(57)【要約】【課題】配管内の内容物の有無にかかわらず、配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常を検知することができる配管診断装置、及び空気調和機を得る。【解決手段】導電性の配管５、６に所定信号を印加する信号印加手段７１と、配管５、６を伝搬した所定信号を検出する信号検出手段９１と、信号検出手段９１が検出した所定信号に基づき、配管５、６及び該配管外周に設けられた断熱材５０１、６０１の少なくとも一方の異常の有無を検知する異常検知手段９２とを備えたものである。【選択図】図１
2010256224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の配管に所定信号を印加する信号印加手段と、
前記配管を伝搬した前記所定信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段が検出した前記所定信号に基づき、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常の有無を検知する異常検知手段と
を備えたことを特徴とする配管診断装置。
【請求項２】
前記配管及び該配管外周に設けられた材料が正常状態における周波数特性の情報が記憶される第１の記憶手段を備え、
前記信号検出手段は、
前記配管を伝搬した前記所定信号の周波数特性を検出し、
前記異常検知手段は、
前記第１の記憶手段に記憶された周波数特性と、前記信号検出手段が検出した前記所定信号の周波数特性とを比較して、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常の有無を検知する
ことを特徴とする請求項１記載の配管診断装置。
【請求項３】
前記配管及び該配管外周に設けられた材料が正常状態における周波数特性の情報が記憶される第１の記憶手段と、
第２の記憶手段と
を備え、
前記信号検出手段は、
前記配管を伝搬した前記所定信号の周波数特性を検出し、該周波数特性の情報を前記第２の記憶手段に記憶させ、
前記異常検知手段は、
前記第１の記憶手段に記憶された周波数特性と、前記第２の記憶手段に記憶された周波数特性とを比較して、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常の有無を検知する
ことを特徴とする請求項１記載の配管診断装置。
【請求項４】
前記配管及び該配管外周に設けられた材料が正常状態における周波数特性の情報が記憶される第１の記憶手段と、
第３の記憶手段と
を備え、
前記信号検出手段は、
前記配管を伝搬した前記所定信号の周波数特性を検出し、
前記異常検知手段は、
前記第１の記憶手段に記憶された周波数特性と、任意のタイミングで前記信号検出手段が検出した、複数の前記所定信号の周波数特性とをそれぞれ比較し、該比較結果の情報をそれぞれ前記第３の記憶手段に記憶させ、
前記第３の記憶手段に記憶された前記比較結果の経時変化に基づいて、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常の有無を検知する
ことを特徴とする請求項１記載の配管診断装置。
【請求項５】
前記配管及び該配管外周に設けられた材料が正常状態における周波数特性の情報が記憶される第１の記憶手段と、
第２の記憶手段と、
第３の記憶手段と
を備え、
前記信号検出手段は、
前記配管を伝搬した前記所定信号の周波数特性を任意のタイミングで複数検出し、当該複数の周波数特性の情報を前記第２の記憶手段に記憶させ、
前記異常検知手段は、
前記第１の記憶手段に記憶された周波数特性と、前記第２の記憶手段に記憶された複数の周波数特性とをそれぞれ比較し、該比較結果の情報をそれぞれ前記第３の記憶手段に記憶させ、
前記第３の記憶手段に記憶された前記比較結果の経時変化に基づいて、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常の有無を検知する
ことを特徴とする請求項１記載の配管診断装置。
【請求項６】
前記信号検出手段は、
初回時又は所定のタイミングで検出した前記所定信号の周波数特性の情報を、前記配管及び該配管外周に設けられた材料が正常状態における周波数特性の情報として、前記第１の記憶手段に記憶させる
ことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の配管診断装置。
【請求項７】
前記異常検知手段は、
前記信号検出手段により検出された前記所定信号の減衰周波数が、正常状態における減衰周波数と比較して、所定値以上変化したとき、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方が異常であると検知する
ことを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載の配管診断装置。
【請求項８】
前記信号印加手段は、
前記所定信号として、所定の振幅及び所定の周波数帯域を持つ高周波信号を前記配管に印加し、
前記信号検出手段は、
前記高周波信号の周波数特性を検出する
ことを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載の配管診断装置。
【請求項９】
前記信号印加手段は、
前記所定信号として、所定の振幅を有する高周波信号を、所定の周波数範囲でスイープさせて前記配管に印加し、
前記信号検出手段は、
前記高周波信号の周波数特性を検出する
ことを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載の配管診断装置。
【請求項１０】
前記信号印加手段は、
