JP2918648B2 - 吸収冷凍機・冷温水機における冷温水・冷却水の変流量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は吸収冷凍機・冷温水機における冷温水・冷却
水の変流量制御装置に係り、詳しくは、吸収冷凍機・冷
温水機内を流通する冷温水・冷却水の流量を加熱装置で
の加熱量に応じて変化させることができるようにした制
御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

吸収冷凍機や吸収冷温水機などは、機内を循環する吸
収液の濃度変化により冷水をとり出すことができるよう
になっている。例えば二重効用型の吸収冷温水機などで
は、第３図に示すように、胴内に蒸発器1,吸収器2,低温
再生器3,凝縮器４があり、その胴外に高温再生器５が設
けられている。

蒸発器１には、その内部に蒸発器管1Aが配置され、高
真空下で蒸発器管1Aの外面に流下された冷媒液に蒸発潜
熱を奪われて、蒸発器管1A内を流れる冷水25を冷却する
ようになっている。その冷水25aは冷房を必要とする室
に設置された所定の熱交換器に送出され、受熱して昇温
した冷水25bは冷温水ポンプ12によって蒸発器管1Aへ戻
される。

一方、吸収器２には、その内部に吸収器管2Aが配置さ
れ、蒸発器１で発生した冷媒蒸気を吸収器管2A内を流れ
る冷却水26で冷却することにより、散布された吸収液27
に吸収させると共に胴内を高い真空に保持するようにな
っている。凝縮器４には、その内部に凝縮器管4Aが配置
され、再生器3,5で蒸発した冷媒蒸気を、凝縮器管4A内
を流れる冷却水26で冷却凝縮するようになっている。な
お、低温再生器３は、高温再生器５の気液分離器20で分
離蒸発した冷媒蒸気20aの潜熱で吸収液27aを加熱濃縮
し、冷媒を分離蒸発させ、高温再生器５では、吸収液27
bを真空中で加熱し、冷媒の一部を蒸発分離させてい
る。

上記の吸収器管2Aと凝縮器管4Aとは一般に連通されて
おり、冷却水26が吸収器２を通過した後に凝縮器４へ供
給される。その冷却水はクーリングタワーなどで降温さ
れ、冷却水ポンプ13を介して吸収器管2Aへ戻される。

このような動作を行う吸収冷凍機・冷温水機としての
機械系では、高温再生器５の加熱装置９における加熱量
調整弁10の開度が、冷水出口に設けられた温度センサ８
からの信号で調整されるようになっている。冷房のため
に設定された温度を得るに十分なように冷水出口温度が
低くなっていなければ、加熱量調整弁10の開度が増大さ
れて過熱が促進され、吸収冷凍機・冷温水機が全負荷も
しくはそれに近い状態で運転される。なお、吸収冷凍機
は主として冷房機能のみを有するが、吸収冷温水機の場
合は、冷房運転のみならず暖房運転をもすることができ
る。いずれの場合も二重効用型吸収機の場合は、高温再
生器５においてガスや油を焚くか高温の蒸気を導入して
吸収液を加熱し、一重効用型吸収機の場合は、再生器
（図示の例では低温再生器３にあたる部分）において高
温の蒸気を導入するようにしている。

ところで、蒸発器管1Aを流通する冷温水25や、吸収器
2,凝縮器４を流通する冷却水26は上述したようにそれぞ
れのポンプ12,13によって送出されるが、吸収冷凍機・
冷温水機が低負荷運転にあるときは、その吐出流量を必
要限度に留めておけば十分である。すなわち、冷温水25
や冷却水26の変流量調整すれば、各ポンプ12,13での消
費動力も節減することができる。

