KR101974374B1 - 흡수식 냉온수기 및 이를 이용하는 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

냉매의 증발 잠열을 활용하여 유입되는 냉수를 냉각시키는 적어도 하나 이상의 증발기, 증발기로부터 발생되는 냉매 증기를 희용액으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기, 외부 열원을 사용하여 희용액으로부터 냉매 증기를 분리하여 농용액으로 재생하는 적어도 하나 이상의 재생기, 냉매 증기가 공급되고 냉각수를 이용하여 냉각하는 응축기, 증발기 하단부에서 상단부로 냉매를 순환하는 증발기 냉매 순환 유로, 응축기에서 응축된 냉매를 증발기로 전달하는 매 공급 유로, 냉매 순환 유로와 응축기을 연결하는 비상 냉매 반환 유로, 증발기 냉매 순환 유로상에 설치되고 냉매의 분사량을 조절하는 냉매 펌프, 냉매 순환 유로의 후단에 설치되어 냉매 순환 유로의 냉매 흐름을 제어하는 제1 밸브, 비상 냉매 반환 유로상에 설치되어 비상 냉매 반환 유로의 냉매 흐름을 제어하는 제2 밸브 및 증발기 하부측에 출수되는 냉매의 온도를 측정하는 냉매온도센서를 포함하고, 냉매온도센서에서 측정되는 온도가 제1 기준 냉매 온도 이하인 경우, 제1 밸브를 닫고, 제2 밸브를 개방하여, 과냉각된 증발기의 냉매를 응축기로 직접 이송하는 것을 특징으로 한다.

Description

흡수식 냉온수기 및 이를 이용하는 제어 방법{AN ABSORPTION CHILLER AND HEATER AND A CONTROL METHOD USING THE SAME}
본 발명은 흡수식 냉온수기 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동파나 결정의 위험을 방지하는 흡수식 냉온수기 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
흡수식의 경우, 물을 냉매로 사용하고 LiBr-H2O을 흡수액으로 사용하기 때문에 냉수 유량이 어떠한 이유에서든지 기기로 급격하게 작게 유입되거나, 냉방부하가 급감할 시에는 냉매과냉이 발생하고 더욱 심화시에는 냉매동결로 인한 증발기 전열관의 동파가 발생하고, 증발기 전열관 내부에 흐르는 냉수가 흡수식 기기내부로 유입되어 냉수 수압에 의하여 기기가 파손되는 매우 심각한 고장이 발생하게 된다.
또한 냉각수 유량이 급격하게 작게 유입되는 경우에는 고온재생기 고압과 고온에 의하여 용액 과농축이 발생하게 되고 심화시 용액이 결정화되어 용액 순환이 멈추게 되는 심각한 고장이 발생하게 된다.
따라서 흡수식의 경우, 이러한 고장을 미연에 방지하기 위하여 냉수 및 냉각수의 설계유량을 확보할 수 있도록 유량 등이 설정된 조건인 70~80% 미만에 해당하는 경우 기기 전체를 정지시켜 기기를 보호하는 방법을 적용하고 있다.
하지만 이러한 기존의 기술로는 현재 아파트나, 주상복합과 같이 재실 인원과 사용시간에 따른 냉방부하의 변동이 심한 건물에 적용되는 변유량 냉수, 냉각수 시스템에는 적용이 불가하고, 오직 일부 70%~100% 범위내에 국한된 변유량 시스템에만 적용가능한 단점이 있다.
