JP4776416B2

JP4776416B2 - 吸収冷凍機

Info

Publication number: JP4776416B2
Application number: JP2006088937A
Authority: JP
Inventors: 朗畑山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: KR100990822B1; CN100576129C; KR20070097333A; CN101046693A; JP2007263462A

Description

本発明は、吸収冷凍機の運転制御を比例項、積分項、及び微分項の和による制御であるＰＩＤ制御によって行う技術に関するものである。

吸収冷凍機の出力である冷水温度を設定水温に制御するための運転制御が、高温再生器のバーナの燃料弁の開度を操作量Ｍとして行う場合、設定水温よりも現在水温が十分高い範囲では操作量Ｍは１００％であり、十分低い範囲では操作量Ｍは０％とし、これら両者の間の範囲では操作量Ｍを現在水温に比例させる制御を行った場合、何らかの外乱が発生した場合には応答が遅れる問題があり、これを解決するために、ＰＩＤ制御を採用することが知られている。（例えば、特許文献１）。
特開平１０−１７００８８号公報

この特許文献１は、ＰＩＤ制御において、設定水温の冷水を操作量Ｍを略１００％の状態（定格出力略１００％の状態）で取り出すように設計されている場合に、現在水温が設定水温付近であるとき、操作量Ｍに余裕がなくて制御性が悪くなる問題があるため、これを解決するために、比例項、積分項、及び微分に、それぞれ現在水温と設定水温との関係から定めた補正係数Ａ、Ｂ、Ｃを乗じるものである。

このように、吸収冷凍機の出力である冷水温度を設定水温に制御するために、高温再生器のバーナの燃料弁の開度を操作量Ｍとして、この操作量Ｍを比例項、積分項、及び微分項の和による制御であるＰＩＤ制御によって行う場合、吸収冷凍機の設置状況等によって出力である冷水温度の変化速度が異なる。この変化速度が速い場合は入熱の制御（バーナの燃料弁の開度制御）も速く行われて負荷変動に早く追随できる反面、定格運転時における僅かな冷水温度変化でも入熱の制御（バーナの燃料弁の開度制御）が働き、冷水温度が上下変動して安定しないという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みて、定格運転時の制御量（１００％）のプラス方向に不感帯を設けることで、１００％付近での冷水温度の僅かな変化を吸収して、冷水温度を安定させることができる制御とするものである。この場合、不感帯の幅は、制御速度の設定値に応じて可変とすることによって、冷水温度の変化速度が速い場合にも遅い場合にも対応できるようにするものである。

第１発明の吸収冷凍機は、吸収冷凍機の出力である冷水温度を設定水温に制御するために、高温再生器のバーナの燃料弁の開度を操作量Ｍとして、この操作量Ｍを比例項、積分項、及び微分項の和による制御であるＰＩＤ制御によって行う制御方法において、定格運転時の操作量Ｍ（１００％）のプラス方向に不感帯を定め、冷水温度の変化速度が速い場合は前記不感帯の幅が大きく、冷水温度の変化速度が遅い場合は前記不感帯の幅が小さくなるように、前記比例項Ｐに対応して前記不感帯の幅を可変としたことを特徴とする吸収冷凍機の制御方法。

第１発明によって、吸収冷凍機の設置状況等によって、出力である冷水温度の変化速度が異なる場合でも、冷水温度の変化速度が速い場合は不感帯の幅が大きく、冷水温度の変化速度が遅い場合は不感帯の幅が小さくなることによって、冷水温度の変化速度が速い場合にも遅い場合にも対応できるようになり、吸収冷凍機の定格運転時の冷水温度を安定させることができる。

本発明の吸収冷凍機は、吸収冷凍機の出力である冷水温度を設定水温に制御するために、高温再生器のバーナの燃料弁の開度を操作量Ｍとして、この操作量Ｍを比例項、積分項、及び微分項の和による制御であるＰＩＤ制御によって行う制御方法において、定格運転時の操作量Ｍ（１００％）のプラス方向に不感帯を定め、冷水温度の変化速度が速い場合は前記不感帯の幅が大きく、冷水温度の変化速度が遅い場合は前記不感帯の幅が小さくなるように、前記比例項Ｐに対応して前記不感帯の幅を可変とした制御方法であり、本発明の実施例を以下に記載する。

