JP2010266095A - 一重二重効用吸収冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は部分負荷運転時に稀中間液が濃液側または濃液が稀中間液側へ流入するの防止するものである。
【解決手段】熱源温水を用いた熱源温水再生器９から稀中間液を稀中間液ポンプＰ１にて高温再生器４へ送り、高温再生器４からの冷媒を低温再生器６を介して凝縮器７で凝縮させた後蒸発器１へ送る管路を有すると共に、当該蒸発器１で冷媒を循環散布させるポンプＰ２を有し、吸収器２から稀液を稀液ポンプＰ３にて熱源温水再生器９に送る管路及び稀中間液ポンプＰ１の一次側とバイパス管１８で繋がり低温再生器６から濃液を吸収器２へ送る管路を有して構成された一重二重効用吸収冷凍機において、稀中間液ポンプＰ１の運転能力を冷房負荷に基づいて可変すると共に、稀液ポンプＰ３の運転能力を前記バイパス管１８まわりの温度に基づいて稀中間液ポンプの運転能力が減少した際に運転能力が減少する方向へ可変制御する制御部を備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は一重二重効用吸収冷凍機に関し、特に吸収器から稀液を熱源温水再生器を介して高温再生器へ送る際のポンプの運転制御に関するものである。

吸収器から稀液を熱源温水再生器へ送るポンプ及び熱源温水再生器から稀中間液を高温再生器へ送るポンプを供え、ポンプの運転を可変制御するものとしては特許文献１に記載されたようなものがあった。

この文献には、熱源温水再生器から高温再生器へ稀中間液を送るポンプの運転を停止し、熱源温水再生器から供給される溶液（稀中間液）の温度に基づいて吸収器から熱源温水再生器へ稀液を供給するポンプの運転能力を制御するもの、吸収器から熱源温水再生器へ稀液を供給するポンプを一定能力で運転し、熱源温水再生器から高温再生器へ稀中間液を送るポンプの運転能力を吸収器に流入している冷却水の入り口温度と高温再生器内の溶液温度とに基づいて制御するものが記載されていた。

特許第３３６３５１８号 公報

従来の一重二重効用吸収冷凍機では、前者の場合は低負荷時の一重効用運転制御であり高温再生器の運転が停止している状態である。熱源温水再生器及び高温再生器の両方を運転しているものではなく、負荷に対する運転範囲が限られるものであった。

後者の場合は、熱源温水再生器から高温再生器へ稀中間液を送るポンプの運転能力を吸収器に流入している冷却水の入り口温度と高温再生器内の溶液温度に基づいて制御するものであり、高温再生器での燃焼量を負荷へ供給する冷水の温度に基づいて制御している点を考慮すると実質的にポンプの運転能力は負荷に応じて制御されていることになる。従って、いずれにおいても稀液を送るポンプの運転能力は負荷に応じて制御されていることになる。

一重二重併用運転の際に、特に低負荷の際の部分負荷運転時にも、このような従来の吸収式冷凍機では、熱源温水再生器から稀中間液を高温再生器へ送るポンプの運転能力は負荷に応じて可変制御され、吸収器から稀液を熱源温水再生器に送るポンプは一定の運転能力に固定されており、両ポンプの運転能力の差により、熱源温水再生器からの稀中間液を吸収器へバイパスさせるバイパス管を通って稀中間液が吸収器へ流れ運転性能を低下させる問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するために熱源温水再生器へ稀液を送るポンプの運転能力を制御するものである。

本発明は、熱源温水を用いた熱源温水再生器から稀中間液を稀中間液ポンプにて高温再生器へ送り、高温再生器からの冷媒を低温再生器を介して凝縮器で凝縮させた後蒸発器へ送る管路を有すると共に、当該蒸発器で冷媒を循環散布させるポンプを有し、吸収器から稀液を稀液ポンプにて熱源温水再生器に送る管路及び稀中間液ポンプの一次側とバイパス管で繋がり低温再生器から濃液を吸収器へ送る管路を有して構成された一重二重効用吸収冷凍機において、稀中間液ポンプの運転能力を冷房負荷に基づいて可変すると共に、稀液ポンプの運転能力をバイパス管まわりの温度に基づいて稀中間液ポンプの運転能力が減少した際に運転能力が減少する方向へ可変制御する制御部を備えることにより、バイパス管を介しての稀中間液が吸収器へ流れるのを抑制することができるものである。

