を検出する。

上述の実施形態によれば、冷凍サイクルの各部位で取得した圧力および温度からモリエル線図を作成し、正常時モリエル線図と比較することによって、冷媒の状態に基づいた冷凍装置の運転状態から異常を検出することが可能である。これに加えて、圧縮機の消費動力、凝縮器の凝縮負荷を用いて冷凍能力を算出し、この冷凍能力に基づいて異常を検出するようにしたので、冷凍装置の各部位の異常を検出可能であるとともに、各部位に異常が認められない場合であっても、装置全体としての冷凍能力について異常を検出可能となり、冷凍装置の状態を正確に把握することが可能である。

また、比較部２８では、正常時モリエル線図および前記現在のモリエル線図のそれぞれの変節点を比較し、異常検出部２９によって、変節点同士の差分が予め設定された閾値を超えた場合に、異常が発生したと判断してもよい。

さらに、原因推定部３０によって、異常検出部２９で異常が検出された場合に、図３および図７に示すように、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との相違点、または該相違点から得られる異常現象に基づいて、記憶部２１の異常−原因対応データベース２４から該当する主要原因を抽出する。さらに、主要原因に加えて、予想原因を抽出するようにしてもよい。
例えば、図３（Ａ）では、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との相違点からこの冷凍システム２は「（圧縮機の）吐出温度が高い」という異常現象が検出できる。図７に示す異常−原因対応データベース２４において、この異常現象に対しては「給油量の減少」と「給油温度上昇」が主要原因として対応している。したがって、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との相違点、またはこの相違点から得られる異常現象「吐出温度が高い」が検出されると、主要原因として「給油量の減少」と「給油温度上昇」が抽出される。さらに、主要原因の「給油量の減少」に対しては、「オイルフィルタの目詰まり」と「蒸発器からのオイル戻り不良」が予想される原因として対応している。一方、主要原因の「給油温度上昇」に対しては、「冷却水温度上昇」と「オイルクーラ汚れ」が予想される原因として対応している。したがって、予想される原因まで選択する場合には、上記主要原因とこれに紐付けた上記予想される原因とが抽出される。このとき、複数の主要原因のみを先に抽出し、そこから、例えばサービスマン等により選択されるいずれかの主要原因に対応した予想される原因のみを抽出するようにしてもよい。これにより、明らかに排除できる主要原因を除くことができるので、より正確な原因を提供可能であるとともに、通信する情報量を少なくできる。

同様に、図３（Ｂ）では、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との相違点からこの冷凍システム２は「（圧縮機の）吐出温度が高く、且つ吸入温度が高い」という異常現象が検出できる。異常−原因対応データベース２４において、この異常現象に対しては「吸入ガスの過熱」が主要原因として対応している。したがって、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との相違点、またはこの相違点から得られる異常現象「吐出温度が高く、且つ吸入温度が高い」が検出されると、主要原因として「吸入ガスの過熱」が抽出される。さらに、主要原因の「吸入ガスの過熱」に対しては、「蒸発器液面低下（冷媒充てん量の減少）」と「蒸発器液面低下（給液制御弁不良）」と「蒸発器伝熱不良（油のたまり）」とが予想される原因として対応している。したがって、予想される原因まで選択する場合には、上記主要原因とこれに紐付けた上記予想される原因とが抽出される。

同様に、図３（Ｃ）では、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との相違点からこの冷凍システム２は「（圧縮機の）吐出温度および吐出圧力が高く、且つ凝縮圧力が高い」という異常現象が検出できる。異常−原因対応データベース２４において、この異常現象に対しては「凝縮温度の上昇」が主要原因として対応している。したがって、正常時モリエル線図と現在のモリエル線図との相違点、またはこの相違点から得られる異常現象「吐出温度および吐出圧力が高く、且つ凝縮圧力が高い」が検出されると、主要原因として「凝縮温度の上昇」が抽出される。さらに、主要原因の「凝縮温度の上昇」に対しては、「冷却水温度の上昇」と「凝縮器の液面上昇（給液制御弁不良）」と「凝縮器の伝熱不良（伝熱面の汚れ）」と「不凝縮ガスの混入」が予想される原因として対応している。したがって、予想される原因まで選択する場合には、上記主要原因とこれに紐付けた上記予想される原因とが抽出される。

