KR100936653B1 - Apparatus and control method for absorption type heating and cooling machine driven by solar energy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양열을 이용한 흡수식 냉난방기의 성능을 개선하기 위한 장치 및 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and a control method for improving the performance of the absorption type air conditioner using solar heat.
사회가 발전하고 생활수준이 향상됨에 따라 더욱 쾌적한 주거환경과 업무환경에 대한 요구가 증대되고 있으며, 이에 따라 실내 온열환경과 공기의 청정도를 인위적으로 조절할 수 있는 공기조화설비의 보급이 급속도로 증가하여 상업적 목적의 대형건물은 물론 중소형 건물, 학교, 관공서 및 일반적인 주거공간에서까지 보급되고 있는 과정에 있다.As the society develops and the standard of living improves, the demand for a more comfortable living environment and the work environment is increasing, and accordingly, the spread of the air conditioning facilities that can artificially control the indoor heat environment and the cleanliness of the air is rapidly increasing. Large buildings for commercial purposes, as well as small and medium-sized buildings, schools, government offices, and general residential spaces are in process.
이에 따라 공기조화설비를 이루는 열원장치의 하나인 냉동기에 대한 수요가 급속히 증가하고 있으며, 최근의 기후변화에 따라 이의 사용량 또한 급격히 증가하고 있으며, 이와 같은 공기조화설비에서는 에너지 소비가 많이 재생하게 되어 그 결과로 에너지 절약이라는 경제적인 관점과 환경보호라는 환경적인 관점에서 에너지 절약형 및 친환경적인 냉동기 및 난방기에 대한 관심이 증대하고 있다.As a result, the demand for a refrigerator, which is one of the heat source devices constituting the air conditioning system, is rapidly increasing, and its usage is also rapidly increasing due to the recent climate change. As a result, there is a growing interest in energy-saving and eco-friendly refrigerators and heaters from an economic perspective of energy saving and an environmental perspective of environmental protection.
현재까지 가정용으로 판매 및 개발되고 있는 거의 모든 냉동 공조기술은 효율적으로 우수한 전기 압축식 냉동기를 위주로 이루어져 왔다. 하지만, 대부분의 전기 압축식 냉동기의 경우 동력원으로 전기를 사용하고 있는 관계로 여름철의 낮 동안에 막대한 에너지가 소비된다. 따라서 국가적으로 지속적인 에너지 공급을 원활하게 하기 위하여 축냉식 냉동기 및 흡수식 냉동기의 사용을 정책적으로 권장 하고 있다.Almost all refrigeration and air conditioning technologies currently sold and developed for home use have been based on efficient electric compressors. However, most electric compressors use electricity as a power source, which consumes enormous energy during the summertime. Therefore, the national policy recommends the use of cold storage and absorption chillers in order to facilitate the continuous supply of energy.
도 2는 종래 기술에 따른 외부열원에 의해 구동되는 흡수식 냉난방기의 구조에 관한 것이다.Figure 2 relates to the structure of an absorption type air conditioner driven by an external heat source according to the prior art.
흡수식 냉난방기의 기본 구성요소는 흡수기(260), 증발기(250), 응축기(240), 저온재생기(230), 고온재생기(220)로 크게 5가지로 구성되어 있으며 그 위치는 설계방식에 따라 다양하게 구성될 수 있으며 일 예로 상부에 응축기(240)와 저온재생기(230) 하부에 흡수기(260)와 증발기(250)가 위치에 있고 그 옆으로 고온재생기(220)가 있다. 또한 보조 구성요소로 고온열교환기(280), 저온열교환기(270), 냉매펌프, 용액펌프, 버너 등이 있으며 이들은 안정된 운전 및 손쉬운 보수를 할 수 있도록 위치하는 것이 일반적이다.The basic components of the absorption air conditioner are composed of five types: absorber 260,
이러한 흡수식 냉난방기가 보급됨에 따라 흡수식 냉난방기의 성능개선을 위해 많은 연구가 진행되었다.As these absorption air conditioners are widely used, many studies have been conducted to improve the performance of the absorption air conditioners.
대표적인 예로, 고효율 고온/저온용액 열교환기, 냉매드레인 열교환기, 용액냉각흡입기, 배기가스/용액 열교환기, 공기예열기, 2단 증발/흡수기 등이 있다.Representative examples include high efficiency high temperature / low temperature solution heat exchanger, refrigerant drain heat exchanger, solution cooling inhaler, exhaust gas / solution heat exchanger, air preheater, and two stage evaporator / absorber.
그런데 많은 연구들이 흡수기(260), 증발기(250), 열교환기(270, 280) 등에 집중되어 있으며, 응축기(240)에 효율개선에 대한 연구는 미진한 편이다.However, many studies are concentrated on the
한편 흡수식 냉동기의 운전에 있어 운전 중 혹은 열원공급 중단에 따라 흡수액이 결정화될 수 있다. 결정 방지를 위하여 고온의 응축냉매를 결정부분에 넣어주는 용해방식 및 결정부를 가열하는 가열방식 등이 있으나, 이러한 방식에 의해서도 정지 시부터 정상상태에 이르기까지 많은 시간이 소요되며 응축냉매를 결정부분에 넣어주기 위하여 별도의 장치가 필요하며 결정부를 가열하는 것 수동으로 가열하는 등의 불편한 점이 있어 이에 대한 개선이 요구되고 있다.Meanwhile, in the operation of the absorption chiller, the absorption liquid may crystallize during operation or when the heat source is stopped. In order to prevent crystallization, there are a melting method in which a high-temperature condensation refrigerant is put in a crystal part and a heating method for heating a crystal part. However, this method also takes a long time from stop to a steady state. An additional device is required to insert the material, and there are inconveniences such as heating the crystal part manually and heating it.
