(57)【要約】【課題】  適切なタイミングで異常を検出可能な熱交換器の異常検出装置を提供する。【解決手段】  熱交換器５内の熱流束を検出可能な熱流束検出装置１は、熱交換器５が有する配管６と機械装置３との間に設けられる第一熱流束センサ１０、放熱部７と配管６との間に設けられる第二熱流束センサ２０、及び、第一熱流束センサ１０及び第二熱流束センサ２０が出力する信号に基づいて熱交換器５の異常を検出可能な熱流束検出部３０を備える。第一熱流束センサ１０及び第二熱流束センサ２０は、複数の金属原子が結晶構造を維持した状態で固相焼結された焼結合金から形成される第一層間接続部材、第一層間接続部材と異なる複数の金属原子が結晶構造を維持した状態で固相焼結された焼結合金から形成されている第二層間接続部材、及び、第一層間接続部材と第二層間接続部材とを交互に接続する配線パターンを有し、熱流束を検出可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体が流通可能な熱媒体配管（６）を介して熱発生源（３）の熱を放熱部（７）から外部に放出可能な熱交換器（５）の異常検出装置であって、
前記熱発生源と前記熱媒体配管との間及び前記放熱部と前記熱媒体配管との間の少なくとも一方に設けられ、熱可塑性樹脂から形成され厚さ方向に貫通するよう交互に形成されている複数の第一ビアホール（１１１）及び複数の第二ビアホール（１１２）を有する絶縁基材（１１）、複数の前記第一ビアホールに設けられる第一層間接続部材（１４）、前記第二ビアホールに設けられ前記第一層間接続部材と異なる金属から形成されている第二層間接続部材（１５）、並びに、前記第一層間接続部材と前記第二層間接続部材とを交互に接続する配線パターン（１１５，１１６）を有し、前記第一層間接続部材または前記第二層間接続部材の少なくとも一方は複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で固相焼結された焼結合金であって、前記熱発生源と前記熱媒体配管との間または前記放熱部と前記熱媒体配管との間の熱流束の大きさを検出し、当該熱流束の大きさに応じた信号を出力可能な熱流束センサ（１０，２０）と、
前記熱流束センサと電気的に接続し、前記熱流束センサが出力する信号に基づいて前記熱交換器の異常を検出可能な異常検出部（３０）と、
を備える熱交換器の異常検出装置。
【請求項２】
前記熱流束センサは、前記熱発生源と前記熱媒体配管との間に設けられる熱発生側熱流束センサ（１０）、及び、前記放熱部と前記熱媒体配管との間に設けられる放熱側熱流束センサ（２０）を有する請求項１に記載の熱交換器の異常検出装置。
【請求項３】
前記異常検出部は、前記熱発生側熱流束センサが出力する前記熱発生源から前記熱媒体配管への熱流束（Ａ１０）の大きさ（Ｆｈ１）に応じた信号と前記放熱側熱流束センサが出力する前記放熱部から前記熱媒体配管への熱流束（Ａ２０）の大きさ（Ｆｈ２）に応じた信号との比較結果（Ｆｄ）に基づいて前記熱交換器の状態を判定する請求項２に記載の熱交換器の異常検出装置。
【請求項４】
前記異常検出部は、前記熱流束センサが出力する熱流束の大きさに応じた信号に基づいて前記熱媒体の温度変化の度合いを推測可能である請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器の異常検出装置。
【請求項５】
前記異常検出部の判定結果に基づいて当該判定結果に応じたアラームを出力可能な警報出力部（４０）をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温熱源と低温熱源との間での熱のやりとりを行う熱交換器が知られている。熱交換器は主に熱媒体の移動を利用し高温熱源と低温熱源との間での熱のやりとりを行うため、当該熱媒体の温度や流量などを検出することによって熱交換器の異常状態を検出することが可能である。