KR19990048126A - 흡수식 시스템의 가변 부하 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입열량과 용액 펌프의 펌핑 유량을 동시에 제어토록 한 흡수식 냉난방기의 가변 부하 제어장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 입력 상용 교류전원(AC)을 일정 레벨로 전압강하 하고 그 전압강하 하여 얻어진 교류전원을 일정 레벨의 정전압으로 변환하여 동작전압으로 공급하는 전원공급수단과, 공조 부하의 변동에 따라 버너 입열량을 결정하고 그 결정된 입열량에 따라 유량 가변 제어신호를 발생함과 아울러 펌핑 유량 제어신호를 발생하는 제어수단과, 제어수단에서 출력된 유량 가변 제어신호에 따라 그에 상응하게 유량 비례 제어 밸브를 제어하는 유량가변수단과, 유량가변수단의 제어에 의해 유량의 입력량을 조절하는 유량비례제어밸브와, 제어수단에서 출력된 펌핑 유량 제어신호에 따라 용액 펌프의 펌핑 유량을 제어하는 펌핑유량가변수단으로 구성된다.

Description

흡수식 시스템의 가변 부하 제어장치

본 발명은 흡수식 냉난방기의 가변 부하 제어장치에 관한 것으로, 특히 입열량과 용액 펌프의 펌핑 유량을 동시에 제어토록 한 흡수식 냉난방기의 가변 부하 제어장치에 관한 것이다.

종래의 흡수식 냉난방 시스템의 사이클 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 연소부(1)에서 발생된 열에 의해 농도가 강한 작동용액(암모니아 수용액)으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 발생된 농도가 약한 암모니아 수용액(이하, "약용액"이라 칭함)을 생성하는 재생기(2)와, 상기 재생기(2)에서 얻어진 냉매증기를 실외기(도면상에 미도시)에서 외부공기와 열교환한 후 냉각되는 냉각수를 사용하여 액냉매를 응축시키는 응축기(3)와, 상기 응축기(3)에서 토출되는 액냉매를 실내기(도면상에 미도시)로부터 온도가 상승된 냉수를 사용하여 다시 증발시켜 냉매증기로 만드는 증발기(4)와, 상기 증발기(4)에서 생성된 냉매증기를 약용액이 흡수되도록 연속적인 흡수작용으로 농도가 진한 강용액으로 만드는 흡수기(5)와, 상기 흡수기(5)에서 만들어진 강용액을 상기 재생기(2)로 압송하는 용액펌프(6)로 구성되어져 있다.

이와 같이 구성된 종래의 흡수식 냉난방기의 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 재생기(2)에는 암모니아 수용액이 존재하는데, 재생기(2)에는 암모니아 수용액이 존재하는데, 이 암모니아는 물보다 낮은 온도에서 증발하는 성질이 있다.

따라서, 재생기(2)를 연소부(1)로 가열하면 물과 암모니아가 상호 분리되며, 이때 미쳐 증발하지 못한 암모니아는 물과 엷게 섞인 상태가 되는데, 이때 이러한 상태를 희용액 상태라고 부른다.

한편, 거의 분리되지 않은 상태를 강용액 상태라고 말하며, 분리된 순수한 암모니아는 응축기(3)와 증발기(4)를 거치면서 열교환을 실시하게 된다.

이러한 역할을 하는 암모니아를 냉매라 부른다.

이에 따라, 증발기(4)에서 열교환된 냉수는 실내기(도면상에 미도시)로 유입되어 냉방을 수행하고 온도가 상승되어 들어온 냉수는 열교환을 통해 다시 냉매증기로 증발되어 진다.

한편, 증발기(4)에서 증발된 냉매증기를 흡수기(9)에서는 약용액이 흡수되도록 연속적인 흡수작용으로 농도가 진한 강용액으로 만든다.

그러면, 흡수기(9)에서 만들어진 강용액을 용액펌프(10)를 통해 펌핑되어 고압의 재생기(2)로 압송되어지며, 이러한 과정은 한 사이클로 반복이 된다.

이때의 흡수식 사이클의 P-T-X선도는 도 3에 도시하였다.

여기서, P는 압력이고, T는 온도이며, X는 암모니아농도이다.

