(57)【要約】冷凍設備における熱搬送媒体または冷搬送媒体の第１媒体流における変化を発見するための方法を提供する。冷凍設備においては、第１媒体流が熱交換器を通じて導かれ、熱交換器において熱担体または冷担体の第１媒体流と第２媒体流との間に熱伝導が起る。できるだけ早期に変化を知ることが望まれる。このために、熱交換器を通って流れる第１媒体流を監視するために、第２媒体流のエンタルピーの変化またはそれから導出される値を検出することが予定される。
2005533230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍設備における熱搬送媒体または冷搬送媒体の第１媒体流における変化を発見するための方法において、冷凍設備において第１媒体流が熱交換器を通じて導かれ、熱交換器において熱担体または冷担体の第１媒体流と第２媒体流との間に熱伝導が起き、熱交換器を通って流れる第１媒体流を監視するために、第２媒体流のエンタルピーの変化またはそれから導出される値を検出することを特徴とする方法。
【請求項２】
第２媒体流のエンタルピーの変化を決定するために、熱交換器にわたる第２媒体流の質量流量と比エンタルピー差を検出することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２媒体流の比エンタルピー差を決定するために、膨張弁の入口において第２媒体流の温度と圧力を、熱交換器の出口において第２媒体流の温度を、また熱交換器の出口における圧力または熱交換器の入口における第２媒体流の沸点温度のいずれかを検出することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
熱交換器にわたる第１媒体流の比エンタルピー差を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
膨張弁にわたる圧力差または膨張弁の開放度から第２媒体流を決定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
第２媒体流を、圧縮機の入口における第２媒体流の温度と共に圧縮機の運転データおよび圧縮機の間での絶対圧の差からも検出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
第１媒体流を、第２媒体流と、熱交換器にわたる第２媒体流の比エンタルピー差と第１媒体流の比エンタルピー差の商とから、検出することを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
第１媒体流を目標値と比較することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
第１媒体流の所与の質量流量と比エンタルピー差とから形成される第１値と第２媒体流のエンタルピーの変化に対応する第２値とから差として残余を形成し、この残余を監視することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
第１媒体流の所与の質量流量として所定の期間にわたる平均値を適用することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
残余を使って下記の規定によって欠陥指標Ｓiを形成し、
【数１】
2005533230.tif 000029
ここで
【数２】
2005533230.tif 000030
であり、
ただし、
ｒi：残余
ｋ1：比例定数
μ0：第１信頼性値
μ1：第２信頼性値
であることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
所定の変化を発見する際に解氷過程を導入することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍設備における熱搬送媒体または冷搬送媒体の第１媒体流における変化を発見するための方法であって、冷凍設備において第１媒体流が熱交換器を通じて導かれ、熱交換器において熱担体または冷担体の第１媒体流と第２媒体流との間に熱伝導が起る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明を解説するために、次に冷凍設備のための例として販売用冷凍庫を選ぶ。しかし本発明は他の冷凍設備においても適用可能である。販売用冷凍庫においては、これが例えば冷却または凍結した製品を販売するために、スーパー・マーケットにおいて用いられているように、第１媒体流を形成する空気流が、蒸発器が中に配置されている空気チャネルの中を循環する。蒸発器は熱交換器であり、これに一方の側から冷媒体、したがって第２媒体流が流体状態または二相状態（気相および液相）で供給される。空気が他方の側で蒸発器を通じて導かれた場合には、空気から冷媒体に対する熱伝導が起り、空気が冷却される。熱交換器の別の例は凝縮器であり、冷媒体を液化するために凝縮器を介して空気が導かれる。そのときに冷媒体から熱が取り出される。
