KR100448424B1 - 흡수 냉동기의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우선 순위대로 열원을 확실하게 이용할 수 있도록 하는 동시에, 부하가 급변하여도 증발기로부터 공급하는 냉수 온도가 오버슈트하지 않도록 하는 것을 과제로 한다. 저온 열원 공급관(18)으로부터 저온수 재생기(6)로 공급하는 배온수의 유량을 강제적으로 최대치로 제어하고 있을 때에, 온도 센서(19)가 계측한 냉수 온도(T)가 주설정치인 7 ℃보다 낮으면, 주설정치인 7 ℃보다 낮은 6 ℃를 기준으로 한 PID 제어를 재개하여 저온 열원 공급관(18)으로부터 저온수 재생기(6)로 공급한 배온수의 유량을 제어하고, 고온 열원 공급관(16)으로부터 고온 재생기(1)로 공급한 배가스의 유량을 강제적으로 영으로 제어하고 있을 때에, 온도 센서(19)가 계측한 냉수 온도(T)가 주설정치인 7 ℃보다 높은 8 ℃가 되면, 주설정치인 7 ℃를 기준으로 한 PID 제어를 재개하여 고온 열원 공급관(16)으로부터 고온 재생기(1)로 공급한 배가스의 유량을 제어하도록 했다.
Description
본 발명은 흡수액을 가열하여 냉매 증기를 생성하는 열원을 2 종류 구비한 흡수 냉동기(흡수 냉온수기를 포함)에 관한 것이다.
천연 가스 및 석유 등을 연소하여 만든 고온과, 폐열 발전 시스템 등으로부터 나온 배(排)열을 이용하여 흡수액을 가열하고, 흡수액으로부터 냉매를 증발 분리하여 냉매 증기 및 농축된 흡수액을 생성하는 흡수 냉동기가 알려져 있다.
또한, 배(排)온수 및 배(排)가스가 공급되는 가스 엔진 등을 사용한 폐열 발전 시스템의 배출 열의 양쪽을 열원으로 이용한 흡수 냉동기도 알려져 있다.
그리고, 어느 경우에도 고객의 열의 이용 형태에 의해, 어느 한편을 우선적으로 이용하게 되므로, 열의 유효 이용을 도모하는 관점으로부터, 우선 사용하는열원의 열을 확실하게 이용할 수 있도록 할 필요가 있다.
그로 인해, 본 발명자들은 일본 특허 출원2000-074173호에 있어서, 증발기에서 냉각하여 공급하는 냉수의 온도 설정치로서 상이한 두 값을 정하고, 한편의 설정 온도치에 의거하여 한편의 열원에 의한 가열량을 제어하고, 다른 편의 설정 온도치에 의거하여 다른 편의 열원에 의한 가열량을 제어하도록 한 제어 방법을 제안했다.
일본 특허 출원2000-074173호에 제안된 제어 방법에 의해, 우선 순위대로 열원을 이용할 수 있도록 되어 있지만, 흡수액의 가열량을 PID 제어한 경우에 비례 대역을 크게 설정한 때와 적분 시간을 길게 설정한 때에는 부하가 급변한 시기에 연료 공급 밸브를 폐쇄하는 시간이나, 전체 폐쇄 확인 시간 중에 냉수가 과냉각되어, 장치가 이상 정지하는 문제점이 일어날 수 있으므로, 이러한 문제점이 생기지 않는 제어 방법을 제공할 필요가 있으며, 이것이 해결해야 할 과제였다.