이러한 흡수식 시스템은 온-오프형태의 제어를 실시함으로써 시스템이 정상상태에 도달했을 때는 설계 단계에서 하나의 지정된 사이클을 이루면서 운전이 되는데, 이때 용액 펌프는 고정된 힘으로 흡수기에서 재생기로 강용액을 끌어 올려 주기만 한다.

그래서 초기 시동시와 같이 고도상태가 나타나는 영역만 주의해서 설계하면 시스템을 정상상태까지 끌어올리는 데는 별 다른 문제가 없다.

그러나 상기와 같은 종래 흡수식 시스템에 있어서 흡수식 시스템에 있어서 온-오프 제어방식은 하나의 저장된 사이클로만 운전되므로 실내환경에 의한 변화에 적응하기 어려운 문제점이 있었다.

즉, 용액 펌프가 항상 고정된 힘으로 흡수기에서 재생기로 강용액을 끌어올려 주므로 실내 환경의 다양한 변화에 대처가 불가능하다.

예를 들어 사용자가 일정한 온도를 원하는 경우에는 온-오프를 빠른 시간 간격으로 할 수 없는 사이클상의 특성 때문에 제어하고자 하는 온도 부근에서 흔들림이 심하게 발생된다.

즉, 도 2에 도시된 그래프를 통해 알 수 있다.

이러한 문제를 해결하고자 입력되는 열량만을 자동 제어하는 방법으로는 궁극적으로 해결할 수가 없다.

이는 일반 압축식 에어컨과는 달리 사이클을 운전하는데 용액 펌프라는 요소 부품이 하나 더 존재함으로써 발생하는 커플링 때문이다.

즉, 입력량이 바뀜에 따라서 용액 펌프의 펌핑량도 따라서 변화하여야 하기 때문이다.

또한 사용자가 원하는 온도 조건을 만족시키기 위해서는 펌핑 유량을 수동 조절 및 연소 입열량을 가변하는 등 조작 상의 번거로운 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 입열량과 용액 펌프의 펌핑 유량을 동시에 제어토록 한 흡수식 냉난방기의 가변 부하 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 입력 상용 교류전원(AC)을 일정 레벨로 전압강하 하고 그 전압강하 하여 얻어진 교류전원을 일정 레벨의 정전압으로 변환하여 동작전압으로 공급하는 전원공급수단과, 공조 부하의 변동에 따라 버너 입열량을 결정하고 그 결정된 입열량에 따라 유량 가변 제어신호를 발생함과 아울러 펌핑 유량 제어신호를 발생하는 제어수단과, 상기 제어수단에서 출력된 유량 가변 제어신호에 따라 그에 상응하게 유량 비례 제어 밸브를 제어하는 유량가변수단과, 상기 유량가변수단의 제어에 의해 유량의 입력량을 조절하는 유량비례제어밸브와, 상기 제어수단에서 출력된 펌핑 유량 제어신호에 따라 용액 펌프의 펌핑 유량을 제어하는 펌핑유량가변수단으로 이루어진다.

도 1은 종래 흡수식 시스템의 사이클 개략도.

도 2는 종래 흡수식 시스템의 시간에 따른 온도 변화 추이를 나타낸 그래프.

도 3은 종래 흡수식 시스템의 암모니아 농도 변화에 따른 압력과 온도 변화를 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명에 의한 흡수식 시스템의 가변 부하 제어장치의 구성도.

도 5는 도 4에 적용되는 유량가변부의 상세 회로도.

도 6은 도 4에 적용되는 용액펌프의 위상 제어에 따른 그래프를 나타낸 것으로서,

(가)는 입력되는 상용전원(AC)이고, (나)는 제로 위상 검출신호이며,

(다)는 펌핑 유량 제어를 위한 신호이다.

도 7은 본 발명에 의한 흡수식 시스템의 암모니아 농도 변화에 따른 압력과 온도 변화를 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명에 의한 흡수식 시스템의 시간에 따른 온도 변화 추이를 나타낸 그래프.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 전원공급부 102 : 마이컴

103 : 유량가변부 104 : 유량비례제어밸브

105 : 연소부 106 : 펌핑유량가변부

107 : 용액펌프

이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의한 흡수식 냉난방기의 시스템은 도 1과 같은 일반적인 시스템에 도 4와 같은 제어부분을 추가로 부가한다.