例えば、特許文献１には、熱交換器に流入する水温を検出可能な入水温度センサ、熱交換器から流出する水温を検出可能な出水温度センサ、及び、入水温度センサが出力する信号に基づいて演算される目標出力と出水温度センサが出力する信号に基づいて演算される実際の出力とを比較し実際の出力が目標出力に達しているか否かを判定するコントローラを備える給湯装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７５２２６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、熱交換器内を流れる熱媒体の温度は、熱交換器に異常が発生してからある程度の時間が経過しないと変化しない。すなわち、熱交換器における異常の発生時刻と熱媒体の温度が変化する時刻との間にはずれがあるため、適切なタイミングで熱交換器の異常を検出することができない。また、熱交換器の物理的な破損、熱媒体の流量変化、熱媒体への異物の混入など熱交換器に発生する異常の種類によって熱媒体の温度変化の様子が異なるため、熱媒体の温度変化によって熱交換器の異常を検出する場合、熱交換器に適切な対応ができないおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、適切なタイミングで異常を検出可能な熱交換器の異常検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、熱媒体が流通可能な熱媒体配管（６）を介して熱発生源（２）の熱を放熱部（３）から外部に放出可能な熱交換器（５）の異常検出装置であって、熱流束センサ（１０，２０）、及び、異常検出部（３０）を備える。
【０００７】
熱流束センサは、熱発生源と熱媒体配管との間及び放熱部と熱媒体配管との間の少なくとも一方に設けられる。熱流束センサは、絶縁基材（１１）、第一層間接続部材（１４）、第二層間接続部材（１５）、及び、配線パターン（１１５，１１６）を有する。絶縁基材は、熱可塑性樹脂から形成され厚さ方向に貫通するよう交互に形成されている複数の第一ビアホール（１１１）及び複数の第二ビアホール（１１２）を有する。第一層間接続部材は、複数の第一ビアホールに設けられる。第二層間接続部材は、第二ビアホールに設けられ第一層間接続部材と異なる金属から形成されている。配線パターンは、第一層間接続部材と第二層間接続部材とを交互に接続する。熱流束センサでは、第一層間接続部材または第二層間接続部材の少なくとも一方は、複数の金属原子が当該金属原子の結晶構造を維持した状態で固相焼結された焼結合金であって、熱発生源と熱媒体配管との間または放熱部と熱媒体配管との間の熱流束の大きさを検出し、当該熱流束の大きさに応じた信号を出力可能である。
【０００８】
異常検出部は、熱流束センサと電気的に接続し、熱流束センサが出力する信号に基づいて熱交換器の異常を検出可能である。
【０００９】
本発明の熱交換器の異常検出装置は、熱発生源と熱媒体配管との間及び放熱部と熱媒体配管との間の少なくとも一方の熱流束の大きさを検出する熱流束センサを備える。熱交換器では熱交換器自身の機能に異常が発生したとき、最初に熱発生源と熱媒体配管との間または放熱部と熱媒体配管との間の熱流束の大きさが変化した後、熱媒体の温度が変化する。そこで、本発明の熱交換器の異常検出装置は、熱流束の大きさが変化したことを検出することによって、熱交換器の異常を検出する。これにより、本発明の熱交換器の異常検出装置は、熱媒体の温度変化に基づいて熱交換器の異常を検出する場合に比べ適切なタイミングでかつ迅速に熱交換器の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による熱交換器の異常検出装置が適用される熱交換システムの模式図である。
【図２】一実施形態による熱交換器の異常検出装置が適用される熱交換システムが備える熱流束センサの模式図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】一実施形態による熱交換器の異常検出装置における熱交換器の状態判定処理のメインフローチャートである。
【図５】一実施形態による熱交換器の異常検出装置における熱交換器の状態判定処理のサブフローチャートである。
【図６】一実施形態による熱交換器の異常検出装置における熱交換器の状態判定処理の特性図である。
【図７】一実施形態による熱交換器の異常検出装置における異常検出時の特性図である。
【図８】一実施形態による熱交換器の異常検出装置における異常検出時の特性図であって、図７とは異なる特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１２】
