JPH11230631A

JPH11230631A - 吸収式冷凍機

Info

Publication number: JPH11230631A
Application number: JP10036039A
Authority: JP
Inventors: Masato Fujiwara; 正人藤原; Yoshio Ozawa; 芳男小澤; Naoki Ko; 直樹広; Yasuharu Kuroki; 靖治黒木; Toshihiro Yamada; 敏宏山田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高温再生器で発生した冷媒蒸気を低温再生器
12に供給して凝縮させると共に、高温再生器内の吸収液
(中間液)は低温再生器12へ供給して加熱する二重効用型
の吸収式冷凍機において、濃液濃度を制御して運転効率
を改善する。【解決手段】低温再生器12にて液化した冷媒を凝縮器
11へ供給するための配管７に、オリフィス71を取り付け
ると共に、該オリフィスを迂回するバイパス管８に第１
制御弁81を取り付けて、立ち上げ時には、第１制御弁81
を全開とし、負荷が安定した後は、高温再生器に対する
入熱量が最少となる様に制御弁81の開度を絞る。又、高
温再生器から低温再生器12へ吸収液(中間液)を供給する
ための配管72には、第２制御弁82を設けて、吸収液(濃
液)が結晶化しない範囲で可及的に最大の濃度となる
様、吸収液(中間液)の流量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温再生器にて吸
収液から発生した冷媒蒸気を低温再生器に供給して凝縮
させ、凝縮によって液化した冷媒は凝縮器へ供給すると
共に、高温再生器内の吸収液(中間液)は低温再生器へ供
給して、冷媒蒸気の凝縮熱によって吸収液を加熱する二
重効用型の吸収式冷凍機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】二重効用型の吸収式冷凍機は、図６に示
す如く、凝縮器(11)及び低温再生器(12)からなる上胴
(１)、蒸発器(21)及び吸収器(22)からなる下胴(２)、バ
ーナ(31)を内蔵した高温再生器(３)、高温熱交換器
(４)、低温熱交換器(５)などを相互に配管接続し、吸収
液ポンプ(６)によって、吸収液を高温再生器(３)、低温
再生器(12)及び吸収器(22)の間で循環させ、冷凍サイク
ルを実現するものである。

【０００３】二重効用型の吸収式冷凍機においては、低
温再生器(12)にて液化した冷媒を凝縮器(11)へ供給する
ための配管(７)に、図７に示す如くオリフィス(70)が取
り付けられ、低温再生器(12)にて液化した冷媒を減圧し
て、凝縮器(11)へ供給するようになっている。これによ
って低温再生器(12)内が低い圧力に保たれ、低温再生器
(12)で発生した冷媒蒸気が、凝縮器(11)内で凝縮、液化
されるのである。一方、高温再生器(３)で発生した冷媒
蒸気は、低温再生器(12)内の伝熱管中で凝縮して、凝縮
熱を吸収液に与えながら液化し、冷媒液となって上述の
オリフィス(70)を経て凝縮器(11)へ供給された後、凝縮
器(11)内で液化した冷媒液と一緒に蒸発器(21)に戻る。

【０００４】図６に示す様に、高温再生器(３)内のバー
ナ(31)に燃料ガスを供給するための配管には、ガス弁(3
2)が取り付けられ、蒸発器(21)から流出する冷水の温度
(冷水出口温度Ｔc＿out)を目標値に保つべく、ガス弁(3
2)の開度が制御され、燃料ガスの供給量が調整される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の二重
効用型の吸収式冷凍機においては、高温再生器(３)と低
温再生器(12)の間の圧力差によって、高温再生器(３)内
の吸収液(中間液)が低温再生器(12)へ供給され、この結
果、低温再生器(12)内に溜まった吸収液(濃液)の濃度が
決まることになる。即ち、濃液濃度の積極的な制御は行
なわれていない。しかしながら、濃液濃度が低い程、吸
収液の循環流量が増大して、吸収液の顕熱上昇に消費さ
れるエネルギーが増大し、効率が低下する問題がある。
本発明の目的は、二重効用型の吸収式冷凍機において、
濃液濃度を積極的に制御して、従来よりも運転効率を改
善することである。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る吸収式冷凍機
においては、高温再生器(３)から低温再生器(12)へ吸収
液(中間液)を供給するための配管(72)に、流量調整手段
を設けて、吸収器(22)へ供給されるべき吸収液(濃液)が
結晶化しない範囲で可及的に最大の濃度となる様、吸収
液(中間液)の流量を制御する。尚、流量調整手段は、制
御弁やポンプ等によって構成することが出来る。

