JP2002295918A

JP2002295918A - 制御装置

Info

Publication number: JP2002295918A
Application number: JP2001093368A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Enomoto; 英一榎本; Masahiro Furukawa; 雅裕古川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電力や燃料の単価が改定されても、吸収式冷
凍機のランニングコストを最小にする冷却水の流量比率
が簡単に演算でき、その流量に冷却水を制御することが
できる制御装置を提供する。【解決手段】ランニングコストが最小になる冷却水の
定格流量に対する比率Ｒを、負荷率Ｗと温度検出手段４
０が検出した冷却水の入口温度Ｔ３とを変数とした一つ
の演算式により求め、その演算結果に基づいて冷却水の
流量制御信号を出力するようにした制御装置であり、前
記演算式において冷却水ポンプ２６が消費する電力費と
ガスバーナ４が消費する燃料費とを演算する基礎データ
として、電力単価（Ａ）と、ガス単価（Ｂ）と、定格運
転時に冷却水ポンプ２６が消費する単位時間あたりの電
力量（Ｃ）と、ガスバーナ４で消費する単位時間当たり
のガス量（Ｄ）とが、設定入力手段５４の操作により設
定できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は吸収式冷凍機の制御
装置に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】地球環境問題の高まりと共に、省エネル
ギー性向上に対する要求は益々高まってきている。そし
て、空調システムにおいても、省エネ法の改正により空
調エネルギー消費係数の基準が強化されるなど、一層の
高効率化が求められている。

【０００３】吸収式冷凍機においては、一般に冷却水流
量を絞ることで吸収器と凝縮器の効率が低下するので、
再生器に供給する熱量（天然ガスなどを燃焼させ、その
熱を利用して吸収液を加熱し、冷媒を蒸発分離して吸収
液の再生を図る場合はその燃料消費量）が増加する。

【０００４】したがって、冷却水の流量を絞ることで冷
却水ポンプを運転するための電力消費量は削減できる
が、燃料消費量は逆に増加するので、冷却水ポンプ運転
のための電力費と燃料費の両方を考慮してランニングコ
ストの削減を図る必要があり、本発明者らは既に吸収式
冷凍機のランニングコストを最小にできる技術を特願２
０００‐３０７９７１に提案した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電力単価と燃
料単価は吸収式冷凍機を導入設置する顧客毎に相違する
ので、どの顧客においても、また、電力や燃料の単価が
改定されても、ランニングコストが最小になる運転が簡
単に行えるようにする必要があり、それが解決すべき課
題となっていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
課題を解決するための具体的手段として、再生器に供給
する熱量を制御する制御信号と、吸収式冷凍機のランニ
ングコストが最小になる冷却水流量を演算し、その演算
結果に基づいて吸収器と凝縮器に供給する冷却水の流量
を制御する制御信号とを出力する機能を備えた吸収式冷
凍機の制御装置において、前記ランニングコストが最小
になる冷却水流量を演算するための演算式に用いた定数
を外部設定入力可能に設けた第１の構成の制御装置と、

【０００７】前記第１の構成の制御装置において、定数
が定格運転時における冷却水ポンプの単位時間当たりの
電力消費量、再生器に供給される燃料の単位時間当たり
の消費量、電力単価、燃料単価である第２の構成の制御
装置と、

【０００８】前記第１の構成の制御装置において、定数
が定格運転時における冷却水ポンプの単位時間当たりの
電力費、再生器に供給される燃料の単位時間当たりの費
用である第３の構成の制御装置と、