（一実施形態）
一実施形態による「熱交換器の異常検出装置」としての熱流束検出装置１は、図１に示す熱交換器５に適用される。熱交換器５は、「熱発生源」としての機械装置３が発生する高熱を外部に放出する機能を有する。
【００１３】
最初に、熱交換器５の構成について図１に基づいて説明する。熱交換器５は、「熱媒体配管」としての配管６、放熱部７、及び、ポンプ８を備える。
【００１４】
配管６は、機械装置３と放熱部７とを接続するよう設けられている。配管６は、機械装置３の熱を放熱部７に輸送可能な熱媒体を流通することが可能である。
【００１５】
放熱部７は、配管６に設けられている。放熱部７は、熱伝導性が比較的高い材料から形成されている。放熱部７は、表面積を大きくするよう、例えば、図示しない複数のフィンを有する。放熱部７は、配管６内を流れる熱媒体の熱を外部に放出する。
【００１６】
ポンプ８は、機械装置３と放熱部７との間において配管６に設けられている。ポンプ８は、配管６内の熱媒体が図１の実線矢印Ｆ６に示す方向に流れるよう熱媒体を圧送する。
【００１７】
次に、熱流束検出装置１の構成について、図１〜３に基づいて説明する。熱流束検出装置１は、「熱発生側熱流束センサ」としての第一熱流束センサ１０、「放熱側熱流束センサ」としての第二熱流束センサ２０、「異常検出部」としての熱流束演算部３０、及び、「警報出力部」としてのアラーム出力部４０を備える。熱流束検出装置１は、熱交換器５の特定の場所における熱流束の大きさを検出するとともに、当該熱流束の大きさに応じて熱交換器５の状態を判定することが可能である。
【００１８】
第一熱流束センサ１０は、図１に示すように、機械装置３と配管６との間に設けられている。第一熱流束センサ１０には、機械装置３と配管６との間の熱の流れである熱流束（図１の白抜き矢印Ａ１０）が通る。第一熱流束センサ１０は、当該熱流束の大きさに応じた信号、例えば、電圧信号を出力する。
【００１９】
ここで、第一熱流束センサ１０の詳細な構成について、図２，３に基づいて説明する。第一熱流束センサ１０は、図３に示すように、絶縁基材１１、裏面保護部材１２、表面保護部材１３、第一層間接続部材１４、および、第二層間接続部材１５を有する。なお、図３は、第一熱流束センサ１０の構成を分かりやすくするため、実際の形状に比べて裏面保護部材１２から表面保護部材１３に向かう方向を拡大している。
【００２０】
絶縁基材１１は、熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。絶縁基材１１は、厚さ方向に貫通する複数の第一ビアホール１１１、及び、複数の第二ビアホール１１２を有する。第一ビアホール１１１と第二ビアホール１１２とは、図３に示すように、隣り合うよう設けられている。第一ビアホール１１１には、第一層間接続部材１４が設けられている。第二ビアホール１１２には、第二層間接続部材１５が設けられている。すなわち、絶縁基材１１には、第一層間接続部材１４と第二層間接続部材１５とが離間して互い違いになるように配置されている。
【００２１】
裏面保護部材１２は、大きさが絶縁基材１１の大きさと同じ熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。裏面保護部材１２は、絶縁基材１１の裏面１１３に設けられている。絶縁基材１１の裏面１１３と裏面保護部材１２の絶縁基材１１側の面１２１との間には、銅箔などがパターニングされた複数の「配線パターン」としての裏面パターン１１５が設けられている。裏面パターン１１５は、第一層間接続部材１４と第二層間接続部材１５とを電気的に接続している。
【００２２】
表面保護部材１３は、大きさが絶縁基材１１の大きさと同じ熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。表面保護部材１３は、絶縁基材１１の表面１１４に設けられている。絶縁基材１１の表面１１４と表面保護部材１３の絶縁基材１１側の面１３１との間には、銅箔などがパターニングされた複数の「配線パターン」としての表面パターン１１６が形成されている。表面パターン１１６は、第一層間接続部材１４と第二層間接続部材１５とを電気的に接続している。