따라서 냉방부하가 30~70%의 범위임에도 냉수, 냉각수를 공급하기 위하여 구동되어야 하는 유량은 100%에 가깝게 유입되어야 하기에 심각한 반송동력의 전력 낭비가 지적되어 왔다. 특히 현대의 건물은 고층이 대부분으로 기존보다 더욱 냉수, 냉각수의 반송 동력이 증가하고 있는바 에너지 절약 차원에서 저유량 흡수식의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1710072호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉수 유량에 따른 제어를 실시하여 동파 및 결정의 위험을 방지하는 흡수식 냉온수기 및 이의 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 흡수식 냉온수기는 냉매의 증발 잠열을 활용하여 유입되는 냉수를 냉각시키는 적어도 하나 이상의 증발기, 상기 증발기로부터 발생되는 냉매 증기를 희용액으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기, 외부 열원을 사용하여 희용액으로부터 냉매 증기를 분리하여 농용액으로 재생하는 적어도 하나 이상의 재생기, 상기 냉매 증기가 공급되고 냉각수를 이용하여 냉각하는 응축기, 상기 증발기 하단부에서 상단부로 냉매를 순환하는 증발기 냉매 순환 유로, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 증발기로 전달하는 매 공급 유로, 상기 냉매 순환 유로와 응축기을 연결하는 비상 냉매 반환 유로, 상기 증발기 냉매 순환 유로 상에 설치되고 상기 냉매의 분사량을 조절하는 냉매 펌프, 상기 냉매 순환 유로의 후단에 설치되어 냉매 순환 유로의 냉매 흐름을 제어하는 제1 밸브, 상기 비상 냉매 반환 유로상에 설치되어 상기 비상 냉매 반환 유로의 냉매 흐름을 제어하는 제2 밸브 및 증발기 하부측에 출수되는 냉매의 온도를 측정하는 냉매온도센서를 포함하고, 상기 냉매온도센서에서 측정되는 온도가 제1 기준 냉매 온도 이하인 경우, 상기 제1 밸브를 닫고, 상기 제2 밸브를 개방하여, 과냉각된 상기 증발기의 냉매를 상기 응축기로 직접 이송하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 기준 냉매 온도는 5도인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 냉매온도센서(T1)에서 측정되는 온도가 상기 제1 기준 냉매 온도 보다 낮은 제2 기준 냉매 온도 이하인 경우, 전체 냉동기의 기동을 정지하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 기준 냉매 온도는 3도인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 응축기는 상기 비상 냉매 반환 유로로 반환되는 냉매를 응축기 내부로 전달하는 분무 덕트를 더 포함하고, 상기 분무 덕트는 복수개의 분무 노즐을 포함하고, 상기 비상 냉매 반환 유로에서 공급되는 과냉각 냉매를 상기 응축기 내에 있는 냉각수의 열교환기에 분사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 분무 덕트는 복수개의 분무 노즐은, 상기 냉각수의 열교환기의 일부만을 향해 분사되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 증발기로 유입되는 냉수의 입수관과 출수관 사이에 위치하고, 유량을 측정할 수 있는 차압 트랜스미터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 냉수의 유량이 제1 유량 기준 이하인 경우 상기 재생기에 제공되는 입열량을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 냉수의 유량이 제2 유량 기준 이하인 경우 상기 재생기(140)에 제공되는 입열량을 버너의 최소불꽃유지 수준으로 낮추는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉동기의 제어 방법은 다음의 흡수식 냉동기에서 사용되는 제어 방법이며, 이 흡수식 냉동기는 냉매의 증발 잠열을 활용하여 유입되는 냉수를 냉각시키는 적어도 하나 이상의 증발기, 상기 증발기로부터 발생되는 냉매 증기를 희용액으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기, 외부 열원을 사용하여 희용액으로부터 냉매 증기를 분리하여 농용액으로 재생하는 적어도 하나 이상의 재생기, 상기 냉매 증기가 공급되고 냉각수를 이용하여 냉각하는 응축기, 상기 증발기 하단부에서 상단부로 냉매를 순환하는 증발기 냉매 순환 유로, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 증발기로 전달하는 매 공급 유로, 상기 냉매 순환 유로와 응축기을 연결하는 비상 냉매 반환 유로, 상기 증발기 냉매 순환 유로 상에 설치되고 상기 냉매의 분사량을 조절하는 냉매 펌프, 상기 냉매 순환 유로의 후단에 설치되어 냉매 순환 유로의 냉매 흐름을 제어하는 제1 밸브, 상기 비상 냉매 반환 유로 상에 설치되어 상기 비상 냉매 반환 유로의 냉매 흐름을 제어하는 제2 밸브 및 상기 증발기 하부측에 출수되는 냉매의 온도를 측정하는 냉매온도센서를 포함한다. 