한편 흡수식 냉난방기의 효율적인 구동을 위해 등록특허 제10-0716706(등록일: 2007.05.03)에는 증발기에서 냉각하여 열부하에 공급하는 냉수의 온도 변동을 작게 하기 위하여 가스 버너에 접속된 연료 공급관에 개재하는 연료 제어 밸브의 밸브 개방도를 온도 센서가 계측한 냉수의 온도, 즉 증발기에서 증발하는 냉매에 열을 빼앗겨 냉각되고, 증발기로부터 토출되어 냉/온수관을 흐르는 냉수의 출구 온도를 변수로 하는 비례 연산에 의해 구한 밸브 개방도와, 상기 냉수의 출구 온도를 변수로 하는 PID 연산에 의해 구한 밸브 개방도를 비교하여, 보다 작은 밸브 개방도를 선택하여 가스 버너의 화력을 제어하도록 하는 운전방법이 개시되어 있으나 가스버너의 효율에 중점을 두고 있어 전체 시스템의 성능향상은 고려되고 있지 않다. 즉, 흡수식 냉난방기의 효율은 열원의 열량을 제어하는 것 외에도 냉매를 조절하는 방식, 흡수액을 조절하는 방식 등이 있으나 이에 고려가 없다.On the other hand, Patent No. 10-0716706 (Registration Date: 2007.05.03) for the efficient operation of the absorption type air conditioner in the fuel control pipe interposed in the fuel supply pipe connected to the gas burner in order to reduce the temperature fluctuation of the cold water supplied to the heat load by cooling in the evaporator The valve opening degree of the valve is proportional to the temperature of the cold water measured by the temperature sensor, that is, the temperature of the cold water taken away by the refrigerant evaporating from the evaporator, cooled, discharged from the evaporator, and the outlet temperature of the cold water flowing through the cold / hot water pipe as a variable. Although an operation method of controlling a gas burner by selecting a smaller valve opening degree by comparing a valve opening degree obtained by a PID operation having the outlet temperature of the cold water as a variable, a gas burner is disclosed. The improvement of the overall system is not taken into account because the focus is on the efficiency of the system. That is, the efficiency of the absorption type air conditioner, in addition to controlling the amount of heat of the heat source, there is a method of controlling the refrigerant, a method of adjusting the absorbing liquid, but there is no consideration therein.
또 다른 한편으로는 동일한 동체내에 흡수기와 증발기가 설치되는 일반적인 구조에서 그 경계선에 흡수기의 흡수액이 증발기로 넘어가 냉매가 흡수액으로 오염되어 냉동기의 능력이 저하되는 것을 방지하기 위하여 강판 또는 스테레인스 강판을 “∧”형 절곡한 날개를 설치하고 있으나, 이를 설치하기 위해서는 “∧”형의 날개를 여려 겹 쌓아 올려서 틀에 나사 결합하여야 하므로 제작이 어려울 뿐만 아니라 고가이며 날개를 각각 지지판에 끼워 조립하는 형태이므로 흡수기에서 산포되는 흡수액이 지지판과 끼운 자리를 타고 내려가 냉매에 혼입될 가능성이 크게 되며 이에 따라 냉방능력이 저하되거나 냉방능력을 상실할 가능성도 있게 된다.On the other hand, in the general structure in which the absorber and the evaporator are installed in the same fuselage, the steel sheet or the stainless steel sheet is used to prevent the absorber's absorbent liquid from passing through the evaporator and contaminating the refrigerant with the absorbent liquid and degrading the capacity of the freezer. 하고 ”type bent wing is installed, but in order to install it, it is difficult to manufacture because it needs to pile up several layers of“ 형 ”type wings and screw it to the frame. In this case, the absorbing liquid dispersed in the support plate may be lowered into the refrigerant, and the cooling capacity may be lowered or the cooling capacity may be lost.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 태양열 흡수식 냉난방기의 성능을 개선하기 위해 흡수기의 저온 흡수액이 저온 재생기에서 재생하는 고온의 증기와 열교환 하도록 하는 장치를 응축기에 부가하므로서 흡수기의 흡수액이 가지는 여열을 회수하여 흡수식 냉동기의 효율을 높일 수 있는 태양열 흡수식 냉난방기 장치를 제공함에 특징이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, in order to improve the performance of the solar absorption type air conditioner by adding a device to the heat condenser to the heat exchanger with the high temperature steam regenerated in the low temperature regenerator to the condenser absorbent liquid has It is characterized by providing a solar heat absorbing air conditioner that can recover the excess heat to increase the efficiency of the absorption chiller.
또한 흡수식 냉동기의 운전에 있어 운전 중 혹은 열원공급 중단에 따라 시스템 내에 흡수액이 결정화되는 것을 방지할 수 있는 태양열 흡수식 냉난방기 장치 및 제어방법을 제공함에 특징이 있다.In addition, in the operation of the absorption chiller is characterized in that it provides a solar heat absorbing air conditioner device and control method that can prevent the absorption liquid crystallized in the system during operation or interruption of the heat source supply.