【０００９】前記第１の構成の制御装置において、定数
が定格運転時における冷却水ポンプの単位時間当たりの
電力費と、再生器に供給される燃料の単位時間当たりの
費用との比である第４の構成の制御装置と、を提供する
ことにより、前記した従来技術の課題を解決するもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図２は冷媒に例えば水、吸収
液（溶液）に臭化リチウム（ＬｉＢｒ）溶液を用いた吸
収式冷凍機である吸収冷温水機の概略構成図であり、１
は蒸発器、２は吸収器、３は例えばガスバーナ４によっ
て加熱される高温再生器、５は低温再生器、６は凝縮
器、７は吸収器２から高温再生器３に流れる濃度の薄い
吸収液と低温再生器５から吸収器２に流れる濃度の濃い
吸収液とを熱交換する溶液熱交換器である低温熱交換
器、８は吸収器２から低温熱交換器７を経て高温再生器
３に流れる稀吸収液と高温再生器３から低温再生器５に
流れる中間濃度の吸収液とを熱交換する溶液熱交換器で
ある高温熱交換器、１１〜１５は吸収液配管、１６は吸
収液ポンプ、１７〜１９は冷媒配管、２０は冷媒ポン
プ、２１はガスバーナ４に接続したガス配管、２２は加
熱量制御弁、２３は途中に蒸発器熱交換器２４が設けら
れた冷温水配管、２５は途中に冷却水ポンプ２６と吸収
器熱交換器２７と凝縮器熱交換器２８とが設けられた冷
却水配管であり、それぞれは図２に示したように配管接
続されている。

【００１１】また、２９は蒸発器１の冷媒液溜り３０と
吸収器２の吸収液溜り３１とを配管接続する冷媒バイパ
ス管、３２は開閉弁、３３は吸収液配管１２と吸収器２
とを接続する吸収液バイパス管、３４は開閉弁、３５は
冷媒配管１７と吸収器２とを接続する冷媒蒸気バイパス
管、３６は開閉弁であり、それぞれ図のように接続さ
れ、各開閉弁３２・３４・３６は冷水の供給時に閉じ、
温水の供給時に開く。

【００１２】また、３７は冷却水ポンプ２６に加える電
力を所望の周波数に変換する周波数変換装置、３８は冷
温水配管２３の蒸発器１入口側に設置されて冷水の入口
温度Ｔ１を検出する温度検出手段、３９は冷温水配管２
３の蒸発器１出口側に設置されて冷水の出口温度Ｔ２を
検出する温度検出手段、４０は冷却水配管２５の吸収器
２入口側に設置されて冷却水の入口温度Ｔ３を検出する
温度検出手段である。

【００１３】５０は、マイクロコンピュータなどを備え
て構成される本発明の制御装置であり、前記温度検出手
段３８〜４０より温度信号を入力して、高温再生器３に
投入する熱量と冷却水配管２５を流れる冷却水の流量と
を制御する。

【００１４】制御装置５０の構成を示す図１において、
５１は温度検出手段３８〜４０などからの検出信号を入
力し、信号変換して中央演算処理手段５２へ出力する入
力手段、５３は制御プログラムなどを記憶している記憶
手段、５４は適宜の制御条件、例えば冷却水ポンプ２６
に加える電力周波数の最低周波数、冷却水ポンプ２６に
加える電力周波数の変化速度、後述するコスト係数κな
どを設定するための設定入力手段、５５はガスバーナ４
の火力を制御するために、温度検出手段３９が検出する
冷水の出口温度Ｔ２などに基づいて実行する中央演算処
理手段５２の演算結果を受けて加熱量制御弁２２に所要
の制御信号を出力するための容量制御出力手段、５６は
吸収器熱交換器２７と凝縮器熱交換器２８に冷却水を供
給する冷却水ポンプ２６の回転数を制御するために、中
央演算処理手段５２の演算結果を受けて周波数変換装置
３７などに所要の制御信号を出力するための外部出力手
段である。

【００１５】上記構成の吸収式冷凍機による冷水供給運
転においては、従来と同様に高温再生器３で蒸発した冷
媒は低温再生器５を経て凝縮器６へ流れ、冷却水ポンプ
２６によって凝縮器熱交換器２８を流れる冷却水と熱交
換して凝縮したのち冷媒配管１８を介して蒸発器１へ流
れる。そして、冷媒が蒸発器熱交換器２４を流れる水と
熱交換して蒸発し、気化熱によって蒸発器熱交換器２４
を流れる水が冷却される。そして、冷水が図示しない負
荷に循環して冷房作用などを行う。