前記所定信号として、送信情報を所定の周波数帯域を持つ送信信号に変調して前記配管に印加し、
前記信号検出手段は、
前記送信信号を復調して前記送信情報を取得する
ことを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載の配管診断装置。
【請求項１１】
前記信号印加手段は、
周波数帯域が２〜３０ＭＨｚの間のキャリア周波数を用いて前記送信情報を変調する
ことを特徴とする請求項１０記載の配管診断装置。
【請求項１２】
前記信号印加手段は、
前記異常検知手段が検知した異常の有無に関する情報を、前記送信信号に変調して前記配管に印加する
ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の配管診断装置。
【請求項１３】
前記配管を伝搬した前記送信信号を復調して、前記異常検知手段が検知した異常の有無に関する情報を取得する監視手段を備えた
ことを特徴とする請求項１２記載の配管診断装置。
【請求項１４】
前記信号印加手段は、
前記所定信号として、パルス信号を前記配管に印加し、
前記信号検出手段は、
前記パルス信号の反射波を検出し、
前記異常検知手段は、
前記反射波の遅延時間に基づき、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常の有無を検知する
ことを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の配管診断装置。
【請求項１５】
前記異常検知手段は、
前記反射波の遅延時間に基づき、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常箇所と前記所定信号の印加箇所との間の距離を求める
ことを特徴とする請求項１４記載の配管診断装置。
【請求項１６】
前記配管は、
主配管と、
前記主配管から分岐した１又は複数の分岐配管と
を有し、
前記異常検知手段は、
前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常を検知したとき、
前記主配管及び前記１又は複数の分岐配管のうち何れが異常であるかを識別する
ことを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載の配管診断装置。
【請求項１７】
前記異常検知手段は、
前記信号検出手段により検出された前記所定信号の減衰周波数が、正常状態における減衰周波数と比較して、所定値以上変化したとき、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方が異常であると検知し、
当該減衰周波数に基づき、前記主配管及び前記分岐配管のうち何れが異常であるかを識別する
ことを特徴とする請求項１６記載の配管診断装置。
【請求項１８】
室内機と、
室外機と、
導電性の配管の外周に断熱材を設けて構成され、前記室内機及び前記室外機に冷媒を循環させる配管と、
請求項１〜１７の何れかに記載の配管診断装置と
を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項１９】
前記室内機を複数備え、
前記配管は、
前記複数の室内機のうち、任意の室内機と前記室外機とを接続する主配管と、
前記主配管から分岐して、他の室内機と前記室外機とを接続する１又は複数の分岐配管とを有し、
前記配管診断装置は、
前記配管及び前記断熱材の少なくとも一方の異常を検知したとき、
前記主配管及び前記１又は複数の分岐配管のうち何れが異常であるかを識別する
ことを特徴とする請求項１８記載の空気調和機。
【請求項２０】
前記配管を、前記室内機及び前記室外機の少なくとも一方から交流的に分離するインピーダンス調整器を備え、
前記信号印加手段は、交流的に分離された前記配管の一端に前記所定信号を印加する
ことを特徴とする請求項１８又は１９記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管及びその周囲材料の少なくとも一方の異常を検知する配管診断装置、及び空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管の劣化を診断する技術として、例えば、「ある媒質中に設置されている埋設配管の配管内に電磁波を入射し、この電磁波と当該埋設配管及びその周囲の媒質との相互作用を測定し、その相互作用の測定値から前記埋設配管及びその周囲の異常を検出する。」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４００２５５号公報（段落番号［０００７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術では、配管内に内容物が無い状態において、当該配管を導波管として用い、入射した電磁波と当該配管及びその周囲の媒質との相互作用を測定し、その相互作用の測定値から配管及びその周囲の異常を検出している。
【０００５】
しかしながら、配管内の物質を除去しなければ配管及びその周囲材料の異常を検出することができない、という問題点があった。
例えば、空気調和機において、冷媒を循環させる配管の異常を検出するためには、異常診断の度に当該配管内の冷媒を除去する必要があり、ほぼ通年使用されている空気調和機に、従来の技術を適用するのは困難である。また、空気調和機が運転中に配管の異常の検出を行うことができない。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、配管内の内容物の有無にかかわらず、配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常を検知することができる配管診断装置、及び空気調和機を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る配管診断装置は、