다른 한편으로 냉각수 입구 온도에 따라 입열량을 제어하여 최대의 효율로 운전할 뿐만 아니라 흡수액의 농도에 따라 운전을 제어하여 냉난방기의 안정성을 제공하는 태양열 흡수식 냉난방기 장치 및 제어방법을 제공함에 특징이 있다.On the other hand, it is characterized in that it provides a solar absorption type air conditioner and control method that provides stability of the air conditioner by controlling the amount of heat input according to the cooling water inlet temperature to operate at maximum efficiency as well as controlling the operation according to the concentration of the absorbent liquid.
부가적으로 흡수기에서 산포되는 흡수액이 증발기로 침투하여 냉매를 오염시키는 것을 방지하는 엘리미네이터의 구조를 개선한 태양열 흡수식 냉난방기 의 엘리미네이터를 장치를 제공함에 특징이 있다.In addition, there is provided a device for eliminating the solar absorber of the air conditioner, which improves the structure of the eliminator that prevents the absorbent liquid from the absorber penetrates into the evaporator to contaminate the refrigerant.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양열을 이용한 흡수식 냉난방기(300)는 태양열을 집열하는 집열기(301)과 상기 집열판에서 집열된 열에 의하여 가열된 물을 저장하는 축열조(302) 및 상기 축열조(302)에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 재생시키는 흡수식 냉난방기를 포함하는 태양열 흡수식 냉난방기(300) 장치에 있어서, 상기 흡수식 냉난방기(300)는 응축되어 감압된 냉매액을 증발시켜 잠열에 의해 저온의 냉수를 얻는 증발기(350), 상기 증발기(350)로부터 유입된 냉매증기를 흡수용액에 흡수시키는 흡수기(360), 열원의 열로 흡수액을 가열하여 냉매와 저농도의 흡수액으로 증발 분리하는 고온 재생기(320), 상기 고온 재생기(320)로부터 공급되는 냉매 증기를 열원으로 하여 흡수액을 가열하여 냉매를 증발 분리하는 저온 재생기(330), 냉매증기를 냉각수 또는 공기로 냉각시켜 응축시키는 응축기(340), 상기 고온 재생기(320)로 이송되는 흡수액과 고온재생기(320)의 흡수액 사이에서 열교환되는 고온 열교환기(380), 저온 재생기(330)로 이송되는 흡수액과 상기 저온 재생기(330)의 흡수액이 열교환되는 저온 열교환기(370)를 포함하되, 상기 흡수기(360)내의 흡수액이 상기 응축기로 이송되도록 하는 흡수액 이송관이 상기 흡수기(360)에 연결되며, 상기 흡수액 이송관 중간에는 상기 흡수기(360)의 흡수액을 상기 응축기로 강제 추기하는 용액펌프(362)가 설치되며, 상기 응축기(340)에는 상기 용액펌프(362)에 의해 상기 흡수액 이송관을 통해 강제 이송된 흡수액과 상기 저온 재생기(330)에서 재생된 수증기가 열교환되는 응축열교환기(390)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.Absorption type air conditioner (300) using solar heat according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a
한편 운전 정지 후 정상상태로 빠르게 회복하도록 하기 위한 본 발명에 따른 태양열 흡수식 냉난방기(300)는 흡수기(360) 하부에 제1용해펌프(363)를 설치하며, 상기 제1용해펌프(363)를 통해 상기 흡수기(360)의 흡수액을 이송시키기 위한 제1용해순환관(도면부호 미포함)이 고온재생기(320)와 연결되어 상기 흡수기(360)의 흡수액이 상기 고온재생기(320)에서 직접 열교환되며, 상기 제1용해순환관의 중간에는 상기 흡수기의 흡수액을 강제로 상기 고온재생기(320)로 이송되도록 하는 용해순환펌프(366)가 구비되며 상기 고온재생기(320)와 상기 고온열교환기(380)를 연결하는 관로사이에 설치된 제2용해펌프(364)와 연결되며 상기 저온 재생기(330)와 상기 저온 열교환기(370)가 연결되어 있는 관로 사이의 설치된 제3용해펌프(365)를 연결하는 제2용해순환관 (도면부호 미포함)을 설치하여 상기 고온 재생기(320)에서 열교환된 흡수액이 상기 제2용해펌프(364)와 상기 제2용해순환관 및 상기 제3용해펌프(365)를 통해 상기 저온 열교환기(380)로 이송되며 상기 저온 열교환기(380)를 거쳐 상기 흡수기(360)로 직접 이송되도록 하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the solar heat absorption
또한 상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양열을 집열하는 집열판과 상기 집열판에서 집열된 열에 의하여 가열된 물을 저장하는 축열조 및 상기 축열조에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 재생시키는 흡수식 냉난방기를 포함하는 태양열 흡수식 냉난방기 제어방법에 있어서,In addition, a heat storage plate for collecting solar heat according to an embodiment of the present invention for achieving the above object and a heat storage tank for storing the water heated by the heat collected in the heat collecting plate and regeneration of cold water using the hot water stored in the heat storage tank In the solar heat absorption type air conditioner control method comprising an absorption air conditioner,
태양열 축열조의 온도를 측정하는 단계(420), 상기 측정결과 축열조의 온도가 기준값 이하보다 낮은 경우 타이머를 구동하는 단계(440), 상기 타이머 구동 후 축열조의 온도가 제1타이머 만료 시까지 회복되지 않은 경우 용해운전을 수행하는 단계(460), 상기 타이머 구동 후 축열조의 온도가 제2타이머 만료 시까지 회복되지 않은 경우 외부열원을 열원으로 전환하는 단계(480)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Measuring a temperature of the solar heat storage tank (420), driving the timer when the temperature of the heat storage tank is lower than a reference value (440), and the temperature of the heat storage tank after the timer is not restored until the first timer expires. In the case of performing a dissolution operation (460), if the temperature of the heat storage tank is not recovered until the second timer expires after driving the timer, characterized in that it comprises a step (480) for converting the external heat source into a heat source.