【００１６】また、蒸発器１で蒸発した冷媒は、冷却水
ポンプ２６によって吸収器熱交換器２７を流れる冷却水
により冷却されている吸収器２で吸収液に吸収される。
冷媒を吸収して濃度が薄くなった稀吸収液が吸収液ポン
プ１６の運転によって低温熱交換器７および高温熱交換
器８を経て高温再生器３へ送られる。高温再生器３へ送
られた吸収液はバーナ４によって加熱されて冷媒が蒸発
し、中濃度の吸収液が高温熱交換器８を経て低温再生６
へ流れる。低温再生器５で吸収液は高温再生器８から冷
媒配管１７を流れてきた冷媒蒸気によって加熱され、さ
らに冷媒蒸気が分離され濃度が高くなる。高濃度になっ
た吸収液は低温熱交換器７を経て温度低下して吸収器２
へ送られて散布される。

【００１７】冷却水ポンプ２６を運転するための固定費
を除く電力費、すなわち電力変動費の定格運転に対する
比率は、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）に破線で示したよう
に冷却水の流量比率Ｒが少ないほど減少する。一方、高
温再生器３で消費する燃料変動費の定格運転に対する比
率は、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）に細線で示したよう
に、負荷率Ｗが低いほど減少し、冷却水の流量比率Ｒが
多いほど減少し、冷却水の入口温度Ｔ３が低いほど減少
するので、負荷率Ｗ、冷却水の流量比率Ｒおよび冷却水
の入口温度Ｔ３を変数としてそれぞれ数式化できる。

【００１８】したがって、冷却水ポンプ２６を運転する
ための電力変動費を前記燃料変動費に加算した図３
（Ａ）、（Ｂ）に太い実線で示すトータル変動費曲線
も、また、そのトータル変動費曲線の極小値、すなわち
コスト最小点を繋ぐコスト最小曲線も、負荷率Ｗ、冷却
水の流量比率Ｒおよび冷却水の入口温度Ｔ３を変数とし
て数式化できる。なお、図３（Ｃ）は冷却水の入口温度
Ｔ３をパラメータとしてコスト最小曲線を示したもので
ある。

【００１９】周知のように、電力と燃料の単価は一般に
顧客毎に相違するので、図３に示した電力変動費曲線と
燃料変動費曲線、したがってコスト最小曲線も顧客毎に
相違する。そのため、電力変動費と燃料変動費との和、
すなわちトータルランニングコストを最低にする冷却水
の定格流量に対する流量比率Ｒを求める演算式も、通常
は顧客毎に決定する必要があるが、本発明者らが特願２
０００−３０７９７１において既に明らかにしたよう
に、所定運転条件、例えば定格運転時に冷却水ポンプ２
６を運転するために消費する電力変動費とそのときにガ
スバーナ４で消費する燃料変動費との比であるコスト係
数κと、負荷率Ｗと、温度検出手段４０が検出した冷却
水の入口温度Ｔ３を変数とした一つの演算式により演算
算出できることが分かったので、この演算式を制御装置
５０の記憶手段５３に記憶してある。

【００２０】すなわち、制御装置５０の記憶手段５３に
は、温度検出手段３８・３９が検出する冷水の入口温度
Ｔ１と出口温度Ｔ２との温度差（Ｔ１−Ｔ２）に基づい
て負荷率Ｗ（％）を演算算出するための演算式、例えば
Ｗ＝（Ｔ１−Ｔ２）÷５×１００（定格運転時の前記温
度差が５℃と設定された吸収式冷凍機の場合）と、さら
にその演算式で求めた負荷率Ｗ、温度検出手段４０が検
出した冷却水の入口温度Ｔ３、およびコスト係数κを変
数として、電力変動費と燃料変動費との和が最低、すな
わちトータルランニングコストが最低になる冷却水の定
格流量に対する流量比率Ｒ（％）を演算算出するための
一つの演算式、例えばＲ＝｛Ｆ（Ｗ）＋Ｆ（Ｔ３）＋
Ａ｝÷Ｆ（κ）、但し、Ａは常数、を記憶してある。