이러한 흡수식 냉동기의 제어 방법은, 상기 냉매온도센서을 이용하여 상기 냉매의 온도를 감지하는 단계, 상기 냉매의 온도가 제1 기준을 초과하는 경우 일반 제어하는 단계, 상기 냉매의 온도가 상기 제1 기준 이하인 경우, 상기 제1 밸브를 닫고, 상기 제2 밸브를 개방하여, 과냉각된 상기 증발기의 냉매를 상기 응축기로 직접 이송하는 비상 유로 제어하는 단계, 상기 냉매의 온도가 상기 제2 기준 이하인 경우, 냉동기의 기동을 정지하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 기준 냉매 온도는 5도이고, 제2 기준 냉매 온도는 3도인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 흡수식 냉동기의 제어 방법은 상기 증발기에 유입 및 유출되는 냉수의 유량을 감지하는 단계, 냉수의 유량이 제1 유량 기준 초과인 경우 일반 제어하는 단계, 냉수의 유량이 제1 유량 기준 이하인 경우 상기 재생기에 제공되는 입열량을 제어하는 단계, 냉수의 유량이 제2 유량 기준 이하인 경우 상기 재생기에 제공되는 입열량은 최소불꽃유지 수준으로 낮추는 최소 입열량 제어하는 단계, 냉수의 유량이 제3 유량 기준 이하인 경우 냉동기의 기동을 정지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 유량 기준은 설계 유량 기준의 70%이고, 상기 제2 유량 기준은 설계 유량 기준의 50%이고, 제3 유량 기준은 설계 유량 기준의 30% 인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 별도의 기계적인 냉매 과냉 센서를 이용하여 냉매의 과냉을 감지하는 단계, 상기 냉매가 과냉 상태가 아닌 경우 일반 제어하는 단계, 상기 냉매가 과냉 상태인 경우 냉동기의 기동을 정지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 냉매가 과냉 상태인 경우 냉동기의 기동을 정지하는 단계에서 상기 냉매의 과냉 기준은 냉매 온도가 3도 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 냉수의 유량이 변화하는 상황에서 효과적으로 흡수식 냉온수기의 과냉각을 방지할 수 있다.
또한, 수요측에서의 변화량을 각각 냉수 유량, 냉매 온도 등을 통하여 감지하고, 상황에 맞는 적절한 제어를 실시함으로써, 최악의 상황을 제외하고는 냉온수기를 적절한 제어단계로 제어하면서 흡수식 냉온수기를 유연하게 사용할 수 있다.
또한, 기존의 제어방식에서는 과냉각이 발생하는 경우 전체 냉온수기의 기동을 정지하는 경우 가 대부분이었고, 이러한 제어 방식으로는 재기동에 필요한 시간 및 에너지를 낭비하게 된다. 따라서 본 발명을 활용하는 경우 제한적인 상황에서만 기동을 정지하므로, 냉온수기를 효율적으로 기동할 수 있다.
실시간 냉수 및 냉각수 유량의 감지가 가능한 차압트랜스미터와 차압스위치를 구비하고, 냉매과냉시의 도피배관과 응축기내 냉매 분배장치를 추가로 구비하여 저유량시나 저부하시에도 냉매동결에 의한 동파사고와 결정 등의 고장을 사전에 방지할 수 있는 저유량 직화식 흡수식 냉온수기를 제공하는 것으로서, 30~100%의 유량까지 냉수, 냉각수 인버터 변유량 시스템에 대응 가능하여 반송동력의 절감에 의한 전력절감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 개념도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 응축기(130) 및 분무 덕트(150)를 나타내는 개념도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 응축기(130) 및 분무 덕트(150)를 나타내는 개념도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 응축기(130) 및 분무 덕트(150)를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 본 발명의 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
흡수식 냉동기의 전체 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수식 냉동기의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 흡수식 냉온수기는, 냉매의 증발 잠열을 활용하여 유입되는 냉수를 냉각시키는 증발기(110), 증발기로부터 발생되는 냉매 증기를 희용액으로 흡수하는 흡수기(120), 냉매 증기가 공급되고 냉각수를 이용하여 냉각하는 응축기(130), 외부 열원을 사용하여 희용액으로부터 냉매 증기를 분리하여 농용액으로 재생하는 적어도 하나 이상의 재생기(140)를 포함한다.
