JP3868763B2

JP3868763B2 - 吸収式冷凍機

Info

Publication number: JP3868763B2
Application number: JP2001146407A
Authority: JP
Inventors: 智芳入江; 照雄白石; 利男松原
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP2002340429A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収式冷凍機に関し、特に冷水温度を再生器の加熱量及び吸収器に散布する溶液流量を制御することで制御する吸収式冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の吸収式冷凍機では、冷水（冷房）負荷変動が生じた際冷水出口温度が変化し、その変化に応じ再生器の加熱量を変更する制御方法を採用していた。例えば、任意の冷水出口温度を目標温度としてＰＩＤ（比例，積分、微分）制御等により加熱量の制御を行っていた。しかしながら、上記の制御では冷水負荷変動に対して加熱量の制御しか行っていないため（該加熱量の変更により、吸収器へ散布する溶液の濃度が変わって始めて吸収式冷凍機の容量が変わるため）応答性が悪く、冷水出口温度の安定性、制御性があまりよいとはいえなかった。なお、上記制御時の溶液循環量は、再生器内の溶液量がほぼ一定となるように制御するのが一般的である。また、溶液スプレーポンプが設けられている場合は、該溶液スプレーポンプにより、常に溶液の散布性能を保つために定格運転を行なうのが一般的である。
【０００３】
このため、上記再生器の加熱量のほかに、冷水・冷却水・溶液循環量等も制御して、冷水負荷変動に対する冷水出口温度の安定性、制御性を改善することも提案されている（特公平７−５２０４１号公報）。しかし、上記のように制御対象が複数になると、制御構成機器が増加し、制御プログラムも複雑となるため、吸収式冷凍機の機能追加・構造変更を必要とするという問題がある。
【０００４】
また、一般的に溶液の循環量は再生器内の圧力で決定されるため、再生器内の圧力が高い（冷水負荷が大きい）場合には、多くの濃縮された溶液が再生器から吸収器へ送られる。したがって、上記状態で溶液の循環量を減少させると溶液が過濃縮となり、結晶事故や再生器内が空になるために起こる再生器の焼損事故等のおそれがある。一方、再生器内の圧力が低い（冷水負荷が小さい）場合には、上記と逆になり、この状態で溶液の循環量を増加させると再生器内が溶液で満たされ、冷媒配管に溶液が流れ込み冷媒に溶液が混ざり吸収式冷凍機の能力低下の原因となる。
【０００５】
また、再生器の加熱量の制御とともに、吸収器へ溶液を散布する領域（伝熱面積）を変化させることで冷水負荷変動に対する冷水出口温度の安定性、制御性を改善することも提案されている（特開平７−４８０３８号公報）。しかし、散布する領域を変化させるためには散布装置自体の構造が複雑となり、吸収式冷凍機の構造変更を必要とするという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、吸収式冷凍機の大幅な機能追加・構造変更を必要とせず、冷水温度の安定性、制御性を改善できる吸収式冷凍機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、少なくとも蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器、熱交換器、溶液ポンプ、溶液スプレーポンプ、冷媒ポンプ及びこれらを配管接続して冷凍サイクルを構成する吸収式冷凍機であって、冷房負荷の変動により変化する冷水温度を検出する温度検出手段と前記吸収器に散布する溶液流量を制御する溶液流量制御手段とを具備し、溶液流量制御手段により、温度検出手段の検出温度が所定の目標温度となるよう溶液流量を制御するとともに、温度検出手段の検出温度が前記所定の目標温度より高い目標温度になるよう再生器の加熱量を制御することを特徴とする。
【０００８】
上記のように溶液流量制御手段により、温度検出手段の検出温度が所定の目標温度となるよう溶液流量を制御するので、既存の吸収式冷凍機に大幅な機能追加・構造変更を加えることなく散布する溶液流量を制御する溶液量制御手段を設けるのみで冷水温度の安定性、制御性を改善できる。また、再生器の加熱量を制御する制御の温度検出手段の目標検出温度を吸収器に散布する溶液流量を制御する制御の目標検出温度よりも高く設定することにより、両者の制御動作が干渉することなく冷水温度の安定性、制御性をさらに改善できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の吸収式冷凍機において、吸収器に散布する溶液流量を制御する溶液流量制御手段は、溶液スプレーポンプによる流量制御であり、溶液スプレーポンプの吸込溶液は、熱交換器内の溶液及び吸収器内の溶液の一部であることを特徴とする。
