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技術 吸収冷温水機の運転方法

出願人 川重冷熱工業株式会社
発明者 橋本大森芳信村上昭二平井晃太田益臣高原隆治
出願日 2009年4月2日 (11年4ヶ月経過) 出願番号 2009-090531
公開日 2010年10月28日 (9年9ヶ月経過) 公開番号 2010-243014
状態 特許登録済
技術分野 収着式冷凍機械
主要キーワード 冷却水設定温度 温度余裕 到達目標温度 追加配置 再生量 変更幅 取り出し温度 投入燃料
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年10月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

冷却水低温度で使用しながらも吸収液結晶化を防止し、もって適切に省エネルギー効果を得る。

解決手段

吸収器16および凝縮器13を冷却する冷却水の設定温度を、吸収器入口吸収液濃度における結晶温度左記濃度の吸収液が結晶する温度)と、現実の(運転中の各時点での)吸収器入口吸収液温度との差である温度余裕に基づいて定める。吸収器入口吸収液濃度は、蒸発器15での冷媒温度吸収器出口吸収液温度低温再生器11での吸収液温度、凝縮器13での冷媒凝縮温度から演算することによって求めるとよい。

概要

背景

吸収冷温水機は、冷媒を含む溶液吸収液)を再生器加熱器)に送って加熱することにより冷媒の蒸気を発生させ、その蒸気を凝縮器減圧弁蒸発器に順次送り、蒸発器において冷温水を冷却等する装置である(図1参照)。蒸発器にて低圧低温となった冷媒蒸気は、吸収器において低温の上記溶液に吸収させたうえ、再び再生器に送って冷媒蒸気とする。吸収器と凝縮器には冷却水循環させ、その冷却水は、冷却塔等に送ることによって一定温度以下に保つ。

吸収冷温水機に関して省エネルギーをはかるための技術については、下記の特許文献1〜3に記載がある。いずれも、冷却水の流量または温度をコントロールすることにより、エネルギー効率を改善するものである。

概要

冷却水を低温度で使用しながらも吸収液の結晶化を防止し、もって適切に省エネルギー効果を得る。吸収器16および凝縮器13を冷却する冷却水の設定温度を、吸収器入口吸収液濃度における結晶温度左記濃度の吸収液が結晶する温度)と、現実の(運転中の各時点での)吸収器入口吸収液温度との差である温度余裕に基づいて定める。吸収器入口吸収液濃度は、蒸発器15での冷媒温度吸収器出口吸収液温度低温再生器11での吸収液温度、凝縮器13での冷媒凝縮温度から演算することによって求めるとよい。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
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請求項1

吸収冷温水機において吸収器および凝縮器を冷却する冷却水設定温度を、吸収器入口吸収液濃度における結晶温度と、現実吸収器入口吸収液温度との差である温度余裕に基づいて定めることを特徴とする吸収冷温水機の運転方法

請求項2

吸収器入口吸収液濃度は、低温再生器および高温再生器による再生冷媒量の比が一定であるとの前提のもとで、吸収器出口吸収液濃度低温再生器吸収液濃度とから演算して求めることを特徴とする請求項1に記載した吸収冷温水機の運転方法。

請求項3

吸収器出口吸収液濃度を蒸発器冷媒温度吸収器出口吸収液温度とから演算し、低温再生器吸収液濃度を低温再生器吸収液温度と凝縮器での冷媒凝縮温度とから演算することを特徴とする請求項2に記載した吸収冷温水機の運転方法。

請求項4

上記冷却水の設定温度は、上記の温度余裕に基づいて一旦設定した値を、温度余裕が設定最低値を下回らない範囲で所定時間おきに低下させながら更新することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載した吸収冷温水機の運転方法。

請求項5

上記冷却水の流量は、冷温水出口温度高温再生器温度および冷却水入口温度から演算される吸収冷温水機の負荷率に基づいて定めることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載した吸収冷温水機の運転方法。

請求項6

上記冷却水のポンプインバータ制御するとともに、その回転数指令値を、演算される吸収冷温水機の負荷率が50%を超えるときはその負荷率に一致させ、演算される吸収冷温水機の負荷率が50%以下であれば50%とすることを特徴とする請求項5に記載した吸収冷温水機の運転方法。