부가적으로 상기 타이머 구동 후 상기 제1타이머 또는 제2타이머 만료 전에 축열조의 온도가 기준값 이상으로 올라간 경우 정상운전으로 복귀하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include returning to normal operation when the temperature of the heat storage tank rises above a reference value after the timer is driven but before the first timer or the second timer expires.
한편으로 냉각수 입구 온도에 따른 운전 제어를 위해 상기 냉각수 온도가 흡수기로 이송되는 냉각수 입구 온도를 측정하는 단계(510), 상기 냉각수 온도가 제1설정구간에 포함되는지 여부를 확인하는 단계(520), 상기 제1영역에 포함된 경우 흡수액 순환량을 유지하며(522), 상기 설정구간 하한보다 낮은 경우 흡수액 순환량을 증가시키고(521), 상기 설정구간 상한보다 높은 경우 흡수액 순환량을 감소시키는 단계(523)를 더 포함하며, 냉각수 입구 온도가 제2설정구간에 포함되는지 여부를 확인하는 단계(540), 상기 냉각수 입구 온도가 상기 제2설정구간에 포함된 경우(560), 흡수액 농도를 측정하여 흡수액 농도가 설정값 이상이면 고온재생기 입열량을 감소시키고(562), 흡수액 농도가 설정값 이하이면 정상연소하며(563), 상기 냉각수 온도가 제2설정구간의 하한보다 낮으면 고온재생기 입열량을 증가시키며(561), 상기 냉각수 온도가 제2설정구간의 상한보다 높으면 고온재생기 입열량을 감소하는 단계(562)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the step of measuring the cooling water inlet temperature is transmitted to the absorber for the operation control according to the cooling water inlet temperature (510), and checking whether or not the coolant temperature is included in the first set period (520), Maintaining the circulation of the absorbent liquid when it is included in the first region (522); increasing the absorbent liquid circulation amount when the amount is lower than the lower limit of the set section (521); The method further includes determining whether the coolant inlet temperature is included in the second set section (540), and when the coolant inlet temperature is included in the second set section (560), the absorbent liquid concentration is measured by measuring the absorbent liquid concentration. If the set value is higher than the set value, the heat input of the high temperature regenerator is reduced (562), and if the absorbent liquid concentration is lower than the set value, the normal combustion is performed (563), and the coolant temperature is the lower limit of the second set section. Is low, increase the high-temperature regenerator heat input (561), characterized by further comprising the step (562) to the cooling water temperature is reduced to the second high-temperature regenerator heat input higher than the upper limit of the set range.
다른 한편으로 용해 운전을 제어하는 방법으로, 운전정지 후 일정시간이 경과되었는가를 판단하는 단계(620), 일정시간 경과 한 경우, 상기 용액순환관의 흡수액의 농도를 검사하는 단계(630), 상기 농도를 검사하여 미리 설정된 값 이하로 떨어진 경우 제1용해펌프(363), 제2용해펌프 (364), 제3용해펌프 (365)를 개방하고, 용해순환펌프(366)를 구동하는 단계(641), 흡수기의 흡수액을 제1용해펌프 및 제1용해순환관 및 용해순환펌프(366)를 통해 고온재생기로 이송하여 고온재생기에서 열교환하며, 상기 고온재생기에서 열교환된 흡수액을 제2용해펌프 (364), 제2용해순환관, 제3용해펌프 (365)를 통해 저온열교환기로 이송하고 상기 저온열교환기를 거쳐 흡수기로 공급되며, 상기 측정결과 흡수액의 농도가 미리 설정된 값보다 높은 경우, 상기 제1용해펌프(363), 제2용해펌프 (364), 제3용해펌프 (365)를 차단하고 용해순환펌프(366)의 구동을 중지하는 단계(642)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 흡수식 냉난방기 제어방법On the other hand, as a method for controlling the dissolution operation, determining whether a predetermined time has elapsed after the operation stop (620), if a predetermined time elapses, checking the concentration of the absorbing liquid of the solution circulation tube (630), When the concentration drops below the preset value, the
본 발명에 따른 태양열 흡수식 냉난방기는 응축기에서 버려지는 페열을 재활용하므로 전체 시스템의 효율이 개선되어 에너지 소비효율이 높아지게 된다. 또한 흡수식 냉동기의 운전 정지 또는 외기온도의 저하에 따른 흡수액이 결정화 될 시 정상운전으로 복귀하기 위해서는 결정화된 흡수액을 다시 용해시켜야 하는데 이 경우 정상운전으로 복귀하는 걸리는 시간을 단축할 수 있게 된다.The solar heat-absorbing air conditioner according to the present invention recycles waste heat discarded from the condenser, thereby improving the efficiency of the entire system, thereby increasing energy consumption efficiency. In addition, in order to return to normal operation when the absorbent liquid is crystallized due to the stop of the absorption chiller or the decrease in the outside temperature, the crystallized absorbent liquid must be dissolved again. In this case, the time taken to return to the normal operation can be shortened.
