JP4167856B2 - 吸収冷温水機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビル空調用空気調和装置等に用いられる吸収冷温水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平８−６８５７２号公報（従来技術１）に記載されるように、二重効用吸収冷凍機において、高温再生器および低温再生器の溶液循環量を冷房負荷に応じて制御する技術が知られている。また、特開平１１−２５７７８１号公報（従来技術２）、特にその図７に示されるように、溶液スプレーポンプを備えるサイクルも知られている。すなわちこの技術は、低負荷時にも低温再生器の戻り液が循環できるように、低温再生器および高温再生器の戻り溶液を混合した後の配管に溶液スプレーポンプを設置し、戻り溶液を溶液スプレーポンプで吸い込んで強制的に吸収器に送り込むものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に吸収冷温水機には、密閉型のキャンドポンプが採用されている。このためキャンドポンプでは、ベアリングの潤滑とモータの冷却とのためにポンプ自身の吐出溶液を取り出し、ポンプの後部から吸い込んで循環させる、いわゆる自己循環（自己サーキュレーション）による溶液を用いてベアリングの潤滑、モータ冷却とを行なう自己循環式が一般的である。
【０００４】
ところで上記従来技術１に記載されるように、冷房負荷に応じて溶液循環量をインバータ等によって制御すると、ポンプの吐出圧力が下がり、このため自己循環による溶液が不足しがちになる。特に従来技術２の図７に示されように、高温再生器および低温再生器からの溶液を吸収器へ還流させる溶液スプレーポンプを備えた吸収冷温水機では、元来、吸収器の圧力が低いため溶液スプレーポンプの揚程が小さい。従って、溶液流量が減ると溶液スプレーポンプの吐出圧も低下する。このため、自己循環溶液量が不足し、溶液スプレーポンプのベアリング潤滑、モータ冷却が不足しがちになる。この不足を補うために、ベアリング材質に潤滑特性の高い高価なセラミックの材質を用いたり、モータコイルの過熱に耐える高温の絶縁特性を有するモータに変更する必要があるなど、費用のかかる対策が必要となる。
【０００５】
本発明の目的は、サイクル効率の低下を抑制しつつ、負荷が小さく溶液循環量が小さい場合でも溶液スプレーポンプの自己循環溶液量を確保でき、溶液スプレーポンプの高寿命化を図ることができる吸収式冷温水機を提供することにある。
【０００７】
上記目的を解決するために、本発明は、高温再生器と、低温再生器と、これら高温再生器、低温再生器へ溶液を送るための溶液循環ポンプと、吸収器と、この吸収器へ濃溶液を送るための自己潤滑式の溶液スプレーポンプとを動作可能に配管接続し、溶液循環量を負荷に応じて可変制御する吸収冷温水機において、前記溶液循環ポンプの吐出側から希溶液を前記溶液スプレーポンプの潤滑液取り込み口に取入れる第１の冷却配管とこの第１の冷却配管に設けられた希溶液切り替え弁とを備え、前記溶液スプレーポンプの吐出側から濃溶液を前記潤滑液取り込み口に取入れる第２の冷却配管とこの第２の冷却配管に設けられた濃溶液切り替え弁とを備え、前記溶液循環量溶の少ないときは前記希溶液切り替え弁を開いて前記濃溶液切り替え弁を閉じ、前記溶液循環量の多いときは前記希溶液切り替え弁を閉じて前記濃溶液切り替え弁を開くように制御するものである。
より好ましくは、前記溶液循環量は、冷房負荷、高温再生器の圧力もしくは温度、冷房サイクル中の溶液温度のいずれかによって検知して制御するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず図１３によって、高温再生器および低温再生器に希溶液を並行に流す方式、いわゆるパラレルフロー方式の一般的な吸収冷温水機の構成と、冷房サイクル時の溶液フローとについて説明する。
【００１０】
吸収冷温水機は、高温再生器１と、熱交換器２ａを内蔵する低温再生器２と、凝縮器３と、熱交換器４ａを内蔵する蒸発器４と、熱交換器５ａを内蔵する吸収器５とを備えている。また吸収冷温水機は、低温熱交換器６および高温熱交換器７の２つの液−液熱交換器要素と、前記高温再生器１および低温再生器２へ希溶液を送るための溶液循環ポンプ８とを備えている。さらに吸収冷温水機は、前記吸収器５へ濃溶液を送るための自己潤滑式（溶液の自己潤滑によってベアリングの潤滑、モータの冷却を行なう）の溶液スプレーポンプ９と、冷媒ポンプ１０と、これらをサイクル動作可能に結ぶ配管Ｐ１〜Ｐ１０とを備えている。
【００１１】
上記構成において、冷房サイクル時の溶液フロー（矢印で示す）について説明する。
