JPS6183836A - 空気調和設備の診断管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、必要なメインテナンス情報を迅速且つ正確に
入手できるようにした空気調和装置の管理システムに関
する。

近年の電子機器産業や医薬品産業などでは、空気調和設
備の重要性が一段と高まり、環境制御の精密性と異常事
態防止機能に対しての信頼性が強く望まれるようになっ
てきた。例えば、電子計算機室、　　ＬＳＩ製造設備、
医薬製造設備、その他、精密産業分野や生体実験室など
、空気調和装置の故障が許されない分野が非常に多くな
ってきた。

これに対処するために、従来より空気調和設備の集中管
理システムが通常設けられている。これは、建物内に中
央管理室を設け、ここで建物内の電気系統設備、防犯防
災設備、給排水設備などと共に空気調相装置の集中管理
も行えるようにしたものが普通である。しかし従来の空
気調和装置の集中管理システムは、設備類に設置された
各種センサー部からの入力情報をもとに空気調和設備の
監視と制御を行うのが使命であり、故障予知ができるも
のではなかった。

従って、もし故障が発生した場合には、保護装置（バッ
クアップ空気調和装置など）を作動させて環境を維持す
る緊急運転に入り、その間に、故障原因を探索して補修
を行うといった事後処理がとられる場合が多い。しかし
このような保護装置は通常は休止しているものであり、
その規模や機能の面で”ｒｈｒｌ約があるし、長時間の
運転には新な問題が生じてくるので、主装置の故障が未
然に防止できるに越したことはない。

従来の空気調和装置の集中管理システムでも異常事態が
発生した場合に警報メソセージを出力するものは多く存
在するが、その警報メツセージは制御動作の指令に供さ
れるものが大半であって。

故障内容を診断するものではなかった。従って。

従来システムでは、警報により異常が認知されると、空
調設備技術者が現地査察によりその経験と知識に基づい
てその異常原因を判断し、メインテナンス作業の必要不
必要を決めているのが通常であった。また９点検作業に
おいても、警軸メソセージが参考にされるとは言え、不
良箇所を特定するにはやはり個人的な経験と知識に基づ
く度合が多かった。しかし、このような個人的経験や知
識で設備を長期にわたって常時正常に維持することには
限界が存在するし、このような故障の許されない設備現
場が地理的に離れた箇所に多数存在する場合にはその同
時管理に限界が存在する。そして、中央管理室に駐在す
る係員は空調技術者である場合はむしろ稀であって、彼
等に適格なメインテナンス情報を期待することも無理が
ある。このようなことから、稼動中の設備の故障予知を
確実にできるシステムの開発が強く望まれていた。

本発明はこのような要求を満たす空気調和装置の故障予
知システムの提供を目的としたものである。この目的の
ために１本発明は、空気調和設備の設ｉａに設置された
各種センサー部からの入力情報をもとに空気調和設備の
監視と制御を行う中央監視システムに、前記の入力情報
をもとに空気調和設備の故障を予知する設備診断システ
ムを。

データバスラインで接続することによって、設備の診断
を行えるようにした管理システムを提供しようとするも
のである。ここで、設備診断システムは中央監視システ
ムのある建物の内部にあってもよいが、外部にあっても
よい。また設備診断システムへは各所の複数の中央監視
システムからのデータを受は入れること、中央監視シス
テム自体が同じ建物の内部に複数存在している場合にこ
れらからデータを受は入れること、を包含する。