도 1에서는 핵심적인 설명만을 하기 위해 냉매 증기를 희용액으로 흡수하는 흡수기(120) 및 이러한 냉매 증기를 흡수한 희용액을 다시 중용액 또는 농용액으로 만다는 재생기(140) 간의 희용액, 중용액, 농용액의 싸이클이 생략되었다. '리튬-브로마이드' 용액을 사용하여 수증기인 냉매 증기를 흡수하고, 이를 다시 재생하는 흡수기 및 재생기를 활용하는 흡수식 냉동기가 사용된다.
본 실시예에서는 이러한 재생기(140)가 적어도 두 개 이상 설치되는 이중 효용 흡수식 냉온수기 또는 삼중 효용 흡수식냉온수기일 수 있다. 또한 이 중 재생기(140)에는 외부에서부터 공급되는 열원을 이용하여 중용액 또는 농용액을 만드는 공정을 진행하여, 이때에 외부에서 공급되는 열원은 가스를 연소시켜 발생하는 열일 수 있다. 일반적으로 외부에서 공급되는 열원을 입열량으로 표현한다.
이러한 증발기-흡수기-응축기-재생기 사이클을 가지는 흡수식 냉온수기에서 설계되는 유로는 아래와 같다. 증발기(110) 하단부에서 상단부로 냉매를 계속적으로 순환하는 증발기 냉매 순환 유로 (R1), 응축기(130)에서 응축된 냉매를 상기 증발기(110)로 전달하는 냉매 공급 유로 (R2), 및 냉매 순환 유로(R1)와 응축기(130)을 연결하는 비상 냉매 반환 유로(R3)를 포함한다. 특히, 증발기 냉매 순환 유로(R1) 상에 설치되고 상기 냉매의 분사량을 조절하는 냉매 펌프(160)가 설치된다.
또한, 냉매의 제어를 위하여 냉매 순환 유로(R1)의 후단에 설치되어 냉매 순환 유로(R1)의 냉매 흐름을 제어하는 제1 밸브(V1), 상기 비상 냉매 반환 유로(R3)상에 설치되어 상기 비상 냉매 반환 유로(R3)의 냉매 흐름을 제어하는 제2 밸브(V2)가 설치된다. 증발기(110) 하부측에 출수되는 냉매의 온도를 측정하는 냉매온도센서(T1)가 설치된다. 또한, 이러한 냉매의 온도 측정을 하나의 센서에 의존하는 것은 하나가 고장 발생 시 오작동을 유발할 수 있으므로, 이중으로 측정 가능하도록 별도의 물리적 냉매 과냉 센서(T2)를 더 설치한다.
또한 부가적으로, 냉수의 입구(W IN)와 냉수의 출구(W OUT) 배관에 차압트랜스미터(11)를 설치하여 차압을 감지하므로서 실시간으로 100% 유량인 설계차압과 비교를 통하여 현재 유량을 감시한다. 또한 차압스위치(21)를 설치하여 특별 관리 유량 범위인 30~50%의 유량을 교차로 확인한다. 이와 마찬가지로, 냉각수의 입구(CW IN)와 냉각수의 출구(CW OUT)의 배관에도 차압트랜스미터(12) 및 차압 스위치(22)를 설치할 수 있다.
일반적으로 가정이나 사무실 등에서 냉방 장치의 사용량이 감소하여 냉수의 입출량(W IN, W OUT)이 감소하게 되면, 동일한 냉방능력을 가지고 구동되는 냉방장치에서 제한된 냉수가 유입되므로, 전체적인 냉온수기 시스템의 온도가 저하되게 된다. 따라서, 이에 대응하여 냉방 능력을 조절할 필요가 있고, 특히 과도하게 과냉각된 경우에는 시스템을 보호하여야 할 필요성이 생긴다. 이에 따라 본 실시예의 흡수식 냉동기는 크게 3가지의 방법으로 제어 될 수 있다.
