特許 7597870 水熱交換器の劣化診断装置、水熱交換器の劣化診断方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】水熱交換器の劣化診断装置、水熱交換器の劣化診断方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 27/00 20060101AFI20241203BHJP

   F25B 49/00 20060101ALI20241203BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

F28F27/00 511G

F25B49/00 A

F28D9/00

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023124381

(22)【出願日】2023-07-31

【審査請求日】2023-07-31

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】日本キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】田辺 厚

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／２５０７８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１６４３１９８７（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１４９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３４５０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１７６７２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ １／００ － ９９／００

Ｆ２５Ｂ ４９／００

Ｆ２８Ｄ １／００ － ２１／００

Ｇ０５Ｂ ２３／００ － ２３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水が流れる水配管と冷媒が流れる冷媒配管との間に伝熱部を備え、前記水配管内を流れる水と前記冷媒配管内を流れる冷媒との間で前記伝熱部を介して熱交換を行う水熱交換器と、
前記水配管のうち前記水熱交換器よりも上流側における水の圧力と、前記水配管のうち前記水熱交換器よりも下流側における水の圧力との圧力差より推定した流量を差圧流量として特定する差圧流量特定部と、
前記水熱交換器の能力に基づいて前記水配管内を流れる水の流量を推定し、その推定した流量を能力流量として特定する能力流量特定部と、
前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を実温度差として特定する実温度差特定部と、
前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を前記水熱交換器の能力に基づいて推定し、その推定した温度差を推定温度差として特定する推定温度差特定部と、
前記差圧流量特定部により特定される前記差圧流量、前記能力流量特定部により特定される前記能力流量、前記実温度差特定部により特定される前記実温度差、前記推定温度差特定部により特定される前記推定温度差に基づいて、前記水熱交換器の劣化パターンを判定する劣化パターン判定部と、
を備え、
前記劣化パターン判定部は、
前記差圧流量特定部により特定される前記差圧流量が前記能力流量特定部により特定される前記能力流量よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記水配管内が閉塞している流路閉塞パターンであると判定し、
前記実温度差特定部により特定される前記実温度差が前記推定温度差特定部により特定される前記推定温度差よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記伝熱部の伝熱性が阻害されている伝熱性阻害パターンであると判定する水熱交換器の劣化診断装置。

【請求項2】

水が流れる水配管と冷媒が流れる冷媒配管との間に伝熱部を備え、前記水配管内を流れる水と前記冷媒配管内を流れる冷媒との間で前記伝熱部を介して熱交換を行う水熱交換器と、
前記水配管のうち前記水熱交換器よりも上流側における水の圧力と、前記水配管のうち前記水熱交換器よりも下流側における水の圧力との圧力差より推定した流量を差圧流量として特定する差圧流量特定部と、
前記水配管内を実際に流れる水の流量を実流量として特定する実流量特定部と、
前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を実温度差として特定する実温度差特定部と、
前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を前記水熱交換器の能力に基づいて推定し、その推定した温度差を推定温度差として特定する推定温度差特定部と、
前記差圧流量特定部により特定される前記差圧流量、前記実流量特定部により特定される前記実流量、前記実温度差特定部により特定される前記実温度差、前記推定温度差特定部により特定される前記推定温度差に基づいて、前記水熱交換器の劣化パターンを判定する劣化パターン判定部と、
を備え、
前記劣化パターン判定部は、
前記差圧流量特定部により特定される前記差圧流量が前記実流量特定部により特定される前記実流量よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記水配管内が閉塞している流路閉塞パターンであると判定し、
前記実温度差特定部により特定される前記実温度差が前記推定温度差特定部により特定される前記推定温度差よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記伝熱部の伝熱性が阻害されている伝熱性阻害パターンであると判定する水熱交換器の劣化診断装置。

