JP4721783B2 - 吸収冷温水機の運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷房などの冷却作用と暖房などの加熱作用が同時に行えるように、冷水と温水が同時に供給できる吸収冷温水機の制御に関するものである。

従来の冷／温水同時供給型の吸収冷温水機においては、一般に冷水供給を主、温水供給を従として制御する冷房主運転と、逆に温水供給を主、冷水供給を従として制御する暖房主運転とは、例えば図３に示したように、冷媒の主に蒸発熱で冷却するために冷却負荷から蒸発器に還流してきた冷水の温度、すなわち還流冷水温度ｔと、冷媒の主に凝縮熱で加熱するために加熱負荷から温水器に還流してきた温水の温度、すなわち還流温水温度Ｔに基づいて、その領域をはっきりと区分するようにしていた（例えば、特許文献１参照。）。

また、図３に示した従来の冷／温水同時供給型の吸収冷温水機においては、冷却／加熱作用を終えて吸収冷温水機に還流してくる冷水と温水の温度のみに基づいて冷房主運転と暖房主運転の切換を行うものであったので、条件によっては冷房主運転と暖房主運転が頻繁に切換わり、冷水と温水の安定供給が困難となることがあった。そのため、吸収冷温水機を図４に示したように制御する提案もある（例えば、特許文献１参照。）。

すなわち、還流冷水温度ｔが第１の冷水所定温度ｔ１より僅かに高い第２の冷水所定温度ｔ２より低く、還流温水温度Ｔが第１の温水所定温度Ｔ１より僅かに低い第２の温水所定温度Ｔ２より高い、冷却／加熱負荷共に小さい低負荷状態に、少なくとも還流冷水温度ｔが第２の冷水所定温度ｔ２より高いか、還流温水温度Ｔが第２の温水所定温度Ｔ２より低い高負荷状態から移行するときに、冷房主運転から移行するときには冷房主運転を継続し、暖房主運転から移行するときには暖房主運転を継続する制御が提案されている。
特開平１０−４７８０４号公報

冷却負荷に循環供給される冷水と、加熱負荷に循環供給される温水とが定流量制御されているときには、図４に示した従来周知の制御で全く問題ないが、冷水と温水の変流量制御を行ってランニングコストの一段の削減を図るときには、温度差だけからでは冷却負荷と加熱負荷の大きさが分からないため、冷房主運転から暖房主運転、暖房主運転から冷房主運転への切り替わりが頻繁に起こり、冷水出口温度や温水出口温度が安定しなくなる、と云った問題点があった。

したがって、ランニングコストの一層の削減が可能に、冷却負荷に循環供給する冷水と加熱負荷に循環供給する温水の変流量制御を行っても、冷水出口温度と温水出口温度が大きく変動しないようにする必要があり、その解決が課題となっていた。