高温再生器１内の希溶液はバーナ等の外部熱源によって加熱され、希溶液は冷媒蒸気を発生して濃縮される。発生した冷媒蒸気は、配管Ｐ１を経由して低温再生器２内の熱交換器２ａに導かれる。熱交換器２ａに導かれた冷媒蒸気は、低温再生器２内の溶液を加熱・濃縮して冷媒蒸気を発生させ、高温再生器１から導かれた冷媒蒸気は凝縮液化し、配管Ｐ２を経由して凝縮器３に流入する。低温再生器２で発生した冷媒蒸気は凝縮器３に導かれ、冷却水で冷却されて凝縮液化し、配管Ｐ３を経由して蒸発器４に送られる。蒸発器４内の液冷媒は配管Ｐ４に設けられている冷媒ポンプ１０で圧送され、蒸発器４内の熱交換器４ａ上に散布される。
【００１２】
散布された液冷媒は、熱交換器４ａ内を流れる冷水と熱交換して蒸発気化し、吸収器５に流入する。その際、蒸発潜熱により冷房作用を発揮する。吸収器５では、高温再生器１および低温再生器２で濃縮された濃溶液が配管Ｐ５、Ｐ６を経由して溶液スプレーポンプ９に送られる。溶液スプレーポンプ９で加圧された濃溶液は配管Ｐ７を経由して吸収器５内の熱交換器５ａ上に散布される。散布された濃容液は、熱交換器５ａ内を流れる冷却水で冷却され、蒸発器４からの冷媒蒸気を吸収して希溶液が生成される。
【００１３】
吸収器５で生成された希溶液は、配管Ｐ８の途中に設けられている溶液循環ポンプ８によって加圧される。加圧された希溶液は低温熱交換器６を出て配管Ｐ８を流れるが、配管Ｐ８が二分された後は、一方は配管Ｐ９を経由して低温再生器２に供給され、他方は配管Ｐ１０と高温熱交換器７とを経由して高温再生器１に供給される。
【００１４】
以上が冷房サイクル時の溶液フローである。一般に、設計仕様点における機内運転圧力は、吸収器５で１／１００気圧、高温再生器１で、０．８〜０．９気圧である。このため、溶液循環ポンプ８の吐出圧力は１０〜２０ｍ液柱と高く設計され、一方、溶液スプレーポンプ９の吐出圧力は３〜６ｍ液柱と低く設計されている。
【００１５】
これら溶液循環ポンプ８、溶液スプレーポンプ９、冷媒ポンプ１０は高い気密性が求められ、一般に全密閉型のキャンドポンプが採用されている。従って、自己循環溶液を用いてベアリングの潤滑、モータの冷却が可能なように、各ポンプ８、９、１０には冷却配管Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０が設けられている。このような配管系で冷房負荷に応じて適切な溶液循環量を制御すると、溶液スプレーポンプ９の吐出圧力が低下し、自己循環溶液が不足する。
【００１６】
図１は、参考例１の吸収冷温水機に係るパラレルフロー方式の系統図で、自己循環溶液の流量不足を解消するように構成したものである。
図１の参考例１が、前記図１３に示すものと異なる点は、溶液循環ポンプ８の冷却配管Ｃ８から分岐した冷却配管１１から溶液スプレーポンプ９の自己循環用溶液を取り込む構成にしたことである。自己循環用溶液の取り出し位置は、循環に必要な圧力を有する部位なら他の配管からでもよく、例えば冷却配管（破線で示す）で示す部位からも取り入れることができる。すなわち、より高い圧力で運転されている溶液循環ポンプ８の吐出側から溶液を取っているので自己循環溶液の不足を起こすことはなくなる。
【００１７】
本参考例１によれば、冷房負荷に応じて溶液循環量が減少し、溶液スプレーポンプ９の吐出圧力が低下しても、より高い圧力で運転されている溶液循環ポンプ８の吐出側から溶液を取り入れるという簡単な機構で自己循環溶液の不足を起こすことがなくなる。すなわち、溶液流量（冷房負荷）に関係なく、溶液スプレーポンプの自己循環溶液量を確保でき、溶液スプレーポンプの高寿命化を図ることができる。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施例の系統図を示す。図２が、図１に示す参考例１と異なる点は、溶液スプレーポンプ９の自己循環溶液を溶液循環ポンプ８の吐出側から取り入れている冷却配管１１と、溶液スプレーポンプ９の吐出側から取り入れている冷却配管Ｃとを備え、それぞれに希溶液切り替え弁１２および濃溶液切り替え弁１３を設けた点である。溶液スプレーポンプ９の自己循環溶液を溶液循環ポンプ８の吐き出し側から取り入れると、濃縮した溶液に希溶液が混入してしまうためサイクル効率を低下させてしまう。
そこで本実施例では、溶液循環量の少ないときは希溶液切り替え弁１２を開き、濃溶液切り替え弁１３を閉じる。溶液循環量の多いときは希溶液切り替え弁１２を閉じ、濃溶液切り替え弁１３を開くように制御する。
【００１９】
このように弁を開閉制御することによって、自己循環溶液の不足を起こさずに、また、サイクル効率の低下を減らすことができる。ここで、切り替えのタイミングは、入熱量や冷水の出入り口温度差等で冷房負荷が大きいと判断されるとき、高温再生器１の圧力が高いとき、高温再生器１の温度が高いとき、冷房サイクル中のいずれかの部位の溶液温度が高いとき、あるいは溶液循環ポンプ８や溶液スプレーポンプ９をインバータ制御している場合はその運転周波数指令信号をとって、制御装置１４で溶液循環量が多いか少ないかを判断して行なう。なお図２には、各配管に設けられた圧力や温度を計測するセンサからの信号線（破線で示す）、溶液切り替え弁やバーナ等の駆動信号を送るための信号線（破線で示す）等が制御装置１４に接続されている。
