KR100441923B1

KR100441923B1 - 흡수식 냉동기의 제어 방법

Info

Publication number: KR100441923B1
Application number: KR10-2002-0016616A
Authority: KR
Inventors: 야마자끼시구마; 에노모또에이이찌; 가마따야스시; 후루까와마사히로
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤; 산요 덴키 구우쵸우 가부시키가이샤
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2004-07-27
Also published as: US20020162341A1; KR20020077117A; JP2002295917A; CN1162668C; US6560979B2; CN1378063A

Abstract

본 발명의 과제는 흡수액이 결정화되어 운전 불가능 상태로 빠지지 않도록 하는 것이다.

온도 센서(22)가 검출한 농후 흡수액의 온도(Tr)와, 농도 센서(21)가 검출한 농후 흡수액의 농도로부터 구한 그 농후 흡수액의 결정화 온도(Tc)와의 온도차(△T)가 소정의 온도차 이내가 된 때에, 가열량 제어 밸브(20)의 개방도를 소정량, 예를 들어 20 %만큼 감소시키도록 하였다. 또한, 농도 센서(21)가 검출한 농후 흡수액의 농도가 소정의 고농도, 예를 들어 65 %를 넘었을 때에는 상기 온도차(△T)의 여하에 관계없이 가열량 제어 밸브(20)의 개방도를 제한하여 고온 재생기(1)에 공급하는 열량을 억제하고, 농후 흡수액의 농도가 소정의 저농도, 예를 들어 59 % 이하일 때에는 상기 온도차(△T)의 여하에 관계없이 가열량 제어 밸브(20)의 개방도 제한을 행하지 않고, 고온 재생기(1)에 공급하는 열량의 제한을 행하지 않도록 하였다.

Description

흡수식 냉동기의 제어 방법{CONTROL METHOD FOR ABSORPTION REFRIGERATOR}

본 발명은 흡수식 냉동기의 제어 방법에 관계되는 것이다.

흡수식 냉동기의 열효율을 높이기 위해서는 저온 열교환기, 고온 열교환기에 있어서의 교환 열량을 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 이들 열교환기의 전열 면적을 증가시키거나, 전열 성능을 향상시키는 등하여 교환 열량이 증대하면, 저온 열교환기로부터 나오는 농후 흡수액의 온도가 크게 저하하므로, 흡수기와 응축기에 공급하고 있는 냉각수의 온도가 갑자기 저하하고, 그에 수반하여 희박 흡수액의 온도가 갑자기 저하하는 등 했을 때에는 저온 열교환기로 그 희박 흡수액과 열교환하고 있는 농후 흡수액의 온도도 급격하게 저하하고, 농후 흡수액이 흡수기로 유입하기 전에 결정화할 확률이 증가한다.

이로 인해, 종래의 흡수식 냉동기에 있어서는 저온 열교환기를 나오는 농후흡수액이 소정의 높은 농도가 되면, 고온 재생기에 공급하는 열량을 제한하는 제어예가, 예를 들어 일본 특허 공고 평3-20671호 공보에 제안되어 있다.

그러나, 저온 열교환기로부터 나오는 농후 흡수액의 농도에만 주목한 이 제어 방법에서는 소정의 농도 이하일 때에는 당연히 고온 재생기에 공급하는 열량의 제한이 행해지지 않으므로, 어떠한 요인에 의해 농후 흡수액의 온도가 저하하면, 단순히 농후 흡수액이 결정화되어 운전 불가능 상태로 빠지는 경우가 있다.

또, 이 공보에는 농후 흡수액의 저온 열교환기 출구 온도에 의해 농도의 설정을 행하는 제어예도 제안되어 있지만, 어떠한 요인, 예를 들어 열교환기의 전열 성능의 저하 등에 의해, 저온 열교환기를 나오는 농후 흡수액의 온도가 상승했을 때에는 농후 흡수액의 농도가 상승하더라도 고온 재생기에 공급하는 열량이 제한되지 않게 되어, 흡수액관 등의 금속 부분의 부식이 심해지는(주로 고온부에서의 부식 속도가 빨라짐) 등의 폐해를 초래하고 있었다.