첫번째는 냉각수의 온도를 기준으로 제어하는 방법이다. 냉매온도센서(T1)를 통하여 냉매가 제1 기준 온도인 5도 이하로 떨어지는 경우, 일반적인 냉매 순환 사이클인 증발기 냉매 순환 유로 (R1)를 중단한다. 대신 비상 냉매 반환 유로(R3)를 가동하여 과냉각된 냉매를 응축기(130)로 전달한다. 이때에 응축기(130)로 전달된 과냉각된 냉매는 분무 덕트(150)를 통하여 응축기(130) 내에 있는 열교환기(131)로 분사 된다.
두번째는 냉수의 유량 변화를 기준으로 제어하는 방법이다. 냉수의 입구(W IN)와 냉수의 출구(W OUT) 배관에 설치된 차압트랜스미터(11)를 통해 냉수의 유입량을 측정한다. 제1 기준인 70%를 기준으로 70~100%에 해당하는 경우, 정상적인 기동으로 진행한다. 제2 기준인 50%를 기준으로 50~70% 구간에 해당하는 경우, 재생기에 공급되는 입열량을 제한한다. 제3 기준이 30%을 기준으로 30~50% 구간에 해당하는 경우 외부 열원이 꺼지지 않을 만큼의 최소 입열량으로 제한하여 제어를 실시하며, 30% 미만 구간에 해당하는 경우에는 기동을 정지한다.
세번째는 독립적으로 기동되는 물리적인 과냉 스위치(T2)를 장착하여, 측정되는 온도가 기준치 이하인 경우 기동을 정지하고, 관련 경보를 울린다.
이에 대한 구체적인 제어 방법은 제어 방법의 설명 구간에서 설명한다.
분무 덕트 실시예
도 2는 도 1의 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 응축기(130) 및 분무 덕트(150)를 나타내는 개념도이다. 도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 응축기(130) 및 분무 덕트(150)를 나타내는 개념도이다. 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 응축기(130) 및 분무 덕트(150)를 나타내는 개념도이다.
도 2를 참조하면, 냉매의 온도가 제1 기준온도인 5도 이하인 경우 비상 냉매 반환 유로(R3)를 통하여 과냉각 냉매가 상기 응축기(130)으로 반환 된다. 이 때에, 분무 덕트(150)를 통하여 응축기(130) 내의 열교환기(131) 상으로 냉매가 분사 된다.
분무 덕트(150)는 복수개의 분무 노즐(151)을 포함하며, 이 분무 노즐(151)을 통하여 비상 냉매 반환 유로(R3)에서 공급되는 과냉각 냉매를 상기 응축기(130) 내에 있는 냉각수의 열교환기(131)에 분사한다. 이때에 분사하는 방식이 여러 가지 일 수 있다.
도 3a를 참조하면, 냉각수의 열교환기(131) 상으로 분무 덕트(150)가 위치하여 열교환기(131)의 상부에서 하부로 전체를 향하여 냉매를 분사한다. 이 경우 냉매로 인해 영향을 받을 수 있는 구간은 열교환기(131) 전체이다.
도 3b를 참조하면, 냉각수의 열교환기(131)의 가운데에 분무 덕트(150)가 위치하여 열교환기(131)의 중단에서 하부로 냉매를 분사한다. 이 경우 냉매로 인해 영향을 받는 구간은 열교환기(131)의 중단부 이하 구간이다.
이렇게 열교환기(131) 상으로 냉매를 분사하면, 냉온수기를 과냉각으로부터 보호하면서, 냉온수기의 기동을 유지하는 역할을 한다. 전체 냉온수기의 기동을 정지하는 경우 재기동에 필요한 시간 및 에너지를 낭비하게 된다. 또한 과냉각 상태에서 아무런 조치를 취하지 않는 경우 냉동기 자체는 내부 응결 등을 통해 고장을 발생시킨다.
흡수식 냉온수기의 제어 방법
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 제어 방법은 냉매 온도를 기준으로 제어하는 것(M1)이다. 도 1에 도시된 냉매온도센서(T1)을 통하여, 증발기(110)의 하부로 출수되는 냉매 출구 온도를 감지한다(S10).
이때에 제1 기준 냉매 온도인 5도 이하로 내려가는 경우, 경보를 발생하고, 냉매 순환 유로(R1)에 설치된 제1 밸브(V1)을 닫아 냉매가 증발기 상부로 이송되지 않도록 한다. 동시에 비상 냉매 반환 유로(R3) 상에 설치된 제2 밸브(V2)를 열어 비상 냉매 반환 유로(R3)을 통해 응축기(130)로 과냉각된 증발기 냉매를 이송한다.