【０００７】上記本発明の吸収式冷凍機においては、流
量調整手段の動作によって、高温再生器(３)から低温再
生器(12)へ供給すべき吸収液(中間液)の流量を減少させ
ることによって、低温再生器(12)に溜まる吸収液(濃液)
の濃度を上げることが出来る。但し、濃液濃度が過度に
高くなると、吸収液が結晶化して、運転継続に支障が生
じる。そこで、本発明においては、吸収液が結晶化しな
い範囲で可及的に最大の濃度となる様、吸収液(中間液)
の流量を制御するこれによって、吸収液の循環流量が減少して、吸収液の
顕熱上昇に消費されるエネルギーが減少し、運転効率が
向上する。

【０００８】具体的には、流量調整手段に対して流量指
令を発する制御手段を具え、該制御手段は、吸収液が結
晶化しない目標濃度を吸収液の温度毎に記憶しており、
吸収器(22)へ供給されるべき吸収液(濃液)の温度の測定
値と、低温再生器(12)に溜まった吸収液(濃液)の濃度の
測定値若しくは推定値とに基づいて、流量指令を算出す
る。吸収液の結晶化する濃度は、吸収液の温度によって
異なるため、上記具体的構成においては、予め温度毎に
結晶化することのない最大濃度を、目標値として記憶し
ておき、運転時には、濃液温度の測定値に基づいて目標
濃液濃度を決定して、濃液濃度の測定値若しくは推定値
を目標濃度に近づけるべく、中間液流量のフィードバッ
ク制御を実行する。これによって、負荷に拘わらず、吸
収液が結晶化しない範囲で可及的に最大の濃度が保たれ
ることになる。

【０００９】更に具体的構成において、低温再生器(12)
にて液化した冷媒を凝縮器(11)へ供給するための配管
(７)には、該配管を流れる冷媒を減圧すると共に減圧量
の調整が可能な圧力調整手段を設け、冷凍負荷の大きさ
に応じて減圧量を調整する。これによって、冷凍負荷に
拘わらず最適な減圧量が設定され、この結果、高温再生
器(３)及び低温再生器(12)の夫々において、高温再生器
(３)に対する入熱量に応じた十分な蒸気発生量が得られ
ることとなって、従来よりも高い効率が得られる。

【００１０】具体的には、圧力調整手段は、前記配管
(７)に取り付けられたオリフィス(71)と、該オリフィス
(71)を迂回するバイパス管(８)と、該バイパス管(８)の
途中に介在する制御弁(81)とから構成され、立ち上げ時
から負荷が安定するまでの期間は、制御弁(81)を全開と
し、負荷が安定した後は、高温再生器(３)に対する入熱
量が最少となる様に制御弁(81)の開度を絞る。該具体的
構成においては、制御弁(81)の開度を調整することによ
って、オリフィス(71)及び制御弁(81)を通過する冷媒の
減圧量が調整される。

【００１１】立ち上げ時には、制御弁(81)を全開とする
ことによって、低温再生器(12)から流出する冷媒液の流
量の増大に拘わらず、該冷媒液を滞留させることなく、
凝縮器(11)へ送り込むことが可能となる。そして、その
後、負荷が安定した状態で制御弁(81)の開度を徐々に絞
ることによって、減圧量が徐々に増大し、これに伴って
凝縮量は増加する。ここで、冷水出口温度を目標値に近
づけるべく高温再生器(３)に対する入熱量を制御した場
合、入熱量は減少することになる。しかし、制御弁(81)
の開度がある値を下回ると、冷媒の流量が減少して、逆
に入熱量が増大する。そこで、入熱量が最小となる制御
弁(81)の開度を設定する。この結果、負荷安定状態にお
ける最適な開度が設定され、従来よりも高い効率が得ら
れることになる。

【００１２】

【発明の効果】本発明に係る吸収式冷凍機によれば、吸
収液が結晶化しない範囲で濃液濃度が可級的に最大値に
保たれるため、従来よりも運転効率が向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。本発明に係る二重
効用型の吸収式冷凍機は、図６に示す従来の吸収式冷凍
機と同様に、凝縮器(11)及び低温再生器(12)からなる上
胴(１)、蒸発器(21)及び吸収器(22)からなる下胴(２)、
バーナ(31)を内蔵した高温再生器(３)、高温熱交換器
(４)、低温熱交換器(５)などを相互に配管接続し、吸収
液ポンプ(６)によって、吸収液を高温再生器(３)、低温
再生器(12)及び吸収器(22)の間で循環させ、冷凍サイク
ルを実現するものである。高温再生器(３)内のバーナ(3
1)に燃料ガスを供給するための配管には、ガス弁(32)が
取り付けられ、蒸発器(21)から流出する冷水の温度(冷
水出口温度Ｔc＿out)を目標値に保つべく、ガス弁(32)
の開度が制御され、燃料ガスの供給量が調整される。