따라서, 어떠한 상황하에서 운전하게 되어도, 흡수액의 결정화를 확실하게 방지할 수 있도록 하는 동시에, 금속 부분이 심하게 부식되는 일이 없도록, 흡수액이 소정의 농도를 넘어서 운전되는 일이 없는 흡수식 냉동기를 제공할 필요가 있어, 그것이 해결해야 할 과제가 되고 있었다.

도1은 본 발명의 제어 방법에 의해 제어하는 흡수식 냉동기의 구성을 도시한 설명도.

도2는 흡수액의 농도와 결정화 온도와의 관계를 도시한 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고온 재생기

2 : 가스 버너

3 : 저온 재생기

4 : 응축기

5 : 증발기

6 : 흡수기

7 : 저온 열교환기

8 : 고온 열교환기

9 내지 11 : 흡수액관

12 : 흡수액 펌프

13 내지 15 : 냉매관

16 : 냉매 펌프

17 : 냉수관

18 : 냉각수관

19 : 가스 배관

20 : 가열량 제어 밸브

21 : 농도 센서

22 : 온도 센서

23 : 제어 장치

본 발명은 상기 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 구체적 수단으로서, 고온 재생기ㆍ저온 재생기ㆍ응축기ㆍ흡수기ㆍ저온 열교환기ㆍ고온 열교환기 등을 배관접속하여 구성되는 흡수식 냉동기에 있어서, 저온 재생기로부터 흡수기로 저온 열교환기를 경유하여 유입하는 농후 흡수액의 농도와 저온 열교환기를 나와 흡수기로 유입하는 농후 흡수액의 온도를 구하고, 상기 농도로부터 구한 농후 흡수액의 결정화 온도와 상기 농후 흡수액의 온도가 소정의 온도 차 이내가 된 때에, 고온 재생기에 공급하는 열량을 제한하도록 한 제1 구성의 제어 방법과,

상기 제1 구성의 제어 방법에 있어서, 농후 흡수액의 농도를 저온 재생기의 농후 흡수액 출구 온도와 응축기에 있어서의 냉매의 응축 온도에 의거하여 연산 산출하도록 한 제2 구성의 제어 방법과,

상기 제1 또는 제2 구성의 제어 방법에 있어서, 농후 흡수액의 농도가 소정의 농도를 넘었을 때에는 상기 온도차의 여하에 관계없이, 고온 재생기에 공급하는 열량을 제한하도록 한 제3 구성의 제어 방법과,

상기 제1 또는 제2 구성의 제어 방법에 있어서, 농후 흡수액의 농도가 소정의 농도 이하일 때에는 상기 온도차의 여하에 관계없이, 고온 재생기에 공급하는 열량의 제한을 행하지 않도록 한 제4 구성의 제어 방법과,