本発明は、再生器・凝縮器・蒸発器・吸収器などを配管接続して冷媒と吸収液の循環サイクルを形成すると共に、蒸発器の内部に通水して所定の温度を目標に冷却した冷水を冷却負荷に循環供給する冷水供給経路と、再生器から流入した冷媒蒸気が放熱して凝縮し、再生器に還流する冷媒液が生成される容器内に通水して所定の温度を目標に加熱した温水を加熱負荷に循環供給する温水供給経路とを備え、加熱手段によって前記再生器に供給する熱量を、冷却のために前記蒸発器に通水する水の温度に基づいて制御する冷水主、温水従運転、若しくは加熱のために前記容器に通水する水の温度に基づいて制御する温水主、冷水従運転が、前記蒸発器に通水する水の温度と前記容器に通水する水の温度に基づいて切替可能に設けられた吸収冷温水機において、
前記冷水主温水従運転と温水主冷水従運転との運転切替の判定基準温度Ｌ１〜Ｌ４を、冷水供給経路での出口設定温度、出入口設定温度差、定格流量に対する冷水流量比と、温水供給経路での出口設定温度、出入口設定温度差、定格流量に対する温水流量比とを変数として固有の演算式から決定し、
縦軸及び横軸を冷水の入口側温度である還流冷水温度及び温水の入口側温度である還流温水温度とする座標面上に形成した運転切替判定図における判定基準線Ｌ１〜Ｌ４のレベルを変更し、
前記運転切替判定図における冷水の入口側温度及び温水の入口側温度のプロット位置が属する領域から冷房主運転か暖房主運転かを判定し、
冷房主運転の場合には冷水出口側温度が所定の温度になるように、また暖房主運転の場合には温水出口側温度が所定温度になるように、前記加熱手段での熱量を制御することで、換言すれば、前記加熱手段での熱量の制御毎に前記固有の演算式に基づき判定基準温度を変更させることにより、
冷水と温水の変流量制御を行う際の、冷水出口温度及び温水出口温度の変動を抑制制御することを特徴とする吸収冷温水機の運転制御方法である。
また、本発明の吸収冷温水機の運転制御方法は、前記演算式が、
Ｌ１＝冷水の設定出口温度＋Ｃ１×冷水の出入口設定温度差÷冷水流量比
Ｌ３＝冷水の設定出口温度＋Ｃ２×冷水の出入口設定温度差÷冷水流量比
Ｌ２＝温水の設定出口温度＋Ｃ３×温水の出入口設定温度差÷温水流量比
Ｌ４＝温水の設定出口温度＋Ｃ４×温水の出入口設定温度差÷温水流量比
但し、Ｃ１、Ｃ３；１に近い１以下の適宜の数値、例えば０．９
Ｃ２、Ｃ４；Ｃ１、Ｃ３の１／２０程度の適宜の数値、例えば、
０．０５、
である、ことを特徴とする。

本発明によれば、ランニングコストの一段の削減を図るために冷水と温水の変流量制御を行うときにも、冷却負荷に供給する冷水と加熱負荷に供給する温水の出口温度が安定するので、安定した冷暖房などが可能になる。

再生器・凝縮器・蒸発器・吸収器などを配管接続して冷媒と吸収液の循環サイクルを形成すると共に、蒸発器の内部に通水して所定の温度を目標に冷却した冷水を冷却負荷に循環供給する冷水供給経路と、再生器から流入した冷媒蒸気が放熱して凝縮し、再生器に還流する冷媒液が生成される容器内に通水して所定の温度を目標に加熱した温水を加熱負荷に循環供給する温水供給経路とを備え、加熱手段によって前記再生器に供給する熱量を、冷却のために前記蒸発器に通水する水の温度に基づいて制御する冷水主、温水従運転、若しくは加熱のために前記容器に通水する水の温度に基づいて制御する温水主、冷水従運転が、前記蒸発器に通水する水の温度と前記容器に通水する水の温度に基づいて切替可能に設けられた吸収冷温水機において、前記冷水主温水従運転と温水主冷水従運転との運転切替の判定基準温度を、冷水供給経路での出口設定温度、出入口設定温度差、定格流量に対する冷水流量比と、温水供給経路での出口設定温度、出入口設定温度差、定格流量に対する温水流量比とを変数として固有の演算式から決定して、前記加熱手段での熱量の制御毎に変更させることにより、冷水と温水の変流量制御を行う際の、冷水出口温度及び温水出口温度の変動を抑制制御する、ようにした運転制御方法。

以下、本発明の一実施例を図１、図２に基づいて詳細に説明する。

図１に例示したものは冷／温水を冷却負荷、加熱負荷それぞれに循環供給することができる冷温水機としての二重効用吸収式冷凍機であり、冷媒に水を、吸収液に臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液を使用したものである。

図において、１は加熱手段としてのガスバーナ１Ｂを備えた高温再生器、２は低温再生器、３は凝縮器、４は蒸発器、５は吸収器、６は低温熱交換器、７は高温熱交換器、８は温水器、９は放熱器、１０〜１２は吸収液配管、１３は吸収液ポンプ、１４〜１９は冷媒配管、２０は冷媒ポンプ、２２は図示しない冷房などの冷却負荷に冷水を循環供給するための、途中に蒸発器熱交換器４Ａを備えた冷水配管、２３は途中に吸収器熱交換器５Ａ、凝縮器熱交換器３Ａおよび放熱器熱交換器９Ａを備えた冷却水配管、２４は図示しない暖房などの加熱負荷に温水を循環供給するための、途中に温水器熱交換器８Ａを備えた温水配管、２５は分岐温水配管、２６は分岐冷却水配管、２７〜３０は開閉弁、３１〜３３は流量制御弁であり、これらの機器はそれぞれ図１に示したように配管接続されている。