次に、本発明の吸収式冷凍機の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る吸収式冷凍機の概略構成図、図２は本発明に係る不感帯幅可変の場合の制御フロー図、図３は本発明に係る不感帯幅固定の場合の制御フロー図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は、冷媒に水を使用し、吸収液に臭化リチウム（ＬｉＢｒ）を使用した吸収式冷凍機の概略構成図を示している。高温再生器１は、都市ガス等を燃料とするガスバーナ２の火力によって吸収液と冷媒が混入した稀溶液を加熱して、冷媒を蒸発させ、吸収液と冷媒を分離させる構成である。３は低温再生器、４は凝縮器、５は蒸発器、６は吸収器、７は低温熱交換器、８は高温熱交換器、９乃至１１は吸収液管、１２は吸収液ポンプ、１３乃至１５は冷媒管、１６は冷媒ポンプ、１７は冷水管、１８は冷却水管、１９はガスバーナ２へのガス供給管、２０はガスバーナ２へのガス供給量を制御する燃料弁、２１は冷水管１７の出口温度を検出する温度検出部、２２は温度検出部２１の温度検出に基づき燃料弁２０の開度を制御する制御部である。制御部２２は、データ記憶部に記憶した設定データと、温度検出部２１の温度検出に基づくデータとの比較制御によって、燃料弁２０の開度を制御する。

本発明の吸収冷凍機の出力である冷水管１７の出口温度（以下、冷水温度という）を設定水温に制御するための制御方法は、高温再生器１のガスバーナ２の燃料弁２０の開度を操作量Ｍとして、この操作量Ｍを比例項、積分項、及び微分項の和による制御であるＰＩＤ制御によって行うものであり、これは上記特許文献１（特開平１０−１７００８８号公報）に記載されたように、操作量Ｍは、式１又は式２で表される。制御部２２は、上記の他に、マイクロコンピュータ制御に必要なプログラムや、設定温度データ、温度検出部２１の温度検出に基づき算出した操作量Ｍ、制御動作を行うために必要な諸々のデータを記憶するメモリも備える。

このように操作量Ｍを比例項、積分項、及び微分項の和による制御であるＰＩＤ制御によって行う場合、吸収冷凍機の設置状況等によって出力である冷水温度の変化速度が異なる。この変化速度が速い場合は入熱の制御（バーナ２の燃料弁２０の開度制御）も速く行われて負荷変動に早く追随できる反面、定格運転時における僅かな冷水温度変化でも入熱の制御（バーナの燃料弁の開度制御）が働き、冷水温度が上下変動して安定しないという問題がある。

通常、操作量Ｍが１００％の状態（定格出力１００％の状態）で設定水温の冷水を冷水管１７の出口から取り出すように設計してあるが、定格運転時（定格出力１００％時）の制御量（操作量Ｍが１００％）の状態で、冷水温度が僅かに変化しても、それに追随してバーナ２の燃料弁２０の開度制御が行われ、１００％の定格運転状態を境にフラツキ現象を呈して、安定した定格運転の制御（操作量Ｍが１００％制御）ができない状態となる。

このフラツキ現象をなくするために、定格運転時の制御量（１００％）のプラス方向に不感帯を設け、これによって、１００％付近での冷水温度の僅かな変化を吸収して、冷水温度を安定させることができる制御とする方法がある。この方法は、図３に示すように、温度検出部２１で現在の水温を検出し（ステップＳ１）、現在の操作量Ｍの値Ｍｃをメモリから読み出し（ステップＳ２）、予め設定された冷水管１７の出口水温（設定水温という）とＰＩＤ設定値（比例項、積分項、及び微分項）から算出した操作量Ｍと、温度検出部２１で検出した水温に基づいて算出した操作量Ｍと差ΔＭを算出し（ステップＳ３）、現在の操作量Ｍの値ＭｃにこのΔＭを加えて新しい操作量Ｍの値Ｍｃを算出する（ステップＳ４）。

