(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希溶液を加熱して冷媒蒸気と濃溶液とを生成する再生器と、該再生器で生成された冷媒蒸気を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒液と負荷流体とを熱交換して負荷流体を冷却する蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷媒を前記再生器で生成された濃溶液に吸収させて前記希溶液を生成する吸収器と、該吸収器で生成された希溶液を前記再生器へ送る溶液循環ポンプとを接続して吸収冷凍サイクルを形成し、前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する冷媒流路に設けられ冷媒流量を調整する液冷媒比例弁と、前記蒸発器の温度を検出し、該検出温度に対応する弁開度を予め蒸発器温度に対応づけて弁開度が設定された相関関係に基づいて前記液冷媒比例弁の弁開度を制御する制御手段とを備えてなる吸収式冷温水機であって、
前記蒸発器温度と前記弁開度との相関関係は、前記蒸発器温度が設定温度（ｔ１）以下では前記弁開度が予め設定された最大値に設定され、前記設定温度（ｔ１）以上では前記弁開度が前記最大値から前記蒸発器温度が高くなるにつれて小さくなる相関関係に設定され、さらに、前記吸収器の濃溶液と熱交換する冷却水温度に相関させて、冷却水温度が高い場合は前記最大値が小さく設定され、前記冷却水温度が低い場合は前記最大値が大きく設定されていることを特徴とする吸収式冷温水機。
【請求項２】
前記弁開度が、前記最大値から前記蒸発器温度が高くなるにつれて小さくなる相関関係は、一定の傾きで前記弁開度が小さくなるように設定され、かつ前記冷却水の温度が低くなるにつれて前記傾きが小さくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１の吸収式冷温水機。
【請求項３】
希溶液を加熱して冷媒蒸気と濃溶液とを生成する再生器と、該再生器で生成された冷媒蒸気を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒液と負荷流体とを熱交換して負荷流体を冷却する蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷媒を前記再生器で生成された濃溶液に吸収させて前記希溶液を生成する吸収器と、該吸収器で生成された希溶液を前記再生器へ送る溶液循環ポンプとを接続して吸収冷凍サイクルを形成するとともに、前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する冷媒流路に設けられ冷媒流量を調整する液冷媒比例弁と、該液冷媒比例弁の弁開度を制御する制御手段とを備えてなる吸収式冷温水機であって、
前記制御手段は、前記蒸発器の温度及び前記吸収器の濃溶液と熱交換する冷却水の温度を検出し、検出された蒸発器温度及び冷却水温度に基づいて前記液冷媒比例弁の弁開度を制御するように構成され、前記蒸発器温度が設定温度（ｔ１）以下では前記弁開度を予め設定された最大値に制御し、前記設定温度（ｔ１）以上では前記弁開度を前記最大値から前記蒸発器温度が高くなるにつれて小さくするように制御し、さらに、前記冷却水温度が高い場合は前記最大値を小さくし、前記冷却水の検出温度が低い場合は前記最大値を大きくすることを特徴とする吸収式冷温水機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸収式冷温水機に係り、特に、凝縮器から蒸発器に送る液冷媒の流量を制御する液冷媒比例弁を備えた吸収式冷温水機に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸収式冷温水機は、再生器、凝縮器、蒸発器、及び吸収器などを配管接続して吸収冷凍サイクルを形成し、例えば蒸発器で液冷媒と負荷流体とを熱交換して液冷媒の蒸発潜熱により負荷流体を冷却する構成を有している。