そのために、従来は、以下のような制御形態を採用し
ている。例えば、蒸発器管1Aの入口および出口に温度計
8A,8Bを設け、冷温水の入口温度t_INおよび出口温度t_OT
を検出し、その温度差t_IN−t_OTが小さければ、冷温水ポ
ンプ12および冷却水ポンプ13の吐出流量を減少させるよ
うにしている。すなわち、冷水の入口温度t_INが冷水の
出口温度t_OTに近ければ、冷房を必要としている室での
熱交換がさほど要求されていないということで意味する
から、あえて各ポンプ12,13での吐出量が多くしておく
必要がないと判断し、省エネルギを優先させるようにし
ている。

しかし、吸収冷凍機・冷温水機が例えば全負荷運転し
ているにもかかわらず、何らかの原因でたまたま上記の
温度差t_IN−t_OTが小さい場合がある。そのような場合
に、冷温水ポンプ12や冷却水ポンプ13の吐出量が、吸収
冷凍機・冷温水機の運転状態に関係なく減少されると、
とりわけ冷却水量が減らされると、吸収器２や凝縮器４
での冷却不足が生じ、吸収器２での冷媒蒸気の吸収機能
が低下し、胴内の高い真空が確保されなくなる。その場
合には、胴内の圧力が異常に上昇して安全装置が働き、
吸収冷凍機・冷温水機の作動が停止してしまう事態が生
じ、好ましくない。

そこで、このような事態の発生を防止するために、従
来では、冷温水ポンプ12や冷却水ポンプ13などを含む補
機動力系と吸収冷凍機・冷温水機などの機械系との間に
インターロックをとり、吸収冷凍機・冷温水機の加熱熱
量を減らされていることを確認した後に、各ポンプ12,1
3の吐出量減少を許容させている。すなわち、冷温水ポ
ンプ12や冷却水ポン13の吐出量を減らそうとするとき、
その信号ｈを機械系へ送り、それを受けて、吸収冷凍機
・冷温水機側では加熱装置９での加熱状態を検出するよ
うにしている。

例えば、高温再生器５にガス，油もしくは蒸気を供給
している加熱量調整弁10にリミットスイッチ28などを設
けておき、その加熱量調整弁10の開度が例えば50％以下
であれば、リミットスイッチ28が動作するようにしてい
る。したがって、リミットスイッチ28が動作していない
場合には、上記各ポンプ12,13の吐出量減少を禁止し、
動作していれば可能であるという信号ｋを、補機動力系
の制御装置29へ送り返すようにしている。後者の場合は
吸収冷凍機・冷温水機が低負荷運転状態にあるので、冷
温水や冷却水の量を減らされても差し支えないという信
号を受けて、各ポンプ12,13の作動状態の変更を許容す
る。各ポンプが一台の場合には、温度差に基づいてそれ
を駆動する電動機の回転数がインバータ制御され、同一
機能のポンプが二台以上設けられている場合には適数台
の作動を段階的に停止させるといったようにすることに
なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように補機動力系と機械系との間でインターロッ
クをとるようにしているのは、冷却水ポンプおよび冷温
水ポンプが補機動力系に属しており、補機動力系はその
建物全体の電気系統や冷暖房系統さらには各種計装など
をとりまとめる設備関係者の取り扱い範疇となっている
からである。すなわち、吸収冷凍機・冷温水機は機械提
供者が設置するもので、その機械に取り付けられている
ポンプは、冷凍機・冷温水機の動作に必要な吸収液ポン
プ19や冷媒ポンプ21程度までであり、上記の冷温水ポン
プ12や冷却水ポンプ13は、機械系での取扱の範囲外とな
っていることに基づいている。

したがって、冷温水ポンプ12や冷却水ポンプ13の吐出
量を調整するには、機械系とインターロックをとること
が必要であり、そのために、信号のやりとりすることが
必要とされ、制御系全体が複雑化し、また、その信号伝
達も煩雑化する問題がある。

本発明は上記した問題に鑑みなされたもので、その目
的は、補機動力系と機械系との間でインターロックをと
ることなく、冷温水ポンプおよび冷却水ポンプの駆動を
調整する制御系を簡略化できること、上記各ポンプを機
械系の動作に支配させておき、その吐出量変更を逐一行
わせることで各ポンプにおける動力消費の節減をより一
層確実に図ることができるようにすること、を実現する
吸収冷凍機・冷温水機における冷温水・冷却水の変流量
制御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、吸収冷凍機・冷温水機における蒸発器管を
流通する冷温水および吸収器管・凝縮器管を流過する冷
却水の流量を変化させる制御装置に適用される。