【０００３】
このような冷凍設備においては、空気流が十分な量だけ循環できるか否かを、確かな信頼性をもって確認できることが望まれる。すなわち妨害が出現するか否かを確認することが望まれる。この種の妨害は例えば、通風機が故障すること、蒸発器が氷結すること、汚染物が空気チャネルの中に付着するか、または販売用ラベルまたは物品などの物体が空気チャネルを遮断して空気量に対する流れ抵抗が増し、これによって空気流が阻害されることが原因となるであろう。
【０００４】
このような欠陥認識は、できるだけ冷凍設備の冷凍能率が過度に低下する前に行うべきである。欠陥がまず温度の上昇によって認識された場合には、これは冷却または冷凍製品によっては遅すぎる可能性がある。すなわち製品が腐敗するというリスクが発生する。多くの場合、冷却された製品が損傷を受ける前の既に長い空気流の妨害は、冷凍設備がその最適運転点で運転されていないことを意味する。こうして欠陥が出現した場合には、冷凍設備の個々の構成部分にはかなり頻繁に負荷がかかり、これはその耐用寿命を短くする。これは問題なく通風機の例で実感として理解されるであろう。複数の通風機の１つが故障した場合には、１つまたは複数の残りの通風機は依然として、冷凍能率を得るために必要な空気流を、冷凍設備を通じて移動させる。しかし残りの通風機にはかなり頻繁に負荷がかかる。例えば通風機の構成部分の耐用寿命が短縮する他に、欠陥にはエネルギー消費が多いという欠点がある。冷凍設備はその最適運転点で運転されていない。この理由からも欠陥の認識は重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、第１媒体流における変化をできるだけ早期に認識できるようにするという課題に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、冒頭に述べた種類の方法により、熱交換器を通って流れる第１媒体流を監視するために、第２媒体流のエンタルピーの変化またはそれから導出される値を検出することによって解決される。
【０００７】
第１媒体流が空気流を通じて形成されている場合には、空気流自体の測定を通じて貫通する空気の量を検出することは比較的困難である。このような測定は、他の点では空気流も妨害することがあり、これは望ましくない。このことから別の方法が選ばれる。すなわち、空気流はある特定の熱量を運び、これによってある特定のエネルギー容量を有するという事実から始める。エネルギー容量はエンタルピーとしても示される。この熱量は熱交換器において冷媒体に与えられる（または凝縮器の場合には、冷媒体から与えられる）。ここでこの熱量を捕らえることができる場合には、どれだけの空気が蒸発器すなわち熱交換器を通じて導かれるかという命題がある。この命題は、欠陥が生じたか否かを知るために十分である。空気によって与えられる時間当たりの熱は、冷媒体によって受け入れられる時間当たりの熱に対応する。この平衡は、チャネル内の減少した空気流を発見するための方法の基盤である。この実際の空気量を例えば目標値と比較することができる。この実際値が目標値と一致しない場合には、これを空気流の減少として解釈して、例えば欠陥を指示することができる。この欠陥指示は、比較的早期の段階で、冷凍設備の大きな過負荷が発生するかまたはさらに望ましからぬ温度上昇が生じるずっと前に行うことができる。同じ措置方式は、空気の代わりに別の媒体例えば液体または塩水が第１媒体流として適用される場合でも、当然通用する。
【０００８】
第２媒体流のエンタルピーの変化を決定するために、熱交換器にわたる第２媒体流の質量流量および比エンタルピー差を検出することが好ましい。冷媒体の比エンタルピーは物質と状態の性質であり、冷媒体ごとに、またはより一般には第２媒体流ごとに異なる。比エンタルピーは質量当たりのエンタルピーである。しかし、どの冷媒体が用いられるかは知られているので、温度や圧力などの測定された値を手がかりにして、熱交換器の前後における第２媒体流の比エンタルピーが確認される。このことから、質量流量と共同でエンタルピーに関する命題を可能にする比エンタルピー差が形成される。
