JPH0627590B2 - 吸収冷凍機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は溶液流量調節装置と加熱量調節装置とを備えた
吸収冷凍機（以下、この種の吸収冷凍機という）の改良
に関する。

(ロ) 従来の技術 この種の吸収冷凍機の従来の技術として、例えば特公昭
５８−３４７３０号公報や特公昭５９−５２３４８号公
報などにみられるように、蒸発器の冷水出口温度を感知
する温度検出器の信号により温度調節器（およびポテン
ショメータ）を介して稀溶液流量調節弁と発生器の加熱
量調節弁とを比例制御するもの（以下、前者という）が
知られている。また、この種の吸収冷凍機の別の従来の
技術として、加熱量調節弁を蒸発器の冷水出口温度に応
じて制御する一方で稀溶液流量調節弁を蒸発器の冷水入
口温度に応じて制御するもの〔例えば、特公昭５４−３
５３４２号公報〕（以下、後者という）が知られてい
る。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 上記した従来のこの種の吸収冷凍機においては、前者お
よび後者ともに、冷凍出力に直接の影響を受ける冷水出
口温度に応じて加熱量調節弁を比例制御するため負荷に
見合う冷凍出力が発揮されるよう加熱量制御できる利点
を有するものの、加熱量制御の動作は比例動作〔Ｐ動
作〕であって冷水出口温度の比例帯があるためこの温度
が負荷の変化によって変動する欠点をもっている。この
ため、従来のこの種の吸収冷凍機は、クリーンルームや
化学プロセス用設備などのように一定温度の冷水を必要
とする設備に用いる冷凍機として、不向きという問題点
をもっている。また、前者は発生器の加熱量に見合うよ
う発生器への稀液供給量の調節ができる利点を有し、後
者はこの利点に加えて燃料使用率がより一層低くなる利
点を有するものの、これらは、両者ともに、発生器への
稀液供給量を調節するものであって冷凍出力に直接の影
響を及ぼす吸収器への濃液供給量を調節するものでない
ため、負荷の急変（例えば、クリーンルームの稼動数を
激減または激増させたような場合）に対して制御の追従
性が悪く、所定温度の冷水を安定的に負荷側へ供給する
ことが難しいという問題点を有している。なお、濃液流
路に流量制御弁を設けてこの開度を制御することによ
り、吸収器への濃液供給量を調節するもの〔例えば特開
昭５９−４４５５７号公報〕が提案されているけれど
も、このものにおいては、発生器側と吸収器側の圧力差
があまり変わらない場合、吸収器への濃液供給量を急増
させることが困難であるため、負荷の急増に対する制御
の追従性に劣るという問題点がある。

本発明は、これらの問題点に鑑み、負荷に対する冷凍出
力制御の追従性に秀れ、また、ほぼ所定温度の冷水の負
荷への供給の可能なこの種の吸収冷凍機の提供を目的と
したものである。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、上記の問題点を解決する手段として、吸収
器、発生器、凝縮器及び蒸発器を配管接続して冷媒及び
溶液の流路を形成し、かつ、発生器から吸収器に至る濃
溶液の流路に設けられた吐出量可変ポンプと、蒸発器の
冷水入口温度を検出する第１の温度検出器と、この第１
の温度検出器が検出した温度により吐出量可変ポンプの
吐出量を制御する濃溶液流量調節装置と、蒸発器の冷水
出口温度を検出する第２の温度検出器と、この第２の温
度検出器が検出した温度により発生器の加熱量を制御す
る加熱量調節装置とを備えた構成としたものである。

