JP2011247510A

JP2011247510A - 吸収式装置

Info

Publication number: JP2011247510A
Application number: JP2010122002A
Authority: JP
Inventors: Junsuke Sato; 隼介佐藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: JP5606796B2

Abstract

【課題】環境温度が低い場合の冷房・冷却の省エネ運転の可能な吸収式装置を提供する。
【解決手段】ブラインが蒸発器１２を通り、熱負荷機器Ｆを経由して前記蒸発器に戻るブライン循環路Ｄと、冷却水が、冷却水ポンプＰ３の動力によって吸収器１４を通って冷却塔ファンＲＦを設けた冷却塔ＲＴを経由することができて前記吸収器に戻る冷却水循環路Ｃ１と、を備える吸収式装置であって、前記吸収器に入る冷却水の冷却水入口温度を測定する温度センサＳ１を具備し、冷却塔ファンのオン・オフ以外の手段によって吸収液に対する冷却水の冷却能力が低下するよう調節制御できる冷却能力調節手段３０を具備するよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸収式冷凍機や吸収式冷温水機（本願ではこの両者を含めて吸収式装置と呼ぶことにする）によって冷房を行う場合、所定時に省エネ運転の可能な吸収式装置に関する。

吸収式装置によって冷房を行う場合、冷却水の入口温度は、これらの吸収式装置の定格（例えば、ブライン出口温度７℃）に対応した所定値温度（例えば、３２℃）に設定する場合、冷却水の循環する途中に設けた冷却塔において、そこに設けた冷却塔ファンを回転させて冷却水の温度を低下調節させる。一方、特に冬場等外気温度等の環境温度が低い場合、冷房・冷却の省エネ運転等の観点から、ユーザーが吸収式装置による冷房・冷却温度を上昇させたい場合、即ち、ブライン出口温度を高く設定したい場合がある。一般的な吸収式装置の１例が下記特許文献１に開示されている。

特開２００２−１５６１６９号公報

しかし、従来の吸収式装置の有する冷却水の温度調節では、冷却水の入口温度が外気温度等の環境温度の影響で所定値よりも低くなってしまい、その影響で吸収器内の吸収液温度が低くなり、吸収液による冷媒蒸気の吸収作用が過剰に促進されて蒸発器内を過剰に高真空状態にさせ、冷媒の蒸発が過剰に促進される。その結果、ブラインに対する冷却作用が促進されてしまい、ユーザーの希望に従ったブライン出口温度の上昇設定ができないという問題がある。また、蒸発器下部に溜まる冷媒液の量が少なくなり、場合によっては、冷媒液を循環させる冷媒ポンプの、所謂、エア噛みが発生するという問題もある。
依って解決しようとする課題は、環境温度が低い場合の冷房・冷却の省エネ運転の可能な吸収式装置の提供である。

上記課題に鑑みて第１の発明は、ブラインが蒸発器を通り、熱負荷機器を経由して前記蒸発器に戻るブライン循環路と、冷却水が、冷却水ポンプの動力によって吸収器を通って冷却塔ファンを設けた冷却塔を経由することができて前記吸収器に戻る冷却水循環路と、を備える吸収式装置であって、
前記吸収器に入る冷却水の冷却水入口温度を測定する温度センサを具備し、
冷却塔ファンのオン・オフ以外の手段によって吸収液に対する冷却水の冷却能力が低下するよう調節制御できる冷却能力調節手段を具備する
ことを特徴とする吸収式装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明における前記冷却能力調節手段は前記冷却水ポンプによる循環する冷却水の流量を制御する流量制御手段を具備し、
該流量制御手段は、
前記冷却水ポンプの回転数を調節制御できるインバータ回路と、
蒸発器出口のブライン定格温度以上のブライン設定温度と、前記温度センサによって測定された冷却水入口温度とを与えると、前記ブライン設定温度を達成するための前記冷却水ポンプの定格流量に対する制限率が求まる式又はデータテーブルを読み出し可能なメモリと
を有するよう構成する。
流量の制限率は、冷却水ポンプ駆動に必要なインバータ周波数の低下割合に対応する。

第３の発明は、第１の発明における前記冷却能力調節手段は前記冷却水入口温度を制御する温度制御手段を具備し、
該温度制御手段は、
前記冷却水循環路における前記冷却塔に入る手前の第１位置と、冷却塔の出口を過ぎた第２位置との間を連通させるバイパス路と、
該バイパス路を流れる流量割合を調節制御できる電動制御弁と、
蒸発器出口のブライン定格温度以上のブライン設定温度と、前記温度センサによって測定された冷却水入口温度とを与えると、前記ブライン設定温度を達成するための前記バイパス路を流れるバイパス割合が求まる式又はデータテーブルを読み出し可能なメモリと
を有するよう構成する。