以下に１本発明の内容を図面を参照しつつ、具体的に説
明する。

第１図は１本発明の管理システムの概略系統図を示す。

図示のように、建物内の各種設備のセンサーで検出され
る信号が端末伝送装置により中央監視システムに送信さ
れるが、そのさい、データバスラインにこれらの信号が
入り、このデータバスラインから中央監視システムの中
央処理装置がこれらの送信信号を拾い受けて、従来と同
様の各種設備の監視と制御の仕事をこの中央監視システ
ムが受は持つ。本発明においては、このデータバスライ
ンに設備診断システムを接続する。設備診断システムで
は以下に詳述するが、データバスラインから入る情報に
基づいてコンピュータによる設備診断を行い、その診断
結果をＣＲＴ　（ブラウン管）やプリンター、その他磁
気記録媒体などに出力する。この設備診断システムは設
備現場とメインテナンス作業を受は持つ管理会社に設置
しその両者間を回線で結ぶのが最も普通の態様となる。

第２図は９本発明の管理システムの機能のうち異品予測
診断、最適化制御および操作を、システム全体のなかで
どのように受は持つかを類別して例示したフローである
。

本発明の管理システムの全体像は第１図および第２図に
示されるようなものであるが、その骨子となる設備診断
システムの内容について、電算室の空調を例として、以
下に詳述する。

例えば、空気調和機本体とこれが故障したときのバック
アップ用の空気調和機とを備えた電算室の空気調和設備
において１本体機器は連続運転を行う＃Ｊ！ｉ器であり
、各部品の異常および破損を事前に予知して停止に至る
事態を回避しなければならない。しかし予知不能の不可
避的緊急事態の発生も予想されることから、このような
緊急事態界雷については異常発生後の状態を入力（発停
制御）することによりバンクアンプ起動に移行させるも
のとする。これを考慮して、この設備診断システムでは
１次の警報メソセージ、メインテナンスメツセージおよ
び異常メソセージの３種の類型のメソセージを出力する
ようにする。

１、警報メツセージ（停止に至る各部品の異常）これら
には１例えば次のようなものがある。

（ａ）、送風機シャフトの破損 （ｂ）、送風機ブレードの破損 （Ｃ）、送風機軸受の破損 （ｄ）、送風機ベルト切れ （ｅ）、送風機電動機の焼損 （ｆ）、送風機ナージング現象 ゛このような警報メソセージが出力されると現場確認を
要求することになる。

■、メインテナンスメツセージ（停止に至らない異品） これらには３例えば次のようなものがある。

（ａ）、風量過大（ダンパ媚整不良２点検ロ開放）（ｂ
）、ベルトスリップ （Ｃ）、フィルター目詰まり （ｄ）、フリーアクセス抵抗大 （ｅ）５加湿器不良 このようなメインテナンスメ・ノセージが出力されると
調査を要求することになる。

■、異常メツセージ（不可避的緊急停止の異常）これら
には１例えば次のようなものがある。

（ａ）、動力電源のダウン （ｂｌ、制御′ｒｉ１−ａのダウン （Ｃ）、送風機モータのトリップ （ｄ）、冷水配管の破損、漏水 （ｅ）、送風系ダンパ、ダクトの破損 このような異常メソセージが出力されると自動によるバ
ックアップ起動を実行することになる。

次ぎに、バンクアップ用空気調和装置に対しても異常の
予知が必要となる。バンクアップ用のものは本体が異品
停止または能力低下状態となった場合にバンクアップ運
転を行うものであるから。

通常は停止している。従って停止期ｒＨＪが長い機器は
故障する確率も高く管理も困難である。従ってこれが実
作動してから診断するのでは手遅れとなる場合もある。

このようなことから２本体とのローティジョンによる運
転を行って診断する。すなわち、一般に１本体に付属す
る保護装置は停止に至る部品の異常を予知し電気的に強
制停止されるものであるが１部品点数が多いことと環境
条件に左右されることから、何が原因で保護装置が作動
したかは不明でその原因を解析追及することも困雑な場
合が多い。この原因を追及せずにバンクアップ運転を実
施すると部品の破損や焼損を招くこともあるので１本体
とバックアップ用とを適宜ローティジョンしながら稼動
させて診断し、バックアップ用も最良の状態で運転可能
となるように備える。このハックアップ用の診断は１次
のような警報メツセージとメインテナンスメツセージに
類別される。

