KR20100007234A - 냉각 시스템의 고장 진단 장치, 이를 구비하는 냉각 시스템및 냉각 시스템의 고장 진단 방법 - Google Patents

냉각 시스템의 고장 진단 장치, 이를 구비하는 냉각 시스템및 냉각 시스템의 고장 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉매가 응축기, 증발기, 흡수기 및 재생기를 순환하며, 상기 냉매가 상기 응축기 및 증발기에서 각각 열교환 하는 냉각 시스템에서, 상기 응축기와 증발기의 상기 냉매와 각각 열교환 하는 상기 제1 및 제2 유체의 온도 중 적어도 하나를 포함하는 제1 감지인자와, 상기 제1 및 제2 유체와 관련된 인자, 상기 냉매와 관련된 인자 및 상기 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 하나를 포함하는 제2 감지인자를 근거로 상기 냉각 시스템의 고장을 진단하는 방법, 고장 진단 장치 및 이를 구비한 냉각 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 냉각 시스템은 제1 및 제2 유체와 관련된 인자를 각각 감지하도록 설치되는 제1 및 제2 센싱부와, 상기 제1 및 제2 유체, 상기 냉매 및 상기 냉매를 흡수하는 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 하나를 감지하도록 설치되는 제3 센싱부, 및 제1 감지인자 및 제2 감지인자들을 근거로 상기 냉각 시스템의 고장을 판별하는 고장 판별부를 포함한다.

Description

냉각 시스템의 고장 진단 장치, 이를 구비하는 냉각 시스템 및 냉각 시스템의 고장 진단 방법{DIAGNOSTIC EQUIPMENT OF COOLING SYSTEM, COOLING SYSTEM HAVING THE SAME AND DIAGNOSTIC METHOD OF COOLING SYSTEM}
본 발명은 냉매가 응축기, 증발기, 흡수기 및 재생기를 순환하며, 상기 냉매가 상기 응축기 및 증발기에서 각각 열교환 하도록 구성된 냉각 시스템의 고장 진단 장치, 이를 구비하는 냉각 시스템 및 냉각 시스템의 고장 진단 방법에 관한 것이다.
사회가 발전하고 생활 수준이 향상됨에 따라 보다 쾌적한 주거환경과 업무환경에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라 실내 온열환경과 공기의 청정도를 인위적으로 조절할 수 있는 냉동공조설비의 보급이 급속도로 증가하고 있는 실정이다. 공기조화설비를 이루는 열원장치의 하나인 냉동기에 대한 수요도 급속히 증가하고 있으며, 그 결과로 에너지 절약이라는 경제적인 관점과 지구환경보호라는 환경적인 관점에서 냉동기에 대한 관심이 증대하고 있다.
일반적으로 냉동공조설비는 압축식 냉동기를 위주로 이루어져 왔다. 그러나 이는 많은 전력이 소비되므로, 최근에는 가스 등을 이용한 냉동 시스템이 전체 국 가에너지 수급차원에서 매우 효율적인 방안으로 대두되고 있다. 이에 반해 현장에 설치된 흡수식 냉동 시스템의 자세한 사양이나 성능 자료 등은 존재하지 않는 것이 일반적이며, 그 냉각 시스템의 장기 운전에 따른 성능 저하 등을 예측할 수 없는 것이 현실이다.
이러한 냉각 시스템의 성능 저하는 점차적인 고장(Soft failure)로 분류될 수 있다. 냉매누설이나 열교환기의 파울링과 같이 시스템의 기능을 약화시키는 고장도 이에 속한다. 전기적 고장과 같이 시스템의 기능이 정지하는 고장은 전기적 중계기(Relay)나 알람을 통해서 쉽게 진단될 수 있다. 반면, 이러한 점차적인 고장은 진단하기 어려우며, 이는 에너지 손실을 증가시키고 결국 냉각 시스템에 충격을 가중하여 파손까지 발생시킨다.