본 발명은 상기 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 구체적 수단으로서, 우선 사용할 열원(A)에 의한 흡수액 가열량(Q1)을 증발기로부터 공급한 냉수의 제1 설정 온도치(T1)를 기준치로 한 제어로 제어하고, 나머지 열원(B)에 의한 흡수액 가열량(Q2)을 제1 설정 온도치(T1)보다 높은 제2 설정 온도치(T2)를 기준치로 한 제어로 제어하고, 흡수액을 가열하여 흡수액으로부터 증발 분리한 냉매 증기를 응축기로 방열 응축시키고, 그 응축액 냉매를 증발기에서 증발시키고, 증발기에서 냉매의 증발 작용에 의해 냉각된 냉수를 부하에 공급하여 냉방 등의 냉각 작용을 행하는 흡수 냉방기의 제어 방법에 있어서, 흡수액 가열량(Q2)이 소정 시간 계속하여 최소치에 있으면 흡수액 가열량(Q2)을 강제적으로 영으로 제어하는 동시에, 제1 설정 온도치(T1)를 기준치로 한 제어에 의해 흡수액 가열량(Q1)을 제어하고, 흡수액 가열량(Q1)이 소정 시간 단속하여 최대치에 있으면 흡수액 가열량(Q1)을 강제적으로 최대치로 제어하는 동시에, 제2 설정 온도치(T2)를 기준치로 한 제어에 의해 흡수액 가열량(Q2)을 제어하도록 한 제1 구성의 제어 방법과,
상기 제1 구성의 제어 방법에 있어서, 흡수액 가열량(Q1)을 강제적으로 최대치로 제어하여, 증발기로부터 공급한 냉수의 온도(T)가 제2 설정 온도치(T2)보다 낮으면, 제1 설정 온도치(T1)를 기준치로 한 흡수액 가열량(Q1)의 제어를 재개하도록 한 제2 구성의 제어 방법과,
상기 제1 구성의 제어 방법에 있어서, 흡수액 가열량(Q2)을 강제적으로 영으로 제어하여, 증발기로부터 공급하는 냉수 온도(T)가 제2 설정 온도치(T2)보다 높은 제3 설정 온도치(T3)를 초과하면, 제2 설정 온도치(T2)를 기준치로 한 흡수액 가열량(Q2)의 제어를 재개하도록 한 제3 구성의 제어 방법을 제공함으로써, 상기한 종래 기술의 과제를 해결하는 것이다.
도1은 장치 구성을 도시한 설명도.
도2는 배온수 제어 밸브 및 배가스 댐퍼의 제어 예를 도시한 설명도.
도3은 배온수 제어 밸브 및 배가스 댐퍼의 다른 제어 예를 도시한 설명도.
도4는 배온수 제어 밸브 및 배가스 댐퍼의 다른 제어 예를 도시한 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 고온 재생기
2 : 저온 재생기
3 : 응축기
4 : 증발기
5 : 흡수기
6 : 저온수 재생기
7 : 저온수 응축기
8 : 저온 열교환기
9 : 고온 열교환기
10, 11 : 흡수액 펌프
12 : 냉매 펌프
13 : 냉수관
14 : 냉각수관
15 : 배가스 댐퍼
16 : 고온 열원 공급관
17 : 배온수 제어 밸브
18 : 저온 열원 공급관
19 : 온도 센서
20 : 제어기
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도1에 예시된 흡수 냉동기는 흡수액이 폐열 발전 시스템 등으로부터 배출되는 열로서 공급된 고온(예컨대, 650 ℃)의 배가스와 열 교환하는 동시에, 중간 정도의 온도(예컨대 88 ℃)의 배온수와도 열교환하여 가열되도록 구성된 것이다.
도1에 있어서, 부호 1은 고온 재생기, 2는 저온 재생기, 3은 응축기, 4는 증발기, 5는 흡수기, 6은 저온수 재생기, 7은 저온수 응축기, 8은 저온 열교환기, 9는 고온 열교환기, 10, 11은 흡수액 펌프, 12는 냉매 펌프이며, 각각은 도시된 바와 같이 흡수액관 및 냉매관에 배관 접속되고, 흡수액 및 냉매가 각각 순환 가능하게 구성되어 있다.
또한, 증발기(4)에는 도시되지 않은 냉방 등의 냉각 부하에 냉수를 순환 공급하기 위한 냉수관(13)이 통과되고, 흡수기(5), 응축기(3), 저온수 응축기(7)에는 냉각수관(14)이 직렬로 통과되어 있다.
또한, 고온 재생기(1)에는 배가스 댐퍼(15)를 구비한 고온 열원 공급관(16)이 통과되고, 저온수 재생기(6)로부터 흡수액 펌프(11)에 의해 공급되는 고온 재생기(1) 내의 흡수액을, 고온 배가스로 가열하여 냉매 증기를 흡수액으로부터 분리 증발시켜, 흡수액을 농축하도록 구성되어 있다.