１、警報メツセージ（保護装置の作動）これらには１例
えば次のようなものがある。

（ａ）、高圧カット （ｂ）、低圧カット （Ｃ）、屋外機ファン保護サーモ （ｄ）、室内機ファンサーマル （ｅ）、圧縮機サーマル （ｆ）、圧縮機保護サーモ このような警報メツセージが出力されると現場確認を要
求することになる。

ｎ、メインテナンスメソセージ（保護装置を作動させる
原因） これらには９例えば次のようなものがある。

（ａ）、外気温度異常 （ｂ）、冷媒量異常 （Ｃ）、膨張弁不良 （ｄ）、室内負荷大 （ｅ）、コイル通過風量異常 （「）、屋外機能力低下 （ｇ）、軸受異常 （ｈ）、コイル表面結霜 このようなメインテナンスメソセージが出力されると調
査を要求することになる。

以上のような空気調和装置（本体およびハックアップ用
を問わず）の診断を実際に行うには、各種センサーから
の検出信号を設備診断システムに入力し、その入力情報
に基づいてコンピュータによる機器判断を行ってこれを
前記のような警報メツセージ、メインテナンスメソセー
ジ、異常メソセージに類別して出力する。

以下に、この診断処法の具体例を説明する。

その第一は、送風機電動機の電流値と風量との相関情報
を入力情報としてこれを効果的に利用しこれによって診
断することであり。

その第二は、圧縮機電流値と冷媒圧力との相関情報を入
力情報として利用し、これによって診断することである
。

〔第一の診断処法〕

先ず、第一の診断処法から説明する。これは。

空気調和装置の運転状況を検出する各種のセンサーから
各検出信号をコンピュータに入力して空気調和装置の運
転状態を監視するさいに、その検出信号として、空気調
和装置稼動中の送風機電動機の電流値（以下、送風機電
流値と言う）と風量。

更には、送風機電動機の振動と温度を選択し、送風機電
流値と風量の相関情報と、送風機電動機の振動または温
度情報とから、警報メソセージ、メインテナンスメツセ
ージまたは異常メソセージを選択して出力するようにす
ることである。以下これを第３図〜第６図に従って説明
する。

第３図は、空気調和装置の運転状態から設備各所の不良
原因を検出するのに基礎とする送風機電流値と風量の相
関を示す。稼動中の空気調和装置の送風機電流値を一方
の入力情報、風量を他方の入力情報としてこれを監視す
ると１両者の相関から不良箇所を類別することができる
のである。例えば、既設の成る設備において、第３図に
示すように、正常運転の帯域Ｎ（ハツチ部分）が定めら
れるが２両者の相関値がこの帯域から外れる程度に従っ
て、また一方の入力情報が特異な値を示した場合に、不
良原因がどこに存在するかを類別することができる。

より具体的には、送風機電流値と風量が共にＮより低下
した場合には、その低下の大きさに応じ。

Ａ、フィルター目詰まり。

Ｂ、ベルトスリップ Ｃ，フリーアクセス抵抗大 り、ザージング現象（変動有り） Ｅ、ベルト切れ などがその原因として挙げられ、さらにその低下の程度
が異常に大きくなると、電気系の異常と判断される。

また、送風機電流値がＮより増加し、風量がＮより低下
した場合には、その程度に応じて。

Ｆ、軸受給油不足 Ｇ、軸受異常 がその原因として検出され、さらに送風機電流値が異常
に増加し風量が低下した場合には、電流値破損、軸受破
損が検出されることになる。

また、送風機電流値と風量が共にＮより大きくなった場
合には。

Ｈ，風量過大 の清報が入手される。

送風機電流値は電流計から取り出され、コンビ＝し一夕
に入力される。−力、送風機の電流値と風量の特性から
求められる関係式により風量を出力し、この風量と電流
値の相関から前記のような判断を行う。