その特徴とするところは、第１図を参照して、冷温水
の出口温度t_OTを検出する冷温水温度検出手段８、その
冷温水温度検出手段８からの温度信号に基づいて、加熱
装置９における加熱熱量を調整する加熱量調整弁10、そ
の加熱量調整弁10の開度を検出する加熱度検出手段11、
その加熱度検出手段11からの信号により冷温水ポンプ12
および冷却水ポンプ13における吐出流量を演算する送水
量演算手段14、その送水量演算手段14からの信号により
冷温水量を変化させる冷温水ポンプ駆動調整手段15およ
び冷却水量を変化させる冷却水ポンプ駆動調整手段16を
設けていることである。

〔作用〕

加熱装置９が安定した燃焼状態に入った後、冷温水温
度検出手段８により冷温水の出口温度T_OTが検出され、
そこからの温度信号に基づいて加熱量調整弁10が開度調
整される。出口温度T_OTが冷房のために別途設定された
室温に対応する制御設定温度T_CSよりも低ければ、加熱
量調整弁10の開度が減少される。供給油量が減らされ燃
焼度が下げられると、吸収冷凍機・冷温水機における吸
収冷凍作用は弱められ、部分負荷運転に入る。

そのときの加熱量調整弁10の開度が加熱度検出手段11
によって検出され、その信号により冷温水ポンプ12およ
び冷却ポンプ13における吐出流量が送水量演算手段14で
演算される。その送水量演算手段14からの信号により冷
温水ポンプ駆動調整手段15および冷却水ポンプ駆動調整
手段16が動作して、もしくはいずれか一方のポンプ駆動
調整手段が動作して、冷温水ポンプ12および冷却水ポン
プ13、もしくは少なくともいずれか一方の吐出流量が減
少される。

蒸発器管1Aには部分負荷運転に相応しい量の冷温水が
流通され、吸収器管2Aおよび凝縮器管4Aには吸収冷凍作
用に相応しい量の冷却水が流過される。このような冷温
水ポンプ12および冷却水ポンプ13の運転が軽減される
と、それぞれのポンプ12,13における動力消費が節減さ
れる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加熱装置に燃料を供給している加熱
量調整弁の開度に基づき冷温水ポンプおよび冷却水ポン
プ、または少なくともいずれか一方の運転を制御するよ
うにしたので、従来技術のところで述べたように吸収冷
凍機・冷温水機などの機械系と補機動力系との間でイン
ターロックをとる必要がなく、また、機械系および両ポ
ンプの作動を調整する制御系も簡単なものとなる。しか
も、両ポンプの運転状態の変化を補機動力系で判断して
必要とする場合に比べ、機械系が両ポンプの運転を支配
するので、吸収冷凍機・冷温水機における吸収冷凍作用
を阻害させることなく、両ポンプの運転が常に機械系の
運転負荷状態に応じてなされ、ポンプ動力の消費を抑制
する省エネルギがより一層確実になされる。したがっ
て、補機動力系でポンプの吐出流量を一方的に変えるこ
とにより、吸収冷凍機・冷温水機側の運転を阻害するよ
うなことは回避される。加えて、補機動力系で吐出流量
を減少させる必要がないと判断するような場合でも、機
械系からの指令で調整がなされることになり、省エネル
ギの観点からは好ましい吐出流量制御がなされる。