여기서, 도 1의 작용은 기존과 동일하며, 본 발명의 실제적인 구성부분은 도 4는 입력 상용 교류전원(AC)을 일정 레벨로 전압강하 하고 그 전압강하 하여 얻어진 교류전원을 일정 레벨의 정전압으로 변환하여 동작전압으로 공급하는 전원공급부(101)와, 공조 부하의 변동에 따라 버너 입열량을 결정하고 그 결정된 입열량에 따라 유량 가변 제어신호를 발생함과 아울러 펌핑 유량 제어신호를 발생하는 마이컴(102)과, 상기 마이컴(102)에서 출력된 유량 가변 제어신호에 따라 그에 상응하게 유량 비례 제어 밸브를 제어하는 유량가변부(103)와, 상기 유량가변부(103)의 제어에 의해 연소부(105)의 유량 입력량을 조절하는 유량비례제어밸브(104)와, 상기 마이컴(102)에서 출력된 펌핑 유량 제어신호에 따라 용액 펌프(107)의 펌핑 유량을 제어하는 펌핑유량가변부(106)로 구성되어져 있다.

상기에서, 상기 유량가변부(103)는 일측에 입력되는 신호를 타측에 입력되는 출력측에서 피이드백된 신호와 비교하고 그 결과치를 출력하는 제 1 증폭기(103a)와, 상기 제 1 증폭기(103a)에서 출력된 신호를 분압하는 분압저항(R3)(R4)과, 상기 분압저항(R3)(R4)에 의해 분압된 신호를 타측에 입력되는 신호와 비교하고 그 결과치를 출력하는 제 2 증폭기(103b)와, 상기 제 2 증폭기(103b)에서 출력된 신호에 따라 스위칭되어 구동전원을 공급/차단하는 스위칭소자(Q1)와, 상기 스위칭소자(Q1)에 연동되어 구동 전원을 평활시키는 평활캐패시터(C1)와 역전류 방지용 다이오드(D1)로 구성되어져 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1과 같은 일반적인 흡수식 시스템을 비례제어하면, 응축기(3)로 가는 암모니아 양이 연소부(1) 입열량의 변화에 따라 변화할 것이며, 아울러 희용액의 농도도 변화를 할 것이다.

하지만 용액펌프(107; 기존의 6)를 일정하게 운전하고 있으므로 재생기(2)로 유입되는 강용약의 양은 변함없다.

즉, 재생기(2)의 수위가 일정하게 유지되지 못할 것이고 결론적으로 시스템의 안정에 악영향을 미치게 된다.

일 예로, 고수위가 되었을 경우를 가정하면, 재생기(2)안에서 거의 100%의 순수한 암모니아를 얻기 위한 열교환기인 정류기(도면상의 미도시)가 용액에 잠김으로써 제 역할을 못하게 되고, 그러므로써 물이 다량 포함된 암모니아가 응축기(3)나 증발기(4)로 흘러가게 되어 시스템에 무리를 가하여 시스템의 효율을 저하시키게 된다.

또한, 저수위의 경우를 가정하면, 재생기(2)가 과열될 위험이 있고 이로 인해 시스템이 큰 타격을 받는 일이 발생하게 된다.

따라서 본 발명은 버너의 입열량 변화에 따라 연동되게 용액 펌프(107)를 가변시켜 이러한 문제점을 제거하면서 전체적인 시스템 효율을 높이고 안정화를 꾀하고자 한다.

이를 구현하기 위한 본 발명의 실시 예를 이하에서 설명한다.

먼저, 연소부(105)의 유량 입열량 가변을 위하여 유량가변부(106)를 두어 유량비례제어밸브(104)를 제어하게 하고, 또한 용액펌프(107)의 펌핑 유량 제어를 위하여 펌핑유량가변부(106)를 두어 공조 부하가 변동할 때도 사이클을 안정화한다.

위의 제어는 공조 부하의 변동에 따라 마이컴(102)이 입열량을 결정하고 그 결정된 입열량에 따라 유량 가변 제어신호를 발생함과 아울러 펌핑 유량 제어신호를 발생하게 된다.

즉, 마이컴(102)은 전원공급부(101)를 통해 공급되는 동작 전원을 입력받아 제로 위상을 검출하여 인터럽트 처리를 실시하되 그 인터럽트가 발생할 때마다 그 시간을 체킹하여 펌핑 유량 제어신호를 발생한다.