【００１４】図１は、本発明に係る吸収式冷凍機の特徴
的構成を表わしており、低温再生器(12)にて液化した冷
媒を凝縮器(11)へ供給するための配管(７)に、従来のオ
リフィスよりも孔径の小さなオリフィス(71)が取り付け
られている。又、配管(７)には、オリフィス(71)を迂回
するバイパス管(８)が接続され、該バイパス管(８)の途
中に第１制御弁(81)が介在している。第１制御弁(81)に
は第１制御回路(９)が接続される。該制御回路(９)は、
高温再生器に供給されるべき燃料ガスの流量Ｑに応じて
変化する開度指令Ａ１を作成し、第１制御弁(81)へ供給
するものである。これによって、第１制御弁(81)の開度
が後述の如く最適制御される。

【００１５】又、高温再生器(３)から低温再生器(12)へ
吸収液(中間液)を供給するための配管(72)には、第２制
御弁(82)が取り付けられており、中間液流量の調整が可
能となっている。第２制御弁(82)には第２制御回路(91)
が接続される。該制御回路(91)は、吸収液が結晶化しな
い目標濃度を吸収液の温度毎に記憶しており、吸収器(2
2)内で散布される吸収液(濃液)の温度の測定値と、低温
再生器(12)に溜まった吸収液(濃液)の濃度の測定値若し
くは推定値とに基づいて、吸収液が結晶することのない
最大の濃液濃度を得るための開度指令Ａ２を作成し、第
２制御弁(82)へ供給するものである。

【００１６】図２は、吸収式冷凍機本体(10)に対する制
御系の構成を表わしている。吸収式冷凍機本体(10)から
得られる冷水の出口温度Ｔc＿outと、その目標値(例え
ば７℃)がＰＩＤコントローラ(90)へ供給され、冷水の
出口温度Ｔc＿outを目標値に近づけるためのＰＩＤ制御
が実行される。これによって、ＰＩＤコントローラ(90)
からは、高温再生器へ供給すべき燃料ガスの流量Ｑにつ
いての指令が出力される。ＰＩＤコントローラ(90)から
指令されるガス流量Ｑは、吸収式冷凍機本体(10)のガス
弁へ供給されて、弁開度が制御される。又、ＰＩＤコン
トローラ(90)から指令されるガス流量Ｑは、第１制御回
路(９)へ供給されて、前述の如く第１制御弁(81)に対す
るバルブ開度Ａ１が作成され、吸収式冷凍機本体(10)へ
供給される。

【００１７】更に、吸収式冷凍機本体(10)の低温熱交換
器(５)の出口で測定された濃液低温温度と、後述の如く
測定若しくは推定された濃液濃度とが、第２制御回路(9
1)へ供給され、吸収液が結晶することのない最大の濃液
濃度を得るための開度指令Ａ２が作成され、吸収式冷凍
機本体(10)へ供給される。

【００１８】図３及び図４は、夫々第１制御回路(９)及
び第２制御回路(91)による制御系をマイクロコンピュー
タによって実現した場合の制御手続きを表わしている。
尚、これら２つの制御手続きは、一定の制御周期で同時
に実行される。

【００１９】図３に示す制御手続きにおいては、先ずス
テップＳ１では、第１制御弁(81)についてのバルブ開度
Ａ１を最大開度Ａmaxに設定し、ステップＳ２にて、前
述のＰＩＤコントローラ(90)によってガス流量ＱのＰＩ
Ｄ制御を実行する。その後、ステップＳ３では、冷却水
出口温度Ｔco＿outが、目標値を含む所定の温度範囲(Ｔ
ｘ〜Ｔｙ)内であるかどうかにより、冷却水出口温度が
目標値に追従しているかどうかを判断する。ここで、ノ
ーと判断された場合は、ステップＳ２のＰＩＤ制御を続
行する。

【００２０】ステップＳ３でイエスと判断されたとき
は、ステップＳ４に移行して、冷水出口温度Ｔc＿outと
冷水入口温度Ｔc＿inの差が一定となったかどうかによ
り、負荷が安定したかどうかを判断する。ここで、ノー
と判断されたときは、ステップＳ２に戻って、ＰＩＤ制
御を続行する。

