KR100973200B1 - 다수의 냉각탑 수질 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

냉각탑의 수질관리를 위한 약품 투여 및 관리를 자동으로 제어하는 장치, M(M은 1 이상의 정수)개의 입력단 밸브를 정량펌프 입력 단에 연결하고 N(N은 1 이상의 정수)개의 출력단 밸브를 정량펌프 출력 단에 연결하여 마이크로 컨트롤러로 정량펌프 및 입력단 밸브, 출력단 밸브를 제어함으로써, M종류의 약품을 N개의 냉각탑에 공급할 수 있게 하는 장치 및 이를 구동하기 위한 제어 알고리즘 및 전자제어장치에 관한 것이다.

냉각탑 수질관리, 냉각탑 수질 제어, 자동제어, 마이크로 컨트롤러

Description

다수의 냉각탑 수질 제어 장치 및 방법 {Water Quality Control System for Multiple Cooling Towers and Algorism}

본 발명은 냉각탑의 수질관리를 자동으로 제어할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로써, 특히 M개의 입력단 밸브 및 N개의 출력단 밸브를 이용하여 M 종류의 약품을 N대의 냉각탑에 공급하여 수질을 제어할 수 있게 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

냉각탑은 우리가 주변에서 흔히 볼 수 있는 빌딩, 호텔 병원, 백화점 및 극장과 같은 대형 건물이나 대형 공장의 중요한 설비중의 하나이다.
냉각탑은 [도 1]에서 보는 것과 같은 구조를 가지고 냉동기의 응축기에서 돌아온 냉각수를 상부에서 살수 하면서 물의 증발열을 이용하여 냉각하는 장치이다. 냉각수의 소비 절감을 위해 한 번 유입된 냉각수는 계속하여 재사용되며, 냉각 과정에서 증발로 유실되는 양만큼의 냉각수만 보충하게 된다. 물의 증발 시 순수한 물만 증발되고, 칼슘, 나트륨 등의 물질은 계속하여 축적이 되며, 이는 냉각탑, 열 교환 장치 그리고 배관의 부식 및 스케일 유착의 원인이 된다.
또한 오염된 냉각수에는 냉방병을 유발하는 레지오넬라균을 비롯하여 미생물, 조류박테리아 등이 발생하여 미생물에 의한 냉각시스템의 부식 및 슬러지 등으로 인한 트러블과 사용자에게 질병을 유발할 수 있다.
이 같은 문제점을 해결하기 위하여 약품처리를 하는데, 이 약품을 적절한 시간에 정확한 양을 투입하는 것이 매우 중요하다. 현재는 이런 약품을 사람이 눈대중 또는 경험적 지식에 의존하여 첨가하고 있다. 그렇기 때문에 정확한 양의 약품 투여가 힘들고, 부식 및 유착을 막기 어렵다.
또한 냉각수 수질관리가 잘 안되어 물을 자주 교환하는 현실이며, 이와 같은 이유로 폐냉각수 배출량이 늘어 비용절감이 어렵고 사람이 일일이 약품을 투입하므로 관리하는데 많은 비용이 들고 있다. 따라서 정확한 양의 처리 약품을 정확한 시간에 자동으로 투입하며, 냉각수를 최적으로 제어할 수 있는 자동화 시스템의 개발이 필요하다.
현재 개발되어있는 자동화 시스템은 냉각탑 한 대 만을 제어할 수 있는 것이다. 가격도 고가이므로 여러 대의 냉각탑을 제어하기 위해서는 냉각탑의 수량 만큼 제어 시스템이 필요하고 가격도 냉각탑의 수량 만큼 곱해진다.

이러한 이유로 발전소나 대형생산설비에서는 자동화시스템을 활용하여 수질관리를 하고 있으나 일반 건물들 특히 백화점, 대형쇼핑몰, 종합병원, 대형 건물들은 냉각탑의 개수가 적게는 몇대에서 많게는 수 십대가 있으나 비용문제로 자동화를 하지 못하고 있는 실정이다.