또한, 저온수 재생기(6)에는 배온수 제어 밸브(17)를 구비한 저온 열원 공급관(18)이 통과되고, 배온수 제어 밸브(17)의 개방도 조절에 의해 저온수 재생기(6)에 공급하는 배온수의 유량이 조절 가능하게 구성되고, 흡수기(5)에서 냉매를 흡수하여 농도가 저하되고, 흡수액 펌프(10)에 의해 공급되는 흡수액을 가열하고, 냉매 증기를 발생하는 능력을 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 구성의 흡수 냉동기에 있어서는, 냉각수관(14)에 냉각수가 흐르게 하고, 고온 열원 공급관(16)으로부터 고온 배가스를, 저온 열원 공급관(18)으로부터 배온수를 각각 공급하는 동시에, 흡수액 펌프(10, 11) 및 냉매 펌프(12)를 운전하면, 고온 재생기(1)에 있어서는 흡수액이 고온 열원 공급관(16)으로부터 공급되는 고온 배가스에 의해 가열되어, 냉매 증기 및 농축된 흡수액을 얻을 수 있다.
고온 재생기(1)에서 생성된 고온의 냉매 증기는 저온 재생기(2)로 들어가서, 고온 재생기(1)에서 농축되고, 고온 열교환기(9)를 경유하여 저온 재생기(2)로 들어간 흡수액을 가열하여 방열 응축하고, 응축기(3)로 들어간다.
저온 재생기(2)에서 가열되어 흡수액으로부터 증발 분리한 냉매는 응축기(3)로 들어가서, 냉각수관(14) 내를 흐르는 물과 열교환하여 응축액화하고, 고온 재생기(1)로부터 공급되어 저온 재생기(2)에서 응축된 냉매와 합쳐져서 증발기(4)로 들어간다.
증발기(4)로 들어가서 바닥부에 고인 냉매액은, 냉매 펌프(12)에 의해 상방으로부터 살포되고, 냉수관(13) 내부를 흐르는 물과 열교환하여 증발하고, 냉수관(13) 내부를 흐르는 물을 냉각한다.
그리고, 증발기(4)에서 증발한 냉매는 흡수기(5)로 들어가고, 저온 재생기(2)에서 가열되어 냉매를 증발 분리하여, 흡수액의 농도가 한층 높아진 흡수액, 즉 저온 열교환기(8)를 경유하여 공급되고, 상방으로부터 살포되는 흡수액에 흡수된다.
흡수기(5)에서 냉매를 흡수하여 농도가 엷어진 흡수액은, 흡수액 펌프(10)의 운전에 의해 저온 열교환기(8)를 경유하여 저온수 재생기(6)로 들어간다.
저온수 재생기(6)로 들어간 흡수액은, 저온 열원 공급관(18)으로부터 공급되는 배온수에 의해 가열되고, 냉매 증기를 분리하여 농축된 흡수액이 흡수액펌프(11)에 의해 고온 열교환기(9)를 경유하여 고온 재생기(1)로 복귀하게 된다.
저온수 재생기(6)에서 생성된 냉매 증기는 저온수 응축기(7)로 들어가고, 냉각수관(14)을 흐르는 냉각수에 방열 하여 응축하고, 응축기(3)에서 응축하여 공급되는 응축액과 합쳐져서 증발기(4)로 들어가고, 냉매 펌프(12)에 의해 상방으로부터 살포된다.
상기와 같이 흡수 냉동기의 운전이 행해지면, 증발기(4) 내부의 냉수관(13)에 있어서 냉매의 기화열에 의해 냉각된 냉수가, 냉수관(13)을 거쳐서 도시되지 않은 냉각 부하에 순환 공급될 수 있으므로, 냉방 운전 등의 냉각 운전을 행할 수 있다.