〔実 施 例〕

以下に、本発明を実施例に基づいて、詳細に説明す
る。

第１図は、二重効用型の吸収冷温水機の一例の構成図
である。冷房および暖房機能を有する吸収冷温水機のみ
ならず、冷房機能を有する吸収冷凍機などでは、循環す
る吸収液の濃度変化により、蒸発器１内に配置された蒸
発器管1Aから、冷水を取り出すことができる。そのため
に、真空状態とされた胴内には、蒸発器1,吸収器2,低温
再生器３および凝縮器４が設けられ、その胴外には、吸
収器２や低温再生器３に連なる高温再生器５、さらに
は、吸収液の熱交換を行うための低温熱交換器６や高温
熱交換器７が設けられる。なお、以下の説明では吸収冷
温水機における冷房運転をとりあげ、同様に機能する暖
房運転や吸収冷凍機における冷房運転については、その
説明を省く。

蒸発器１の内部に配置された蒸発器管1Aには冷温水を
取り出す配管が接続され、それに冷温水出口温度を検出
する冷温水温度検出手段としての温度センサ８が設けら
れる。高温再生器５にはガスや油を焚く加熱装置９が設
置されるが、それには、温度センサ８からの信号に基づ
いて高温再生器５での加熱熱量を調整する加熱量調整弁
10が付設されている。これにより、吸収冷凍作用による
冷温水の出口温度が制御設定値と相違する場合、その出
口温度として制御設定値が得られるように、供給熱源量
が加熱量調整弁10の弁開度で調整される。

その加熱量調整弁10には、その開度を電気的に検出す
る加熱度検出手段としての開度センサ11が取り付けられ
ている。これにより、吸収冷温水機が全負荷運転してい
るのか、どの程度の部分負荷運転状態なのかを検出する
ことができるようになっている。この開度センサ11から
の信号により、冷温水ポンプ12および冷却水ポンプ13に
おける吐出量を演算する送水量演算手段14が設けられて
いる。これは、マイクロコンピュータなどであり、開度
センサ11から入力された電流信号をもとにして、冷温水
ポンプ12および冷却水ポンプ13の吐出流量をも演算する
ようになっている。

その送水量演算手段14からの信号により冷温水量を変
化させる冷温水ポンプ駆動調整手段15や、冷却水量を変
化させる冷却水ポンプ駆動調整手段16が設けられ、それ
ぞれのポンプ12,13を駆動している電動機17,18の回転数
を制御する。

制御形態の一例を述べると、冷温水ポンプ12および冷
却水ポンプ13の制御流量は、100％から50％の範囲で任
意に設定できるようにしている。そのような流量制御
は、加熱装置９における燃焼が安定した後すなわち着火
５分後から開始され、起動直後の不安定な作動時期を外
すように配慮されている。

いま、冷温水ポンプ12および冷却水ポンプ13の制御流
量比率をＷとし、加熱量調整弁10の開度をφとする。そ
して、設定された制御下限流量比率をＷ′（Wmin≦Ｗ′
≦１、ただしWminは例えば0.5）、制御下限流量比率が
Ｗ′のときの加熱量調整弁10の開度をφ′とする。その
ときの標準設定値を、例えば、 直焚きの場合には、Ｗ′＝0.5,φ′＝０と設定してお
く。ちなみに、蒸気加熱の場合は、Ｗ′＝0.5,φ′＝0.
3などとしておけばよい。

そこで、制御方法として、 （ｉ）０≦φ≦φ′のとき Ｗ＝Ｗ′ （ii）φ′＜φ≦１のとき、 とする（第２図参照）。そして、制御信号ｉとして、 Ｗ＝１のとき、 20mA Ｗ＝０のとき、 4mA ０＜Ｗ＜１のとき、 （16×Ｗ＋４）mA の電流値を出力させるようにしておく。

なお、冷水出口温度が異常に低いとか、冷水流量が異
常に少ないときは、制御信号を20mAとして、冷温水ポン
プ12および冷却水ポンプ13を100％流量で運転する。ま
た、制御回路が異常なときは、変流量制御保護用往診号
（CFQAR）により、100％流量運転に切り替えられるよう
にしておく。