【０００３】
このような吸収式冷温水機では、特許文献１に記載されているように、冷房モードにおいて、凝縮器と蒸発器との間の冷媒流路に液冷媒比例弁を設け、蒸発器の検出温度に応じて液冷媒比例弁の弁開度を制御することが知られている。これは、弁開度の制御により蒸発器への冷媒流量を調整して液冷媒貯蔵室の冷媒量を調整し、これにより、溶液濃度及びこれに起因する吸収器での吸収力を制御するものである。
【０００４】
例えば、吸収器で溶液と熱交換する冷却水の温度の低下に起因して吸収器の温度が低下して吸収力が増加し、これにより蒸発器の圧力及び温度が低下した場合には、冷媒凍結などを抑制するため、蒸発器温度の低下に応じて液冷媒比例弁の弁開度を大きくして液冷媒流量を増加させる。すると、液冷媒貯蔵室の冷媒量が減少することで溶液濃度が低下するので吸収器の吸収力が小さくなり、蒸発器温度が高くなって所定の蒸発器温度となる。
【０００５】
一方、例えば冷却水の温度の上昇に起因して蒸発器の温度が上昇した場合は、冷却能力を維持するために、液冷媒比例弁開度を絞って液冷媒流量を減少させて液冷媒貯蔵室の冷媒量を増加させる。これにより、溶液濃度が上昇し吸収器の吸収力が増加して蒸発器温度が低下する。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２４７５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術には、冷却能力を安定させることについて、さらなる改善の余地を残している。
【０００８】
すなわち、冷却水の温度は、例えば夏期と春や秋などの中間期とで異なるものであり、冷却水の温度が異なれば吸収器における吸収力も異なるので、冷却水の温度が高い時と低い時とでは、蒸発器の目標温度が同一であっても適切な弁開度は異なるものである。
【０００９】
これに対して、特許文献１の技術は、吸収器の吸収力を蒸発器温度のみにより捉え、検出された蒸発器温度に対応する弁開度を、予め設定された蒸発器温度と弁開度との相関関係に基づいて制御している。しかし、冷却水温度が高い時に冷却能力を確保し、冷却水温度が低い時に冷媒凍結を起こさないように適切な制御をするためには、蒸発器の温度変化に対する弁開度の変化（制御の感度）が大きくなり、蒸発器温度の変化で液冷媒比例弁開度が大きく変化して安定性が悪く、結果として冷却能力が安定しない場合がある。
【００１０】
そこで、本発明は、吸収式冷温水機の冷却能力の安定度を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の吸収式冷温水機は、希溶液を加熱して冷媒蒸気と濃溶液とを生成する再生器と、この再生器で生成された冷媒蒸気を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮された冷媒液と負荷流体とを熱交換して負荷流体を冷却する蒸発器と、この蒸発器で蒸発した冷媒を再生器で生成された濃溶液に吸収させて希溶液を生成する吸収器と、この吸収器で生成された希溶液を再生器へ送る溶液循環ポンプとを接続して吸収冷凍サイクルを形成している。また、凝縮器と蒸発器とを接続する冷媒流路に設けられ冷媒流量を調整する液冷媒比例弁と、蒸発器の温度を検出し、検出温度に対応する弁開度を予め蒸発器温度に対応づけて弁開度が設定された相関関係に基づいて液冷媒比例弁の弁開度を制御する制御手段とを備えている。
【００１２】
そして、蒸発器温度に対応づけて弁開度が設定された相関関係は、吸収器の濃溶液と熱交換する冷却水の温度に相関させて設定されるものであり、制御手段は、蒸発器の検出温度に対応する弁開度を、冷却水の検出温度に応じた相関関係に基づいて液冷媒比例弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【００１３】