（ホ）作用 本発明によるこの種の吸収冷凍機は、冷水出口温度の決
定要因となる蒸発器及び吸収器内の温度あるいは飽和蒸
気圧に影響を及ぼす吸収液濃度〔すなわち吸収液の濃縮
度合〕を左右する加熱量制御が冷水出口温度の検出器の
信号により行なわれるので、冷水出口温度を目標値にほ
ぼ保つことが可能になるのはもちろん、冷凍出力に直接
の影響を及ぼす吸収器への濃液供給量を濃液用ポンプの
吐出量制御により調節する機能（作用）があるので、冷
凍出力制御の追従性に秀れる。かつまた、濃液用ポンプ
の吐出量制御を負荷の変化に直接影響される冷水（また
は冷風）入口温度に応じて行なう機能があるので、負荷
の急変時においても、ほぼ負荷に見合う冷凍機能に調節
することも可能となる。かつ、冷水出口温度の決定要因
となる蒸発器および吸収器内の温度、飽和蒸気圧に影響
を及ぼす吸収液濃度〔すなわち吸収液の濃縮度合〕を左
右する加熱量制御が冷水出口温度の検出器の信号により
ＰＩ調節器やＰＩＤ調節器などを介して行なわれるの
で、冷水出口温度を目標値に保つ機能がこの種の吸収冷
凍機にもたらされる。

(ヘ) 実施例 第１図は本発明によるこの種の吸収冷凍機の一実施例を
示した概略構成説明図である。第１図において、(1)は
高温発生器、(2)は低温発生器(3)および凝縮器(4)より
成る発生凝縮器、(5)は蒸発器(6)および吸収器(7)によ
り成る蒸発吸収器、(8)、(9)はそれぞれ低温、高温溶液
熱交換器、(10)は吸収器(7)の稀液溜め、(11)は稀液溜
め(10)への溢流口(12)を有する濃液溜め、(13)溶液散布
器、(14)は蒸発器(6)の冷媒液溜め、(15)は冷媒液散布
器、（Ｐ_LA）は稀液用ポンプ、（Ｐ_HA）濃液用ポンプ、
（Ｐ_R)は冷媒液用ポンプで、これらは冷媒の流れる管(1
6)、(17)、冷媒液の流下する管(18)、冷媒液の還流する
管(19)、(20)、稀液の送られる管(21)、(22)、(23)、(2
4)、中間液の流下する管(25)、(26)、濃液の流化する管
(27)、(28)、濃液の送られる管(29)、(30)により接続さ
れて冷媒〔水〕および吸収液〔臭化リチウム水溶液〕の
循環路が構成されている。

(31)は高温発生器(1)の燃焼加熱室、(32)、(32)…は燃
燒ガスの流れる管、(33)は低温発生器(3)の加熱器、(3
4)は凝縮器(4)の冷却器、(35)は蒸発器(6)の熱交換器、
(36)は吸収器(7)の冷却器である。また、(37)、(38)は
負荷側熱交換ユニット〔図示せず〕と熱交換器(35)とを
結んだ管路、(39)、(40)、(41)は冷却器(36)、(34)を直
列に結んだ管路、(42)は送風機(F)とバーナー(B)を結ん
だ空気供給路、(43)はバーナー(B)と燃料タンク〔図示
せず〕とを結んだ燃料供給路である。そして、空気供給
路(42)、燃料供給路(43)にはそれぞえダンパー(D)、燃
料制御弁（Ｖ_F）が備えてある。

なお、（Ｖ₁）、（Ｖ₂）、（Ｖ₃）は、それぞれ、管(1
6)と蒸発吸収器(5)とを結んだ管(44)、管(25)と管(21)
とを結んだ管(45)、冷媒液溜め(14)と管(22)とを結んだ
管(46)に備えた冷温切換弁であり、これらは冷凍運転の
際に閉止されている。これら冷温切換弁を開いて運転
し、熱交換器(35)から温水（あるいは温風）を得る際に
は、管(39)、(40)、(41)への冷却水（あるいは冷却用空
気）の流通を断ち冷媒液用ポンプ（Ｐ_R）および濃液用
ポンプ（Ｐ_HA）の作動を止めるようになっている。なお
また、(47)は冷媒液ブロー用の管で、この管には開閉弁
（Ｖ_B）が備えてある。