이때에는 분무 덕트(150)을 통하여 응축기(130) 내에 있는 냉각수 열교환기(131) 상에 분사되고, 응축기(130) 내부를 흐르는 냉각수와 열교환된 후 응축기 하부에 모이고, 응축기(130)와 증발기(110)를 연결하는 배관인 냉매 공급 유로 (R2)를 통하여 다시 증발기(110)로 전달된다.
기존의 흡수식의 경우 냉매 온도가 저하되는 경우 냉매 펌프를 정지기키거나, 흡수기로 냉매를 강제로 이송하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법은 냉방 부하가 다시 요구되면, 냉매 재생을 위한 에너지 투입이 추가로 필요한 단점이 있다.
한면 제2 기준 냉매 온도인 3도 이하로 냉매 온도가 하강하는 경우, 사용자에게 고장 메세지를 송출하고, 기기보호를 위하여 기동을 정지한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 제어 방법은 냉수 유량을 기준으로 제어하는 것(M2)이다. 도 1에 도시된, 증발기(110)로 유입되는 냉수의 입수관과 출수관 사이에 위치하고, 유량을 측정할 수 있는 차압 트랜스미터(11)를 이용하여 냉수의 유량을 측정한다(S110).
이때에, 냉수의 유량이 제1 유량 기준인 70%를 초과하는 경우에는 일반 제어를 실시한다(S115).
이때에, 냉수의 유량이 제1 유량 기준인 50%를 기준으로 50% 초과 70% 이하인 경우에는 재생기(140)에 제공되는 외부 열원의 입열량을 제어한다(S120). 이 때에는 외부 열원의 입열량을 약 70%로 제한한 상태로 PID제어를 실시하고, 여기에 추가로 제어대응 속도를 30% 향상하여 대응한다.
또한, 냉수의 유량이 제2 유량 기준인 30%를 기준으로 30% 초과 50%이하인 경우에는, 특별관리구간으로 지정하고, 재생기(140)에 제공되는 입열량은 최소불꽃유지 수준으로 낮추는 최소 입열량 제어를 실시한다. 특히 이 구간에서는 차압스위치(21)를 이용하여 특별 관리 유량 범위인 30% 초과 ~50% 이하의 유량을 교차로 확인한다. 특별 관리 유량구간인 30% 초과 50% 이하에서는 구간에서는 재생기(140)에 사용되는 외부 열원인 버너의 최소 화염유지 가스량만으로 제어한다.
끝으로, 냉수의 유량이 제3 유량 기준인 30% 이하인 경우 냉동기의 기동을 정지한다. 30%미만의 저유량은 사실상 흡수식 기기보호에 있어 최소한의 안전 보장이 힘드므로 고장 메시지를 송출 하고 정지하게 된다.
변유량 제어는 기본적으로 부분부하 상황을 건물의 자동제어 시스템에서 감지한 후 냉수 및 냉각수펌프의 유량을 저감하는 것으로 저유량 유입시 상응하는 적절한 냉방부하를 추종하는 것이 중요하며, 흡수식 냉온수기에서 부분부하 이상의 냉동능력이 발생되는 것을 방지하는 제어가 필요하다.
부분부하에 의한 저유량시 입열량을 정격기준 100%부하기준량에서 제어하면 냉수출구 온도가 설정한 목표온도보다 과도하게 낮아지고 이로 인하여 냉매온도는 동결온도에 근접하게 되기 때문이며, 에너지 절감측면에서도 입열량을 부하에 적절히 맞추는 것이 당연히 고효율 운전이 된다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 흡수식 냉온수기의 제어 방법은 과냉 스위치를 기준으로 제어하는 것(M3)이다. 도 1에 도시된, 별도의 물리적 냉매 과냉 센서(T2)를 활용한다. 앞서 설명한 바와 같이 냉매온도 센서는 오류 또는 고장이 발생할 수 있는 소모품으로 냉매온도센서 하나만을 가지고 냉매의 동파방지에 의존하는 것은 위험할 수 있다. 냉매온도센서는 오류 또는 고장이 자주 발생할 수 있다.
