JPS6235597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、回転機械、産業機械、油圧機器な
どの設備において、潤滑油、密封油、作動油、あ
るいは気体などの被冷却流体を冷却する熱交換器
におけるものに冷却水系統の通水状態の異常を監
視するようにした熱交換器における異常監視装置
に関するものである。

被冷却流体の代表的なものには油があり、この
油は潤滑、冷却、摩耗防止、密封、作動油などの
用途に使用され、その働きは油の粘度、すなわち
油の温度によつて著しく変化する。このため油の
温度を適温に保つことは設備の正常運転のために
重要な問題であるが、油はその働きにより給油温
度よりも排油温度が高くなる。従つて油を冷却す
るために熱交換器が必要であり、この熱交換器に
冷却水が流れているかいないかにより設備の運転
は、起動、運転継続、停止などの運転モードを選
択することになる。

被冷却流体が油である場合の従来の熱交換器に
おける異常監視装置を第１図〜第３図により説明
する。

第１図に示すものは冷却水の入口圧力と出口圧
力との差圧を直接検出し、この差圧の大きさによ
つて通水状態を判別するもので、図において、１
は回転機械などの設備、２は油タンク、３は潤滑
油などとして必要な油を油タンク２から設備１に
供給するための配管、４は配管３の途中に設けら
れ、設備１に供給される油を冷却するための熱交
換器、５は熱交換器４内を通過する被冷却油を冷
却するための冷却水を通過させる冷却水管、６は
この冷却水管５の入口側と出口側の差圧を検出す
るための差圧計である。この装置の作用は、油タ
ンク２内の油が熱交換器４内において冷却水によ
り冷却された後、設備１に供給され、設備１で働
いた油は温度上昇して再び油タンク２に戻るよう
になつている。冷却水は入口圧力Ｐ_w1で熱交換器
４内に供給され、被冷却油を冷却して出口圧力Ｐ
_w2で戻る。冷却水管５内を冷却水が流れると、そ
の流速の２乗に比例する圧力損失が生じるため、
その損失分だけ入口圧力Ｐ_w1と出口圧力Ｐ_w2に差
が生じる。したがつて、冷却水の供給量が増加す
る程流速が増すから圧力損失も増加し、差圧計６
で検出される差圧は大きくなる。第１図に示す装
置では、この差圧を測定し、一定値以上の場合通
水状態が良好と判断し、それ以下の場合には通水
状態が異常（または断水状態）と判断するように
している。

しかし、この方式においては差圧計６で検出さ
れる冷却水の入口側と出口側の差圧が必らずしも
冷却水量にのみ関係しないという欠点がある。何
えば、圧力損失は流速によつて支配されるため、
冷却水管５内にスケールが異物が付着して流路断
面積が小さくなると、冷却水量は少なくても流速
は大きくなり、圧力損失は大きくなる。また、長
期間の使用による管内腐食の影響、冷却水管５系
統の漏れなどによつても差圧が大きくなり、見か
け上冷却水量が増えたような判定をしてしまう。

第２図および第３図に示すものは第１図に示す
差圧計６の代りにフラツパー式の通水検出器７を
設けるようにしたもので、他の部分については第
１図に示すものと同一であり、第１図と同一番号
を付して説明は省略する。フラツパー式通水検出
器７は冷却水管５の入口側または出口側に設けら
れ、第３図に示すように舌状のフラツパー８が流
れに対して直角になるように冷却水管５内に出て
いる。冷却水が流れるとフラツパー８に流体の抵
抗力が働き、流れ方向にフラツパー８が傾く。こ
の傾きが一定値以上の場合通水状態が良好と判断
し、それ以下の場合には通水状態が異常（または
断水状態）と判断する。すなわち、フラツパー８
に働く流体抵抗力は冷却水の流速の大きさによつ
て変化するから、フラツパー８の傾きが大であれ
ば流速大であり、流速大であれば冷却水量が多い
と判断するものである。

しかし、この方式も流速の大小によつて通水状
態の判別をするものであり、したがつてこの方式
も前述した第１図に示すものと同様の欠点を有す
る。さらにこの方式においては、流れが安定し整
流状態下でなければフラツパー８に作用する流体
抵抗が流速に関係しないため、フラツパー８にス
ケールが付着したりあるいはフラツパー８が腐食
すると、流体抵抗が変わつてしまい、誤動作し易
いという欠点もある。

なお、上述した２つの従来例において、被冷却
油の通油状態も判別したいときは油の配管３にも
同様に差圧計を設けたり、フラツパー式通水検出
器を設けるようにすればよい。

本発明は前述した従来の欠点にもとづきなされ
たもので、常に正確に冷却水管内を流れる冷却水
の量を測定できるようにして異常を監視するよう
にした熱交換器における異常監視装置を提供する
ことを目的とするもので、被冷却流体を冷却水に
より冷却するようにした熱交換器において、冷却
水の入口温度と出口温度、被冷却流体の入口温度
と出口温度、および熱交換器周囲の大気温度をそ
れぞれ検出するための温度検出器と、これらの温
度検出器からの信号をもとに判別パラメータを算
出しかつこの判別パラメータと記憶されている許
容値とを比較することにより冷却水の通水状態を
判別する演算部と、この演算部による判別結果を
出力するための出力部を備えたものである。