【請求項3】

水が流れる水配管と冷媒が流れる冷媒配管との間に伝熱部を備え、前記水配管内を流れる水と前記冷媒配管内を流れる冷媒との間で前記伝熱部を介して熱交換を行う水熱交換器の劣化を診断する方法であって、
前記水配管のうち前記水熱交換器よりも上流側における水の圧力と、前記水配管のうち前記水熱交換器よりも下流側における水の圧力との圧力差より推定した流量を差圧流量として特定する差圧流量特定処理と、
前記水熱交換器の能力に基づいて前記水配管内を流れる水の流量を推定し、その推定した流量を能力流量として特定する能力流量特定処理と、
前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を実温度差として特定する実温度差特定処理と、
前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を前記水熱交換器の能力に基づいて推定し、その推定した温度差を推定温度差として特定する推定温度差特定処理と、
前記差圧流量特定処理により特定される前記差圧流量、前記能力流量特定処理により特定される前記能力流量、前記実温度差特定処理により特定される前記実温度差、前記推定温度差特定処理により特定される前記推定温度差に基づいて、前記水熱交換器の劣化パターンを判定する劣化パターン判定処理と、
を含み、
前記劣化パターン判定処理では、
前記差圧流量特定処理により特定される前記差圧流量が前記能力流量特定処理により特定される前記能力流量よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記水配管内が閉塞している流路閉塞パターンであると判定し、
前記実温度差特定処理により特定される前記実温度差が前記推定温度差特定処理により特定される前記推定温度差よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記伝熱部の伝熱性が阻害されている伝熱性阻害パターンであると判定する水熱交換器の劣化診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、水熱交換器の劣化診断装置及び水熱交換器の劣化診断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、発電プラントの復水や給水系統等に設置される給水加熱器等の熱交換器において、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ことにより、スケールの付着の有無のみならず、スケールの付着箇所が熱交換用チューブの内面か外面か、又は、熱交換用チューブ以外の給水流路部かの判定も行えるようにした熱交換器の異常監視装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第２６７５６８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の装置では、スケールが付着していることや、そのスケールが付着している箇所を特定することは可能であるものの、熱交換器がどのように劣化しているのか、つまり、熱交換器の劣化のパターンまでは判定することができない。特に、水と冷媒との間で熱交換を行う水熱交換器においては、劣化のパターンとしては、流路が閉塞することにより劣化しているパターンや、スケールにより伝熱性が阻害されているパターン等が考えられ、どのようなパターンで劣化しているのかを判定することができれば、より適切な対処を行うことができる。

【0005】

そこで、本実施形態は、水配管内を流れる水と冷媒配管内を流れる冷媒との間で熱交換を行う水熱交換器について、どのようなパターンで劣化しているのかを判定できるようにした劣化診断装置及び劣化診断方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態に係る水熱交換器の劣化診断装置は、水が流れる水配管と冷媒が流れる冷媒配管との間に伝熱部を備え、前記水配管内を流れる水と前記冷媒配管内を流れる冷媒との間で前記伝熱部を介して熱交換を行う水熱交換器と、前記水配管のうち前記水熱交換器よりも上流側における水の圧力と、前記水配管のうち前記水熱交換器よりも下流側における水の圧力との圧力差から推定した流量を差圧流量として特定する差圧流量特定部と、前記水熱交換器の能力に基づいて前記水配管内を流れる水の流量を推定し、その推定した流量を能力流量として特定する能力流量特定部と、前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を実温度差として特定する実温度差特定部と、前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を前記水熱交換器の能力に基づいて推定し、その推定した温度差を推定温度差として特定する推定温度差特定部と、前記差圧流量特定部により特定される前記差圧流量、前記能力流量特定部により特定される前記能力流量、前記実温度差特定部により特定される前記実温度差、前記推定温度差特定部により特定される前記推定温度差に基づいて、前記水熱交換器の劣化パターンを判定する劣化パターン判定部と、を備え、前記劣化パターン判定部は、前記差圧流量特定部により特定される前記差圧流量が前記能力流量特定部により特定される前記能力流量よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記水配管内が閉塞している流路閉塞パターンであると判定し、前記実温度差特定部により特定される前記実温度差が前記推定温度差特定部により特定される前記推定温度差よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記伝熱部の伝熱性が阻害されている伝熱性阻害パターンであると判定する。

【0007】

本実施形態に係る水熱交換器の劣化診断方法は、水が流れる水配管と冷媒が流れる冷媒配管との間に伝熱部を備え、前記水配管内を流れる水と前記冷媒配管内を流れる冷媒との間で前記伝熱部を介して熱交換を行う水熱交換器の劣化を診断する方法であって、前記水配管のうち前記水熱交換器よりも上流側における水の圧力と、前記水配管のうち前記水熱交換器よりも下流側における水の圧力との圧力差から推定した流量を差圧流量として特定する差圧流量特定処理と、前記水熱交換器の能力に基づいて前記水配管内を流れる水の流量を推定し、その推定した流量を能力流量として特定する能力流量特定処理と、前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を実温度差として特定する実温度差特定処理と、前記水配管内を流れる水の温度と前記冷媒配管内を流れる冷媒の温度との温度差を前記水熱交換器の能力に基づいて推定し、その推定した温度差を推定温度差として特定する推定温度差特定処理と、前記差圧流量特定処理により特定される前記差圧流量、前記能力流量特定処理により特定される前記能力流量、前記実温度差特定処理により特定される前記実温度差、前記推定温度差特定処理により特定される前記推定温度差に基づいて、前記水熱交換器の劣化パターンを判定する劣化パターン判定処理と、を含み、前記劣化パターン判定処理では、前記差圧流量特定処理により特定される前記差圧流量が前記能力流量特定処理により特定される前記能力流量よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記水配管内が閉塞している流路閉塞パターンであると判定し、前記実温度差特定処理により特定される前記実温度差が前記推定温度差特定処理により特定される前記推定温度差よりも大きい場合には、前記水熱交換器の劣化パターンが、前記伝熱部の伝熱性が阻害されている伝熱性阻害パターンであると判定する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係るチラーシステムの構成例を概略的に示す図