【００２１】ステップＳ４でイエスと判断されたとき
は、ステップＳ５に移行して、バルブ開度Ａ１を所定量
ΔＡだけ減少させた後、ステップＳ６にて、ガス流量Ｑ
が減少したかどうかを判断する。負荷が安定した直後の
バルブ開度は過大であるため、開度を絞ることによって
凝縮量が増大し、ガス流量は減少するが、バルブ開度が
負荷安定状態における最適値を下回ると、冷媒流量が減
少するために凝縮量が減少し、ガス流量は増大すること
になる。

【００２２】そこで、ステップＳ６にてイエスと判断さ
れたときは、ステップＳ５に戻って、更にバルブ開度Ａ
１を絞る。その後、ステップＳ６にてノーと判断された
ときは、ステップＳ７へ移行して、バルブ開度の調整を
停止する。最後に、ステップＳ８では、負荷が増大した
どうかを例えば冷水出入口温度差によって検知し、負荷
が一定又は減少したときは、ステップＳ７に戻って、そ
のときのバルブ開度を維持する。一方、負荷が増大した
ときは、ステップＳ１に戻って、バルブ開度を最大とし
て、上述の手続きを繰り返す。

【００２３】図３に示す制御手続きによれば、立ち上げ
時から負荷が安定するまでの期間は、第１制御弁(81)が
全開となって、低温再生器(12)から流出する冷媒液は、
第１制御弁(81)及びオリフィス(71)を通過して、滞留す
ることなく、凝縮器(11)へ送り込まれる。そして、その
後、負荷が安定した状態では、ガス流量が減少から増大
に転じるまで、第１制御弁(81)が絞られ、最適な減圧量
が設定される。この結果、負荷に拘わらず、従来よりも
高い効率が得られることになる。

【００２４】一方、図４に示す制御手続きにおいては、
先ずステップＳ１１にて濃液低温温度を測定すると共
に、目標値とする濃液濃度を決定する。ここで、目標濃
液濃度は、予め、吸収液の温度毎に結晶化しない範囲で
最大の濃液濃度を決定して、テーブル化し或いは数式化
してメモリに格納しておく。そして、運転時には、濃液
低温温度の測定データに基づいて、目標濃液濃度を導出
する。尚、目標濃液濃度は、吸収液が結晶化することと
なる濃度よりも、所定値(例えば０.５％)だけ小さい値
として決定することが出来る。

【００２５】次にステップＳ２では、濃液濃度を測定
し、若しくは推定する。濃液濃度の測定は、周知の濃度
センサーを低温再生器(12)に取り付けて行なうことが出
来る。濃液濃度の推定は、例えば下記数１に示す実験式
を用いて行なうことが出来る。

【００２６】

【数１】Ｔ＝ (ａ0＋ａ1・Ｄ＋ａ2・Ｄ²＋ａ3・Ｄ³)・
Ｔw＋ｂ0＋ｂ1・Ｄ＋ｂ2・Ｄ²＋ｂ3・Ｄ³

【００２７】ここで、Ｔは濃液温度(℃)、Ｄは濃液濃度
(％)、Ｔwは濃液濃度と温度に平衡する圧力相当の水の
飽和温度(℃)であり、ａ0〜ａ3、ｂ0〜ｂ3は実験的に決
定されるパラメータである。濃液温度Ｔは、低温再生器
(12)に温度センサーを取り付けることによって測定でき
る。飽和温度Ｔwは、凝縮器(11)に温度センサーを取り
付けて冷媒溜まり温度を測定する。又、飽和温度Ｔw
は、上胴(１)に圧力センサーを取り付けて圧力を測定
し、飽和蒸気表における圧力と温度の関係から導出する
ことも可能である。この様にして求めた濃液温度と飽和
温度を上記数１に代入し、数１を解くことによって、濃
液濃度Ｄの推定値を得ることが出来る。

【００２８】次に図４のステップＳ１３では、濃液濃度
の測定値若しくは推定値と、目標濃液濃度との偏差が零
に近づく様、第２制御弁(82)の開度、即ち吸収液(中間
液)の流量をＰＩＤ制御する。そして、ステップＳ１４
では、測定若しくは推定された濃液濃度Ｄが目標値を含
む所定の範囲(Ｄx〜Ｄy)内であるかどうかにより、濃液
濃度が目標値に追従しているかどうかを判断し、ノーと
判断されたときは、ステップＳ１１に戻って、中間液流
量のＰＩＤ制御を繰り返す。ステップＳ１４でイエスと
判断されたときは、ステップＳ１５に移行して、そのと
きの第１制御弁(81)のバルブ開度を保持し、再びステッ
プＳ１４の判断に戻る。