第４図は、送風機電動機の軸受１に振動センサー２およ
び表面温度センサー３を取付り、これらで検出される値
が域値を越えたときに励磁するＪミ・７トスイ、チ（図
示せず）が作動するよう己こして、その０Ｎ−ＯＦＦ信
号により故障の原因’Ｉ’ｌ’　ｌｉｔをｕｉｉｋ別す
る状態図を示している。すなわち、第３図の送風機電流
値と風量の監視から、Ｆ’、Ｇ、Ｈが′Ｔ１１断された
ときに、この第４図の０Ｎ−ＯＦＦ信冒に基づいて電動
機異常を類別して判断するので１Ｊ）る。

より具体的には、振動センサーと表ｔｆｊｒ　？ｎ度−
！二ンサーの両者のりミツトスイッチが共にＱＮの場合
には。

■、軸受摩耗または劣化 また、振動センサーのりミツトスイッチかＯＮで５表面
温度センサーのりミノ１−スイッチか０１・１？の場合
には。

Ｊ、ダイナミックバランス異常１例えばンヤフ偏芯また
はブレード破損 更に、振動センサーのりミツトスイッチが叶Ｆで５表面
温度センサーのりミツトスイッチか□Ｎの場合には。

Ｋ、軸受給油不足 をそれぞれ判断する。

以上のような出力情報は全てコンピュータに入力され、
コンピュータはこのモニター情報を予め登録されたスト
ック情報と対比判断して、警報メツセージ、メインテナ
ンスメツセージまたは異常メツセージを選択して＋　警
＋’ｌＶブヂーやブラウン管さらにはプリンターに出力
する。

第５図に、この第一の診断処決を実施するコンピュータ
プログラミングの一例を示す。第５図の７ｏ−における
Ａ、、　ＡＬ　、　Ａｍ１ｎ、　　Δｍａｘは第６図の
風量と送風機電流値との関係図に示した値をそれぞれ表
している。またＭＤはモータダンパを、また、ＰＡＣは
本体故障時のハノクア／ブ用に備えられたパッケージ型
空気調和装置を表す。

第５図のフローに示すように、送風機電流値と風量の相
関情報、並びに軸受の振動および温度の情報から、各種
の警報メツセージ（界雷メツセージを含む）とメインテ
ナンスメソセージを選択して取り出すことができ、しか
も、そのさいには故障箇所の表示もできる。従って、こ
の第一の診断処決によると、空気調和装置の故障の機器
診１す１か確実且つ容易に行うことか可能となり、その
故障予知と、これに基づくメインテナンスの実行を。

従来の経験則に代えてＲ器判断のもとに行うことができ
ることになる。

〔第二の診断処決〕

次に第二の診断処決についで説明する。これ番、Ｌ空気
調和装置の運転状況を検出する各種のセンサーから各検
出信号をコンピュータに入力して空気調和装置の運転状
態を監視するさいに、該検出信号として、空気調和装置
稼動中の圧縮機電流値と冷媒圧力を選択し、この圧縮機
電流値と冷媒圧力の相関情報を用いて、警報メツセージ
、メインテナンスメツセージまたは界雷メツセージを選
択して出力するようにする方法である。以下にこれを第
７図〜第１０図に従って説明する。

第７図は、圧縮機′ｉｊｉ流値と冷媒圧力を入力ｔ＃　
（，１１とした場合の原因特性を示す図である。圧縮機
電流値は電流計より、また冷媒圧力は例えば圧縮機吐出
側の高圧ガス圧と蒸発器出口側の低圧ガス圧をそれぞれ
圧力計で検出し、空気１５１和装置稼動中においてこれ
らの検出信号を入力情弗としてモニターした場合に、第
７図に示されるように、故障原因を識別することができ
る。すなわち、既設の成る設備において、正常運転の帯
域Ｎ（ハツチ部分）が高圧ガス側と低圧ガス側の両者お
いて定められるが、圧縮機電流値とこれらの冷媒圧力と
の相関値がこの帯域から外れる程度に従って、不良原因
がどこに存在するかを類別する。