また、制御部は低温再生器から濃液を前記吸収器へ送る管路と前記バイパス管とが繋がる前後の当該管路を流れる濃液の温度差に基づいて稀液ポンプの運転能力を変更することにより、稀中間液と濃液との混ざり状態を濃液の温度変化から推定し稀液ポンプの運転能力を可変しバイパス管を介しての稀中間液が吸収器へ流れるのをより抑制することができるものである。

本発明の一重二重効用吸収冷凍機では、低負荷の運転時にバイパス管を介して稀中間液が濃液に混じる状態を濃液の温度変化から推定し稀液ポンプの運転能力を可変することにより吸収器の運転特性の低下を抑制することができるものである。

本発明の実施例を示す一重二重吸収冷凍機のサイクルフロー図である。 本発明の実施例による稀液ポンプの動作を示すフローチャートである。

以下本発明の実施例を図１、図２に基づいて説明する。図１は例えば冷媒に水、吸収液（溶液）に臭化リチウム（ＬｉＢｒ）溶液を用いたものであり、１は蒸発器、２は吸収器、３は蒸発器１と吸収器２とを収納した蒸発器吸収器胴（以下、下胴と云う）、４は例えばガスバーナ５を備え、これが生成する火炎によって加熱される高温再生器、６は低温再生器、７は低温再生器６のための凝縮器（以下、第１凝縮器と云う）、８は低温再生器６と第１凝縮器７とを収納した低温再生器凝縮器胴（以下、第１上胴と云う）、９は例えば８０℃前後の温廃水を低温熱源とする熱源温水再生器、１０は熱源温水再生器９のための凝縮器（以下、第２凝縮器と云う）、１１は熱源温水再生器９と第２凝縮器１０とを収納した熱源温水再生器凝縮器胴（以下、第２上胴と云う）、１２は低温熱交換器、１３は高温熱交換器である。

２Ａは吸収器２の下部に形成された稀液溜りであり、この稀液溜り２Ａと熱源温水再生器９の気相部とは、途中に稀液用の稀液ポンプＰ３を備えた稀液配管１４により配管接続されている。また、熱源温水再生器９の下部に形成された稀中間液溜まり９Ａと高温再生器４の気相部とは、途中に稀中間液用の稀中間液ポンプＰ１を備えた稀中間液配管１５によって配管接続されている。

４Ａは高温再生器４に形成された稀中間液溜まりであり、この稀中間液溜まり４Ａと低温再生器６の気相部とは、稀中間液配管１６によって配管接続されている。また、低温再生器６の下部に形成された濃液溜り６Ａと吸収器２の気相部に設けられた濃液散布装置２Ｂとは、濃液管１７Ａ、濃液管１７Ｂからなる濃液配管１７及び低温熱交換器１２を介して配管接続されている。

また、稀中間液ポンプＰ１の吸込側の稀中間液管１５Ａと低温熱交換器１２の上流側の濃液管１７Ａとは、バイパス１８により接続されている。そして、このバイパス管１８は第１上胴８よりも低いレベルに設置され、第２上胴内の圧力と第１上胴８内の圧力の間に差が生じた場合でも、各胴間をＵシールできるようになっている。

また、高温熱交換器１３の上流側の濃中間液管１６Ａと吸収器２とは、開閉弁１９Ｖを途中に備えた稀中間液配管１９により配管接続されている。この開閉弁１９Ｖは冷水供給時に閉じられ、温水供給時に開放される。

２０は高温再生器４の気相部から第１上胴８に至る冷媒蒸気配管であり、低温再生器６の内部を経由して第１凝縮器７の底部に開口している。２１は途中に開閉弁２１Ｖを備えて、低温再生器６手前の冷媒蒸気管２０Ａと吸収器２の気相部とを連通する冷媒蒸気配管であり、この開閉弁２１Ｖは冷水供給時に閉じられ、温水供給時に開放される。

２２は第１凝縮器７の底部と蒸発器１の気相部とを配管接続する第１冷媒液配管であり、この第１冷媒液配管２２にＵシール部２２Ａが形成されている。また、２３は第２凝縮器１０の底部と第１冷媒液配管２２のＵシール部２２Ａとを配管接続する第２冷媒液配管である、このため、この第２冷媒液配管２３にも、第１冷媒液配管２２との接続部にＵシール部２３Ａが形成されることになる。

