JP4842717B2 - 吸収式冷水機の運転方法及び吸収式冷水機の運転システム - Google Patents
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Description
特に、吸収式冷水機を停止状態から立ち上げる際は、吸収式冷水機で利用する温水の温度は低くなっているため、温水を吸収式冷水機を安定して運転するために必要な所定温度まで加熱するのに要する熱量は大きく、補助加熱器等による熱ロスの影響が大きくなるため問題となる。
また、上記目的を達成するための本発明に係る吸収式冷水機の運転システムは、外部から熱供給された液体の第1熱交換媒体の熱を利用して冷却水を生成することが可能な吸収式冷水機と、複数の孔が設けられ熱伝導が高い部材から形成されている分離板により内部空間が上下に2つの上空間と下空間に分離された蓄熱槽を備え、固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体と、前記蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく前記蓄熱体と反応しない液体の第2熱交換媒体とを前記上空間に収容し、前記第2熱交換媒体を前記下空間に収容し、前記熱交換器にて前記第1熱交換媒体と熱交換した前記第2熱交換媒体を前記下空間に取り込み、前記上空間から前記第2熱交換媒体を排出して、蓄えられた熱を前記第2熱交換媒体を介して外部へ供給することが可能な蓄熱式熱供給装置と、前記蓄熱式熱供給装置から供給される前記第2熱交換媒体と前記吸収式冷水機に供給される第1熱交換媒体との間の熱交換を行う熱交換器と、前記吸収式冷水機と前記熱交換器との間を前記第1熱交換媒体が循環するための第1熱媒循環流路と、前記熱交換器を通らずに前記蓄熱式熱供給装置から排出された前記第2熱交換媒体が前記蓄熱式熱供給装置に循環するための第1流路と、前記蓄熱式熱供給装置と前記熱交換器との間を前記第2熱交換媒体が循環するための第2流路と、を備える第2熱媒循環流路と、前記第1熱媒循環流路の途中に配置された温度計による前記第1熱交換媒体の計測結果に基づいて、前記第1流路と前記第2流路の切り替えや、前記第1流路と前記第2流路を流れる前記第2熱交換媒体の流量と割合を制御する供給制御手段と、を備え、前記供給制御手段は、前記吸収式冷水機を停止状態から運転状態に切り替える立ち上げ時に、前記第1流路を遮断して前記第2流路を全開にして前記蓄熱式熱供給装置から前記熱交換器に前記第2熱交換媒体を供給するように制御し、前記第1熱交換媒体の温度が所定温度に達した後は、前記第1熱交換媒体の温度を所定温度に維持するように、前記第1流路と前記第2流路を切り替えたり、前記第1流路と前記第2流路を流れる前記第2熱交換媒体の流量の割合を調整したりすることを特徴とする。
また、吸収式冷水機の運転する時間帯と異なる時間帯に発生した排熱、または、遠隔地で発生した排熱を利用して蓄熱式熱供給装置に熱を蓄え、当該蓄えた熱を利用することができるため、吸収式冷水機の立ち上げ時において新たに燃料を燃焼させることが不要となり、CO2が発生することを抑制可能である。
特に、吸収式冷水機の立ち上げ時においては、周囲の温度に近い温度にまで冷却された状態の第1熱交換媒体を、吸収式冷水機の運転に必要な所定温度まで大幅に上昇させる必要があるが、蓄熱式熱供給装置から熱供給することで上述したように効率よく第1熱交換媒体に熱供給することができ、吸収式冷水機の運転における熱ロスを顕著に低下することができるため効果的である。
また、平時(室温状態)では固体となっている蓄熱体は、例えば外部で発生する排熱などにより熱供給されて高温になった第2熱交換媒体と直接接触することで、固体状態において温度が上昇して第2熱交換媒体の熱を顕熱として蓄えるとともに、融点に達することで固体から液体に状態変化することで潜熱として熱を蓄えることができる。また、液体状態においても、更に熱を供給された場合は温度が上昇して顕熱として熱を蓄えることができる。更に、蓄熱体が蓄熱しているとき、即ち、蓄熱体が液体状態のとき、蓄熱体よりも温度の低い第2熱交換媒体と直接接触することで、蓄熱した熱を第2熱交換媒体に伝導するとともに、温度が低下して液体から固体に状態変化する。