第４の発明は、第３の発明の前記電動制御弁として、前記第１位置に三方弁を具備するよう構成する。
第５の発明は、第３又は第４の発明の前記電動制御弁として、前記第１位置と前記冷却塔との間に二方弁を具備するよう構成する。

第６の発明は、第１の発明の前記冷却能力調節手段は前記冷却水入口温度を制御する温度制御手段を具備し、
前記温度制御手段は、
前記冷却塔ファンの回転数を調節制御できるインバータ回路と、
蒸発器出口のブライン定格温度以上のブライン設定温度と、前記温度センサによって測定された冷却水入口温度とを与えると、前記ブライン設定温度を達成するための前記冷却塔ファンの回転数割合が求まる式又はデータテーブルを読み出し可能なメモリと
を有するよう構成する。
冷却塔ファンの回転数割合は、冷却塔ファン駆動に必要なインバータ周波数の低下割合に対応する。

第１の発明では、吸収液に対する冷却水の冷却能力が低下するよう調節制御できる冷却能力調節手段を有するので、冷却液の冷却能力を低下させることができ、その結果、ブライン出口温度が定格値よりも上昇させられ、設定したブライン出口温度を達成できる。従って、冷房・冷却の省エネ運転が可能になり、また、冷媒の蒸発量が低減されてエア噛みの発生も防止され易い。

第２の発明では、ブライン設定温度と冷却水入口温度とを与えると、冷却水ポンプの制限率が求まるので、冷却水ポンプの流量を低減でき、これにより冷却水の冷却能力を低下させてブライン出口温度を上昇させられ、設定したブライン出口温度を達成できる。

第３の発明では、バイパス路と電動制御弁とを有し、ブライン設定温度と冷却水入口温度とを与えるとバイパス割合が求まるので、冷却塔ファンによって冷却される冷却水の量を変えることができ、これにより、冷却水全体の温度を調節できる。従って、冷却水の冷却能力を低下させてブライン出口温度を上昇させられ、設定したブライン出口温度を達成できる。

第４又は第５の発明では、電動制御弁の形態を例示している。
第６の発明では、冷却塔ファンの回転数制御によって冷却水を直接に冷却する冷却程度を調節できるため、冷却水の温度を上昇させて（冷却能力を低下させて）ブライン出口温度を上昇させられ、設定したブライン出口温度を達成できる。

併せて熱負荷機器をも表示した本発明に係る吸収式装置の全体システム図である。図１の制御装置の説明図である。本発明に係る１つの制御方法に使用するグラフ図である。本発明に係る他の制御方法に使用するグラフ図である。本発明に係る他の制御方法に使用するグラフ図である。

以下、本発明を添付図面を用いて更に詳細に説明する。本発明は一重効用の吸収式装置でも二重効用以上の多重効用の吸収式装置でもよいが、典型的な二重効用吸収式冷温水機を例として、全体構造を図１を参照して説明する。外部の室内冷房機等の熱負荷機器Ｆと接続されており、これによって冷房も暖房も可能となっている。
冷房の場合は、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を閉じておく。筐体部は上胴１１と下胴１０とに分かれている。下胴１０の左右方向の一側には蒸発器１２が、他側には吸収器１４が形成配設されている。また、上胴１１は、低温再生器１８と凝縮器２０とが形成配設されている。他方、高温再生器１６も具備している。この例の高温再生器１６はバーナ式である。以下、これら各機器の役目と冷媒や吸収液の流れを概説する。

蒸発器１２には、熱負荷機器Ｆを通って循環するブライン（ここでは水）が流れるブライン管Ｄが通るように配設されている。また、吸収器１４には、通常、冷却塔ＲＴを介して循環する冷却水が流れる冷却水管Ｃ１が通り、吸収器１４を出た冷却水管Ｃ１は凝縮器２０をも通り、凝縮器２０を出た冷却水管Ｃ１は前記冷却塔ＲＴに接続されており、冷却水が循環可能になっている。