다른 한편으로는 냉각수 입구 온도 및 흡수액의 농도 및 태양열 축열조의 상태에 따라 운전모드를 자동으로 선택하도록 하여 태양열 흡수식 냉난방기를 효율적으로 운전 가능하게 할 뿐만 아니라 안정적으로 운전 가능하도록 해준다.On the other hand, the operation mode is automatically selected according to the cooling water inlet temperature, the concentration of the absorbent liquid, and the state of the solar heat storage tank, so that the solar heat absorbing air conditioner can be operated efficiently and stably.
또한 종래 일반적으로 이용되고 있는 엘리미네이터의 간단한 형상으로 제작하여 제작이 용이할 뿐만 아니라 흡수기의 흡수액으로 냉매가 혼입되는 것을 효과적으로 차단해준다.In addition, it is not only easy to manufacture by producing a simple shape of the eliminator that is generally used, but also effectively blocks the refrigerant from being mixed into the absorbent liquid of the absorber.
도 1은 본 발명에 따른 태양열 흡수식 냉난방기를 이용한 냉난방에 활용하는 전체 시스템 구성도이다.1 is an overall system configuration utilized in the air-conditioning using a solar heat absorption air-conditioner according to the present invention.
도 1에 참고하면 태양열 집열판 또는 태양광 수집장치(110)에 의해 태양열을 수집하여 열교환기(170)를 거치거나 또는 직접 축열조(120)에 태양에 의한 에너지를 저장하게 된다. 이후 축열조에 저장된 에너지는 열교환기에 의해 흡수식 냉난방기(150)에 공급되거나 또는 흡수식 냉난방기(150)의 고온재생기(미도시)에 직접 열을 공급한다. 이후 흡수식 냉난방기의 동작에 의해 저온을 재생하는 장치(예: 냉장고, 에어컨 등) 또는 고온을 필요로 하는 장치(예: 히터, 온풍기 등)를 구동한다.Referring to FIG. 1, solar heat is collected by the solar heat collecting plate or the
도3은 본 발명에 따른 태양열 흡수식 냉난방기의 전체 구성도이다.3 is an overall configuration diagram of a solar heat absorption type air conditioner according to the present invention.
본 발명은 태양열을 열원으로 하는 흡수식 냉난방기(300)로서 구체적으로 태양열을 집열하는 집열기(301)과 상기 집열판에서 집열된 열에 의하여 가열된 물을 저장하는 축열조(302) 및 상기 축열조(302)에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 재생시키는 흡수식 냉난방기를 포함하는 태양열 흡수식 냉난방기(300)로, 응축되어 감압된 냉매액을 증발시켜 잠열에 의해 저온의 냉수를 얻는 증발기(350), 상기 증발기(350)로부터 유입된 냉매증기를 흡수용액에 흡수시키는 흡수기(360), 열원의 열로 흡수액을 가열하여 냉매와 저농도의 흡수액으로 증발 분리하는 고온 재생기(320), 상기 고온 재생기(320)로부터 공급되는 냉매 증기를 열원으로 하여 흡수액을 가열하여 냉매를 증발 분리하는 저온 재생기(330), 냉매증기를 냉각수 또는 공기로 냉각시켜 응축시키는 응축기(340), 상기 고온 재생기(320)로 이송되는 흡수액과 고온재생기(320)의 흡수액 사이에서 열교환되는 고온 열교환기(380), 저온 재생기(330)로 이송되는 흡수액과 상기 저온 재생기(330)의 흡수액이 열교환되는 저온 열교환기(370)를 포함하고 있다.The present invention is an absorption type air conditioner (300) that uses solar heat as a heat source. Specifically, a
태양열을 축열조에 저장하는 장치나 방법 및 흡수식 냉난방기의 동작원리에 및 각 구성요소의 구체적인 동작원리에 대해서는 공지된 기술로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.Apparatus and method for storing solar heat in a heat storage tank, the operation principle of the absorption air-conditioner and the specific operation principle of each component are well-known techniques and detailed description thereof will be omitted.