２４は蒸発器１の冷媒液溜り１Ａと冷媒散布装置１Ｂとを配管接続する冷媒液循環配管であり、この冷媒液循環配管２４の途中にポンプＰ２が設けられている。また、２５は冷媒液溜り１Ａと稀液溜り２Ａとの間に配管接続された冷媒液ドレン配管であり、この冷媒液ドレン配管２５の途中に開閉弁２５Ｖが設けられている。

負荷から冷房運転時に冷水が戻る冷温水管２６Ａ、蒸発器１内の冷温水熱交換器２６Ｂ、負荷へ冷水を供給する冷温水管２６Ｃからなる冷温水配管が接続されている。また、２７は冷却水配管であり、この冷却水配管２７は冷却塔（図示せず）から吸収器熱交換器２７Ａ、第１凝縮器熱交換器２７Ｂ、第２凝縮器熱交換器２７Ｃを経て冷却塔に還流する冷却水の循環路を形成している。

第１凝縮器熱交換器２７Ｂから第２凝縮器熱交換器２７Ｃに至る冷却水管２７Ｄと冷温水管２６Ｃとは、途中に開閉弁２８Ｖを備えた冷却水配管２８によって配管接続され、この開閉弁２８Ｖは温水供給時で、かつ、冷却水配管２７に冷却水を貯溜するときに開放される。

２９は例えば８０℃程度の温廃水を低温熱源として熱源温水再生器９に供給するための低熱源供給配管であり、低熱源水管２９Ａ、低熱源熱交換器２９Ｂ、低熱源水管２９Ｃ、側路管２９Ｄ、三方弁である流量制御弁２９Ｅから構成されている。

制御部（図示せず）であり、この制御部は冷温水熱交換器２６Ｂで熱交換して冷温水管２６Ｃを流れて負荷へ供給される冷温水の温度に基づいて、低熱源供給配管２９の流量制御弁２９Ｅの開度を制御し、熱源温水再生器９に供給する温廃水の量を調節することで、熱源温水再生器９における冷媒の再生能力を制御すると共に、ガスバーナ５に供給するガス流量の制御と、稀中間液ポンプＰ１の運転能力の制御と、ポンプＰ２の運転／停止と、稀液ポンプＰ３の運転能力を制御する。

Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は温度センサであり、温度センサＴ１、温度センサＴ２は濃液管１７Ａとバイパス管１８との接続部を挟んで低温再生器６側から順に濃液管１７Ａに設けられ、温度センサＴ１はバイパス管１８に至る前の濃液の温度を検出し、温度センサＴ２はバイパス管１８を経て稀中間液が流入した後（稀中間液が流入した際）の濃液管１７Ａを流れる溶液の温度を検出することができる。温度センサＴ３、温度センサＴ４は稀中間液管１５Ａとバイパス管１８との接続部を挟んで熱源温水再生器９側から順に稀中間液管１５Ａに設けられ、温度センサＴ３はバイパス管１８に至る前の稀中間液の温度を検出し、温度センサＴ４は稀中間液ポンプＰ１に至る前の稀中間液の温度を検出することができる。

稀中間液ポンプＰ１、稀液ポンプＰ３は運転能力を可変することができる。一般にポンプの駆動源には電動機が用いられており、この電動機の回転数を変えることによってポンプの運転能力（吐出量）を変えることができる。電動機に誘導電動機を用いた場合はこの誘導電動機に供給する交流電力（単相／三相）の周波数をインバータ装置などによって変えれば、その同期速度が変わり回転数を変えることができる。電動機に直流電動機、直流ブラシレス電動機を用いている場合は電動機への印加電圧を電源装置などによって変えることによってその回転数を変えることができる。

本発明はポンプの運転能力を変える手段によってその作用効果が左右されるものでなく、その手段の説明は省略する。

負荷に冷水を供給するときで、低熱源供給配管２９の温廃水から負荷に対して十分な熱量が得られている場合は、一重効用冷水供給運転となり、開閉弁１９Ｖ・２１Ｖ・２５Ｖ・２８Ｖは閉じられている。

そして、冷温水管２６Ｃから負荷へ供給される冷水の温度に基づいて、制御弁２９Ｅの開度が制御され、低熱源熱交換器２９Ｂを流れる温排水の流量が調整される。このときガスバーナ５へのガス供給は行わず、稀中間液ポンプＰ１の起動も行われない。

また、稀液ポンプＰ３の運転能力は温度センサＴ３が計測する稀中間液の温度に基づいて制御される。例えば温度センサＴ３が計測した稀中間液の温度が低いときは運転の能力が低くなるように制御され、負荷が小さいときには稀液の循環が減少し、これによって冷媒の蒸発量も減少するため、顕熱ロスが減少し、成績係数が向上する。