蒸発器１２で蒸発した冷媒（この例では水）の蒸気は、吸収器１４にて吸収液（この例では臭化リチウム溶液）に吸収され、蒸発器の高真空状態が維持される。冷媒を吸収した吸収液は濃度が薄くなって希吸収液となる。下胴１０の下部であって、吸収器１４の下部に溜まった希吸収液は、吸収液ポンプＰ１によって希吸収液管Ｈ１に流され、高温再生器１６に向かう。その途中、後述する濃吸収液の流れている濃吸収液管Ｈ３との間で低温熱交換器Ｎ１を介して濃吸収液から熱を奪って温度上昇する。その後、希吸収液は高温再生器１６によって濃度が中間濃度となった中間吸収液の流れる中間吸収液管Ｈ２との間の高温熱交換器Ｎ２を介して中間吸収液からも熱を奪って更に温度上昇する。

こうして、吸収器１４から出た時よりも温度の上昇した希吸収液が高温再生器１６に流入する。そして、バーナ１７によって加熱される。高温再生器１６において希吸収液がバーナ１７によって加熱されると、冷媒が蒸発分離する。この冷媒蒸気は冷媒管Ｒ１を通って既述の低温再生器１８を通る。一方、高温再生器１６において冷媒が蒸発分離して中間濃度となった中間吸収液が中間吸収液管Ｈ２を流れて低温再生器１８に入る。

低温再生器１８に入った中間吸収液は、冷媒蒸気の流れている既述の冷媒管Ｒ１の伝熱部によって加熱される。この熱により、更に中間吸収液から蒸発した冷媒蒸気は凝縮器２０に入る。また、冷媒管Ｒ１を流れていた冷媒蒸気も、蒸気のまま或いは冷媒液となって冷媒管先部Ｒ１’を介して凝縮器２０に入る。凝縮器２０内の冷媒蒸気は、器内を通る冷却水管Ｃ１の伝熱部を流れる冷却水によって冷却されて冷媒液に戻る。

この冷媒液は第２冷媒管Ｒ２を通って蒸発器１２へ流下する。蒸発器１２の下部に溜まった冷媒液は冷媒ポンプＰ２によって第３冷媒管Ｒ３を通って蒸発器１２の上部に設けた散布器Ｒ３Ａから散布される。この散布された冷媒液がブライン管Ｄの伝熱部を流れるブラインから蒸発熱を奪って冷媒蒸気になると共に、ブラインの温度を下げる。既述の如く、この冷媒蒸気は吸収器１４において吸収液に吸収される。

以上は、熱負荷機器Ｆが冷房をしている場合の説明であるが、暖房の場合は、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を開き、冷却水ポンプＰ３を停止して冷却水管Ｃ１に冷却水を流さないでガス式バーナ１７を点火し、高温再生器１６において希吸収液を加熱する。この加熱によって発生する冷媒蒸気は冷媒管Ｒ１の途中から、主に流路抵抗の小さな暖房管Ｒ１”を通って吸収器１４と蒸発器１２に入る。こうしてブライン管Ｄの伝熱部を介してブラインを加熱し、熱負荷機器Ｆは暖房を行える。

一方、冷媒蒸気は蒸発器１２でブラインを加熱し、熱を失って凝縮して冷媒液となる。この冷媒液は第４冷媒管Ｒ４を通って吸収器１４の下部に入り、高温再生器１６において冷媒を蒸発分離して吸収液管Ｈ２’を介して流入する吸収液と混合される。そして、吸収液ポンプＰ１の運転によって高温再生器１６に送られる。

本発明の特徴の一部である冷却水の循環する既述の冷却水管Ｃ１の構成を詳説する。冷却水が凝縮器２０を出た後、冷却塔ＲＴに至る手前において冷却水管Ｃ１が分岐し、冷却塔ＲＴに接続される冷却塔流入側の本管Ｃ１Ａとバイパス管Ｃ１Ｂとに分かれている。このバイパス管Ｃ１Ｂは冷却水が冷却塔ＲＴから流れ出る側の本管Ｃ１Ａに連通接続されている。この連通接続位置の下流位置に冷却水ポンプＰ３が位置している。

上記分岐の位置には電動制御弁としての３方弁Ｂ３が配設されており、この３方弁の下流側であって、冷却塔流入側の本管Ｃ１Ａの途中には２方弁Ｂ２が配設されている。この３方弁、２方弁、冷却水ポンプＰ３のインバータ部Ｐ３Ｉ、更には、冷却塔ＲＴに設けられている冷却塔ファンＲＦのインバータ部ＲＦＩは、夫々が制御装置３０に電気的に接続されている。

