JP7380114B2

JP7380114B2 - 異常兆候検知装置

Info

Publication number: JP7380114B2
Application number: JP2019207180A
Authority: JP
Inventors: 泰史川合; 久孝武田; 敏幸那須
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2039-11-15
Also published as: JP2021081101A

Description

本発明は、凝縮器の目詰まりの発生の兆候を精度良く検出して凝縮器の目詰まりの発生を未然に防止することができる異常兆候検知装置に関する。

一般に、冷凍機の凝縮器は、凝縮器のファンの風量などにより異常が検知される。この凝縮器の異常が検知された場合、コントローラは、警報を発し、高圧遮断装置等の保護回路を動作するようにしている。

ここで、凝縮器の異常の発生原因には、目詰まりがあり、特許文献１では、外気温度と高圧飽和温度との差を計算し、予め設定した閾値を用いて凝縮器の目詰まりを判定している。

特許第６４４０８１５号公報

しかしながら、特許文献１では、凝縮器の目詰まりが発生する兆候を検知するものではない。凝縮器の目詰まりの発生を検知することは、既に冷却性能が大幅に低下しており、目詰まり発生の検知では、冷却対象の商品などに対する不適切な温度管理が行われることによって商品ロスなどが生じてしまうとともに、凝縮器を含む冷却システムの寿命を短くしてしまう。

なお、凝縮器の目詰まりの兆候の検出は、例えば、凝縮器の吐出圧力によって検出が可能であるが、吐出圧力の平均値などを用いても精度良く目詰まりの兆候を検出することができない。例えば、要冷設備においてはショーケースの除霜、冷凍機の圧力制御、油戻し運転等の様々な運転状態があり、これらの運転状態によって吐出圧力は大きく変動する。また、冷凍機は、常に１００％の能力で運転しているものではなく、外気温度、外気湿度や、冷凍付加に応じたインバータ制御により運転周波数を可変にして省エネルギー化を図っており、これにより、吐出圧力は大きく変動する。このように、冷却システムの様々な運転状態などにより吐出圧力が大きく変動しているため、吐出圧力を単純に計測しても、凝縮器の目詰まりの兆候を判定することが困難であった。すなわち、凝縮器の目詰まりの兆候判定のための閾値を決定することは困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凝縮器の目詰まりの発生の兆候を精度良く検出して凝縮器の目詰まりの発生を未然に防止することができる異常兆候検知装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、凝縮器を含む冷凍機を介して循環する冷媒によって冷却器が冷却空間との熱交換を行う冷却システムにおける前記凝縮器の異常を検出する異常兆候検知装置であって、予め前記凝縮器の目詰まり状態を設定し、設定した目詰まり状態に対応する前記凝縮器の単位時間における最大吐出圧力を求め、該最大吐出圧力をもとに前記目詰まり状態が発生する前記凝縮器の最大吐出圧力の基準閾値を求め、該基準閾値を記憶する記憶部と、前記凝縮器の吐出圧力を検出する圧力センサと、所定期間内に、前記圧力センサが検出した単位時間における最大吐出圧力が前記基準閾値以上となる回数をもとに、前記凝縮器の目詰まりの兆候又は発生を判定する目詰まり判定部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、外気温度を検出する外気温度センサを備え、前記凝縮器の単位時間における最大吐出圧力は、前記外気温度センサが検出した外気温度をパラメータとする２次元情報であり、前記基準閾値は、前記外気温度に対する前記最大吐出圧力の関係を近似した特性曲線であることを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記目詰まり状態は、段階的な複数の目詰まり状態であり、前記基準閾値は、前記段階的な複数の目詰まり状態のそれぞれに対して求められ、前記目詰まり判定部は、複数の前記基準閾値をもとに、それぞれ対応する各段階的な複数の目詰まり状態を検出して前記凝縮器の目詰まりの兆候又は発生を判定することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記目詰まり判定部は、前記凝縮器の目詰まりの兆候又は発生を出力部に出力することを特徴とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記凝縮器の吐出温度を検出する温度センサを備え、前記凝縮器の最大吐出圧力に替えて前記凝縮器の最大吐出温度を用いて前記凝縮器の目詰まりの兆候を判定することを特徴とする。

本発明によれば、凝縮器の目詰まりの発生の兆候を精度よく検出して凝縮器の目詰まりの発生を未然に防止し、ができる。

図１は、本発明の実施の形態である異常兆候検知装置の機能を有するコントローラ、圧力センサ及び温度センサを含む冷却システムの構成を示すブロック図である。図２は、基準閾値の決定を説明するための単位時間の最大吐出圧力の外気温度依存性を示す図である。図３は、目詰まり判定部５による目詰まり判定処理手順を示すフローチャートである。図４は、目詰まり状態が異なる領域において発生した最大吐出圧力の回数の一例を示した図である。図５は、図４に示したデータをグラフィカルに表示した表示例を示す図である。図６は、本発明の実施の形態の変形例２である異常兆候検知装置の機能を有する冷却システムの構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下の実施の形態では、コンビニエンスストアやスーパーマーケットなどの店舗内に設置されるプレハブショーケース１０を冷却する冷却システムに対する異常兆候検知装置を一例として説明する。