삭제

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 정량펌프를 M개의 입력단 밸브와 N개의 출력단 밸브 사이에 배치함으로써, 한 대의 정량펌프로 N개의 냉각탑에 수질제어 약품을 자동으로 투입할 수 있게 하는 자동 수질 제어 시스템을 개발 제공하는 것이다. 또한 가격을 낮춤으로써 경쟁력을 높이고 중소형 빌딩에서도 비용의 부담이 없이 냉각탑을 자동 제어할 수 있게 하는 것이다.

삭제

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다수의 냉각탑 수질 제어과정은 M개의 약품을 투입하는 투입구에 구비된 각 약품입구밸브와, 상기 각 약품이 N개의 냉각탑에 투입되도록 구비된 약품출구밸브와, 상기 각 약품이 상기 냉각탑에 투입되도록 구동하는 하나의 정량펌프를 전자제어시스템에 의해 제어하는 다수의 냉각탑 수질 제어방법에 있어서, 상기 냉각탑에 약품 투입을 위해 운행정보가 입력되면 작동될 시간과 현재시간을 비교하는 제 1 과정; 상기 작동시간과 현재시간이 일치되면 상기 N개의 각 냉각탑의 운행여부를 처음 것부터 순차적으로 판단하는 제 2 과정; 상기 운행중인 냉각탑에 대하여 상기 M개의 각 약품을 순차적으로 투입여부 및 투입량을 결정하는 제 3 과정; 상기 투입 판단된 약품의 약품입구밸브 및 상기 냉각탑의 약품출구밸브를 개방하고, 상기 정량펌프를 가동시켜 해당 냉각탑에 약품을 투입하는 제 4 과정; 상기 약품 투입완료 후 짧은 시간 약품투입관에 물을 투입하여 세척하는 제 5 과정; 및 상기 해당 냉각탑에 상기 제 3, 4과정의 반복을 통해 약품이 모두 투입된 후 설정된 시간동안 상기 정량펌프를 가동시켜 냉각탑에 물을 펌핑한 후 대기하는 제 6 과정;을 포함하여 이루어지되, 상기 제 3 내지 6과정은 제어부에 의해 운행중인 각 냉각탑에 대하여 순차적으로 반복 수행하여 모든 냉각탑에 대한 약품투입을 완료하면, 상기 제1과정으로 리턴하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 2 과정에서 각 약품의 투입량은 상기 전자제어시스템에서 각 냉각탑에 구비된 센서로부터의 데이터에 따라 결정되거나, 상기 전자제어시스템에 입력된 운행정보에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.

대형의 생산설비나 발전소 같은 곳에서는 냉각의 수질관리를 위한 설비가 되어 있으나, 백화점이나 종합병원 같은 일반 건물에는 냉각탑이 적게는 몇대에서 많게는 20여대가 넘는 곳이 많으나 수질관리는 사람이 직접 투입하고 관리를 하며 자동제어시스템을 운영하는 곳은 없다.
이유는 기존의 제어시스템 가격이 고가인데다 냉각탑의 수량은 많아서 그 많은 비용을 들여서 설비투자를 할 수 없기 때문이다.
그러나 본 시스템을 이용하면 백화점이나 대형병원, 대형건물 등 냉각탑의 수량이 많은 곳에도 부담없이 설치할 수 있다.
기존 제어설비비의 약 5분 1 비용으로 많은 냉각탑을 동시에 제어할 수 있으므로 10대를 제어한다면 실제비용은 50분의 1로 줄이는 효과가 있다.
본 발명에 따른 냉각탑 수질관리 자동제어 시스템에 의해, 사람이 직접 약품을 투여하지 않더라도 냉각탑에 정량의 약품을 자동으로 투여할 수 있으며, 한 대의 시스템을 가지고 최대 N(N은 1 이상의 정수)대의 냉각탑을 제어할 수 있어 설비비를 대폭 절감할 수 있다. 또한 정확한 시간에 정량의 약품투여가 가능하므로 부식 및 유착을 방지할 수 있고 안전성을 높일 수 있다.

