| 【発明の名称】 |
吸収式冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】由利 信行
【氏名】茅沼 秀高
【氏名】石川 満
【氏名】▲高▼石 敏充
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| 【要約】 |
【課題】外気条件や負荷状態の変動による冷媒液純度の変動を防止し、良好に維持すること。
【解決手段】蒸発器内の冷媒液を精留器で気液接触液として用いるため、その一部を蒸発器から精留器上部に給送する。精留器頂部に温度センサＴ６を設置し、精留器頂部温度つまりその部分の冷媒蒸気温度を検知する。冷媒蒸気温度と冷媒蒸気純度とは強い相関があり、温度が高い程純度は低い。そこで、温度センサＴ６による検出温度Ｔが基準温度Ｔref より高い場合には流量調節弁Ｖ５を調節して精留器へ給送する冷媒液の流量を増大させる。これによって、冷媒蒸気純度は回復し、蒸発器の冷媒液純度の低下が防止される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷媒液を収容する蒸発器と、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収して吸収熱を発生する吸収剤を含む吸収剤溶液を収容する吸収器と、前記吸収剤溶液を加熱して該吸収剤溶液から冷媒蒸気を抽出する再生器と、前記再生器で抽出された冷媒蒸気を精留する精留器と、前記精留器で精留された冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供給する凝縮器と、前記蒸発器内の冷媒液を前記精留器で気液接触液として用いるため、前記冷媒液の一部を前記蒸発器から前記精留器上部に給送する管路と、前記精留器で精留された冷媒蒸気の温度を感知する温度センサと、前記温度センサで感知された温度の上下変動に応じて前記精留器へ給送される冷媒液の流量を増減する冷媒液流量調節手段とを具備したことを特徴とする吸収式冷凍装置。
【請求項２】 前記冷媒液流量調節手段による流量増減が、前記蒸発器から冷媒液を給送するために設けられたポンプの回転数を制御することによって行われることを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍装置。
【請求項３】 前記冷媒液流量調節手段が、前記管路に設けられた流量調節弁と、前記温度センサで感知された温度が基準温度より高い場合に前記流量調節弁に流量増加指令を出力し、前記温度が基準温度より低い場合に前記流量調節弁に流量低減指令を出力する制御装置とからなることを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍装置。
【請求項４】 前記温度センサは、前記精留器頂部に設けられてその内部雰囲気の温度を感知するように配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の吸収式冷凍装置。
【請求項５】 前記温度センサは、前記精留器および前記凝縮器間に設けられてその内部雰囲気の温度を感知するように配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の吸収式冷凍装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸収式冷凍装置に関し、特に、蒸発器内に収容されている冷媒液の純度を良好に維持することができる吸収式冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸収式冷凍装置においては、吸収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された吸収剤溶液（希液）は再生器に送り込まれ、冷媒を抽出してその濃度が高められる。濃度が高められた吸収剤溶液は吸収器に還流される。一方、吸収剤溶液から抽出された冷媒蒸気は凝縮器で凝縮されて冷媒液となり蒸発器に送られる。蒸発器に送られる冷媒液は純度が高められているが、その中にわずかに混在する吸収剤が長い運転時間の間に蓄積され、徐々に蒸発器内の冷媒液の純度を低下させる。