導電性の配管に所定信号を印加する信号印加手段と、
前記配管を伝搬した前記所定信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段が検出した前記所定信号に基づき、前記配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常の有無を検知する異常検知手段と
を備えたものである。
【０００８】
本発明に係る空気調和機は、
室内機と、
室外機と、
導電性の配管の外周に断熱材を設けて構成され、前記室内機及び前記室外機に冷媒を循環させる冷媒配管と、
上記の配管診断装置と
を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、配管を伝搬した所定信号に基づき、配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常の有無を検知するので、配管内の内容物の有無にかかわらず、配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る空気調和機及び配管診断装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る診断装置の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る正常状態におけるゲイン−周波数特性を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る正常状態における配管の誘電率を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る劣化状態における配管の誘電率を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る劣化状態におけるゲイン−周波数特性を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る空気調和機及び配管診断装置の構成を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る診断装置の構成を示す図である。
【図９】実施の形態２に係る正常状態における配管のインピーダンスを模式的に示した図である。
【図１０】実施の形態２に係る正常状態におけるインピーダンスモデルを示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る劣化状態における配管のインピーダンスを模式的に示した図である。
【図１２】実施の形態２に係る劣化状態におけるインピーダンスモデルを示す図である。
【図１３】実施の形態２に係るパルス波形と正常時及び劣化時における送信点波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
＜構成＞
図１は実施の形態１に係る空気調和機及び配管診断装置の構成を示す図である。
図１に示すように、空気調和機は、室外機１、室内機ａ２、室内機ｂ３、室内機ｃ４、配管５、及び配管６を備える。
また、本実施の形態における配管診断装置は、診断装置７、及び診断装置９を備える。
【００１２】
なお、本実施の形態においては、１台の室外機１と、３台の室内機ａ２、ｂ３、及びｃ４を備える場合を説明するが、本発明はこれに限らず、室外機及び室内機を任意の数だけ備えるようにしても良い。
【００１３】
室外機１と、室内機ａ２、ｂ３、及びｃ４は、配管５、６により接続されている。
室外機１、室内機ａ２、室内機ｂ３、及び室内機ｃ４は、配管５、６中を流れる冷媒の圧力を変化させて冷媒の吸熱、放熱により空気調和を行う。
室外機１は、冷媒を圧縮する図示省略の圧縮機と、冷媒が外気と熱交換される図示省略の室外熱交換器（冷媒回路）等を含んで構成されている。室外機１は、例えば、屋外に据え付けられるようになっており、ビルの屋上等に配置される。
室内機ａ２、ｂ３、及びｃ４は、室外機１から送られる冷媒が室内の空気と熱交換される図示省略の室内熱交換器（冷媒回路）と熱交換された空気を室内に送り出す図示省略の送風装置等含んで構成されている。室内機ａ２、ｂ３、及びｃ４は、例えば、室内の天井に組み込まれる。
【００１４】
配管５及び６は、冷媒（二酸化炭素やフロン等）を導通するようになっている。
配管５及び６は、例えば、銅などの金属素材により構成され、導電性を有している。
配管５の外周は、発泡ウレタン等の絶縁材料からなる断熱材５０１で覆われている（図４参照）。配管６の外周は、発泡ウレタン等の絶縁材料からなる断熱材６０１で覆われている（図４参照）。
この断熱材５０１及び６０１により、配管５及び配管６が直接空気に触れ、結露などしないように施工される。
【００１５】
なお、断熱材５０１及び６０１は、本発明における「配管外周に設けられた材料」に相当する。
【００１６】
また、図１に示すように、配管５は、主配管５０と、分岐配管５１と、分岐配管５２とを有する。配管６は、主配管６０と、分岐配管６１と、分岐配管６２とを有する。
主配管５０は、室外機１と室内機ｃ４とを接続する。
分岐配管５１は、主配管５０から分岐して、室内機ａ２に接続される。
分岐配管５２は、主配管５０から分岐して、室内機ｂ３に接続される。
主配管６０は、室外機１と室内機ｃ４とを接続する。
分岐配管６１は、主配管６０から分岐して、室内機ａ２に接続される。
分岐配管６２は、主配管６０から分岐して、室内機ｂ３に接続される。
【００１７】