【図2】第１実施形態に係る制御装置の構成例を概略的に示すブロック図

【図3】第２実施形態に係る制御装置の構成例を概略的に示すブロック図

【図4】第２実施形態に係るチラーシステムの構成例を概略的に示す図

【図5】第３実施形態に係るチラーシステムの構成例を概略的に示す図

【図6】第４実施形態に係るチラーシステムの構成例を概略的に示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、水熱交換器の劣化診断装置及び劣化診断方法に係る複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0010】

（第１実施形態）
図１に例示するチラーシステム１００は、冷凍サイクルユニット２００と利用側ユニット３００を備えている。チラーシステム１００は、冷凍サイクルユニット２００を流れる冷媒と利用側ユニット３００を流れる水との間で熱交換を行うことにより、チラーシステム１００の温度制御対象である物や空間を冷却したり加熱したりすることが可能である。

【0011】

冷凍サイクルユニット２００は、圧縮機２０１、空気熱交換器２０２、ファン２０３、膨張弁２０４、水熱交換器２０５、アキュムレータ２０６、四方弁２０７、冷媒配管２０８を備えている。圧縮機２０１、空気熱交換器２０２、膨張弁２０４、水熱交換器２０５、アキュムレータ２０６、四方弁２０７は、冷媒配管２０８により順次接続されている。

【0012】

圧縮機２０１は、冷媒を圧縮可能に構成されている。圧縮機２０１は、例えば公知のインバーター制御によって運転周波数を変更可能である。圧縮機２０１は、運転周波数を変更不能である構成つまり運転周波数が固定の構成であってもよい。

【0013】

空気熱交換器２０２は、例えばフィンアンドチューブ式の熱交換器である。即ち、空気熱交換器２０２は、複数枚の平板状のフィンに冷媒配管２０８が挿通された構成の熱交換器である。空気熱交換器２０２の近傍には、ファン２０３が配置されている。空気熱交換器２０２は、ファン２０３から送られる空気と空気熱交換器２０２内を通る冷媒との間で熱交換を行う。

【0014】

膨張弁２０４は、弁開度を調節可能に構成されている。膨張弁２０４は、例えば、貫通孔を有する弁本体と、貫通孔に対して進退可能なニードルと、ニードルを進退させる動力源と、を備えている。貫通孔をニードルで塞いだ場合、膨張弁２０４は、冷凍サイクルユニット２００における冷媒の流通を遮断する。このとき、膨張弁２０４は閉じた状態であり、膨張弁２０４の開度は最も小さい。ニードルが貫通孔から最も離れた場合、冷凍サイクルユニット２００における冷媒の流通量は最大化する。このとき、膨張弁２０４の開度は最も大きい。

【0015】

水熱交換器２０５は、加熱又は冷却の対象である水配管３０１内を流れる水と冷媒配管２０８を流れる冷媒との間で熱交換を行う。ポンプ３０２は、水配管３０１内の水を水熱交換器２０５に向けて圧送する。

【0016】

水熱交換器２０５は、いわゆるプレート式の水熱交換器である。水熱交換器２０５は、積層された複数の熱交換プレートを、その積層方向から一対のカバープレートにより挟み込んだ構成となっている。少なくとも一方のカバープレートは、水や冷媒の出入口として機能する複数の継手を備えている。水熱交換器２０５は、水が流れる水配管３０１と冷媒が流れる冷媒配管２０８とが接続され、水流路と冷媒流路とが交互にプレートで仕切られることで水と冷媒が熱交換する伝熱部２０５ａを備えている。

【0017】

アキュムレータ２０６は、例えば鉄鋼等の金属製のケースを有している。アキュムレータ２０６内の下部には液相の冷媒が収容される。アキュムレータ２０６内の上部には気相の冷媒が収容される。アキュムレータ２０６は、気相の冷媒を圧縮機２０１に供給する。