技術分野

0001

請求項に係る発明は、冷媒蒸気溶液に吸収させてそれより放出させる過程を含む、吸収冷温水機吸収式冷凍機)の運転方法に関するものである。

背景技術

0002

吸収冷温水機は、冷媒を含む溶液(吸収液)を再生器加熱器)に送って加熱することにより冷媒の蒸気を発生させ、その蒸気を凝縮器減圧弁蒸発器に順次送り、蒸発器において冷温水を冷却等する装置である(図1参照)。蒸発器にて低圧低温となった冷媒蒸気は、吸収器において低温の上記溶液に吸収させたうえ、再び再生器に送って冷媒蒸気とする。吸収器と凝縮器には冷却水循環させ、その冷却水は、冷却塔等に送ることによって一定温度以下に保つ。

0003

吸収冷温水機に関して省エネルギーをはかるための技術については、下記の特許文献1〜3に記載がある。いずれも、冷却水の流量または温度をコントロールすることにより、エネルギー効率を改善するものである。

先行技術

0004

特開2005−257221号公報
特開2002−295918号公報
特開2002−5538号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記各特許文献の記載例を含む従来の知見によると、吸収器と凝縮器とに供給する上記の冷却水を低温度にすることにより、吸収冷温水機への投入熱量すなわち投入燃料を削減して省エネルギー効果を得ることができる。しかし、冷却水の温度を低くしすぎると吸収液が結晶する可能性がある。とくに、冷却水温度を急激に低下させると、吸収器入口吸収液が濃度の高いまま局部的に低温度になり、その一部が結晶化しやすくなる。

0006

上記した特許文献1〜3に記載の技術は、冷却水の温度等をコントロールするについて吸収液の濃度およびその結晶化にまで配慮したものではない。吸収液が一部でも結晶すると吸収液の流れがスムーズでなくなり、吸収冷温水機が円滑に機能しなくなる場合もあるので、結晶化は必ずしも無視できる課題ではない。

0007

請求項に係る発明は、冷却水を低温度で使用しながらも吸収液の結晶化を防止し、もって適切に省エネルギー効果を得ようとするものである。

課題を解決するための手段

0008

請求項に係る発明である吸収冷温水機の運転方法は、吸収器および凝縮器を冷却する冷却水の設定温度を、吸収器入口吸収液濃度における結晶温度左記濃度の吸収液が結晶する温度)と、現実の(運転中の各時点での)吸収器入口吸収液温度との差である温度余裕に基づいて定めることを特徴とする。
この運転方法では、温度余裕、すなわち吸収器入口吸収液濃度における結晶温度と現実の吸収器入口吸収液温度との差が一定以上あるように、上記冷却水の設定温度を定める。すなわち、低温度の冷却水を送ることにより吸収冷温水機への投入熱量を削減して省エネルギー効果を得るとしても、吸収液について温度余裕があるように冷却水の設定温度を定めるため、吸収液が結晶することが避けられる。そのためこの方法によれば、空調負荷の変動、冷却水流量にかかわらず、吸収液の結晶化による不都合の発生を回避しながら、吸収冷温水機について省エネルギー運転を行うことが可能である。
上記した吸収器入口吸収液濃度は、直接その濃度を計測することによって把握してもよいが、後述するように他の計測データから演算等して求めてもよい。なお、上記方法において、吸収液のうちとくに吸収器入口吸収液に係る温度余裕を基礎にするのは、吸収液の結晶化が吸収器入口の部分において最も発生しやすいからである。

0009

上記した吸収器入口吸収液濃度は、低温再生器および高温再生器による再生冷媒量の比が一定であるとの前提のもとで、吸収器出口吸収液濃度低温再生器吸収液濃度とから演算して求めるとよい。
吸収器入口吸収液の濃度は計測することが容易ではない。濃度の計測は吸収液の温度と比重の計測から可能であるが、一般的なセンサにて吸収器入口吸収液の濃度と比重を同時に測ることは、コストや設置位置の問題から難しい。このため、後述する方法で濃度が推定できる吸収器出口吸収液濃度と低温再生器吸収液濃度から演算して求める(その上で当該濃度に対応する吸収器入口吸収液の結晶温度を知る)方が、精度およびコストの面から有利である。なお、吸収器入口吸収液濃度は、低温再生器および高温再生器による再生冷媒量の比が一定であるとすれば(実際の運転でその比はほぼ一定にすることができる)、吸収器出口吸収液濃度と低温再生器吸収液濃度とから公知の熱力学理論に基づき演算することができる。