（Ｓ_exw）は熱交換器(35)から流出する冷水〔冷風〕あ
るいは温水〔温風〕の温度（以下、冷水出口温度とい
う）を感知する第２の温度検出器（以下、検出器とい
う）で、この検出器の信号によりＰＩもしくはＰＩＤ調
節器（Ｃ_VD)を介してダンパー(D)および燃料制御編（Ｖ
_F）の開度が制御されるようになっている。調節器（Ｃ
_VD）にＰＩ調節器を用いた場合、この調節器の制御動作
は下記(a)式で示される。

Ｍ＝100/P｛ｅ＋1/T_I・∫ｅdt｝……(a) なお、(a)式において、Ｍは操作量〔ダンパー(D)および
燃量制御弁（Ｖ_F）の開度〕、Ｐは比例動作の強さを表
わす定数〔比例帯とも称される。〕１００／Ｐは比例ゲ
イン、ｅは偏差〔制御偏差や制御動作信号とも称され
る。この実施例では冷水出口温度Ｘとその目標温度Ｖと
の差を意味する。〕、Ｔ_Ｉは積分の強さを表わす定数
〔積分時間とも称される。〕である。

また、調節器（Ｖ_VD）にＰＩＤ調節器を用いた場合、こ
の調節器の制御動作は下記(b)式で示される。

Ｍ＝100/P｛e＋1/T_I・∫ｅdt＋T_D・de/dt｝…(b) なお、(b)式において、Ｔ_Ｄは微分の強さを表わす定数
で微分時間と称される。その他の記号は(a)式と同じで
ある。これら(a)、(b)式で示されるように、ダンパー
(D)および燃料制御弁（Ｖ_F）の開度Ｍ〔操作量〕は冷水
出口目標温度Ｖに対する冷水出口温度Ｘの差ｅ〔制御偏
差〕と時間ｔとを変数にした関数になる。

（Ｓ_enw）は負荷側熱交換ユニット〔図示せず〕から熱
交換器(35)に流入する冷水〔冷風〕の温度（以下、冷水
入口温度という）を感知する第１の温度検出器（以下、
検出器という）であり、この検出器の信号により調節器
（Ｃ_PHA）を介して濃液用ポンプ（Ｐ_HA）の吐出量が比
例制御されるようになっている。

（Ｓ_GA）は高温発生器(1)の吸収液温度を感知する検出
器であり、この検出器の信号により調節器（Ｃ_PLA）を
介して稀液用ポンプ（Ｐ_LA）の吐出量が比例制御される
ようになっている。なお、（Ｉ₁）、（Ｉ₂）はインバー
タである。

次に、このように構成された吸収冷凍機（以下、本機と
いう）の動作例を本機の制御動作との関連において説明
する。

なお、この動作例において、冷水出口の目標温度Ｖを７
℃とし、調節器（Ｃ_VD）には比例帯Ｐが５℃ないし２０
℃、積分時間Ｔ_１が５分ないし１０分、微分時間Ｔ_Ｄが
１分ないし１５分にセット可能なＰＩＤ調節器を用い、
また、調節器（Ｃ_PHA）には冷水入口温度が１２℃とな
った時に濃液用ポンプ（Ｐ_HA）の吐出量を最大〔１００
℃〕にセットする一方７℃となった時に零〔０％〕にセ
ットするものを用い、かつまた、調節器（Ｃ_PLA）には
高温発生器(1)の吸収液温度が１５０℃となった時に稀
液用ポンプ（Ｐ_LA）の吐出量を最大〔１００％〕にセッ
トする一方１４０℃となった時に最大吐出量の１／５
〔２０％〕にセットするものを用いた場合について説明
する。そして、この場合においては、冷水入口温度が冷
水出口の目標温度である７℃になった時に負荷が零〔０
％〕であり、冷水入口温度が１２℃になった時に負荷が
１００℃であるものとしている。