そして、蓄熱式熱供給装置が備える蓄熱槽の内部空間の下空間に取り込まれた第2熱交換媒体は分離板の孔を通過して上空間に収容された蓄熱体を通って上方へ移動することにより蓄熱体との間で熱交換を行う。これより、蓄熱体と第2熱交換媒体とが直接接触して熱交換するため、蓄熱体と第2熱交換媒体との間の熱交換効率を向上させることができる。したがって、蓄熱された熱を効率よく吸収式冷水機の立ち上げ時の運転に利用することができる。ここで、内部空間を分離する分離板は、熱伝導が高い部材から形成されているため、蓄熱槽の下空間に熱供給した第2熱交換媒体を排出することで、分離板を介して間接的に上空間に収容された蓄熱体の下側全体から熱を伝導することができる。尚、下空間には、第2熱交換媒体が充填されており、下空間に第2熱交換媒体が排出されることで、分離板の孔から上方に向かって第2熱交換媒体が通過して移動するため、蓄熱体の存在する上空間の圧力よりも下空間の圧力が高くなり、上空間の蓄熱体が液体であっても、分離板の孔を介して下空間に移動しないようになっている。
また、蓄熱体の液体から固体への移行段階において、蓄熱体の温度は蓄熱体の融点温度に保たれるため、蓄熱式熱供給装置から熱交換器に供給される第2熱交換媒体の温度も略一定に保つことができる。そのため、熱交換器を介して第1熱交換媒体に伝達する熱量の制御が容易に可能である。
更に、第1熱交換媒体の温度に基づいて熱交換器を流れる第2熱交換媒体の流量を調整することで、吸収式冷水機で利用する第1熱交換媒体に供給する熱量を最適に調整することができ、第1熱交換媒体の温度を制御することができため、余分な熱供給をなくし、吸収式冷水機を効率よく運転させることができる。ここで、第2熱交換媒体の流量を一定に保った状態においても、供給制御手段で第1流路及び第2流路を切り替えることにより、蓄熱式熱供給装置から熱交換器に供給される第2熱交換媒体の流量を制御することができる。
これによると、吸収式冷水機の立ち上げ時において、吸収式冷水機で利用する液体の第1熱交換媒体は、補助ボイラーを使用せず、蓄熱式熱供給装置から供給される液体の第2熱交換媒体との間で熱交換することにより加熱される。液体と液体との間で熱交換器を介して熱交換する場合、補助ボイラーにより燃料を燃焼させて加熱する場合のように排ガスが発生することはないため、排ガスとして熱が大気中に放出されることによる熱ロスがなく、第1熱交換媒体の加熱を効率よく行うことが可能となる。
また、吸収式冷水機の運転する時間帯と異なる時間帯に発生した排熱、または、遠隔地で発生した排熱を利用して蓄熱式熱供給装置に熱を蓄え、当該蓄えた熱を利用することができるため、吸収式冷水機の立ち上げ時において、補助ボイラーにより新たに燃料を燃焼させることが不要となり、CO 2 が発生することを抑制可能である。
尚、第1熱交換媒体が所定温度に達した後は、蓄熱式熱供給装置からの熱供給を停止し、補助ボイラーにより適宜第1熱交換媒体を加熱して所定温度に保って吸収式冷水機を継続運転することも可能である。また、蓄熱式熱供給装置と補助ボイラーとを併用して第1熱交換媒体に熱供給を行うことも可能である。
また、本発明に係る吸収式冷水機の運転システムにおいて、前記蓄熱式熱供給装置は、前記蓄熱槽の上部から内部空間に向かって突出し、前記上空間に収容された前記蓄熱体と前記第2熱交換媒体との境界面を横切るように、前記蓄熱槽と一体に配置され、前記第2熱交換媒体へ熱供給の供給及び停止を行う加熱器を更に備え、前記第2熱交換媒体は、前記第2熱媒循環流路から前記加熱器を介して前記蓄熱槽の前記下空間に供給されて良い。
これによると、加熱器により第2熱交換媒体に熱供給をし、熱供給した第2熱交換媒体を蓄熱槽の下空間へ排出することにより、蓄熱体に蓄熱をすることができる。また、加熱を停止した状態の加熱器を介して取り込んだ第2熱交換媒体をそのまま下空間へ排出することにより、蓄熱体を冷却する、即ち、蓄熱体から第2熱交換媒体に熱供給することができる。
また、加熱器の一部を蓄熱槽の内部空間内に設けるように、加熱器と蓄熱槽とを一体にすることで、蓄熱式熱供給装置の省スペース化を実現することができる。また、加熱器で第2熱交換媒体に熱供給した場合、加熱器から蓄熱槽へ供給される時間や距離を短くでき、それにより、供給中に第2熱交換媒体の熱が奪われることがないため、効率よく蓄熱体に蓄熱できる。さらに、加熱器を、第2熱交換媒体と蓄熱体との境界面を横切るように配置することで、加熱器から発生する熱を蓄熱体に伝導することができ、加熱器からの熱を有効利用することで、さらに効率よく蓄熱することができる。