上記構成の吸収冷温水機においては、開閉弁２７〜２９を閉じると共に、冷却水配管２３への冷却水の供給を停止してガスバーナ１Ｂを点火すると、高温再生器１では溶液が加熱され、この加熱溶液から蒸発分離した冷媒蒸気が冷媒配管１８を介して温水器８に入り、ここで温水器熱交換器８Ａを流れる水と熱交換して凝縮し、冷媒配管１９を通って高温再生器１に戻る循環が行われるので、温水器熱交換器８Ａを流れて冷媒蒸気と熱交換し、温度上昇した水、すなわち温水を温水配管２４を介して図示しない加熱負荷に循環供給することで、暖房などの加熱作用を行うことができる。

一方、開閉弁２７〜２９を開き、温水配管２４による温水器８への通水を停止した状態で冷却水配管２３に冷却水を通し、ガスバーナ１Ｂを点火して高温再生器１で溶液を加熱すると、高温再生器１で溶液から蒸発分離した冷媒蒸気は冷媒配管１４に流れ、低温再生器２で中間吸収液を加熱濃縮して凝縮器３に入り、低温再生器２で冷媒蒸気により加熱されて中間吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気は凝縮器３へ入り、冷却水配管２３から凝縮器熱交換器３Ａへ流れた冷却水と熱交換して凝縮液化した後、冷媒配管１４からの凝縮冷媒と一緒になって冷媒配管１５を介して蒸発器４へ入る。

蒸発器４では、冷媒ポンプ２０によって蒸発器熱交換器４Ａの上に散布された冷媒液が冷水配管２２からの水と熱交換して蒸発し、このときの気化熱によって蒸発器熱交換器４Ａ内を流れる水が冷却される。そして、蒸発器４で蒸発した冷媒蒸気は吸収器５に入り、上方から散布される吸収液に吸収される。

冷媒を吸収して濃度の薄くなった吸収器５の吸収液は、吸収液ポンプ１３の運転により低温熱交換器６・高温熱交換器７を経て高温再生器１へ送られる。高温再生器１に入った吸収液は、ガスバーナ１Ｂにより加熱されて冷媒が蒸発し、中濃度の吸収液となって高温熱交換器７を経由して低温再生器２に入る。

そして、ここで吸収液は高温再生器１から冷媒配管１４を流れて来た冷媒蒸気によって加熱され、さらに冷媒が蒸発分離されて濃度が高くなる。高濃度になった吸収液は低温熱交換器６を経て吸収器５へ入り、上方から散布される。

上記のように吸収冷温水機の運転が行われると、蒸発器４において蒸発器熱交換器４Ａの管壁を介して冷媒の気化熱によって冷却された水が、冷水配管２２を介して図示しない冷却負荷に循環供給できるので、冷房などの冷却作用が行える。

また、開閉弁２７〜２９を開き、温水配管２４による温水器８への通水を行いながら冷却水配管２３に冷却水を通してガスバーナ１Ｂを点火し、高温再生器１で溶液を加熱すると、高温再生器１で溶液から蒸発分離した冷媒蒸気は冷媒配管１４と１８を介して低温再生器２と温水器８に同時に供給されるので、冷水配管２２から冷水を循環供給して行う冷房などの冷却作用と、温水配管２４から温水を循環供給して行う暖房などの加熱作用の両方が同時に行える。

３５は、上記のような動作が可能な吸収冷温水機に設けた制御装置であり、マイコンなどから構成されている。また、冷水配管２２の蒸発器４出入口側には温度センサ４１、４２、圧力センサ４３、４４が設置され、温水配管２４の温水器８出入口側には温度センサ４５、４６、圧力センサ４７、４８が設置されて、蒸発器４に出入する冷水の温度と圧力、温水器８に出入する温水の温度と圧力がそれぞれ計測できるように構成されている。