개발 목표에 부합하는 시스템 개발을 위하여 [도 2]와 같은 개념도를 작성하고 이에 맞는 프로그램과 하드웨어를 개발하였다.
도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉각탑 수질관리 자동제어 시스템의 제어방법 및 운행 알고리즘에 대하여 상세하게 설명한다.
[도 2]와 [도 3]은 본 발명의 실시예에 따른 냉각탑 수질관리 자동제어 시스템의 구성도이고, [도 4]는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 냉각탑 수질 제어과정의 흐름도로서, 이를 참조하여 본 발명의 냉각탑 자동제어 및 운행, 저장 알고리즘에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 냉각탑의 수질관리를 위한 약품투여를 자동으로 제어할 수 있고, 한 개의 시스템으로 N대의 냉각탑을 제어할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 제어장치는 프로그램과 데이터를 저장하고, 제어신호를 내보내는 자동제어부(101); 제어신호를 받아 정량펌프(120)와 각 밸브(110)(130)를 열고 닫는 릴레이부(도면에 미도시); 시스템의 입출력을 눈으로 확인할 수 있게 하는 디스플레이부(도면에 미도시); 운행데이터를 입력하고, 저장된 데이터를 확인 및 출력할 수 있도록 컴퓨터로 전송하는 통신부(도면에 미도시)를 구비한다.
[도 3]은 다수의 냉각탑 수질제어 장치의 구체적인 구성도로서, N개의 냉각탑에 M개의 약품을 투입하도록, 각 약품의 투입량을 조절하는 각각의 약품입구밸브(110)와, 상기 약품입구밸브(110)를 통해 투입된 약품을 펌핑하여 해당 냉각탑으로 보내는 정량펌프(120)와, 상기 정량펌프(120)로부터 펌핑된 약품을 해당 냉각탑으로의 송출을 제어하는 각 냉각탑용 약품출구밸브(130)와, 상기 정량펌프(120), 약품입구밸브(110) 및 약품출구밸브(130)를 제어하는 전자제어시스템(100)으로 구성된다.
상기 전자제어시스템(100)은 [도 4]에 도시된 바와 같이, 주어진 운행정보나 센서 신호를 이용하여 제어하게 된다. 또한 운행 중에도 현재의 작동 상태를 확인할 수 있어야 하며 정보의 출력도 가능하여야 한다. 따라서 각 분야별로 알고리즘을 만들어서 프로그램을 작성하였다.
보다 상세하게는 한 대의 정량펌프(120)로 다수의 냉각탑의 수질을 제어하게 되는데, 각 냉각탑으로 약품을 공급하는 정량펌프(120)는 한 대를 공통으로 사용하여 각 약품입구밸브(110)와 냉각탑으로 들어가는 약품출구밸브(130)는 각각 M, N(M, N은 각각 1 이상의 정수)개 까지 확장이 가능하다.
예를 들어, 약품 J(J = 1, 2, ... , M)를 냉각탑 I(I = 1, 2, ... , N)로 보내기 위해서는 약품입구밸브 J의 밸브를 열고, 냉각탑 I용 약품출구밸브를 개방한 후 정량펌프(120)를 구동하면 된다. 이와 같은 방법으로 하면 한 개의 정량펌프(120)를 공동 활용하여 M개의 약품을 N개의 냉각탑에 차례로 공급할 수 있으며, 정량펌프(120) 한 대로 여러 개의 냉각탑에 약품투입 제어가 가능하므로, 냉각탑 제어장치에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
상기 냉각탑으로 약품투입 구동 제어는 전자제어시스템(100)에 설정 저장된 시간에 따라 1시간, 6시간, 12시간, 24시간 주기로 동작하도록 제어신호를 출력하게 된다. 예를 들어, 기본 구동시간이 하루, 24시간 이므로, 1시간 주기로 하면 24회, 6시간 주기로 하면 4회, 12시간 주기로 하면 2회, 24시간 주기로 하면 1회씩 시스템이 구동한다.
또한, 본 발명은 N개의 냉각탑 중에서 어떤 것들만을 제어할지 미리 정할 수 있고 M개의 사용 약품 개수도 미리 지정할 수 있다. 미리 지정된 데이터는 메모리(102)에 저장된다. 한편, 시스템의 구동에 있어서 약품의 투입량은 정량펌프(120)의 펌핑량에 시간을 곱하여 얻어내므로, 시간은 매우 중요한 제어정보이며, 시간에 따른 각 밸브(110)(130) 및 정량펌프(120)의 정확한 제어가 필요하다.