なお、本実施の形態においては、主配管５０及び６０の長さを１２０ｍとし、分岐配管５１、５２、６１、及び６２の長さをそれぞれ２０ｍの場合を例に説明する。
なお、各配管の長さはこれに限るものではなく、任意の長さとすることができる。
【００１８】
室外機１と主配管５０及び６０とが接続される接続部８には、配管５及び６を室外機１から交流的に分離するインピーダンスアッパー８１がそれぞれ設けられている。
インピーダンスアッパー８１は、例えばファライトコアなどで構成され、高周波信号に対して誘導特性を有している。インピーダンスアッパー８１は、配管５と配管６との間を高周波信号の帯域において所定のインピーダンスで分離する。
インピーダンスアッパー８１は、配管５及び配管６の室外機１の近傍に取り付けるのが望ましい。
【００１９】
室内機ｃ４と主配管５０及び６０とが接続される接続部１０には、配管５及び６を室内機ｃ４から交流的に分離するインピーダンスアッパー１１がそれぞれ設けられている。
インピーダンスアッパー１１は、例えばファライトコアなどで構成され、高周波信号に対して誘導特性を有している。インピーダンスアッパー１１は、配管５と配管６との間を高周波信号の帯域において所定のインピーダンスで分離する。
インピーダンスアッパー１１は、配管５及び配管６の室内機４ｃの近傍に取り付けるのが望ましい。
【００２０】
診断装置７は、インピーダンスアッパー８１によって交流的に分離された配管５及び６の一端に接続される。診断装置７は、接続部８近傍の配管５及び６に接続するのが望ましい。
【００２１】
診断装置９は、インピーダンスアッパー１１によって交流的に分離された配管５及び６の一端に接続される。診断装置９は、接続部１０近傍の配管５及び６に接続するのが望ましい。
【００２２】
診断装置７は、所定信号を発生し、配管５及び６に当該所定信号を印加する。
これにより、当該所定信号は、接続部８を介して、導電性を有する配管５と配管６の間を、配管表層を導体として伝搬する。
伝搬して来た所定信号は、接続部１０を経由し、診断装置９で取得される。
そして、診断装置９は、取得した所定信号の周波数特性を計測する。診断装置９は、この周波数特性に基づいて、配管５、６、及び断熱材５０１、６０１の少なくとも１つについて、劣化状態などの異常の有無を検知する。詳細は後述する。
【００２３】
次に、診断装置７及び診断装置９の構成について説明する。
【００２４】
図２は実施の形態１に係る診断装置の構成を示す図である。
図２に示すように、診断装置７は、信号印加手段７１を備える。
診断装置９は、信号検出手段９１、異常検知手段９２、記憶部９３、及び監視手段９４を備える。
【００２５】
なお、記憶部９３は、本発明における「第１の記憶部」、「第２の記憶部」、及び「第３の記憶部」に相当する。
【００２６】
信号印加手段７１は、導電性の配管５及び６に所定信号を印加する。
信号印加手段７１は、所定信号として、所定の振幅及び所定の周波数帯域を持つ高周波信号を配管５及び６に印加する。
本実施の形態では、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの帯域を持つ高周波信号を印加する場合について説明する。
なお、これに限らず、信号印加手段７１は、所定信号として、所定の振幅を有する高周波信号を、所定の周波数範囲でスイープさせて配管５及び６に印加しても良い。
【００２７】
信号検出手段９１は、配管５及び６を伝搬した所定信号としての高周波信号の周波数特性を検出する。
また、信号検出手段９１は、初回時又は所定のタイミングで検出した所定信号の周波数特性の情報を、配管５、６及び断熱材５０１、６０１等の配管外周に設けられた材料が正常状態における周波数特性の情報として、記憶部９３に記憶させる。
【００２８】
記憶部９３は、配管５、６及び断熱材５０１、６０１が正常状態における周波数特性の情報が記憶される。
記憶部９３は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリなどの記憶装置で構成することができる。
【００２９】
異常検知手段９２は、記憶部９３に記憶された周波数特性と、信号検出手段９１が検出した所定信号の周波数特性とを比較して、配管５、６及び断熱材５０１、６０１の少なくとも一方の異常の有無を検知する。動作の詳細は後述する。
【００３０】
監視手段９４は、異常検知手段９２が検知した異常の有無に関する情報を取得する。
【００３１】
異常検知手段９２、監視手段９４は、これらの機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアで実現することもできるし、マイコンやＣＰＵなどの演算装置上で実行されるソフトウェアとして実現することもできる。
なお、異常の有無に関する情報の出力に必要なインターフェースを適宜備えるようにしても良い。
【００３２】
以上、本実施の形態における空気調和機及び配管診断装置の構成を説明した。
次に、本実施の形態における配管診断装置の動作について説明する。
【００３３】
＜動作＞
まず、配管診断装置は、配管５、６及び断熱材５０１、６０１等の配管外周に設けられた材料が劣化・破損等していない状態（以下「正常状態」ともいう）における周波数特性を取得する。
【００３４】
この正常状態における周波数特性の取得は、当該配管診断装置の初回運転時、又は所定のタイミングで行う。
ここで、正常状態の周波数特性の情報を取得する所定のタイミングとしては、例えば、配管５及び６を交換・補修後に始めて当該配管診断装置を動作させる際や、分岐配管の接続構成を変更した際などが想定される。
【００３５】
