KR102010832B1 - 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템 - Google Patents

저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템 Download PDF

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Abstract

저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 증발기; 흡수기; 제1재생기; 제2재생기; 보조흡수기; 보조재생기; 및 응축기;를 포함하되, 보조희용액라인에 설치된 보조희용액펌프 및 보조농용액라인에 설치된 보조농용액펌프는, 온수라인의 온수입구 부위에 설치된 온수제어밸브의 개도가 기 설정된 제1개도 이하로 작아지면, 가동 정지되고, 냉매펌프는, 보조희용액펌프 및 보조농용액펌프가 가동 정지된 상태에서 냉수라인의 냉수출구 부위에 설치된 냉수온도센서의 온도가 기 설정된 제1온도 이하로 작아지면, 가동 정지되며, 희용액라인에 설치된 희용액펌프, 중간액라인에 설치된 중간액펌프 및 농용액라인에 설치된 농용액펌프는, 냉수온도센서의 온도가 제1온도 이하로 유지되는 시간이 기 설정된 제1시간 이상이 되면, 가동 정지되는 것을 특징으로 하는 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템이 제공된다.

Description

저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템 {LOW LOAD CONTROL SYSTEM FOR 2-STAGE LOW TEMPERATURE HOT WATER ABSORPTION CHILLER}
본 발명은 주사이클과 보조사이클을 구비하는 저온수 2단 흡수식 냉동기에 있어서의 저부하 제어시스템에 관한 것이다.
냉매의 기화열을 이용한 냉각수단 중 하나로 흡수식 냉동기가 알려져 있다. 흡수식 냉동기는 진공에 가까운 밀폐용기(증발기) 내에서 냉매를 기화시키고, 여기서 발생된 기화열이 증발기 내부의 전열관과 열교환되어 냉수를 발생시킨다. 흡수식 냉동기는 증기압축식 냉동기와 달리 흡수제를 사용해 냉매를 회수(흡수) 및 재생한다. 냉매/흡수제는 H2O/LiBr방식과 NH3/H2O방식이 대표적이며, 이 중에서도 냉매로 물(H2O), 흡수제로 리튬브로마이드 수용액(LiBr)을 사용하는 H2O/LiBr방식이 보다 널리 사용된다.
흡수식 냉동기는 재생기에 따라 1중효용(단효용, single-effect), 2중효용(double-effect), 3중효용(triple-effect) 또는 그 이상의 다중효용(multi- effect)으로 구분된다. 일반적으로 사용되는 방식은 1중효용이나 2중효용의 흡수식 냉동기이다.
1중효용 흡수식 냉동기는 재생기, 응축기, 증발기 및 흡수기로 구성된다. 증발기에서는 냉매가 기화되어 냉매증기로 상변화되며, 이 과정에서 냉매의 기화열을 이용해 냉수를 발생시킨다. 증발기에서 생성된 냉매증기는 흡수기로 이동되어 흡수액에 흡수된다. 통상 증발기와 흡수기는 동일한 쉘(shell) 내부에 배치되어 강판 등이 절곡된 엘리미네이터에 의해 구획된다. 냉매증기를 흡수하고 묽어진 흡수액(희용액)은 재생기에서 열원에 의해 가열되어 냉매증기와 분리된다. 냉매증기는 응축기에서 응축된 후 다시 증발기로 투입되는 사이클을 반복한다.
2중효용 흡수식 냉동기는 일본의 가와사키(Kawasaki) 중공업에서 최초 개발한 것으로 알려져 있다. 2중효용 흡수식 냉동기는 고온재생기와 저온재생기로 재생기가 구분되며, 고온재생기에서 흡수액을 가열하여 냉매증기를 분리하고, 그 냉매증기가 저온재생기에서 응축할 때 방출하는 열을 이용하여 다시 한번 흡수액을 가열하고 냉매증기를 발생시키도록 구성된다. 이러한 2중효용 흡수식 냉동기는 1중효용 대비 응축기에서의 부하가 감소되고, 성능계수 또한 우수한 이점이 있다. 다만 증기를 발생하는 별도의 보일러가 요구되어 주로 대용량에 사용되고 있다.
