JP2005164161A - 吸収式冷凍機及び吸収冷凍機の再生器内の溶液レベル制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 再生器内における空焚きや溶液の逆流を防止できる吸収式冷凍機として、溶液ポンプを停止することなく、送液量を確保しつつ、より信頼性が高い液面レベルの制御を行うことができる吸収式冷凍機を提供する。
【解決手段】 吸収冷凍機１の冷媒・溶液循環回路配管において、吸収器６と再生器２との間に溶液ポンプ９を設ける。そして、この溶液ポンプ９と再生器２との間の経路中に、溶液の再生器２内への流入流量を減少させる抵抗を付加する流動抵抗付加部２８を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸収式冷凍機及び吸収式冷凍機における再生器の液面制御方法に係るものであり、特に、二重効用吸収式冷凍機及び二重効用吸収式冷凍機における高圧再生器内の溶液の液面レベルを制御する方法に関する。

以下、従来の吸収式冷凍機について図面を参照しながら説明する。図５は、従来の二重効用吸収式冷凍機１００におけるシステムを構成する主要機器、接続配管及び制御系統の一部を示すシステム構成図である。高圧再生器２、低圧再生器３、凝縮器４、蒸発器５、吸収器６、低温熱交換器７a、高温熱交換器７bは、冷媒導管１５、冷媒液管１６及び１７、冷媒ポンプ８を有した冷媒循環路２５、電動モータ１０を有した稀溶液配管１８、１９、２０、中間濃度溶液配管２１、２２、及び濃溶液配管２３、２４により接続されて冷凍サイクルを構成している。

コントローラ１１は電動モータ１０を介して溶液ポンプ９の回転数制御をするためのインバータ２９及び液面制御手段１３を内蔵している。液面検出ボックスは高圧再生器２の内部と連通して設けてあり、液面検出手段１２は高圧再生器２内の溶液の液面を検出する。

以上の構成において、従来から高圧再生器２内の溶液の液面レベルが上がりすぎる、もしくは下がりすぎるといった問題があった。すなわち、高圧再生器２内の溶液の液面レベルが上がりすぎると、高圧再生器２内で発生する蒸気内に溶液が混入することとなり、冷媒の純度が保てず飽和蒸気圧が変化して、蒸発温度が高くなってしまう原因となる。

一方、高圧再生器２内の溶液の液面レベルが下がりすぎると、高圧再生器２内において、いわゆる空焚きの状態が発生し、高圧再生器２の破損及び破裂等を引き起こす原因となる。
また、配管内の流れ抵抗が減り、液シールが形成できなくなることで吸収器６側に不凝縮ガスが流れ込み、冷凍性能の低下や吸収液の循環不良、再生器の伝熱性能低下等の問題を引き起こす。

上記のような問題点を解決する方法として、吸収式冷凍機１の運転中、高圧再生器２に設けられた液面検出手段１２からの圧力検知信号を受けた液面制御手段１３が、インバータ２９に圧力検知信号を出力して溶液ポンプ９の回転数制御を行い、高圧再生器２への溶液の流入量を制御することによって高圧再生器２の液面を一定に保持するような技術は公知である。そして、液面制御手段１３によるインバータ２９の制御周波数範囲では追随できず、高圧再生器２の液面が上がりすぎた場合には、溶液ポンプ９を停止させる制御となっている。（例えば特許文献１参照）
特開平６−２０１２１１号公報

しかし、このように溶液ポンプ９を停止させると、高圧再生器２と溶液ポンプ９との圧力差が逆転して、温度の高い溶液または蒸気が溶液ポンプ９側に逆流することがある。また、溶液ポンプ９を停止し、送液を止めてしまうことにより、高圧再生器２の液面が低下した後、再び溶液ポンプ９を起動しても高圧再生器２への送液が不能となってシステム異常停止に至る場合がある。

溶液ポンプ９の停止を防止して高圧再生器２への流入量を減少させるには、インバータ２９の周波数の下限値を下げればよい。しかし、一方で高圧再生器２に溜まった溶液を還流して溶液ポンプ９の電動モータ１０の冷却に用いるため、溶液ポンプ９の回転数及び吐出量を一定の値に保持しなければならず、下限周波数があまり下げられないという問題がある。