診断装置７の信号印加手段７１は、例えば１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの帯域を持つ高周波帯の高周波信号を発生し、接続部８を介して、配管５、配管６に当該高周波信号を印加する。
高周波帯の信号は、配管５と配管６の間を、金属部表層を導体として伝搬する。
診断装置９の信号検出手段９１は、接続部１０を経由し、配管５及び６を伝搬して来た高周波信号を検出する。
信号検出手段９１は、検出した高周波信号について、その周波数毎の信号レベル（振幅）を計測する。
例えば、信号検出手段９１は、周波数毎に既知の送信信号レベルとの差分を計算することにより、室外機１と室内機ｃ４間のゲイン−周波数特性を計測する。
そして、信号検出手段９１は、計測した周波数特性を正常状態における周波数特性の情報として、記憶部９３に記憶させる。
【００３６】
図３は実施の形態１に係る正常状態におけるゲイン−周波数特性を示す図である。
図３においては、室外機１と室内機ｃ４との間の冷媒配管のゲイン−周波数特性を１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数範囲において計算しプロットしたものである。
ここで、図１に示したように、室内機ａ２への分岐配管５１と分岐配管６１は室内機ａ２内部の冷媒回路により電気的に短絡されている。また、室内機ｂ３への分岐配管５２と分岐配管６２は室内機ｂ３内部の冷媒回路により電気的に短絡されている。
そして、分岐配管５１、６１、及び分岐配管２２、６２は、それぞれ２０ｍである。
このため、図３に示すように、高周波信号の波長λの１／４及び１／２の長さが、分岐配管長（２０ｍ）となる周波数近傍で、ノッチフィルタ状にゲインが大きく低下する周波数特性となる。以下、ゲインが大きく低下する周波数を「減衰周波数」と称する。
【００３７】
このような、配管５、６を伝搬した高周波信号の周波数特性は、配管表層の伝搬特性で決定されるため、配管内部に流れる冷媒等の温度、様態（液、ガス状など）に依存しない。
【００３８】
次に、高周波信号の周波数特性と、配管及び配管外周に設けられた材料の劣化との関係について説明する。
【００３９】
図４は実施の形態１に係る正常状態における配管の誘電率を示す図である。
図４に示すように、配管５、６及び断熱材５０１、６０１が劣化・破損等していない状態では、断熱材５０１及び６０１の比誘電率εは、所定の値（例えば、ε≒１）を持つ。
【００４０】
図５は実施の形態１に係る劣化状態における配管の誘電率を示す図である。
図５に示すように、例えば断熱材５０１及び６０１の一部が劣化して、劣化部５０２及び６０２に位置する配管５及び６が、直接外気に曝された場合を考える。
空気調和機の運転により、配管５、６に冷媒が循環すると、外気に曝された配管５、６周辺空気に含まれる水蒸気が凝縮して、配管５、６の一部が結露する。これによって、劣化部５０２、６０２は湿気を含むことになる。
このとき、水の比誘電率は約３０であるため、図５に示すように、水分を含んだ劣化部５０２及び６０２の比誘電率εは、正常時と比較して上昇し（例えば、ε≦３０）、配管５、６全体としての周波数特性が変化することになる。
【００４１】
このような断熱材５０１及び６０１の湿気は、配管５及び６の金属面の酸化を促進し、腐食の原因になる。そして、腐食が進むとピンホール等ができ、冷媒漏洩の事故が誘発される。
【００４２】
なお、ここでは、配管結露により誘電率が変化した場合を説明したが、これに限らず、断熱材５０１及び６０１の破損や施工不良、経年による材質変化などであっても、同様に、配管５、６の周波数特性が変化する場合がある。
【００４３】
図６は実施の形態１に係る劣化状態におけるゲイン−周波数特性を示す図である。
図６においては、室内機ｂ３への分岐配管５２及び６２のうち、１ｍの長さが水分を含んだ場合（図５の結露状態）のゲイン−周波数特性を計算したものである。
図６に示すように、４ＭＨｚ近辺、及び９ＭＨｚ近辺のノッチ状の減衰周波数が、各々３．５ＭＨｚ、７ＭＨｚ近辺にシフトしている。
これは配管５及び６の一部の断熱材が水分を含むため誘電率が高くなり、その区間の伝搬速度が式（１）に示す誘電率の影響で遅くなることに起因する。
【００４４】
【数１】
2010256224.tif 000003
【００４５】
このように、配管５及び６を伝搬した高周波信号の周波数特性により、断熱材５０１及び６０１の劣化や破損、配管５、６に腐食などが生じている可能性が高いことを検知することが可能である。
以下、配管５、６及び断熱材５０１、６０１等の配管外周に設けられた材料が結露、劣化、破損等、及び腐食の可能性がある状態を「異常」と称する。
【００４６】
次に、このような配管５、６及び断熱材５０１、６０１の異常有無の検知動作を説明する。
【００４７】
診断装置７及び９は、例えば、１時間毎など所定の周期毎に以下の計測を繰り返す。
なお、この計測は、例えば使用者からの操作により、任意のタイミングで行っても良い。
【００４８】
まず、診断装置７の信号印加手段７１は、例えば１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの帯域を持つ高周波帯の高周波信号を発生し、接続部８を介して、配管５、配管６に当該高周波信号を印加する。
高周波帯の信号は、配管５と配管６の間を、金属部表層を導体として伝搬する。
診断装置９の信号検出手段９１は、接続部１０を経由し、配管５及び６を伝搬して来た高周波信号を検出する。
信号検出手段９１は、検出した高周波信号について、その周波数毎の信号レベル（振幅）を計測する。
例えば、信号検出手段９１は、周波数毎に既知の送信信号レベルとの差分を計算することにより、室外機１と室内機ｃ４間のゲイン−周波数特性を計測する。
【００４９】