한편 흡수식 냉동기의 다른 구분방식으로 1단(1-stage), 2단(2-stage) 또는 다단(multi- stage)의 흡수식 냉동기가 알려져 있다. 대표적으로 사용되는 것은 저온수 또는 중온수용 2단 흡수식 냉동기이다. 2단 흡수식 냉동기는 흡수액이 주사이클과 보조사이클에 각각 순환되며, 주사이클과 보조사이이클이 분리되어 있다. 따라서 냉방부하가 낮을 시 일부 사이클(보조사이클)을 중단시켜 에너지효율을 향상시키는데 효과적이다.
근래 들어 흡수식 냉동기는 지역난방 온수를 열원으로 이용한 하절기 냉방수단으로 활용되고 있다. 이러한 방식은 기존의 지역난방용 온수배관망을 활용함으로써 지역난방을 사용중인 주거, 상업지역 등에서 상당히 효과적으로 이용될 수 있다. 지역난방 온수를 활용한 흡수식 냉동기는 주로 저온수 또는 중온수 흡수식 냉동기가 사용되고 있다. 저온수 흡수식 냉동기는 약 90도 내외의 온수를 공급받아 약 50도 내외의 저온수를 배출하며, 중온수 흡수식 냉동기는 약 90도 내외의 온수를 공급받아 약 80도 내외의 중온수를 배출하도록 설계된다. 흡수식 냉동기는 이러한 온수의 열원을 이용하여 냉수를 발생시키며, 냉수의 입/출구온도는 13도/8도 또는 12도/7도로 설정됨이 일반적이다.
선행문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-0746241호(2007.08.03.) 선행문헌 2: 일본 공개특허공보 특개2002-147886호(2002.05.22.)
본 발명의 실시예들은 지역난방 온수를 열원으로 활용하는 저온수 2단 흡수식 냉동기에 있어서 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있는 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 냉매라인을 통해 제공된 액상의 냉매가 냉매증기로 기화되어 냉수라인의 냉수를 냉각시키는 증발기; 상기 냉매증기가 농용액라인을 통해 제공된 농용액에 흡수되어 희용액이 생성되는 흡수기; 희용액라인을 통해 상기 흡수기로부터 제공된 희용액이 온수라인에 의해 가열되어 중간액이 생성되는 제1재생기; 중간액라인을 통해 상기 제1재생기로부터 제공된 중간액이 상기 온수라인에 의해 가열되어 농용액이 생성되는 제2재생기; 상기 제2재생기에서 분리된 냉매증기가 보조농용액라인을 통해 제공된 보조농용액에 흡수되어 보조희용액이 생성되는 보조흡수기; 보조희용액라인을 통해 상기 보조흡수기로부터 제공된 보조희용액이 상기 온수라인에 의해 가열되어 보조농용액이 생성되는 보조재생기; 및 상기 제1재생기 및 상기 보조재생기에서 분리된 냉매증기가 냉각수라인에 의해 액상의 냉매로 응축되는 응축기;를 포함하되, 상기 보조희용액라인에 설치된 보조희용액펌프 및 상기 보조농용액라인에 설치된 보조농용액펌프는, 상기 온수라인의 온수입구 부위에 설치된 온수제어밸브의 개도가 기 설정된 제1개도 이하로 작아지면, 가동 정지되고, 상기 냉매펌프는, 상기 보조희용액펌프 및 상기 보조농용액펌프가 가동 정지된 상태에서 상기 냉수라인의 냉수출구 부위에 설치된 냉수온도센서의 온도가 기 설정된 제1온도 이하로 작아지면, 가동 정지되며, 상기 희용액라인에 설치된 희용액펌프, 상기 중간액라인에 설치된 중간액펌프 및 상기 농용액라인에 설치된 농용액펌프는, 상기 냉수온도센서의 온도가 상기 제1온도 이하로 유지되는 시간이 기 설정된 제1시간 이상이 되면, 가동 정지되는 것을 특징으로 하는 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템은 냉방부하에 따라 단계적으로 각 시스템 구성요소들을 가동 정지시켜 불필요한 에너지 소비를 최소화한다.