今、本機の運転中に、例えば負荷が１００％から５０％
に急減したとき、本機の冷凍能力（冷凍出力）は急に変
らないため熱交換器(35)からほぼ７℃の冷水が負荷側へ
供給される。一方、負荷は半減しているため、負荷側か
ら熱交換器(35)に流入する冷水の温度〔冷水入口温度〕
が降下し始める。その結果、検出器（Ｓ_enw）の信号に
より比例制御用の調節器（Ｃ_VD）を介して濃液用ポンプ
（Ｐ_HA）の吐出量が第２図に示すように減らされて行
く。なお、第２図は冷水入口温度Ｙ〔冷水負荷Ｒ〕（横
軸に表示されている。）と濃液用ポンプ（Ｐ_HA）の吐出
量Ｍ_PHA（縦軸に表示されている。）との関係を示した
線図である。第２図に示すようにＭ_PHA がその最大値の
１００％から５０％へ向って比例制御されることによ
り、吸収器(7)の冷却器(36)に散布される濃液流量が比
例して減り、吸収器(7)での冷媒吸収量が次第に減少す
る。すなわち、負荷に見合う冷凍出力となるように吸収
器(7)の吸収能力が調整されて行くことになる。

ところで、負荷の急減に対して冷水入口温度Ｙの降下
は、秒単位のレベルでみると、ゆるやか〔負荷側熱交換
ユニットの熱容量（冷水の容量）が大きい程Ｙの降下は
緩慢となる。〕であり、これに伴ない吸収器(7)の吸収
能力の調整も緩慢になるから、濃液用ポンプ（Ｐ_HA）の
吐出量Ｍ_PHAが調節され始めても急減した負荷に対して
過大な冷凍出力の状態がしばらくの間〔特にＭ_PHAが５
０％に固定されるまでの間〕続くことになる。このた
め、熱交換器(35)内の冷水が過度に冷却されることとな
り、これから流出する冷水の温度〔冷水出口温度Ｘ〕も
降下し始める。その結果、検出器（Ｓ_exw）の信号によ
りＰＩＤ制御用の調節器（Ｃ_VD）を介してダンパー(D)
および燃料制御弁（Ｖ_F）の開度が制御され、高温発生
器(1)の加熱量が調節される。なお、ダンパー(D)および
燃料制御弁（Ｖ_F）の開度〔前述の式(a)で求め得る〕
は、制御偏差ｅすなわち冷水出口の目標温度（７℃）と
冷水出口温度Ｘとの差がしばらくの間刻々変化するの
で、この間一定にならない。

このように、負荷の急減直後に濃液用ポンプ（Ｐ_HA）の
吐出量Ｍ_PHAの比例制御が開始されると共にこの制御よ
りやゝ遅れて〔１〜２秒程度の遅れで人間にはほぼ同時
に感じる程度の遅れである。〕ダンパー(D)、燃料制御
弁（Ｖ_F）の開度のＰＩＤ制御が開始され、負荷に見合
う冷凍出力となるように本機の加熱入力も調整されて行
き、本機の熱収支のバランスが維持されることになる。

そして、第３図に示すように冷水出口温度Ｘが目標温度
にほぼ保たれ、さらに冷水入口温度Ｙも９．５℃〔第２
図参照〕に達すると、Ｍ_PHAが５０％に固定されると共
に上記開度もほぼ固定され、制御が終了する。なお、第
３図はＰＩＤ制御における冷水負荷Ｒの変化に対する冷
水出口温度Ｘの刻々の変化〔制御経過〕を表わした線図
である。第３図において、横軸には時間ｔ、縦軸には外
乱としての負荷Ｒの変化および偏差としての冷水出口温
度Ｘの変化が示されている。

また、本機においては、急減した負荷に見合う様に加熱
入力が減じられることによって高温発生器(1)の吸収液
の温度、飽和蒸気圧が降下し始め、これに伴ない高温発
生器(1)から低温発生器(3)側への吸収液の流出量が減り
始めるため、検出器（Ｓ_GA）の信号により比例制御用の
調節器（Ｃ_VD）を介して稀液用ポンプ（Ｐ_LA）の吐出量
が第４図に示すように減らされて行く。なお、第４図は
高温発生器(1)内の吸収液温度Ｚと稀液用ポンプ
（Ｐ_LA）の吐出量Ｍ_PLAとの関係を示した線図である。
稀液用ポンプ（Ｐ_LA）の吐出量Ｍ_PLAが減らされること
によって、高温発生器(1)における吸収液の出入量をバ
ランスさせることが可能となると共に吸収液の昇温のた
めの顕熱消費量を節約することも可能となる。