また、吸収器１４へ冷却水が流入する入口付近の冷却水管Ｃ１には温度センサＳ１が設けられており、この温度センサＳ１の出力は前記制御装置３０に入力するように接続されている。制御装置３０は図２に示すように、中央演算処理部（ＣＰＵ）３２と、ＲＯＭ等のメモリ３４と、出入力部（Ｉ／Ｏ）３６とを有しており、後述の図３のグラフデータ又はグラフ対応の計算式がＲＯＭ等のメモリ３４に記憶されている。

入出力部３６には、ブライン定格温度、ブライン設定温度、温度センサＳ１によって測定された冷却水入口温度が入力される。なお、ブライン定格温度は、予めメモリ３４に記憶していてもよい。これらの入力値を受け、以下に説明するような制御方法の一つでは、冷却水ポンプＰ３の回転数を制御すべく、冷却水ポンプＰ３のインバータ部Ｐ３Ｉに指令を与える。また、他の制御方法では、冷却水ファンＲＦの回転数を制御すべく、冷却塔ファンＲＦのインバータ部ＲＦＩに指令を与えたり、３方弁Ｂ３や２方弁Ｂ２に弁の開閉、開度の指令を与える。

一つの制御方法は、メモリ３４に記憶されている図３に相当するグラフ図データを使用するものである。また、冷却水循環路では、冷却水管Ｃ１を流れる冷却水が、バイパス管Ｃ１Ｂを流れることなく、全てが本管Ｃ１Ａを流れて冷却塔ＲＴに流入するように、３方弁Ｂ３も２方弁Ｂ２も、その方向の弁を開放している。即ち、３方弁では、冷却水がバイパス管Ｃ１Ｂに流れ込む弁だけが閉じられている。

上記図３は横軸が温度センサＳ１によって測定された冷却水入口温度であり、縦軸が冷却水ポンプＰ３の回転を、定格回転に対して制限する割合である制限率をパーセント表示したものである。グラフ線Ｇ１〜Ｇ６は、順次、ブライン定格温度に対して＋０，１，２，３，４，５℃ずつ高いブライン設定温度に対する各グラフ線である。これら各グラフ線の中間のブライン設定温度の場合は、隣接するグラフ線間で、例えば、線形補間を行って算定することができる。

制御装置３０のメモリ３４に記憶させているか、或いは外部から入力されるブライン定格温度に対して、例えば、＋４℃のブライン設定温度の要求が入力されると、グラフ線Ｇ５がその要求ラインとなる。ここで、温度センサＳ１によって測定した冷却水入口温度が２５℃であるとすると、グラフ線Ｇ５によって６５％の制限率が求まる。この値を冷却水ポンプＰ３のインバータ部Ｐ３Ｉに対して出力する。これにより、冷却水ポンプは定格の３５％の回転数で稼働させる。

その後、所定の時間間隔毎、例えば、１分後に再度冷却水の温度を測定すると、先程の２５度という温度とは異なり、例えば、２５．５℃に上昇したとする。この場合は、グラフ線Ｇ５によって５８％の制限率が求まる。この値を冷却水ポンプＰ３のインバータ部Ｐ３Ｉに対して出力する。これにより、次の１分まで、冷却水ポンプは定格の４１％の回転数で稼働させる。

以後、同様に、１分後に再度、冷却水温度の測定値を読み込み、同様に冷却水ポンプＰ３の回転を制御する。こうして、次にブライン設定温度の変更要求があるまで、或いは吸収式装置の停止指令を受信するまで、ブライン設定温度の要求を満たした運転が続けられる。

図４は、横軸は冷却水入口温度であり、縦軸は、図１に示す２方弁Ｂ２及び／又は３方弁Ｂ３を使用してバイパス管Ｃ１Ｂに流す冷却水の割合を示したグラフ図である。例えば、＋４℃のブライン設定温度の要求が入力されると、グラフ線Ｈ５がその要求ラインとなる。ここで、温度センサＳ１によって測定した冷却水入口温度が２５℃であるとすると、グラフ線Ｈ５によって４６％のバイパス割合が求まる。この割合信号又はこれを弁の開度信号に変えて３方弁や２方弁に送る。