본 발명의 실시예들에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템은 냉방부하에 따라 보조사이클을 가동 정지시킬 수 있다. 보조사이클의 가동 제어는 종래 시스템 구성을 활용하는 측면에서 온수제어밸브의 개도에 기반한다. 여기서 냉방부하가 좀 더 낮아지면, 본 발명의 실시예들에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템은 일차적으로 냉매펌프를 가동 정지시킬 수 있다. 냉매펌프의 가동 제어는 수요처에 미치는 영향, 제어나 설비 구축상의 용이성 등을 고려하여 냉수의 출구온도에 기반한다. 나아가 냉방부하가 더 낮아지면, 본 발명의 실시예들에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템은 이차적으로 냉각수라인 및 주사이클을 가동 정지시킬 수 있다. 이와 같은 경우 냉수라인만이 가동되어 시스템 전체의 에너지 소비가 극단적으로 제한된다. 주사이클 등의 가동 제어는 온/오프 제어에 따른 설비부하 등을 고려하여 설정온도 이하로 유지되는 시간에 기반한다.
본 발명의 실시예들에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템은 상기와 같은 제어방식을 통해 소비 전력을 절감하고, 저부하시의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 흡수식 냉동기의 경우 저부하 상태로 장시간 운전되면 오히려 구성부품이 손상될 수 있는데, 본 발명의 실시예들에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템은 상기와 같은 단계별 가동 정지를 통해 저부하시 구성부품의 손상 또한 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 일부를 확대 도시한 부분 확대도이다.
도 3은 도 1의 다른 일부를 확대 도시한 부분 확대도이다.
도 4는 도 1에 도시된 시스템의 제어방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템(100)을 도시한 구성도이다. 도 2는 도 1의 일부를 확대 도시한 부분 확대도이다. 도 3은 도 1의 다른 일부를 확대 도시한 부분 확대도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템(이하, '시스템(100)'으로 약칭)은 제1쉘(110)을 포함한다. 제1쉘(110)에는 제1재생기(111), 보조재생기(112) 및 응축기(113)가 배치된다. 제1재생기(111)는 제1쉘(110) 하단에 배치되며, 보조재생기(112)는 제1재생기(111) 상측, 응축기(113)는 보조재생기(112) 상측에 배치된다.
본 실시예의 시스템(100)은 제2쉘(120)을 포함한다. 제2쉘(120)은 제1쉘(110) 측부로 이격 배치된다. 제2쉘(120)에는 증발기(121) 및 흡수기(122)가 배치된다. 증발기(121) 및 흡수기(122)는 제2쉘(120) 내부에서 좌우로 인접하게 배치되어 중앙의 엘리미네이터(123)를 통해 구획된다.
본 실시예의 시스템(100)은 제3쉘(130)을 포함한다. 제3쉘(130)은 제2쉘(120) 상측으로 이격 배치된다. 제3쉘(130)에는 제2재생기(131) 및 보조흡수기(132)가 배치된다. 제2재생기(131) 및 보조흡수기(132)는 제3쉘(130) 내부에서 좌우로 인접하게 배치되어 중앙의 엘리미네이터(133)를 통해 구획된다.
상기와 같은 제1 내지 3쉘(110, 120, 130)의 내부구성 및 배치는 배관라인의 간소화, 압력영역의 구분 등과 관련된다. 제1 내지 3쉘(110, 120, 130)은 각각 고유의 압력영역에서 운용되며, 각 내부구성은 동일한 압력영역에서 운용 가능한 구성품들로 조합된다.
한편, 본 실시예의 시스템(100)은 냉매라인(L1)을 포함한다. 냉매라인(L1)은 응축기(113)와 증발기(121) 간 냉매의 이동경로를 제공한다. 냉매는 물(H2O)을 포함한다. 응축기(113)에서 응축된 냉매는 냉매라인(L1)을 통해 증발기(121)로 공급되어 증발기(121) 내에서 산포된다.
본 실시예의 시스템(100)은 흡수액라인(L2, L3, L4)를 포함한다. 흡수액라인(L2, L3, L4)은 주사이클을 순환하는 흡수액의 이동경로를 제공한다. 흡수액은 리튬브로마이드 수용액(LiBr)을 포함한다. 흡수액은 주사이클을 순환하는 동안 냉매증기를 흡수하여 묽어진 상태(희용액), 냉매증기가 일부 분리된 중간 농도의 상태(중간액) 또는, 냉매증기가 분리된 진한 농도의 상태(농용액)로 존재할 수 있다. 이하에서는 흡수액 농도에 따라 희용액, 중간액 및 농용액을 구분하여 지칭키로 한다.