【０００９】
この際、第２媒体流の比エンタルピー差を決定するために、膨張弁の入口において第２媒体流の温度と圧力を、熱交換器の出口において第２媒体流の温度を、また熱交換器の出口における圧力または熱交換器の入口における第２媒体流の沸点温度のいずれかを検出することが好ましい。いずれにしても、第２媒体流ここでは冷媒体の温度と圧力を検出するためのセンサが大抵の場合に存在する。これらは、冷凍設備を適応させて運転可能にするために必要となる。熱交換器の入口においても冷媒体の圧力を、したがって出口における圧力も、蒸発器における圧力低下を考慮して、検出することができる。次いで、測定または計算された値をもとにして、冷媒体製造者から入手可能なダイアグラム（いわゆるログｐ、ｈダイアグラム）を援用して比エンタルピーを決定することができる。表の中で対応する関係が決められるか、または状態方程式を通じて得ることができる場合には、多く場合、これを自動的に実施することもできる。
【００１０】
熱交換器にわたる第１媒体流の比エンタルピー差をも検出することが好ましい。第１媒体流の比エンタルピー差は、後でさらに示すように、比較的簡単な様式で第１媒体流、例えば空気の時間当たりの質量を計算することを可能にする。
【００１１】
膨張弁にわたる圧力差とその開放度から第２媒体流を決定することが好ましい。パルス幅変調膨張弁が問題になる場合には、開放度は開放持続時間または開閉比で代用する。次に第２媒体流、例えば冷却剤の質量流量は圧力差および開放持続時間に比例する。こうして冷却剤の流れは比較的簡単に突きとめられる。冷却剤の過冷却はもちろん大抵の場合に、冷却剤の流れすなわち第２媒体流が膨張弁を通じて過冷却の影響を受けるので、過冷却の測定が必要になるほど大きい。しかし多くの場合に、過冷却は弁特性または比例定数の面で考慮することができる冷凍設備の確定した値であるから、弁の圧力差および開放度のみを知ることが必要である。「開放度」とは、パルス幅変調弁においては開放持続時間、すなわち開閉比と理解することもできる。
【００１２】
代替または追加の実施形態では、第２媒体流を、圧縮機の入口における第２媒体流の温度と共に圧縮機の運転データと圧縮機の間での絶対圧の差からも検出することができる。運転データでは、例えば圧縮機の回転数が問題となり、これは圧縮機の間での圧力と共に冷却剤の量に関する命題を可能にする。これについては、圧縮機の性質に関する知識のみが必要である。
【００１３】
第２媒体流と、熱交換器にわたる第２媒体流の比エンタルピー差と第１媒体流の比エンタルピー差の商とから、第１媒体流を検出することは好ましい。上述のように、空気から冷却剤に伝導される熱量と冷却剤によって空気から取られる熱量との間に平衡が存在すること、すなわち両方の大きさが一致していることを前提とする。空気の熱量は、熱交換器を通る空気の流量と熱交換器にわたる空気の比エンタルピー差との積である、と簡単に表現される。冷却剤の熱量は、冷却剤流すなわち熱交換器を通る時間当たり冷却剤の質量と熱交換器にわたる空気の比エンタルピー差との積である。次いで簡単な比例算によって、熱交換器を通る空気の（またはより一般には、第１媒体流の）質量流量が決定される。
【００１４】
好ましい一実施態様では、第１媒体流を目標値と比較することが計画される。実際に検出された、すなわち上述の値から計算された第１媒体流が目標値と一致しない場合には、欠陥指示を発するようにすることができる。
【００１５】
代替実施態様ではそれに反して、第１媒体流の所与の質量流量と比エンタルピー差とから形成される第１値と、第２媒体流のエンタルピーの変化に対応する第２値とから差として残余を形成し、この残余を監視することが計画される。この措置方式は、検出された信号の評価を容易にする。温度、圧力、質量流出を検出する個別のセンサの慣性に基づいて、第１媒体流、例えば空気質量流量を再現する信号の中に、著しい変動を観察するという可能性がある。この変動は、冷凍設備の「慣性」に関連して比較的高い周波数を有する。したがって、このような「高周波」信号において欠陥を示唆する傾向を識別することは困難である。空気質量信号から逆に残余を得る場合には、この残余を監視することは本質的により簡単で、空気質量流量の十分な監視を可能にする。
【００１６】
この際、第１媒体流の所与の質量流量として所定の期間にわたる平均値を用いることが特に好ましい。そのとき、「故障のない」運転状態の質量流量を検出することから始まる。次に運転中、この検出された質量流量からの偏差が生じ、所定のかなりの時間にわたって持続する場合には、これは欠陥の指標である。