本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、再生器内において、溶液ポンプを停止することなく、より信頼性が高い液面レベルの制御を行うことができる吸収式冷凍機及び吸収式冷凍機の再生器内の液面制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設けた吸収式冷凍機において、前記溶液ポンプと前記再生器との間に流動抵抗付加部を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設けた吸収式冷凍機において、前記再生器に液面検出手段と圧力検出手段を設け、前記液面検出手段によって設定されたインバータの最高周波数及び最低周波数を前記圧力検出手段からの圧力検知信号によって変動させて溶液ポンプの回転数を制御することを特徴とする。

また、本発明は、吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設けた吸収式冷凍機において、
前記溶液ポンプと前記再生器との間に流動抵抗付加部を設け、前記流動抵抗付加部の揚程によって前記再生器への溶液の流入量を低減することを特徴とする。

また、本発明は、吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設け、前記再生器に液面検出手段を設けた吸収式冷凍機において、前記再生器に、前記液面検出手段で設定されたインバータの最高周波数及び最低周波数を変動させるための制御部を有することを特徴とする。

また、本発明は、吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設け、前記再生器に液面検出手段を設けた吸収式冷凍機において、前記溶液ポンプと前記再生器との間に流動抵抗付加部を設け、前記再生器への溶液の流入量を低減させるとともに、前記再生器に圧力検出手段を設け、前記液面検出手段によって設定されたインバータの最高周波数及び最低周波数を前記圧力検出手段からの圧力検知信号によって変動させて、溶液ポンプからの吐出量を制御して再生器内の液面レベルを制御することを特徴とする。

本発明によれば、吸収式冷凍機の低負荷運転時、再生器内の液面が上がりすぎることがなくなり、溶液ポンプの停止を防止することによって、溶液の逆流による吸収式冷凍機の異常停止を防止することが出来る。

また、外部負荷上昇により再生器内の圧力が上昇する場合には、再生器内の圧力に応じて最高周波数及び最低周波数を変動させる制御を行うので、送液量不足による液面の低下を防止することができる。

〔第一実施形態〕
以下に、本発明にかかる第一の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る吸収式冷凍機１におけるシステムを構成する主要機器、接続配管及び制御系統の一部を示すブロック図である。

高圧再生器２、低圧再生器３、凝縮器４、蒸発器５、吸収器６、低温熱交換器７a、高温熱交換器７bは、冷媒導管１５、冷媒液管１６及び１７、冷媒ポンプ８を有した冷媒循環路２５、電動モータ１０を有した稀溶液配管１８、１９、２０、中間濃度溶液配管２１、２２、及び濃溶液配管２３、２４により接続されて冷凍サイクルを構成しており、冷却器３１、３２は、冷却水配管３０によって接続されている。

コントローラ１１は、電動モータ１０を介して溶液ポンプ１７の回転数制御をするためのインバータ２９及び液面制御手段１３を内蔵している。液面検出手段１２は高圧再生器２の内部と連通して設けられるもので、液面検出手段１２は高圧再生器２内の溶液の液面を検出する。また、燃料供給源２６は、燃料配管２７によって高圧再生器２の加熱を行う燃焼室と接続されている。

蒸発器５には冷水器７が配置されており、この冷水器７には冷水が供給されている。また、冷媒ポンプ８によって汲み上げられ、冷媒循環路２５を介して蒸発器５に戻る冷媒は冷水器７に向けて散布される。散布された冷媒は、冷水器７内に供給される冷水から気化する際の潜熱を奪って蒸発し、冷媒蒸気となる。そしてこの蒸気冷媒は、吸収器６へと流れる。

吸収器６には、冷却器３２が配置されており、この冷却器３２には冷水が供給されている。また、低圧再生器３で冷媒が分離された濃溶液を濃溶液配管２３、２４によって吸収器６に戻し、これを散布して蒸発器５から流入する蒸気冷媒を吸収する。このため、散布された濃溶液は、濃度が薄くなって稀溶液となり底部に溜まる。

吸収器６の底部に溜まった稀溶液は、溶液ポンプ９により圧送され、稀溶液配管１８、低温熱交換器７a、稀溶液配管１９、高温熱交換器７b、稀溶液配管２０を介して高圧再生器１に供給される。

高圧再生器２は、燃焼室を有している。高圧再生器２に流入した稀溶液は加熱され、冷媒蒸気を分離放出して中間濃度溶液となる。この中間濃度溶液は、中間濃度溶液配管２１、２２を通り低圧再生器３に供給される。また、分離放出された冷媒蒸気は、冷媒導管１５を通って低圧再生器３に送出される。