このような制御形態を採用する吸収冷温水機によれ
ば、以下のように作動させることができる。

吸収冷温水機が運転されると、高温再生器５における
加熱装置９に例えば油が供給され、その燃焼によって、
吸収液を真空中で加熱し冷媒の一部を蒸発分離する。な
お、その吸収液は吸収器２から吸収液ポンプ19で導出さ
れたものであり、低温熱交換器６で昇温された後に低温
再生器３へ供給され、そこで、高温再生器５の気液分離
器20で分離蒸発した冷媒蒸気の潜熱により冷媒を分離蒸
発させた後の液であって、その後に高温熱交換器７でさ
らに加熱されて高温再生器５へ導入されたものである。

凝縮器４では、低温再生器３で蒸発した冷媒蒸気およ
び再生器管3A内を通過する間に冷媒液となり得なかった
冷媒蒸気を凝縮させる。凝縮器管4Aには吸収器管2Aを流
過した後の冷却水が流れており、それによって冷媒液が
生成される。その冷媒液は蒸発器１へ導出され、冷媒ポ
ンプ21で汲み上げ散布されると、高真空下で蒸発器管1A
の外面に流下された冷媒液に蒸発潜熱を奪われて、蒸発
器管1A内を流れる冷水を冷却する。吸収器２では、蒸発
器１で発生した冷媒蒸気が吸収器管2A内を流れる冷却水
で冷却され、散布された吸収液に吸収されると、胴内は
高い真空状態に維持される。

このような作動の間に、冷却水はクーリングタワーで
冷却されて、冷却水ポンプ13によって吸収器2,凝縮器４
を流過する。冷水は蒸発器１から冷房を必要とする室の
熱交換器へ導出された後、少し昇温した状態で冷温水ポ
ンプ12によって蒸発器管1Aへ戻される。

このような冷房作用が安定して行われていることが確
認された時点、すなわち、運転を開始して５分以上が経
過して、安定した燃焼状態に入った後に、温度センサ８
により冷温水出口温度T_OTが検出される。この検出温度
信号によって、高温再生器５における加熱装置９へ油な
どを供給する加熱量調整弁10が開度調整される。例え
ば、出口温度T_OTが冷房のために別途設定された室温に
対応する制御設定温度T_CSに等しければ、その弁開度は
そのままとされる。もし、その制御設定温度T_CSよりも
低ければ、吸収冷凍作用は過剰であるので、加熱量調整
弁10の開度が減少され、吸収冷温水機は部分負荷運転に
入る。このとき、供給油量が減少され、加熱装置９での
燃焼度は低下される。

以下、直焚きの場合を例にして、部分負荷運転におけ
る制御を説明する。部分負荷運転に入ると、吸収器２や
凝縮器４を流過する冷却水量が少なくなっても、また、
蒸発器１から導出される冷水量が減っても、その時点で
は吸収冷温水機の運転には差し支えがない。そこで、加
熱量調整弁10の開度φが小さくなったことを開度センサ
11が検出すると、送水量演算手段14では、その開度信号
を制御下限流量比率Ｗ′のときの開度φ′と対比すべく
演算される。開度φがφ′に等しいかそれより小さい
と、冷温水ポンプ12および冷却水ポンプ13の流量比率Ｗ
は予め決められているＷ′＝0.5とされ、そのときの制
御信号ｉは（16×0.5＋４）mA＝12mAとなる。それが、
冷温水ポンプ駆動調整手段15および冷却水ポンプ駆動調
整手段16に送出される。冷温水ポンプ駆動調整手段15お
よび冷却水ポンプ駆動調整手段16はその制御信号ｉに応
じて、冷温水ポンプ12を駆動する電動機17や冷却水ポン
プ13を駆動する電動機18の回転数をインバータ制御し
て、それぞれにおける吐出流量を抑制する。蒸発器管1A
には、そのときの部分負荷運転に相応しい量の冷温水が
流通され、吸収器管2Aおよび凝縮器管3Aには吸収冷凍作
用に相応しい量の冷却水が流過されることになる。この
ように冷温水ポンプ12および冷却水ポンプ13の運転が軽
減されると、それぞれのポンプにおける動力消費は節減
される。

