| 【発明の名称】 |
吸収冷温水機 |
| 【発明者】 |
【氏名】嶋村 雅之
【氏名】内村 満幸
|
| 【要約】 |
【課題】吸収式冷温水機の冷媒散布量を冷房負荷が少ないときに減少させて、冷媒，冷水の凍結及び冷媒ポンプの空運転を防止するには、冷媒散布量を制御する必要がある。冷房負荷に応じて冷媒散布量を制御するには、機械的な稼動部分が必要になり気密性，寿命が低下する。
【解決手段】冷媒ポンプ吐出配管から２股に分岐した一方に冷媒量制御手段を具備した冷媒バイパス配管から冷媒ポンプ吸込み配管または冷媒タンクに導き、冷媒量制御手段で適当な圧力損失をつけることで、もう一方の冷媒散布装置に散布される冷媒量を制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】高温再生器，低温再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器，高温熱交換器，低温熱交換器を動作的に配管で接続した吸収式冷温水機において、冷媒ポンプ吐出配管を２股に分岐させ一方を冷媒散布装置に導き、一方は冷媒量制御手段を具備した冷媒バイパス配管を冷媒ポンプ吸込み配管または冷媒タンクに導くことを特徴とする吸収冷温水機。
【請求項２】請求項１の吸収冷温水機において、冷媒ポンプ吐出配管から２股に分岐した一方に冷媒量制御手段を具備した冷媒バイパス配管から冷媒ポンプ吸込み配管または冷媒タンクに導き、冷媒量制御手段で適当な圧力損失をつけることで、もう一方の冷媒散布装置に散布される冷媒量を制御することを特徴とする吸収冷温水機。
【請求項３】請求項１又は２の吸収冷温水機において、冷媒ポンプ吸込み配管に温度検出手段を備え、冷房負荷の変動に応じて冷媒ポンプの運転を発停させる制御をすることを特徴とする吸収冷温水機。
【請求項４】請求項１又は２の吸収冷温水機において、冷媒ポンプ吸込み配管に温度検出手段と冷水出入口部に温度検出手段を備え冷房負荷から冷媒タンクの冷媒液面を予想し、冷媒ポンプが空運転しないよう制御する制御盤を備えたことを特徴とする吸収冷温水機。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビル空調用空気調和装置等に用いられる吸収冷温水機に係り、特に冷房負荷に見合った冷媒ポンプの運転制御と冷媒散布方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の吸収冷温水機における冷媒ポンプの運転と蒸発器への冷媒散布について説明する。蒸発器では、高真空に保持された容器に伝熱管を貫通し伝熱管内部に冷水を通水させ、伝熱管の表面に冷媒（純水）を散布させる。伝熱管に散布された冷媒は、機内が高真空のため沸点降下がおこり、伝熱管表面から蒸発し、その際に冷水から潜熱を持ち去ることで熱交換を行っている。
【０００３】一般に伝熱管に散布させる冷媒散布量は冷房負荷が多いほどたくさん必要である。逆に冷房負荷が少ないときに多量に冷媒を伝熱管に散布させると、必要以上の冷媒蒸気が発生し、伝熱管内部の冷水を過度に冷却することになる。伝熱管内部の冷水が過度な冷却で凍結し、冷温水機と負荷側のファンコイルの伝熱管を破損しないよう複雑な温度検出と吸収冷温水側の制御が必要であった。
【０００４】また、冷媒として散布している純水が凍結した場合、仮に冷房負荷が増加してもすぐに冷房能力が回復できない場合があった。これを回避するには、冷房負荷が少ない場合には冷媒散布流量を減らしてやれば蒸発作用が抑制され、冷媒及び冷水の凍結を回避することができる。例えば、特開平3−211371 号公報に記載されているように蒸発器内部の冷媒の温度を検出し、この温度が低い場合は、冷媒散布量を減少させる方法が知られている。
【０００５】また、他の手段を図３に示す。蒸発器３０４下部に設けた冷媒の液溜め（冷媒タンク３０４ｃ）の液面高さから冷房負荷を検出し冷媒散布量を制御する方法として、冷媒タンク内部にフロートを設置しフロートの高さと連動して動作する流量調整手段（例えばフロート弁７）を冷媒ポンプ３０９吐出配管と冷媒散布装置３０４ｂの途中に設ける。
【０００６】冷媒タンク３０４ｃ液面高さが高い場合を図４に示す。フロート７ｂが液面の上昇とともに上がり弁体７ａが開方向に開くことで、冷媒散布装置３０４ｂに供給する冷媒が最大となり蒸発作用が発揮される。逆に冷媒タンク３０４ｃ液面が低い場合を図５に示す。フロート７ｂが液面の下降とともに下がり弁体７ａが閉方向に閉じることで冷媒散布装置３０４ｂに供給する冷媒が最小となり蒸発作用を制御することができる。