＜装置構成＞
図１は、本発明の実施の形態である異常兆候検知装置の機能を有するコントローラ１、圧力センサＰ及び温度センサＴａを含む冷却システムの構成を示すブロック図である。なお、異常兆候検知装置は、凝縮器２１の目詰まり発生の兆候を検出ものである。

図１に示すように、本冷却システムは、コントローラ１に、店舗１００内のコントローラ１に、店舗１００内のプレハブショーケース１０、店舗１００外の冷凍機２０、及び、店舗１００外の温度センサＴａがネットワークＮを介して接続される。プレハブショーケース１０内には、プレハブショーケース１０内の商品などを冷却する熱交換器である冷却器１２及び膨張機１１が設けられている。冷却器１２は、例えば蒸発器である。また、冷凍機２０内には、圧縮機や、凝縮器２１、及び、凝縮器２１の吐出圧力を検出する圧力センサＰが設けられている。なお、温度センサＴａは、外気温度を検出する。

冷却器１２及び膨張機１１は、配管Ｌを介して店舗１００外の冷凍機２０に接続される。冷凍機２０は、圧縮機、及び、熱交換器である凝縮器２１を備える。そして、圧縮機、凝縮器２１、膨張機１１、及び、冷却器１２は配管Ｌによって冷媒が循環する冷凍サイクルを形成する。

コントローラ１は、入出力部２、記憶部３、制御部４を有する。入出力部２は、タッチパネルなどの入出力デバイスであり、冷却システムに対する各種設定情報を入力するとともに、冷却システムの制御状態や制御結果などの各種データを出力する。特に、入出力部２は、後述する基準閾値Ｄ１を記憶部３に設定するとともに、凝縮器２１の目詰まりの兆候又は発生を出力する。

記憶部３は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ又はハードディスク装置等の二次記憶媒体等からなる記憶デバイスであり、上述した基準閾値Ｄ１を記憶する。詳細は後述するが、基準閾値Ｄ１は、予め凝縮器２１あるいは凝縮器２１と同じ仕様の凝縮器に対して目詰まり状態を設定し、設定した目詰まり状態に対応する凝縮器２１の単位時間、例えば１時間における最大吐出圧力を求め、この最大吐出圧力をもとに決定された、目詰まり状態が発生する凝縮器２１の最大吐出圧力である。

制御部４は、コントローラ全体を制御する制御部であり、目詰まり判定部５を有する。制御部４は、目詰まり判定部５に対応するプログラムを不揮発性メモリや磁気ディスク装置などの記憶装置に記憶しておき、これらのプログラムをメモリにロードして、ＣＰＵで実行することで、対応するプロセスを実行させることになる。

目詰まり判定部５は、所定期間、例えば１日内に、圧力センサＰが検出した単位時間（例えば、１時間）における最大吐出圧力が基準閾値Ｄ１以上となる回数をもとに、凝縮器２１の目詰まりの兆候又は発生を判定する。さらに、目詰まり判定部５は、目詰まりの兆候又は発生があったと判定した場合、入出力部２あるいはネットワークＮを介して外部の出力部に、警報出力する。

なお、本実施の形態では、最大吐出圧力が外気温度依存性を有しているため、基準閾値Ｄ１は、外気温度に対する最大吐出圧力の関係を近似した特性曲線としている。図２は、基準閾値Ｄ１の具体例を示す図である。

図２では、予め凝縮器２１に対して、目詰まりがない正常時、目詰まり３０％、目詰まり５０％、目詰まり７０％をそれぞれ設定した時における、単位時間の最大吐出出力とその時の外気温度との２次元情報を、単位時間の最大吐出出力と外気温度との座標上にプロットする。そして、目詰まりがない正常時、目詰まり３０％、目詰まり５０％、目詰まり７０％のそれぞれのプロット群に対して、外気温度に対する最大吐出圧力の関係を近似した特性曲線を計算する。図２では、各特性曲線を近似直線として近似し、正常時の基準閾値Ｄ０、目詰まり３０％の基準閾値Ｄ１、目詰まり５０％の基準閾値Ｄ２、目詰まり７０％の基準閾値Ｄ３が得られる。ここでは、目詰まり判定部５は、基準閾値Ｄ１を用い、最大吐出圧力が基準閾値Ｄ１未満の場合（領域Ｅ０にある場合）、目詰まりが発生していないと判定し、所定期間（１日）以内に、最大吐出圧力が基準閾値Ｄ１以上となる（領域Ｅにある）回数ｎが１回以上ある場合に、目詰まりの兆候があると判定し、さらに、所定期間（１日）以内に、最大吐出圧力が基準閾値Ｄ１以上となる（領域Ｅにある）回数ｎが１２回以上ある場合に、目詰まりの発生があると判定する。なお、この判定における回数ｎは、一例である。