本実施例によれば、溶液循環ポンプの吐出側と前記溶液スプレーポンプの潤滑液取り込み口とを弁を介して接続し、前記溶液スプレーポンプの吐出側と潤滑液取り込み口とを弁を介して接続し、前記溶液の循環量に応じて前記いずれかの弁の開閉を制御することで、サイクル効率の低下を減らして上記参考例 1と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
図３は、参考例２の系統図である。
図３が、参考例１、第１の実施例と異なる点は、溶液スプレーポンプ９の吐出側の配管Ｐ７に可変絞り弁１５を設けた点である。溶液循環量が少ない場合、可変絞り弁１５を閉じ加減に、溶液循環量が多い場合、可変絞り弁１５を開き加減に制御する。このように可変絞り弁１５の開閉量を制御することによって、溶液スプレーポンプ９の吐出圧は高く保たれるので、自己循環溶液の不足を起こすことはない。
【００２１】
ここで、可変絞り弁１５の開閉量の制御は、入熱量や冷水の出入り口温度差等で冷房負荷が大きいと判断されとき、高温再生器１の圧力が高いとき、高温再生器１の温度が高いときに行う。あるいは、冷房サイクル中のいずれかの部位の溶液温度が高いとき行う。溶液循環ポンプ８や溶液スプレーポンプ９をインバータ制御している場合はその運転周波数指令信号に基づいて制御装置１４が循環量が多いか少ないかを判断して行う。あるいは、溶液スプレーポンプ９の吸い込み液位を何れかの信号によって、制御装置１４で循環量が多いか少ないかを判断して行う。
本参考例２によれば、溶液スプレーポンプは吐出側に可変制御弁を備え、前記溶液の循環量に応じて前記可変制御弁の開閉量を制御することで、サイクル効率の低下を減らして、上記参考例１と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
図４は、参考例３の系統図である。
図４が、参考例２と異なる点は、溶液スプレーポンプ９の吐出側配管Ｐ７の絞り弁１６を、溶液スプレーポンプ９の吸込側の液位を検知して作動するフロート弁１６にした点である。
本参考例３によれば、可変制御弁を、溶液スプレーポンプ吸い込み側の液位を検知して開閉制御するフロート弁とすることで、簡単な機構で上記参考例１と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
以上で説明した参考例１ないし３、第１の実施例は、パラレルフロー方式についてのものであるが、これと異なった冷凍サイクルフローの吸収冷温水機にも適用できる。
図５は、いわゆるシリーズフローと称される冷房サイクルフローに、前記参考例１で示す自己循環溶液の流路構成を適用した参考例４である。
シリーズフローとパラレルフローとの溶液循環の違いは、シリーズフロー方式では希溶液が、吸収器５から配管Ｐ８の途中に設けられている溶液循環ポンプ８、低温熱交換器６、高温熱交換器７を経由し高温再生器１に流入する点である。高温再生器１で濃縮された溶液は配管Ｐ５の途中に設けられている高温熱交換器７を経由し低温再生器２でさらに濃縮される。この濃縮された溶液は、配管Ｐ６の途中に設けられている溶液スプレーポンプ９、低温熱交換器６を経由して吸収器５に還流する点である。このような溶液の流れでは、循環制御が比較的容易である。その反面、全液量が高温再生器１に送られるため、高温熱交換器１が大きくなる。前述の通り溶液の流れは異なっているが、各部の動作は図１のものと略同様である。
【００２４】
図６は、図５で示すシリーズフロー方式に前記第１の実施例で説明する自己循環溶液の流路構成を適用した第２の実施例である。図７は、同様にシリーズフローに前記参考例２で示す自己循環溶液の流路構成を適用した参考例５である。図８は、さらにシリーズフローに前記参考例３で示す自己循環溶液の流路構成を適用した参考例６である。
上記参考例４ないし６、第２の実施例においても、前記参考例１ないし３、第 1 の実施例のパラレルフローのそれぞれと同様の効果が得られる。
【００２５】
図９は、いわゆるリバースフローと称される冷房サイクルフローに前記参考例１を適用した参考例７である。
リバースフローとパラレルフローとの溶液循環の違いは、吸収器５から配管Ｐ８の途中に設けられている希溶液が溶液循環ポンプ８、低温熱交換器６を経由して低温再生器２に流入する点である。低温再生器２で濃縮された溶液は二分され、一部は、配管Ｐ６の途中に設けられている溶液再循環ポンプ８ａ、高温熱交換器７を経由して高温再生器１でさらに濃縮される。この高温再生器１で濃縮された溶液は、配管Ｐ５の途中に設けられている高温熱交換器７を経由して、前記二分された溶液のうちの一方の低温再生器２で濃縮された溶液と合流し、溶液スプレーポンプ９、低温熱交換器６を経由して吸収器５に還流する点である。