0010

上記の吸収器出口吸収液濃度は、蒸発器冷媒温度吸収器出口吸収液温度とから演算することとし、また上記の低温再生器吸収液濃度は、低温再生器吸収液温度と凝縮器での冷媒凝縮温度とから演算することとするのがよい。
吸収器出口吸収液濃度も低温再生器吸収液濃度も、その計測には特殊なセンサーが必要であり相当のコストが必要になる。そのため、上記のように、市販の温度センサー等により低コストで計測できる温度データをもとに双方の濃度を演算によって求めるのが、精度およびコストの点で有利だといえる。しかも、吸収冷温水機においては、上記の各温度は既設のセンサーによって計測しているのが一般であるため、追加配置が必要なセンサーはほとんどない。なお、吸収器出口吸収液濃度を蒸発器冷媒温度と吸収器出口吸収液温度とから求め、低温再生器吸収液濃度を低温再生器吸収液温度と凝縮器での冷媒凝縮温度とから求めることは、公知の理論に基づいて可能である。

0011

上記冷却水の設定温度は、上記の温度余裕に基づいて一旦設定した値を、温度余裕が設定最低値を下回らない範囲で所定時間おきに低下させながら更新するのが好ましい。
上記冷却水の温度は、前述のように、吸収器入口吸収液濃度と現実の吸収器入口吸収液温度に関連して把握される温度余裕を保ちながら、低めに設定するのが有利である。しかし、冷却水の温度が吸収液の温度と一致するわけではないので、現実の吸収器入口吸収液温度等を知ったとしても直ちに冷却水の設定温度を適切に定められるわけではない。そこで上記の方法では、冷却水の設定温度を、把握される温度余裕に基づいて一旦暫定的に設定し、そののち所定時間おきに、温度余裕が設定最低値を下回らない範囲で低下させる。つまり、所定時間おきに冷却水の設定温度を下げ、それによって温度余裕が設定最低値を下回らなければ、所定時間後にさらに冷却水設定温度を下げる。ただし、もし温度余裕が設定最低値を下回ることになると、所定時間後には冷却水設定温度を上げる。そのようにすれば、吸収液の温度余裕を一定以上に保ちながら冷却水の設定温度を低めに設定する操作を、簡単かつ適切に行うことができる。冷却水温度を急激に下げることによる結晶化の危険性を避けやすい、という意味でも好ましい。

0012

上記冷却水の流量は、冷温水(冷暖房等の対象箇所へ送られる水。ブライン)の出口温度高温再生器温度および冷却水入口温度から演算される吸収冷温水機の負荷率に基づいて定めるのが好ましい。
このように吸収冷温水機の負荷率に応じて冷却水流量を増減し、負荷率が低いときに冷却水流量を低下させるなら、冷却水の搬送動力を削減することになり、一層の省エネルギー効果がもたらされる。なお、理論上、冷温水の出口温度、高温再生器温度および冷却水入口温度から、吸収冷温水機の負荷率を演算することが可能である。

0013

とくに、上記冷却水のポンプインバータ制御するとともに、その回転数指令値を、上記で演算される吸収冷温水機の負荷率が50%を超えるときはその負荷率に一致させ、演算される吸収冷温水機の負荷率が50%以下であれば50%とするのがよい。
そうすれば、吸収冷温水機の負荷率が低いとき、ポンプの回転数を下げて冷却水流量を円滑に低下させ、もって冷却水の搬送動力を削減することができる。また、吸収冷温水機の負荷率がとくに低い場合にもポンプの回転数指令値を50%に保って、ポンプの安定した回転を維持させることが可能である。

