JP2017172817A - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率の低下が不凝縮ガスの滞在によるものか否かを正確に判断することのできる吸収式冷凍機を提供する。
【解決手段】高温再生器５、低温再生器６、蒸発器１、凝縮器７および吸収器２を備え、これらを配管接続して吸収液および冷媒の循環経路をそれぞれ形成してなる吸収式冷凍機１００において、稀吸収液出口温度と冷却水入口温度との温度差が所定温度以上になった状態が所定時間継続していると判断した場合、報知部により、抽気性能不足である旨の予報発報を行うように制御する制御装置を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸収式冷凍機に係り、特に、凝縮器おける熱交換効率の低下を正確に判断するようにした吸収式冷凍機に関する。

一般に、高温再生器、低温再生器、蒸発器、凝縮器および吸収器を備え、これらを配管接続して吸収液および冷媒の循環経路をそれぞれ形成した吸収式冷凍機が知られている。吸収式冷凍機は、例えば、オフィスビルのセントラル空調などに用いられている。
このような吸収式冷凍機においては、凝縮器あるいは吸収器の内部において、水素ガス、酸素ガス、窒素ガスなどの不凝縮ガスが溜まってしまうことがあった。このような不凝縮ガスが溜まると、凝縮器や吸収器における熱交換効率が悪くなってしまうという問題があった。

そのため、従来、例えば、吸収器に、内部で発生したりあるいは外部から浸入したりする水素ガス、酸素ガス、窒素ガスなどの不凝縮ガスを取り出して外部に排出する抽気装置を備えるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１２５７５５号公報

ところで、一般に、凝縮器における冷却水管の内部汚れが発生すると、凝縮器における冷却水と凝縮冷媒との熱交換効率が低下する。そのため、従来から、冷却水と凝縮冷媒との温度差が所定温度以上となった場合に、熱交換効率が低下していると判断して、冷却水管の汚れが発生している旨の予報発報を行うことが行われていた。
しかしながら、凝縮器の内部に不凝縮ガスが滞在している場合にも、同様に、温度差が発生することがある。
そのため、本来、冷却水管に汚れが発生していないにも関わらず、不凝縮ガスの滞在により冷却水管の汚れの予報発報が行われてしまい、メンテナンスを行う技術者が冷却水管の清掃をしてしまうといった不都合があった。
このような不都合を解消するため、不凝縮ガスの滞在による熱交換効率の低下であるか、冷却水管の汚れによる熱交換効率の低下であるかを正確に判断することが望まれていた。

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、熱交換効率の低下が不凝縮ガスの滞在によるものか否かを正確に判断することのできる吸収式冷凍機を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明は、高温再生器、低温再生器、蒸発器、凝縮器および吸収器を備え、これらを配管接続して吸収液および冷媒の循環経路をそれぞれ形成してなる吸収式冷凍機において、稀吸収液出口温度と冷却水入口温度との温度差が所定温度以上になった状態が所定時間継続していると判断した場合、報知部により、抽気性能不足である旨の予報発報を行うように制御する制御装置を備えていることを特徴とする。

前記構成において、前記制御装置は、冷媒凝縮温度と冷却水出口温度との温度差が所定温度差以上になった状態が所定時間継続していると判断した場合、前記報知部により、抽気性能不足である旨の予報発報を行うように制御することを特徴とする。

前記構成において、前記制御装置は、稀吸収液出口温度と冷却水入口温度との設計上の温度差＋２℃以上となった場合に、予報発報を行うように制御することを特徴とする。

本発明によれば、不凝縮ガスが滞在したことによる熱交換効率の低下であることを確実に認識することができる。その結果、冷却水管の汚れによる熱交換効率の低下とを区別することができ、適切なメンテナンスを行うことができる。

本実施形態に係る吸収式冷凍機の概略構成図である。 本実施形態の制御構成を示すブロック図である。 本実施形態の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る吸収式冷凍機の概略構成図である。吸収式冷凍機１００は、冷媒に水を、吸収液に臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液を使用し、この吸収液を、熱源発生装置（例えば太陽熱温水器やコージェネレーション装置）で生成された比較的低温（例えば約８０℃程度）の温水で加熱する排熱再生器を備える排熱回収型（いわゆるジェネリンク）の吸収式冷温水機である。