ここで、加熱器は、工場等から発生する排熱を第2熱交換媒体に供給したり、熱供給の停止をしたりし、第2熱交換媒体を蓄熱式熱供給装置の内部空間の下方に排出する。例えば、加熱器は、第2熱交換媒体が流通するパイプを囲繞するように配置した伝熱管を有しており、その伝熱管に上記排熱を送給することで、配管壁を介して第2熱交換媒体に熱供給(加熱)できるようにする。
これによると、加熱器用管により下空間に排出された第2熱交換媒体は、分離板の孔から蓄熱体内に流入し、その後、上層の第2熱交換媒体まで上昇する。この上昇中に蓄熱体との直接接触により、蓄熱体との間で熱交換することができる。
また、第2熱交換媒体が、加熱器により熱供給された場合、加熱器用管及び補助管を流通する間に、加熱器用管及び補助管の壁を介した間接接触により、第2熱交換媒体の熱が蓄熱体や下空間の第2熱交換媒体に伝導する。これにより、蓄熱体に蓄熱可能であり、また、下空間の第2熱交換媒体を高温に維持できるため、さらに効率よく蓄熱することができる。
また、本発明に係る吸収式冷水機の運転システムにおいて、前記供給制御手段は、更に、前記第1流路及び前記第2流路に共通して形成され前記蓄熱式熱供給装置から排出される前記第2熱交換媒体が流通する排出管に備えるポンプと、前記排出管を流通する前記第2熱交換媒体の流量が一定となるように前記ポンプを制御するポンプ制御装置とを備えて良い。
これによると、蓄熱槽の蓄熱体を冷却していくと、液体から固体へと状態変化するようになる。そうすると、蓄熱槽の下空間にある第2熱交換媒体は、分離板の孔を通過し、上空間に移動し難くなる。その結果、上空間の第2熱交換媒体の量が低下し、蓄熱式熱供給装置から排出される第2熱交換媒体の流量も低下してしまう。これにより、蓄熱式熱供給装置を流通する第2熱交換媒体の流量が低下してしまい、熱交換器に十分な第2熱交換媒体を供給できなくなってしまう。このため、蓄熱式熱供給装置から排出される第2熱交換媒体の流量を常に一定となるように蓄熱式熱供給装置から排出される第2熱交換媒体が流通する排出管に備えられるポンプを制御することにより、熱交換器は、常に一定の第2熱交換媒体を取り込むことができるようになる。
具体的には、例えば、蓄熱式熱供給装置から排出される第2熱交換媒体の流量が低下すると、ポンプの回転数(駆動力)を大きくして、流量を増大させ、また、流量が増大すると、ポンプの回転数を小さくして、流量を低下させることで、蓄熱式熱供給装置から排出される第2熱交換媒体の流量を常に一定となるように制御する。ここで、蓄熱式熱供給装置から排出される第2熱交換媒体の流量を測定するために、蓄熱式熱供給装置から排出される第2熱交換媒体の排出管に設置した流量計を用いても良いし、その他の計測器、例えば、排出管を流通する第2熱交換媒体の流圧を計測することで流量を導出しても良い。
図2に吸収式冷水機10の起動からの運転時間と、吸収式冷水機10に供給される温水(水11)の温度及び吸収式冷水機10から室内機40に供給する冷却水(循環水42)の温度との関係を示す。
この場合、バルブ制御装置26cは、温度計26bの計測結果に基づいて、水11が所定温度まで加熱されているか否かを判定し、水11の温度が所定温度よりも低い場合には、取込管62bに油23を流通させるように三方バルブ26aを切り替え(ON状態)、水11の温度が所定温度よりも高い場合には、取込管62bへの油23の流通を遮断するように三方バルブ26aを切り替える(OFF状態)。これにより、単純な制御機構で熱交換器30に供給する油23の流量が制御でき、吸収式冷水機10に必要な熱供給を簡便に行うことが可能になる。
この場合、当該温度計の計測結果に基づいて、循環水42の温度が室内機40で求められる所定の冷却温度よりも高い(十分に冷却されていない)場合は、吸収式冷水機10に供給される水11の温度を高めるように制御する。具体的には、三方バルブ26aの開度を調節し、第1流路には油23が流れないようにすることで、熱交換器30が取り込む油23の流量を増加させ、温水に伝達される熱量を増加する。これより、水11の温度は上昇し吸収式冷水機10において十分な冷却が可能となる。また、循環水42の温度が所定の冷却温度よりも低い(十分に冷却されている)場合は、三方バルブ26aの開度を調節し、第1流路にも油23が流れるようにすることで、熱交換器30が取り込む油23の流量を低下させ、熱交換器30において温水に伝達される熱量を低下させる。これより、水11への過剰な熱供給を減少させることができ、より効率よく吸収式冷水機10を運転することができる。