なお、図２において、外気温度をＸとし、１時間の最大吐出圧力をＹとすると、
基準閾値Ｄ１は、
Ｙ＝０．３２１４・Ｘ＋１５．２３８
基準閾値Ｄ２は、
Ｙ＝０．２４０６・Ｘ＋１８．９２０
基準閾値Ｄ３は、
Ｙ＝０．３８７７・Ｘ＋２０．０１３
基準閾値Ｄ０は、
Ｙ＝０．３１１２・Ｘ＋１４．７９５
である。

＜目詰まり判定処理＞
図３は、目詰まり判定部５による目詰まり判定処理手順を示すフローチャートである。図３に示すように、目詰まり判定部５は、まず、所定期間（例えば、１日）経過したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。所定期間を経過しない場合（ステップＳ１１０，Ｎｏ）、本判定処理を継続して行う。なお、目詰まり判定部５は、例えば１分間毎に、温度センサＴａから外気温度をサンプリングして取得するとともに、圧力センサＰから凝縮器２１の吐出圧力をサンプリングして取得している。

一方、所定期間経過した場合（ステップＳ１１０，Ｙｅｓ）、所定期間内の吐出圧力を収集し（ステップＳ１２０）、さらに所定期間内の外気温度を収集する（ステップＳ１３０）。そして、目詰まり判定部５は、単位時間（例えば、１時間）内の最大吐出圧力と、その時の外気温度とを取得する（ステップＳ１４０）。そして、最大吐出圧力が最小の基準閾値Ｄ１以上となる回数ｎが１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。最大吐出圧力が最小の基準閾値Ｄ１以上となる回数ｎが１以上でない場合（ステップＳ１５０，Ｎｏ）には、ステップＳ１９０に移行する。

最大吐出圧力が最小の基準閾値Ｄ１以上となる回数ｎが１以上である場合（ステップＳ１５０，Ｙｅｓ）には、さらに回数ｎは１２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。回数ｎが１２以上でない場合（ステップＳ１６０，Ｎｏ）、目詰まりの疑いありとする予兆警報出力を行い（ステップＳ１７０）、ステップＳ１９０に移行する。一方、回数ｎが１２以上である場合（ステップＳ１６０，Ｙｅｓ）、目詰まりの発生ありとする警報出力を行い（ステップＳ１８０）、ステップＳ１９０に移行する。

ステップＳ１９０では、本処理の終了指示があったか否かを判定し（ステップＳ１９０）、終了指示がない場合（ステップＳ１９０，Ｎｏ）には、ステップＳ１１０に移行し、次の所定期間における目詰まり判定処理を行う。一方、終了指示があった場合（ステップＳ１９０，Ｙｅｓ）には、そのまま本処理を終了する。

このように本実施の形態では、単位時間における最大吐出圧力が基準閾値Ｄ１以上となる回数をもとに、目詰まりの兆候又は発生を判定している。なお、上記のように、最大吐出圧力は、外気温度依存性を有するため、最大吐出圧力は、外気温度のパタメータをもった２次元情報としている。この最大吐出出力は、運転状態等によって吐出圧力が大きく変動しても、図２に示すように、最大吐出圧力は、凝縮器２１の目詰まりの状態が悪化するにしたがって高くなる相関をもっており、この最大吐出圧力をもとに基準閾値Ｄ１を決定し、最大吐出圧力が基準閾値Ｄ１以上となる回数をもとに目詰まりの兆候又は発生を判定しているので、精度の高い目詰まりの兆候又は発生の判定を行うことができる。

＜変形例１＞
なお、図２において、領域Ｅ１は、基準閾値Ｄ１以上、基準閾値Ｄ２未満の領域であり、目詰まり３０％と判定される領域である。また、領域Ｅ２は、基準閾値Ｄ２以上、基準閾値Ｄ３未満の領域であり、目詰まり５０％と判定される領域である。さらに、領域Ｅ３は、基準閾値Ｄ３以上の領域であり、目詰まり７０％の領域である。なお、上記のように、領域Ｅは、目詰まりが３０％以上の領域である。