吸収式冷凍機１００は、図１に示すように、蒸発器１と、この蒸発器１に並設された吸収器２と、これら蒸発器１および吸収器２を収納した蒸発器吸収器胴３と、ガスバーナ（加熱手段）４を備えた高温再生器５と、低温再生器６と、この低温再生器６に並設された凝縮器７と、これら低温再生器６および凝縮器７を収納した低温再生器凝縮器胴８とを備える。
また、吸収式冷凍機１００は、低温熱交換器１２と、高温熱交換器１３と、冷媒ドレン熱回収器１７と、稀吸収液ポンプ４５と、濃吸収液ポンプ４７と、冷媒ポンプ４８とを備え、これらの各機器が吸収液管２１〜２５および冷媒管３１〜３５などを介して配管接続されて循環経路が構成されている。

蒸発器１には、蒸発器１内で冷媒と熱交換したブラインを、図示しない熱負荷（例えば、空気調和装置）に循環供給するための冷水管１４が設けられており、この冷水管１４の一部に形成された伝熱管１４Ａが蒸発器１内に配置されている。
吸収器２および凝縮器７には、吸収器２および凝縮器７に順次冷却水を流通させるための冷却水管１５が設けられており、この冷却水管１５の一部に形成された各伝熱管１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ吸収器２および凝縮器７内に配置されている。

吸収器２は、蒸発器１で蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させ、蒸発器吸収器胴３内の圧力を高真空状態に保つ機能を有する。この吸収器２の下部には、冷媒蒸気を吸収して稀釈された稀吸収液が溜る稀吸収液溜り２Ａが形成され、この稀吸収液溜り２Ａには、稀吸収液ポンプ４５を有する稀吸収液管２１の一端が接続されている。稀吸収液管２１は、稀吸収液ポンプ４５の下流側で分岐する分岐稀吸収液管２１Ａを備える。
この分岐稀吸収液管２１Ａは冷媒ドレン熱回収器１７を経由した後に、稀吸収液管２１の低温熱交換器１２の下流側で再び稀吸収液管２１に合流する。この稀吸収液管２１の他端は、高温熱交換器１３を経由した後、高温再生器５内に形成された熱交換部５Ａの上方に位置する気層部５Ｂに開口している。
稀吸収液管２１は、低温熱交換器１２の下流側で第２分岐管２１Ｂに分岐され、第２分岐管２１Ｂは低温再生器６内に開口している。

高温再生器５は、シェル６０内にガスバーナ４を収容して構成され、このガスバーナ４の上方に当該ガスバーナ４の火炎を熱源として吸収液を加熱再生する熱交換部５Ａが形成されている。この熱交換部５Ａには、ガスバーナ４で燃焼された排気ガスが流通する排気経路４０が接続され、この排気経路４０には、排ガス熱交換器４１が設けられている。また、ガスバーナ４には、燃料ガスが供給されるガス管６１と、ブロワ６２からの空気が供給される吸気管６３とが接続され、これらガス管６１および吸気管６３には、燃料ガスおよび空気の量を制御する制御弁６４が設けられている。

熱交換部５Ａの側方には、この熱交換部５Ａで加熱再生された後に当該熱交換部５Ａから流出した中間吸収液が溜る中間吸収液溜り５Ｃが形成されている。この中間吸収液溜り５Ｃの下端には第２中間吸収液管２３の一端が接続され、この第２中間吸収液管２３には高温熱交換器１３が設けられている。この高温熱交換器１３は、中間吸収液溜り５Ｃから流出した高温の中間吸収液の温熱で第１中間吸収液管２２を流れる吸収液を加熱するものであり、高温再生器５におけるガスバーナ４の燃料消費量の低減を図っている。
第２中間吸収液管２３の他端は、低温再生器６と吸収器２とを繋ぐ濃吸収液管２５に接続されている。また、第２中間吸収液管２３の高温熱交換器１３上流側と吸収器２とは開閉弁Ｖ１が介在する吸収液管２４により接続されている。