【００１７】
残余を使って下記の規定によって欠陥指標Ｓiを形成することが好ましい。
【００１８】
【数１】
2005533230.tif 000003
ただしＳiは下記の式によって計算される。
【００１９】
【数２】
2005533230.tif 000004
ただし、
ｉ：走査時点の指数
ｒi：残余
ｋ1：比例定数
μ0：第１信頼性値
μ1：第２信頼性値
【００２０】
第１信頼性値は大抵の場合にゼロに設定される。第２信頼性値μ1は、どのくらいの頻度で欠陥アラームを受け入れなければならないかの基準を形成する。欠陥アラームを少なくしたい場合には、欠陥を遅れて発見することを甘受しなければならない。例えば送風機がもう動かなくなって空気の循環が制限される場合には、周期的に検出される残余ｒiの値が平均してゼロより大きくなるので、欠陥指標は時間と共に大きくなる。欠陥指標Ｓiが所定の値に達した場合には、アラームが作動して欠陥が発生したことを知らせる。この第２信頼性値は経験値であり、これはもちろん製造者が予め設定することができる。
【００２１】
所定の変化を発見する場合に、解氷過程を導入することが好ましい。例えば、欠陥指標が所定の値に達するかまたは超過した場合に、解氷過程を導入することができる。解氷過程が必要であるがそれでも蒸発器の氷結が悪い影響を示さない場合には、この方法によって解氷過程が導入される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を、好ましい実施形態を用いて図面を参照して以下に説明する。
【００２３】
図１は、例えばスーパーマーケットにおいて冷却または冷凍された食品を販売するために用いられるような販売用冷凍庫の形で、冷凍設備１を概略的に示す。冷凍設備１は、中に食品が貯蔵されている１つの貯蔵空間２を有する。空気チャネル３がこの貯蔵空間２の周りを囲んでいる。すなわち貯蔵空間２の両側と下部にある。矢印で示されている空気流４は、空気チャネル３を通り抜けた後、貯蔵空間２の上方の冷凍ゾーン５に達する。次に空気は再び空気チャネル３の入口に導かれる。この入口には混合ゾーン６がある。混合ゾーンにおいて、空気流４は周囲空気と混合される。この際、例えば、貯蔵空間２に達したかまたは何らかの方法で周囲に消滅した冷却された空気が補われる。
【００２４】
空気チャネル３の中には送風装置７が配置されている。送風装置７は１つまたは複数の通風機によって形成することができる。送風装置７は、空気流４を空気チャネル３の中で動かすことができるという結果をもたらす。以下の説明については、送風装置７が運転されて冷凍設備が故障なしに稼動している限り、空気チャネル３を通じて動かされる時間当たり空気の量が一定であるように、送風装置７は空気流４を推進する、ということを前提とする。
【００２５】
空気チャネル３の中には、冷媒体循環の蒸発器８が配置されている。蒸発器８には、凝縮器すなわち液化器１０から膨張弁９を通じて冷媒体が送られる。凝縮器１０には圧縮機すなわちコンプレッサ１１によって冷媒体が供給され、圧縮機の入口はやはり蒸発器８に結合されているので、冷媒体はそれ自体周知の方式で循環される。凝縮器１０には送風機１２が設けられており、これを使って、凝縮器における熱を除去するために周囲からの空気を凝縮器１０に吹きつけるようになっている。
【００２６】
このような冷媒体循環の動作様式は周知である。設備の中で冷媒体が循環する。冷媒体は、高圧下にあって高温を有する気体として圧縮機１１を出る。凝縮器１０の中で冷媒体は液化し、熱を放出する。液化の後に冷媒体は膨張弁９を通り、ここで膨張する。膨張の後に冷媒体は二相すなわち液相と気相になる。二相冷媒体は蒸発器８に導かれる。液体相はここで熱を受け入れて蒸発する。この熱は空気流４から取られる。残りの冷媒体が蒸発した後、冷媒体は軽く加熱されて、過熱気体として蒸発器８から出る。その後、冷媒体は再び圧縮機１１に導かれてそこで圧縮される。
【００２７】
ここで、空気流４が妨害されずに空気チャネル３を通過できるか否かを監視することが望まれる。妨害は例えば、送風装置７に欠陥があって十分な空気を送らないことの結果として生ずる。例えば、複数の送風機を有する送風ユニットで１つが故障することがある。すると残りの送風機はそれでもなお、貯蔵空間２の温度が許容値を超えないように、空気チャネル３を通じて一定の空気量を送ることができる。しかしこれは冷凍設備に大きな負荷をかけることになり、これは後発障害を引き起こす可能性がある。例えば、通風機などの冷凍設備の要素がより頻繁に作動する。別の欠陥の場合としては、例えば蒸発器に沈積する周囲空気からの湿気による蒸発器の氷結がある。