また、コジェネ装置と蓄熱式熱供給装置とを併用した構成とすることもできる。即ち、コジェネ装置が稼動している時間帯においては、コジェネ装置からの排熱により吸収式冷水機で利用する温水を加熱し、コジェネ装置が停止している時間帯において吸収式冷水機を運転する場合に限って蓄熱式熱供給装置からの熱供給を行うことも可能である。また、コジェネ装置駆動時における排熱を蓄熱式熱供給装置で蓄熱し、コジェネ装置が停止している時間帯に利用することも可能である。
11 水(第1熱交換媒体)
20 蓄熱式熱供給装置
22 エリスリトール(蓄熱体)
23 油(第2熱交換媒体)
25 流量制御部(供給制御手段)
26 バルブ開度調整部(供給制御手段)
30 熱交換器
40 室内機
42 循環水
50 補助ボイラー
61 第1循環管路(第1熱媒循環流路)
62 第2循環管路(第2熱媒循環管路)
63 接続管
100 吸収式冷水機の運転システム
Claims (10)
- 外部から熱供給された液体の第1熱交換媒体の熱を利用して冷却水を生成することが可能な吸収式冷水機の運転方法であって、
供給制御手段により、前記吸収式冷水機を停止状態から運転状態に切り替える立ち上げ時に、熱交換器を用いて蓄熱式熱供給装置に蓄えられた熱を液体の第2熱交換媒体を介して前記吸収式冷水機に供給される前記第1熱交換媒体との間で熱供給を行い、前記第1熱交換媒体の温度が所定温度に達した後は、前記第1熱交換媒体の温度を所定温度に維持するように、前記熱交換器を流れる前記第2熱交換媒体の流量を調整することを特徴とし、
前記供給制御手段は、前記第1熱交換媒体の温度に基づいて、前記熱交換器を通らずに前記蓄熱式熱供給装置から排出された前記第2熱交換媒体が前記蓄熱式熱供給装置に循環するための第1流路と、前記蓄熱式熱供給装置と前記熱交換器との間を前記第2熱交換媒体が循環するための第2流路との切り替えや、前記第1流路と前記第2流路を流れる前記第2熱交換媒体の流量の割合を制御し、
前記蓄熱式熱供給装置は、複数の孔が設けられ熱伝導が高い部材から形成されている分離板により内部空間が上下に2つの上空間と下空間に分離された蓄熱槽を備え、平時の室温状態では固体であり固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体と、前記蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく前記蓄熱体と反応しない液体の第2熱交換媒体とを前記上空間に収容し、前記第2熱交換媒体を前記下空間に収容し、前記熱交換器にて前記第1熱交換媒体と熱交換した前記第2熱交換媒体を前記下空間に取り込み、前記上空間から前記第2熱交換媒体を排出することを特徴とする吸収式冷水機の運転方法。 - 前記吸収式冷水機は、補助ボイラーを備え、前記吸収式冷水機を停止状態から運転状態に切り替える立ち上げ時には、前記補助ボイラーを停止した状態で制御することを特徴とする請求項1に記載の吸収式冷水機の運転方法。
- 前記第2熱交換媒体は、前記蓄熱槽の上部から内部空間に向かって突出し、前記上空間に収容された前記蓄熱体と前記第2熱交換媒体との境界面を横切るように、前記蓄熱槽と一体に配置され、前記第2熱交換媒体へ熱供給の供給及び停止を行う加熱器を介して、前記蓄熱槽の前記下空間に供給されることを特徴とする請求項1または2に記載の吸収式冷水機の運転方法。
- 前記加熱器は、前記加熱器の下部に設けられ、前記加熱器に取り込まれた前記第2熱交換媒体を前記蓄熱槽の前記下空間に排出する、熱伝導率が高い部材から形成された加熱器用管と、前記蓄熱槽の前記上空間にある前記蓄熱体と、前記下空間の前記第2熱交換媒体とを通過するように配置され、前記加熱器の前記第2熱交換媒体を前記蓄熱槽の前記上空間の前記第2熱交換媒体に排出する、熱伝導率が高い部材から形成された補助管と、を備えることを特徴とする請求項3に記載の吸収式冷水機の運転方法。
