JP4348413B2 - 吸収式冷温水機およびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、吸収式冷温水機およびその運転方法に関する。さらに詳しくは、伝熱管の洗浄が所望の時期に安全かつ自動的になし得る吸収式冷温水機およびその運転方法に関する。なお、本明細書においては、吸収式冷温水機には吸収式冷凍機も含まれるものとする。

吸収式冷温水機は、吸収器、凝縮器、蒸発器、再生器の各部が、管壁を介して熱交換を行う管式熱交換器として構成されている。管式熱交換器は、一般に、管壁に汚れが付着すると伝熱効率が低下するが、特に吸収器および凝縮器は、冷却水の循環系が冷却塔を用いた大気開放サイクルであるため、スケール分が冷却塔における放熱により濃縮され、管内で析出して管内面に付着することによって、伝熱効率の低下が起こりやすいといった問題がある。このため、定期的に管の洗浄を行うことが必要とされ、その実施がなされている。

このスケール分の洗浄除去作業においては、薬液を用いてスケール分を溶解洗浄させる必要があるため、洗浄による環境汚染を生じさせるおそれがある。

そこで、冷却水の循環系にスポンジボールを流し、これにより管内面を洗浄するボール循環式洗浄方法が一般的に行われている（特許文献１、２等参照）。ボール循環式洗浄方法は、例えば一日に数回程度、管径に応じたサイズの数十個の洗浄用スポンジボールを冷却水の循環系にボール供給機構により供給し、スポンジボールを所定時間にわたり循環させて管内を洗浄した後、ボール回収機構によりボールを回収する、といった手順で行われる。

しかしながら、ボール循環式洗浄方法においては、通常、伝熱管内径よりも若干サイズの大きいスポンジボールを冷却水により圧送しながら洗浄を行うものとされるため、吸収式冷温水機の運転状態を顧慮することなく不用意に洗浄を開始すると、吸収式冷温水機系内の圧力バランスや熱バランスが崩れ、運転異常を引き起こすおそれがある。

かかる運転異常を回避するため、従来、ボール循環式洗浄装置を一種の設備として取り扱い、ボール循環式洗浄装置の運転は、一般的に、吸収式冷温水機の運転開始前あるいは運転終了後に行うものとされている。なお、運転停止がなし得ない吸収式冷温水機にあっては、ボール循環式洗浄装置の洗浄動作信号を受けて強制的に吸収式冷温水機の運転を低負荷でなすという受動的な操作がなされている。すなわち、ボール循環式洗浄装置による洗浄には大きな制約が存在しているという問題がある。

そのため、吸収式冷温水機の運転状況や負荷の如何にかかわらずボール循環式洗浄装置による洗浄がなし得る吸収式冷温水機の出現が関係者から熱望されている。
特開平５−２８０８８９号公報 特開平５−１２６４９１号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、吸収式冷温水機の運転状況や負荷の如何にかかわらずボール循環式洗浄装置による洗浄がなし得る吸収式冷温水機およびその運転方法を提供することを目的としている。

本発明の吸収式冷温水機は、洗浄装置を備える吸収式冷温水機であって、
前記吸収式冷温水機の制御装置が、洗浄スケジュール管理部と、状態指数算出手段を有する運転状態監視部と、洗浄継続可否判定部とを備え、
前記状態指数算出手段は、運転中における燃焼量と冷却水放熱量との比により表される状態指数を、状態指数の最大値で割った相対指数を算出するものとされ、
前記洗浄継続可否判定部は、洗浄継続可否判定閾値を有し、
前記洗浄継続可否判定部が、前記相対指数を前記洗浄継続可否判定閾値により閾値処理をして運転中における洗浄継続可否判定の判定をなす
ことを特徴とする。

さらに、本発明の吸収式冷温水機においては、前記洗浄継続可否判定閾値が、吸収式冷温水機の負荷状況または季節的要因に基づいて変更可能とされてなるのが好ましい。

本発明の吸収式冷温水機の運転方法は、前記いずれかの吸収式冷温水機の運転方法であって、
洗浄スケジュールを設定する手順と、
吸収式冷温水機の運転条件を監視する手順と、
洗浄装置を起動して洗浄を開始する手順と、
相対指数を算出する手順と、
前記相対指数を洗浄継続可否判定閾値により閾値処理をして運転中における洗浄継続可否の判定をなす手順と、
前記判定において洗浄継続不可の判定がなされた場合、洗浄を中止する一方、洗浄継続可の判定がなされた場合、洗浄を継続する手順
とを含んでいることを特徴とする。