또한, 중간에 약투입관 세척을 위해 물을 얼마나 흘려보낼 것인지 정할 수 있다. 또한 투입될 약품의 투여 시간을 결정할 때, 일주일에 한 번 사용되는 약품의 경우에는 시간은 물론 구동될 요일도 설정할 수 있다. 전자제어시스템(100)의 자동제어부(102)는 이러한 운행정보를 메모리(102)로부터 받아서 릴레이부를 구동하고, 릴레이부가 구동함에 따라 해당 밸브(110)(130) 또는 정량펌프(120)가 구동한다.
[도 4]는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 냉각탑 수질 제어과정의 운행 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도이다. 운행 알고리즘은 자동제어부(101)가 메모리(102)로부터 운행 정보를 받아서 동작하고, 각 정보가 어떻게 사용되는지 디스플레이부를 통해 알려준다. 시스템에서 실제로 작동하게 되는 냉각탑과 정량펌프의 작동 과정도 알 수 있다.
한 대의 정량펌프(120)로 많은 냉각탑을 제어하기 위하여 순차적인 알고리즘을 사용한다. 처음 운행정보를 메모리(102)에 입력하면 자동제어부(101)에서는 작동이 시작될 시간과 현재 시간을 비교한다. 두 시간이 일치하게 되면 다음 순서로 넘어간다. 그렇지 않으면 계속 대기 상태에서 두 시간을 체크한다.
설정된 운행시간이 현재시간과 일치하면 작동이 시작되어, N개의 냉각탑에 대하여 처음 것부터 순차적으로 운행여부를 판단하되, 상기 메모리(102)에 입력된 운행정보, 또는 각 냉각탑에 설치된 센서에서 측정된 운행정보에 따라 판단한다.
운행되지 않는 냉각탑이 있다면 다음 냉각탑의 운행여부를 점검하게 된다. 냉각탑이 운행되고 있으면 이 냉각탑의 냉각수를 상기 센서를 사용하여 측정된 수질상태에 따라 약품 투입량을 결정하는 폐루프로 자동 제어할 것인지, 아니면 메모리(102)에 결정되어 정해진 양을 투입하는 개루프로 약품 투입을 제어할 것인지 결정한다.
즉, 센서를 사용하는 경우 상기 자동제어부(101)에서 냉각탑의 센서로부터 측정된 센서 데이터에 따라 산출된 약품 투입량을 결정하고, 센서를 사용하지 않는 경우에는 입력된 운행정보에 따라 정해진 약품 투입량을 결정한다.
자동제어부(102)는 투입량이 결정된 M개의 약품을 순차적으로 사용여부에 따라 해당 약품입구밸브(110) 및 출력단의 약품출구밸브(130)를 열고 정량펌프(120)를 가동시켜 냉각탑으로 약품을 투입한다.
각 약품의 투입이 끝날 때 마다 약품투입관에 남아있는 사용된 약품이 다음 약품과 섞이지 않게 하기위해 짧은 시간동안 약품투입관에 물을 흘려주어 관세척을 한다.
이와 같은 약품투입 및 관세척 과정을 완료하여 하나의 냉각탑 블록에 약품 투입이 끝나고 나면, 한번 더 관세척을 하는데, 이때는 정량펌프(120)에서 투입된 물을 냉각탑까지 밀어내어 약품투입관에 남아있는 약품을 완전히 제거할 뿐만 아니라, 약품이 냉각탑 내부에서 잘 섞일 수 있게 하기 위해 지정된 시간만큼 정량펌프(120)를 구동하여 물을 펌핑한다. 이로써 한 개의 냉각탑 블록 제어가 완료된다.
그러면 전자제어시스템(100)은 다음 냉각탑 블록으로 넘어가서 해당 냉각탑의 운행여부를 판단한 뒤 상기의 약품투입 과정을 반복한다.
이와 같이 운행되는 모든 냉각탑들에 약품주입을 완료한 후에는 다시 운행 대기상태에서 다음 작동을 위한 운행시작 시간과 현재 시간을 비교하며, 두 시간이 일치하여 작동시간에 이를 때까지 대기한다.
[도 5]는 인터럽트의 처리가 진행되는 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도이다. 운행 중에도 시스템의 각종 정보를 보기 위해서 냉각탑 제어기의 작동 중에도 외부에서 정보를 확인할 수 있는 명령이 입력되도록 하였다. 이를 위해서 인터럽트 개념을 사용하였다.
인터럽트는 컴퓨터(PC)와 센서, 키패드(Keypad)에서 들어온다. 키패드의 인터럽트는 전면부의 LCD창에 현재 운행 정보를 출력하고자 할 때 사용한다.
컴퓨터(PC)에서 운행정보를 원하거나 운행기록을 원할 때, 또는 센서 데이터를 확인하고 싶을 때, PC의 운행 데이터 세팅 프로그램에서 각각의 메뉴에 따라 선택하게 되면 시스템의 마이크로프로세서는 그 데이터를 인식하여 원하는 정보를 컴퓨터(PC)로 보내주어 사용자가 확인할 수 있게 한다.