低圧再生器３に供給された中間濃度溶液は、高圧再生器２から送出された冷媒蒸気によって加熱され、冷媒蒸気をさらに分離放出して濃溶液となり低圧再生器３の底部に溜まる。また、加熱に利用された冷媒は、一部凝縮されて冷媒液となり、残りの冷媒蒸気は凝縮器４へと送出される。低圧再生器３の底部に溜まった濃溶液は、濃溶液配管２３、２４を通って再び吸収器６に供給される。

凝縮器４に送出された冷媒蒸気は、冷却器３１によって冷却し凝縮され、低圧再生器３で凝縮された冷媒液と混合される。そして冷媒液管１４を通って再び蒸発器５に供給される。

また、高圧再生器２には、高圧再生器２の内部と連通して設けた液面検出手段１２と、高圧再生器２内の液面を検出する液面検出手段１２とが設置されている。この液面検出手段１２は、高圧再生器２内の液面を検出し、液面制御手段１３に圧力検知信号を送る。

液面制御手段１３では、この液面検出手段１２からの圧力検知信号をもとにインバータの最高周波数及び最低周波数を決定し、溶液ポンプ９に設置された電動モータ１０の回転数を制御する。これにより高圧再生器２への溶液の流入量を制御し、高圧再生器２内の液面を一定に保持する。

ここで、高圧再生器２への稀溶液の流入について図２を用いて説明する。図２は高圧再生器２の入口配管の構造を示したものである。溶液ポンプ９により圧送された稀溶液は高圧再生器１の入口に設けられた流動抵抗負荷部２８を通り高圧再生器２へと流入する。

流動抵抗付加部２８は、溶液の再生器内への流入流量を減少させる抵抗を付加するものであり、より詳細には、稀溶液配管２０の流動抵抗を増加させるものである。この流動抵抗について図３を用いて説明する。図３は、横軸を溶液ポンプの吐出量、縦軸を揚程とした溶液ポンプの特性を示すグラフである。図中のＡ曲線はインバータ２９の定格周波数における特性、Ｂ曲線は同じくインバータ２９の最低周波数における特性を示す。Ｃ曲線は配管２０の流動抵抗で、これとＢ曲線との交点Ｄは、流動抵抗付加部２８を設けていない場合の最低周波数における溶液ポンプの吐出量Ｅを示している。

低負荷時のシステムにおいて、高圧再生器２内の液面を適正なレベルにバランスさせるバランス点Ｇを保持するための溶液ポンプの吐出量はＦであり、吐出量Ｅとの間には差異がある。ここで、バランス点Ｇとは、高圧再生器２内での適切な液面レベルを指す点であり、高圧再生器への溶液流入量が流出量を上回らない点である。具体的には冷凍システムを円滑に運動させるのに必要なポンプ吐出流量とその流量での流動抵抗との交点をいう。低負荷時のバランス点Ｇの高圧再生器内液面レベルに合わせるためには、流動抵抗Ｈを付加して溶液ポンプの吐出量をＦ点まで低減する必要がある。

そこで、上記流動抵抗Ｈと等価となる図２に示すような流動抵抗付加部２８を高圧再生器２の入口側に設けることにより、溶液ポンプの吐出量をＦ点まで低減し、高圧再生器２内の液面を適正な液面レベルに保持することができることとなる。

ここで、図２において流動抵抗付加部２８は、揚程をつけるように高圧再生器２の溶液流入口よりも鉛直方向上側に配管を屈曲させることにより形成され、稀溶液配管２０に対してクランク形状をなすような配管構成とされる。しかし、流動抵抗Ｈと等価となる抵抗を追加するものであれば他の揚程を局所的に増加させる形状でもよい。例えば、階段状や円弧状でも同様の効果を得ることができる。また、揚程量を吸収式冷凍機が配備されるシステムの運用等に応じて変化させることができる可変構造にしてもよい。

また、流動抵抗付加部２８において流動抵抗Ｈと等価な抵抗を追加する方法は、前記のように配管を種々の形状に屈曲させることに限られるものではなく、配管内に抵抗となるような部材を設けてもよい。例えばストレーナや内壁に形成した堰などを設けてもよい。
しかし、上記のように配管内部に抵抗となるような部材を設ける構成に比べて、配管を屈曲させることにより流動抵抗付加部２８を形成する構成の方が、局所的に配管内部の抵抗が急激に変化することがなくなるので、高圧再生器２への溶液の流入量を低減する制御をスムーズに行うことが容易にできることとなり、より好ましい。