【００２３】
複数の第一層間接続部材１４と複数の第二層間接続部材１５とは、ゼーベック効果を発揮するよう互いに異なる金属で構成されている。例えば、第一層間接続部材１４は、Ｐ型を構成するＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の粉末が焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物から形成されている。また、第二層間接続部材１５は、Ｎ型を構成するＢｉ−Ｔｅ合金の粉末が焼結前における複数の金属原子の所定の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物から形成されている。第一層間接続部材１４と第二層間接続部材１５とは、裏面パターン１１５および表面パターン１１６によって交互に直列されている。
【００２４】
図３に示すように、複数の第一層間接続部材１４のうち一つの第一層間接続部材１４０は、端子１４１と電気的に接続している。また、複数の第二層間接続部材１５のうち一つの第二層間接続部材１５０は、端子１５１と電気的に接続している。端子１４１、１５１は、図２に示すように、一つの第一熱流束センサ１０内で裏面パターン１１５、第一層間接続部材１４、表面パターン１１６、および、第二層間接続部材１５が蛇行するよう接続されている両端に位置している（図２の二点鎖線Ｌ１０参照）。端子１４１、１５１は、表面保護部材１３が有する開口１３２を介して外部に露出している。
端子１４１は、接続バンプ１４２を介して出力線１４３と電気的に接続している。端子１５１は、接続バンプ１５２を介して出力線１５３と電気的に接続している。出力線１４３，１５３は、熱流束演算部３０と電気的に接続している。
【００２５】
第一熱流束センサ１０では、第一熱流束センサ１０の厚さ方向（図３の裏面保護部材１２から表面保護部材１３に向かう方向）に流れる熱量の大きさが変化すると、交互に直列接続された第一層間接続部材１４および第二層間接続部材１５において発生する起電圧が変化する。第一熱流束センサ１０は、この電圧を出力線１４３、１５３を介して検出信号として、電気的に接続する熱流束演算部３０に出力する。
【００２６】
第二熱流束センサ２０は、図１に示すように、配管６と放熱部７との間に設けられている。第二熱流束センサ２０には、配管６と放熱部７との間の熱の流れである熱流束（図１の白抜き矢印Ａ２０）が通る。第二熱流束センサ２０は、当該熱流束の大きさに応じた信号、例えば、電圧信号を、電気的に接続する熱流束演算部３０に出力する。第二熱流束センサ２０の構成は、第一熱流束センサ１０の構成と同じであるため、構成の説明は省略する。
【００２７】
熱流束演算部３０は、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭおよびＲＡＭ等を有する小型のコンピュータであるマイコンなどを有している。マイコンは、ＲＯＭに格納された各種プログラムに従い、ＣＰＵによって種々の処理を実行する。熱流束演算部３０は、第一熱流束センサ１０及び第二熱流束センサ２０が出力する熱流束の大きさに応じた信号に基づいて、機械装置３と配管６との間の熱流束Ａ１０の大きさＦｈ１（以下、単に「熱流束Ｆｈ１」という）、及び、配管６と放熱部７との間の熱流束Ａ２０の大きさＦｈ２（以下、単に「熱流束Ｆｈ２」という）を演算する。また、熱流束演算部３０は、熱流束Ｆｈ１，Ｆｈ２の演算結果に基づいて熱交換器５の状態を判定する。熱流束演算部３０における処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理の詳細は後述する。
【００２８】
アラーム出力部４０は、熱流束演算部３０と電気的に接続している。アラーム出力部４０は、熱流束演算部３０における熱交換器５の状態判定の結果に基づいて、熱交換器５の異常を知らせるアラームを外部に向けて出力する。
【００２９】