低温再生器６は、高温再生器５で分離された冷媒蒸気を熱源として、低温再生器６内に形成された吸収液溜り６Ａに溜った吸収液を加熱再生するものであり、吸収液溜り６Ａには、高温再生器５の上端部から低温再生器６の底部に延びる冷媒管３１の一部に形成される伝熱管３１Ａが配置されている。この冷媒管３１に冷媒蒸気を流通させることにより、伝熱管３１Ａを介して、冷媒蒸気の温熱が吸収液溜り６Ａに溜った吸収液に伝達され、この吸収液が更に濃縮される。
低温再生器６の吸収液溜り６Ａには、濃吸収液管２５の一端が接続され、この濃吸収液管２５の他端は、吸収器２の気層部２Ｂ上部に設けられる濃液散布器２Ｃに接続されている。濃吸収液管２５には濃吸収液ポンプ４７および低温熱交換器１２が設けられている。この低温熱交換器１２は、低温再生器６の吸収液溜り６Ｂから流出した濃吸収液の温熱で稀吸収液管２１を流れる稀吸収液を加熱するものである。

また、濃吸収液管２５には、濃吸収液ポンプ４７および低温熱交換器１２をバイパスするバイパス管２７が設けられている。
濃吸収液ポンプ４７の運転が停止した場合には、低温再生器６の吸収液溜り６Ａに溜った吸収液は、濃吸収液管２５およびバイパス管２７を通じて吸収器２内に供給される。

前述のように、高温再生器５の気層部５Ｂと凝縮器７の底部に形成された冷媒液溜り７Ａとは、冷媒管３１により接続される。この冷媒管３１は、低温再生器６の吸収液溜り６Ａに配管された伝熱管３１Ａおよび冷媒ドレン熱回収器１７を備え、この冷媒管３１の伝熱管３１Ａの上流側と吸収器２の気層部２Ｂとは開閉弁Ｖ２が介在する冷媒管３２により接続されている。
また、凝縮器７の冷媒液溜り７Ａには、この冷媒液溜り７Ａから流出した冷媒が流れる冷媒管３４の一端が接続され、この冷媒管３４の他端は、下方に湾曲したＵシール部３４Ａを介して蒸発器１の気層部１Ａに接続されている。
蒸発器１の下方には、液化した冷媒が溜る冷媒液溜り１Ｂが形成され、この冷媒液溜り１Ｂと蒸発器１の気層部１Ａの上部に配置される散布器１Ｃとは冷媒ポンプ４８が介在するに冷媒管３５により接続されている。

また、冷却水管１５には、冷却水管１５を流れる冷却水の入口側の温度を検出する冷却水入口温度センサ３６および冷却水の出口側の温度を検出する冷却水出口温度センサ３７が設けられている。また、吸収器２の出口側における稀吸収液管２１には、吸収液の温度を検出する稀吸収液出口温度センサ３８が設けられており、凝縮器７の出口側における冷媒管３４の冷媒温度を検出する凝縮冷媒温度センサ３９が設けられている。

また、本実施形態の吸収式冷凍機１００は、抽気装置７０を備えており、抽気装置７０は、タンク５１を備えている。タンク７１の上部には、吸収器２の気層部２Ｂに連通する抽気管５２が接続されている。タンク７１の底部には、吸収器２の下方に連通する戻り管７３が接続されている。さらに、タンク７１の上部には、エジェクタポンプ７４介して稀吸収液管２１に接続される吸収液管７５が接続されている。
そして、エジェクタポンプ７４を駆動することにより、吸収液管７５を介して稀吸収液管２１の稀吸収液をタンク７１に取り込む。吸収液管７５により流れ込んだ稀吸収液により、タンク７１の内部が負圧となり、これにより、吸収器２の上部に貯留されている不凝縮ガスのみならず冷媒蒸気、気化した吸収液などが抽気管７２を通ってタンク５１の上方に導かれる。