そして、制御器３５の図示しないメモリー部には、蒸発器４内に設置された蒸発器熱交換器４Ａの内部を流れる冷水の流量を推定するための、圧力センサ４３、４４が計測した蒸発器４出入口部における冷水の圧力、若しくはその圧力差を変数とした実験式からなる演算式と、温水器８内に設置された温水器熱交換器８Ａの内部を流れる温水の流量を推定するための、圧力センサ４７、４８が計測した温水器８出入り口部における温水の圧力、若しくはその圧力差を変数とした実験式からなる演算式とが格納されている。

また、制御器３５の図示しないメモリー部には、図２に示した運転切替判定図における判定基準温度Ｌ１〜Ｌ４を、蒸発器４または温水器８から吐出する冷温水の設定出口温度、前記容器に出入口する冷温水の設定温度差、定格流量に対する冷温水の各比率を変数として演算するための以下の演算式
Ｌ１＝冷水の設定出口温度＋Ｃ１×冷水の出入口設定温度差÷冷水流量比
Ｌ３＝冷水の設定出口温度＋Ｃ２×冷水の出入口設定温度差÷冷水流量比
Ｌ２＝温水の設定出口温度＋Ｃ３×温水の出入口設定温度差÷温水流量比
Ｌ４＝温水の設定出口温度＋Ｃ４×温水の出入口設定温度差÷温水流量比
が格納されている。

なお、式中Ｃ１〜Ｃ４は定数であり、Ｃ１とＣ３は１に近い１以下の適宜の数値、例えば０．９、Ｃ２とＣ４はＣ１、Ｃ３の１／２０程度の適宜の数値、例えば０．０５などが選択される。また、冷水流量比、温水流量比は、それぞれ定格流量に対する比率であり、流量が定格流量の１／５のときの流量比は０．２、半分のときの流量比は０．５である。

また、制御器３５の図示しないメモリー部には、所定時間毎に圧力センサ４３、４４が計測した冷水の圧力に基づいて、蒸発器４（の蒸発器熱交換器４Ａ）に出入している冷水の流速を演算（推定）し、圧力センサ４７、４８が計測した温水の圧力に基づいて、温水器８（の温水器熱交換器８Ａ）に出入している温水の流速を演算（推定）し、冷水と温水の流速からＬ１〜Ｌ４の値を演算して判定基準線Ｌ１〜Ｌ４のレベルを変更した後、温度センサ４１が計測した冷水の蒸発器４入口側温度、すなわち還流冷水温度ｔと、温度センサ４５が計測した温水の温水器８入口側温度、すなわち還流温水温度Ｔを図面上にプロットし、そのプロット位置から冷房主運転か暖房主運転かを判定し、冷房主運転と判定したときには、温度センサ４２が計測する冷水の蒸発器４出口側温度が所定の温度、例えば７℃になるようにガスバーナ１Ｂの火力を調整し、暖房主運転と判定したときには、温度センサ４６が計測する温水の温水器８出口側温度が所定の温度、例えば５０℃になるようにガスバーナ１Ｂの火力を調整するための所要の制御プログラムも記憶させてある。

したがって、ランニングコストの一層の削減を図るために、冷水配管２２を介して冷却負荷に循環供給する冷水と温水配管２４を介して加熱負荷に循環供給する温水の変流量制御を行うときにも、蒸発器４で冷却して供給する冷水の温度と、温水器８で加熱して供給する温水の温度が安定するので、安定した冷暖房などが可能になった。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲でさらに各種の変形実施が可能である。

例えば、圧力計よりも遥かに高価ではあるが、電磁流量計、超音波流量計などの流量計を配管の所要部に介在させて、冷水配管２２を流れる冷水の流量、温水配管２４を流れる温水の流量を計測し、流量計で計測した冷水と温水の流量を用いてＬ１〜Ｌ４を演算するように制御プログラムを構成し、その制御プログラムを制御器３５のメモリー部に記憶させても良い。