【００２９】上述の制御手続きによれば、吸収液(濃液)
が結晶化しない範囲で可及的に大きな濃度となる様、吸
収液(中間液)の流量が制御されるので、従来よりも高い
運転効率が得られる。

【００３０】又、図３に示す冷媒の減圧量についての制
御を実行すると同時に、図４に示す濃液濃度についての
制御を実行するので、高温再生器(３)及び凝縮器(11)で
の蒸気の発生量に関して最も効率的な運転状態におい
て、目標濃液濃度が設定され、該目標値に追従する濃度
制御が行なわれることとなって、濃液濃度についての制
御を実行しない場合よりも更に運転効率が改善される。

【００３１】図５は、本発明に係る吸収式冷凍機(制御
あり)と、従来の吸収式冷凍機(制御なし)において、冷
却水温度３０℃での冷凍負荷と成績係数ＣＯＰとの関係
を、実験によって調べ、グラフ化したものである。この
グラフから明らかな様に、本発明に係る吸収式冷凍機で
は、負荷の大小に拘わらず、大きな成績係数ＣＯＰが得
られている。

【００３２】尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に
限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の
変形が可能である。例えば、図１に示す第２制御弁(82)
に替えて、インバータ制御方式のポンプを採用すること
も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る吸収式冷凍機の要部の構成を表わ
す系統図である。

【図２】本発明に係る吸収式冷凍機の制御系を表わすブ
ロック図である。

【図３】本発明に係る吸収式冷凍機における減圧量につ
いての制御手続きを表わすフローチャートである。

【図４】本発明に係る吸収式冷凍機における濃液濃度に
ついての制御手続きを表わすフローチャートである。

【図５】冷凍負荷と成績係数の関係を表わすグラフであ
る。

【図６】二重効用型吸収式冷凍機の全体構成を表わす系
統図である。

【図７】従来の吸収式冷凍機の図１に対応する系統図で
ある。

【符号の説明】

(１) 上胴 (11) 凝縮器 (12) 低温再生器 (２) 下胴 (21) 蒸発器 (22) 吸収器 (３) 高温再生器 (７) 配管 (71) オリフィス (81) 第１制御弁 (82) 第２制御弁 (９) 第１制御回路 (91) 第２制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒木靖治大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者山田敏宏大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温再生器(３)にて吸収液から発生した
冷媒蒸気を低温再生器(12)に供給して凝縮させ、凝縮に
よって液化した冷媒は凝縮器(11)へ供給すると共に、高
温再生器(３)内の吸収液は低温再生器(12)へ供給して、
冷媒蒸気の凝縮熱によって吸収液を加熱する二重効用型
の吸収式冷凍機において、高温再生器(３)から低温再生
器(12)へ吸収液を供給するための配管(72)には、流量調
整手段を設けて、吸収器(22)へ供給されるべき吸収液が
結晶化しない範囲で可及的に最大の濃度となる様、吸収
液の流量を制御することを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項２】流量調整手段に対して流量指令を発する
制御手段を具え、該制御手段は、吸収液が結晶化しない
目標濃度を吸収液の温度毎に記憶しており、吸収器(22)
へ供給されるべき吸収液の温度の測定値と、低温再生器
(12)に溜まった吸収液の濃度の測定値若しくは推定値と
に基づいて、流量指令を算出する請求項１に記載の吸収
式冷凍機。
【請求項３】流量調整手段は、配管(72)に介在する制
御弁(82)又はポンプによって構成される請求項１又は請
求項２に記載の吸収式冷凍機。
【請求項４】低温再生器(12)にて液化した冷媒を凝縮
器(11)へ供給するための配管(７)には、該配管を流れる
冷媒を減圧すると共に減圧量の調整が可能な圧力調整手
段を設け、冷凍負荷の大きさに応じて減圧量を調整する
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の吸収式冷凍機。
【請求項５】圧力調整手段は、前記配管(７)に取り付
けられたオリフィス(71)と、該オリフィス(71)を迂回す
るバイパス管(８)と、該バイパス管(８)の途中に介在す
る制御弁(81)とから構成され、立ち上げ時から負荷が安
定するまでの期間は、制御弁(81)を全開とし、負荷が安
定した後は、高温再生器(３)に対する入熱量が最少とな
る様に制御弁(81)の開度を絞る請求項４に記載の吸収式
冷凍機。