상기 물리적 냉매 과냉 센서(T2)를 통하여 감지한 결과, 냉방부하가 더욱 급감하여 냉매온도가 3도 이하가 되면, 사용자에게 고장 메시지를 송출하고 기기보호를 위하여 바로 정지하게 된다. 기계적인 냉매 과냉스위치를 추가로 구비하여 3도 이하시 동일한 동작을 실시하게 하고, 센서 오동작에 의한 동파사고를 방지할 수 있도록 한다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
110 : 증발기
120 : 흡수기
130 : 응축기
140 : 재생기
150 : 분무 덕트
160 : 냉매 펌프
R1 : 냉매 순환 유로
R2 : 냉매 공급 유로
R3 : 비상 냉매 반환 유로
V1 : 제1 밸브
V2 : 제2 밸브
T1 : 냉매 온도 센서

Claims (15)

  1. 냉매의 증발 잠열을 활용하여 유입되는 냉수를 냉각시키는 적어도 하나 이상의 증발기(110);
    상기 증발기로부터 발생되는 냉매 증기를 희용액으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기(120);
    외부 열원을 사용하여 희용액으로부터 냉매 증기를 분리하여 농용액으로 재생하는 적어도 하나 이상의 재생기(140);
    상기 냉매 증기가 공급되고 냉각수를 이용하여 냉각하는 응축기(130);

    상기 증발기(110) 하단부에서 상단부로 냉매를 순환하는 증발기 냉매 순환 유로 (R1);
    상기 응축기(130)에서 응축된 냉매를 상기 증발기(110)로 전달하는 냉매 공급 유로 (R2);
    상기 냉매 순환 유로(R1)와 응축기(130)을 연결하는 비상 냉매 반환 유로(R3);

    상기 증발기 냉매 순환 유로(R1) 상에 설치되고 상기 냉매의 분사량을 조절하는 냉매 펌프(160);
    상기 냉매 순환 유로(R1)의 후단에 설치되어 냉매 순환 유로(R1)의 냉매 흐름을 제어하는 제1 밸브(V1);
    상기 비상 냉매 반환 유로(R3)상에 설치되어 상기 비상 냉매 반환 유로(R3)의 냉매 흐름을 제어하는 제2 밸브(V2); 및
    상기 증발기(110) 하부측에 출수되는 냉매의 온도를 측정하는 냉매온도센서(T1);
    를 포함하고,
    상기 냉매온도센서(T1)에서 측정되는 온도가 제1 기준 냉매 온도 이하인 경우,
    상기 제1 밸브(V1)를 닫고, 상기 제2 밸브(V2)를 개방하여, 과냉각된 상기 증발기(110)의 냉매를 상기 응축기(130)로 직접 이송하는 것을 특징으로 하는,
    흡수식 냉온수기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기준 냉매 온도는 5도인 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉매온도센서(T1)에서 측정되는 온도가 상기 제1 기준 냉매 온도 보다 낮은 제2 기준 냉매 온도 이하인 경우,
    전체 냉동기의 기동을 정지하도록 하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 기준 냉매 온도는 3도인 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 응축기(130)는 상기 비상 냉매 반환 유로(R3)로 반환되는 냉매를 응축기(130) 내부로 전달하는 분무 덕트(150)를 더 포함하고,
    상기 분무 덕트(150)는 복수개의 분무 노즐(151)을 포함하고,
    상기 비상 냉매 반환 유로(R3)에서 공급되는 과냉각 냉매를 상기 응축기(130) 내에 있는 냉각수의 열교환기(131)에 분사하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분무 덕트(150)는 복수개의 분무 노즐(151)은,
    상기 냉각수의 열교환기(131)의 일부만을 향해 분사되는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 증발기(110)로 유입되는 냉수의 입수관과 출수관 사이에 위치하고, 유량을 측정할 수 있는 차압 트랜스미터(11)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기.
  8. 제7항에 있어서,
    냉수의 유량이 제1 유량 기준 이하인 경우 상기 재생기(140)에 제공되는 입열량을 제어하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기.