異常検知手段９２は、信号検出手段９１が検出した当該高周波信号の周波数特性と、記憶部９３に記憶された正常状態における周波数特性とを比較して、異常の有無を検知する。
この異常の検知は、例えば、信号検出手段９１により検出された高周波信号の減衰周波数が、正常状態における減衰周波数と比較して、所定値以上変化したとき、異常であると検知する。
図６の例では、計測された周波数特性について、４ＭＨｚ近辺、及び９ＭＨｚ近辺の減衰周波数が、正常状態での減衰周波数と比較して所定値以上変化したとき、室内機ｂ３への分岐配管５２、６２、及びその断熱材５０１、６０１の何れかに、断熱材劣化による結露などの異常が生じていると検知する。
【００５０】
＜効果＞
以上のように本実施の形態においては、導電性の配管５、６に所定信号を印加し、配管５、６を伝搬した所定信号に基づき異常の有無を検知する。
このため、配管５、６内の冷媒などの内容物の有無にかかわらず、配管５、６及び該配管外周に設けられた断熱材５０１、６０１などの材料の異常を検知することができる。
【００５１】
また、配管５、６内の内容物の有無にかかわらず異常の検知ができるので、空気調和機について、特段の診断モードや運転の制約を設けることなく、通常の運用状態において、配管の結露などの異常を検出し、冷媒漏洩事故を未然に防止することが可能となる。
【００５２】
また、冷媒漏洩事故を未然に防止することにより、冷媒漏洩による空調能力悪化によるエネルギー消費効率の低下の防止や、冷媒漏洩による環境汚染などを予防することが可能となる。
【００５３】
また、使用者は、この検出結果に基づいて、結露などの異常箇所を補修することで、冷媒漏洩事故を未然に防止することが可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態においては、初回時又は所定のタイミングで正常状態における周波数特性を計測する場合を説明した。本発明はこれに限らず、配管５、６の配管長や分岐配管の構成などにより求まる減衰周波数の情報を、予め記憶部９３に記憶させ、この情報と計測した高周波信号の周波数特性とを比較して異常の有無を検知しても良い。
【００５５】
なお、各室内機への分岐長（分岐配管の長さ）など、配管の物理的構造が既知であれば、ノッチの出現する周波数（減衰周波数）が特定できるため、分岐配管の長さとノッチ周波数との対応付けが可能である。この対応付け情報とノッチが移動した周波数との比較により、どの分岐配管が結露しているかの概略の識別が可能である。
【００５６】
例えば、異常検知手段９２は、信号検出手段９１により検出された高周波信号の減衰周波数が、正常状態における減衰周波数と比較して所定値以上変化し、異常であると検知したとき、当該減衰周波数に基づき、主配管５０、６０、分岐配管５１、６１、及び分岐配管５２、６２のうち何れが異常であるかを識別する。
なお、減衰周波数は、分岐配管の長さにより定まるため、同じ長さの分岐配管が複数有る場合には、どの分岐配管が異常であるかを識別することができない。この場合においても、多数の分岐配管のうち、異常が生じている配管を当該長さの分岐配管に絞ることが可能である。これにより、例えば劣化点検などのメンテナンスを行う配管候補を、当該長さの分岐配管に絞ることが可能となり、メンテナンスの工数を削減できる効果を有する。
【００５７】
なお、本実施の形態１では、計測した高周波信号の周波数特性と、記憶部９３に記憶された正常状態における周波数特性とを比較したが、本発明はこれに限るものではない。
例えば、信号検出手段９１は、計測した高周波信号の周波数特性の情報を記憶部９３に記憶させ、異常検知手段９２は、記憶された正常状態における周波数特性と、記憶された計測時の周波数特性とを比較して、異常の有無を検知するようにしても良い。
【００５８】
なお、本実施の形態１では、初期値と１つの計測値を比較して結露を判定していたが、計測値を所定の期間の経過情報として蓄積し、ノッチ周波数の変化経過により結露、及び腐食の可能性を判断することでも同様の効果を得ることができる。
【００５９】
例えば、異常検知手段９２は、記憶部９３に記憶された正常状態における周波数特性と、任意のタイミングで信号検出手段９１が検出した、複数の高周波信号の周波数特性とをそれぞれ比較し、当該比較結果の情報をそれぞれ記憶部９３に記憶させ、記憶部９３に記憶された比較結果の経時変化に基づいて、異常の有無を検知する。
また例えば、信号検出手段９１は、配管５、６を伝搬した高周波信号の周波数特性を任意のタイミングで複数検出し、当該複数の周波数特性の情報を記憶部９３に記憶させる。そして、異常検知手段９２は、記憶部９３に記憶された正常状態における周波数特性と、記憶部９３に記憶された計測された複数の周波数特性とをそれぞれ比較し、当該比較結果の情報をそれぞれ記憶部９３に記憶させ、記憶部９３に記憶された比較結果の経時変化に基づいて、異常の有無を検知する。
【００６０】
なお、本実施の形態１では、診断装置７から印加する所定信号として、１〜１０ＭＨｚの帯域を持つ高周波信号を用いていたが、これに限るものではない。例えば、より短い分岐配管長でも検出可能にするため、高周波信号の周波数範囲を、高周波信号の波長が最短分岐長の１／４に相当する周波数までとしても良い。
【００６１】
なお、診断装置７及び診断装置９は、例えばＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）やＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）等で使用されているディスクリートマルチトーン技術や直接周波数スペクトラム拡散技術など、所定の周波数帯を用いた通信装置であっても良い。
例えば、通信装置の通信可否等の伝送路の特性計測モードを用いてゲイン特性の取得を行い、他のコントローラーへ情報を送信し、コントローラーが判断しても良い。