本発明によれば、吸収式冷温水機の運転条件の如何にかかわらず、洗浄装置による洗浄がなし得るとともに、洗浄中にその継続の可否の判定がさなれ、その判定において洗浄継続不可の判定がなされると洗浄が中止されるので、洗浄に起因する吸収式冷温水機の運転異常を生ずるおそれもないという優れた効果が得られる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
図１に、本発明の実施形態１に係る吸収式冷温水機を示す。

吸収式冷温水機Ｋは、図１に示すように、吸収器１と、蒸発器２と、凝縮器３と、高温再生器４と、低温再生器５と、高温熱交換器６と、低温熱交換器７と、冷却塔８と、洗浄装置（洗浄手段）１０と、制御装置２０とを主要構成要素として備えてなるものとされる。

吸収式冷温水機Ｋにおいては、公知の吸収式冷温水機と同様に、蒸発器２で蒸発された冷媒（水）が、吸収器１にてＬｉＢｒ（リチウムブロマイド）を主成分とする吸収液に吸収される。冷媒を吸収して濃度が低下した吸収液（以下、稀液と称する）Ｗは、低温熱交換器７にて予備加熱された後、低温再生器５に送られる。低温再生器５に送られた稀液Ｗは、高温再生器４からの冷媒蒸気により加熱され、これにより一部冷媒が蒸発して濃縮された中間液Ｍとなり、高温熱交換器６にて予備加熱された後、高温再生器４に送られる。

高温再生器４は、燃焼炉などの加熱源Ｅを有しており、高温再生器４に送られた中間液Ｍは前記加熱源Ｅにより加熱され、さらに一部冷媒が蒸発して濃縮された濃液Ｓとなる。濃液Ｓは、高温熱交換器６に送られ前記予備加熱の加熱源として利用された後、低温再生器５からの中間液Ｍと混合される。この混合液は、低温熱交換器７に送られ前記予備加熱の加熱源として利用された後、散布濃液ＳＳとして吸収器１に送られ、吸収器１内で散布される。

また、高温再生器４にて蒸発した冷媒（以下、冷媒蒸気という）は、低温再生器５に送られる。低温再生器５に送られた冷媒蒸気は、稀液Ｗを加熱する加熱源として利用されるとともに、低温再生器５にて稀液Ｗから蒸発した冷媒蒸気とともに、凝縮器３にて冷却水により冷却され液化して冷媒に戻る。この冷媒は、蒸発器２に送られ、蒸発器２内で散布され、水などの冷却対象物から気化熱を奪って気化する。これにより冷却対象物としての水（冷水）が冷却される。

蒸発器２にて気化された冷媒は、前述したように吸収器１に送られて吸収液に吸収される。

また、吸収器１からの稀液Ｗは、一部が図示しない抽気装置に送られ、非凝縮性ガスが抽気された後、吸収器１に戻される。

洗浄装置１０は、冷却水が吸収器１、凝縮器３および冷却塔８の間で循環する循環系Ｉにおいて、冷却水の流れにより伝熱管洗浄用のスポンジボール（洗浄ボール、以下単にボールという）（不図示である。特開平５−２８０８８９号等参照）を吸収器１および凝縮器３に通過させ、ボール表面により伝熱管内面を清拭させて、管内を洗浄するものとされる。

洗浄装置１０は、より具体的には図２に示すように、冷却塔８にて冷却された冷却水を吸収器１に供給する配管（以下、冷却水供給配管という）ＩＦに前記ボールを供給するボール供給機構１１と、吸収器１および凝縮器３を通過して冷媒を冷却した冷却水を冷却塔８に戻す配管（以下、冷却水戻り配管という）ＩＲからボールを回収するボール回収機構１２と、ボール収納機構１３と、洗浄操作部１４とを備えてなるものとされ、ボール供給機構１１の先端に設けられたボール供給部１１ａは冷却水供給配管ＩＦの適宜位置に介装され、ボール回収機構１２の先端に設けられたボール回収部１２ａは冷却水戻り配管ＩＲの適宜位置に介装されている。