装置構成を示す説明図である。 制御の一例を示す説明図である。 従来の制御を示す説明図である。 従来の他の制御例を示す説明図である。

符号の説明

１ 高温再生器
１Ｂ ガスバーナ
２ 低温再生器
３ 凝縮器
３Ａ凝縮器熱交換器
４蒸発器
４Ａ蒸発器熱交換器
５ 吸収器
５Ａ 吸収器熱交換器
６ 低温熱交換器
７ 高温熱交換器
８ 温水器
８Ａ 温水器熱交換器
９ 放熱器
９Ａ 放熱器熱交換器
１０〜１２ 吸収液配管
１３ 吸収液ポンプ
１４〜１９ 冷媒配管
２０ 冷媒ポンプ
２２ 冷水配管
２３ 冷却水配管
２４ 温水配管
２５ 分岐温水配管
２６ 分岐冷水配管
２７〜３０ 開閉弁
３１〜３３ 流量制御弁
３５ 制御装置
４１・４２ 温度センサ
４３・４４ 圧力センサ
４５・４６ 温度センサ
４７・４８ 圧力センサ

Claims (2)

1. 再生器・凝縮器・蒸発器・吸収器などを配管接続して冷媒と吸収液の循環サイクルを形成すると共に、蒸発器の内部に通水して所定の温度を目標に冷却した冷水を冷却負荷に循環供給する冷水供給経路と、再生器から流入した冷媒蒸気が放熱して凝縮し、再生器に還流する冷媒液が生成される容器内に通水して所定の温度を目標に加熱した温水を加熱負荷に循環供給する温水供給経路とを備え、加熱手段によって前記再生器に供給する熱量を、冷却のために前記蒸発器に通水する水の温度に基づいて制御する冷水主、温水従運転、若しくは加熱のために前記容器に通水する水の温度に基づいて制御する温水主、冷水従運転が、前記蒸発器に通水する水の温度と前記容器に通水する水の温度に基づいて切替可能に設けられた吸収冷温水機において、
   前記冷水主温水従運転と温水主冷水従運転との運転切替の判定基準温度Ｌ１〜Ｌ４を、冷水供給経路での出口設定温度、出入口設定温度差、定格流量に対する冷水流量比と、温水供給経路での出口設定温度、出入口設定温度差、定格流量に対する温水流量比とを変数として固有の演算式から決定し、
   縦軸及び横軸を冷水の入口側温度である還流冷水温度及び温水の入口側温度である還流温水温度とする座標面上に形成した運転切替判定図における判定基準線Ｌ１〜Ｌ４のレベルを変更し、
   前記運転切替判定図における冷水の入口側温度及び温水の入口側温度のプロット位置が属する領域から冷房主運転か暖房主運転かを判定し、
   冷房主運転の場合には冷水出口側温度が所定の温度になるように、また暖房主運転の場合には温水出口側温度が所定温度になるように、前記加熱手段での熱量を制御することで、換言すれば、前記加熱手段での熱量の制御毎に前記固有の演算式に基づき判定基準温度を変更させることにより、
   冷水と温水の変流量制御を行う際の、冷水出口温度及び温水出口温度の変動を抑制制御する、ことを特徴とする運転制御方法。
2. 前記演算式は、
   Ｌ１＝冷水の設定出口温度＋Ｃ１×冷水の出入口設定温度差÷冷水流量比
   Ｌ３＝冷水の設定出口温度＋Ｃ２×冷水の出入口設定温度差÷冷水流量比
   Ｌ２＝温水の設定出口温度＋Ｃ３×温水の出入口設定温度差÷温水流量比
   Ｌ４＝温水の設定出口温度＋Ｃ４×温水の出入口設定温度差÷温水流量比
   但し、Ｃ１、Ｃ３；１に近い１以下の適宜の数値、例えば０．９
   Ｃ２、Ｃ４；Ｃ１、Ｃ３の１／２０程度の適宜の数値、例えば、
   ０．０５、
   である、ことを特徴とする請求項１に記載の運転制御方法。

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