以下、本発明の熱交換器における異常監視装置
を被冷却流体が被冷却油である場合を例にとり、
その一実施例を第４図〜第７図により説明する。
図において、第１図および第２図と同一符号を付
したものは同一部分を示す。

図において、９は冷却水管５の熱交換器４への
入口側に設けられた温度検出器、１０は冷却水管
５の熱交換器４からの出口側に設けられた温度検
出器、１１は油の配管３の熱交換器４への入口側
に設けられた温度検出器、１２は配管３の熱交換
器４からの出口側に設けられた温度検出器、１３
は設備１を設備している場所の周囲に設けられた
温度検出器である。これらの温度検出器９〜１３
により、熱交換器４に対する冷却水に入口温度Ｔ
_w1と出口温度Ｔ_w1と、被冷却油の入口温度Ｔ_p1と
出口温度Ｔ_p2、それに設備１周囲の大気温度Ｔ_a
をそれぞれ測定し、これらの温度検出器９〜１３
からの信号は演算装置１４に入力される。この演
算装置１４およびその周囲の電気系統の構成を第
５図により詳細に説明する。各温度検出器９〜１
３により検出された温度の信号は変換器１５を介
して演算装置１４の入力部１６にとり込まれ、こ
れから演算部１７に入力される。演算部１７では
記憶されている演算式により判別パラメータを算
出し、かつこの判別パラメータと記憶されている
許容値とを比較することにより、冷却水の弾水状
態を判別する。この演算部１７による判別結果は
出力部１８によつて出力される。例えばこの出力
部１８を設備１の起動、停止を行なう駆動機制御
部１９に連結し、通水状態が良好であれば設備１
の運転可信号を設備１の駆動機制御部１９へ送
り、設備１を起動あるいは運転継続し、また通水
状態が異常（あるいは断水状態）であれば運転不
可信号を駆動機制御部１９へ送り、設備１を停止
することができる。２０は入力部１６、演算部１
７、出力部１８を制御する演算装置１４の制御部
である。

次に、上述した演算装置１４における処理手順
を第６図のフローチヤートを参照して説明する。
各温度検出器９〜１３により検出された冷却水入
口温度Ｔ_w1および出口温度Ｔ_w2、被冷却油の入口
温度Ｔ_p1および出口温度Ｔ_p2、設備１周囲の大気
温度Ｔ_aはそれぞれデータとして演算部１７に入
力される。演算部１７には判別パラメータＡ〜Ｅ
を算出するために次のような演算式が記憶されて
いる。

Ａ＝Ｔ_a−Ｔ_p1 ………(1) Ｂ＝Ｔ_a−Ｔ_w1 ………(2) Ｃ＝Ｔ_p1−Ｔ_p2 ………(3) Ｄ＝Ｔ_w2−Ｔ_w1 ………(4) Ｅ＝（Ｔ_p1−Ｔ_p2）−（Ｔ_w2−Ｔ_w1） ………(5) これらの演算式(1)〜(5)を入力された前記各温度
Ｔ_w1、Ｔ_w2、Ｔ_p1、Ｔ_p2、Ｔ_aのデータにより演算
し、判別パラメータＡ〜Ｅを算出する。次に、算
出した各判別パラメータＡ〜Ｅと各パラメータＡ
〜Ｅに対してあらかじめ記憶されている許容値
α、βの比較を行なう。設備１の起動時、運転継
続時、停止時の各モードにおける通水状態の判別
は第６図のステツプ２１に示す判別式により行
う。ただし、ここで被冷却油の状態は起動モード
および運転継続モードでは通油状態にあり、停止
モードでは断油状態にあるものとする。今、運転
モードが起動時である場合を例にとり、冷却水の
通水状態についてその判別方法を説明する。起動
時には油は通油状態にあり、設備は停止している
から、冷却水を通水すれば冷却水および被冷却油
の入口温度Ｔ_w1Ｔ_p1は大気温度Ｔ_aよりも下が
る。熱交換器４により冷却水と被冷却油との熱交
換が行なわれるので被冷却油の出口温度Ｔ_p2も下
がる。ところが、設備１はまだ起動していないか
ら熱交換量は少なく冷却水の出口温度Ｔ_w2は入口
温度Ｔ_w1とはほとんど変らない。従つて、算出し
た判別パラメータＡ〜Ｅがそれぞれ次の各判別式
を満足するとき、冷却水の通水状態が良好である
と判別する。

Ａ〓０、Ｂ＞０、Ｃ〓０、Ｄ０、Ｅ〓０
………(6) また、冷却水が断水状態あるいは流量が異常に
少なければ冷却水は停止あるいはほぼ停止の状態
にあるから、その入口温度Ｔ_w1および出口温度Ｔ
_w2は大気温度Ｔ_aとほぼ等しく、油温は油の配管
３内を流れることによる損失分だけ上昇する。従
つて、算出した各判別パラメータＡ〜Ｅが次式の
関係を満足するとき通水状態が異常であると判別
する。