バイパス割合が０％であったものを４６％のバイパス割合で冷却水を流し始めるので、冷却水入口温度は上昇する。例えば、１分後に２５．５℃になったとすると、グラフ線Ｈ５の上に位置した状態を維持するため、今度は３７％のバイパス割合で流すこととなる。以後、同様に１分後に再度、測定した冷却水入口温度を読み込み、同様にバイパス割合を制御する。こうして、次にブライン設定温度の変更要求があるまで、或いは吸収式装置の停止指令を受信するまで、ブライン設定温度の要求を満たした運転が続けられる。

図５は、横軸は冷却水入口温度であり、縦軸は図１に示す冷却塔ファンＲＦの回転数割合を示したグラフ図である。例えば、＋４℃のブライン設定温度の要求が入力されると、グラフ線Ｉ５がその要求ラインとなる。ここで、温度センサＳ１によって測定した冷却水入口温度が２５℃であるとすると、グラフ線Ｈ５によって６３％の回転数割合が求まる。この信号をインバータ部ＲＦＩに送信する。

こうして回転数割合１００％であったものを６３％の回転数割合に落として回転させ始めるので、冷却水入口温度は上昇する。例えば１分後に、２５．５℃になったとすると、グラフ線Ｉ５の上に位置した状態を維持するため、今度は７３％の回転数割合にすることとなる。以後、同様に１分後に再度、測定した冷却水入口温度を読み込み、同様に回転数割合を制御する。こうして、次にブライン設定温度の変更要求があるまで、或いは吸収式装置の停止指令を受信するまで、ブライン設定温度の要求を満たした運転が続けられる。

本発明は、冷却水の冷却能力を調節制御する吸収式装置に利用できる。

１２蒸発器
１４吸収器
１６高温再生器
１８低温再生器
２０凝縮器
Ｃ１冷却水管
Ｃ１Ｂバイパス管
Ｐ３冷却水ポンプ
Ｐ３Ｉインバータ部
ＲＦ冷却塔ファン
ＲＦＩインバータ部
ＲＴ冷却塔
Ｓ１温度センサ

Claims

ブラインが蒸発器を通り、熱負荷機器を経由して前記蒸発器に戻るブライン循環路と、冷却水が、冷却水ポンプの動力によって吸収器を通って冷却塔ファンを設けた冷却塔を経由することができて前記吸収器に戻る冷却水循環路と、を備える吸収式装置であって、
前記吸収器に入る冷却水の冷却水入口温度を測定する温度センサを具備し、
冷却塔ファンのオン・オフ以外の手段によって吸収液に対する冷却水の冷却能力が低下するよう調節制御できる冷却能力調節手段を具備する
ことを特徴とする吸収式装置。
前記冷却能力調節手段は前記冷却水ポンプによる循環する冷却水の流量を制御する流量制御手段を具備し、
該流量制御手段は、
前記冷却水ポンプの回転数を調節制御できるインバータ回路と、
蒸発器出口のブライン定格温度以上のブライン設定温度と、前記温度センサによって測定された冷却水入口温度とを与えると、前記ブライン設定温度を達成するための前記冷却水ポンプの定格流量に対する制限率が求まる式又はデータテーブルを読み出し可能なメモリと
を有する請求項１記載の吸収式装置。
前記冷却能力調節手段は前記冷却水入口温度を制御する温度制御手段を具備し、
該温度制御手段は、
前記冷却水循環路における前記冷却塔に入る手前の第１位置と、冷却塔の出口を過ぎた第２位置との間を連通させるバイパス路と、
該バイパス路を流れる流量割合を調節制御できる電動制御弁と、
蒸発器出口のブライン定格温度以上のブライン設定温度と、前記温度センサによって測定された冷却水入口温度とを与えると、前記ブライン設定温度を達成するための前記バイパス路を流れるバイパス割合が求まる式又はデータテーブルを読み出し可能なメモリと
を有する請求項１記載の吸収式装置。
前記電動制御弁として、前記第１位置に三方弁を具備する請求項３記載の吸収式装置。
前記電動制御弁として、前記第１位置と前記冷却塔との間に二方弁を具備する請求項３又は４記載の吸収式装置。
前記冷却能力調節手段は前記冷却水入口温度を制御する温度制御手段を具備し、
前記温度制御手段は、
前記冷却塔ファンの回転数を調節制御できるインバータ回路と、
蒸発器出口のブライン定格温度以上のブライン設定温度と、前記温度センサによって測定された冷却水入口温度とを与えると、前記ブライン設定温度を達成するための前記冷却塔ファンの回転数割合が求まる式又はデータテーブルを読み出し可能なメモリと
を有する請求項１記載の吸収式装置。