【００２８】
言い換えれば、空気チャネル３を通過する時間当たりの空気量を永続的に監視する状態にあることが望まれる。この場合、監視は全く規則的時間間隔で、すなわち例えば時間的に１分程度の間隔を示す連続した時点で実現可能である。もちろん、普通の測定装置による空気流４の時間当たり質量を検出することは比較的費用がかかる。それゆえ間接測定が適用され、この測定では、蒸発器８内の冷媒体によって取られた冷媒体の熱容量を検出する。
【００２９】
この際、次の考察を基礎とする。すなわち、冷媒体の蒸発に必要な熱は、熱交換器として働く蒸発器８の中で空気から取り出される。これに応じて次の式が成り立つ。
【００３０】
【数３】
2005533230.tif 000005
ただし、
【００３１】
【数４】
2005533230.tif 000006
は空気から実際に取り出された時間当たりの熱、
【００３２】
【数５】
2005533230.tif 000007
は冷媒体から取り出された時間当たりの熱である。この式によって、冷媒体から取り出された時間当たりの熱を決定することができる場合には、空気チャネル３を通って流れる空気について、質量流量すなわち時間当たり質量の実際値を決定することができる。次に、空気の実際の質量流量を目標値と比較することができる。実際値が目標値と一致しない場合には、これは欠陥として、すなわち妨害された空気流４として解釈される。設備のための対応する欠陥報告を出すことができる。
【００３３】
【数６】
2005533230.tif 000008
を決定するための基礎は次の式である。
【００３４】
【数７】
2005533230.tif 000009
ただし、
【００３５】
【数８】
2005533230.tif 000010
は蒸発器を通って流れる時間当たりの冷媒体質量である。ｈRef，outは蒸発器出口における冷媒体の比エンタルピー、およびｈRef，inは膨張弁入口における比エンタルピーである。
【００３６】
冷媒質の比エンタルピーは、各冷媒体のための冷媒体ごとに変化するが、決定可能である物質および状態の性質である。したがって冷媒体の製造者は、各冷媒体のためにいわゆるＬｏｇ  ｐ、ｈダイアグラムを準備する。このダイアグラムによって、蒸発器８にわたる比エンタルピー差を決定することができる。例えばｈRef，inをこのようなＬｏｇ  ｐ、ｈダイアグラムによって決定するために、膨張弁入口における冷媒体の温度（ＴRef，in）と膨張弁入口における圧力（ＰCon）だけが使用される。これらの値は、温度探触子または圧力センサを使って測定することができる。測定個所を図２に概略的に示す。
【００３７】
蒸発器出口における比エンタルピーを決定するために、２つの測定値、すなわち蒸発器出口における温度（ＴRef，out）、および出口における圧力（ＰRef，out）または沸点温度（ＴRef，in）が使用される。出口における温度（ＴRef，out）は温度探触子によって測定することができる。蒸発器８の出口における圧力（ＰRef，out）は圧力センサによって測定することができる。
【００３８】
Ｌｏｇ  ｐ、ｈダイアグラムの代わりに、もちろん、プロセッサを使って計算を簡単にする表値を使用することもできる。多くの場合、冷媒体の製造者は冷媒体のための状態式も任意に使用できる。
【００３９】
または、冷媒体の質量流量
【００４０】
【数９】
2005533230.tif 000011
は流量計によって決定することができる。パルス幅変調式作動の電子制御式膨張弁を有する設備では、弁にわたる圧力差と膨張弁１０（ＴVin）の入口における過冷却が知られている場合には、開放度または開放持続時間を通じて質量流量
【００４１】
【数１０】
2005533230.tif 000012
を決定することが可能である。これは大抵の設備では上記の場合になる。そのわけは、液化器１０における圧力を測定する圧力センサが意のままに使えるからである。過冷却は多くの場合に一定であって、見積り可能であり、したがって測定する必要はない。次に膨張弁９を通る質量流量ｍRefを、弁特性と、圧力差と、過冷却と、開放度もしくは開放持続時間とを使用して計算することができる。多くのパルス幅変調式膨張弁９では、流量ｍRefは圧力差と開放持続時間におおよそ比例することが判明している。この場合、流量を下記の式によって決定することができる。