一方、加熱量調整弁10の開度φが小さくなったが、送
水量演算手段14で、その開度信号が制御下限流量比率
Ｗ′のときの開度φ′より大きいと判定されたときは、 で求められる流量比率とされる。例えば、上記のように
φ′＝0,W′＝0.5で、φ＝0.6とすれば、Ｗ＝0.8とな
る。制御信号ｉは、（16×0.8＋４）mA＝16.8mAとなっ
て、冷温水ポンプ駆動調整手段15および冷却水ポンプ駆
動調整手段16へ入力される。その制御信号ｉに応じて電
動機17,18がインバータ制御され、このときの状態に相
応しい吐出流量が冷温水ポンプ12および冷却水ポンプ13
から送出され、省エネルギが図られる。

なお、作動の説明では、加熱装置での加熱熱量の割合
に応じて、冷温水を送り出す冷温水ポンプおよび冷却水
を送り出す冷却水ポンプを同時に吐出量調整させるよう
にしたが、いずれか一方について調整するようにしても
よい。また、上記の例は油を焚く場合であるが、都市ガ
スや天然ガスを焚く場合も同様であり、また、高温再生
器５の加熱装置９として蒸気を導入する装置の場合に
も、本発明を適用することができる。さらに、高温再生
器を備えない一重効用型の場合には、再生器内の再生器
管に蒸気を導入するが、その蒸気供給制御弁を加熱量調
整弁として扱い、その開度φをもとに、上記した制御作
動を行わせれば、本発明の適用が可能となる。ちなみ
に、上記各ポンプをインバータ制御する場合に限らず、
例えば冷却水ポンプを複数台備える場合には、加熱量調
整弁の開度に基づき運転台数を変化させるようにするこ
ともできる。

以上説明したような制御によれば、加熱装置に燃料を
供給している加熱量調整弁の開度に基づき、冷温水ポン
プまたは冷却水ポンプもしくは両方の吐出量制御がなさ
れ、従来技術のところで述べたように機械系と補機動力
系との間でインターロックをとる必要がなく、また、上
記の両ポンプの作動を調整する機能を含め全体の制御系
が、インターロックをとる場合よりも極めて簡素化され
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸収冷温水機およびそれに適用された冷温水・
冷却水の変流量制御装置の構成系統図、第２図は加熱量
調整弁の開度に対する冷温水ポンプおよび冷却水ポンプ
の制御流量比率の変化を説明するグラフ、第３図は従来
の制御系を説明する吸収冷温水機の構成図である。 1A……蒸発器管、2A……吸収器管、4A……凝縮器管、８
……温度センサ（冷温水温度検出手段）、９……加熱装
置、10……加熱量調整弁、11……開度センサ（加熱度検
出手段）、12……冷温水ポンプ、13……冷却水ポンプ、
14……送水量演算手段、15……冷温水ポンプ駆動調整手
段、16……冷却水ポンプ駆動調整手段、T_OT……冷温水
出口温度、

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 15/00 306

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸収冷凍機・冷温水機における蒸発器管を
   流通する冷温水および吸収器管・凝縮器管を流過する冷
   却水の流量を変化させる制御装置において、 冷温水の出口温度を検出する冷温水温度検出手段と、 その冷温水温度検出手段からの温度信号に基づいて加熱
   装置での加熱熱量を調整する加熱量調整弁と、 その加熱量調整弁の開度を検出する加熱度検出手段と、 その加熱度検出手段からの信号により、前記冷温水ポン
   プおよび冷却水ポンプにおける吐出流量を演算する送水
   量演算手段と、 その送水量演算手段からの信号により冷温水量を変化さ
   せる冷温水ポンプ駆動調整手段および冷却水量を変化さ
   せる冷却水ポンプ駆動調整手段と、 を具備することを特徴とする吸収冷凍機・冷温水機にお
   ける冷温水・冷却水の変流量制御装置。