なお、冷媒と溶液の流れ方自体は従来周知であるが、簡単に説明すると、熱源温水再生器９で冷媒を分離して濃度が上昇した稀中間液は稀中間液管１５Ａ、バイパス管１８、濃液管１７Ａ、低温熱交換器１２、濃液管１７Ｂを経て濃液散布装置２Ｂから吸収器熱交換器２７Ａに散布される。

熱源温水再生器９で分離した冷媒は、第２凝縮器１０に流入して冷却され凝縮する。そして、冷媒液は第２冷媒液配管２３を流下し、Ｕシール部２３Ａ・２２Ａに溜る。Ｕシール部２３Ａ・２２Ａに溜った冷媒液は溢れて蒸発器１に流入する。Ｕシール部２３Ａから第１冷媒液配管２２に流入した冷媒液は自己蒸発し、蒸気圧力により第１冷媒液配管２２および第１上胴８の内部圧力は上昇する。

蒸発器１の冷媒液溜り１Ａに溜った冷媒液は、冷媒液循環配管２４のポンプＰ２の運転により、冷媒散布装置１Ｂから冷温水熱交換器２６Ｂに散布される。そして、冷媒液が気化する際の潜熱によって冷却された冷水が冷温水熱交換器２６Ｂ、冷温水管２６Ｃから負荷に供給される。蒸発器１で気化した冷媒は吸収器２へ流れ、濃液散布装置２Ｂから散布される濃液に吸収される。

冷水負荷が増加して一重二重併用運転になると、稀中間液ポンプＰ１を起動し、ガスバーナ５の点火を行う。ガスバーナ５に供給するガス流量は前記温度情報に基づいて制御される。

また、冷却水の温度と、高温再生器４内の溶液温度に基づいて、稀中間液ポンプＰ１の運転能力を制御するものである。冷却水の温度が低いほど、高温再生器４内の溶液温度が高いほど運転能力を上げる制御を行う。

稀液ポンプＰ３の運転能力は図２に基づいて説明すると、まずステップＳ１で「燃焼中？」（ガスバーナ５が燃焼を行っているか否か（一重二重の併用運転であるか否か））を判断し、燃焼中でなければ一重効用による稀液ポンプＰ３の運転を行う。

ステップＳ１で「燃焼中」が判断されたときは、ステップＳ２へ進み、ΔＴ１（＝Ｔ１−Ｔ２）の値がα以上であるか否かを判断する。Ｔ１は温度センサＴ１の検出する温度であり、Ｔ２は温度センサＴ２が検出する温度であり、αは稀中間液が濃液側に流れ込んでいることを判断するに要する温度低下の値である。すなわちステップＳ２では稀中間液が濃液側に流れ込んでいるか否かを判断している。

ステップＳ２の条件が満たされた際はステップＳ３へ進み稀液ポンプＰ３の運転能力を「Ｋ」だけ下げるものである。この「Ｋ」の値はポンプの駆動源に誘導電動機を用いている際は数ヘルツの周波数に相当する。稀液ポンプＰ３の運転能力を下げることによってその運転能力が稀中間液ポンプＰ１の運転能力に近づきバイパス管１８を経て稀中間液が濃液側に流入する量が減少する。

ステップＳ２の条件を満たさないときはステップＳ４へ進み、ΔＴ２（＝Ｔ４−Ｔ３）の値がβ以上であるか否かを判断する。βは濃液が稀液側に流れ込んでいることを判断するに要する温度上昇の値である。すなわちステップＳ４では濃液が稀中間液側に流れ込んでいるか否かを判断している。

ステップＳ４の条件が満たされた際はステップＳ５へ進み稀液ポンプＰ３の運転能力を「Ｋ」だけ上げるものである。

ステップＳ６、ステップＳ７ではステップＳ３、ステップＳ５で変更した稀液ポンプＰ３の運転能力が最大値（ＭＡＸ）を超えたか、もしくは最小値（ＭＩＮ）を超えたか判断し、最大値を越えた際はステップＳ８で最大値（ＭＡＸ）を維持するように設定し、最小値を超えた際はステップＳ９で最小値（ＭＩＮ）を維持するように設定するものである。