タンク７１に導かれたガスのうち、冷媒蒸気と気化した吸収液は、タンク７１の下方に溜まっている吸収液に溶け込んで吸収されるが、不凝縮ガスは吸収液に溶け込むことができないので、タンク７１の上方に溜められる。そして、タンク７１の下方に溜まった吸収液は、戻り管７３を通って吸収器３に戻される。

次に、本実施形態の制御構成について説明する。
図２は、本実施形態の制御構成を示すブロック図である。
図２に示すように、本実施形態の吸収式冷凍機１００は、コントローラ５０を備えており、コントローラ５０は、制御装置５１を備えている。制御装置５１は、吸収式冷凍機１００の各部を中枢的に制御するものであり、演算実行部としてのＣＰＵ、このＣＰＵによって実行可能な基本制御プログラムや所定のデータ等を不揮発的に記憶するＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリ５２、その他の周辺回路などを備えている。
また、制御装置５１には、冷却水入口温度センサ３６、冷却水出口温度センサ３７、稀吸収液出口温度センサ３８および凝縮冷媒温度センサ３９の検出信号がそれぞれ入力されるように構成されている。
また、コントローラ５０は、タイマ５３と、操作部５４と、報知部５５とをそれぞれ備えている。

コントローラ５０の制御装置５１は、吸収式冷凍機１００のガスバーナ４の燃料制御弁６４を制御することで、ガスバーナ４による燃焼制御を行うとともに、稀吸収液ポンプ４５、中間吸収液ポンプ４６、濃吸収液ポンプ４７および冷媒ポンプ４８の駆動制御を行うように構成されている。さらに、コントローラ５０の制御装置５１は、稀吸収液ポンプ４５、中間吸収液ポンプ４６、濃吸収液ポンプ４７および冷媒ポンプ４８のインバータ制御を行うことで、稀吸収液ポンプ４５、中間吸収液ポンプ４６、濃吸収液ポンプ４７および冷媒ポンプ４８による流量制御を行うように構成されている。また、制御装置５１は、各弁２８，Ｖ１，Ｖ２の開閉制御を行うように構成されている。

本実施形態においては、制御装置５１は、稀吸収液出口温度センサ３８および冷却水入口温度センサ３６により検出される稀吸収液出口温度Ｔ１および冷却水入口温度Ｔ２を取得し、稀吸収液出口温度Ｔ１−冷却水入口温度Ｔ２≧所定温度差Ｔ３となったか否かを判断する。そして、制御装置５１により、稀吸収液出口温度Ｔ１−冷却水入口温度Ｔ２が所定温度差Ｔ３以上となった状態が所定時間（例えば、３０分間）継続しているか否か判断する（第１の条件）。
一般に、稀吸収液出口温度Ｔ１と冷却水入口温度Ｔ２との温度差は、約５℃となるように設計されており、設計上の温度差に対して＋２℃、すなわち、所定温度差Ｔ３が７℃以上となったか否かを判断するようになっている。

制御装置５１は、冷却水出口温度センサ３７、および凝縮冷媒温度センサ３９により検出される冷媒凝縮温度Ｔ４および冷却水出口温度Ｔ５を取得し、冷媒凝縮温度Ｔ４−冷却水出口温度Ｔ５≧所定温度差Ｔ６となったか否かを判断する。そして、制御装置５１により、冷媒凝縮温度Ｔ４−冷却水出口温度Ｔ５が所定温度差Ｔ６以上となった状態が所定時間（例えば、３０分間）継続しているか否か判断する（第２の条件）。
一般に、冷媒凝縮温度Ｔ４と冷却水出口温度Ｔ５との温度差が一定以上ある場合には、凝縮器の内部に不凝縮ガスが滞在しており、熱交換効率が低下していると考えられるためであり、例えば、所定温度差Ｔ６は、５℃に設定される。

そして、制御装置５１は、前述の第１の条件を満たしたと判断した場合または、第１の条件と第２の条件の両方を満たしたと判断した場合には、報知部５５により、抽気性能不足である旨の予報発報を行うように構成されている。
なお、本実施形態においては、コントローラ５０の報知部５５により予報発報を行うようにしているが、例えば、コントローラ５０と有線または無線により通信可能とされたサービス管理会社などの外部システムにより予報発報を行うようにしてもよい。