흡수액라인(L2, L3, L4)은 희용액라인(L2)을 포함한다. 희용액라인(L2)은 흡수기(122)와 제1재생기(111) 간 희용액의 이동경로를 제공한다. 흡수기(122) 하부에 포집된 희용액은 희용액라인(L2)을 통해 제1재생기(111)로 공급되어 제1재생기(111) 내에서 산포된다. 여기서 희용액라인(L2)은 저온열교환기(140) 및 고온열교환기(150)를 경유하여 제1재생기(111)로 희용액을 제공한다.
흡수액라인(L2, L3, L4)은 중간액라인(L3)을 포함한다. 중간액라인(L3)은 제1재생기(111)와 제2재생기(131) 간 중간액의 이동경로를 제공한다. 제1재생기(111) 또는 제1쉘(110)의 하부에 포집된 중간액은 중간액라인(L3)을 통해 제2재생기(131)로 제공되어 제2재생기(131) 내에 산포된다. 여기서 중간액라인(L3)은 고온열교환기(150)를 경유하여 제2재생기(131)로 중간액을 제공한다. 고온열교환기(150)에서 중간액은 희용액라인(L2)의 희용액과 열교환된다.
흡수액라인(L2, L3, L4)은 농용액라인(L4)을 포함한다. 농용액라인(L4)은 제2재생기(131)와 흡수기(122) 간 농용액의 이동경로를 제공한다. 제2재생기(131) 하부에 모인 농용액은 농용액라인(L4)을 통해 흡수기(122)로 제공되어 흡수기(122) 내에서 산포된다. 여기서 농용액라인(L4)은 저온열교환기(140)를 경유하여 흡수기(122)로 농용액을 제공한다. 저온열교환기(140)에서 농용액은 희용액라인(L2)의 희용액과 열교환된다.
한편, 본 실시예의 시스템(100)은 보조흡수액라인(L9, L10)을 포함한다. 보조흡수액라인(L9, L10)은 보조사이클을 순환하는 흡수액(이하, 보조흡수액)의 이동경로를 제공한다. 보조흡수액은 리튬브로마이드 수용액을 포함하며, 보조사이클을 순환하는 동안 희용액 또는 농용액의 상태로 존재할 수 있다. 이하에서는 보조흡수액 농도에 따라 보조희용액, 보조농용액을 구분하여 지칭키로 한다.
보조흡수액라인(L9, L10)은 보조희용액라인(L9)을 포함한다. 보조희용액라인(L9)은 보조흡수기(132)와 보조재생기(112) 간에 보조희용액의 이동경로를 제공한다. 보조흡수기(132) 하부에 포집된 보조희용액은 보조희용액라인(L9)을 통해 보조재생기(112)로 공급되어 보조재생기(112) 내에서 산포된다. 여기서 보조희용액라인(L9)은 보조열교환기(160)를 경유하여 보조재생기(112)로 보조희용액을 제공한다.
보조흡수액라인(L9, L10)은 보조농용액라인(L10)을 포함한다. 보조농용액라인(L10)은 보조재생기(112)와 보조흡수기(132) 간 보조농용액의 이동경로를 제공한다. 보조재생기(112) 하부에 포집된 보조농용액은 보조농용액라인(L10)을 통해 보조흡수기(132)로 공급되어 보조흡수개(132) 내에서 산포된다. 여기서 보조농용액라인(L10)은 보조열교환기(160)를 경유하여 보조흡수기(132)로 보조농용액을 제공한다. 보조열교환기(160)에서 보조농용액은 보조희용액라인(L9)의 보조희용액과 열교환된다.
한편, 본 실시예의 시스템(100)은 냉각수라인(L5)을 포함한다. 냉각탑(미도시)으로부터 제공되는 냉각수의 이동경로를 제공한다. 냉각수라인(L5)은 흡수기(122), 보조흡수기(132) 및 응축기(113)를 순차적으로 경유하도록 형성된다. 냉각탑에서 제공된 냉각수는 냉각수입구(L5'), 흡수기(122), 보조흡수기(132), 응축기(113) 및 냉각수출구(L5")를 거쳐 순환된다.