ここで、熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理について、図４〜６に基づいて説明する。図４，５には、熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理のフローチャートを示す。図６には、熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理における特性図を示す。図４，５に示すフローチャートの処理は、熱交換器５が作動しているとき常時実行される。
【００３０】
最初に、ステップ（以下、単に「Ｓ」という）１において、機械装置３と配管６との間の熱流束Ｆｈ１の大きさを演算する。熱流束演算部３０は、第一熱流束センサ１０が出力する信号に基づいて機械装置３と配管６との間の熱流束Ｆｈ１の大きさを演算する。本実施形態では、機械装置３から配管６に向かって熱が移動する場合、熱流束Ｆｈ１を正の値とする。
【００３１】
次に、Ｓ２において、配管６と放熱部７との間の熱流束Ｆｈ２の大きさを演算する。熱流束演算部３０は、第二熱流束センサ２０が出力する信号に基づいて配管６と放熱部７との間の熱流束Ｆｈ２の大きさを演算する。本実施形態では、配管６から放熱部７に向かって熱が移動する場合、熱流束Ｆｈ２を正の値とする。
【００３２】
次に、Ｓ３において、熱交換器５における熱流束収支を演算する。熱流束演算部３０は、Ｓ１で演算した熱流束Ｆｈ１からＳ２で演算した熱流束Ｆｈ２を差し引き、配管６を流れる熱媒体の「比較結果」としての熱流束収支Ｆｄを演算する。本実施形態の場合、熱流束収支Ｆｄは、機械装置３から配管６に流入する熱量と配管６から放熱部７に流出する熱量との差である。
【００３３】
次に、Ｓ４において、熱流束収支Ｆｄが所定のしきい値Ｆｔｈより大きいか否かを判定する。熱流束演算部３０は、Ｓ３において演算した熱流束収支Ｆｄが所定のしきい値Ｆｔｈより大きいか否かを判定する。ここで、所定のしきい値Ｆｔｈは、例えば、０や、第一熱流束センサ１０及び第二熱流束センサ２０の検出誤差である。熱流束収支Ｆｄが所定のしきい値Ｆｔｈより大きいと判定されると、Ｓ５に進む。熱流束収支Ｆｄが所定のしきい値Ｆｔｈ以下であると判定されると、熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理を終了する。
【００３４】
Ｓ４において熱流束収支Ｆｄが所定のしきい値Ｆｔｈより大きいと判定されると、Ｓ５において、熱流束演算部３０は、熱交換器５の異常処置判定を行う。Ｓ５における異常処置判定は、図５に示すフローチャートにしたがって行う。本実施形態では、図５に示すフローチャートは、第一熱流束センサ１０及び第二熱流束センサ２０のいずれに対しても行う。ここでは、第一熱流束センサ１０が出力する信号に基づいた処理を説明するが、第二熱流束センサ２０についても同様である。
【００３５】
最初に、Ｓ５０において、熱流束の変化量ΔＦｈを演算する。熱流束演算部３０は、Ｓ４において熱流束収支Ｆｄが所定のしきい値Ｆｔｈ以下であると判定されているときの第一熱流束センサ１０の熱流束Ｆｈ１の変化量ΔＦｈ１を演算する。
【００３６】
熱流束の変化量ΔＦｈ１について図６に基づいて具体的に説明する。図６に示す特性図では、横軸は、時間であって、縦軸は第一熱流束センサ１０が検出する機械装置３から配管６への熱流束Ｆｈ１である。図６では、時刻ｔ０より前では、Ｓ４において熱流束収支Ｆｄが所定のしきい値Ｆｔｈ以下であると判定されている。このときの熱流束Ｆｈ１の値を熱流束Ｆｈ１０とする。
【００３７】
時刻ｔ０において熱流束収支Ｆｄが所定のしきい値Ｆｔｈより大きいと判定されるとき、例えば、熱流束Ｆｈ１は徐々に小さくなる（図６に示す実線Ｌ６１，Ｌ６２，Ｌ６３）。このとき、熱流束Ｆｈ１は、図６の時刻ｔ０以降に比較的安定した値となる。このときの熱流束Ｆｈ１の例として、図６には実線Ｌ６１のときの熱流束Ｆｈ１１，実線Ｌ６２のときの熱流束Ｆｈ１２，及び、実線Ｌ６３のときの熱流束Ｆｈ１３を示す。
【００３８】
時刻ｔ０以降に熱流束Ｆｈ１が熱流束Ｆｈ１１となる場合、熱流束演算部３０は、熱流束の変化量ΔＦｈ１を（Ｆｈ１０−Ｆｈ１１）と演算する。また、時刻ｔ０以降に熱流束Ｆｈ１が熱流束Ｆｈ１２となる場合、熱流束演算部３０は、熱流束の変化量ΔＦｈ１を（Ｆｈ１０−Ｆｈ１２）と演算する。また、時刻ｔ０以降に熱流束Ｆｈ１が熱流束Ｆｈ１３となる場合、熱流束演算部３０は、熱流束の変化量ΔＦｈ１を（Ｆｈ１０−Ｆｈ１３）と演算する。