【００１２】
上記のように吸収器に散布する溶液流量を制御する溶液流量制御手段を溶液スプレーポンプによる流量制御とすることにより、既存の吸収式冷凍機に例えばインバータ制御装置等を追加するのみで冷水温度の安定性、制御性を改善できる。また、溶液スプレーポンプの吸込溶液を熱交換器内の溶液及び吸収器内の溶液の一部とすることにより、吸収器に散布するのに必要最低限の溶液流量を確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。図１は本発明にかかる吸収式冷凍機の構成例を示す図である。図１において、１は蒸発器、２は吸収器、３は凝縮器、４は低温再生器、５は高温再生器、６は低温熱交換器、７は高温熱交換器、８は溶液ポンプ、９は溶液スプレーポンプ、１０は冷媒ポンプ、１１は加熱量制御弁、１２は冷水出口温度センサー、１３はインバータ、１４は制御装置、１５は冷水配管、１６、１７は冷却水配管、１８〜２１、３１は冷媒配管、２２〜２５は希溶液配管、２６〜２９は濃溶液配管、３０は熱源である。
【００１４】
上記構成の吸収式冷凍機は通常、冷媒が冷媒ポンプ１０で冷媒配管１９を通り冷媒スプレー管１ａに送られ、蒸発器１内で冷水配管１５の伝熱面に散布され蒸発し、冷水配管１５内の水から熱を奪い冷水を製造する。蒸発器１内で蒸発した冷媒蒸気は吸収器２で冷却水配管１６内の冷却水により冷却され、吸収液に吸収される。該冷媒蒸気を吸収して薄くなった（濃度の低い）希溶液は溶液ポンプ８で希溶液配管２２を通って低温熱交換器６に送られる。該低温熱交換器６で熱交換した希溶液の一部は希溶液配管２４を通って低温再生器４に、残りの希溶液は高温熱交換器７に送られる。該高温熱交換器７で熱交換した希溶液は希溶液配管２３を通り高温再生器５に送られる。
【００１５】
高温再生器５に送られた希溶液は、熱源３０により加熱され冷媒が蒸発し、濃くなった（濃度の高い）濃溶液は濃溶液配管２９を通り高温熱交換器７で熱交換され濃溶液配管２７を通り、低温再生器４から濃溶液配管２６を通ってきた濃溶液と合流して低温熱交換器６に送られる。該濃溶液は低温熱交換器６で熱交換され溶液スプレーポンプ９より濃溶液配管２８を通り、吸収器２内の溶液スプレー管２ａに送られ、吸収器２内で散布され吸収作用を行う。なお、吸収器２の希溶液の一部は希溶液配管２５を通って、溶液スプレーポンプ９に吸い込まれる濃溶液と合流する。これは、溶液循環量のみでは溶液スプレー管２ａにより散布する溶液量が不足する場合に、吸収器２の溶液を混合して冷却水配管１６の全面を有効に使用するためである。
【００１６】
高温再生器５内で発生した冷媒蒸気は冷媒配管２１を通って、低温再生器４に送られる。該冷媒蒸気は希溶液配管２４から送られてきた希溶液と熱交換をした後凝縮器３に送られる。該凝縮器３に送られた冷媒と低温再生器４で発生した冷媒蒸気が冷却水配管１７を通る冷却水により冷却され、冷媒配管２０により冷媒配管１９を通る冷媒と合流する。冷媒スプレー管１ａに送られ、蒸発器１内で散布され蒸発しなかった冷媒は冷媒配管１８に送られ、冷媒ポンプ１０によって循環する。なお、３１は低温再生器４で発生した冷媒蒸気の一部を吸収器２内に導入する冷媒配管である。
【００１７】
吸収器２内の溶液スプレー管２ａに濃溶液を送る溶液スプレーポンプ９は制御装置１４からの運転信号でインバータ１３の出力周波数を可変とすることにより回転数を可変できるようになっている。これにより、冷水負荷が減少した場合に溶液スプレーポンプ９の回転数を下げることにより吸収器２に散布される溶液の流量（吸収器２の有効伝熱面積）を減少させ冷凍能力を減少させることが可能となる。一方、冷水負荷が増加した場合は、溶液スプレーポンプ９の回転数を上げることにより冷凍能力を増加させることが可能となる。
【００１８】
冷水出口温度センサー１２の出力は制御装置１４に入力され、該制御装置１４は冷水出口温度センサー１２の出力が所定の温度となるように加熱量制御弁１１の開度及び溶液スプレーポンプ９の回転数を制御する。
【００１９】