- 前記蓄熱式熱供給装置から排出される前記第2熱交換媒体の流量が一定となるように、前記蓄熱式熱供給装置から排出される前記第2熱交換媒体が流通する排出管に備えられるポンプを制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の吸収式冷水機の運転方法。
- 外部から熱供給された液体の第1熱交換媒体の熱を利用して冷却水を生成することが可能な吸収式冷水機と、
複数の孔が設けられ熱伝導が高い部材から形成されている分離板により内部空間が上下に2つの上空間と下空間に分離された蓄熱槽を備え、平時の室温状態では固体であり固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体と、前記蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく前記蓄熱体と反応しない液体の第2熱交換媒体とを前記上空間に収容し、前記第2熱交換媒体を前記下空間に収容し、前記熱交換器にて前記第1熱交換媒体と熱交換した前記第2熱交換媒体を前記下空間に取り込み、前記上空間から前記第2熱交換媒体を排出して、蓄えられた熱を前記第2熱交換媒体を介して外部へ供給することが可能な蓄熱式熱供給装置と、
前記蓄熱式熱供給装置から供給される前記第2熱交換媒体と前記吸収式冷水機に供給される第1熱交換媒体との間の熱交換を行う熱交換器と、
前記吸収式冷水機と前記熱交換器との間を前記第1熱交換媒体が循環するための第1熱媒循環流路と、
前記熱交換器を通らずに前記蓄熱式熱供給装置から排出された前記第2熱交換媒体が前記蓄熱式熱供給装置に循環するための第1流路と、前記蓄熱式熱供給装置と前記熱交換器との間を前記第2熱交換媒体が循環するための第2流路と、を備える第2熱媒循環流路と、
前記第1熱媒循環流路の途中に配置された温度計による前記第1熱交換媒体の計測結果に基づいて、前記第1流路と前記第2流路の切り替えや、前記第1流路と前記第2流路を流れる前記第2熱交換媒体の流量と割合を制御する供給制御手段と、を備え、
前記供給制御手段は、前記吸収式冷水機を停止状態から運転状態に切り替える立ち上げ時に、前記第1流路を遮断して前記第2流路を全開にして前記蓄熱式熱供給装置から前記熱交換器に前記第2熱交換媒体を供給するように制御し、前記第1熱交換媒体の温度が所定温度に達した後は、前記第1熱交換媒体の温度を所定温度に維持するように、前記第1流路と前記第2流路を切り替えたり、前記第1流路と前記第2流路を流れる前記第2熱交換媒体の流量の割合を調整したりすることを特徴とする吸収式冷水機の運転システム。 - 前記吸収式冷水機は、補助ボイラーを備え、前記吸収式冷水機を停止状態から運転状態に切り替える立ち上げ時には、前記補助ボイラーを停止した状態で制御することを特徴とする請求項6に記載の吸収式冷水機の運転システム。
- 前記蓄熱式熱供給装置は、前記蓄熱槽の上部から内部空間に向かって突出し、前記上空間に収容された前記蓄熱体と前記第2熱交換媒体との境界面を横切るように、前記蓄熱槽と一体に配置され、前記第2熱交換媒体へ熱供給の供給及び停止を行う加熱器を更に備え、
前記第2熱交換媒体は、前記第2熱媒循環流路から前記加熱器を介して前記蓄熱槽の前記下空間に供給されることを特徴とする請求項6または7に記載の吸収式冷水機の運転システム。 - 前記加熱器は、前記加熱器の下部に設けられ、前記加熱器に取り込まれた前記第2熱交換媒体を前記蓄熱槽の前記下空間に排出する、熱伝導率が高い部材から形成された加熱器用管と、前記蓄熱槽の前記上空間にある前記蓄熱体と、前記下空間の前記第2熱交換媒体とを通過するように配置され、前記加熱器の前記第2熱交換媒体を前記蓄熱槽の前記上空間の前記第2熱交換媒体に排出する、熱伝導率が高い部材から形成された補助管と、を備えることを特徴とする請求項8に記載の吸収式冷水機の運転システム。
- 前記供給制御手段は、更に、前記第1流路及び前記第2流路に共通して形成され前記蓄熱式熱供給装置から排出される前記第2熱交換媒体が流通する排出管に備えるポンプと、前記排出管を流通する前記第2熱交換媒体の流量が一定となるように前記ポンプを制御するポンプ制御装置とを備えることを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載の吸収式冷水機の運転システム。
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