例えば、冷媒圧力のうちの高圧ガス側圧力と圧縮機電流
値との相関において、圧縮機電流値が正常値よりも高く
検出される場合には、その高くなる傾向に応じて。

イ、外気温度上昇 口、冷媒過充填 ハ、膨張弁不良 二、室内負荷大 ホ、コイル通過風蓋大 へ、屋外機能力低下 ト、圧縮機の軸受光密 チ、圧縮機電動機のレアショット などが判断される。これよりも冷媒圧力も低下し且つ圧
縮機電流値が界雷に高くなる場合には、圧縮機の軸受破
損、可溶栓噴出、圧縮機電動機の焼損、などが判別され
る。もっとも、ごのような事態が生ずるまでには、前記
のイ〜チの判断情報か入手されるので、事故に至る前に
対策をたてることになるし、また緊急用の保護装置を自
動作Ωノさせることもできる。このような保護装置の作
動としては、高圧カット作動、圧縮機サーマル作動。

圧縮機保護サーモ作動などがある。なお、前記のイ〜チ
の情報は必ずしもこの順番になるとは限ろないが、これ
らは分類の手段として利用され、この分類の中から該当
しないものを除いてゆき、残ったものを原因と判断する
ことができる。

そして、冷媒圧力のうちの低圧ガス側圧力と圧縮機電流
値との相関において、圧縮機電流値が正常値よりも低く
検出される場合には、その低（なる程度に応じて。

す、外気温度低下 ヌ、冷媒不足 ル、膨張弁不良 オ、塗内負荷減 ワ、コイル通過風量減 力、コイル表面結霜 などが判断され、さらに圧縮機電流値が異常に低下する
場合には、コイルの氷結、冷媒液のバック。

弁割れ、電動機焼損、などの事故に至ることになる。も
っとも、このような事故に至る前に、低圧カット作動を
行い、またこれに至る間に入手された前記情報から適切
な処置を行うことになる。

このようにして、圧縮Ｒ電流値と冷媒圧力の相関情報か
ら設備の故障原因特性を識別することができることにな
るが、この複数の原因の中から空気ｔＪｌｉ！和装置へ
の吸込空気温度（、Ｉｉに吸込空気温度と呼ぶ）、さら
には送風機電動機の電流値（送風機電流値と呼ぶ）を検
出し１選択判断により原因特性を判定できる。

第８図は前記同様の選択判断の例を示しており吸込空気
／ｌμ度と冷媒圧力による原因特性を示す。

第８図の（ａｌは、第７図において（ロ）の冷媒過充填
が判１！ｊｉされたときに、吸込空気温度の情￥Ｕから
膨張弁異常を判断する冷媒過充填特性を示している。す
なわち、吸込空気温度と高圧ガス側圧力との相関におい
て、正常運転特性Ｎ゛の領域より高圧ガス側圧力が低下
した場合に膨張弁異常をＩ’ｌｌ　Ｉ析する。第８図の
（ｂ）は、第７図において（ヌ）の冷媒不足が判断され
たときに、吸込空気温度の情報から膨張弁異常を判断す
る冷媒不足特性を示している。すなわち、吸込空気温度
と低圧ガス側圧力との相関において、正常運転特性Ｎ゛
の領域より低圧ガス側圧力が増加した場合に膨張弁光ん
゛を判断する。

第９図の（ａｌは、第７図で判断された（ホ）のコイル
通過風量増大および（ワ）のコイル通過風量減を、空気
調和装置の室内ＩＩＩ送風機電流値の入力情報より、こ
の送風機電流値が正常運転域Ｎ゛よりも低下した場合に
は、その低下の程度に応して３、フィルター目詰まり 夕、ベルトスリノプ レ、結霜発生 ン、氷結 を判断し、逆に、この送風機電流値か正常運転域Ｎ′よ
りも増大した場合には、その増大の程度に応じて。