図２は溶液流量及び加熱量の制御量と目標温度の関係を示す図である。同図に示すように、本発明では高温再生器５の加熱量を制御するための目標温度を吸収器２に散布する溶液流量を制御するための目標温度よりも高く設定している。例えば、加熱量を制御するための目標温度を７．０℃と設定した場合は、溶液流量を制御するための目標温度を６．８℃と設定する。これは、両者の目標温度を同じにしてしまうと、互いの制御が干渉してしまい、かえって冷水負荷変動に対する安定性・制御性が悪くなるからである。また、溶液スプレーポンプ９は一般的には定格運転をしていることを考慮すると、吸収器２に散布する溶液流量を制御するための目標温度は、高温再生器５の加熱量を制御するための目標温度よりも小さくすることが好ましいからである。
【００２０】
上記のように目標温度を設定した場合、冷水負荷が小さくなり高温再生器５の加熱量の減少のみでは冷水負荷変動に追従できず、冷水出口温度が７．０℃から６．７℃に変化したとき、溶液流量を制御するための目標温度が６．８℃であるため溶液スプレーポンプ９の回転数が下がり、すなわち吸収器２に散布する溶液流量は減少するのでさらに冷水出口温度が低下することはない。
【００２１】
また、冷水負荷が大きく高温再生器５の加熱量の増加のみでは冷水負荷変動に追従できず、冷水出口温度が７．０℃から７．３℃に変化したとき、溶液流量を制御するための目標温度が６．８℃であるため溶液スプレーポンプ９の回転数が上がり、すなわち吸収器２に散布する溶液流量は増加するのでさらに冷水出口温度が増加することはない。
【００２２】
なお、上記実施形態では、二重効用の吸収式冷凍機について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく単効用・多効用の吸収式冷凍機であってもよい。また、上記実施形態では，冷水温度の検出手段を出口側に設けたが、冷水の入り口側に設けてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００２４】
請求項１に記載の発明によれば、溶液流量制御手段により、温度検出手段の検出温度が所定の目標温度となるよう溶液流量を制御するので、既存の吸収式冷凍機に大幅な機能追加・構造変更を加えることなく散布する溶液流量を制御する溶液量制御手段を設けるのみで冷水温度の安定性、制御性を改善できる。また、再生器の加熱量を制御する制御の温度検出手段の目標検出温度を吸収器に散布する溶液流量を制御する制御の目標検出温度よりも高く設定することにより、両者の制御動作が干渉することなく冷水温度の安定性、制御性をさらに改善できる。
【００２６】
請求項２に記載の発明によれば、吸収器に散布する溶液流量を制御する溶液流量制御手段を溶液スプレーポンプによる流量制御とすることにより、既存の吸収式冷凍機に例えばインバータ制御装置等を追加するのみで冷水温度の安定性、制御性を改善できる。また、溶液スプレーポンプの吸込溶液を熱交換器内の溶液及び吸収器内の溶液の一部とすることにより、吸収器に散布するのに必要最低限の溶液流量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる吸収式冷凍機の構成例を示す図である。
【図２】溶液流量及び加熱量の制御量と目標温度の関係を示す図である。
【符号の説明】
１蒸発器
２吸収器
３凝縮器
４高温再生器
５低温再生器
６低温熱交換器
７高温熱交換器
８溶液ポンプ
９溶液スプレーポンプ
１０冷媒ポンプ
１１加熱量制御弁
１２冷水出口温度センサー
１３インバータ
１４制御装置
１５冷水配管
１６、１７冷却水配管
１８〜２１冷媒配管
２２〜２５希溶液配管
２６〜２９濃溶液配管
３０熱源
３１冷媒配管

Claims

少なくとも蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器、熱交換器、溶液ポンプ、溶液スプレーポンプ、冷媒ポンプ及びこれらを配管接続して冷凍サイクルを構成する吸収式冷凍機であって、
冷房負荷の変動により変化する冷水温度を検出する温度検出手段と前記吸収器に散布する溶液流量を制御する溶液流量制御手段とを具備し、
前記溶液流量制御手段により、前記温度検出手段の検出温度が所定の目標温度となるよう溶液流量を制御するとともに、
前記温度検出手段の検出温度が前記所定の目標温度より高い目標温度になるよう前記再生器の加熱量を制御することを特徴とする吸収式冷凍機。
請求項１に記載の吸収式冷凍機において、
前記吸収器に散布する溶液流量を制御する溶液流量制御手段は、前記溶液スプレーポンプによる流量制御であり、溶液スプレーポンプの吸込溶液は、熱交換器内の溶液及び吸収器内の溶液の一部であることを特徴とする吸収式冷凍機。