  9. 제7항에 있어서,
    냉수의 유량이 제2 유량 기준 이하인 경우 상기 재생기(140)에 제공되는 입열량을 버너의 최소불꽃유지 수준으로 낮추는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기.
  10. 냉매의 증발 잠열을 활용하여 유입되는 냉수를 냉각시키는 적어도 하나 이상의 증발기(110);
    상기 증발기로부터 발생되는 냉매 증기를 희용액으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기(120);
    외부 열원을 사용하여 희용액으로부터 냉매 증기를 분리하여 농용액으로 재생하는 적어도 하나 이상의 재생기(140);
    상기 냉매 증기가 공급되고 냉각수를 이용하여 냉각하는 응축기(130);
    상기 증발기(110) 하단부에서 상단부로 냉매를 순환하는 증발기 냉매 순환 유로 (R1);
    상기 응축기(130)에서 응축된 냉매를 상기 증발기(110)로 전달하는 매 공급 유로 (R2);
    상기 냉매 순환 유로(R1)와 응축기(130)을 연결하는 비상 냉매 반환 유로(R3);
    상기 증발기 냉매 순환 유로(R1) 상에 설치되고 상기 냉매의 분사량을 조절하는 냉매 펌프(160);
    상기 냉매 순환 유로(R1)의 후단에 설치되어 냉매 순환 유로(R1)의 냉매 흐름을 제어하는 제1 밸브(V1);
    상기 비상 냉매 반환 유로(R3)상에 설치되어 상기 비상 냉매 반환 유로(R3)의 냉매 흐름을 제어하는 제2 밸브(V2); 및
    상기 증발기(110) 하부측에 출수되는 냉매의 온도를 측정하는 냉매온도센서(T1);
    를 포함하는 흡수식 냉동기에 있어서,
    (S10) 상기 냉매온도센서(T1)을 이용하여 상기 냉매의 온도를 감지하는 단계;
    (S15) 상기 냉매의 온도가 제1 기준을 초과하는 경우 일반 제어하는 단계;
    (S20) 상기 냉매의 온도가 상기 제1 기준 이하인 경우, 상기 제1 밸브(V1)를 닫고, 상기 제2 밸브(V2)를 개방하여, 과냉각된 상기 증발기(110)의 냉매를 상기 응축기(130)로 직접 이송하는 비상 유로 제어하는 단계;
    (S50) 상기 냉매의 온도가 상기 제1 기준보다 낮은 제2 기준 이하인 경우, 냉동기의 기동을 정지하는 단계;
    를 포함하는 흡수식 냉온수기의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 기준의 냉매 온도는 5도이고, 상기 제2 기준의 냉매 온도는 3도인 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기의 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    (S110) 상기 증발기(110)에 유입 및 유출되는 냉수의 유량을 감지하는 단계;
    (S115) 냉수의 유량이 제1 유량 기준 초과인 경우 일반 제어하는 단계;
    (S120) 냉수의 유량이 제1 유량 기준 이하인 경우 상기 재생기(140)에 제공되는 입열량을 제어하는 단계;
    (S130) 냉수의 유량이 제2 유량 기준 이하인 경우 상기 재생기(140)에 제공되는 입열량은 최소불꽃유지 수준으로 낮추는 최소 입열량 제어하는 단계;
    (S150) 냉수의 유량이 제3 유량 기준 이하인 경우 냉동기의 기동을 정지하는 단계;
    를 더 포함하는 흡수식 냉온수기의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 유량 기준은 설계 유량 기준의 70%이고, 상기 제2 유량 기준은 설계 유량 기준의 50%이고, 제3 유량 기준은 설계 유량 기준의 30% 인 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기의 제어 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    (S210) 별도의 기계적인 냉매 과냉 센서를 이용하여 냉매의 과냉을 감지하는 단계;
    (S215) 상기 냉매가 과냉 상태가 아닌 경우 일반 제어하는 단계;
    (S250) 상기 냉매가 과냉 상태인 경우 냉동기의 기동을 정지하는 단계;
    를 더 포함하는 흡수식 냉온수기의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    (S250) 상기 냉매가 과냉 상태인 경우 냉동기의 기동을 정지하는 단계에서 상기 냉매의 과냉 기준은 냉매 온도가 3도 이하인 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기의 제어 방법.
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