그러면, 유량가변부(103)는 상기 마이컴(102)에서 출력된 유량 가변 제어신호에 따라 그에 상응하게 연소부(105)의 입열량을 유량비례제어밸브(104)의 개폐 정도를 제어하여 유량을 조절하게 된다.

즉, 도 5에 도시된 회로를 이용하여 입열량 가변 제어를 유량비례제어밸브(104)의 개폐정도를 지정할 수 있는 형태인 전압으로 출력한다.

다음으로, 용액 펌프(102)의 가변량 결정은 유량비례제어밸브(104)의 개폐정도에 따라 마이컴(102)이 그에 맞게 결정하여 펌핑유량가변부(106)를 제어하여 용액펌프(107)의 펌핑 유량을 제어하게 된다.

여기서, 제로 위상 검출신호는 도 6에 도시된 바와 같이 입력되는 상용전원(AC) 즉, (가)에 도시된 신호를 (나)에 도시된 바와 같은 신호로 검출하게 되고, (다)에 도시된 바와 같은 신호를 발생함으로서 펌핑 유량 제어를 실시한다.

이를 보다 상세히 설명하기 위해 도 7에 도시된 그래프를 참조하여 설명한다.

먼저, 공조 부하가 클 경우에는 시스템을 운전할 때 신속히 그 부하에 대응하여야 하므로 큰 입열량과 그에 따라 압력차를 극복하기 용액펌프도 큰 힘으로 모터를 구동하여 펌핑을 실시한다.

한편, 공조 부하가 작을 경우에는 상기와 같이 큰 입열량과 큰 힘이 필요하도록 펌핑을 하게 되면 사용자가 원하는 온도 부근에서 온도가 흔들리는 도 2와 같은 현상이 발생할 수 밖에 없다.

따라서, 작은 입열량과 그에 따라 압력차도 작게 용액펌프를 구동하여 펌핑의 양도 줄이게 되는 것이다.

이때, 기대되는 제어 결과는 도 8에 도시하였다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 연소부와 용약펌프를 가변시키는 형태의 비례제어를 실시함으로써 시스템의 안정화를 꾀할 수 있는 효과가 있다.

또한, 넓은 폭의 연소 비례제어가 가능하므로 연소용 연료의 절약 및 에너지 소비를 저감시킬 수 있어 에너지의 효율 향상이 가능하며, 실내 온도의 제어 측면에서는 가변폭이 대폭 넓어질 수 있게되어 쾌적감 향상에 큰 영향을 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 입력 상용 교류전원(AC)을 일정 레벨로 전압강하 하고 그 전압강하 하여 얻어진 교류전원을 일정 레벨의 정전압으로 변환하여 동작전압으로 공급하는 전원공급수단과,

   공조 부하의 변동에 따라 버너 입열량을 결정하고 그 결정된 입열량에 따라 유량 가변 제어신호를 발생함과 아울러 펌핑 유량 제어신호를 발생하는 제어수단과,

   상기 제어수단에서 출력된 유량 가변 제어신호에 따라 그에 상응하게 유량 비례 제어 밸브를 제어하는 유량가변수단과,

   상기 유량가변수단의 제어에 의해 유량의 입력량을 조절하는 유량비례제어밸브와,

   상기 제어수단에서 출력된 펌핑 유량 제어신호에 따라 용액 펌프의 펌핑 유량을 제어하는 펌핑유량가변수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 가변 부하 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어수단은 상기 전원공급수단에서 출력되는 동작전압을 입력받아 제로 위상을 검출하여 인터럽트 처리를 실시하되 그 인터럽트가 발생할 때마다 그 시간을 체킹하여 용액 펌프를 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 가변 부하 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유량가변수단은 일측에 입력되는 신호를 타측에 입력되는 출력측에서 피이드백된 신호와 비교하고 그 결과치를 출력하는 제 1 증폭기와, 상기 제 1 증폭기에서 출력된 신호를 분압하는 분압저항과, 상기 분압저항에 의해 분압된 신호를 타측에 입력되는 신호와 비교하고 그 결과치를 출력하는 제 2 증폭기와, 상기 제 2 증폭기에서 출력된 신호에 따라 스위칭되어 구동전원을 공급/차단하는 스위칭소자와, 상기 스위칭소자에 연동되어 구동 전원을 평활시키는 평활캐패시터와 역전류 방지용 다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 가변 부하 제어장치.