부호 20은 상기와 같은 동작 기능을 갖는 흡수 냉동기의 제어기이고, 아이콘 및 기억 수단 등을 구비하여 구성되고, 증발기(4)에서 냉각되어 냉수관(13)으로 흘러 나온 냉수의 온도 정보를, 냉수관(13)의 증발기(4) 출구측에 설치된 온도 센서(19)로부터 도입하고, 이 증발기 출구측의 냉수 온도(T)가 소정 온도, 예컨대 주설정치(정격시 온도)의 7 ℃로 유지되도록 배가스 댐퍼(15) 및 배온수 제어 밸브(17)의 개방도를 제어하여, 고온 열원 공급관(16) 및 저온 열원 공급관(18)으로부터 도입하는 열량[해결 수단에서 기술한 흡수액 가열량(Q1, Q2)에 해당]을 조절하는 기능을 구비하고 있다.
예컨대, 냉각 부하로부터 정격 온도 12 ℃에서 되돌아오는 냉수관(13)의 냉수를, 배온수 제어 밸브(17)로부터 공급되는 배온수를 우선 이용하여 주설정치인 7 ℃로 증발기(4)에서 냉각하여, 냉각 부하에 순환 공급하도록 구성할 때에는, 제어기(20)는 온도 센서(19)가 계측하는 냉수 온도(T)를 주설정치인 7 ℃로 하기 위해, 고온 열원 공급관(16)으로부터 고온 재생기(1)로 공급하는 배가스의 열량, 구체적으로는 배가스 댐퍼(15)의 개방도를 예컨대 주설정치인 7 ℃보다 1 ℃ 낮은 6 ℃를 기준치로 한 PID 제어에 의해 제어하는 동시에, 저온 열원 공급관(18)으로부터 저온수 재생기(6)로 공급하는 배온수의 열량, 구체적으로는 배온수 제어 밸브(17)의 개방도를 예컨대 주설정치인 7 ℃를 기준치로 한 PID 제어에 의해 제어하도록 구성한다.
또한, 제어기(20)는, 예컨대 도2에 도시된 바와 같이, 배가스 댐퍼(15)가 소정 시간, 예컨대 5분간 연속하여 전체 폐쇄를 계속한 때에는 배가스 댐퍼(15)를 강제적으로 전체 폐쇄로 하고, 그 상태에서 배온수 제어 밸브(17)의 개방도를 온도 센서(19)에서 계측하는 냉수 온도(T) 및 기준치인 6 ℃에 의거하여 PID 제어하도록 구성한다.
또한, 배온수 제어 밸브(17)가 소정 시간, 예컨대 5분 동안 연속하여 전체 개방할 때에는, 배온수 제어 밸브(17)를 강제적으로 전체 개방하여, 그 상태에서 배가스 댐퍼(15)의 개방도를 온도 센서(19)가 계측하는 냉수 온도(T) 및 기준치인 7 ℃를 기초로하여 PID 제어하도록 구성한다.
또한, 스텝(S1)에서 아니오(no)로 판정되었을 때에는 스텝(S5)으로 이행하고, 스텝(S4)에서 아니오로 판정되었을 때에는 스텝(S1)으로 복귀하도록 제어한다.
또한, 제어기(20)는 배가스 댐퍼(15) 및 배온수 제어 밸브(17)를 도3, 도4에 도시된 바와 같이 제어하도록 구성한다. 즉, 제어기(20)는 온도 센서(19)가 계측하는 냉수 온도(T)가 주설정치인 7 ℃보다 1 ℃ 낮은 기준치인 6 ℃ 미만일 때에는 배가스 댐퍼(15)를 강제적으로 전체 폐쇄하고, 그렇지 않을 때에는 온도 센서(19)가 계측하는 냉수 온도(T)가 주설정치인 7 ℃보다 1 ℃ 높은 8 ℃보다 높은지의 여부를 판정하여, 예(yes)일 때에는 배가스 댐퍼(15)의 강제적 전체 폐쇄를 해제하고, 그렇지 않을 때에는 스텝(S11)으로 복귀하도록 한다.
또한, 제어기(20)는 온도 센서(19)가 계측하는 냉수 온도(T)가 주설정치인 7 ℃보다 1.5 ℃ 낮은 5.5 ℃ 미만일 때에는 배온수 제어 밸브(17)를 강제적으로 전체 폐쇄하고, 그렇지 않을 때에는 온도 센서(19)가 계측하는 냉수 온도(T)가 주설정치인 7 ℃보다 1 ℃ 낮은 기준치인 6 ℃보다 높은지의 여부를 판정하고, 예일 경우에는 배온수 제어 밸브(17)의 강제적 전체 폐쇄를 해제하고, 그렇지 않을 때에는 스텝(S21)으로 복귀하도록 한다.