実施例として、不感帯の幅を２０としている。このため、この新しい操作量Ｍｃの値が０以下の場合は０とし（ステップＳ５）、この新しい操作量Ｍｃの値が１２０以上の場合は１２０とする判定制御を行い（ステップＳ６）、この新しい操作量Ｍｃの値をメモリに保存する（ステップＳ７）。そして、この新しい操作量Ｍｃから燃料弁２０の目標開度である操作量Ｍｔを算出し（ステップＳ８）、Ｍｃが１００以下か１００以上かの判定を行いＭｃが１００以下ならばＭｔ＝Ｍｃとし、Ｍｃが１００以上ならばＭｔ＝１００とし、これらをメモリに保存し（ステップＳ９）、燃料弁２０の開度がＭｔになるように制御部２２が出力信号を燃料弁２０に出す（ステップＳ１０）。

このように、上記の演算を繰り返し行うことによって、現在の操作量Ｍｃが１００のときはＭｔが１００であり、このときの燃料弁２０の開度ＭｔはＭｔ＝１００、即ち１００％出力状態であり、バーナ２での燃焼状態は１００％の状態である。そして、上記算出したΔＭが例えば＋５のときは、新しい操作量Ｍｃが１０５となり、以後このようにしてＭｃが１２０まで算出されるが、燃料弁２０の開度Ｍｔは１００のままであるため、１００％出力状態を維持することとなり、冷水管１７の出口水温が変動しても燃料弁２０の開度は１００％を保ち、バーナ２での燃焼状態が１００％の定格出力状態において、冷水管１７の出口水温の僅かな変動があっても、これに追随した燃料弁２０の開度変動が生じず不感となり、安定した状態となる。

即ち、燃料弁２０の開度を可変する出力値は０〜１００％であるが、例えば２０の不感帯の幅を設けた場合は、操作量Ｍの計算値が１００以上(１００〜１２０までの範囲)の場合は、燃料弁２０の開度を可変する出力値は１００％にするものである。このため、冷水管１７の出口水温が若干上昇しても、略定格出力１００％付近でのフラツキ現象は回避できることとなり、１００％付近での冷水管１７の出口水温の僅かな変化を吸収して、冷水管１７の出口水温を安定させることができるものとなる。上記では不感帯の幅を２０と固定しているが、不感帯の幅は、１０でも１５でもよく、事前のテストによって適切な幅を定めればよい。

ここで、現在の操作量Ｍｃが１００を基準としたが、Ｍｃ＝９８を基準として、Ｍｃが９８以下か９８以上かの判定を行うようにして、Ｍｃ＝９８以上で燃料弁２０の開度が１００％となるようにすることもできる。この場合は、Ｍｃ＝９８以上で定格出力１００％の運転状態となり、冷水管１７の出口水温が若干低下しても、また上昇しても、略定格出力１００％付近でのフラツキ現象は回避できることとなり、１００％付近での冷水管１７の出口水温の僅かな変化を吸収して、冷水管１７の出口水温を安定させることができるものとなる。

上記では不感帯の幅を例えば定数２０と固定した値を採用しているが、本発明では特に、これを制御速度の設定値に応じて可変とすることによって、冷水管１７の出口水温の変化速度が速い場合にも、また遅い場合にも対応できるようにする。