본 실시예의 시스템(100)은 온수라인(L6)을 포함한다. 온수라인(L6)은 외부로부터 제공된 온수의 이동경로를 제공한다. 일 구체예에 있어서 온수는 지역난방의 온수배관망에서 제공된다. 온수라인(L6)은 제1재생기(111), 제2재생기(131) 및 보조재생기(112)를 순차적으로 경유하도록 형성된다. 지역난방 온수배관망에서 제공된 온수는 온수입구(L6'), 제1재생기(111), 제2재생기(131), 보조재생기(112) 및 온수출구(L6")를 거쳐 배출된다.
본 실시예의 시스템(100)은 냉수라인(L7)을 포함할 수 있다. 냉수라인(L7)은 냉방에 사용되는 냉수의 이동경로를 제공한다. 냉수라인(L7)는 증발기(121)를 경유하도록 형성된다. 냉수는 냉수라인(L7)을 따라 냉수입구(L7'), 증발기(121) 및 냉수출구(L7")를 거치고, 증발기(121) 내에서 냉매의 기화열에 의해 냉각된다.
한편, 본 실시예의 시스템(100)은 흡수액이 순환되는 주사이클과 보조흡수액이 순환되는 보조사이클을 구비한다.
주사이클은 흡수액이 흡수기(122), 제1재생기(111) 및 제2재생기(131)를 거쳐 다시 흡수기(122)로 순환되는 사이클로 구성된다. 주사이클을 살펴보면, 흡수기(122) 내에서 산포된 농용액이 증발기(121)에서 발생된 냉매증기를 흡수하여 희용액이 된다. 희용액은 희용액라인(L1)을 따라 저온열교환기(140) 및 고온열교환기(150)를 거치고 제1재생기(111)로 산포된다. 산포된 희용액은 온수에 의해 가열되어 냉매증기가 일부 분리되고 중간액이 된다. 중간액은 중간액라인(L3)을 따라 고온열교환기(150)를 거쳐 제2재생기(131)로 산포된다. 산포된 중간액은 온수에 의해 가열되어 냉매증기가 분리되고 농용액이 된다. 농용액은 농용액라인(L4)을 따라 저온열교환기(140)를 거쳐 다시 흡수기(122)로 산포되며, 이와 같은 사이클이 반복된다.
보조사이클은 보조흡수액이 보조흡수기(132) 및 보조재생기(112)를 순환하는 사이클로 구성된다. 보조사이클은 살펴보면, 보조흡수기(132)에서 산포된 보조농용액이 제2재생기(131)에서 발생된 냉매증기를 흡수하여 보조희용액이 된다. 보조희용액은 보조희용액라인(L9)을 따라 보조열교환기(160)를 거쳐 보조재생기(112)로 산포된다. 산포된 보조희용액은 온수에 의해 가열되어 냉매증기가 분리되고 보조농용액이 된다. 보조농용액은 보조농용액라인(L10)을 따라 보조열교환기(160)를 거치고 다시 보조흡수기(132)로 산포되며, 이와 같은 사이클이 반복된다.
이상과 같은 시스템(100)의 작동을 살펴보면, 냉매가 증발기(121)에서 산포되어 냉매증기로 기화되며, 기화열에 의해 냉수라인(L7)의 냉수가 냉각된다. 증발기(121)에서 발생된 냉매증기는 엘리미네이터를 거쳐 흡수기(122)로 이동된다. 흡수기(122)에서는 농용액이 산포되어 냉매증기가 농용액에 흡수된다. 흡수된 냉매증기는 전술한 주사이클 또는 보조사이클을 통해 냉매로 재생된다. 즉, 냉매증기는 제1재생기(111) 또는 보조재생기(112)에서 흡수액으로부터 분리되며, 응축기(113)에서 냉매로 응축된다. 응축된 냉매는 다시 증발기(121)로 산포되어 상기의 과정이 반복된다.
상기와 같은 작동에 있어서, 흡수기(122), 보조흡수기(132) 및 응축기(113)의 냉각은 냉각탑을 순환하는 냉각수라인(L5)에 의한다. 또한, 제1재생기(111), 제2재생기(131) 및 보조재생기(112)의 가열은 지역난방 온수배관망을 이용한 온수라인(L6)에 의한다.