【０００３】この冷媒液の純度低下を防止するために、蒸発器内の冷媒液を予定量ずつ抜き出し、前記希液とともに再生器へ送り込むことが一般に行われている。この場合、蒸発器からの冷媒液の抜き出し量が多くなるほど冷媒液の純度を高めることができる。しかし、この抜き出し量が多くなりすぎると運転効率が低下する。吸収作用のために蓄積した冷媒液をただ単に吸収剤溶液に混入させるために熱（特に潜熱の）損失が大きくなるからである。
【０００４】一方、蒸発器から抜き出した冷媒液を、再生器の上部に設けられる精留器へ給送し、この精留器内を上部から流下させて純度を高めることが考えられている。この場合、冷媒液は精留に必要な気液接触液として利用されるので、熱損失は少なく、吸収冷凍用として本来の冷媒液の利用効率を高めることができ、結果的に吸収冷凍システムの熱効率を高めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記吸収式冷凍装置には次のような問題点がある。前記吸収剤溶液の濃度は外気条件や負荷状態等によって変化する。したがって、吸収剤溶液の濃度の変化に伴って前記気液接触液としての冷媒液の供給量を適切に制御しないと、精留器頂部での冷媒蒸気の純度が低下するおそれがある。この問題点を解消するため、蒸発器内の冷媒液の純度を検知して気液接触液の供給量を制御することが考えられる。例えば、蒸発器内の冷媒液の沸点上昇を検知して冷媒純度が低下したことを推定できる。
【０００６】しかしながら、沸点の上昇から冷媒液の純度低下を推定する場合、蒸発器内での冷媒液の純度低下が起きてから気液接触液の供給量を制御することになるので、時間的な遅れが生じて適切に制御することができないという問題点がある。また、蒸発器内の沸点上昇を検出するためには、蒸発器内の温度と圧力の双方を監視する必要があることから制御が煩雑になるという問題点もある。
【０００７】本発明は、上記問題点を解消し、時間的な遅れが少なく、かつ、より簡単な構成によって蒸発器内の冷媒液純度を良好に維持することができる吸収式冷凍装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、冷媒液を収容する蒸発器と、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収して吸収熱を発生する吸収剤を含む吸収剤溶液を収容する吸収器と、前記吸収剤溶液を加熱して該吸収剤溶液から冷媒蒸気を抽出する再生器と、前記再生器で抽出された冷媒蒸気を精留する精留器と、前記精留器で精留された冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供給する凝縮器と、前記蒸発器内の冷媒液を前記精留器で気液接触液として用いるため、前記冷媒液の一部を前記蒸発器から前記精留器上部に給送する管路と、前記精留器で精留された冷媒蒸気の温度を感知する温度センサと、前記温度センサで感知された温度の上下変動に応じて前記精留器へ給送される冷媒液の流量を増減する冷媒液流量調節手段とを具備した点に特徴がある。
【０００９】この特徴によれば、精留器に給送される純度の高い冷媒は、冷媒蒸気と接触して冷媒蒸気の純度をさらに高める。冷媒液流量調節手段は精留器の頂部の温度つまりこの頂部での冷媒蒸気の温度が上下変動したときに精留器に給送される冷媒液の量が増減するように調節される。精留器頂部における冷媒蒸気の温度が高いほど冷媒蒸気の純度が低くなることが本発明者等によって実験により確認されている。そこで、この実験結果に基づいて冷媒蒸気の純度を良好に維持するため、上述のように冷媒蒸気の温度が高い場合には冷媒液の給送量を多くして冷媒蒸気の純度を高める手段を講じた。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係る吸収式冷凍装置の要部構成を示す系統ブロック図である。ここでは、吸収式冷凍装置の一実施形態として吸収式冷暖房装置を想定する。蒸発器１には冷媒としてトリフルオロエタノール（ＴＦＥ）等のフッ化アルコールが、吸収器２には吸収剤を含む溶液としてＤＭＩ（ジメチルイミダゾリジノン）またはその誘導体が収容されている。前記冷媒はフッ化アルコールに限らず非凍結範囲が広くとれるものであればよく、溶液についても、ＤＭＩ誘導体に限らず非結晶範囲が広く取れるものであり、かつ、ＴＦＥよりも高い常圧沸点を有し、ＴＦＥを吸収し得る吸収剤であればよい。