即ち、ＰＩＤ制御の比例帯幅の設定値であるＰ設定値（比例項）に対して可変とし、上記のように固定の不感帯の幅を定数２０と設定した状態で、Ｐ設定値が１から２０まで変化する場合に、不感帯の幅を２０／Ｐ（２０をＰで除算）で計算する。Ｐ設定値は、吸収式冷凍機の運転管理者等が、リモートコントローラ式操作部を操作することによって可変する値である。このため、温度検出部２１の温度検出に基づき、制御部２２の動作によって表示される温度表示部の温度変化を運転管理者等が目視して、冷水管１７の出口水温の変化が遅い場合は、それに見合ってＰを大きくする。これによって、不感帯の幅が小さくなる。また、冷水管１７の出口水温の変化が速い場合は、それに見合ってＰを小さくする。これによって、不感帯の幅が大きくなる。このようにすれば、冷水管１７の出口水温の変化速度に対応した制御ができることとなり、冷水管１７の出口水温変化が速い場合にも遅い場合にも対応できることとなり、吸収冷凍機の定格運転時の冷水温度を安定させることができる。この場合も、２０／Ｐの分子の定数２０は、不感帯の固定幅２０とした場合であり、上記同様に、事前のテストによって適切な値に定めればよい。

図２にはこれに関する制御フローを示している。これにおいて、ステップＳ１からステップＳ４までは図３の場合と同様である。ステップＳ５において、ＰＩＤ制御のＰ設定値（比例項）からＭｃの最大幅Ｍｍを算出する（例えば、Ｍｍ＝２０／Ｐ）。そして、ステップＳ４で算出したＭｃが０以下の場合は０とし（ステップＳ６）、この新しい操作量Ｍｃの値が１００＋Ｍｍ以上の場合は１００＋Ｍｍとする判定制御を行い（ステップＳ７）、この新しい操作量Ｍｃの値をメモリに保存する（ステップＳ８）。そして、この新しい操作量Ｍｃから燃料弁２０の目標開度である操作量Ｍｔを算出し（ステップＳ９）、Ｍｃが１００以下か１００以上かの判定を行いＭｃが１００以下ならばＭｔ＝Ｍｃとし、Ｍｃが１００以上ならばＭｔ＝１００とし、これらをメモリに保存し（ステップＳ１０）、燃料弁２０の開度がＭｔになるように制御部２２が出力信号を燃料弁２０に出す（ステップＳ１０）。

このように、上記の演算を繰り返し行うことによって、現在の操作量Ｍｃが１００のときはＭｔが１００であり、このときの燃料弁２０の開度ＭｔはＭｔ＝１００、即ち１００％出力状態であり、バーナ２での燃焼状態は１００％の状態である。そして、ステップＳ４で算出したＭｃが０以下の場合は０とし、この新しい操作量Ｍｃの値が１００＋Ｍｍ以上の場合は１００＋Ｍｍとする制御を行うため、冷水管１７の出口水温変化速度に応じた制御ができることとなり、冷水管１７の出口水温変化が速い場合にも遅い場合にも対応できることとなる。

本発明は、上記実施形態に限定されず、吸収式冷凍機の配管図は従来技術に記載した特許文献１の各図の形態のいずれにも適用可能であり、本発明の技術的範囲を逸脱しない限り種々の形態に適用できるものである。

本発明に係る吸収式冷凍機の概略構成図である。（実施例１）本発明に係る不感帯幅可変の場合の制御フロー図である。（実施例１）本発明に係る不感帯幅固定の場合の制御フロー図である。（実施例１）

符号の説明

１高温再生器
２バーナ
３低温再生器
４凝縮器
５蒸発器
６吸収器
７低温熱交換器
８高温熱交換器
９乃至１１吸収液管
１２吸収液ポンプ
１３乃至１５冷媒管
１６冷媒ポンプ
１７冷水管
１９ガスバーナ２へのガス供給管
２０燃料弁
２１温度検出部
２２制御部

Claims

吸収冷凍機の出力である冷水温度を設定水温に制御するために、高温再生器のバーナの燃料弁の開度を操作量Ｍとして、この操作量Ｍを比例項、積分項、及び微分項の和による制御であるＰＩＤ制御によって行う制御方法において、定格運転時の操作量Ｍ（１００％）のプラス方向に不感帯を定め、冷水温度の変化速度が速い場合は前記不感帯の幅が大きく、冷水温度の変化速度が遅い場合は前記不感帯の幅が小さくなるように、前記比例項Ｐに対応して前記不感帯の幅を可変としたことを特徴とする吸収冷凍機の制御方法。