発明の効果

0014

請求項に係る吸収冷温水機の運転方法によれば、空調負荷の変動、冷却水流量にかかわらず、吸収液の結晶化による不都合の発生を回避しながら、吸収冷温水機について省エネルギー運転を行うことが可能である。
吸収液の結晶化を避けるための温度余裕の計算のもとになる吸収器入口吸収液濃度は、直接に測定するのではなく、吸収器出口吸収液濃度と低温再生器吸収液濃度とから演算して求めるのがよい。吸収器出口吸収液濃度と低温再生器吸収液濃度とについても、それぞれ、蒸発器冷媒温度と吸収器出口吸収液温度とから、低温再生器吸収液温度と凝縮器での冷媒凝縮温度とから、演算によって求めるのが精度およびコストに関して有利である。
また、冷却水の設定温度については、温度余裕に基づいて一旦設定した値を、温度余裕が設定最低値を下回らない範囲で所定時間おきに低下させながら更新するようにすれば、冷却水の温度設定を簡単かつ適切に行えるようになる。

0015

上記冷却水の流量についても、冷温水の出口温度等から演算される吸収冷温水機の負荷率に応じて増減させることにより、冷却水の搬送動力を削減して一層の省エネルギー効果を得ることができる。これに関しては、とくに、冷却水ポンプをインバータ制御するとともに、その回転数指令値を、吸収冷温水機の負荷率が50%を超えるときはその負荷率に一致させ、吸収冷温水機の負荷率が50%以下であれば50%とするのがよい。

図面の簡単な説明

0016

発明の実施に関する形態を示すもので、吸収冷温水機1の主要部を示す系統図である。
図1の吸収冷温水機1における冷却水の冷却に使用する冷却塔23を示す概略構成図である。
図1の吸収冷温水機1における冷却水の設定温度を決定等するための手順を示すフロー図である。

実施例

0017

発明の実施に関する形態を図1図3に示す。図1は、吸収冷温水機1の主要部を示す系統図であり、図2は、その吸収冷温水機1における冷却水の冷却に使用する冷却塔23を示す概略構成図である。また図3は、当該冷却水の設定温度を決定等するための手順を示すフロー図である。

0018

図1の吸収冷温水機1は、吸収液に臭化リチウム、冷媒に水を使用する吸収冷温水機であり、投入する熱量を操作することにより冷温水の取り出し温度を制御するものである。
吸収冷温水機1における冷房運転時の基本的な機能はつぎのとおりである。吸収液を低温再生器11および高温再生器12に送ると、そこで加熱等されることにより、濃い冷媒蒸気と冷媒の少ない吸収液とが発生する。発生した冷媒を凝縮器13に送って冷却液化し、蒸発器15に供給する。蒸発器15では、冷媒を蒸発させることにより、冷温水配管31・32にて循環する冷温水に冷却効果等を及ぼし、低温低圧の蒸気にして吸収器16に送る。高温再生器12で発生する冷媒の少ない吸収液は、高温熱交換器18aおよび低温熱交換器18bに通したうえ、冷媒と同じく吸収器16に送ることにより冷媒を吸収させる。吸収器16において冷媒の多い状態となった吸収液は、吸収液ポンプ17により再び、低温熱交換器18bを経由させて低温再生器11に送り、さらに高温熱交換器18aを経由させて高温再生器12に送る。

0019

投入された熱量と冷水を得るための吸熱量を外部に除去するために、吸収冷温水機1には、冷却水配管21・22を通して冷却水が供給される。供給された冷却水は吸収冷温水機1で熱量を除去することで温度が上昇する。温度上昇した冷却水は、配管22から図2の冷却塔23に送られて冷却され、インバータ制御のポンプ24により、配管21を経て再び図1の吸収冷温水機1に送られる。

0020

この吸収冷温水機1の運転は、吸収液の結晶化を回避しながら冷却水を従来よりも低温度に設定し、もって吸収冷温水機1の燃料消費量を削減するように行っている。以下、吸収冷温水機1における冷却水の温度設定等に関して説明する。

0021

まず、図2の冷却塔23においては、ファン23aのON/OFF操作によって冷却水の温度を制御している。ON/OFF切替タイミングは以下の規則したがうものとする。すなわち、
T<Tset なら、冷却塔23のファンをOFFにする
T>Tset+ΔT なら、冷却塔23のファンをONにする
上記以外の場合はON/OFFの状態を保持する
ただし、Tset:設定温度、 ΔT:ディファレンシャル