ツ、フィルター欠除 ネ、軸受給油不足 す、シャフトハランス不良 を判断する。

第９図の（ｂｌは、第７図でキリ断された（へ〉の屋外
機能力低下を、空気調和装置の屋外側送風機電流値の入
力情報より、この送風機電流値が正常運転域Ｎ′よりも
低下した場合には、その低下の程度に応して。

う、フィン目詰まり ム、ノヤフト空転 を判断し、逆に、この送風機電流値が正常運転域Ｎ°よ
りも増大した場合には、その増大の程度に応して１ つ、異物による障害 〕、軸受異常（無給油型） を判断する。

このような入力信号による原因特性判断は、全てコンピ
ュータによって行うことができる。コンピュータは各入
力信号により故障原因を判断し。

Ｗ報メツセージ、メインテナンスメツセージまたは異常
メツセージを選択してブラウン管、プリンター、または
警報ブザーに出力する。

第１０図のｆａ）〜＋ｄ）は、この第二の診断処決のコ
ンピュータプログラミングの例を示している。また第１
０図の（ｅｌは各種の保護装置が作動した場合に警報メ
ツセージを出力するフローを示している。

このようにして、圧縮機電流値と冷媒圧力の相関情報を
もとにして空気調和装置の各所の故障原因を診断するこ
とができ、この相関情報の細部については吸込空気温度
や送風機電流値の入力を分析することによって−Ｈ正確
な故障予知診断ができる。

以上の第一および第二の診…１処法は相互に独立して実
施してもよいが１両者を併合して実施することにより、
より一層精度の高い診断ができることになる。

本発明の設備診断システムは、特にメインテナンスメソ
セージが入手できる点で従来の管理システムにはない特
徴があり、このメインテナンスメソセージを活用するこ
とによって、空気調和設備の不良や故障が許されないと
ころでの保守管理の完全を期することが可能となる。す
なわち、従来においては、このようなメインテナンスメ
ソセージに類する客観的情報は得られなかったので２診
断は常に個人的経験と知識能力に依存していた関係上そ
の診断の時期や機会によって手遅れとなったり、場合に
よっては点検補修に過大の労力を必要とした割にはその
完全を期することが烈しがった点を１本発明によって大
きく改善することができ、正常な状態を常に維持するた
めの状況判断と対策が迅速且つ正確になされ得ると共に
故障に至る事故を未然に防止することができることにな
り冒頭に述べた既述の目的を効果的に達成することがで
きる。

第１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のビル管理システムの全体例を示す系統
図、第２図は本発明のビル管理システムの診断、制御、
操作の関係の一つの例を図示したシステム図、第３図は
送風機電流値と風量から故障原因を判断するための原因
特性図、第４図は電動機の振動と温度から故障原因を判
断するための説明図、第５図は本発明による診断を実施
するためのコンビュータブコグラミングの一例を示すフ
ロー図、第６図は第５図中の信号値を説明するための送
風機電流値と風量との関係図、第７図は圧縮機電流値と
冷媒圧力から故障原因を判断するための原因特性図、第
８図は冷媒圧力と吸込空気温度による原因特性図、第９
図は送風機電流値による原因特性図、第１Ｏ図（ａ）〜
ｔｅｌは本発明による診断を実施するためのコンピュー
タプログラムノー例を示すフロー図ある。 １・・軸受、　　２・・振動センサー。 ３・・　表面温度センサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気調和設備の設備類に設置された各種センサー部から
   の入力情報をもとに空気調和設備の監視と制御を行う中
   央監視システムに、前記の入力情報をもとに空気調和設
   備の故障を予知する設備診断システムを、データバスラ
   インで接続したことを特徴とする診断機能を備えた空気
   調和装置の管理システム。