この異常現象と主要原因および予想される原因とはサービス端末４０に送信され、これらの情報に基づいてサービスマンが冷凍装置を確認する。これによって、サービスマンは、予想され得る異常の原因に迅速且つ的確に対処することが可能となる。特に、部品交換が必用な場合には、予め異常現象と主要原因および予想される原因とを把握しておくことによって、事前に準備することができる。

また、図６に示すように、Ａエリア、Ｂエリア、Ｃエリア等のように、複数の冷凍装置が設置エリアごとに区分されている場合、監視サーバ２０は、冷凍装置の異常現象に対する主要原因および予想される原因を抽出したとき、設置エリアに対応したサービス端末５０に該当する異常現象、主要原因および予想される原因が送信されるように構成することが好ましい。例えば、Ａエリアの冷凍装置にはそれぞれ現地端末４０ａ１、４０ａ２、…が設置され、Ｂエリアの冷凍装置にはそれぞれ４０ｂ１、…が設置され、Ｃエリアの冷凍装置にはそれぞれ４０ｃ１、４０ｃ２、４０ｃ３、…が設置されている場合、監視サーバ２０は設置エリアに対応したサービス端末５０ｂ、５０ｃに該当する冷凍装置の異常現象、主要原因および予想される原因を送信する。
このように、設置エリアの情報のみを該当するエリアのサービス端末５０に送信することで、通信回線の混雑を回避しながら冷凍装置の補修または部品交換を行うサービスマンに必要な情報のみを送信することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

１ 監視システム
２ アンモニア冷凍サイクル
３ 圧縮機
４ 液化器
５ 受液器
６ 膨張弁
７ 凝縮器
１０ ＣＯ_２循環路
１１ 液ポンプ
１２ａ〜１２ｃ エアークーラ
１３ａ〜１３ｃ 供給バルブ
２０ 監視サーバ
２１ 記憶部
２２ 正常時モリエル線図データベース
２３ 閾値データベース
２４ 異常−原因対応データベース
２５ 通信部
２６ 冷凍能力算出部
２７ モリエル線図作成部
２８ 比較部
２９ 異常検出部
３０ 原因推定部
３１ 表示部
４０ 現地端末
４１ 通信部
４２ 計測値収集部
５０ サービス端末
５１ 通信部
５２ 表示部
６０ 正常時モリエル線図
６１〜６３ 現在のモリエル線図