【００３９】
次に、Ｓ５１において、熱流束演算部３０は、Ｓ５０で演算した熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｘ以上であるか否かを判定する。ここで、所定の熱流束の変化量ΔＦｈｘは、熱流束Ｆｈ１０から図６に示す熱流束Ｆｈｘを引いた値であって、後述する所定の熱流束の変化量ΔＦｈｙ，ΔＦｈｚに比べ大きく、例えば、熱交換器５の熱交換能力の大部分を占める程度の大きさの値である。熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｘ以上、例えば、熱流束Ｆｈ１が図６に示す熱流束Ｆｈ１１であると判定されると、Ｓ５２に進む。熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｘより小さい、例えば、熱流束Ｆｈ１が図６に示す熱流束Ｆｈ１２，Ｆｈ１３であると判定されると、Ｓ５３に進む。
【００４０】
Ｓ５１において熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｘ以上であると判定されると、Ｓ５２において、熱流束演算部３０は、アラーム出力部４０に処置Ａのアラームを出力するための信号を出力する。処置Ａは、例えば、熱交換器５の異常停止である。その後、熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理を終了する。
【００４１】
Ｓ５１において熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｘより小さいと判定されると、Ｓ５３において、熱流束演算部３０は、Ｓ５０で演算した熱流束の変化量ΔＦｈが所定の熱流束の変化量ΔＦｈｙ以上であるか否かを判定する。ここで、所定の熱流束の変化量ΔＦｈｙは、熱流束Ｆｈ１０から図６に示す熱流束Ｆｈｙを引いた値であって、後述する所定の熱流束の変化量ΔＦｈｚに比べ大きく、例えば、熱交換器５の熱交換能力の半分程度の大きさの値である。熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｙ以上、例えば、熱流束Ｆｈ１が図６に示す熱流束Ｆｈ１２であると判定されると、Ｓ５４に進む。熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｙより小さい、例えば、熱流束Ｆｈ１が図６に示す熱流束Ｆｈ１３であると判定されると、Ｓ５５に進む。
【００４２】
Ｓ５３において熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｙ以上であると判定されると、Ｓ５４において、熱流束演算部３０は、アラーム出力部４０に処置Ｂのアラームを出力するための信号を出力する。処置Ｂは、例えば、熱交換器５の出力制限である。その後、熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理を終了する。
【００４３】
Ｓ５３において熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｙより小さいと判定されると、Ｓ５５において、Ｓ５０で演算した熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｚ以上であるか否かを判定する。ここで、所定の熱流束の変化量ΔＦｈｚは、熱流束Ｆｈ１０から熱流束Ｆｈｚを引いた比較的小さな値であって、例えば、熱交換器５の熱交換能力に対して比較的小さい一部を占める大きさの値である。熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｚ以上、例えば、熱流束Ｆｈ１が図６に示す熱流束Ｆｈ１３であると判定されると、Ｓ５６に進む。熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｚより小さいと判定されると、熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理を終了する。
【００４４】