본 발명에서는 흡수기(360)의 흡수액의 여열을 응축기(340)에서 저온재생기(330)에서 재생된 고온 수증기와 열교환하도록 하여 무효하게 버려지는 흡수기(360)의 흡수액의 여열을 재활용하는 장치를 제공한다.The present invention provides an apparatus for recycling the excess heat of the absorbent liquid of the
흡수기(360)는 증발기(350)에서 재생된 냉매증기를 흡수기(360) 내부의 흡수액에 흡수시켜 증발기(350)의 압력이 일정하게 유지되도록 할 뿐만 아니라 흡수과정에서 재생된 열은 흡수기(360) 관내로 흐르는 냉각수에 의해 버려지고 냉매증기를 흡수해 농도가 묽어진 흡수액은 냉매펌프(361)를 통해 응축기(340)로 이송한다. 응축기(340)에는 응축열교환기(390)가 더 구비되어 저온재생기(330)의 고온 수증기와 열 교환되도록 하였다. The
응축열교환기(390)에서 열 교환된 흡수액은 저온열교환기(370)로 보내어진다. The absorbent liquid heat exchanged in the
저온열교환기(370)에서는 상기 저온 재생기(330)에서 오는 고온의 흡수액과 상기 응축기(340)에서 열교환된 저온의 흡수액이 열교환된다.In the low
종래 흡수식 냉난방기에서는 흡수기의 흡수액이 바로 저온열교환기로 보내어지게 되므로 상대적으로 고온의 흡수기의 흡수액과 저온재생기에서 온 흡수액의 온도차이가 적어 열교환 효율이 저하되게 되는데 본 발명에 따르면 흡수기의 흡수액은 응축기에서 열교환을 거치게 되므로 상대적으로 낮은 온도의 흡수액이 되어 저온 열교환기로 이송되므로 저온 열교환기에서의 열 교환효과는 증대하게 된다.In a conventional absorption air conditioner, the absorber of the absorber is directly sent to the low temperature heat exchanger, so the temperature difference between the absorber of the high temperature absorber and the absorber from the low temperature regenerator decreases so that the heat exchange efficiency decreases. According to the present invention, the absorber of the absorber is heat exchanged in the condenser. Since it passes through the relatively low temperature absorbent liquid is transferred to the low temperature heat exchanger, the heat exchange effect in the low temperature heat exchanger is increased.
한편 도 7은 본 발명에 따른 엘리미네이터 구조이다.7 is an eliminator structure according to the present invention.
본 발명에 따른 엘리미네이터는 흡수기와 증발기를 분리하는 부분에 엘리미에니터를 판상의 금속재질(710)로 형성하되, 금속판의 면상에 일정 개수의 천공된 구멍을 형성하고, 상기 천공된 위치에 있는 금속판(720)은 상기 흡수기 방향으로 구부리고 그 끝부분이 흡수기 하부를 향하도록 한다.In the eliminator according to the present invention, the eliminator is formed of a plate-shaped
통상적으로 증발기와 흡수기는 일체로 형성되며 증발기의 고온 수증기가 흡수기에서 흡수된다. 이때 흡수기에서는 흡수액이 산포되므로 종래 “∧”자형의 판형상의 엘리미네이터의 경우 상기 판을 통해 산포된 흡수액이 증발기의 냉매로 유입될 가능성이 있다.Typically the evaporator and absorber are integrally formed and the hot water vapor of the evaporator is absorbed in the absorber. At this time, since the absorber is dispersed in the absorber, in the case of the conventional "∧" plate-shaped eliminator, there is a possibility that the absorbed liquid dispersed through the plate is introduced into the refrigerant of the evaporator.
도 7의 본 발명에 따른 엘리미네이터는 이러한 단점을 개선한 것으로 증발기의 고온 수증기는 흡수기로 잘 유입되면서도 흡수기에서 산포되는 흡수액은 증발기로 유입되지 않는 구조로 되어 있다. 또한 상기 엘리미네이터를 하나의 판으로 제작하도록 하여 설치시에도 착탈식으로 결합가능하여 종래 개별 엘리미네이터에서 “∧”자형의 판을 개별적으로 결합하는 것에 비해 설치와 흡수액 차단 효과가 높아진다.The eliminator according to the present invention of FIG. 7 has such a disadvantage that the hot water vapor of the evaporator is well introduced into the absorber, but the absorbent liquid dispersed in the absorber does not flow into the evaporator. In addition, the eliminator is made of a single plate to be detachably coupled at the time of installation, so that the installation and absorption liquid blocking effect is higher than that of combining the "∧" shaped plate in the conventional individual eliminator separately.
한편 흡수식 냉난방기를 운전 정지 후 재가동하는 경우에 각 순환라인에는 결정화된 흡수액이 존재할 수 있으며 이를 제거하여 정상적인 운전 상태로 복귀하는 것은 상기 결정화된 흡수액을 얼마나 빨리 제거하는 가에 달려 있다.On the other hand, when the absorption type air conditioner is restarted after the operation stops, there may be crystallized absorbent liquid in each circulation line and the removal of the absorbed air conditioner and returning to normal operation depends on how quickly the crystallized absorbent liquid is removed.
본 발명에서는 간단하면서도 효율적인 방법으로 이를 달성하는 구조를 제안하고 있다.The present invention proposes a structure for achieving this in a simple and efficient manner.
구체적으로 흡수기의 내부의 흡수액을 고온재생기로 직접 보내어 열교환하고 이를 다시 저온 열교환기를 거쳐 흡수기로 순환하는 순환구조를 형성하였다. 이에 따라 흡수액의 대부분이 포함되어 있는 부분에서 결정을 빠르게 해소할 수 있으므로 냉난방기가 정상상태로 빠르게 도달할 수 있게 해준다. 이에 구체적인 운전 방법은 하기의 냉난방기의 제어방법의 설명에서 하도록 한다.Specifically, the absorbent liquid inside the absorber was directly sent to the high temperature regenerator to form a heat exchanger and then circulated to the absorber via the low temperature heat exchanger. As a result, the crystals can be quickly resolved in the part containing most of the absorbent liquid, thereby allowing the air conditioner to reach the steady state quickly. The specific operation method will be described in the following control method of the air conditioner.