〔第二実施形態〕
次に、本発明に係る第二の実施形態について説明する。本実施形態にかかる吸収式冷凍機の基本的な構成は上記第一の実施形態の吸収式冷凍機と同様であり、同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、これらの構成要素についての詳細な説明は省略する。

液面検出手段１２を有する高圧再生器２に、高圧再生器２内の圧力を検出する圧力検出手段１４を設ける。液面検出手段１２は、高圧再生器２の液面レベルを検出し、液面制御手段１３に圧力検知信号を送る。

液面制御手段１３では、この液面検出手段１２からの圧力検知信号をもとにインバータの最高周波数及び最低周波数を決定する。ここで、液面制御手段１３は、液面検出手段１２からの圧力検知信号をもとに決定されたインバータの最高周波数及び最低周波数を、圧力検出手段１４で検出した圧力をもとに変動させる。

前記の変動の方法について図４を参照して説明する。液面制御手段１３は、高圧再生器２内の圧力と、その圧力に対応するインバータの最高周波数及び最低周波数のデータを記録したデータテーブルを備えており、このデータテーブルを参照して、圧力検出手段１４により検出された高圧再生器２内の圧力をもとにインバータの最高周波数及び最低周波数を決定する。図４は、前記のデータテーブルに記録された高圧再生器内の圧力と液面制御手段がインバータに出力する最高周波数及び最低周波数との関係を示すグラフである。横軸は高圧再生器内の圧力、縦軸は液面制御手段がインバータに出力する周波数である。Ｊ線は本発明におけるインバータの上限周波数の特性であり、Ｋ線は同インバータの溶液ポンプ９の電動モータ１０の冷却を行うのに必要な吐出量を保つための下限周波数の特性である。また、Ｌ線は従来のインバータの上限周波数の特性、Ｍ線は従来のインバータの下限周波数の特性である。

図４に示したように、高圧再生器２への流入量が過大となり、高圧再生器２内の溶液量が多くなってきた場合には、高圧再生器２の圧力検出手段１４により検出された圧力によって最高周波数を変動させる。また、システム負荷が上昇することにより高圧再生器圧力が上昇して、送液量が不足となる場合には、これを防止するために高圧再生器の圧力により最低周波数を変動させる。

すなわち、高圧再生器２内の圧力が低い低圧力域、すなわち高圧再生器２内の溶液量が多い範囲においては、上限周波数を従来のインバータ上限周波数よりも下げた状態で上限周波数及び下限周波数を一定に保持する。また、高圧再生器２内の圧力が高い高圧力域、すなわち高圧再生器２内の溶液量が少ない範囲においては、下限周波数を従来のインバータ下限周波数よりも上げた状態で上限周波数及び下限周波数を一定に保持する。さらに、この中間範囲である中間圧力域においては上限周波数及び下限周波数を高圧再生器圧力に比例して変動させる。ここで、液面制御手段１３は、低圧力域と高圧力域を連続させる遷移変動制御を行う中間圧力域を有する制御モードを備えている。低圧力域はインバータ周波数の上限値を下げる制御を行い、高圧力域はインバータ周波数の下限値を上げる制御を行う。また、中間圧力域の始点圧力となるＮ点及び終点圧力となるＯ点は、ポンプ特性及び冷凍機内流動抵抗によって定められる。なお、図４における中間圧力域は、比例的に変化させているが、これに限られるものではない。例えば、段階的であってもよく、曲線による近似であってもよい。

上記のように周波数を変動させることにより、高圧再生器２内の溶液量が増加し、内部の圧力が低くなったときには、インバータの上限周波数を下げることで溶液ポンプ９からの送液量が過大とならないように制御することができる。また、高圧再生器２内の溶液量が減少し、内部の圧力が高くなったときには、インバータの下限周波数を上げることで溶液ポンプ９からの送液量が不足にならないように制御することができる。

また、液面制御手段１３は、インバータ設定上限とインバータ設定下限とで限界されるインバータ稼動周波数域自体を高圧再生器圧力が低いときには定格下限値寄りに、高圧再生器圧力が高いときには定格上限値寄りに、中間圧力域では線形比例させて変動させることにより、負荷変動に追従させつつ送液量を適正量範囲に維持できる。

〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態にかかる吸収式冷凍機の基本的な構成は上記第一の実施形態の吸収式冷凍機と同様であり、詳細な説明は省略する。