また、ステップＳ２の条件及びステップＳ４の条件をいずれも満たしていないときは、稀液ポンプＰ３の運転能力はそのまま維持されるものである。

一重二重併用運転の運転では、熱源温水再生器９の稀中間液は稀中間液ポンプＰ１によって高温再生器４へ送られ、ここで加熱されて冷媒が蒸発分離する。高温再生器４で濃度が上昇した濃中間液は、従来の二重効用吸収冷凍機と同様に高温熱交換器１３を経て低温再生器６へ送られる。そして、濃中間液は低温再生器６において、冷媒蒸気配管２０によって送られてくる冷媒蒸気によって加熱され、さらに冷媒が分離して濃度が一段と高くなり、この濃液が低温熱交換器１２を経て吸収器２へ送られ、濃液散布装置２Ｂから散布される。

また、熱源温水再生器９で分離した冷媒は第２凝縮器１０で凝縮し、低温再生器６で分離した冷媒は第１凝縮器７で凝縮する。そして、冷媒液が第１凝縮器７および第２凝縮器１０から第１冷媒液配管２２および第２冷媒液配管２３を経て蒸発器１へ流れ、冷媒散布装置１Ｂから散布される。

そして、冷温水熱交換器２６Ｂで冷却された冷水が、冷温水管２６Ｃによって負荷に供給される。また、蒸発器１で気化した冷媒は吸収器２へ流れ、濃液散布装置２Ｂから散布される濃液に吸収される。

冷水の負荷が変動すると実質的に稀中間液ポンプＰ１の運転能力が変化し、稀液ポンプＰ３の運転能力とに差が出てくるとバイパス管１８を介して稀中間液が濃液側へまたは濃液が稀中間液側へ流入するが温度センサＴ１乃至Ｔ４によってその状態を判断し稀液ポンプＰ３の運転能力を変えることによってバイパス管１８を流れる溶液を抑制して運転性能の低下を抑制しているものである。

尚、負荷に温水を供給する場合には、開閉弁１９Ｖ・２１Ｖ・２５Ｖ・２８Ｖを開き、高温再生器４で発生した高温の冷媒蒸気が冷媒蒸気管２０Ａ、冷媒蒸気配管２１を経て下胴３へ流れる。そして、冷媒蒸気によって冷温水熱交換器２６Ｂを流れる温水が加熱され、冷温水管２６Ｃを介して負荷に供給される。また、冷温水熱交換器２６Ｂに接触して凝縮し、冷媒液溜り１Ａに溜った冷媒液は冷媒液溜り1Aを経て稀液溜り２Ａへ流れるものである。

１ 蒸発器
２ 吸収器
４ 高温再生器
６ 低温再生器
７ 第１凝縮器
９ 熱源温水再生器
１０ 第２凝縮器
１１ 第２上胴
１２ 低温熱交換器
１３ 高温熱交換器
１４ 稀液配管
１５ 稀中間液配管
１５Ａ 稀中間液管
１６ 濃中間液配管
１６Ａ 濃中間液管
１７ 濃液配管
１７Ａ 濃液管
１７Ｂ 濃液管
１８ バイパス管
１９ 稀中間液配管
２６ 冷温水配管
Ｐ１ 稀中間液ポンプ
Ｐ２ ポンプ
Ｐ３ 稀液ポンプ
Ｔ１〜Ｔ４ 温度センサ

Claims (2)

1. 熱源温水を用いた熱源温水再生器から稀中間液を稀中間液ポンプにて高温再生器へ送り、高温再生器からの冷媒を低温再生器を介して凝縮器で凝縮させた後蒸発器へ送る管路を有すると共に、当該蒸発器に冷媒を散布させ、吸収器から稀液を稀液ポンプにて前記熱源温水再生器に送る管路及び前記稀中間液ポンプの一次側とバイパス管で繋がり低温再生器から濃液を前記吸収器へ送る管路を有して構成された一重二重効用吸収冷凍機において、稀中間液ポンプの運転能力を冷房負荷に基づいて可変すると共に、稀液ポンプの運転能力を前記バイパス管まわりの温度に基づいて稀中間液ポンプの運転能力が減少した際に運転能力が減少する方向へ可変制御する制御部を備えたことを特徴とする一重二重効用吸収冷凍機。
2. 前記制御部は前記低温再生器から濃液を前記吸収器へ送る管路と前記バイパス管とが繋がる前後の当該管路を流れる濃液の温度差に基づいて稀液ポンプの運転能力を変更することを特徴とする請求項１に記載の一重二重効用吸収冷凍機。