【0018】

四方弁２０７は、冷媒配管２０８において冷媒が流れる向きを切り替えることにより、冷凍サイクルユニット２００を加熱運転状態と冷却運転状態とに切り替える。加熱運転状態と冷却運転状態とでは、冷媒配管２０８において冷媒が流れる向きが逆方向に切り替えられる。

【0019】

冷凍サイクルユニット２００が加熱運転状態に切り替えられた場合、水熱交換器２０５により水配管３０１内を流れる水が加熱される。加熱運転状態では、冷媒は、圧縮機２０１、水熱交換器２０５、膨張弁２０４、空気熱交換器２０２、アキュムレータ２０６の順に流れる。

【0020】

より詳細に説明すると、圧縮機２０１で高温化された冷媒は、水熱交換器２０５において凝縮し水配管３０１内の水と熱交換する。これにより、水配管３０１内を流れる水が加熱される。このとき、水熱交換器２０５は、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。水熱交換器２０５において水と熱交換した冷媒は、膨張弁２０４において減圧され、さらに、空気熱交換器２０２においてファン２０３から送風される空気と熱交換する。このとき、空気熱交換器２０２は、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。空気熱交換器２０２において空気と熱交換した冷媒は、アキュムレータ２０６を介して圧縮機２０１に戻され、再び高温化されて水熱交換器２０５に送られる。このような冷媒の循環が行われることにより、水熱交換器２０５は、水配管３０１内を流れる水を加熱する。

【0021】

一方、冷凍サイクルユニット２００が冷却運転状態に切り替えれられた場合、水熱交換器２０５により水配管３０１内を流れる水が冷却される。冷却運転状態では、冷媒は、圧縮機２０１、空気熱交換器２０２、膨張弁２０４、水熱交換器２０５、アキュムレータ２０６の順に流れる。

【0022】

より詳細に説明すると、圧縮機２０１で高温化された冷媒は、空気熱交換器２０２において凝縮しファン２０３から送風される空気と熱交換する。このとき、空気熱交換器２０２は、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。空気熱交換器２０２において空気と熱交換した冷媒は、膨張弁２０４において減圧され、さらに、水熱交換器２０５において水配管３０１内の水と熱交換する。これにより、水配管３０１内を流れる水が冷却される。このとき、水熱交換器２０５は、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。水熱交換器２０５において空気と熱交換した冷媒は、アキュムレータ２０６を介して圧縮機２０１に戻され、再び高温化されて空気熱交換器２０２に送られる。このような冷媒の循環が行われることにより、水熱交換器２０５は、水配管３０１内を流れる水を冷却する。

【0023】

チラーシステム１００は、冷媒配管２０８のうち圧縮機２０１よりもアキュムレータ２０６側の部分にアキュムレータ側冷媒圧力計２２１とアキュムレータ側冷媒温度計２３１を備えている。また、チラーシステム１００は、冷媒配管２０８のうち圧縮機２０１よりもアキュムレータ２０６とは反対側の部分に反アキュムレータ側冷媒圧力計２２２と反アキュムレータ側冷媒温度計２３２を備えている。

【0024】

チラーシステム１００は、水配管３０１のうち水熱交換器２０５よりも上流側の部分に上流側水圧計３２１と上流側水温計３３１を備えている。また、チラーシステム１００は、水配管３０１のうち水熱交換器２０５よりも下流側の部分に下流側水圧計３２２と下流側水温計３３２を備えている。

【0025】

次に、チラーシステム１００を制御する制御装置４００について詳細に説明する。制御装置４００は、例えばコンピュータを主体として構成されており、制御プログラムや各種の設定データ等に基づいてチラーシステム１００の動作全般を制御可能である。また、制御装置４００は、水熱交換器２０５の劣化診断装置の一例としても機能するものであり、水熱交換器２０５の劣化を診断可能に構成されている。

【0026】

制御装置４００には、上述した圧縮機２０１、ファン２０３、膨張弁２０４、四方弁２０７、ポンプ３０２等といった各種の駆動系の構成要素が接続されている。また、制御装置５０には、上述したアキュムレータ側冷媒圧力計２２１、アキュムレータ側冷媒温度計２３１、反アキュムレータ側冷媒圧力計２２２、反アキュムレータ側冷媒温度計２３２、上流側水圧計３２１、上流側水温計３３１、下流側水圧計３２２、下流側水温計３３２等といった各種のセンサ系の構成要素が接続されている。