【０００７】特開平7−218026 号公報では、蒸発器下部に冷媒タンクと冷媒ポンプが存在しない場合について記載している、「液膜散布式の蒸発器を有し、蒸発しきれなかった冷媒を再循環することなしに、あるいは一部のみを再循環させて、冷媒を液体のまま蒸発器から流出させ吸収溶液と混合させる吸収冷暖房機において、蒸発器の冷媒受けから流出する冷媒流量を測定する流量計と、その流出する冷媒を一定に保つように蒸発器における冷媒散布装置の冷媒散布量を制御する流量調整弁とを設けた。」とある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】これまで述べた冷媒散布量の制御方式では、以下のような問題があり本発明に至った。蒸発器内部の冷媒の温度を検出し冷媒散布流量を制御する方式では、冷媒流量調整手段として例えばボール弁（電動でコントロールしても良い）を冷媒温度（冷房負荷）に見合った弁開度に調整しなければならない。
【０００９】このような弁は稼動部位が存在するため、高真空の機内と大気圧の機外とをシールしなければならず、吸収冷温水機の気密が十分保持しにくく一般に信頼性が低い。負荷に応じた弁開度に自動で設定するには、負荷を検出する手段と弁操作をする複雑な制御装置が必要でありコストアップしてしまう。
【００１０】一方、冷媒タンクの液面を検出する浮きと冷媒散布量調整を兼ね備えたフロート弁は複雑な温度検出手段や冷媒散布流量調整手段が不要であり、簡単な原理で動作することから広く使用されてきたが、稼動を伴うフロート弁はゴミ詰まりなどによる誤動作が最大の欠点である。フロート弁はその目的である冷媒タンク液面を検出するために、吸収冷温水機の内部に設置されている。動作不良やゴミ詰まりが発生したフロート弁を交換する作業は多大な手間がかかる。またゴミ詰まりなどで誤動作（流量調整機能が不能になる）すると、開方向でフロート弁が停止し冷媒散布量が過大になった場合、冷房負荷が低いときには冷媒温度の異常低下、冷媒ポンプが空運転となる可能性があり改善の余地があった。冷房負荷が高い場合に閉方向で停止した場合、十分な冷媒散布量が得られないので冷房能力が低下する。冷房負荷に応じた制御には稼動部分が吸収冷温水機の寿命，コストに悪影響を及ぼしている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】高温再生器，低温再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器，高温熱交換器，低温熱交換器を動作的に配管で接続した吸収式冷温水機において、冷媒ポンプ吐出配管を２股に分岐させ一方を冷媒散布装置に導き、一方は冷媒量制御手段を具備した冷媒バイパス配管を冷媒ポンプ吸込み配管または冷媒タンクに導くことを特徴とする吸収冷温水機。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。先ず図１のフロー図により吸収式冷温水機の主な構成と動作について説明する。吸収式冷温水機は、高温再生器３０１，低温再生器３０２，凝縮器３０３，蒸発器３０４，吸収器３０５，低温熱交換器３０６，高温熱交換器３０７の７つの熱交換器要素と吸収溶液を循環するための溶液ポンプ３０８とこれらを結ぶ配管から構成されている。
【００１３】冷房運転の動作について説明する。冷房運転時には、外部熱源により加熱された高温再生器３０１の溶液を濃縮して発生した冷媒蒸気は、低温再生器３０２内の熱交換器３０２ａに導かれて低温再生器３０２の溶液を加熱濃縮し冷媒蒸気を発生させて凝縮液化し凝縮器３０３に流入する。低温再生器３０２で発生した冷媒蒸気は凝縮器３０３に導かれ冷却水で冷却されて凝縮液化し、蒸発器３０４に送られる。
【００１４】蒸発器３０４の液冷媒は、冷媒ポンプ３０９で圧送し蒸発器３０４内の熱交換器３０４ａに散布され熱交換器３０４ａ内を流れる冷水と熱交換して蒸発気化し、吸収器３０５に流入する。その際の蒸発潜熱により冷房作用を発揮する。吸収器３０５では、高温再生器３０１および低温再生器３０２で濃縮された濃溶液が吸収器３０５内の熱交換器３０５ａに散布され、熱交換器３０５ａ内を流れる冷却水で冷却されて蒸発器３０４からの冷媒蒸気を吸収して希溶液を生成する。吸収器３０５の希溶液は溶液ポンプ３０８により低温熱交換器３０６を経由して２分され、一方は低温再生器３０２に供給され、他方はさらに高温熱交換器３０７を経由して高温再生器３０１に供給される。以上のように冷房サイクルが構成される。
【００１５】本発明による冷房負荷と冷媒散布量制御について説明する。冷房負荷はユーザーの空調負荷によって変動し、その負荷の度合いは冷水出入口温度と冷水流量（一般に一定流量であることが多い）から算出することができる。出入口温度差が大きいほど冷房負荷が大きく、吸収冷温水機側では蒸発器で発生させるべき冷媒蒸気は多くなる。冷媒を多く発生させるには、蒸発の駆動源である吸収器305に降りかける吸収液の濃度を濃くし飽和温度を下げる必要がある。吸収器濃度を上げるには高温再生器３０１に与える熱量を増して発生させる冷媒蒸気量を増やせばよい。