【００４２】
【数１１】
2005533230.tif 000013
ただしＰConは液化器１０における圧力、ＰRef，outは蒸発器における圧力、ＯＤは開放持続時間、ｋExpは弁に依存する比例定数である。多くの場合、冷媒体の過冷却は、冷媒体の流れが膨張弁を通じて過冷却に影響されるので過冷却を測定することが必要になるほど大きい。しかし大抵の場合、過冷却は冷凍設備の固定値であって、この固定値は弁特性または比例定数において考慮できるので、圧力差と弁の開放度のみを必要とする。質量流量
【００４３】
【数１２】
2005533230.tif 000014
を決定するための別の可能性は、圧縮機１１の値、例えば圧縮機の回転数、圧縮機の入口および出口における圧力、圧縮機入口の温度、および圧縮機特性を評価することからなる。
【００４４】
実際に空気から取り出される時間当たりの熱
【００４５】
【数１３】
2005533230.tif 000015
について、冷媒体が与える時間当たりの熱の場合と同じ式を適用することができる。
【００４６】
【数１４】
2005533230.tif 000016
ただし
【００４７】
【数１５】
2005533230.tif 000017
は空気の量流量、ｈAir，inは蒸発器の前における空気の比エンタルピー、ｈAir，outは蒸発器の後における空気の比エンタルピーを示す。
【００４８】
空気の比エンタルピーは下記の式を使用して計算することができる。
hAir=1.006・t+x(2501+1.8・t),[h]=kJ/kg      （５）
ただしｔは空気の温度であり、したがってＴEva，inは蒸発器の前、ＴEva，outは蒸発器の後の温度である。「ｘ」は空気の湿度比と呼ばれる。空気の湿度比は下記の式で計算される。
【００４９】
【数１６】
2005533230.tif 000018
ここでｐWは空気における水蒸気の分圧、ｐAmbは空気の圧力である。ｐAmbは測定することができるか、またはこの値のために単に標準大気圧を適用する。実際の圧力の標準大気圧からの偏差は、空気によって与えられる時間当たり熱量の計算には有意な役割を果たさない。水蒸気の分圧は、空気の相対湿度と飽和空気中の水蒸気の分圧とによって決定され、下記の式を使用して計算することができる。
ｐW＝ｐW，Sat・ＲＨ                                          （７）
ここでＲＨは空気の相対湿度であり、ｐW，Satは飽和空気の水蒸気の分圧である。ｐW，Satは空気の温度のみに依存し、熱力学の参考資料で見つけることができる。相対湿度ＲＨは測定することができるか、または計算の場合に典型的な値を適用する。
【００５０】
式（１）で前提としたように、式（２）と（４）を等しいと見なすと、下記の式が得られる。
【００５１】
【数１７】
2005533230.tif 000019
これから、実際の空気質量流量
【００５２】
【数１８】
2005533230.tif 000020
を見つけることができ、ここで
【００５３】
【数１９】
2005533230.tif 000021
について解くと次のようになる。
【００５４】
【数２０】
2005533230.tif 000022
この空気質量流量の実際値
【００５５】
【数２１】
2005533230.tif 000023
を目標値と比較することができ、実際値と目標値との本質的な相違があれば、冷凍設備の経営者は、欠陥報告によって設備が最適状態で運転されていないことへの注意を喚起することができる。
【００５６】
多くの場合、設備における空気流のための目標値を検出することが推奨される。例えばこの目標値を、設備が安定して故障のない運転条件で稼動しているある特定の時間間隔にわたる平均値として検出することができる。このような時間間隔は例えば１００分とすることができる。
【００５７】
ある種の困難性はもちろん、個別のセンサ（温度計、圧力センサ）によって得られた信号が大きな変動を被るということから生じる。この変動は全く逆方向になり得るので、値
【００５８】
【数２２】
2005533230.tif 000024
のために、評価の際に特定の困難性を呈示の信号を受け取る。この変動は冷凍設備における動的比率の結果である。そういうわけで、式（９）の代わりに、規則的な時間間隔、例えば１分間に１回、下記の式で「残余」として示される値を計算することは有利であると言える。
【００５９】
【数２３】
2005533230.tif 000025
【００６０】
【数２４】
2005533230.tif 000026