そして、負荷が急増した場合には、負荷の急減時の制御
と逆の動作が行なわれることになる。

このように、本機においては、負荷の変化に伴なって変
化する冷水入口温度Ｙを検出しつつ濃液用ポンプ
（Ｐ_HA）の吐出量Ｍ_PHAを制御することにより吸収器(7)
への濃液散布量を調節して吸収器(7)の吸収能力を調整
しているため、高温発生器(1)の加熱量を負荷に応じて
制御することにより間接的に吸収器(7)への濃液の散布
量と濃度とを調節して吸収器(7)の吸収能力を調整する
従来のものにくらべ、冷凍出力の負荷の変化に対する応
答速度を早くすることができる。また、上記の従来のも
のはその運転を続けている限りにおいて高温発生器
(1)、発生凝縮器(2)、蒸発吸収器(5)間に圧力差をもつ
ので吸収器(7)への濃液の散布を断ち得ず、吸収器(7)の
能力調整に限度をもつ。これに対し、本機は、濃液用ポ
ンプ（Ｐ_HA）を停止させることによって吸収器(7)の能
力をほぼ失なわせ得るので、冷凍出力の制御範囲を従来
のものよりも拡大できる。なお、低温発生器(3)から吸
収器(7)の溶液散布器(13)へ至る濃液流路に弁を設けて
これを全閉することにより吸収器(7)への濃液の散布を
断つ手段も考えられるが、この手段の場合、負荷の急増
時に弁を全開にすると同時に高温発生器(1)の加熱量を
最大にしても、高温発生器(1)、発生凝縮器(2)、蒸発吸
収器(5)間の圧力差は直ちに変らないため、吸収器(7)へ
の濃液の散布量を急増させることはできない。したがっ
て、この手段は負荷の急増時における冷凍出力の追従性
に劣る欠点をもつ。これに対し、本機においては、濃液
用ポンプ（Ｐ_HA）の吐出量Ｍ_PHAを急増させることによ
って、急増した負荷に見合う迅速な冷凍出力制御が可能
である。なお、本機においては、濃液溜め(11)の容量を
十分大きく採ることにより濃液用ポンプ（Ｐ_HA）の吐出
量Ｍ_PHAを急増させた際にはそのキャビテーションを防
止できることは勿論であり、また、Ｍ_PHAを急減させた
際には溢流口(12)より濃液溜め(11)から稀液溜め(10)へ
濃液を排出できるので、Ｍ_PHAを制御することによって
吸収液の流れに支障を来すようなことはない。

更にまた、本機においては、冷水出口温度Ｘを検出しつ
つ空気供給路(42)のダンパー(D)および燃料制御弁
（Ｖ_F）のＰＩＤ動作による高温発生器(1)の加熱量を調
節して吸収液の濃縮の度合を調整しているので、吸収器
(7)の冷却器(36)に散布される濃液の飽和蒸気圧、飽和
温度をほぼ所定の範囲内に保つことが可能であると共に
冷水出口温度をほぼ目標温度〔７℃〕に保つことも可能
であり、かつ、濃液用ポンプ（Ｐ_ＨＡ）の吐出量Ｍ
_ＰＨＡの制御による冷凍能力の増減変化によって冷水出
口温度が変化した場合にも、この冷水出口温度によって
高温発生器（１）の加熱量を増減しているため、高温発
生器（１）での加熱量と高温発生器（１）からの出熱量
とのバランスを図ることも可能である。なお本機におい
ては、ダンパー（Ｄ）および燃料制御弁（Ｖ_F）のＰＩ
動作による加熱量調節を行なうようにしても良い。ＰＩ
動作による調節の場合には、ＰＩＤ動作による調節の場
合にくらべ、冷水負荷Ｒの急変の際に冷水出口温度Ｘの
ハンチングが過渡的にやゝ大きくなるものの、この程度
のハンチングは無視し得る〔特に容量の大きな吸収冷凍
機の加熱量調節においては、ハンチングの程度に大差が
ない。〕。