상기 제1 내지 제4 중 어느 한 구성의 제어 방법에 있어서, 고온 재생기에 공급하는 열량의 상기 제한 대신에, 또는 상기 열량 제한에다가 흡수기로부터 저온 열교환기를 경유하여 고온 재생기에 이르는 흡수액관에 마련한 흡수액 펌프의 회전수를 증가하도록 한 제5 구성의 제어 방법을 제공함으로써, 상기한 종래 기술의 과제를 해결하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도1은 냉매에 예를 들어 물, 흡수액에 브롬화 리튬(LiBr) 수용액을 이용한 흡수식 냉동기의 개략 구성도이며, 부호 1은 예를 들어 도시 가스를 연료로 하는 가스 버너(2)의 화력에 의해서 흡수액을 가열하여 냉매를 증발 분리하도록 구성된 고온 재생기, 부호 3은 저온 재생기, 부호 4는 응축기, 부호 5는 증발기, 부호 6은 흡수기, 부호 7은 저온 열교환기, 부호 8은 고온 열교환기, 부호 9 내지 11은 흡수액관, 부호 12는 흡수액 펌프, 부호 13 내지 15는 냉매관, 부호 16은 냉매 펌프, 부호 17은 냉수관, 부호 18은 냉각수관, 부호 19는 가스 버너(2)에 접속된 가스 배관, 부호 20은 가열량 제어 밸브, 부호 21은 흡수액관(11)의 저온 열교환기(7) 입구측에 설치되어 저온 재생기(3)로부터 흡수기(6)를 향해 흐르고 있는 농후 흡수액의 농도를 검출하는 농도 센서, 부호 22는 흡수액관(11)의 저온 열교환기(7) 출구측에 설치되어 저온 열교환기(7)로부터 나온 농후 흡수액의 온도를 검출하는 온도 센서, 부호 23은 농도 센서(21), 온도 센서(22)가 검출한 데이터 등에 의거하여 가열량 제어 밸브(20)의 개방도를 제어하기 위한 제어 장치이다.

상기 구성의 흡수식 냉동기에 있어서는, 가스 버너(2)에 의해 도시 가스를 연소하여 고온 재생기(1)로 희박 흡수액을 가열 비등시키면, 희박 흡수액으로부터 증발 분리한 냉매 증기와 냉매 증기를 분리하여 흡수액의 농도가 높아진 중간 흡수액을 얻을 수 있다.

고온 재생기(1)에서 생성된 고온의 냉매 증기는 냉매관(13)을 통해 저온 재생기(3)로 들어가, 고온 재생기(1)에서 생성되어 흡수액관(10)에 의해 고온 열교환기(8)를 경유하여 저온 재생기(3)로 들어간 중간 흡수액을 가열하여 방열 응축하여응축기(4)로 들어간다.

또한, 저온 재생기(3)에서 가열되어 중간 흡수액으로부터 증발 분리한 냉매는 응축기(4)로 들어가 냉각수관(18) 내를 흐르는 물과 열교환하여 응축액화하고, 냉매관(13)으로부터 응축하여 공급되는 냉매와 함께 냉매관(14)을 통해 증발기(5)로 들어간다.

증발기(5)로 들어가 냉매액 저장소에 저장된 냉매액은 냉수관(17)에 접속된 전열관(17A) 상에 냉매 펌프(16)에 의해 살포되고, 냉수관(17)을 통해 공급되는 물과 열교환하여 증발해, 전열관(17A)의 내부를 흐르는 물을 냉각한다.

증발기(5)에서 증발한 냉매는 흡수기(6)로 들어가고, 저온 재생기(3)에 의해 가열되어 냉매를 증발 분리하여, 흡수액의 농도가 한층 높아진 흡수액, 즉 흡수액관(11)에 의해 저온 열교환기(7)를 경유하여 공급되어, 상방으로부터 살포되는 농후 흡수액에 흡수된다.

그리고, 흡수기(6)에서 냉매를 흡수하여 농도가 희박해진 흡수액, 즉 희박 흡수액은 흡수액 펌프(12)의 운전에 의해, 저온 열교환기(7)ㆍ고온 열교환기(8) 각각에서 가열되어, 고온 재생기(1)로 흡수액관(9)으로부터 이송된다.

상기한 바와 같이 흡수식 냉동기의 운전이 행해지면, 증발기(5)의 내부에 배관된 전열관(17A)에 있어서 냉매의 기화열에 의해 냉각된 냉수가 냉수관(17)을 거쳐서 도시하지 않은 공조 부하에 순환 공급할 수 있으므로, 냉방 등의 냉각 운전이 행해진다.