この場合、通信装置が、配管の結露等の異常を検知する診断装置７及び９を兼ねることができ、別個に診断装置７及び９を設けることなく冷媒漏洩の一要因である結露等を検出することができる。
【００６２】
また例えば、診断装置７及び診断装置９が通信装置である場合、信号印加手段７１は、周波数帯域が２〜３０ＭＨｚの間のキャリア周波数を用いて送信情報を変調し、この周波数帯域を持つ送信信号を所定信号として、配管５、６に印加する。そして、信号検出手段９１は、上記の動作に加え、信号印加手段７１からの送信信号を復調して送信情報を取得するようにしても良い。
【００６３】
また、結露等の異常の判断を、診断装置７又は診断装置９で実施していたが、計測したい周波数特性の情報を、遠隔にあるコントローラーなどに送信し、当該コントローラーに異常の有無を判断させても良い。また、その検知結果や、計測された周波数特性などの情報を、管理者に向けた表示などができ、メンテナンスする場所を特定するなどメンテナンス実施者の補助が期待できる。
【００６４】
また例えば、監視手段９４を遠隔に別個に設け、通信装置としての診断装置７及び診断装置９により、異常検知手段９２が検知した異常の有無に関する情報を、送信情報として送信信号に変調して配管５、６に印加するようにし、監視手段９４により、配管５、６を伝搬した送信信号を復調して、異常検知手段９２が検知した異常の有無に関する情報を取得するようにしても良い。
【００６５】
なお、本実施の形態１では、室内機ａ２及びｂ３への分岐配管が有る場合について説明したが、本発明はこれに限らず、室外機１と１台の室内機ｃ４のみ備え、分岐配管を設けない構成であっても良い。このような構成であっても、診断装置９を診断装置７の近傍に取り付けることにより、上記動作と同様に異常の有無を検知することが可能である。なお、この場合、接続部１０に取り付けたインピーダンスアッパー１１は不要となる。
【００６６】
実施の形態２．
＜構成＞
図７は実施の形態２に係る空気調和機及び配管診断装置の構成を示す図である。
図７において、空気調和機の構成は、上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
また、図７に示すように、本実施の形態における配管診断装置は、診断装置１２を備える。
診断装置１２は、上記実施の形態１と同様に、インピーダンスアッパー８１によって交流的に分離された配管５及び６の一端に接続される。診断装置１２は、接続部８の室外機１近傍の配管５及び６に接続するのが望ましい。
インピーダンスアッパー８１の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００６７】
図８は実施の形態２に係る診断装置の構成を示す図である。
図８に示すように、診断装置１２は、信号印加手段１２１、信号検出手段１２２、異常検知手段１２３を備える。
【００６８】
信号印加手段１２１は、所定信号として、パルス信号を配管に印加する。
信号検出手段１２２は、パルス信号の反射波を検出する。
異常検知手段１２３は、反射波の遅延時間に基づき、配管及び該配管外周に設けられた材料の少なくとも一方の異常の有無を検知する。
【００６９】
以上、本実施の形態における空気調和機及び配管診断装置の構成を説明した。
次に、本実施の形態における配管診断装置の動作について説明する。
【００７０】
＜動作＞
反射波を用いた異常の検出の原理と、診断装置１２の動作を、１台の室外機１と１台の室内機４の構成の場合を例に、図８〜図１２を用いて説明する。
【００７１】
図９は実施の形態２に係る正常状態における配管のインピーダンスを模式的に示した図である。
図１０は実施の形態２に係る正常状態におけるインピーダンスモデルを示す図である。
図１１は実施の形態２に係る劣化状態における配管のインピーダンスを模式的に示した図である。
図１２は実施の形態２に係る劣化状態におけるインピーダンスモデルを示す図である。
図１３は実施の形態２に係るパルス波形と正常時及び劣化時における送信点波形を示す図である。
【００７２】
ここでは、診断装置１２の信号印加手段１２１から、例えば図１３の上段に示すようなステップ状のパルス信号を発生し、接続部８を介して、配管５、６に信号を印加する場合について説明する。
【００７３】
配管５、６の特性インピーダンスＺｏは、次の式（２）、式（３）、式（４）で決定される。
【００７４】
【数２】
2010256224.tif 000004
【００７５】
【数３】
2010256224.tif 000005
【００７６】
【数４】
2010256224.tif 000006
【００７７】
図９に示すように、正常状態（結露のない状態）の配管５、６の特性インピーダンスをＺ１とする。この場合、配管５、６が室内機４と接続される端部（以下「端部Ｂ」という）は、室内機４内部の冷媒回路により電気的に短絡されている。このときのインピーダンスモデルを図１０に示す。
【００７８】
このため、診断装置１２が接続される端部（以下「送信端Ａ」ともいう）に印加されたステップ状のパルス信号は、図１０に示すように、端部Ｂで反射する。
従って、図１３の送信点波形（１）に示すように、送信端Ａでは、印加したパルス信号に端部Ｂで反射した反射波が重畳される。
このパルス信号の印加から反射波が重畳されるまでの時間ｔ１は、反射が起きる位置、すなわち、図９に示した送信端Ａから端部Ｂまでの距離に比例する。つまり、パルス信号には、時間ｔ１だけ遅延した反射波が合成される。
【００７９】
次に、例えば断熱材５０１及び６０１の一部が劣化して、配管５、６の一部が結露し、断熱材５０１、６０１の劣化部５０２、６０２に湿気を含む場合を考える。
【００８０】