【００１１】蒸発器１と吸収器２とは、図示しない蒸発（冷媒）通路を介して互いに流体的に連結されており、これらの空間を、例えば３０mmＨｇ程度の低圧環境下に保持すると蒸発器１内の冷媒が蒸発し、前記通路５を介して吸収器２内に入る。冷媒蒸気中に残存するミスト（霧状の冷媒）を加熱して蒸気化させるとともに、凝縮器９から給送されるＴＦＥの温度を下げるために予冷器１８が設けられている。冷媒蒸気を吸収器２内の吸収剤溶液が吸収して吸収冷凍動作が行われる。
【００１２】まずバーナ７が点火され、再生器３によって吸収器２内の溶液濃度が高められると（バーナおよび再生器ならびに溶液濃縮については後述する）、吸収器２内の溶液が冷媒蒸気を吸収し、該冷媒の蒸発による潜熱によって蒸発器１内が冷却される。蒸発器１内には冷水が通過する管路１ａが設けられる。管路１ａの一端（図では出口端）は第１の四方弁Ｖ１の＃１開口に、その他端（図では入口端）は第２の四方弁Ｖ２の＃１開口にそれぞれ連結される。
【００１３】冷媒はポンプＰ１によって蒸発器１内に設けられた散布手段１ｂに導かれ、前記冷水が通過している管路１ａ上に散布される。前記冷媒は管路１ａ内の冷水から蒸発熱を奪って冷媒蒸気となり、前記蒸発通路を通って吸収器２に流入する。その結果、前記管路１ａ内の冷水の温度は降下する。蒸発器１内の冷媒は前記散布手段に導かれるほか、後述するように、その一部はフィルタ４を通り、気液接触液（以下、「ブリード」という）として精留器６に給送される。蒸発器１とフィルタ４との間には流量調節弁Ｖ５が設けられている。この流量調節弁Ｖ５は、例えば開度を大小２段階に切替えられるようになっていて、この切替えによってブリードの供給量を変化させることができる。管路１ａを流れる冷水としてはエチレングレコール又はプロピレングレコ−ル水溶液を使用するのが好ましい。
【００１４】前記フッ化アルコールの蒸気つまり冷媒蒸気が吸収器２の溶液に吸収されると、吸収熱によって該溶液の温度は上昇する。溶液の吸収能力は該溶液の温度が低いほど、また、溶液濃度が高いほど大きい。そこで、該溶液の温度上昇を抑制するため、吸収器２の内部には管路２ａが設けられ、該管路２ａには冷却水が通される。管路２ａの一端（図では出口端）は凝縮器９内を通過した後、ポンプＰ３を介して第１の四方弁Ｖ１の＃２開口に、管路２ａの他端（図では入口端）は第２の四方弁Ｖ２の＃２開口にそれぞれ連結される。管路２ａを通過する冷却水として、前記冷水と同じ水溶液を使用する。
【００１５】溶液はポンプＰ２によって吸収器２内に設けられた散布手段２ｂに導かれ、管路２ａ上に散布される。その結果、溶液は管路２ａを通っている冷却水で冷却される。一方、冷却水は熱を吸収するのでその温度が上昇する。吸収器２内の溶液が冷媒蒸気を吸収し、その吸収剤濃度が低下すると吸収能力が低下する。そこで、再生器３および精留器６において吸収剤溶液から冷媒蒸気を分離発生させることにより、溶液の濃度を高めて吸収能力を回復させる。
【００１６】吸収器２で冷媒蒸気を吸収して希釈された溶液つまり希液は前記散布手段２ｂに導かれるほか、ポンプＰ２により管路７ｂを通じて精留器６に給送され再生器３へと流下させられる。再生器３は吸収器２から供給される希液を加熱するバーナ７を有している。該バーナ７はガスバーナが好ましいが、他の型式のどのような加熱手段であってもよい。再生器３で加熱され、冷媒蒸気が抽出されて濃度が高められた溶液（濃液）は、管路７ａを介して前記吸収器２に戻される。管路７ａ上には開閉弁Ｖ４が設けられており、濃液は散布手段２ｃによって管路２ａに散布される。
【００１７】再生器３に給送された希液がバーナ７で加熱されると、冷媒蒸気が発生する。この冷媒蒸気は精留器６に送られ、その中に混入された吸収剤溶液が分離される。こうして、一層純度を高められた冷媒蒸気は凝縮器９へ給送される。凝縮器９で冷却されて凝縮液化された冷媒は、前記予冷器１８および減圧弁１１を経由して蒸発器１に送られ、管路１ａ上に散布される。