이와 같이 공조 설비가 부적절하거나 성능이 열화된 상태로 지속적인 운전되는 것을 방지하기 위하여, 이를 적절한 시기에 파악할 수 있는 고장 진단 방법이 고려될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 건물 등에 이미 설치된 냉각 시스템의 고장 진단 장치, 이를 구비하는 냉각 시스템 및 냉각 시스템의 고장 진단 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 일 목적은 고장의 종류를 선정할 수 있는 흡수식 냉각 시스템의 고장 진단 장치, 이를 구비하는 냉각 시스템 및 냉각 시스템의 고장 진단 방법을 제공하는 것에 있다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 냉각 시스템은 냉매가 응축기, 증발기, 흡수기 및 재생기를 순환하며, 냉매가 상기 응축기 및 증발기에서 각각 열교환 한다. 냉각 시스템의 고장 진단 방법은 감지하는 단계와 고장 판별 단계를 포함한다. 감지하는 단계는 상기 응축기와 증발기의 상기 냉매와 각각 열교환 하는 제1 및 제2 유체와 관련된 인자를 감지하고, 상기 냉매 및 상기 냉매를 흡수하는 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 어느 하나를 감지한다. 고장 판별 단계는 제1 감지인자와 제2 감지인자를 근거로 상기 냉각 시스템의 고장을 판별한다. 제1 감지인자는 제1 및 제2 유체의 온도 중 적어도 하나를 포함하고, 제2 감지인자는 제1 및 제2 유체와 관련된 인자, 냉매와 관련된 인자 및 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 감지인자는 제1 유체의 응축기 유입 및 유 출 온도 중 어느 하나와 상기 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 감지인자는 1 유체의 응축기 유입 및 유출 온도 중 다른 하나 또는 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도 중 다른 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 재생기에서 흡수액은 제3 유체와 열교환에 의하여 가열될 수 있다. 제1 감지인자는 재생기의 흡수액과 열교환 하는 제3 유체의 유량과 관련된 인자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 재생기의 흡수액과 열교환 하는 제3 유체는 물일 수 있다. 제2 감지인자는 물의 상기 재생기 유입 및 유출 온도, 냉매의 증발온도, 재생기에서 흡수액의 온도, 흡수기에서 흡수액의 온도 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 재생기의 흡수액과 열교환 하는 제3 유체는 증기일 수 있다. 재생기는 고온재생기와 저온재생기를 포함할 수 있다. 고온재생기는 증기에 의하여 흡수액을 가열하여 기체 상태의 냉매를 발생시킨다. 저온재생기는 고온재생기와 연결되어 기체 상태의 냉매의 응축열로 흡수액을 재가열한다. 제2 감지인자는 증기의 온도, 냉매의 응축 및 증발온도, 저온 및 고온 재생기에서 흡수액의 온도, 흡수기에서 흡수액의 온도 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 재생기에서 흡수액은 연소장치의 연소열에 의하여 가열될 수 있다. 제1 감지인자는 연소장치의 연료의 공급량과 관련된 인자를 더 포함할 수 있다. 재생기는 고온재생기와 저온재생기를 포함할 수 있다. 고온재생기는 연소장치에 의하여 흡수액을 가열하여 기체 상태의 냉매를 발생시킨다. 저온재생기는 고온재생기와 연결되어, 기체 상태의 냉매의 응축열로 흡수액을 재가열한다. 제2 감지인자는 연소장치의 연소가스 온도, 냉매의 응축 및 증발온도, 저온 및 고온 재생기에서 흡수액의 온도, 흡수기에서 흡수액의 온도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 고장 판별 단계는 변수를 지정하는 단계, 연산하는 단계, 비교 결과를 계산하는 단계 및 고장의 유무를 판별하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 변수를 지정하는 단계는 상기 제1 감지인자를 독립변수로 지정하고, 상기 제2 감지인자를 측정 종속변수로 지정한다. 상기 연산하는 단계는 상기 독립변수를 근거로 상기 측정 종속변수에 대응하는 기준 종속변수를 연산한다. 상기 비교 결과를 계산하는 단계는 상기 기준 종속변수를 상기 측정 종속변수와 비교하여 상기 비교 결과를 계산한다. 상기 고장의 유무를 판별하는 단계는 상기 비교 결과를 근거로 고장의 유무를 판별한다. 