Ｓ５５において熱流束の変化量ΔＦｈ１が所定の熱流束の変化量ΔＦｈｚ以上であると判定されると、Ｓ５６において、熱流束演算部３０は、アラーム出力部４０に処置Ｃのアラームを出力するための信号を出力する。処置Ｃは、例えば、熱交換器５に関する警告の出力である。その後、熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理を終了する。
【００４５】
一般的に、熱交換器に異常が発生すると、最初に熱交換器の熱交換能力を直接表している熱流束の大きさが変化した後、熱媒体の温度が変化する。熱交換器に異常が発生するときの熱流束及び熱媒体の温度の時間変化について、図７に基づいて説明する。
【００４６】
図７に示す時刻ｔ０において熱交換器に異常が発生したとき、熱流束Ｆｈは、図７に示すように、時刻ｔ０の直後に時刻ｔ０以前の熱流束Ｆｈ０から低下し始める。
【００４７】
一方、熱媒体の温度は、図７に示すように、熱流束の大きさが変化した後、変化する。このため、熱媒体は、最初に温度Ｔ０であった温度が熱交換器の異常によって、熱交換器が異常であることを示す温度のしきい値Ｔｔｈ１以上となるのは時刻ｔ０の後の時刻ｔ１となる。すなわち、熱媒体の温度変化は、熱流束の変化に比べ時間（ｔ１−ｔ０）の遅れが発生することとなる。このため、熱媒体の温度変化に基づいて熱交換器の異常処置を行う場合、当該処置が間に合わないおそれがある。
【００４８】
一実施形態による熱流束検出装置１は、熱流束の大きさを検出する第一熱流束センサ１０及び第二熱流束センサ２０を備える。これにより、熱流束検出装置１は、異常が発生したとき即座に変化する熱流束の大きさを直接検出することができる。したがって、熱流束検出装置１は、熱媒体の温度変化に基づいて熱交換器５の異常を検出する場合に比べ適切なタイミングでかつ迅速に熱交換器５の異常を検出することができる。
【００４９】
また、熱交換器は、熱交換器の物理的な破損、熱媒体の流量変化、熱媒体への異物の混入など様々な理由によって異常な状態となる。一実施形態による熱流束検出装置１は、熱交換器５における各部の熱流束の大きさを検出することによって、この様々な理由に起因する熱交換器５の複数の異常の状態を区別して判定することができる。
【００５０】
熱交換器に異常が発生するときの熱流束の変化と熱媒体の温度の変化との関係について、図７とは異なる図８に基づいて説明する。図８には、熱交換器に異常が発生するときの熱流束の大きさ及び熱媒体の温度のそれぞれについて異なる時間変化を示す。
【００５１】
図８に示す時刻ｔ０において熱交換器に異常が発生したとき、熱流束Ｆｈは、図８に示すように、時刻ｔ０の直後に時刻ｔ０以前の熱流束Ｆｈ０から低下し始める。熱流束は熱交換器の熱交換能力を直接表しているため、熱流束の変化の度合いから熱媒体の温度変化の度合いを推測することが可能である。具体的には、図８の実線Ｌ８１に示すように急激に熱流束が低下する場合、熱媒体の温度も急激に低下するような、例えば、熱交換器の物理的な破損といった深刻なトラブルが発生していることが推測される。この場合、例えば、熱交換器を異常停止する。また、図８の実線Ｌ８２のように徐々に熱流束が低下する場合、熱媒体の温度も徐々に低下するような、例えば、熱媒体の流量変化や熱媒体への異物の混入といったさほど深刻でないトラブルが発生していると推測される。この場合、例えば、出力制限や外部への警告を行う。
【００５２】
一方、熱媒体の温度を検出する場合、上述したように、熱媒体の温度の変化は熱流束の変化に比べ遅れがあるため、温度変化に基づいて熱交換器を複数の状態に区別して判定することは困難である。具体的には、図８の二点鎖線Ｌ８３のように、温度Ｔ１であった熱媒体が時刻ｔ０以降に温度が変化し時刻ｔ１において温度のしきい値Ｔｔｈ１となるとき、その後予測として、時刻ｔ２において熱交換器が破損する破損限界のしきい値Ｔｔｈ２以上となることは予測可能である。また、実線Ｌ８４のように、温度Ｔ１に比べ高い温度Ｔ２であった熱媒体が時刻ｔ０以降に温度が変化し時刻ｔ１において温度のしきい値Ｔｔｈ１となるとき、その後予測として、破損限界のしきい値Ｔｔｈ２までは、点線Ｌ８５に示すように、比較的長い時間がかかることが予想される。しかしながら、時刻ｔ１において、時刻ｔ１以降に他の原因の発生によって点線Ｌ８６に示すように比較的短時間で温度が上昇する場合を予測することは困難である。