한편, 본 실시예의 시스템(100)은 온수라인(L6)에 설치된 온수제어밸브(V1)를 포함한다. 온수제어밸브(V1)는 온수입구(L6') 부위에 설치되어 온수라인(L6)의 온수유량을 조절한다. 온수제어밸브(V1)의 개도는 냉방부하에 따라 조절된다.
본 실시예의 시스템(100)은 냉수라인(L7)에 설치된 냉수온도센서(S1)를 포함한다. 냉수온도센서(S1)는 냉수출구(L7") 부위에 설치되어 냉수라인(L7)의 출구온도를 측정한다.
본 실시예의 시스템(100)은 냉매라인(L1)에 설치된 냉매펌프(P1)와, 냉각수라인(L5)에 설치된 냉각수펌프(P2)를 포함한다. 냉매펌프(P1)는 증발기(121) 하부의 냉매를 펌핑하여 상부의 분배기에서 산포시킨다. 냉각수펌프(P2)는 냉각수라인(L5)을 따라 냉각수를 순환시킨다.
본 실시예의 시스템(100)은 주사이클에 설치된 복수의 흡수액펌프(P3, P4, P5)를 포함한다. 복수의 흡수액펌프(P3, P4, P5)는 흡수액을 주사이클을 따라 순환시킨다. 복수의 흡수액펌프(P3, P4, P5)는 희용액라인(L2)에 설치된 희용액펌프(P3), 중간액라인(L3)에 설치된 중간액펌프(P4) 및, 농용액라인(L4)에 설치된 농용액펌프(P5)를 포함한다.
본 실시예의 시스템(100)은 보조사이클에 설치된 복수의 보조흡수액펌프(P6, P7)를 포함한다. 복수의 보조흡수액펌프(P6, P7)는 보조흡수액을 보조사이클을 따라 순환시킨다. 복수의 보조흡수액펌프(P6, P7)는 보조희용액라인(L9)에 설치된 보조희용액펌프(P6) 및, 보조농용액라인(L10)에 설치된 보조농용액펌프(P7)를 포함한다.
한편, 본 실시예의 시스템(100)은 제어부(미도시)를 포함한다. 제어부는 온수제어밸브(V1)의 개도 및 냉수온도센서(S1)의 출구온도에 따라 냉매펌프(P1), 냉각수펌프(P2), 복수의 흡수액펌프(P3, P4, P5) 및 복수의 보조흡수액펌프(P6, P7)를 제어한다.
도 4는 도 1에 도시된 시스템(100)의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 제어부는 온수제어밸브(V1)의 개도가 기 설정된 제1개도(op1) 이하로 작아지면, 복수의 보조흡수액펌프(P6, P7)를 가동 정지시킬 수 있다. 이와 같은 경우, 보조사이클은 가동 정지되며, 주사이클만이 운용된다. 일 구체예에 있어서, 제어부는 온수제어밸브(V1) 개도가 50% 이하가 되면, 보조사이클을 가동 정지시킬 수 있다.
부연하면, 현재 구축된 지역난방 온수를 이용한 흡수식 냉동기 시스템은 냉방부하에 따라 온수의 투입 유량을 조절하는 방식을 취하고 있다. 즉, 냉방부하가 낮으면, 열원인 온수의 유량을 줄이는 것이다. 따라서 본 실시예의 시스템(100)은 기존 시스템과의 호환을 위해 일차적으로 온수제어밸브(V1)의 개도를 통해 냉방부하를 판단하고, 보조사이클의 가동 여부를 제어한다.
또한, 제어부는 온수제어밸브(V1)의 개도가 기 설정된 제2개도(op2) 이상으로 커지면, 보조사이클을 다시 가동시킬 수 있다. 바람직하게, 제2개도(op2)는 앞서의 제1개도(op1)보다 소정 정도 크게 설정될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 제어부는 온수제어밸브(V1) 개도가 75% 이상이 되면, 보조사이클을 다시 가동시킬 수 있다.
한편, 제어부는 보조사이클이 가동 정지된 상태에서 냉수온도센서(S1)로부터 측정된 냉수의 출구온도가 기 설정된 제1온도(t1) 이하로 작아지면, 냉매펌프(P1)를 가동 정지시킬 수 있다. 냉방부하가 낮아 열원인 온수의 투입량을 줄였음에도 냉수의 온도가 낮아지는 경우, 불필요한 냉각을 최소화하기 위해 냉매펌프(P1)를 정지시키고 전력을 절감하는 것이다. 이와 같은 경우, 주사이클만이 가동되며 증발기(121)에서는 냉매의 산포가 중지될 수 있다.