【００２１】定格運転時に冷却水ポンプ２６を運転する
ために消費する電力変動費と、そのときにガスバーナ４
で消費する燃料変動費との比がコスト係数κであるの
で、コスト係数κは納入設置する吸収式冷凍機によっ
て、また、顧客毎に相違するし、電力や燃料の単価が改
定される度に相違してくるが、機種、したがって定格運
転時の冷却水の流量と燃料の消費量が決まり、さらに電
力単価と燃料単価が一旦決まると、運転中の吸収式冷凍
機のトータルランニングコストを最低にする冷却水の定
格流量に対する流量比率Ｒを求める演算式の中では、コ
スト係数κは定数として扱われ、したがってＦ（κ）も
定数となる。

【００２２】本発明の制御装置５０においては、電力や
燃料の単価が改定されたときにも、トータルランニング
コストを最低にする冷却水の定格流量に対する流量比率
Ｒが演算でき、且つ、冷却水がその流量に制御できるよう
に、コスト係数κが簡単に変更できるように設定入力手
段５４を構成してある。

【００２３】具体的に説明すると、納入先の顧客が電力
会社と契約した電力単価（Ａ）と、ガス会社と契約した
ガス単価（Ｂ）と、定格運転時に冷却水ポンプ２６が消
費する単位時間あたりの電力量（Ｃ）と、ガスバーナ４
で消費する単位時間当たりのガス量（Ｄ）とが設定入力
手段５４の操作により設定できるようにしてある。

【００２４】そして、制御装置５０においては、Ａ×Ｃ
／（Ｂ×Ｄ）を演算し、その値を前記演算式のコスト係
数κとする制御プログラムを備えている。したがって、
電力単価（Ａ）が改定されたときには、設定入力手段５
４を操作して電力単価（Ａ）だけを設定し直し、ガス単
価（Ｂ）が改定されたときには設定入力手段５４を操作
してガス単価（Ｂ）だけを設定し直せば、制御装置５０
はトータルランニングコストが最低になる冷却水の定格
流量に対する流量比率Ｒを演算算出し、その演算結果に
基づいて冷却水ポンプ２６の回転数を制御するので、吸
収式冷凍機のトータルランニングコストが最低に抑えら
れる。

【００２５】また、冷却水ポンプ２６に加える電力周波
数の下限値（例えば、定格の５０％未満は回転数制御が
不安定となるときは５０％）と、冷却水ポンプ２６に加
える電力周波数の変化速度ΔＨ（例えば、５％／１分）
を制御装置５０の設定入力手段５４を操作して設定でき
るようにしてある。

【００２６】吸収式冷凍機が前記のように運転されてい
るときの制御装置５０による冷却水の流量制御の一例
を、図４に示す。なお、冷却水に対するこの流量制御自
体は、前記特願２０００−３０７９７１と同じであるの
で説明は省略する。

【００２７】設定入力手段５４としては、冷却水ポンプ
２６の定格運転時における単位時間あたりの電力費
（Ｆ）、すなわち納入先の顧客が電力会社と契約した電
力単価（Ａ）と冷却水ポンプ２６が定格運転時に消費す
る単位時間あたりの電力量（Ｃ）との積Ａ×Ｃの値と、
ガスバーナ４の定格運転時における単位時間当たりの燃
料費（Ｇ）、すなわち納入先の顧客がガス会社と契約し
たガス単価（Ｂ）とガスバーナ４が定格運転時に消費す
るガス量（Ｄ）との積Ｂ×Ｄの値それぞれが、設定入力
手段５４の操作により設定できるようにすることもでき
る。