しかして、洗浄操作部１４が制御装置２０からの指令により洗浄を開始したり停止したりする。つまり、制御装置２０の制御にしたがって洗浄操作部１４は、ボール供給機構１１を動作させてボールを供給し、そのボールを吸収器１および凝縮器３に通過させて吸収器１および凝縮器３の伝熱管内を洗浄したり、ボール回収機構１２を動作させてボールを回収して洗浄を停止したりする。

なお、洗浄操作部１４は制御装置２０に設けられるようにされてもよい。また、ボール供給機構１１、ボール回収機構１２およびボール収納機構１３は、公知のボール供給機構、ボール回収機構およびボール収納機構を好適に用いることができるので、それらの構成の詳細な説明は省略する。

制御装置２０は、図３に示すように、吸収式冷温水機Ｋの起動・停止を操作する操作部２１と、洗浄装置１０を含む吸収式冷温水機Ｋの制御をなす制御部２２と、洗浄装置１０の洗浄スケジュールを管理する洗浄スケジュール管理部２３と、洗浄中の吸収式冷温水機Ｋの運転状態を監視する運転状態監視部２４と、運転状態監視部２４からの監視情報に基づいて洗浄継続の可否を判定する洗浄継続可否判定部２５とを内蔵して備えるとともに、運転状態監視部２４、洗浄継続可否判定部２５などの処理結果を出力する出力手段としての画像表示装置２７とを備えてなるものとされる。

操作部２１および制御部２２は、公知の吸収式冷温水機の制御装置におけるものと同様とされているので、その構成の詳細な説明は省略する。

洗浄スケジュール管理部２３は、例えば洗浄間隔および洗浄時間に関するスケジュールを有しそのスケジュールにしたがった洗浄指令を制御部２２に出力するものとされる。

運転状態監視部２４は状態指数算出手段２８を有し、洗浄装置１０の洗浄中における吸収式冷温水機Ｋの運転状態を示す状態指数を算出する。

状態指数算出手段２８による状態指数の算出は、以下のようにしてなされる。

吸収式冷温水機Ｋにおいては、通常、冷房負荷と高温再生器圧力との関係は、図４に実線で示すような直線となる。これに対し、洗浄装置１０の洗浄中においては、冷却水量が減少するため、冷房負荷と高温再生器圧力との関係は、図４に破線で示すような直線となる。

このような状況下で、燃焼量Ｑｆと冷却水放熱量Ｑｃとの比により表される指数ｆを導入すると、この指数ｆは図４の破線が運転閾値と交わる点で最大値ｆｍａｘとなる。ついで、この指数ｆを図４の実線が運転閾値と交わる点の指数（基準指数）ｆｏで割った相対指数Ｒｆを導入する。この相対指数Ｒｆはその定義より、図４の実線が運転閾値と交わる点で値１をとり、図４の破線が運転閾値と交わる点で最大値Ｒｆｍａｘとなる。このことは、相対指数Ｒｆが最大値Ｒｆｍａｘを超えなければ、洗浄中に高温再生器圧力が運転閾値を超えないことを意味する。つまり、相対指数Ｒｆが最大値Ｒｆｍａｘを超えなければ、吸収式冷温水機Ｋが洗浄可能な状態にあることがわかる。

したがって、この相対指数Ｒｆを適宜閾値処理することにより、洗浄継続が可能な状態にあるか否かの判定がなし得る。そこで、本明細書においては、この相対指数Ｒｆを状態指数と定義することにする。

この相対指数Ｒｆつまり状態指数は、燃焼量Ｑｆが燃料流量から容易に算出でき、冷却水放熱量Ｑｃが冷却水の入口・出口温度および冷却水量から容易に算出でき、冷房負荷が冷水の入口・出口温度および冷水量から容易に算出できるので、簡単な数学的処理により算出できる。

洗浄継続可否判定部２５は洗浄継続可否判定閾値を有し、前記状態指数を閾値処理して洗浄継続可否の判定をなし、その結果を制御部２２に出力する。しかして、この判定において洗浄継続不可の判定がなされた場合、制御装置２０は洗浄操作部１４に洗浄中止指令を出力する。

ここで、洗浄継続可否判定閾値は、前記最大値Ｒｆｍａｘとすることもできるが、吸収式冷温水機Ｋの負荷の状況、季節的要因などを考慮して、前記最大値Ｒｆｍａｘよりも低めに設定することも可能である。例えば、負荷変動が激しい吸収式冷温水機Ｋにあっては、洗浄継続可否判定閾値を低めに設定する一方、負荷変動が少ない吸収式冷温水機Ｋにあっては、洗浄継続可否判定閾値を高めに設定することもできる。また、冷房需要の多い夏季には、洗浄継続可否判定閾値を低めに設定する一方、需要の比較的少ない春季や秋季には、洗浄継続可否判定閾値を高めに設定することもできる。