도 4는 본 발명에 따른 냉난방기의 제어방법에 관한 것으로 태양열을 이용하는 흡수식 냉난방기에서 고온 재생기의 열원으로 이용되고 있는 축열조의 온도에 따른 흡수식 냉난방기의 운전 방법에 관한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of operating an absorption air conditioner according to a temperature of a heat storage tank used as a heat source of a high temperature regenerator in an absorption air conditioner using solar heat according to the present invention.
본 발명에 따른 태양열 흡수식 냉난방기는 열원으로 태양을 이용하고 있으므로 날씨, 계절 등의 요인에 의해 충분한 태양광이 확보되지 않는 경우가 재생할 수 있다. 이러한 경우를 대비하여 운전을 적절히 선택하는 것이 필요하다. 이를 위해 본 발명에서는 축열조의 온도를 측정하여 축열조의 온도 및 해당 온도의 지속시간에 따라 운전 방법을 선택하는 방법을 제어한다.Since the solar heat absorbing air conditioner according to the present invention uses the sun as a heat source, it may be reproduced when sufficient solar light is not secured due to factors such as weather and season. It is necessary to select the operation appropriately in such a case. To this end, the present invention measures the temperature of the heat storage tank and controls a method of selecting an operation method according to the temperature of the heat storage tank and the duration of the corresponding temperature.
먼저 410단계에서 태양열 냉난방기가 가동된 후, 420단계에서 태양열 축열조의 온도를 측정한다. 측정결과 만일 축열조의 온도가 기준값(예를 들어 70도)보다 낮은 경우, 축열조로 운전하기에 적절하지 않을 상황이 재생할 수 있으며 이 경우 외부의 열원을 이용하여 운전한 필요가 있다. First, the solar air conditioner is operated in
그러나 때에 따라서는 태양광의 상황이 회복되어 축열조의 열이 충분히 높을 수 있으므로 이 경우를 위해 타이머를 두어(440단계) 축열조의 온도가 설정값보다 낮은 시간을 카운트하여 정해진 시간(예: 1분)동안 지속되면 열원을 바꾸기에 앞서 열원의 부족에 따라 흡수액이 일부 결정화되는 것을 방지하는 용해운전을 수행하도록 한다(460단계).In some cases, however, the solar condition may recover and the heat of the heat storage tank may be high enough. For this case, set a timer (step 440) to count the time when the temperature of the heat storage tank is lower than the set value for a predetermined time (for example, 1 minute). If continued, before the heat source is changed, dissolution operation is performed to prevent partial absorption of the absorbent liquid due to the lack of the heat source (step 460).
용해운전을 하는 이유는 용해운전을 하는 동안 다시 태양광의 상황이 좋아져 축열조의 온도가 회복될 수 있으며 이 경우 태양열을 열원으로 하는 운전으로 빠르게 전환하기에 용이하도록 흡수액이 결정화되는 것을 방지하기 위해서이다.The reason for the dissolution operation is to improve the solar condition again during the dissolution operation, so that the temperature of the heat storage tank can be restored, and in this case, to prevent crystallization of the absorbent liquid to facilitate the quick conversion to the operation using solar heat as a heat source.
한편 용해운전을 하는 것과 동시에 제2타이머를 구동한다(460단계). 이는 태양광이 회복되지 않아 외부열원으로 운전해야 하는 기준점을 결정하기 위해서이다. 만일 제2타이머가 만료되었음에도 축열조의 온도가 회복되지 않은 경우 고온재생기를 외부열원으로 가동하도록 한다.Meanwhile, the second timer is driven at the same time as the melting operation (step 460). This is to determine the reference point to operate as an external heat source because the sunlight is not recovered. If the temperature of the heat storage tank is not recovered even after the second timer expires, the high temperature regenerator is operated as an external heat source.
본 발명에 따른 운전방법을 수행하는 경우 외부열원의 사용을 최소화 할 수 있으며 용해운전을 중간과정에 둠으로써 정상상태로 빠르게 복귀될 수 있다.When performing the operation method according to the invention it is possible to minimize the use of the external heat source can be quickly returned to the normal state by placing the melting operation in the intermediate process.
도 5는 냉각수 입구 온도 및 흡수액 농도 및 온도 측정을 통해 사용 에너지 절감과 흡수액 결정방지를 위한 효율적인 제어방법에 관한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an efficient control method for reducing energy consumption and preventing absorption liquid determination by measuring cooling water inlet temperature and absorbent liquid concentration and temperature.