【0027】

図２に例示するように、制御装置４００は、劣化診断プログラムを実行することにより、差圧流量特定処理部４０１、能力流量特定処理部４０２、実温度差特定処理部４０３、推定温度差特定処理部４０４、劣化パターン判定処理部４０５、報知処理部４０６をソフトウェアにより仮想的に実現している。なお、差圧流量特定処理部４０１、能力流量特定処理部４０２、実温度差特定処理部４０３、推定温度差特定処理部４０４、劣化パターン判定処理部４０５、報知処理部４０６は、ハードウェアにより実現されていてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせにより実現されていてもよい。

【0028】

差圧流量特定処理部４０１は、差圧流量特定部の一例であり、差圧流量特定処理を実行可能である。差圧流量特定処理は、水配管３０１のうち水熱交換器２０５よりも上流側の部分における上流側水圧計３２１により検知される水の圧力と、水配管３０１のうち水熱交換器２０５よりも下流側の部分における下流側水圧計３２２により検知される水の圧力との圧力差から推定する流量を差圧流量として特定する処理である。即ち、水熱交換器２０５よりも上流側における水の圧力と下流側における水の圧力との圧力差が大きいほど水の流量は大きいと推定することができ、逆に、圧力差が小さいほど水の流量は小さいと推定することができる。

【0029】

能力流量特定処理部４０２は、能力流量特定部の一例であり、能力流量特定処理を実行可能である。能力流量特定処理は、水熱交換器２０５の能力に基づいて水配管３０１内を流れる水の流量を推定し、その推定した流量を能力流量として特定する処理である。

【0030】

水熱交換器２０５の能力は、冷媒配管２０８内を流れる冷媒のエンタルピー変化や冷媒配管２０８内における冷媒の循環量等に基づいて推定することができる。冷媒配管２０８内を流れる冷媒のエンタルピー変化は、アキュムレータ側冷媒圧力計２２１や反アキュムレータ側冷媒圧力計２２２により検知される冷媒配管２０８内を流れる冷媒の圧力や、アキュムレータ側冷媒温度計２３１や反アキュムレータ側冷媒温度計２３２により検知される冷媒配管２０８内を流れる冷媒の温度等に基づいて算出することができる。冷媒配管２０８内における冷媒の循環量は、圧縮機２０１の駆動周波数や冷媒配管２０８内に充填されている冷媒の密度等に基づいて算出することができる。冷媒配管２０８内に充填されている冷媒の密度は、もっぱら冷媒の種類ごとに異なるが、充填されている冷媒の量や周囲温度等の影響を受けて変動し得る。

【0031】

水熱交換器２０５の能力は、さらに、上流側水温計３３１や下流側水温計３３２により検知される水配管３０１内を流れる水の温度の変化も反映させることにより、より精度良く推定することができる。

【0032】

実温度差特定処理部４０３は、実温度差特定部の一例であり、実温度差特定処理を実行可能である。実温度差特定処理は、水熱交換器２０５内において水配管３０１内を流れる水の温度と冷媒配管２０８内を流れる冷媒の温度との温度差を実温度差として特定する処理である。即ち、実温度差は、水熱交換器２０５内を流れる水と冷媒の温度差と定義することができる。水熱交換器２０５内において水配管３０１内を流れる水の温度は、上流側水温計３３１や下流側水温計３３２により検知することができる。冷媒配管２０８内を流れる冷媒の温度は、アキュムレータ側冷媒温度計２３１や反アキュムレータ側冷媒温度計２３２により検知することができる。

【0033】

推定温度差特定処理部４０４は、推定温度差特定部の一例であり、推定温度差特定処理を実行可能である。推定温度差特定処理は、水熱交換器２０５内において水配管３０１内を流れる水の温度と冷媒配管２０８内を流れる冷媒の温度との温度差を水熱交換器２０５の能力に基づいて推定し、その推定した温度差を推定温度差として特定する処理である。

【0034】

水熱交換器２０５の能力は、上述した通り、冷媒配管２０８内を流れる冷媒のエンタルピー変化や冷媒配管２０８内における冷媒の循環量等に基づいて推定することができ、さらには、水配管３０１内を流れる水の温度の変化も反映させることにより、より精度良く推定することができる。

【0035】

劣化パターン判定処理部４０５は、劣化パターン判定部の一例であり、劣化パターン判定処理を実行可能である。劣化パターン判定処理は、差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量、能力流量特定処理部４０２により特定される能力流量、実温度差特定処理部４０３により特定される実温度差、推定温度差特定処理部４０４により特定される推定温度差に基づいて、水熱交換器２０５の劣化パターンを判定する処理である。