この場合、劣化部５０２及び６０２の比誘電率εは、正常時と比較して上昇する。よって、式（３）に示したように、配管間の静電容量Ｃが増加する。これにより、劣化部５０２及び６０２の特性インピーダンスは、式（２）により変化する。この変化後の特性インピーダンスをＺ２とする。
従って、図１１に示すように、配管５、６の一部が結露すると、当該部分のインピーダンスの不整合が生じる。このときのインピーダンスモデルを図１２に示す。
【００８１】
このように、信号の伝送路にインピーダンスの不連続部分が発生すると、不連続部分では式（５）により決定される係数に基づいた波高値の反射が起きる。
【００８２】
【数５】
2010256224.tif 000007
【００８３】
このため、診断装置１２が接続される送信端Ａに印加されたステップ状のパルス信号は、図１２に示すように、結露が生じている劣化部５０２及び６０２と、端部Ｂとで反射する。
従って、図１３の送信点波形（２）に示すように、送信端では、劣化部５０２、６０２で反射した反射波が重畳された後、端部Ｂで反射した反射波が重畳される。
【００８４】
この劣化部５０２、６０２で反射した反射波が重畳されるまでの時間ｔ２は、反射が起きる位置、すなわち、図１１に示した送信端Ａから劣化部５０２及び６０２までの距離に比例する。つまり、パルス信号には、時間ｔ２だけ遅延した反射波が合成された後、時間ｔ１だけ遅延した反射波が合成され、送信端Ａでは段状の波形が計測されることになる。
【００８５】
このような、伝搬時間特性は、配管表層の伝搬特性で決定されるため、配管内部に流れる冷媒等の温度、様態（液、ガス状など）に依存しない。
【００８６】
以上のことから、異常検知手段１２３は、送信点波形（１）と、送信点波形（２）とを比較することにより、パルス信号に複数の反射波が重畳されている場合には、断熱材５０１及び６０１の劣化や破損、配管５、６に腐食などが生じている可能性が高いことを検知することが可能である。
【００８７】
また、異常検知手段１２３は、式（６）に示す伝搬速度Ｖｐから、時間ｔ２に相当する距離Ｌを式（７）から演算することにより、送信端Ａから、異常箇所（結露している位置）までの距離を求めることができる。
【００８８】
【数６】
2010256224.tif 000008
【００８９】
【数７】
2010256224.tif 000009
【００９０】
＜効果＞
以上のように本実施の形態においては、パルス信号を配管５、６に印加し、当該パルス信号の反射波の遅延時間に基づき、異常の有無を検知する。これにより上記実施の形態１と同様に、配管５、６内の冷媒などの内容物の有無にかかわらず、配管５、６及び該配管外周に設けられた断熱材５０１、６０１などの材料の異常を検知することができる。
また、反射波の遅延時間により、送信端と異常箇所との間の距離を求めることができる。
【００９１】
なお、本実施の形態２では、原理説明のため、単純な１対１の構造のものについて説明したが、これに限らず、図７に示すような分岐配管が複数ある場合でも良い。この場合、初期の反射波による波形の段（重畳される反射波）が、分岐配管の長さと個数により決定され、これを初期値として記憶し、計測値と逐次比較を行うことにより、新たなインピーダンス不連続点を検出することが可能となり、配管の腐食の要因である結露箇所を検出することが可能となる。
【００９２】
なお、上記実施の形態１及び２では、空気調和機において、配管５、６及び断熱材５０１、６０１の異常の有無を検知する場合について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明は、導電性を有する配管であれば、当該配管及びその外周に設けられた材料の異常の有無を検知することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明に係る配管診断装置の適用例として、ビル等設備用空調システムの配管の監視装置、家庭用エアコン、その他金属配管を用いる、ヒートポンプ給湯器、床暖房機などの配管のメンテナンスシステムへの利用が上げられる。
【符号の説明】
【００９４】
１  室外機、２  室内機ａ、３  室内機ｂ、４  室内機ｃ、５  配管、６  配管、７  診断装置、８  接続部、９  診断装置、１０  接続部、１１  インピーダンスアッパー、１２  診断装置、２２  分岐配管、５０  主配管、５１  分岐配管、５２  分岐配管、６０  主配管、６１  分岐配管、６２  分岐配管、７１  信号印加手段、８１  インピーダンスアッパー、９１  信号検出手段、９２  異常検知手段、９３  記憶部、９４  監視手段、１２１  信号印加手段、１２２  信号検出手段、１２３  異常検知手段、５０１  断熱材、５０２  劣化部、６０１  断熱材、６０２  劣化部。
【図１】
2010256224.tif 000010
【図２】
2010256224.tif 000011
【図３】
2010256224.tif 000012
【図４】
2010256224.tif 000013
【図５】
2010256224.tif 000014
【図６】
2010256224.tif 000015
【図７】
2010256224.tif 000016
【図８】
2010256224.tif 000017
【図９】
2010256224.tif 000018
【図１０】
2010256224.tif 000019
【図１１】
2010256224.tif 000020
【図１２】
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【図１３】
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