次に、本実施形態の動作について説明する。
冷房などの冷却運転時においては、冷水管１４を介して図示しない熱負荷にブライン（例えば、冷水）が循環供給される。制御装置５１は、ブラインの蒸発器１の出口側温度（冷水出口温度センサ３６にて検出される温度）が所定の設定温度、例えば７℃になるように吸収式冷凍機１００に投入される熱量が制御される。
具体的には、制御装置５１は、全てのポンプ４５，４７，４８を起動し、かつ、ガスバーナ４におけるガスの燃焼制御を行うことで、冷水出口温度センサ３６が計測するブラインの温度が所定の７℃となるようにガスバーナ４の火力を制御する。

この場合、吸収器２からの稀吸収液は、稀吸収液管２１を介して稀吸収液ポンプ４５により低温熱交換器１２および高温熱交換器１３または排ガス熱交換器４１を経由して加熱され高温再生器５に送られる。
高温再生器５に送られた吸収液は、この高温再生器５でガスバーナ４による火炎および高温の燃焼ガスにより加熱されるため、この吸収液中の冷媒が蒸発分離する。高温再生器５で冷媒を蒸発分離して濃度が上昇した中間吸収液は、高温熱交換器１３を経由して濃吸収液管２５に送られ、低温再生器６を経由した吸収液と合流する。

一方、低温再生器６に送られた吸収液は、高温再生器５から冷媒管３１を介して供給されて伝熱管３１Ａに流入する高温の冷媒蒸気により加熱され、さらに冷媒が分離して濃度が一段と高くなり、この濃吸収液が高温再生器５を経由した上記吸収液と合流し、濃吸収液ポンプ４７により低温熱交換器１２を経由して吸収器２に送られ、濃液散布器２Ｃから散布される。

低温再生器６で分離生成した冷媒は、凝縮器７に入って凝縮して冷媒液溜り７Ａに溜る。そして、冷媒液溜り７Ａに冷媒液が多く溜まると、この冷媒液は冷媒液溜り７Ａから流出し、冷媒管３４を経由して蒸発器１に入り、冷媒ポンプ４８の運転により揚液されて散布器１Ｃから冷水管１４の伝熱管１４Ａの上に散布される。
伝熱管１４Ａの上に散布された冷媒液は、伝熱管１４Ａの内部を通るブラインから気化熱を奪って蒸発するため、伝熱管１４Ａの内部を通るブラインは冷却され、こうして温度を下げたブラインが冷水管１４から熱負荷に供給されて冷房などの冷却運転が行われる。
そして、蒸発器１で蒸発した冷媒は吸収器２に入り、低温再生器６より供給されて上方から散布される濃吸収液に吸収されて、吸収器２の稀吸収液溜り２Ａに溜り、稀吸収液ポンプ４５によって高温再生器５に搬送される循環を繰り返す。

次に、本実施形態による制御について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。
本実施形態においては、制御装置５１は、稀吸収液出口温度センサ３８および冷却水入口温度センサ３６により検出される稀吸収液出口温度Ｔ１および冷却水入口温度Ｔ２に基づいて、稀吸収液出口温度Ｔ１−冷却水入口温度Ｔ２≧所定温度差Ｔ３となった状態が所定時間（例えば、３０分間）継続しているか否かを判断する（ＳＴ１）。

制御装置５１は、稀吸収液出口温度Ｔ１−冷却水入口温度Ｔ２≧所定温度差Ｔ３となった状態が所定時間継続していると判断した場合は、制御装置５１は、冷却水出口温度センサ３７、および凝縮冷媒温度センサ３９により検出される冷媒凝縮温度Ｔ４および冷却水出口温度Ｔ５を取得し、冷媒凝縮温度Ｔ４−冷却水出口温度Ｔ５≧所定温度差Ｔ６となった状態が所定時間（例えば、３０分間）継続しているか否かを判断する（ＳＴ２）。