그리고, 제어 장치(23)는 냉방 등의 냉각 운전이 안정되게 행할 수 있도록,예를 들어 전열관(17A)에서 제어하고, 냉수관(17)으로부터 공급하는 냉수가 고정의 온도, 예를 들어 7 ℃가 되도록 가열량 제한 밸브(20)의 개방도를 제어하는 종래의 이미 알려진 기능을 구비하고 있다.

또한, 제어 장치(23)의 도시하지 않은 기억부에는 흡수액의 농도와 그 농도의 흡수액이 결정화할 때의 온도와의, 예를 들어 도2에 도시한 관계가 기억되어 있다. 또, 그 기억부에는 온도 센서(22)가 검출한 농후 흡수액의 온도(Tr)와, 농도 센서(21)가 검출한 농후 흡수액의 농도를 이용하여 상기 도2의 관계로부터 구한 그 농후 흡수액의 결정화 온도(Tc)와의 온도차(△T), 즉 Tr - Tc가 소정의 온도차, 예를 들어 3 ℃ 이내가 된 때에, 가열량 제어 밸브(20)의 개방도를 소정량, 예를 들어 20 %만큼 감소시키기 위한 소용의 제어 프로그램도 기억되어 있다.

따라서, 흡수액관(11)을 통해 저온 재생기(3)로부터 흡수기(6)로 흐르고 있는 농후 흡수액의 농도가 높아져, 그 농후 흡수액의 결정화 온도(Tc)가, 온도 센서(22)가 검출하고 있는 농후 흡수액의 온도(Tr)로 소정의 온도차(이 경우는 3 ℃ 이내)까지 접근한 때에는, 제어 장치(23)가 출력하는 제어 신호에 의해 가열량 제어 밸브(20)의 개방도가 소정량(이 경우는 20 %)만큼 감소하여 가스 버너(2)의 화력이 교축된다.

그로 인해, 고온 재생기(1), 저온 재생기(3)의 양 재생기에 있어서 흡수액의 가열 농축 작용이 억제된다. 즉, 고온 재생기(1)에 있어서는 가스 버너(2)의 화력이 교축되어 있으므로, 희박 흡수액으로부터 증발 분리하는 냉매 증기의 양이 감소하여, 희박 흡수액에 대한 농축 작용이 감소한다. 한편, 저온 재생기(3)에 있어서도 고온 재생기(1)에서 생성되어, 냉매관(13)으로부터 유입하는 고온의 냉매 증기의 양이 감소하여, 중간 흡수액을 가열하여 냉매를 증발 분리하는 작용이 약해지므로, 중간 흡수액에 대한 농축 작용이 감소한다.

즉, 저온 재생기(3)로부터 흡수액관(11)으로 흘러 나오는 농후 흡수액의 농도는 신속하게 저하하므로, 냉각수관(18)에 의해 흡수기(6)에 공급되어 흡수액을 냉각하고 있는 냉각수의 온도가 어떠한 요인으로 급격히 저하하고, 농후 흡수액이 크게 온도 저하한 희박 흡수액과 저온 열교환기(7)에 있어서 열교환하여, 농후 흡수액의 온도가 크게 저하해도 농후 흡수액은 결정화되는 일은 없다.

또, 농도 센서(21)가 검출하고 있는 농후 흡수액의 농도가 소정의 고농도, 예를 들어 65 %를 넘었을 때에는 온도 센서(22)가 검출한 농후 흡수액의 온도(Tr)와, 그 농후 흡수액의 결정화 온도(Tc)와의 온도차(△T)가 상기 소정의 온도차(이 경우는 3 ℃)보다 큰 경우에도, 제어 장치(23)는 가열량 제어 밸브(20)의 개방도를 소정량, 예를 들어 25 %만큼 교축하여 고온 재생기(1)에 있어서의 가스 버너(2)에 의한 희박 흡수액에 대한 가열 작용을 제한하도록 하고 있다. 그로 인해, 규정보다 높은 농도의 농후 흡수액이 흡수액관(11)으로 흘러 철 등의 금속으로 이루어지는 흡수액관(11)의 부식이 현저하게 진행된다고 하는 문제점은 회피된다.