【００１６】蒸発器３０４では、冷媒散布装置３０４ｂから液冷媒（純水）が蒸発器伝熱管３０４ａに降りかかり蒸発することで伝熱管３０４ａ内部を流れる冷水の熱を奪い冷房に供される。蒸発しきれない液冷媒を蒸発器下部に設けた液溜め（冷媒タンク３０４ｃ）に一時蓄え、冷媒ポンプ３０９で吸い出し冷媒散布装置３０４ａによって再循環させている。
【００１７】本発明による冷媒バイパス配管１は、冷媒ポンプ３０９吸込み配管に流入する手前に備えた流量調整手段２（例えばオリフィス）で絞りを与え、圧力損失を冷媒ポンプ３０９から冷媒散布装置３０４ｂに至る圧力損失より大きく設定すれば、冷媒散布装置３０４ｂに冷媒が供給される。蒸発器が十分冷房能力を発揮する散布流量になるよう上記流量調整手段２（例えばオリフィス）を調整すればよい。冷房能力を発生するのに必要量以上の冷媒は冷媒バイパス配管から冷媒ポンプ吸込み配管に戻ることになる。
【００１８】ここで、冷房負荷が減少した場合について説明する。冷水入口温度検出手段３と冷水出口温度検出手段４から制御装置５で温度を検出し、その温度差から冷房負荷が減少したことを算出することができる。冷房負荷が少ないほど冷水出口温度が低下するので、冷媒ポンプ３０９吸込み配管の冷媒温度検出手段６で検出する冷媒温度も低下する。高温再生器３０１から発生させる蒸気は少なくてすむので、加熱量を減少させるように制御装置５で加熱量を制御すると、吸収冷温水機内部に液冷媒が溶け込む(再生器で加熱濃縮されない)ため全体の溶液濃度は薄くなる。
【００１９】逆に蒸発器３０４の下部に設けた冷媒タンク３０４ｃに貯えられる液冷媒は減少する。つまり冷媒タンクの液面が低下する。液面が低下すると冷媒ポンプ309の吸込み水頭が低くなるので、相対的に冷媒ポンプ吐出流量が減少して冷媒散布装置３０４ｂに供給される冷媒量が減少し冷房能力が低下する。
【００２０】しかし、冷媒ポンプ３０９の運転は継続しているので冷媒散布量は減少せず蒸発器３０４からの蒸発は継続し冷凍能力を発生してしまう。従って、冷媒タンク３０４ｃの液面が減少し続け液面が低下する。
【００２１】本発明による冷媒バイパス配管１から冷媒ポンプ吸込み配管に液冷媒は戻るので、冷媒ポンプ３０９を運転し続けても冷媒ポンプ３０９は空運転する心配がない。ただし、冷媒ポンプ３０９の空運転は防止できるが更に冷房負荷が減少した場合、冷媒ポンプ３０９は運転を継続しているので冷媒散布装置３０４ｂに冷媒が供給され、さらに冷媒タンク３０４ｃ内部の冷媒温度が更に低下する。冷媒ポンプ吸込み配管の温度検出手段６を制御盤５で監視していれば、冷媒が凍結しない温度（例えば４℃）以下になったら冷媒ポンプ３０９の運転を停止するよう制御すれば、冷媒の凍結が防止できる。
【００２２】本発明の別な実施例を図２で説明する。冷媒ポンプ３０９の吐出配管から分岐したバイパス配管１を冷媒流量調整手段２を介して冷媒タンク３０４ｃの伝熱管３０４ａの無い場所に導いても同じ効果が得られる。ただし、この場合冷媒バイパス配管１から冷媒タンク３０４ｃに流出する向きを横又は下向きに接続することが望ましい。例えば冷媒タンク３０４ｃの底に上向きでバイパス配管１を接続すると、冷媒バイパス配管１から流出した冷媒が蒸発器伝熱管３０４ａに降りかかることになり、冷媒が蒸発してしまうためである。従って図２に示すように、冷媒バイパス配管１の吹き出し向きを伝熱管３０４ａが無い方向に向けて設置する。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、冷房負荷が少なく蒸発器下部の冷媒タンク液面が低下した状態で冷媒ポンプを運転し続けても、冷房ポンプから搬送された冷媒は冷媒ポンプ吸い込み配管にバイパスするので、冷媒ポンプを空運転する心配がなく、従来のような稼動部分が全くないので気密性，寿命が向上するだけでなく、大幅なコスト低減が実現できる。冷媒流量調整を単純に冷媒バイパス配管一個所だけとしたので、調整個所が少なく調整が容易になる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
|
| 【出願日】 |
平成１１年３月４日（１９９９．３．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８５０４
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９８０（Ｐ２０００−２５７９８０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−５６６１９ |
|