【0036】

より詳細に説明すると、劣化パターン判定処理部４０５は、差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量が能力流量特定処理部４０２により特定される能力流量よりも所定の基準量以上大きい場合には、水熱交換器２０５の劣化パターンが「流路閉塞パターン」であると判定する。流路閉塞パターンは、水配管３０１内にスケールが付着して当該水配管３０１内が閉塞しているという劣化パターンである。「流路閉塞パターン」の発生有無を判定するための所定の基準量は、適宜変更して設定することができる。

【0037】

また、劣化パターン判定処理部４０５は、実温度差特定処理部４０３により特定される実温度差が推定温度差特定処理部４０４により特定される推定温度差よりも所定の基準量以上大きい場合には、水熱交換器２０５の劣化パターンが「伝熱性阻害パターン」であると判定する。伝熱性阻害パターンは、伝熱部２０５ａにスケールが付着して当該伝熱部２０５ａの伝熱性が阻害されている劣化パターンである。「伝熱性阻害パターン」の発生有無を判定するための所定の基準量は、適宜変更して設定することができる。

【0038】

水熱交換器２０５においては、「流路閉塞パターン」の劣化のみが発生している場合、「伝熱性阻害パターン」の劣化のみが発生している場合、「流路閉塞パターン」及び「伝熱性阻害パターン」の双方の劣化が同時に発生している場合が有り得る。

【0039】

報知処理部４０６は、報知部の一例であり、報知処理を実行可能である。報知処理は、劣化パターン判定処理部４０５による劣化パターンの判定結果を報知する処理である。報知処理は、例えば、制御装置４００が備える図示しない表示出力器を介して視覚的情報として報知してもよいし、制御装置４００が備える図示しない音声出力器を介して聴覚的情報として報知してもよいし、視覚的情報と聴覚的情報の双方により報知してもよい。表示出力器は、例えばディスプレイ等である。音声出力器は、例えばスピーカ等である。

【0040】

報知処理部４０６は、劣化パターン判定処理部４０５による劣化パターンの判定結果が「流路閉塞パターン」である場合には、水熱交換器２０５に「流路閉塞パターン」の劣化が発生していることを報知する。また、報知処理部４０６は、劣化パターン判定処理部４０５による劣化パターンの判定結果が「伝熱性阻害パターン」である場合には、水熱交換器２０５に「伝熱性阻害パターン」の劣化が発生していることを報知する。

【0041】

また、報知処理部４０６は、劣化パターン判定処理部４０５による劣化パターンの判定結果が「流路閉塞パターン」でもあり「伝熱性阻害パターン」でもある場合には、水熱交換器２０５に「流路閉塞パターン」の劣化及び「伝熱性阻害パターン」の劣化が発生していることを報知するようにしてもよいし、何れか一方の劣化パターンのみを報知するようにしてもよい。何れか一方の劣化パターンのみを報知する場合、例えば、より劣化の度合いが大きい劣化パターンを選択して報知するようにしてもよいし、使用者によって予め指定されている劣化パターンを報知するようにしてもよい。

【0042】

以上に例示したチラーシステム１００の制御装置４００によれば、差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量と能力流量特定処理部４０２により特定される能力流量との大小関係、及び、実温度差特定処理部４０３により特定される実温度差と推定温度差特定処理部４０４により特定される推定温度差との大小関係に基づいて、水熱交換器２０５の劣化パターンが「流路閉塞パターン」であるのか「伝熱性阻害パターン」であるのかを判定することができる。また、水熱交換器２０５においては、「流路閉塞パターン」及び「伝熱性阻害パターン」の双方の劣化が同時に発生している場合も有り、そのような場合には、「流路閉塞パターン」及び「伝熱性阻害パターン」の双方の劣化パターンが同時に発生していることを判定することができる。これにより、水配管３０１内を流れる水と冷媒配管２０８内を流れる冷媒との間で熱交換を行う水熱交換器２０５について、どのようなパターンで劣化しているのかを判定することができ、発生している劣化パターンに応じて、より適切な対処を行うことができる。

【0043】

「流路閉塞パターン」及び「伝熱性阻害パターン」という２種類の劣化パターンについて、何れのパターンにおいても、最終的には水配管３０１内の流路が閉塞に至る。しかしながら、初期段階、つまり、流路が閉塞し始めた段階では、それぞれの劣化パターンについて次のような相違が認められる。即ち、「流路閉塞パターン」では、水配管３０１内を流れる水の圧力損失の増大が顕著であり、一方、「伝熱性阻害パターン」では、伝熱部２０５ａの伝熱性能の悪化が顕著である。