なおリバースフロー方式の吸収冷温水機では、全ての希溶液が低温再生器に送られるため、高温再生器の運転圧力を下げられる効果がある反面、新たに溶液再循環用のポンプが必要になる。
【００２６】
図９において、溶液スプレーポンプ９の自己循環溶液は溶液循環ポンプ８の吐出側から取り入れているが、溶液再循環ポンプ８の吐出側の他の部位から取っても、溶液スプレーポンプ９の自己循環に関しては同様の効果を得ることができる。
図１０は、図９で説明したリバースフロー方式に前記第１の実施例を適用した第３の実施例である。図１１は、同様にリバースフローに前記参考例２を適用した参考例８である。図１２は、さらにリバースフローに前記参考例３を適用した参考例９である。溶液スプレーポンプ９の自己循環に関する作用・効果は図１ないし図４のものと同様である。
【００２７】
図１１では、溶液スプレーポンプ９の自己潤滑の溶液液は溶液循環ポンプ８の吐出側から取り入れているが、溶液再循環ポンプ８ａの他の吐出側からとっても同様の効果を得ることができる。
上記参考例７ないし９、第３の実施例においても、前記参考例１ないし３、第 1 の実施例のパラレルフローのそれぞれと同様の効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、吸収器へ濃溶液を送るための自己潤滑式の溶液スプレーポンプを有する吸収冷温水機において、サイクル効率の低下を抑制しつつ、負荷が小さく溶液循環量が小さい場合でも溶液スプレーポンプの自己循環溶液量を確保でき、溶液スプレーポンプの高寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１のパラレルフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図２】本発明の第 1 の実施例のパラレルフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図３】参考例２のパラレルフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図４】参考例３のパラレルフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図５】参考例４のシリーズフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図６】本発明の第２の実施例のシリーズフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図７】参考例５のシリーズフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図８】参考例６のシリーズフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図９】参考例７のリバースフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図１０】本発明の第３の実施例のリバースフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図１１】参考例８のリバースフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図１２】参考例９のリバースフローの吸収冷温水機の系統図である。
【図１３】パラレルフローの一般的な吸収冷温水機の系統図である。

Claims (2)

1. 高温再生器と、低温再生器と、これら高温再生器、低温再生器へ溶液を送るための溶液循環ポンプと、吸収器と、この吸収器へ濃溶液を送るための自己潤滑式の溶液スプレーポンプとを動作可能に配管接続し、溶液循環量を負荷に応じて可変制御する吸収冷温水機において、
   前記溶液循環ポンプの吐出側から希溶液を前記溶液スプレーポンプの潤滑液取り込み口に取入れる第１の冷却配管とこの第１の冷却配管に設けられた希溶液切り替え弁とを備え、
   前記溶液スプレーポンプの吐出側から濃溶液を前記潤滑液取り込み口に取入れる第２の冷却配管とこの第２の冷却配管に設けられた濃溶液切り替え弁とを備え、
   前記溶液循環量の少ないときは前記希溶液切り替え弁を開いて前記濃溶液切り替え弁を閉じ、前記溶液循環量の多いときは前記希溶液切り替え弁を閉じて前記濃溶液切り替え弁を開くように制御することを特徴とする吸収冷温水機。
2. 前記溶液循環量は、冷房負荷、高温再生器の圧力もしくは温度、冷房サイクル中の溶液温度のいずれかによって検知して制御することを特徴とする請求項１記載の吸収冷温水機。

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