また、本機においては、高温発生器(1)の吸収液温度Ｚ
を検出しつつ稀液用ポンプ（Ｐ_LA）の吐出量Ｍ_PLAを制
御するので、高温発生器(1)における吸収液の出入のバ
ランスを保って吸収液の循環を良好に維持し得ると共に
高温発生器(1)の熱効率も高水準に維持し得る。なお、
Ｍ_PLA制御は熱交換器(35)から温水を得る運転において
も可能である。

なおまた、本機において、検出機（Ｓ_enw）、
（Ｓ_exw）、（Ｓ_GA）はそれぞれ管路(37)、(38)、高温
発生器(1)の壁温を感知するように構成しても良い。

(ト) 発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、加熱量を冷水出口温度
により調節して冷水出口温度をほぼ一定にすることがで
きるのはもちろん、この加熱量制御では即座に対応でき
ない負荷の急変に対しては冷水入口温度により濃液供給
量を調節し、負荷の急変に対する冷凍能力の追従性を向
上することができる等、従来のこの種の吸収冷凍機では
発揮することの困難な優れた効果をこの種の吸収冷凍機
にもたらし得る。

なお、本発明を一重効用吸収冷凍機に適用しても同様の
効果をもたらし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるこの種の吸収冷凍機の一実施例を
示した概略構成説明図、第２図は冷水入口温度Ｙおよび
冷水負荷Ｒと濃液用ポンプの吐出量Ｍ_PHAとの関係を示
した線図、第３図はＰＩＤ制御における冷水負荷Ｒのス
テップ変化に対する冷水出口温度Ｘの変化の推移を示し
た線図、第４図は吸収液温度Ｚと稀液用ポンプの吐出量
Ｍ_PLAとの関係を示した線図である。 (1)……高温発生器、(2)……発生凝縮器、(3)……低温
発生器、(4)……凝縮器、(5)……蒸発吸収器、(6)……
蒸発器、(7)……吸収器、(8)、(9)……低温、高温溶液
熱交換器、(10)……稀液溜め、(11)……濃液溜め、(12)
……溢流口、(13)……溶液散布器、(21)、(22)、(23)、
(24)、(25)、(26)、(27)、(28)、(29)、(30)……管、(3
1)……燃燒加熱室、(33)……加熱器、(34)……冷却器、
(35)……熱交換器、(36)……冷却器、(37)、(38)……
管、(42)……空気供給路、(43)……燃料供給路、
（Ｐ_LA）……稀液用ポンプ、（Ｐ_HA）……濃液用ポン
プ、（Ｓ_enw）……検出器、（Ｃ_PHA）……調節器、（Ｓ
_exw）……検出器、（Ｃ_VD）……調節器、(D)……ダンパ
ー、（Ｖ_F）……燃料制御弁。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸収器、発生器、凝縮器及び蒸発器を配管
   接続して冷媒及び溶液の流路を形成し、かつ、発生器か
   ら吸収器に至る濃溶液の流路に設けられた吐出量可変ポ
   ンプと、蒸発器の冷水入口温度を検出する第１の温度検
   出器と、この第１の温度検出器が検出した温度により吐
   出量可変ポンプの吐出量を制御する濃溶液流量調節装置
   と、蒸発器の冷水出口温度を検出する第２の温度検出器
   と、この第２の温度検出器が検出した温度により発生器
   の加熱量を制御する加熱量調節装置とを備えたことを特
   徴とした吸収冷凍機。
2. 【請求項２】前記濃溶液流量調節装置の制御動作が比例
   動作である特許請求の範囲第１項に記載の吸収冷凍機。
3. 【請求項３】前記加熱量調節装置の制御動作がＰＩＤ動
   作である特許請求の範囲第１項または第２項に記載の吸
   収冷凍機。
4. 【請求項４】前記加熱量調節装置の制御動作がＰＩ動作
   である特許請求の範囲第１項または第２項に記載の吸収
   冷凍機。