또한, 농도 센서(21)가 검출하고 있는 농후 흡수액의 농도가 소정의 저농도, 예를 들어 결정화 온도(Tc)가 0 ℃가 되는 59 %보다 낮을 때에는 상기 온도차(△T)가 상기 소정의 온도차(이 경우는 3 ℃)보다 작더라도, 제어 장치(23)는 가열량 제어 밸브(20)의 개방도를 교축하지 않도록 구성하고 있다.

그로 인해, 온도 센서(22)가 검출한 농후 흡수액의 온도(Tr)와 상기 결정화 온도(Tc)와의 상기 온도차(△T)가 소정의 온도차(이 경우는 3 ℃) 이내가 되어도, 결정화할 염려가 없을 정도로 농후 흡수액의 농도가 낮을 때에는 가열량 제어 밸브(20)의 개방도를 소정량(이 경우는 20 %)만큼 감소시키게 되는 제어는 행해지지 않으므로, 고온 재생기(1)의 가스 버너(2)가 희박 흡수액을 가열하여, 냉매를 증발 분리하여 희박 흡수액을 농축하는 작용이 약해지는 일은 없다.

또, 저온 재생기(3)로부터 흡수기(6)에 흡수액관(11)을 거쳐서 공급되어 있는 농후 흡수액의 농도는 상기한 바와 같이 흡수액관(11)의 적절한 부위에 설치한 농도 센서(21)에 의해 직접 검출해도 좋고, 저온 재생기(3)로부터 흡수액관(11)으로 흘러나온 직후의 농후 흡수액의 온도(T1)와, 응축기(4)에 있어서 냉매가 응축할 때의 온도(T2)와의 함수로서, 예를 들어 농후 흡수액 농도(%) = 139 × (T1 + 280)/(T2 + 273) - 102.4 등의 실험식을 구하여 제어 장치(23)의 기억부에 기억해 두고, 상기 온도(T1, T2)를 그 때마다 검출하여, 그 값을 상기 실험식에 삽입하여 연산 산출하는 것이라도 좋다.

농후 흡수액의 농도를 이와 같이 온도로 구하는 방법에서는 검출 수단이 저렴한 온도 센서가 되므로, 장치의 비용 절감이 도모된다는 이점이 있다.

또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니므로, 특허청구의 범위에 기재된 취지로부터 일탈하지 않은 범위에서 각종 변형 실시가 가능하다.

예를 들어, 상기 온도차(△T), 즉 온도 센서(22)가 검출한 농후 흡수액의 온도(Tr)와, 그 농후 흡수액의 결정화 온도(Tc)와의 온도차가 상기 소정의 온도차(이경우는 3 ℃)보다 작을 경우에는, 흡수액 펌프(12)의 회전수를 소정량, 예를 들어 20 %만큼 증가시키기 위한 소용의 제어 프로그램도 제어 장치(23)의 기억부에 기억하도록 해도 좋다.

제어 장치(23)를 상기한 바와 같이 구성하면, 농도 센서(21)가 검출하는 농후 흡수액의 농도가 상승하고, 그 농도의 농후 흡수액의 결정화 온도(Tc)와 온도 센서(22)가 검출한 농후 흡수액의 온도(Tr)와의 상기 온도차(△T)가 소정의 온도차 이내가 되면, 가열량 제어 밸브(20)의 개방도가 교축되고, 가스 버너(2)가 고온 재생기(1) 내의 희박 흡수액을 가열하여, 냉매를 증발 분리하여 희박 흡수액을 농축하는 작용이 약해지는 동시에, 흡수액 펌프(12)의 회전수가 20 %나 증가해, 흡수기(6)로부터 고온 재생기(1)에는 희박 흡수액이 그때보다 20 %나 많이 유입하므로, 저온 재생기(3)로부터 저온 열교환기(7)를 경유하여 흡수기(6)에 공급되는 농후 흡수액의 농도는 한층 신속하게 저하하고, 이에 의해 농후 흡수액은 저온 열교환기(7)로 열교환하여 온도가 저하해도 한층 결정화하기 어려워진다.