흡수식 냉난방기 운전 중 냉각수 입구의 온도 측정한다(510단계). 측정된 냉각수 입구 온도가 미리 설정된 제1구간(예: 19~28도)에 포함되는지 여부(520단계)에 따라 만일 냉각수 입구 온도가 제1구간의 하한보다 낮다면 흡수액이 결정화될 가능성이 낮으며 최대의 열교환 효과를 위해 흡수액 순환량을 증가시킨다(521단계). 만일 냉각수 입구 온도가 제1구간에 포함된다면 현재의 운전상태는 정상적인 상태라고 판단하여 흡수액 순환량을 유지한다(522단계). 그러나 제1구간의 상한보다 높다면 열교환의 효과가 낮으므로 흡수액 순환량을 감소시킨다(523단계).The temperature of the cooling water inlet is measured during the absorption air conditioner operation (step 510). Depending on whether the measured coolant inlet temperature is included in the preset first section (eg, 19-28 degrees) (step 520), if the coolant inlet temperature is lower than the lower limit of the first section, the absorbent is less likely to crystallize. In order to maximize the heat exchange effect, the absorbed liquid circulation is increased (step 521). If the coolant inlet temperature is included in the first section, it is determined that the current operating state is normal and maintains the absorbed liquid circulation amount (step 522). However, if it is higher than the upper limit of the first section, since the effect of heat exchange is low, the amount of circulation of the absorbent liquid is reduced (step 523).
한편 만일 냉각수 입구 온도가 다른 온도구간인 제2구간에 포함되는지를 측정한다(540단계). 만일 제2구간에 포함되었을 경우 흡수액 농도를 측정하여(550단계) 흡수액 농도가 설정값보다 높은 경우 흡수액이 결정화될 가능성이 있으므로 고온재생기의 입열량을 감소시키고(562단계) 만일 그렇지 않으면 고온재생기의 입열량을 유지한다(563단계). 한편 540단계에서 냉각수 입구 온도가 제2구간의 하한보다 낮은 경우 흡수액이 결정화될 가능성이 낮으므로 고온재생기의 입열량을 증가시킨다(561단계). 그러나 제2구간의 상한보다 높은 경우 흡수액이 결정화되는 것을 방지하기 위해 고온재생기의 입열량을 감소시킨다(562단계).Meanwhile, if the cooling water inlet temperature is included in the second section, which is another temperature section, it is measured (step 540). If it is included in the second section, the absorbent concentration is measured (step 550). If the absorbent concentration is higher than the set value, the absorbent liquid may be crystallized. The heat input is maintained (step 563). On the other hand, if the cooling water inlet temperature is lower than the lower limit of the second section in
도 6은 본 발명에 따른 용해운전시의 제어방법에 관한 흐름도이다.6 is a flowchart of a control method during melting operation according to the present invention.
본 발명에 따른 용해 운전은 냉난방기의 운전 정지 후 또는 도 4에 따른 용해 운전 시에 이용될 수 있는 것이나 설명의 편의를 위해 운전 정지 시 위주로 도시하였다.Melting operation according to the present invention can be used after the operation stop of the air conditioner or at the time of the melt operation according to Figure 4 is shown mainly during the operation stop for convenience of description.
그러나 610단계에서 운전 정지를 도 4에 설명한 바와 같이 용해운전 시작으로 대체하는 것에 의해 이후 과정은 동일하게 진행된다.However, by replacing the operation stop in
620단계에서 운전 정지 후 일정시간이 경과되었다고 하면, 흡수액 농도를 측정하여 기준값보다 낮은 경우에 용해운전을 시작하게 되는 데 이를 도3의 용해 운전을 위한 밸브 및 펌프를 구동하기 시작한다(641단계). 즉, 용해펌프 및 용해밸브를 개방하고 흡수기의 흡수액을 용해펌프를 이용하여 강제로 고온재생기로 이송하여 열교환하며 고온재생기에서 열교환된 흡수액을 저온 열교환기를 통해 다시 흡수기로 순환되도록 함으로서 흡수기와 고온재생기 및 저온열교환기를 직접 연결하는 순환라인을 거치도록 함으로서 결정화된 또는 고농도의 흡수액을 빠르게 용해시킬 수 있게 된다.If a predetermined time has elapsed after the operation is stopped in
도 1은 본 발명에 따른 태양열 흡수식 냉난방기를 이용한 냉난방에 활용하는 전체 시스템 구성도이다.1 is an overall system configuration utilized in the air-conditioning using a solar heat absorption air-conditioner according to the present invention.
도 2는 종래 기술에 따른 외부열원에 의해 구동되는 흡수식 냉난방기의 도이다.Figure 2 is a diagram of an absorption type air conditioner driven by an external heat source according to the prior art.
도 3은 본 발명에 따른 태양열 흡수식 냉난방기의 전체 구성도이다.3 is an overall configuration diagram of a solar heat absorption type air conditioner according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 냉난방기의 제어방법에 관한 것으로 태양열을 이용하는 흡수식 냉난방기에서 고온 재생기의 열원으로 이용되고 있는 축열조의 온도에 따른 흡수식 냉난방기의 운전 방법에 관한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of operating an absorption air conditioner according to a temperature of a heat storage tank used as a heat source of a high temperature regenerator in an absorption air conditioner using solar heat according to the present invention.
도 5는 냉각수 입구 온도 및 흡수액 농도 및 온도 측정을 통해 사용 에너지 절감과 흡수액 결정방지를 위한 효율적인 제어방법에 관한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an efficient control method for reducing energy consumption and preventing absorption liquid determination by measuring cooling water inlet temperature and absorbent liquid concentration and temperature.
도 6은 본 발명에 따른 용해운전시의 제어방법에 관한 흐름도이다.6 is a flowchart of a control method during melting operation according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 엘리미네이터 구조이다.7 is an eliminator structure according to the present invention.
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