0022

冷却水温度の変化幅が大きく、変化率が大きい場合には、図1の吸収冷温水機1において吸収器入口吸収液(吸収器16における吸収液入口Paiでの吸収液)が結晶する危険性がある。このため、吸収液入口吸収液の結晶限界温度と当該吸収液の計測温度との差を温度余裕とし、この温度余裕を一定以上に保つよう冷却水設定温度を定める。

0023

冷却水設定温度は、図3に示す手順により、吸収器入口吸収液濃度の推定結果より決定する。詳細には下記i)〜iv)のとおりである。

0024

i)吸収液濃度の推定
低温再生器11と高温再生器12での冷媒再生量がほぼ等しいとの仮定濃度バランスより、吸収器出口(図1におけるPao)での吸収液濃度Z2[%]および低温再生器11での吸収液濃度Z3[%]から、吸収器入口吸収液の濃度Z1[%]を推定する。すなわち、
Z1=Z2×Z3/((1+a)×Z2−a×Z3)
a:定数
Z2については、吸収器出口吸収液温度と蒸発器冷媒温度で冷媒蒸気が飽和状態となっているとして吸収器での冷媒蒸気圧から計算する。Z3については、低温再生器吸収液温度と凝縮器冷媒温度で冷媒蒸気が飽和状態となっているとし低温再生器での冷媒蒸気圧から計算する。吸収器出口吸収液温度、蒸発器冷媒温度、低温再生器吸収液濃度、凝縮器凝縮温度は計測されているものとする。

0025

ii)結晶温度の演算および温度余裕の計算
濃度Z1における吸収液の結晶限界温度を演算し、同温度と吸収器入口吸収液温度との差(温度余裕)を計算する。濃度Z1+αに対する結晶限界温度T_Limitは、吸収液(臭化リチウム)の特性から以下のようになる(下記のαは濃度についての余裕度である)。
(Z1+α)が65%未満の場合は、
T_Limit=6.25×(Z1+α)−365.75
(Z1+α)が65%以上の場合は、
T_Limit=15.0×(Z1+α)−945.0
上記の結晶限界温度と、計測された現実の吸収器入口吸収液温度との差を温度余裕とする。

0026

iii)冷却水設定温度および冷却水温度変更幅の決定
温度余裕に基づいて冷却水設定温度を決定し、同温度と実際の冷却水入口温度とに応じて冷却塔23のファン23aのON/OFF操作をする。そして冷却水温度の設定値は、周期M(数十分程度)ごとに下記式のように更新する。ただし、結晶化の危険性をより確実に回避するため、平均演算中の温度余裕の最低値ΔT_minを保持しておき、その幅に応じて更新規則を変更する。
Tset(n+1)=Tset(n)−K1×ΔT_ave (ただしΔT_min>K1×ΔT_ave)
Tset(n+1)=Tset(n)−ΔT_min (ただしΔT_min≦K1×ΔT_ave)
Tset(n+1):冷却水温度設定値(更新値)、Tset(n):冷却水温度設定値(前回値)、
ΔT_ave:前回まで(0〜n)の温度余裕の平均値、 K1:定数
なお、Tset(n)は到達目標温度Tset_ref以下とならないようにする。

0027

iv)温度余裕が負となった場合の操作
ΔT_minが0℃以下となった場合は、その時点で結晶する危険性があるとして、下記のように冷却水温度設定値を上げる。
Tset(n+1)=Tset(n)−K2×ΔT_min
K2:定数

0028

この吸収冷温水機1では、冷却水の搬送動力を削減して一層の省エネルギー効果を得るよう、負荷に応じて冷却水流量を絞ることとしている。すなわち、まず、吸収冷温水機1の負荷率Load[%]を、冷温水出口温度TCHout、高温再生器温度TAgen、冷却水入口温度TCLinに基づいて推定演算する。冷却水を搬送する冷却水ポンプ24は前述のようにインバータ制御するものとし、その回転数指令値Nset[%]を、
Nset=Load (Load>50)
Nset=50 (Load≦50)
とする。
こうすることにより、安定した回転を維持させながらポンプの回転数を下げて、冷却水の搬送動力を削減することができる。

0029

1吸収冷温水機
11低温再生器
12高温再生器
13凝縮器
15蒸発器
16吸収器
21・22冷却水配管
23冷却塔
23aファン
24ポンプ
31・32 冷温水配管

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