そして、制御装置５１は、冷媒凝縮温度Ｔ４−冷却水出口温度Ｔ５≧所定温度差Ｔ６となった状態が所定時間継続していると判断した場合は（ＳＴ２：ＹＥＳ）、報知部５５により、抽気性能不足である旨の予報発報を行うように制御する（ＳＴ３）。

このように予報発報を行うことにより、吸収式冷凍機１００のメンテナンスを行う技術者に対して、抽気性能が不足していることを認識させることができ、冷却水管１５の汚れによる凝縮器の熱交換効率の低下とを明確に区別することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態においては、稀吸収液出口温度と冷却水入口温度との温度差が所定温度以上になった状態が所定時間継続していると判断した場合、報知部５５により、抽気性能不足である旨の予報発報を行うように制御する制御装置５１を備えている。
これによれば、不凝縮ガスが滞在したことによる熱交換効率の低下であることを確実に認識することができる。その結果、冷却水管１５の汚れによる熱交換効率の低下とを区別することができ、適切なメンテナンスを行うことができる。

また、本実施形態においては、制御装置５１は、冷媒凝縮温度と冷却水出口温度との温度差が所定温度差以上になった状態が所定時間継続していると判断した場合、報知部５５により、抽気性能不足である旨の予報発報を行うように制御する。
これによれば、不凝縮ガスが滞在したことによる熱交換効率の低下であることをより確実に認識することができる。その結果、冷却水管１５の汚れによる熱交換効率の低下とを区別することができ、適切なメンテナンスを行うことができる。

また、本実施形態においては、制御装置５１は、稀吸収液出口温度と冷却水入口温度との設計上の温度差＋２℃以上となった場合に、予報発報を行うように制御する。
これによれば、稀吸収液出口温度と冷却水入口温度との設計上の温度差＋２℃以上となった場合に、予報発報を行うので、不凝縮ガスが滞在したことによる熱交換効率の低下を判断することができる。

なお、本実施形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は前記実施形態に限定されない。
例えば、本実施形態では、高温再生器にて吸収液を加熱する加熱手段として燃料ガスを燃焼させて加熱を行うガスバーナ４を備える構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、灯油やＡ重油を燃焼させるガスバーナを備える構成や、蒸気や排気ガスなどの温熱を用いて加熱する構成としてもよい。

１ 蒸発器
２ 吸収器
４ ガスバーナ（加熱手段）
５ 高温再生器
６ 低温再生器
７ 凝縮器
１２ 低温熱交換器
１３ 高温熱交換器
１４ 冷水管
１５ 冷却水管
１６ 排温水供給管
２１ 稀吸収液管
３６ 冷却水入口温度センサ
３７ 冷却水出口温度センサ
３８ 稀吸収液出口温度センサ
３９ 凝縮冷媒温度センサ
４５ 稀吸収液ポンプ
４７ 濃吸収液ポンプ
４８ 冷媒ポンプ
５０ コントローラ
５１ 制御装置
５２ メモリ
５３ タイマ
５５ 報知部
７０ 抽気装置
１００ 吸収式冷凍機

Claims (3)

1. 高温再生器、低温再生器、蒸発器、凝縮器および吸収器を備え、これらを配管接続して吸収液および冷媒の循環経路をそれぞれ形成してなる吸収式冷凍機において、
   稀吸収液出口温度と冷却水入口温度との温度差が所定温度以上になった状態が所定時間継続していると判断した場合、報知部により、抽気性能不足である旨の予報発報を行うように制御する制御装置を備えていることを特徴とする吸収式冷凍機。
2. 前記制御装置は、冷媒凝縮温度と冷却水出口温度との温度差が所定温度差以上になった状態が所定時間継続していると判断した場合、前記報知部により、抽気性能不足である旨の予報発報を行うように制御することを特徴とする請求項１に記載の吸収式冷凍機。
3. 前記制御装置は、稀吸収液出口温度と冷却水入口温度との設計上の温度差＋２℃以上となった場合に、予報発報を行うように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸収式冷凍機。

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