すなわち、本発明は、液冷媒比例弁の弁開度の制御を、蒸発器の温度のみならず吸収器の濃溶液と熱交換する冷却水の温度をも考慮して行うものである。言い換えれば、蒸発器温度と弁開度との相関関係は、吸収器の濃溶液と熱交換する冷却水の温度に相関させて設定されるものであり、また、蒸発器の温度変化に対する弁開度の変化（制御の感度）が適切に設定されるものである。そのため、蒸発器の検出温度と、冷却水の検出温度に応じた適切な蒸発器温度と弁開度との相関関係とに基づいた制御をすることによって、蒸発器温度の変化で液冷媒比例弁開度が大きく変化して安定性が悪化することを抑制でき、その結果、冷却能力の安定度を向上させることができる。
【００１４】
この場合において、蒸発器温度と弁開度との相関関係は、蒸発器温度が設定温度（ｔ１）以下では弁開度が予め設定された最大値に設定され、設定温度（ｔ１）以上では弁開度が最大値から蒸発器温度が高くなるにつれて小さくなる相関関係に設定され、さらに、吸収器の濃溶液と熱交換する冷却水温度に相関させて、冷却水温度が高い場合は最大値が小さく設定され、冷却水温度が低い場合は最大値が大きく設定されている。
【００１５】
つまり、例えば夏期などに冷却水の温度が高くなればなるほど、濃溶液の冷却能力は低くなり、溶液濃度をより高くしなければならないので、弁開度は小さく設定する。これに加えて、冷却水温度の変化時における蒸発器圧力の変化は例えば５〜７ｍｍＨｇ程度であるのに対して、凝縮器圧力の変化は例えば３５〜５５ｍｍＨｇ程度となり、冷却水の温度が高くなるにつれて凝縮器−蒸発器間の差圧が大きくなるので、弁開度は小さく設定する。
【００１６】
また、蒸発器温度に対応づけて弁開度が設定された相関関係は、蒸発器の温度が高くなるにつれて一定の傾きで弁開度が小さくなる傾き部分を有し、冷却水の温度に相関させて設定された相関関係は、冷却水の温度が低くなるにつれて傾きが小さくなるよう設定されることが望ましい。
【００１７】
冷却水の温度が低くなるにつれて吸収器の能力は大きくなる。吸収器の能力が高いことと、凝縮器−蒸発器間の差圧が小さいことから、蒸発器の温度変化に対する弁開度の変化の感度が高いと、弁開度の急激な変化に追従して蒸発器温度が大きく変化するため安定性が悪く、結果として冷却能力が安定しない。そこで、冷却水の温度が低くなるにつれて、蒸発器温度と弁開度との相関関係における傾きを小さく、つまり感度を低くすることで、弁開度の急激な変化及び蒸発器の急激な温度変化を抑制して冷却能力を安定させることができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明の吸収式冷温水機の他の態様は、上述の態様と同様の吸収冷凍サイクルを形成しており、凝縮器と蒸発器とを接続する冷媒流路に設けられ冷媒流量を調整する液冷媒比例弁と、この液冷媒比例弁の弁開度を制御する制御手段とを備えている。そして、制御手段は、蒸発器の温度及び吸収器の濃溶液と熱交換する冷却水の温度を検出し、検出された蒸発器温度及び冷却水温度に基づいて液冷媒比例弁の弁開度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、吸収式冷温水機の冷却能力の安定度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を適用してなる吸収式冷温水機の実施形態を説明する。なお、本実施形態は、いわゆる二重効用吸収式冷温水機を一例として説明するが、本発明はこれに限らず、単効用、或いは三重効用の吸収式冷温水機に適用することも可能である。
【００２１】
図１は、本実施形態の吸収式冷温水機の全体構成を示す図である。吸収式冷温水機１０は、高温再生器１２と、分離器１４と、低温再生器１６と、凝縮器１８と、蒸発器２０と、吸収器２２と、溶液循環ポンプ２４と、高温及び低温溶液熱交換器２６，２８などを配管接続して吸収冷凍サイクルを形成して構成されている。
【００２２】