또한, 제어부는 냉수의 출구온도가 기 설정된 제2온도(t2) 이상으로 상승되면, 다시 냉매펌프(P1)를 가동시킬 수 있다. 바람직하게, 제2온도(t2)는 앞서의 제1온도(t1)보다 소정 정도 크게 설정될 수 있다. 즉, 냉매펌프(P1)가 정지되는 제1온도(t1)에서 일종의 재가동온도값 이상으로 출구온도가 상승되면, 냉매펌프(P1)를 재가동시키는 것이다. 이는 냉방부하가 저감되는 경우 통상적으로 해당 상태가 계속 유지되는 경향을 고려한 것이다.
한편, 제어부는 냉수의 출구온도가 제1온도(t1) 이하로 작아지면, 해당 상태로 유지되는 시간을 카운트할 수 있다. 또한, 제어부는 카운트된 시간이 기 설정된 제1시간(pd1) 이상이 되면, 복수의 흡수액펌프(P3, P4, P5)를 가동 정지시킬 수 있다. 즉, 냉수의 출구온도가 제1온도(t1) 이하인 상태가 기 설정된 제1시간(pd1) 이상 유지되면, 복수의 흡수액펌프(P3, P4, P5)가 가동 정지되는 것이다. 이와 같은 경우, 보조사이클 및 주사이클은 모두 정지된다.
필요에 따라, 제어부는 상기와 같은 조건에서 냉각수펌프(P2) 및 냉각탑 또한 가동 정지시킬 수 있다. 즉, 냉수의 출구온도가 제1온도(t1) 이하인 상태가 기 설정된 제1시간(pd1) 이상 유지되면, 냉각수펌프(P2) 및 냉각탑이 정지되어 냉각수라인(L5)의 순환이 중단되는 것이다.
상기와 같은 상태에서, 냉수의 출구온도가 전술한 제2온도(t2) 이상으로 상승되면, 제어부는 냉각수펌프(P2) 및 냉각탑을 다시 가동시키고, 순차적으로 복수의 흡수액펌프(P3, P4, P5) 또한 다시 가동시킬 수 있다. 즉, 냉수 출구온도가 상승되는 경우 냉각수라인(L5) 및 주사이클이 재가동되는 것이다.
이상과 같은 본 실시예의 시스템(100)은 냉방부하에 따라 단계적으로 각 시스템 구성요소들을 가동 정지시켜 불필요한 에너지 소비를 최소화한다.
구체적으로 본 실시예의 시스템(100)은 냉방부하에 따라 보조사이클을 가동 정지시킬 수 있다. 보조사이클의 가동 제어는 종래 시스템 구성을 활용하는 측면에서 온수제어밸브(V1)의 개도에 기반한다. 여기서 냉방부하가 좀 더 낮아지면, 본 실시예의 시스템(100)은 일차적으로 냉매펌프(P1)를 가동 정지시킬 수 있다. 냉매펌프(P1)의 가동 제어는 수요처에 미치는 영향, 제어나 설비 구축상의 용이성 등을 고려하여 냉수의 출구온도에 기반한다. 나아가 냉방부하가 더 낮아지면, 본 실시예의 시스템(100)은 이차적으로 냉각수라인(L5) 및 주사이클을 가동 정지시킬 수 있다. 이와 같은 경우 냉수라인(L7)만이 가동되어 시스템(100) 전체의 에너지 소비가 극단적으로 제한된다. 주사이클 등의 가동 제어는 온/오프 제어에 따른 설비부하 등을 고려하여 설정온도 이하로 유지되는 시간에 기반한다.