【００５３】
一実施形態による熱流束検出装置１は、熱媒体の温度変化の度合いを推測することが可能な熱流束の大きさの変化を第一熱流束センサ１０及び第二熱流束センサ２０によって検出することができる。これにより、様々な理由に起因する熱交換器５の複数の異常の状態を区別して確実に検出することができる。
【００５４】
一実施形態による熱流束検出装置１は、機械装置３と配管６との間の熱流束の大きさを検出する第一熱流束センサ１０、及び、放熱部７と配管６との間の熱流束の大きさを検出する第二熱流束センサ２０を備える。これにより、配管を流れる熱媒体への熱流束収支Ｆｄを演算することができる。したがって、熱交換器５の異常を高精度に検出することができる。
【００５５】
また、熱媒体の温度変化に基づいて熱交換器の異常を検出する場合、検出された温度変化の度合いを見るため温度の時間変化に対して微分などの演算を行う必要がある。一方、一実施形態による熱流束検出装置１は、熱流束の大きさの変化から熱交換器５の異常を直接検出することができる。これにより、熱流束検出装置１は、熱交換器５の異常を検出するための演算が比較的簡単になるため、熱流束演算部３０を簡略にすることができるとともに、演算に必要な時間を短縮することができる。
【００５６】
一実施形態による熱流束検出装置１は、熱流束演算部３０における熱交換器５の状態判定の結果に基づいて熱交換器５の異常を知らせるアラームを外部に向けて出力するアラーム出力部４０を備える。これにより、熱交換器５の異常によるトラブルが大きくなる前に適切な処置を施すことができる。
【００５７】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、放熱部が「熱発生源」としての機械装置の高熱を外部に放出するとした。しかしながら、放熱部が「熱発生源」としての冷熱を発生する装置の冷熱を外部に放出してもよい。放熱部が「熱発生源」としての冷熱を発生する装置の冷熱を外部に放出する場合、Ｓ４において熱流束収支Ｆｄの絶対値が所定のしきい値Ｆｔｈの絶対値より大きいか否かによって判定する。具体的には、熱流束収支Ｆｄの絶対値が所定のしきい値Ｆｔｈの絶対値より大きい場合、Ｓ５に進む。熱流束収支Ｆｄの絶対値が所定のしきい値Ｆｔｈの絶対値以下の場合、熱流束演算部３０による熱交換器５の状態判定処理を終了する。
【００５８】
上述の実施形態では、二つの熱流束センサを備える熱流束検出装置において、Ｓ３で演算する熱流束収支に基づいて、熱交換器に対する異常処置が必要か否かを判定した。熱流束センサを一つだけ備える熱流束検出装置では、図５に示すフローチャートの処理のみを実行し、異常を検出してもよい。
【００５９】
上述の実施形態では、熱流束検出装置は、アラーム出力部を備えるとした。アラーム出力部はなくてもよい。
【００６０】
上述の実施形態では、熱流束演算部は、図４に示すように、装置と配管との間の熱流束の大きさを演算した後、配管と放熱部との間の熱流束の大きさを演算するとした。しかしながら、Ｓ１とＳ２とは同時に処理されてもよい。
【００６１】
以上、本発明はこのような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で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・熱流束検出装置（熱交換器の異常検出装置）
３・・・機械装置（熱発生源）
５・・・熱交換器
６・・・配管（熱媒体配管）
７・・・放熱部
１０・・・第一熱流束センサ（熱流束センサ）
２０・・・第二熱流束センサ（熱流束センサ）
３０・・・熱流束演算部（異常検出部）
【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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【図７】
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【図８】
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