冷房運転モードにおいて、高温再生器１２は、例えば冷媒としての水と吸収剤としての臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などからなる希溶液を外部から与えられる熱源により加熱し、分離器１４は、加熱された希溶液を冷媒蒸気と中間濃溶液とに分離する。高温溶液熱交換器２６は、分離された中間濃溶液を溶液循環ポンプ２４により送られる希溶液と熱交換させて降温し、低温再生器１６は、降温した中間濃溶液を分離器１４で分離された冷媒蒸気で再度加熱して冷媒蒸気を発生させ濃溶液を生成する。低温溶液熱交換器２８は、この濃溶液を溶液循環ポンプ２４により送られる希溶液と熱交換させて降温する。
【００２３】
凝縮器１８には、低温再生器１６で中間濃溶液を再度加熱して発生した冷媒蒸気と、低温再生器１６で中間濃溶液と熱交換して降温した冷媒蒸気とが流入される。また、凝縮器１８には、後述する吸収器２２を通流した後の冷却水が通流されており、これにより冷媒蒸気が凝縮され、凝縮した液冷媒は、凝縮器１８に設けられた液冷媒貯蔵室３０に貯留される。蒸発器２０には液冷媒分配器３２と温度センサ３３が設けられており、凝縮器１８から流入した液冷媒を液冷媒分配器３２から液冷媒を滴下して蒸発器伝熱管に散布する。これにより、蒸発器伝熱管内を流れる被冷却対象の例えば水などの負荷流体から熱を奪って液冷媒が蒸発し、その蒸発潜熱で負荷流体が冷却される。
【００２４】
吸収器２２は、低温再生器１６で生成された後、低温溶液熱交換器２８で熱交換された濃溶液を、吸収器２２に供給された冷却水で冷却しながら滴下することにより蒸発器２０で蒸発した冷媒を吸収させ、希溶液を生成する。溶液循環ポンプ２４は、吸収器２２で生成された希溶液を低温溶液熱交換器２８，高温溶液熱交換器２６を介して高温再生器１２に送る。なお、吸収器２２に通流される冷却水の入口温度が温度センサ３５により検出されている。
【００２５】
また、液冷媒貯蔵室３０と液冷媒分配器３２とが冷媒流路３４，３６を介して接続されており、冷媒流路３６には、冷媒流量を調整する液冷媒比例弁３８が設けられている。さらに、蒸発器２０の温度、及び冷却水入口の温度を検出しながら、液冷媒比例弁３８の弁開度を制御する制御手段４０が設けられている。液冷媒比例弁３８は、制御手段４０からの指令に応じて弁開度が制御され、これにより液冷媒貯蔵室３０内の液冷媒の液面高さＨが制御される。制御手段４０は、蒸発器温度、及び冷却水入口温度に基づいて弁開度を演算するものである。
【００２６】
続いて、図２を用いて液冷媒比例弁３８の具体的な構成を説明する。図２に示すように、液冷媒比例弁（比例弁）３８は、円環状のコイル４２と、コイル４２内に対向して収容され上下動可能な中空円筒状のローター４４と、ローター４４の下端に固着された円環状の雌ねじ４６と、雌ねじ４６に歯合する中空円筒状の雄ねじ４８と、ローター４４の上端に固定され雄ねじ４８を挿通する弁棒５０と、弁棒５０の下端に固定された弁５２と、弁５２の上下動により開閉されるノズル５４と、ノズル５４の下側に設けられ液冷媒貯蔵室に接続される流体入口５６と、ノズル５４の上側に設けられ液冷媒分配器に接続される流体出口５８などにより形成されている。
【００２７】
制御手段４０からの指令に応じたパルス電流がコイル４２に印加されると、ローター４４が回転するとともに雄ねじ４８にガイドされて上下動し、弁５２がノズル５４を開閉するようになっている。弁５２は、例えば円錐形状の頂点を下側に位置させ、その上下動量に対して、弁５２とノズル５４との間の流通面積を直線的に比例するように形成することにより、蒸発器温度に比例して液冷媒流量を制御し、液面高さＨを制御している。ただし、液冷媒比例弁（比例弁）３８の構成は、これに限らず、種々の公知の比例弁を採用することができる。
【００２８】