상기 고장의 유무를 판별하는 단계는 상기 기준 종속변수를 상기 측정 종속변수의 비교 결과를 표준화 거리로 환산하고, 상기 표준화 거리를 거리 기준값과 비교하여 고장의 유무를 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 냉각 시스템의 고장 진단 방법은 고장 선정 단계를 더 포함할 수 있다. 고장 선정 단계는 상기 고장 판별 단계의 상기 비교 결과와 미리 지정된 고장 패턴 테이블을 근거로 상기 고장의 종류에 해당하는 확률을 계산할 수 있다. 또한 상기 계산된 확률값의 크기에 따라 상기 고장의 종류를 선정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 냉각 시스템의 고장 진단 장치 및 그를 구비 하는 냉각 시스템은 제1 내지 제3 센싱부와 고장 판별부를 포함한다. 제1 센싱부는 응축기의 냉매와 열교환 하는 제1 유체의 온도를 감지하도록 설치되고, 제2 센싱부는 증발기의 냉매와 열교환 하는 제2 유체의 온도를 감지하도록 설치된다. 제3 센싱부는 제1 및 제2 유체, 냉매 및 냉매를 흡수하는 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 하나를 감지하도록 설치된다. 고장판별부는 제1 감지인자와 상기 제3 센싱부에서 감지되는 제2 감지인자들을 근거로 상기 냉각 시스템의 고장을 판별한다. 제1 감지인자는 상기 제1 및 제2 유체의 온도 중 적어도 하나를 포함하고, 제2 감지인자는 제1 및 제2 유체와 관련된 인자, 냉매와 관련된 인자 및 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 냉각 시스템의 고장 진단 장치는 상기 제1 및 제2 감지인자들을 근거로 상기 냉각 시스템의 고장의 종류를 선정하는 고장 선정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 제1 및 제2 유체, 흡수액 및 냉매와 관련된 인자를 감지하여 고장을 진단함으로써, 건물 등에 이미 설치된 흡수식 냉각 시스템에서도 고장 진단이 가능하도록 한다.
본 발명은 고장 선정부를 통하여 고장을 진단함으로써, 흡수식 냉각 시스템에서 발생한 고장의 종류를 판단할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명에 관련된 냉각 시스템의 고장 진단 장치, 이를 구비하는 냉각 시스템 및 냉각 시스템의 고장 진단 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 여러 실시예에 따르는 고장 진단 장치(100a, 200a, 300a) 및 이를 구비한 냉각 시스템(100, 200, 300)의 개략적 구성도이다.
도 1을 참조하면, 냉각 시스템(100)은 흡수기(111)와 재생기(112) 및 응축기(113)와 증발기(114)를 포함한다. 냉각 시스템(100)에는 냉매(121)가 흡수기(111)→재생기(112)→응축기(113)→증발기(114)→흡수기(111)를 순환한다.
냉매(121)는 열을 운반하는 유체를 말하며, 예를 들어 H2O 등이 될 수 있다.
증발기(114)에서 발생한 기체 상태인 냉매(121)는 흡수기(111)에서 흡수액(122)에 흡수된다. 흡수액(122)은 냉매(121)를 흡수할 수 있고 재생기(112)로 유입되는 용액을 말하며, 예를 들어 리튬브로마이드(LiBr)수용액 등이 될 수 있다. 흡수액(122)은 냉매(121)를 흡수하여 저농도 용액에서 고농도 용액으로 될 수 있다. 흡수기(111)의 흡수액(122)은 냉각수(131)와 열교환 하도록 형성될 수 있다. 이는 흡수과정에서 발생하는 흡수열을 냉각하기 위함이다.
흡수기(111)의 고농도 용액은 용액펌프(115, Solution Pump)를 통하여 용액 열교환기(116, Solution Heat Exchanger)에서 온도가 상승한 후 재생기(112)로 흘러간다. 재생기(112)에서는 고농도의 용액을 가열한다.
가열에 따라 냉매(121)가 먼저 기화된다. 이는 냉매(121)와 흡수액(122)의 비등점 차이 때문에 발생한다. 이와 같이 재생기(112)에서는 기체 상태의 냉매(121)가 발생하고 흡수액(122)은 저농도 용액이 된다. 고온 저농도의 흡수액(122)은 용액 열교환기(116)에서 냉각된 후 교축밸브(117)를 지나 흡수기(111)로 되돌아온다.
재생기(112)에서 발생한 기체 상태의 냉매(121)는 응축기(113)로 유입된다.
냉매(121)는 응축기(113)에서 제1 유체(132)와 열교환 하게 되며, 이를 통하여 액화된다. 이때 응축기(113)로 유입되는 제1 유체(132)는 냉매(121)로부터 열을 받아 보다 높은 온도로 응축기(113)에서 유출된다. 제1 유체(132)는, 예를 들어 물 등과 같은 액체가 될 수 있다.