は、故障のない運転状態における空気質量流量の見積り値である。見積りの代わりに、ある特定の時間間隔にわたる平均値として故障のない運転条件において式（９）から検出される値も適用することができる。
【００６１】
故障なしで運転されている設備では、残余ｒは、それが実際に大きな変動を受けるにもかかわらず、ゼロの平均値を与えなければならない。残余の傾向を通じて際立つ欠陥を早期に知ることを可能にするために、残余ｒのための検出された値は平均値の周りに正規分布しているが、設備が故障なしに稼動しているか欠陥が発生しているかには関係ないと考える。次に、欠陥指標Ｓiを下記の式によって計算する。
【００６２】
【数２５】
2005533230.tif 000027
ただしｓiは下記の式で計算することができる。
【００６３】
【数２６】
2005533230.tif 000028
【００６４】
この際もちろん、欠陥指標Ｓiつまり第１時点についてはゼロに設定されることが前提である。その後の各時点については、ｓiを式（１２）から適用し、この値から、より早い時点からの欠陥指標Ｓiによって合計を形成する。この合計値がゼロより大きい場合には、欠陥指標はこの新しい値に設定される。この合計がゼロに等しいかゼロより小さい場合には、欠陥指標はゼロに設定される。式（１２）では、ｋ1は比例定数である。μ0は、最も簡単な場合にはゼロの値に設定することができる。μ1は、例えば欠陥を引き起こして、この欠陥の際に残余ｒの平均値を検出することによって得られる見積り値である。値μ1は、どのくらいの頻度で欠陥アラームを受け入れなければならないかの基準である。したがって、両方のμ値は信頼性値とも呼ばれる。
【００６５】
例えば、送風装置７の１つの送風機が動かないという欠陥が生じた場合、残余ｒiの周期的に検出された値は平均してゼロより大きくなるので、欠陥指標Ｓｉは大きくなる。欠陥指標がある所定の値に達した場合、空気の循環が制限されていることを示すアラームが作動する。しかしμ1を大きくすると欠陥アラームは少なくなるが、欠陥の発見が遅くなるという危険性がある。
【００６６】
式（１１）によるろ過の作動様式を、図３、４を使用して以下に説明する。図３は、右方へ時間が分で示され、上方へ残余ｒが示されている。ｔ＝５１０分とｔ＝６４４分との間では送風装置７の１つの送風機が停止している。これは増加した残余ｒの値として表される。しかしこの増加は図３によってすでに知られるものである。それでも、図４に示す経過を有する欠陥指標Ｓiを観察した場合には、結果的により優れた認識可能性が生ずる。ここで欠陥指標Ｓiは上方へ、時間ｔは分として右方へ向っている。したがって欠陥指標はｔ＝５１０分とｔ＝６４４分との間で時間と共に連続的に上昇する。例えば、０．２×１０8の値を超過したときにアラームを始動することができる。
【００６７】
同様に、ｔ＝７００分とｔ＝８２４分との間で時間では、送風装置７の１つの送風機が停止している。欠陥指標Ｓｉがさらに増大する。これら２つの障害状態の間でさらに両送風機は活動していた。したがって欠陥指標Ｓｉは小さくなるが、ゼロには戻らない。欠陥指標Ｓｉは欠陥の場合に確実に高くなる。０から１５０分までの時間に、欠陥指標Ｓｉははゼロ点の近くにまで移動する。設備が長い十分な無故障状態で稼動する場合には、欠陥指標Ｓｉはゼロに戻るであろう。もちろん実際には、欠陥が除去されてしまった場合には、欠陥指標Ｓｉをゼロに設定する。
【００６８】
図５、６は、蒸発器８がゆっくり氷結する場合の、残余ｒの上昇と欠陥指標Ｓｉの上昇とを示す。この際、図５では残余ｒが、図６では欠陥指標Ｓｉが上方に向い、時間ｔは分単位で右方へ向っている。
【００６９】
図５で、残余ｒの平均値が次第に上昇していることを認識されたい。もちろん同様に、この上昇は欠陥報告のために必要な確かさで単に重量で把握すべきであることを認識されたい。ｔ＝６００分において、蒸発器８の最初の氷結が発生している。まずｔ＝１２００分では、この種の氷結を冷凍設備の能力低下を通じて把握することができよう。
【００７０】
例えば欠陥指標の限界値を１×１０7に設定した場合、欠陥をほぼｔ＝７５０分においてすでに発見するはずであり、したがって設備の性能低下によるよりも本質的に早い。
【００７１】
この方法は、解氷過程の開始にも適用することができる。次いで、欠陥指標Ｓｉが所定の値に達した場合に、解氷過程が始まる。
【００７２】