次に、本実施形態の吸収式冷温水機の特徴部である制御手段４０について説明する。まず、制御手段４０の従来の基本的な弁開度の制御を、図３を用いて説明する。この図では横軸が蒸発器の温度、縦軸が液冷媒比例弁の弁開度を示している。図に示すように、従来技術では、弁開度は蒸発器温度に比例して制御される。つまり、予め蒸発器温度と弁開度の相関関係が定められており、設定された蒸発器２０の目標温度に対して検出された蒸発器の温度が低くなれば、弁開度を大きくして液冷媒流量を増加させることにより、液冷媒貯蔵室３０内の液面高さＨを低くすることで溶液濃度を低下させるとともに吸収器の吸収力を小さくして、蒸発器温度を高める。
【００２９】
一方、検出された蒸発器の温度が目標温度より高くなれば、逆に弁開度を小さくして液冷媒流量を低下させることにより、液冷媒貯蔵室３０内の液面高さＨを高くすることで吸収器の吸収力を大きくして蒸発器温度を低下させる。このようにして蒸発器温度は常に目標温度になるように制御される。
【００３０】
しかしながら、このような液冷媒比例弁開度制御では、蒸発器の温度変化に対する弁開度の変化（制御の感度）が大きくなり、蒸発器温度の変化で液冷媒比例弁開度が大きく変化して安定性が悪く、結果として冷却能力が安定しない場合がある。
【００３１】
つまり、冷却水の温度は、例えば夏期と春や秋などの中間期とで異なるものであり、冷却水の温度が異なれば吸収器の吸収力も異なるので、冷却水の温度が高い時と低い時とでは、蒸発器の目標温度が同一であっても適切な弁開度は異なるものである。また、冷却水温度の変化時における蒸発器圧力の変化は例えば５〜７ｍｍＨｇ程度であるのに対して、凝縮器圧力の変化は例えば３５〜５５ｍｍＨｇ程度となるため、冷却水温度の変動により凝縮器−蒸発器間の差圧は大きく変動するものである。
【００３２】
冷却水温度が高い場合は差圧が大きくて冷媒が流れやすく、冷却能力を維持するためには、液冷媒比例弁開度をより小さくする必要があり蒸発器温度は高めで安定する。一方、冷却水温度が低い場合は差圧が小さくて冷媒が流れにくいので、冷媒凍結を防ぐためには、液冷媒比例弁開度をより大きくする必要があり蒸発器温度は低めで安定する。
【００３３】
そして、冷却水温度が高い場合と低い場合における蒸発器の安定温度の差は狭いので、冷却水温度が高い時に冷却能力を確保し、冷却水温度が低い時に冷媒凍結を起こさないためには、弁開度０〜１００％に相当する蒸発器温度範囲（図３のｔ１〜ｔ２間）は狭くする必要がある。すると、蒸発器の温度変化に対する弁開度の制御感度（傾き）は大きくなるので、蒸発器温度の変化で液冷媒比例弁開度が大きく変化して安定性が悪く、結果として冷却能力が安定しない。このような問題を踏まえた本実施形態の制御手段４０の態様について以下説明する。
【００３４】
制御手段４０は、図４に示すように、吸収器２２で濃溶液と熱交換する冷却水温度Ｔｓ、及び蒸発器温度Ｔを入力する入力Ｉ／Ｆ（入力インターフェイス）６０と、入力Ｉ／Ｆ６０から入力される冷却水温度Ｔｓ，蒸発器温度Ｔに基づいて液冷媒比例弁３８の弁開度を演算する中央処理装置６４と、演算された弁開度を出力する出力Ｉ／Ｆ（出力インターフェイス）６６などによって構成されている。中央処理装置６４は、図示していない記憶手段に格納されたソフトウェアプログラムによる演算式を実行することにより冷却水温度Ｔｓ，蒸発器温度Ｔに応じた弁開度を演算する。
【００３５】
なお、演算式の実行に代えて、記憶手段に冷却水温度Ｔｓ、及び蒸発器温度Ｔに対応する弁開度のテーブルを予め格納しておき、入力された冷却水温度Ｔｓ、及び蒸発器温度Ｔから対応する弁開度を読み出してもよい。弁開度テーブルの設定値間の値が検出された場合には、適宜補間するよう構成することもできる。
【００３６】
つまり、制御手段４０は、液冷媒比例弁の弁開度の制御を、蒸発器温度と、吸収器の濃溶液と熱交換する冷却水とに基づいて行うものである。具体的には、図５に示すように、蒸発器温度と弁開度との相関関係を、冷却水温度Ｔｓに相関させて設定するものである。図５は、説明の便宜のために、冷却水温度が高い場合と低い場合を代表例として蒸発器温度と弁開度との相関関係を示す図である。
【００３７】