삭제

삭제

삭제

도 1은 냉각탑의 기본 구조를 나타내는 그림이고,

도 2는 냉각탑 수질관리 시스템의 개념도를 나타낸 것이고,

도 3은 한 대의 정량펌프로 다수의 냉각탑의 수질을 제어하기 위한 개념도이고,

도 4는 시스템의 운행 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도이고,

도 5는 시스템의 인터럽트의 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.

Claims (7)

1. M개의 약품을 투입하는 투입구에 구비된 각 약품입구밸브와, 상기 각 약품이 N개의 냉각탑에 투입되도록 구비된 약품출구밸브와, 상기 각 약품이 상기 냉각탑에 투입되도록 구동하는 하나의 정량펌프를 전자제어시스템에 의해 제어하는 다수의 냉각탑 수질 제어방법에 있어서,

   상기 냉각탑에 약품 투입을 위해 운행정보가 입력되면 작동될 시간과 현재시간을 비교하는 제 1 과정;

   상기 작동시간과 현재시간이 일치되면 상기 N개의 각 냉각탑의 운행여부를 처음 것부터 순차적으로 판단하는 제 2 과정;

   상기 운행중인 냉각탑에 대하여 상기 M개의 각 약품을 순차적으로 투입여부 및 투입량을 결정하는 제 3 과정;

   상기 투입 판단된 약품의 약품입구밸브 및 상기 냉각탑의 약품출구밸브를 개방하고, 상기 정량펌프를 가동시켜 해당 냉각탑에 약품을 투입하는 제 4 과정;

   상기 약품 투입완료 후 짧은 시간 약품투입관에 물을 투입하여 세척하는 제 5 과정;

   상기 해당 냉각탑에 상기 제 3, 4과정의 반복을 통해 약품이 모두 투입된 후 설정된 시간동안 상기 정량펌프를 가동시켜 냉각탑에 물을 펌핑한 후 대기하는 제 6 과정;을 포함하여 이루어지되,

   상기 제 3 내지 6과정은 제어부에 의해 운행중인 각 냉각탑에 대하여 순차적으로 반복 수행하여 모든 냉각탑에 대한 약품투입을 완료하면, 상기 제1과정으로 리턴하는 것을 특징으로 하는 다수의 냉각탑 수질 제어방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 과정에서 각 약품의 투입량은 상기 전자제어시스템에서 각 냉각탑에 구비된 센서로부터의 데이터에 따라 결정되거나, 상기 전자제어시스템에 입력된 운행정보에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다수의 냉각탑 수질 제어방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images