すなわち、基準閾値Ｄ１のみならず、段階的な複数の基準閾値Ｄ１～Ｄ３を用いて、さらに、きめ細かく、精度の高い目詰まりの兆候又は発生の判定を行うようにしてもよい。

例えば、領域Ｅ１において最大吐出圧力を検出した場合よりも、領域Ｅ２において最大吐出圧力を検出した場合の方を、警報レベルの高い予兆警報出力を行うようにしてもよい。また、各領域Ｅ１～Ｅ３において発生した最大吐出圧力の回数の大小によっても予兆警報出力の警報レベルを変化させてもよい。

図４は、領域Ｅ０～Ｅ３において発生した最大吐出圧力の回数の一例を示した図である。この場合、上記の実施の形態を適用すると、５月３０日に、領域Ｅ１～Ｅ３に１回以上の最大吐出圧力が検出されたため、予兆警報出力がなされ、５月３１日以降では、領域Ｅ１～Ｅ３に１２回以上の最大吐出圧力が検出されたため、警報出力がなされる。なお、目詰まり７０％を超えると冷却能力が極端に低下するため、領域Ｅ３に１回以上の最大吐出圧力が検出された場合、警報レベルの高い警報出力を行うようにしてもよい。

また、図５は、図４に示したデータをグラフィカルに表示した表示例を示す図である。目詰まり判定部５は、図５に示した目詰まり状態を時系列で、棒グラフなどでグラフィカルに表示出力するようにしてもよい。

＜変形例２＞
図６は、本発明の実施の形態の変形例２である異常兆候検知装置の機能を有する冷却システムの構成を示すブロック図である。本変形例２では、凝縮器２１の吐出圧力を検出する圧力センサＰに替えて、凝縮器の２１の吐出温度を検出する温度センサＴｂを設けている。本変形例２では、最大吐出圧力に替えて最大吐出温度を用いて凝縮器２１の目詰まりの兆候又は発生を判定するようにしている。

すなわち、最大吐出出力に替えて最大吐出温度を用いて決定した基準閾値Ｄ１を記憶しておき、目詰まり判定部５が、運転時に、単位時間の最大吐出温度が基準閾値Ｄ１以上となる回数をもとに、目詰まりの兆候又は発生を判定する。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態及び変形例について説明したが、本実施形態及び変形例による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１コントローラ
２入出力部
３記憶部
４制御部
５目詰まり判定部
１０プレハブショーケース
１１膨張機
１２冷却器
２０冷凍機
２１凝縮器
１００店舗
Ｄ０～Ｄ３基準閾値
Ｅ，Ｅ０～Ｅ３領域
Ｌ配管
Ｎネットワーク
ｎ回数
Ｐ圧力センサ
Ｔａ，Ｔｂ温度センサ

Claims

凝縮器を含む冷凍機を介して循環する冷媒によって冷却器が冷却空間との熱交換を行う冷却システムにおける前記凝縮器の異常を検出する異常兆候検知装置であって、
予め前記凝縮器の目詰まり状態を設定し、設定した目詰まり状態に対応する前記凝縮器の単位時間における最大吐出圧力を求め、該最大吐出圧力をもとに前記目詰まり状態が発生する前記凝縮器の最大吐出圧力の基準閾値を求め、該基準閾値を記憶する記憶部と、
前記凝縮器の吐出圧力を検出する圧力センサと、
所定期間内に、前記圧力センサが検出した単位時間における最大吐出圧力が前記基準閾値以上となる回数をもとに、前記凝縮器の目詰まりの兆候又は発生を判定する目詰まり判定部と、
を備えたことを特徴とする異常兆候検知装置。
外気温度を検出する外気温度センサを備え、
前記凝縮器の単位時間における最大吐出圧力は、前記外気温度センサが検出した外気温度をパラメータとする２次元情報であり、
前記基準閾値は、前記外気温度に対する前記最大吐出圧力の関係を近似した特性曲線であることを特徴とする請求項１に記載の異常兆候検知装置。
前記目詰まり状態は、段階的な複数の目詰まり状態であり、
前記基準閾値は、前記段階的な複数の目詰まり状態のそれぞれに対して求められ、
前記目詰まり判定部は、複数の前記基準閾値をもとに、それぞれ対応する各段階的な複数の目詰まり状態を検出して前記凝縮器の目詰まりの兆候又は発生を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の異常兆候検知装置。
前記目詰まり判定部は、前記凝縮器の目詰まりの兆候又は発生を出力部に出力することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の異常兆候検知装置。
前記凝縮器の吐出温度を検出する温度センサを備え、
前記凝縮器の最大吐出圧力に替えて前記凝縮器の最大吐出温度を用いて前記凝縮器の目詰まりの兆候を判定することを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の異常兆候検知装置。