제1 유체(132)는 냉각탑(Cooling Tower, 미도시)에서부터 나와 응축기(113)를 냉각한 후 다시 냉각탑으로 가도록 형성될 수 있다. 제1 유체(132)는 흡수기(111)에서 흡수액(122)과 열교환 한 후 응축기(113)로 유입되어 냉매(121)와 열교환하도록 형성될 수도 있다. 이는 흡수기(111)의 냉각수(131)와 응축기(113)의 제1 유체(132)가 동일한 경우이다.
액체 상태로 된 냉매(121)가 팽창밸브(118)를 지나 증발기(114)로 분사되면 급팽창하여 기화한다.
기화되는 냉매(121)는 증발기(114)에서 제2 유체(133)와 열교환 하게 된다. 이 때 증발기(114)로 유입되는 제2 유체(133)는 냉매(121)로 열을 주고 보다 낮은 온도로 증발기(114)에서 유출된다. 기체로 된 냉매(121)는 다시 흡수기(111)로 돌아간다. 제2 유체(133)는, 예를 들어 공기 등과 같은 기체가 될 수 있으며, 이와 같이 낮은 온도, 기체 상태의 제2 유체(133)는 냉각을 위하여 건물 등에 제공되는 찬 공기가 될 수 있다.
일반적으로 흡수식 냉동 시스템은 재생기(112)에서 냉매(121)를 흡수한 흡수액(122)을 가열하는 방식에 따라 분류된다. 도 1을 참조하면, 냉매(121)를 흡수한 흡수액(122)은 제3 유체(134)와 열교환에 의하여 가열된다. 제3 유체(134)는, 예를 들어 물 또는 증기 등이 될 수 있다.
도 2는 이중효용 흡수식 냉동 시스템(200)을 나타낸 것이다.
재생기(212)는 고온재생기(212a)와 저온재생기(212b)로 구분된다. 고온재생기(212a)에서는 제3 유체(234)와 흡수액(222)이 열교환 하여 냉매(221)의 일부분은 기체 상태가 된다. 저온재생기(212b)에서는 기체 상태의 냉매(221)가 일부 응축되면서 응축열을 발생시킨다. 이러한 응축열이 다시 흡수액(222)을 가열하여 냉매(221)의 일부분은 기체 상태가 된다.
고온재생기(212a)로 유입되는 흡수액(222)은 제1 및 제2 용액 열교환기(216a, 216b)를 통하여 온도가 상승한다. 고온재생기(212a)에서 발생하는 고온 저농도의 흡수액(222)은 제1 용액 열교환기(216a)에서 냉각된 후 저온재생기(212b)로 유입된다. 저온재생기(212b)에서 발생하는 저농도의 흡수액은 제2 용액 열교환기(216b)에서 냉각된 후 흡수기(211)로 되돌아온다.
도 3은 흡수액(322)이 연소장치(340)에 의하여 가열되는 흡수식 냉동시스템(300)을 보여준다.
연소장치(340)가 재생기를 연소열에 의하여 가열하도록 배치된다. 본 도면을 참조하면, 연소장치(340)는 고온재생기(312a)를 가열한다.
연소장치(340)는, 예를 들어 연료를 착화하여 발생하는 연소열을 이용하여 재생기를 가열하도록 형성될 수 있다. 연소장치(340)에는 연료의 착화에 의한 연소가스(342)가 발생하며, 연소장치(340)는 연소가스(342)를 배출되도록 형성된다. 연료는, 예를 들어 N.N.G 등의 가스 연료 또는 등유 등의 오일 연료 등이 될 수 있다. 연소장치(340)에는 연료의 공급량을 조절하도록 형성될 수 있다. 도시한 연료 조절 밸브(341)의 개폐 정도에 따라 연료의 공급량을 조절할 수도 있다.
도 4는 본 발명과 관련한 냉각 시스템의 고장 진단 방법의 흐름도이다.
냉각 시스템의 고장 진단 방법은 먼저 고장을 진단하기 위해 필요한 인자를 감지한다(S100).
응축기와 증발기의 냉매와 각각 열교환 하는 제1 및 제2 유체와 관련된 인자를 감지하고, 냉매 및 상기 냉매를 흡수하는 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 어느 하나를 감지한다. 제1 및 제2 유체와 관련된 인자는 제1 및 제2 유체의 온도일 수 있다.
제1 및 제2 유체의 온도 중 적어도 하나를 포함하는 감지인자는 제1 감지인자로 정의되고, 제1 및 제2 유체와 관련된 인자, 냉매와 관련된 인자 및 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 하나를 포함하는 감지인자는 제2 감지인자로 정의된다.