본 실시예의 시스템(100)은 상기와 같은 제어방식을 통해 소비 전력을 절감하고, 저부하시의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 흡수식 냉동기의 경우 저부하 상태로 장시간 운전되면 오히려 구성부품이 손상될 수 있는데, 본 실시예의 시스템(100)은 상기와 같은 단계별 가동 정지를 통해 저부하시 구성부품의 손상 또한 효과적으로 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템
110: 제1쉘 111: 제1재생기
112: 보조재생기 113: 응축기
120: 제2쉘 121: 증발기
122: 흡수기 130: 제3쉘
131: 제2재생기 132: 보조흡수기
140: 저온열교환기 150: 고온열교환기
P1: 냉매펌프 P2: 냉각수펌프
P3, P4, P5: 흡수액펌프 P6, P7: 보조흡수액펌프
S1: 냉수온도센서 V1: 온수제어밸브

Claims (3)

  1. 냉매라인(L1)을 통해 제공된 액상의 냉매가 냉매증기로 기화되어 냉수라인(L7)의 냉수를 냉각시키는 증발기(121);
    상기 냉매증기가 농용액라인(L4)을 통해 제공된 농용액에 흡수되어 희용액이 생성되는 흡수기(122);
    희용액라인(L2)을 통해 상기 흡수기(122)로부터 제공된 희용액이 온수라인(L6)에 의해 가열되어 중간액이 생성되는 제1재생기(111);
    중간액라인(L3)을 통해 상기 제1재생기(111)로부터 제공된 중간액이 상기 온수라인(L6)에 의해 가열되어 농용액이 생성되는 제2재생기(131);
    상기 제2재생기(131)에서 분리된 냉매증기가 보조농용액라인(L10)을 통해 제공된 보조농용액에 흡수되어 보조희용액이 생성되는 보조흡수기(132);
    보조희용액라인(L9)을 통해 상기 보조흡수기(132)로부터 제공된 보조희용액이 상기 온수라인(L6)에 의해 가열되어 보조농용액이 생성되는 보조재생기(112); 및
    상기 제1재생기(111) 및 상기 보조재생기(112)에서 분리된 냉매증기가 냉각수라인(L5)에 의해 액상의 냉매로 응축되는 응축기(113);를 포함하되,
    상기 보조희용액라인(L9)에 설치된 보조희용액펌프(P6) 및 상기 보조농용액라인(L10)에 설치된 보조농용액펌프(P7)는, 상기 온수라인(L6)의 온수입구(L6') 부위에 설치된 온수제어밸브(V1)의 개도가 기 설정된 제1개도(op1) 이하로 작아지면, 가동 정지되고,
    상기 냉매라인(L1)에 설치된 냉매펌프(P1)는, 상기 보조희용액펌프(P6) 및 상기 보조농용액펌프(P7)가 가동 정지된 상태에서 상기 냉수라인(L7)의 냉수출구(L7") 부위에 설치된 냉수온도센서(S1)의 온도가 기 설정된 제1온도(t1) 이하로 작아지면, 가동 정지되며,
    상기 희용액라인(L2)에 설치된 희용액펌프(P3), 상기 중간액라인(L3)에 설치된 중간액펌프(P4) 및 상기 농용액라인(L4)에 설치된 농용액펌프(P5)는, 상기 냉수온도센서(S1)의 온도가 상기 제1온도(t1) 이하로 유지되는 시간이 기 설정된 제1시간(pd1) 이상이 되면, 가동 정지되며,
    상기 보조희용액펌프(P6) 및 상기 보조농용액펌프(P7)는, 상기 온수제어밸브(V1)의 개도가 기 설정된 제2개도(op2) 이상으로 커지면, 재가동되되, 상기 제2개도(op2)는 상기 제1개도(op1)보다 소정 정도 크게 설정되고,
    상기 냉매펌프(P1), 상기 희용액펌프(P3), 상기 중간액펌프(P4) 및 상기 농용액펌프(P5)는, 상기 냉수온도센서(S1)의 온도가 기 설정된 제2온도(t2) 이상으로 커지면, 재가동되되, 상기 제2온도(t2)는 상기 제1온도(t1)보다 소정 정도 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수라인(L5)에 설치된 냉각수펌프(P2) 및 상기 냉각수라인(L5)으로 냉각수를 공급하는 냉각팬은, 상기 냉수온도센서(S1)의 온도가 상기 제1온도(t1) 이하로 유지되는 시간이 상기 제1시간(pd1) 이상이 되면, 가동 정지되는 것을 특징으로 하는 저온수 2단 흡수식 냉동기의 저부하 제어시스템.
  3. 삭제
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