【００１８】凝縮器９から蒸発器１に供給される冷媒の純度は極めて高くなってはいるが、ごくわずかに吸収剤成分が混在する。この吸収剤成分が長時間の運転サイクルによって蓄積し、蒸発器１内の冷媒の純度が徐々に低下していくことは避けられない。そこで、上述のように、蒸発器１から冷媒のごく一部をフィルタ４を介して精留器６に給送し、再生器３から生じる冷媒蒸気と共に再び純度を上げるためのサイクルを経るようにしている。
【００１９】再生器３から出た管路７ａ中の高温濃液は、吸収器２と精留器６を連結する管路の中間に設けられた熱交換器１２により、吸収器２から出た希液と熱交換して冷却された後、吸収器２に回収される。一方、熱交換器１２で予備的に加熱された希液は再生器３へ給送される。こうして熱効率の向上が図られているが、さらに、還流される前記濃液の熱を吸収器２または凝縮器９から出た管路２ａ内の冷却水に伝達するための熱交換器（図示せず）を設けることにより、吸収器２に還流される濃液の温度をより一層低下させ、冷却水温度はさらに上げることができるような構成をとってもよい。
【００２０】前記冷水または冷却水を外気と熱交換するための顕熱交換器１４には管路４ａが通され、室内機１５には管路３ａが設けられている。管路３ａ、４ａの各一端（図では入口端）は第１の四方弁Ｖ１の＃３、４開口に、その他端（図では出口端）は第２の四方弁Ｖ２の＃３、４開口にそれぞれ連結される。室内機１５は冷暖房を行う室内に備えられるもので、冷風または温風の吹出し用ファン（両者は共通）１０と吹出し出口（図示せず）とが設けられる。前記顕熱交換器１４は室外に置かれ、ファン１９で強制的に外気との熱交換が行われる。
【００２１】蒸発器１には冷媒の量を感知するレベルセンサＬ１、および冷媒の温度を感知する温度センサＴ１が設けられている。吸収器２には溶液の量を感知するレベルセンサＬ２が設けられている。凝縮器９には、凝縮された冷媒の量を感知するレベルセンサＬ９、冷媒の温度を感知する温度センサＴ９、および凝縮器９内の圧力を感知する圧力センサＰＳ９が設けられている。
【００２２】顕熱交換器１４には外気温度を感知する温度センサＴ１４が、室内機１５には冷暖房をする部屋の温度を感知する温度センサＴ１５が、再生器３には溶液の温度を感知する温度センサＴ３がそれぞれ設けられている。さらに、精留器６の頂部には、その内部の雰囲気温度つまり精留器６で精留された冷媒蒸気の温度を感知する温度センサＴ６が設けられている。
【００２３】冷房運転時には、前記第１および第２の四方弁Ｖ１，Ｖ２を、それぞれ＃１および＃３開口が連通され、＃２および＃４開口が連通されるような位置に切替える。これにより、管路１ａに冷媒が散布されて温度が下げられた冷水が、室内機１５の管路３ａへ導かれて室内の冷房が行われる。
【００２４】暖房運転時には、前記第１および第２の四方弁Ｖ１，Ｖ２を、それぞれ＃１および＃４開口が連通され、＃２および＃３開口が連通されるような位置に切替える。これにより、管路２ａ内の暖められた冷却水が、室内機１５の管路３ａへ導かれて室内の暖房が行われる。
【００２５】暖房運転時に外気温度が極端に低くなると、顕熱交換器１４を介して外気から熱を汲み上げ難くなり、暖房能力が低下する。このようなときのために、凝縮器９と再生器３（または精留器６）との間をバイパスする還流通路９ａおよび開閉弁１７を設けている。こうして、外気からの熱のくみ上げが困難なときには、吸収冷凍サイクル運転は停止して、再生器３で発生した蒸気を凝縮器９との間で環流させ、バーナ７による加熱熱量を凝縮器９内で効率よく管路２ａ内の冷却水に伝導させられる直火焚き運転により前記冷却水を昇温させて暖房能力を向上させるようにする。
【００２６】続いて、蒸発器１から精留器６へ供給するブリードの制御について説明する。吸収器２から再生器３へ給送される希液の濃度は外気条件や負荷状態によって変化する。したがって、精留器６の頂部での冷媒蒸気の純度を良好に維持するためには前記希液濃度の変化に伴って精留器６へのブリードの供給量を変化させることが必要となる。
【００２７】本発明者等では、希液濃度と精留器６の頂部での冷媒蒸気純度との関係、ならびに希液濃度と精留器６の頂部での冷媒蒸気温度との関係から、冷媒蒸気温度と冷媒蒸気純度との間には強い相関関係があることを実験により確認した。すなわち、冷媒蒸気純度の低下に対応して冷媒蒸気温度が上昇していることがわかった。そこで、本実施形態においては、前記温度センサＴ６で冷媒蒸気温度を感知し、この温度が予定値よりも高い場合にブリードの供給量を増大させるようにした。