【0044】

そのため、差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量と能力流量特定処理部４０２により特定される能力流量との大小関係を比較すれば、「流路閉塞パターン」が発生しているか否かを判断することができる。即ち、水配管３０１内にスケールが詰まると、当該水配管３０１内を流れる水の圧力損失が増大する。そして、水配管３０１内を流れる水の圧力損失が増大すると、差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量は、圧力損失増大の影響を受けて大きくなりやすいが、能力流量特定処理部４０２により特定される能力流量は、水熱交換器２０５の能力に基づくものであるから圧力損失増大の影響を受けにくく、従って、変化しにくい。そのため、差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量が能力流量特定処理部４０２により特定される能力流量よりも十分に大きい場合には、水熱交換器２０５の劣化パターンが「流路閉塞パターン」であると判定することができる。

【0045】

また、実温度差特定処理部４０３により特定される実温度差と推定温度差特定処理部４０４により特定される推定温度差との大小関係を比較すれば、「伝熱性阻害パターン」が発生しているか否かを判断することができる。即ち、伝熱部２０５ａにスケールが付着すると、当該伝熱部２０５ａの伝熱性能が悪化する。そして、伝熱部２０５ａの伝熱性能が悪化すると、実温度差特定処理部４０３により特定される実温度差は、伝熱性能悪化の影響を受けて大きくなりやすいが、推定温度差特定処理部４０４により特定される推定温度差は、水熱交換器２０５の能力に基づくものであるから伝熱性能悪化の影響を受けにくく、従って、変化しにくい。そのため、実温度差特定処理部４０３により特定される実温度差が推定温度差特定処理部４０４により特定される推定温度差よりも十分に大きい場合には、水熱交換器２０５の劣化パターンが「伝熱性阻害パターン」であると判定することができる。

【0046】

以上の通り、本願は、流路閉塞の初期段階に認められる劣化パターンごとの顕著な相違に着目して、水熱交換器２０５が、どのようなパターンで劣化しているのかを判定できるようにした実施形態を開示するものである。

【0047】

（第２実施形態）
図３に例示する制御装置４００は、能力流量特定処理部４０２に代えて、実流量特定処理部４０７を備えた構成である。制御装置４００は、劣化診断プログラムを実行することにより、実流量特定処理部４０７をソフトウェアにより仮想的に実現している。なお、実流量特定処理部４０７は、ハードウェアにより実現されていてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせにより実現されていてもよい。

【0048】

実流量特定処理部４０７は、実流量特定部の一例であり、実流量特定処理を実行可能である。実流量特定処理は、水配管３０１内を実際に流れる水の流量を実流量として特定する処理である。水配管３０１内を実際に流れる水の流量は、図４に例示する流量計３４１により検知することができる。この場合、流量計３４１は、水配管３０１のうち水熱交換器２０５よりも上流側の部分に備えられているが、水配管３０１内を実際に流れる水の流量を検知可能な部位であれば、例えば、水配管３０１のうち水熱交換器２０５よりも下流側の部分に備えられていてもよいし、水配管３０１のうち水熱交換器２０５内の部分に備えられていてもよい。

【0049】

劣化パターン判定処理部４０５は、差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量が実流量特定処理部４０７により特定される実流量よりも所定の基準量以上大きい場合には、水熱交換器２０５の劣化パターンが「流路閉塞パターン」であると判定する。

【0050】

第２実施形態によっても、水配管３０１内を流れる水と冷媒配管２０８内を流れる冷媒との間で熱交換を行う水熱交換器２０５について、どのようなパターンで劣化しているのかを判定することができる。

【0051】

また、差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量を、推定値ではなく実測値と比較することができ、「流路閉塞パターン」が発生しているか否かを一層精度良く判定することができる。

【0052】

なお、第２実施形態においては、制御装置４００は、能力流量特定処理部４０２とともに実流量特定処理部４０７を備え、能力流量特定処理部４０２により特定される能力流量、及び、実流量特定処理部４０７により特定される実流量のうち何れかの流量値を適宜選択して差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量と比較するようにしてもよい。あるいは、能力流量特定処理部４０２により特定される能力流量と実流量特定処理部４０７により特定される実流量について例えば平均値、中央値、最大値、最小値等を特定し、その特定した値を差圧流量特定処理部４０１により特定される差圧流量と比較するようにしてもよい。

【0053】

（第３実施形態）
図５に例示するチラーシステム１００は、１つの利用側ユニット３００に対し複数、この場合、２つの冷凍サイクルユニット２００を備える構成であり、換言すれば、１つの水配管３０１に対し複数、この場合、２つの冷媒配管２０８が対応付けられている構成である。