도3, 도4에 도시된 상기 제어의 병용에 의해, 저온 열원 공급관(18)으로부터 저온수 재생기(6)로 공급하는 배온수를, 고온 열원 공급관(16)으로부터 고온 재생기(1)로 공급하는 배가스에 우선하여 이용할 수 있는 동시에, 냉각 부하가 급감해도 증발기(3)로부터 냉수관(13)을 거쳐서 냉각 부하로 순환 공급하는 냉수가 과냉각되지 않는다. 또한, 냉각 부하가 급증하여도, 증발기(3)로부터 냉수관(13)을 거쳐서 냉각 부하로 순환 공급하는 냉수의 온도 저하가 맞지 않게 되는 일도 없다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위에 기재된 취지로부터 벗어나지 않는 범위에서 각종 변형 실시가 가능하다.
예컨대, 고온 재생기(1)에 공급하는 열원으로서는, 고온 재생기(1)에 병설한가스 버너에서 연소한 천연가스, 석유 등의 연소열을 이용하는 것도 양호하다.
이상의 설명으로 인해 본 발명에 의하면, 우선 이용하는 것으로 결정한 열원을 확실하게 먼저 사용할 수 있다. 또한, 청구항2의 발명에 의하면, 비례 대역을 크게 설정하고, 적분 시간을 길게 설정하는 등 PID 제어를 행할 때, 부하가 급감하는 경우가 있어도, 증발기에서 냉각되어 냉각 부하에 공급하는 냉수가 과냉각되는 일이 없다. 또한 청구항3의 발명에 의하면, 이러한 제어 중에 냉각 부하가 급증할 때도, 냉각 부하에 공급하는 냉수의 온도 저하가 맞지 않게 되는 일도 없다.
Claims (3)
- 우선 사용할 열원(A)에 의한 흡수액 가열량(Q1)을 증발기로부터 공급하는 냉수의 제1 설정 온도치(T1)를 기준치로 한 제어로 제어하고, 나머지 열원(B)에 의한 흡수액 가열량(Q2)을 제1 설정 온도치(T1)보다 높은 제2 설정 온도치(T2)를 기준치로 한 제어로 제어하고, 흡수액을 가열하여 흡수액으로부터 증발 분리한 냉매 증기를 응축기에서 방열 응축시키고, 그 응축액 냉매를 증발기에서 증발시키고, 증발기에서 냉매의 증발 작용에 의해 냉각된 냉매를 부하에 공급하여 냉방 등의 냉각 작용을 행하는 흡수 냉동기의 제어 방법에 있어서,흡수액 가열량(Q2)이 소정 시간 계속하여 최소치에 있으면 흡수액 가열량(Q2)을 강제적으로 0으로 제어하는 동시에, 제1 설정 온도치(T1)를 기준치로 한 제어에 의해 흡수액 가열량(Q1)을 제어하고, 흡수액 가열량(Q1)이 소정 시간 계속하여 최대치에 있으면 흡수액 가열량(Q1)을 강제적으로 최대치로 제어하는 동시에, 제2 설정 온도치(T2)를 기준치로 한 제어에 의해 흡수액 가열량(Q2)을 제어하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉동기의 제어 방법.
- 제1항에 있어서, 흡수액 가열량(Q1)을 강제적으로 최대치로 제어하여, 증발기로부터 공급하는 냉수의 온도(T)가 제2 설정 온도치(T2)보다 낮으면, 제1 설정 온도치(T1)를 기준치로 한 흡수액 가열량(Q1)의 제어를 재개하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉동기의 제어 방법.
- 제1항에 있어서, 흡수액 가열량(Q2)을 강제적으로 0으로 제어하여, 증발기로부터 공급하는 냉수의 온도(T)가 제2 설정 온도치(T2)보다 높은 제3 설정 온도치(T3)를 초과하면, 제2 설정 온도치(T2)를 기준치로 한 흡수액 가열량(Q2)의 제어를 재개하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉동기의 제어 방법.
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