Ａ〓０、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ０ ………(7) 以上説明した事柄は運転モードが起動時につい
てであるが、他の運転モードのとき、すなわち運
転継続時または停止時の場合にも、上述した起動
時と同様に、算出した判別パラメータを第６図の
ステツプ２１に示す判別式により、通水状態の判
別をすることができる。

なお、式(6)、(7)および第６図の２１に示す判別
式は熱交換器４内において熱交換される冷却水と
被冷却油の量の関係が、被冷却油よりも冷却水の
量の方が十分に多い場合における判別式を示した
もので、装置の特性に応じて判別式および比較値
α、βは変わるものである。

演算部１７における通水状態の判別演算が完了
すれば、その判別結果は出力部１８から出力さ
れ、設備１の起動、運転継続、停止などを行う。
なお、冷却水の通水状態が良好になるまで設備１
を起動できないようにした冷却水の起動インター
ロツクを設け、この起動インクーロツクを演算部
による判別結果を出力するための出力部１８と連
結すれば、冷却水の通状態が良好となつたとき起
動インターロツクを解除するようにすることがで
きる。

以上述べた本発明装置においては油の配管３内
における通油状態の判別をすることもできる。す
なわち、第４図および第５図に示す構成をそのま
ま用いて、通油状態の判別を設備１の起動、運転
継続、停止の各モードについて行なうことができ
る。この通油状態の判別における演算装置１４の
処理手順を第７図のフローチヤートに示す。各温
度検出器９〜１３からの温度データが入力される
と、演算部１７において前記式(1)〜(5)により判別
パラメータＡ〜Ｅを算し、この判別パラメータＡ
〜Ｅを第７図のステツプ２２に示す判別式により
通油状態の判別を行ない、その判別結果を出力部
１８から出力する。通水状態の判別とは判別式が
異なるだけで他の事柄については通水状態の判別
の場合と同一でよい。このように、本発明装置に
よれば演算部１７に通油状態の判別式も記憶させ
ておけば、通油状態の判別をすることもできる。

さらに、本発明装置は熱交換器が気体を冷却す
る熱交換器である場合にも実施できる。すなわち
上述した熱交換器の被冷却油を被冷却気体として
も、第４図および第５図に示す構成をそのまま用
いて、冷却水の通水状態の判別を設備１の起動
時、運転継続時、停止時の各モードについて行な
うことが可能である。

以上説明したように、本発明の熱交換器におけ
る異常監視装置は、冷却水の入口温度と出口温
度、被冷却流体の入口温度と出口温度、および設
備周囲の大気温度を検出して通水状態の判別を行
なうように構成したので、冷却水管内の腐食やス
ケールの付着などがあつても常に正確に冷却水管
内を流れる冷却水の量を測定して異常を監視する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の一例を示す簡略図、第２図
は従来装置の他の例を示す簡略図、第３図は第２
図に示すフラツパー式通水検出器を拡大して示す
一部断面図、第４図〜第７図は本発明装置の一実
施例を説明するための図で、第４図はその全体簡
略図、第５図は第４図に示す演算装置およびその
周囲の電気系統の構成を詳細に示すブロツク図、
第６図は演算装置における通水状態の判別処理手
順を示すフローチヤート、第７図は演算装置にお
ける通油状態の判別処理手順を示すフローチヤー
トである。 １……設備、４……熱交換器、９〜１３……温
度検出器、１４……演算装置、１７……演算部、
１８……出力部、１９……駆動機制御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被冷却流体を冷却水により冷却するようにし
   た熱交換器において、冷却水の入口温度と出口温
   度、被冷却流体の入口温度と出口温度、および設
   備周囲の大気温度をそれぞれ検出するための温度
   検出器と、これらの温度検出器からの信号をもと
   に判別パラメータを算出しかつこの判別パラメー
   タと記憶されている許容値とを比較することによ
   り冷却水の通水状態を判別する演算部と、この演
   算部による判別結果を出力するための出力部を備
   えたことを特徴とする熱交換器における異常監視
   装置。 ２ 設備の起動、停止を行なう駆動機制御部を演
   算部による判別結果を出力するための出力部に連
   結し、冷却水の通水状態が異常となつたとき設備
   を停止するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の熱交換器における異常監視装
   置。 ３ 冷却水の通水状態が良好になるまで設備を起
   動できないようにした冷却水の起動インターロツ
   クを設け、この起動インターロツクを演算部によ
   る判別結果を出力するための出力部と連結し、冷
   却水の通水状態が良好となつたとき起動インター
   ロツクを解除するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の熱交換器
   における異常監視装置。 ４ 被冷却流体が被冷却油であり、かつ演算装置
   においては冷却水の通水状態の他にさらにこの被
   冷却油の通油状態も判別するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のうちい
   ずれか１つ記載の熱交換器における異常監視装
   置。