【００２８】そして、この場合の制御装置５０において
は、Ｆ／Ｇを演算し、その値を前記演算式のコスト係数
κとする制御プログラムを備えている。したがって、電
力単価（Ａ）が改定されたときには、冷却水ポンプ２６
が定格運転時に消費する単位時間あたりの電力費
（Ｆ）、すなわち改定後の電力単価（Ａ）と冷却水ポン
プ２６が定格運転時に消費する単位時間あたりの電力量
（Ｃ）との積Ａ×Ｃを先ず電卓などにより算出し、そう
して求めた単位時間当たりの電力費（Ｆ）を設定入力手
段５４を操作して設定し直し、ガス単価（Ｂ）が改定さ
れたときには、ガスバーナ４が定格運転時に消費する単
位時間当たりの燃料費（Ｇ）、すなわち改定後のガス単
価（Ｂ）とガスバーナ４が定格運転時に消費する単位時
間当たりのガス量（Ｄ）との積Ｂ×Ｄを先ず電卓などに
より算出し、そうして求めた単位時間あたりの燃料費
（Ｇ）を設定入力手段５４を操作して設定し直せば、制
御装置５０はトータルランニングコストが最低になる冷
却水の定格流量に対する流量比率Ｒを演算算出し、その
演算結果に基づいて冷却水ポンプ２６の回転数を制御す
るので、吸収式冷凍機のトータルランニングコストが最
低に抑えられる。

【００２９】また、冷却水ポンプ２６が定格運転時に消
費する単位時間あたりの電力費（Ｆ）と、そのときにガ
スバーナ４が消費する単位時間当たりの燃料費（Ｇ）と
の比、すなわちコスト係数κが設定入力手段５４の操作
により直接設定できるようにすることもできる。

【００３０】そして、この場合は、電力単価（Ａ）が改
定されたときには電卓などにより、冷却水ポンプ２６が
定格運転時に消費する単位時間あたりの電力費（Ｆ）、
すなわち改定後の電力単価（Ａ）と冷却水ポンプ２６が
定格運転時に消費する単位時間あたりの電力量（Ｃ）と
の積Ａ×Ｃを求め、さらに、そうして求めた単位時間当
たりの電力費（Ｆ）をガスバーナ４が定格運転時に消費
する単位時間当たりの燃料費（Ｇ）で除してコスト係数
κを求め、そのコスト係数値を設定入力手段５４を操作
して設定し直し、ガス単価（Ｂ）が改定されたときには
電卓などにより、ガスバーナ４が定格運転時に消費する
単位時間あたりの燃料費（Ｇ）、すなわち改定後のガス
単価（Ｂ）とガスバーナが定格運転時に消費する単位時
間あたりのガス量（Ｄ）との積Ｂ×Ｄを求め、さらに、
その単位時間当たりの燃料費（Ｇ）で吸収液ポンプ２６
が定格運転時に消費する単位時間当たりの電力費（Ｆ）
を除してコスト係数κを求め、そうして求めたコスト係
数値を設定入力手段５４を操作して設定し直せば、制御
装置５０はトータルランニングコストが最低になる冷却
水の定格流量に対する流量比率Ｒを演算算出し、その演
算結果に基づいて冷却水ポンプ２６の回転数を制御する
ので、吸収式冷凍機のトータルランニングコストが最低
に抑えられる。

【００３１】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸
脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。

【００３２】例えば、本発明の制御装置５０を設置する
吸収式冷凍機としては、極数変換してその回転数を制御
し、冷却水流量を制御するタイプの冷却水ポンプ２６を
使用した吸収式冷凍機であっても良いし、冷却水ポンプ
２６を並列に複数台設置し、その運転台数制御により冷
却水流量を制御する吸収式冷凍機であっても良い。