【００２８】まず、冷媒蒸気温度と冷媒蒸気純度との関係についての実験結果を説明する。図３は、精留器６の頂部で測定した冷媒蒸気温度Ｔおよび冷媒蒸気純度Ｐ、ならびに希液濃度Ｄのそれぞれの関係を示す図であり、再生器３への希液の供給量と精留器６へのブリードの供給量は一定のもとで測定した結果を示す図である。同図において、希液濃度Ｄは希液中の冷媒の濃度を示す。特性Ａは冷媒蒸気温度Ｔと希液濃度Ｄとの関係を示し、特性Ｂは冷媒蒸気純度Ｐと希液濃度Ｄとの関係を示す。さらに、これら特性Ａおよび特性Ｂに基づき、特性Ｃに示すように冷媒蒸気温度と冷媒蒸気純度との関係が求められる。
【００２９】特性Ａにみられるように、希液中の冷媒濃度Ｄの上昇に伴って冷媒蒸気温度Ｔは低下する。また、特性Ｂにみられるように、希液濃度Ｄの上昇に伴って冷媒蒸気純度Ｐは向上する。これらの特性Ａ，Ｂに基づいて求められた特性Ｃは、冷媒蒸気純度Ｐが低くなると冷媒蒸気温度Ｔが上昇していることを示す。
【００３０】上記実験結果に基づいてブリードの供給量を制御する。図１はブリードの供給量制御のための制御装置の要部機能を示すブロック図である。同図において、比較部２０や基準値設定部２１は、マイクロコンピュータによって構成することができる。温度センサＴ６は精留器６の頂部に設けられていて、その感知結果つまり精留器６頂部での冷媒蒸気の温度を代表する値Ｔを比較部２０に供給する。基準値設定部２１にはブリードの供給量を大小のいずれに切替えるかを決定するための基準値Ｔref が設定されている。この基準値Ｔref は一定の不感帯を有している。基準値Ｔref は比較部２０に入力され、比較部２０では冷媒蒸気温度Ｔがこの基準値Ｔref よりも高いか低いかを判別する。
【００３１】冷媒蒸気温度Ｔの方が高い場合には切替信号ｓ１を、冷媒蒸気温度Ｔの方が低い場合には切替信号ｓ２をそれぞれ流量調節弁Ｖ５に入力する。流量調節弁Ｖ５は、切替え信号ｓ１に応答して大流量側に開度を切替え、切替え信号ｓ２に応答して小流量側に開度を切替える。すなわち、冷媒蒸気温度Ｔが基準値Ｔref よりも高い場合には、ブリードの供給量を増大させ、冷媒蒸気温度Ｔが基準値Ｔrefよりも低い場合には、ブリードの供給量を低減させる。こうして、冷媒蒸気温度Ｔに応じてブリードの供給量を制御し、冷媒蒸気純度を適度に維持することができる。
【００３２】なお、前記流量調節弁Ｖ５としては、流量を２段に切替えるものに限らず、さらに段階数を増やしたものや、連続的に流量を調節できるものを用いてもよいのはもちろんである。また、冷媒液の流量は弁の開度によって制御するものに限定されず、蒸発器１から冷媒を給送するポンプＰ１の回転数によって制御するようにしてもよい。この場合、流量調節弁に代えてオリフィスを設けることができる。さらに、冷媒蒸気温度Ｔは精留器頂部で測定するのに限らず、精留器６および凝縮器９間の管路上で測定しても、同様に冷媒蒸気純度Ｐとの相関は得られ、その測定結果に基づいてブリードの量を制御することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、精留器頂部温度に基づいて精留器へ供給される冷媒液つまりブリードの流量が調節される。したがって、蒸発器内の冷媒の純度を検出してブリードの流量を調節するのと違い、速い応答速度で冷媒液の純度を維持する動作を実行できる。冷媒蒸気の純度を温度センサの検出結果によって判別できるので制御を簡素化することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年８月３日（１９９８．８．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８４８７０
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 香樹 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５５５０３（Ｐ２０００−５５５０３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２１８９１５ |
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