流動抵抗付加部２８は高圧再生器２の流入側に配置され、さらに液面検出ボックス、液面検出手段１２及び圧力検出手段１４は高圧再生器２に配置する。溶液ポンプ９により圧送された稀溶液は高圧再生器２の入口に設けられた流動抵抗負荷部２８を通り高圧再生器２へと流入する。

さらに、液面検出手段１２は、高圧再生器２の液位を検出し、液面制御手段１３に圧力検知信号を送る。液面制御手段１３は、この液面検出手段１２からの圧力検知信号をもとにインバータの最高周波数及び最低周波数を決定する。ここで、液面制御手段１３は、液面検出手段１２からの圧力検知信号をもとに決定されたインバータの最高周波数及び最低周波数を、圧力検出手段１４で検出した圧力をもとに変動させる。

この構成によれば、まず高圧再生器２への溶液の流入量を流動抵抗付加部２８によって適切な量に制御し、さらに圧力検出手段１４で検出した圧力をもとにインバータの最高周波数及び最低周波数を変動させる制御を行うこととなり、高圧再生器２内の溶液の液面レベルを、より正確に制御することができる。

なお、本発明の第一、第二、第三の実施形態は、二重効用吸収式冷凍機の基本的な構成に基づいて説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、単効用吸収式冷凍機や多重効用吸収式冷凍機に適用してもよい。

また、本発明の実施形態は、二重効用吸収式冷凍機の高圧再生器内の溶液の液面レベルを制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく低圧再生器内の溶液の液面レベルを制御する際に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

本発明の主要機器、接続配管及び制御系統を示すブロック図である。 本発明の第一実施形態及び第三実施形態に係る高圧再生器の入口配管部形状を示す図である。 本発明の溶液ポンプの特性を示す図である。 本発明の第二実施形態及び第三実施形態に係るインバータの特性を示す図である。 従来例の主要機器、接続配管及び制御系統を示すブロック図である。

符号の説明

１，１００ 吸収式冷凍機
２ 高圧再生器
３ 低圧再生器
４ 凝縮器
５ 蒸発器
６ 吸収器
７ 冷水器
７ａ 低温熱交換器
７ｂ 高温熱交換器
８ 冷媒ポンプ
９ 溶液ポンプ
１０ 電動モータ
１１ コントローラ
１２ 液面検出手段
１３ 液面制御手段
１４ 圧力検出手段
１５ 冷媒導管
１６，１７ 冷媒液管
１８，１９，２０ 稀溶液配管
２１，２２ 中間濃度溶液配管
２３，２４ 濃溶液配管
２５ 冷媒循環路
２６ 燃料供給源
２７ 燃料配管
２８ 流動抵抗付加部
２９ インバータ
３０ 冷却水配管
３１，３２ 冷却器

Claims (5)

1. 吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設けた吸収式冷凍機において、前記溶液ポンプと前記再生器との間に流動抵抗付加部を設けたことを特徴とする吸収式冷凍機。
2. 吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設けた吸収式冷凍機において、前記再生器に液面検出手段と圧力検出手段を設け、前記液面検出手段によって設定されたインバータの最高周波数及び最低周波数を前記圧力検出手段からの圧力検知信号によって変動させて溶液ポンプの回転数を制御することを特徴とする吸収冷凍機の制御方法。
3. 吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設けた吸収式冷凍機において、前記溶液ポンプと前記再生器との間に流動抵抗付加部を設け、前記流動抵抗付加部の揚程によって前記再生器への溶液の流入量を低減することを特徴とする吸収式冷凍機の制御方法。
4. 吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設け、前記再生器に液面検出手段を設けた吸収式冷凍機において、前記再生器に、前記液面検出手段で設定されたインバータの最高周波数及び最低周波数を変動させるための制御部を有することを特徴とする吸収式冷凍機。
5. 吸収器と再生器との間に溶液ポンプを設け、前記再生器に液面検出手段を設けた吸収式冷凍機において、前記溶液ポンプと前記再生器との間に流動抵抗付加部を設け、前記再生器への溶液の流入量を低減させるとともに、前記再生器に圧力検出手段を設け、前記液面検出手段によって設定されたインバータの最高周波数及び最低周波数を前記圧力検出手段からの圧力検知信号によって変動させて、溶液ポンプからの吐出量を制御して再生器内の液面レベルを制御することを特徴とする吸収式冷凍機の制御方法。

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