또한, 제어 장치(23)는 상기 온도차(△T)가 소정 온도 내가 된 때 등에 가열량 제어 밸브(20)의 개방도를 교축하여 고온 재생기(1)에 공급하는 열량을 감소시키는(폐쇄 밸브하여 연소를 정지시키는 조작을 포함) 열량 제한 제어와, 흡수액 펌프(12)의 회전수를 증가시키는 제어 중 어느 한 쪽의 제어만이 행해지도록 기억부에 기억하는 프로그램을 구성하는 것도 가능하다.

또, 흡수식 냉동기로서는 상기한 바와 같이 냉방 등의 냉각 운전을 전용으로 행하는 것이라도 좋고, 고온 재생기(1)로 가열 생성한 냉매 증기와, 냉매 증기를증발 분리한 흡수액이 증발기(5)와 흡수액(6)으로 이루어지는 하부 몸통에 직접 공급할 수 있도록 배관 접속하고, 냉각수관(18)에 냉각수를 흘리는 일 없이 가스 버너(2)에 의한 희박 흡수액의 가열을 행하고, 증발기(5)의 전열관(17A)에서 예를 들어 55 ℃ 정도로 가열한 물을 냉수관(온수가 순환하는 경우는 온수관이라고 부르는 것이 바람직함)(17)을 거쳐서 부하에 순환 공급하여 난방 등의 가열 운전도 행할 수 있도록 한 것이라도 좋다.

또한, 증발기(5)로 냉각 등하여 공조 부하 등에 공급하는 유체로서는, 물 등을 상기 실시 형태와 같이 상변화시키지 않고 공급하는 외에, 잠열을 이용한 열반송이 가능하도록 프론 등을 상변화시켜 공급하도록 해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 흡수액의 결정화를 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 소정의 농도를 넘는 흡수액이 순환하는 일이 없으므로, 흡수액관 등의 금속 부분의 부식 진행도 억제할 수 있게 되었다.

Claims

고온 재생기ㆍ저온 재생기ㆍ응축기ㆍ흡수기ㆍ저온 열교환기ㆍ고온 열교환기 등을 배관 접속하여 구성되는 흡수식 냉동기의 제어 방법에 있어서, 저온 재생기로부터 흡수기로 저온 열교환기를 경유하여 유입하는 농후 흡수액의 농도와 저온 열교환기를 나와 흡수기로 유입하는 농후 흡수액의 온도를 구해, 상기 농도로부터 구한 농후 흡수액의 결정화 온도와 상기 농후 흡수액의 온도가 소정의 온도차 이내가 된 때에, 고온 재생기에 공급하는 열량을 제한하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 제어 방법.
제1항에 있어서, 농후 흡수액의 농도가 저온 재생기의 농후 흡수액 출구 온도와 응축기에 있어서의 냉매의 응축 온도에 의거하여 연산 산출되는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 농후 흡수액의 농도가 소정의 농도를 넘었을 때에는 상기 온도차의 여하에 관계없이, 고온 재생기에 공급하는 열량이 제한되는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 농후 흡수액의 농도가 소정의 농도 이하일 때에는 상기 온도차의 여하에 관계없이, 고온 재생기에 공급하는 열량의 제한이 행해지지 않는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 고온 재생기에 공급하는 열량의 상기 제한 대신에 또는 상기 열량 제한에다가 흡수기로부터 저온 열교환기를 경유하여 온도 재생기에 이르는 흡수액관에 마련한 흡수액 펌프의 회전수를 증가하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 제어 방법.