Claims (6)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および液化器からなり、アンモニア冷媒が循環する冷凍サイクルと、前記液化器にて前記アンモニア冷媒の蒸発潜熱によって冷却されるＣＯ_２ブラインが循環するブライン循環路と、前記ブライン循環路に設けられ、前記ＣＯ_２ブラインで冷却した冷却空気を被冷却空間に供給するエアークーラとを備える冷凍装置の監視システムであって、
   前記冷凍サイクルが正常な状態である場合の正常時モリエル線図を格納した記憶部と、
   前記冷凍サイクルの各部位の圧力および温度、前記圧縮機の消費動力（ｋｗ）、前記凝縮器の凝縮負荷（ＱＣ）をそれぞれ取得する複数の取得部と、
   前記取得部で取得される前記各部位の圧力および温度に基づいて、前記冷凍サイクルにおける現在のモリエル線図を作成するモリエル線図作成部と、
   前記記憶部に格納される前記正常時モリエル線図と、前記モリエル線図作成部で作成した前記現在のモリエル線図とを比較する比較部と、
   前記圧縮機の消費動力（ｋｗ）と、前記凝縮器の凝縮負荷（ＱＣ）とから
   「ＲＴ＝ＱＣ−ｋＷ」の式を用いて、実際の運転条件からアンモニア冷凍サイクルとＣＯ_２循環路とを組み合わせた冷凍装置に対して、装置全体の冷凍能力（ＲＴ）を算出する冷凍能力算出部と、
   前記比較部のモリエル線図比較結果および前記冷凍能力算出部で算出される冷凍能力（ＲＴ）に基づいて、前記冷凍装置の異常を検出するとともに、前記比較結果に基づいて前記冷凍サイクルの各部位の異常を検出することを特徴とする冷凍装置の監視システム。
2. 前記比較部は、前記正常時モリエル線図および前記現在のモリエル線図のそれぞれの変節点を比較し、
   前記異常検出部は、前記変節点同士の差分が予め設定された閾値を超えた場合に、異常が発生したと判断することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置の監視システム。
3. 前記複数の取得部で取得された各計測値を収集する現地端末と、
   前記現地端末から通信回線を介して前記各計測値を受信し、前記モリエル線図作成部、前記比較部、前記冷凍能力算出部および前記異常検出部での演算によって前記冷凍装置の異常を検出する監視サーバとが設けられており、
   前記監視サーバは、
   前記正常時モリエル線図に対する前記現在のモリエル線図の相違点または該相違点から得られる異常現象と、前記冷凍装置で発生する可能性のある主要原因とが紐付けられて格納された記憶部と、
   前記異常検出部で異常が検出された場合に、前記正常時モリエル線図と前記現在のモリエル線図との前記相違点または前記異常現象に基づいて、前記記憶部から該当する前記主要原因を抽出する原因推定部とを有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置の監視システム。
4. 前記監視サーバは、前記原因推定部によって前記記憶部から前記冷凍装置の前記主要原因を抽出したとき、通信回線を介して、前記冷凍装置の補修または部品交換の際に参照されるサービス端末に前記主要原因を送信することを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置の監視システム。
5. 複数の前記冷凍装置を統括的に監視する請求項１に記載の冷凍装置の監視システムであって、
   前記複数の冷凍装置が設置エリアごとに区分されており、
   前記監視サーバは、前記冷凍装置の異常現象および前記主要原因を抽出したとき、前記設置エリアに対応した複数の前記サービス端末に前記異常現象および前記主要原因が送信されるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の冷凍装置の監視システム。
6. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および液化器からなり、アンモニア冷媒が循環する冷凍サイクルと、前記液化器にて前記アンモニア冷媒の蒸発潜熱によって冷却されるＣＯ _２ ブラインが循環するブライン循環路とを具える冷凍装置の監視方法であって、
   前記冷凍サイクルが正常な状態である場合の正常時モリエル線図を格納した記憶部を備え、
   前記冷凍サイクルの各部位の圧力および温度、前記圧縮機の消費動力（ｋｗ）、前記凝縮器の凝縮負荷（ＱＣ）をそれぞれ取得する取得ステップと、
   前記取得ステップで取得される前記各部位の圧力および温度に基づいて、前記冷凍サイクルにおける現在のモリエル線図を作成するモリエル線図作成ステップと、
   前記記憶部に格納される前記正常時モリエル線図と、前記モリエル線図作成ステップで作成した前記現在のモリエル線図とを比較する比較ステップと、
   前記圧縮機の消費動力（ｋｗ）、前記凝縮器の凝縮負荷（ＱＣ）とから「ＲＴ＝ＱＣ−ｋＷ」の式を用いて実際の運転条件からアンモニア冷凍サイクルとＣＯ_２循環路とを組み合わせた冷凍装置に対して、装置全体の冷凍能力（ＲＴ）を算出する冷凍能力算出ステップと、
   前記比較ステップの比較結果および前記冷凍能力算出ステップで算出される前記冷凍能力に基づいて、前記冷凍装置の異常を検出するとともに、前記比較結果に基づいて前記冷凍サイクルの各部位の異常を検出する異常検出ステップとを備えることを特徴とする冷凍装置の監視方法。
   

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