【0054】

この構成例においては、劣化パターン判定処理部４０５は、一方の冷媒配管２０８と水配管３０１との関係において推定された水熱交換器２０５の能力を用いて劣化パターンを判定することが可能であり、また、他方の冷媒配管２０８と水配管３０１との関係において推定された水熱交換器２０５の能力を用いて劣化パターンを判定することも可能である。

【0055】

そして、報知処理部４０６は、一方の冷媒配管２０８と水配管３０１との関係において推定された水熱交換器２０５の能力を用いて劣化パターンが判定された場合には、その一方の冷媒配管２０８との関係で劣化が発生していることを報知することができる。また、報知処理部４０６は、他方の冷媒配管２０８と水配管３０１との関係において推定された水熱交換器２０５の能力を用いて劣化パターンが判定された場合には、その他方の冷媒配管２０８との関係で劣化が発生していることを報知することができる。即ち、この構成例によれば、複数の冷媒配管２０８のうちどの冷媒配管２０８との関係で水熱交換器２０５に劣化が発生しているのかを特定することができ、ひいては、複数の冷凍サイクルユニット２００のうちどの冷凍サイクルユニット２００との関係で水熱交換器２０５に劣化が発生しているのかを特定することができる。

【0056】

また、報知処理部４０６は、複数の冷媒配管２０８のうち何れか１つの冷媒配管２０８と水配管３０１との関係において推定された水熱交換器２０５の能力を用いて劣化パターンが判定された場合であっても、その他の冷媒配管２０８を含む複数の冷媒配管２０８全体との関係で水熱交換器２０５に劣化が発生していることを報知するようにしてもよい。

【0057】

（第４実施形態）
図６に例示するチラーシステム１００は、１つの水配管３０１上に複数、この場合、２つの水熱交換器２０５が直列に接続された構成である。水配管３０１のうち複数の水熱交換器２０５の間の部分には、中間水圧計３２３と中間水温計３３３が設けられている。即ち、第４実施形態の構成例は、上述した第１実施形態に例示した構成が複数、この場合、２つ直列に接続された構成となっている。この構成例によれば、劣化パターン判定処理部４０５は、複数の水熱交換器２０５ごとに、それぞれ劣化パターンを判定することができる。

【0058】

そして、報知処理部４０６は、一方の水熱交換器２０５について劣化パターンが判定された場合には、その一方の水熱交換器２０５に劣化が発生していることを報知することができる。また、報知処理部４０６は、他方の水熱交換器２０５について劣化パターンが判定された場合には、その他方の水熱交換器２０５に劣化が発生していることを報知することができる。即ち、この構成例によれば、どの水熱交換器２０５が劣化しているのかを特定することができる。

【0059】

また、報知処理部４０６は、複数の水熱交換器２０５のうち何れか１つの水熱交換器２０５に劣化パターンが判定された場合であっても、その他の水熱交換器２０５を含む複数の水熱交換器２０５群全体に劣化が発生していることを報知するようにしてもよい。

【0060】

（その他の実施形態）
なお、本実施形態は、上述した複数の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や拡張等を行うことができる。例えば、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つ以上の実施形態を適宜組み合わせた実施形態としてもよい。また、差圧流量、能力流量、実温度差、推定温度差は、上述した特定手法に限られず、各種の周知の手法を用いて特定することができる。

【0061】

以上、本発明の複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、あくまでも例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0062】

図面中、２０５は水熱交換器、２０５ａは伝熱部、２０８は冷媒配管、３０１は水配管、４００は制御装置（水熱交換器の劣化診断装置）、４０１は差圧流量特定処理部（差圧流量特定部）、４０２は能力流量特定処理部（能力流量特定部）、４０３は実温度差特定処理部（実温度差特定部）、４０４は推定温度差特定処理部（推定温度差特定部）、４０５は劣化パターン判定処理部（劣化パターン判定部）、４０７は実流量特定処理部（実流量特定部）を示す。

【要約】

【課題】水配管内を流れる水と冷媒配管内を流れる冷媒との間で熱交換を行う水熱交換器について、どのようなパターンで劣化しているのかを判定できるようにした劣化診断装置及び劣化診断方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る水熱交換器の劣化診断装置によれば、劣化パターン判定部は、差圧流量特定部により特定される差圧流量が能力流量特定部により特定される能力流量よりも大きい場合には、水熱交換器の劣化パターンが、水配管内が閉塞している流路閉塞パターンであると判定し、実温度差特定部により特定される実温度差が推定温度差特定部により特定される推定温度差よりも大きい場合には、水熱交換器の劣化パターンが、伝熱部の伝熱性が阻害されている伝熱性阻害パターンであると判定する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】