この方法では、一般的な設備の場合に存在するよりも多くはないセンサが使われているにもかかわらず、欠陥が早期に発見されるのが有利である。欠陥は、これが設備において高温を発生させる前に発見される。また、消費されるエネルギーを尺度としてとる場合には、設備がもはや最適に稼動しなくなる前に欠陥が発見される。
【００７３】
蒸発器８における空気流の監視を図解した。もちろん、凝縮器１０においても同様な監視を実施することができる。この場合には、これに加えて、空気が凝縮器１０を通る場合には周囲空気の空気湿度は除去されないので計算は簡単になる。それに応じて、凝縮器１０は暖かいので凝縮器において空気からの水も凝縮されない。凝縮器１０においてこの方法を適用する際に、凝縮器の前後の空気温度を測定する２つの温度計が必要であることは欠点である。
【００７４】
空気流量が一定で、空気流を断続的に生成することによって異なる冷凍能率の要件が達成される、という場合に対する方法を説明した。しかし、追加として送風機の原動機性能または回転数を考慮する場合には、空気流の変化を一定の限界で許容することも原則として可能である。
【００７５】
第１媒体流における変化を発見するための方法は、間接冷凍によって稼動する設備においても適用することができる。このような設備では、冷媒体が循環する一次媒体流と、冷担体、例えば塩水が循環する二次媒体流とを有する。蒸発器では、第１媒体流が第２媒体流を冷却する。次に熱交換器の中で第２媒体流は例えば空気を冷却する。この方法を、蒸発器において、しかし空気／冷担体熱交換器においても適用することができる。熱交換器の空気側では計算は変わらない。エンタルピーの上昇は、冷担体が熱交換器の中で蒸発過程を受けずに温度上昇のみを受ける場合には、下記の式によって計算することができる。
ＱKT＝ｃ・ｍKT（Ｔnach−Ｔvor）                        （１３）
ただしｃは塩水の比熱容量、Ｔnachは熱交換器後の温度、Ｔvorは熱交換器前の温度、ｍKTは冷担体の質量流量である。定数ｃは参考図書の中で見つけることができるが、両温度は例えば温度測定子によって測定することができる。質量流量ｍKTは質量流量計を通じて決定することができる。もちろんその他の可能性も考えることができる。次にＱKTはさらに別の計算ではＱRefの代わりになる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】冷凍設備の概略図である。
【図２】熱交換器の概略拡大図である。
【図３】第１の欠陥事例における残余を示す図である。
【図４】第１の欠陥事例における欠陥指標の経過を示す図である。
【図５】第２の欠陥事例における残余の経過を示す図である。
【図６】第２の欠陥事例における欠陥指標の経過を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年2月4日(2004.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
米国特許第６１２８９１０号は、空気冷却用の冷凍設備を診断するための方法を開示している。この方法では、設備の熱交換器を通過する空気の物理量が、測定ユニット（４４）の一部である測定子装置（４８）によって測定される。測定される量は、空気の温度、空気の相対湿度、および空気の容積流量である。空気の温度と空気の相対湿度をもとにして、熱交換器を通過する際のエンタルピーの変化が決定される。この変化は、容積流量とともに、空気通過流量の減少、熱伝導の減少、ならびにＳＨＲの減少を突きとめるために使用される。吸込み管における冷却剤温度、ならびに液化器と膨張弁との間の液体冷却剤の温度を追加測定することにより、冷却剤の充てんを調査することができる。
本発明を解説するために、次に冷凍設備のための例として販売用冷凍庫を選ぶ。しかし本発明は他の冷凍設備においても適用可能である。販売用冷凍庫においては、これが例えば冷却または凍結した製品を販売するために、スーパー・マーケットにおいて用いられているように、第１媒体流を形成する空気流が、蒸発器が中に配置されている空気チャネルの中を循環する。蒸発器は熱交換器であり、これに一方の側から冷媒体、したがって第２媒体流が流体状態または二相状態（気相および液相）で供給される。空気が他方の側で蒸発器を通じて導かれた場合には、空気から冷媒体に対する熱伝導が起り、空気が冷却される。熱交換器の別の例は凝縮器であり、冷媒体を液化するために凝縮器を介して空気が導かれる。そのときに冷媒体から熱が取り出される。


【国際調査報告】
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