このように、冷却水の温度に相関させて設定される相関関係は、冷却水の温度が高くなるにつれて蒸発器温度に対応づけられた弁開度が小さくなるよう設定されている。つまり、例えば、冷却水温度が高い場合は、図５に示すように液冷媒比例弁開度の最大値を５０％としている。これは、例えば夏期などに冷却水の温度が高くなればなるほど、濃溶液の冷却能力は低くなり、溶液濃度をより高くしなければならないためである。また、これに加えて、冷却水温度の変化時における蒸発器圧力の変化は例えば５〜７ｍｍＨｇ程度であるのに対して、凝縮器圧力の変化は例えば３５〜５５ｍｍＨｇ程度となり、冷却水の温度が高くなるにつれて凝縮器−蒸発器間の差圧が大きくなるため、弁開度を小さく設定している。
【００３８】
さらに、蒸発器温度と弁開度との相関関係は、蒸発器の温度が高くなるにつれて一定の傾きで弁開度が小さくなる傾き部分（図５のｔ１〜ｔ２間、及びｔ１〜ｔ３間）を有するものであるが、図５に示すように、冷却水の温度が低い場合の傾きが、冷却水の温度が高い場合に比べて小さくなるよう設定されている。これは、冷却水の温度が低くなるにつれて濃溶液の冷却能力は大きくなるので、吸収力が大きくなり蒸発器の冷却能力は充分得られ、この場合に、蒸発器の温度変化に対する弁開度の変化の感度が高いと、弁開度が急激に変化して蒸発器温度も大きく変化するため安定性が悪く、結果として冷却能力が安定しないからである。
【００３９】
そこで、冷却水の温度が低くなるにつれて、蒸発器温度と弁開度との相関関係における傾きを小さく、つまり感度を低くすることで、弁開度の急激な変化及び蒸発器の急激な温度変化を抑制して冷却能力を安定させることができる。
【００４０】
次に、制御手段４０の制御フローチャートを、図６を用いて説明する。冷却水入口温度Ｔｓが検出されると（Ｓ１）、これに基づいて蒸発器温度と弁開度との相関関係が求められる（Ｓ２）。続いて、蒸発器２０の温度が検出されて（Ｓ３）、この温度と、Ｓ２で演算された蒸発器温度と弁開度との相関関係に基づいて、弁開度比例制御により弁開度が演算される（Ｓ４）。Ｓ４で演算された弁開度の指令信号が液冷媒比例弁３８に出力され（Ｓ５）、液冷媒比例弁３８はこの指令信号に基づいて冷媒流量を制御する。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、蒸発器温度と弁開度との相関関係は、吸収器の濃溶液と熱交換する冷却水の温度に相関させて設定されるものであるため、冷却水の検出温度に応じた適切な蒸発器温度と弁開度との相関関係を用いることができる。この相関関係は、蒸発器の温度変化に対する弁開度の変化（制御の感度）が適切に設定されるものであるので、蒸発器温度の変化で液冷媒比例弁開度が大きく変化して安定性が悪化することを抑制でき、その結果、冷却能力の安定度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態の吸収式冷温水機の全体構成を示す図である。
【図２】液冷媒比例弁の構成を示す図である。
【図３】制御手段の従来の弁開度の制御内容を説明する図である。
【図４】制御手段の構成を示す図である。
【図５】冷却水温度が高い場合と低い場合の蒸発器温度と弁開度との相関関係を示す図である。
【図６】制御手段の弁開度の制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  吸収式冷温水機
１２  高温再生器
１４  分離器
１６  低温再生器
１８  凝縮器
２０  蒸発器
２２  吸収器
２４  溶液循環ポンプ
２６  高温溶液熱交換器
２８  低温溶液熱交換器
３０  液冷媒貯蔵室
３２  液冷媒分配器
３３，３５  温度センサ
３４，３６  冷媒流路
３８  液冷媒比例弁
４０  制御手段
【図１】
0005091590.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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