なお、かかる機能を有する制御装置２０は、例えば前記処理に対応するプログラムを組み込んだマイコンとして実現される。

次に、図５を参照しながら、かかる構成とされた吸収式冷温水機Ｋの運転について説明する。なお、下記の手順は制御装置２０の支配の下になされる。

手順１：吸収式冷温水機Ｋを起動する。

手順２：吸収式冷温水機Ｋを通常運転する。

手順３：洗浄スケジュールを設定する。つまり、洗浄間隔および洗浄時間を設定する。

手順４：吸収式冷温水機Ｋの運転条件を監視する。具体的には、燃料流量、高温再生器圧力、冷却水の入口・出口温度、冷却水量、冷水の入口・出口温度、冷水量を監視する。

手順５：高温再生器圧力が運転閾値を超えていないか否か判定する。高温再生器圧力が運転閾値を超えていれば、手順６に移行する一方、高温再生器圧力が運転閾値を超えていなければ、手順７に移行する。

手順６：吸収式冷温水機Ｋの運転を停止する。

手順７：洗浄装置１０を起動し、洗浄を開始する。

手順８：状態指数を算出する。

手順９：洗浄継続可否を判定する。洗浄継続可であれば、手順１０に移行する一方、洗浄継続不可であれば、手順１３に移行する。

手順１０：所定の洗浄時間が経過したか否か判定する。所定時間が経過していれば、手順１１に移行する一方、所定時間が経過していなければ、手順４に戻る。

手順１１：洗浄装置１０を停止して洗浄を終了する。

手順１２：洗浄を中止する。

手順１３：洗浄回数をカウントダウンする。

手順１４：洗浄スケジュールが完了したか否か判定する。つまり、洗浄残回数がゼロであるか否か判定する。洗浄スケジュールが完了していれば、手順１５に移行する一方、洗浄スケジュールが完了していなければ、手順４に戻る。

手順１５：本処理を終了する。

このように、この実施形態１においては、吸収式冷温水機Ｋの運転状況や負荷の如何にかかわらずに洗浄スケジュールが設定でき、そしてその洗浄スケジュールにしたがって洗浄がなされる。そのため、洗浄装置１０を設けても吸収式冷温水機Ｋの運転が煩雑になることはない。また、洗浄中の高温再生器圧力は状態指数を介して監視され、その状態指数により洗浄継続の可否が判定される。そして、その判定において洗浄継続が不可とされれば、洗浄が自動的に中止されるようにされている。そのため、洗浄中の安全も確保されている。したがって、洗浄装置１０の洗浄に起因する吸収式冷温水機Ｋの稼働率の低下および吸収式冷温水機Ｋへの悪影響が最小限に抑えられる。

実施形態２
本発明の実施形態２の吸収式冷温水機Ｋ１は、実施形態１の吸収式冷温水機Ｋを改変したものであって、状態指数の内容を改変したものとされる。すなわち、実施形態１においては、状態指数は高温再生器圧力に関連したものとされているが、この実施形態２においては、状態指数は高温再生器温度に関連したものとされている。したがって、実施形態２の状態指数は、図４の高温再生器圧力を高温再生器温度に置き換えることにより、実施形態１の状態指数と同様の手順により算出できる。

なお、実施形態２の吸収式冷温水機Ｋ１のその余の構成は実施形態１の吸収式冷温水機Ｋと同様とされている。

次に、図６を参照しながら、かかる構成とされた吸収式冷温水機Ｋ１の運転について説明する。なお、下記の手順は制御装置２０の支配の下になされる。

手順１：吸収式冷温水機Ｋ１を起動する。

手順２：吸収式冷温水機Ｋ１を通常運転する。

手順３：洗浄スケジュールを設定する。つまり、洗浄間隔び洗浄時間を設定する。

手順４：吸収式冷温水機Ｋ１の運転条件を監視する。具体的には、燃料流量、高温再生器温度、冷却水の入口・出口温度、冷却水量、冷水の入口・出口温度、冷水量を監視する。

手順５：高温再生器温度が運転閾値を超えていないか否か判定する。高温再生器温度が運転閾値を超えていれば、手順６に移行する一方、高温再生器温度が運転閾値を超えていなければ、手順７に移行する。