【００３３】また、吸収式冷凍機としては、高温再生器
３内の吸収液を加熱するガスバーナ４に代えて、高温の
蒸気などを供給して吸収液を加熱するものであっても良
い。

【００３４】さらに、前記実施形態においては冷水ある
いは温水を供給できる構成の吸収式冷凍機に基づいて説
明したが、冷水のみを供給する吸収式冷凍機であっても
上記と同様のランニングコストを最小に抑えた運転が可
能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の制御装置
によれば吸収式冷凍機を納入設置する顧客が電力会社と
契約した電力単価、ガス会社などの燃料会社と契約した
燃料単価が顧客毎に相違しても、ランニングコストが最
低になる冷却水流量を求める演算式の共通化が図れると
共に、電力単価や燃料単価が改定されても、ランニング
コストを最低にする冷却水の流量比率を求める演算式が
簡単に補正できる。

【００３６】特に、請求項２の制御装置によれば、改定
された費用項目だけをそのまま設定し直せば良いので、
補正時に設定を間違えると云った不都合は生じない。

【００３７】また、請求項３、４の制御装置によれば、
設定を変更する際に、電卓などにより多少の計算を行う
必要があるが、制御装置側に記憶させるプログラムの構
成が簡単になると云った利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御装置の一構成例を示す説明図であ
る。

【図２】本発明の制御装置で制御する吸収式冷凍機の構
成を示す説明図である。

【図３】コスト最小曲線の説明図であり、（Ａ）は冷却
水の入口温度が３２℃のときのもの、（Ｂ）は冷却水の
入口温度が２０℃のときのもの、（Ｃ）は冷却水の入口
温度をパラメータとして示したものである。

【図４】制御フローの説明図である。

【図５】ランニングコストの削減量を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１蒸発器２吸収器３高温再生器４ガスバーナ５低温再生器６凝縮器７低温熱交換器８高温熱交換器１１・１２・１３・１４・１５吸収液配管１６吸収液ポンプ１７・１８・１９冷媒配管２０冷媒ポンプ２１ガス配管２２加熱量制御弁２３冷温水配管２４蒸発器熱交換器２５冷却水配管２６冷却水ポンプ２７吸収器熱交換器２８凝縮器熱交換器２９冷媒バイパス管３０冷媒液溜り３１吸収液溜り３２開閉弁３３吸収液バイパス管３４開閉弁３５冷媒蒸気バイパス管３６開閉弁３７周波数変換装置３８・３９・４０温度検出手段５０制御装置５１入力手段５２中央演算処理手段５３記憶手段５４設定入力手段５５容量制御出力手段５６外部出力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古川雅裕栃木県足利市大月町１番地三洋電機空調株式会社内Ｆターム(参考） 3L093 AA05 BB11 DD09 EE14 EE17 GG02 HH14 JJ06 KK05 LL03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】再生器に供給する熱量を制御する制御信
号と、吸収式冷凍機のランニングコストが最小になる冷
却水流量を演算し、その演算結果に基づいて吸収器と凝
縮器に供給する冷却水の流量を制御する制御信号とを出
力する機能を備えた吸収式冷凍機の制御装置において、
前記ランニングコストが最小になる冷却水流量を演算す
るための演算式に用いた定数を外部設定入力可能に設け
たことを特徴とする吸収式冷凍機の制御装置。
【請求項２】定数が定格運転時における冷却水ポンプ
の単位時間当たりの電力消費量、再生器に供給される燃
料の単位時間当たりの消費量、電力単価、燃料単価であ
ることを特徴とする請求項1記載の制御装置。
【請求項３】定数が定格運転時における冷却水ポンプ
の単位時間当たりの電力費、再生器に供給される燃料の
単位時間当たりの費用であることを特徴とする請求項1
記載の制御装置。
【請求項４】定数が定格運転時における冷却水ポンプ
の単位時間当たりの電力費と、再生器に供給される燃料
の単位時間当たりの費用との比であることを特徴とする
請求項1記載の制御装置。