手順６：吸収式冷温水機Ｋ１の運転を停止する。

手順７：洗浄装置１０を起動し、洗浄を開始する。

手順８：状態指数を算出する。

手順９：洗浄継続可否を判定する。洗浄継続可であれば、手順１０に移行する一方、洗浄継続不可であれば、手順１３に移行する。

手順１０：所定の洗浄時間が経過したか否か判定する。所定時間が経過していれば、手順１１に移行する一方、所定時間が経過していなければ、手順４に戻る。

手順１１：洗浄装置１０を停止して洗浄を終了する。

手順１２：洗浄を中止する。

手順１３：洗浄回数をカウントダウンする。

手順１４：洗浄スケジュールが完了したか否か判定する。つまり、洗浄残回数がゼロであるか否か判定する。洗浄スケジュールが完了していれば、手順１５に移行する一方、洗浄スケジュールが完了していなければ、手順４に戻る。

手順１５：本処理を終了する。

このように、この実施形態２においては、実施形態１と同様に、吸収式冷温水機Ｋ１の運転状況や負荷の如何にかかわらずに洗浄スケジュールが設定でき、そしてその洗浄スケジュールにしたがって洗浄がなされる。そのため、洗浄装置１０を設けても吸収式冷温水機Ｋ１の運転が煩雑になることはない。また、洗浄中の高温再生器圧力は状態指数を介して監視され、その状態指数により洗浄継続の可否が判定される。そして、その判定において洗浄継続が不可とされれば、洗浄が自動的に中止されるようにされている。そのため、洗浄中の安全も確保されている。したがって、洗浄装置１０の洗浄に起因する吸収式冷温水機Ｋ１の稼働率の低下および吸収式冷温水機Ｋ１への悪影響が最小限に抑えられる。

本発明は吸収式冷凍機を含む吸収式冷温水機に適用できる。

本発明の実施形態に係る吸収式冷温水機の概略図である。 同実施形態の洗浄装置のブロック図である。 同実施形態の制御装置のブロック図である。 冷房負荷と高温再生器圧力との関係を模式的に示すグラフ図である。 同実施形態の吸収式冷温水機の運転手順を示す流れ図である。 本発明の実施形態２の吸収式冷温水機の運転手順を示す流れ図である。

符号の説明

Ｋ 吸収式冷温水機
１ 吸収器
３ 凝縮器
８ 冷却塔
１０ 洗浄装置
１１ ボール供給機構
１２ ボール供給機構
１３ ボール収納機構
１４ 洗浄操作部
２０ 制御装置
２３ 洗浄スケジュール管理部
２４ 運転状態監視部
２５ 洗浄継続可否判定部
２８ 状態指数算出手段

Claims (3)

1. 洗浄装置を備える吸収式冷温水機であって、
   前記吸収式冷温水機の制御装置が、洗浄スケジュール管理部と、状態指数算出手段を有する運転状態監視部と、洗浄継続可否判定部とを備え、
   前記状態指数算出手段は、運転中における燃焼量と冷却水放熱量との比により表される状態指数を、状態指数の最大値で割った相対指数を算出するものとされ、
   前記洗浄継続可否判定部は、洗浄継続可否判定閾値を有し、
   前記洗浄継続可否判定部が、前記相対指数を前記洗浄継続可否判定閾値により閾値処理をして運転中における洗浄継続可否判定の判定をなす
   ことを特徴とする吸収式冷温水機。
2. 前記洗浄継続可否判定閾値が、吸収式冷温水機の負荷状況または季節的要因に基づいて変更可能とされてなることを特徴とする請求項１記載の吸収式冷温水機。
3. 請求項１または２記載の吸収式冷温水機の運転方法であって、
   洗浄スケジュールを設定する手順と、
   吸収式冷温水機の運転条件を監視する手順と、
   洗浄装置を起動して洗浄を開始する手順と、
   相対指数を算出する手順と、
   前記相対指数を洗浄継続可否判定閾値により閾値処理をして運転中における洗浄継続可否の判定をなす手順と、
   前記判定において洗浄継続不可の判定がなされた場合、洗浄を中止する一方、洗浄継続可の判定がなされた場合、洗浄を継続する手順
   とを含んでいることを特徴とする吸収式冷温水機の運転方法。

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