제1 감지인자는 제1 유체의 응축기 유입 및 유출 온도 중 어느 하나와 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제1 감지인자는 제1 유체의 응축기 유입 온도 및 제2 유체의 증발기 유출 온도를 포함할 수도 있 다.
제2 감지인자는 제1 유체의 응축기 유입 및 유출 온도 중 다른 하나 또는 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도 중 다른 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 감지인자가 제1 유체의 응축기 유입 온도 및 제2 유체의 증발기 유출 온도를 포함하면, 제2 감지인자는 제1 유체의 응축기 유출 온도를 포함할 수 있다.
재생기에서 흡수액이 제3 유체와 열교환에 의하여 가열되는 냉각 시스템에서는 제1 감지인자는 재생기의 흡수액과 열교환 하는 제3 유체의 유량과 관련된 인자를 더 포함할 수 있다.
재생기는 재생기로 제3 유체를 공급하는 공급관을 포함할 수 있다. 제3 유체의 유량과 관련된 인자는, 예를 들어 공급관에 설치되는 유량을 제어하는 밸브 개도의 비일 수 있다. 밸브 개도의 비는 밸브가 최대로 열린 상태에 대한 현재 밸브의 열린 정도를 나타낸다.
재생기의 흡수액과 열교환 하는 제3 유체는 물인 냉동시스템에서, 제2 감지인자는 물의 상기 재생기 유입 및 유출 온도, 냉매의 증발온도, 재생기에서 흡수액의 온도, 흡수기에서 흡수액의 온도 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
재생기의 흡수액과 열교환 하는 제3 유체는 증기이고, 재생기는 고온재생기 및 저온재생기를 포함하는 냉동시스템에서, 제2 감지인자는 증기의 온도, 냉매의 응축 및 증발온도, 저온 및 고온재생기에서 흡수액의 온도, 흡수기에서 흡수액의 온도 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
재생기에서 흡수액이 연소장치의 연소열에 의하여 가열되는 냉각 시스템에서 는 제1 감지인자는 연소장치의 연료의 공급량과 관련된 인자를 더 포함할 수 있다. 연료의 공급량과 관련된 인자는, 예를 들어 연료 조절 밸브의 개도의 비가 될 수 있다. 재생기는 고온재생기 및 저온재생기를 포함할 수 있으며, 고온재생기에서는 연소장치에 의하여 흡수액이 가열되어 기체 상태의 냉매가 발생한다.
제2 감지인자는 연소장치의 연소가스 온도, 냉매의 응축 및 증발온도, 저온 및 고온재생기에서 흡수액의 온도, 흡수기에서 흡수액의 온도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음은 이러한 제1 및 제2 감지인자들을 근거로 냉각 시스템의 고장을 판별한다(S200). 고장은 제1 감지인자들을 근거로 연산된 기준값과 제2 감지인자를 비교하고, 상기 비교 결과를 근거로 판별한다. 이러한 고장을 판별하는 방법(S200)을 이하 구체적으로 설명한다.
제1 감지인자들을 독립변수로 지정하고, 제2 감지인자를 측정 종속변수로 지정한다. 이러한 변수의 지정은 냉각 시스템의 구성 형태에 따라 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 재생기의 흡수액과 열교환 하는 제3 유체는 물인 냉동시스템에서, 독립변수로 제1 유체의 응축기 유입온도, 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도가 될 수 있다. 종속변수로 제1 유체의 응축기 유출온도, 물의 재생기 유입 및 유출 온도, 냉매의 증발온도, 재생기에서 흡수액의 온도 및 흡수기에서 상기 흡수액의 온도가 될 수 있다.
예를 들어, 재생기의 흡수액과 열교환 하는 제3 유체는 증기인 냉동시스템에 서, 독립변수로 제1 유체의 응축기 유입온도, 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도가 될 수 있다. 종속변수로 증기의 온도, 냉매의 응축 및 증발온도, 저온 및 고온재생기에서 흡수액의 온도 및 흡수기에서 흡수액의 온도가 될 수 있다.
또한 재생기의 흡수액과 제3 유체가 열교환 하는 냉동시스템에서, 독립변수로 제1 유체의 응축기 유입 온도, 제2 유체의 증발기 유출 온도 및 제3 유체의 유량을 제어하는 밸브 개도의 비가 될 수 있다.
예를 들어, 재생기에서 흡수액이 연소장치의 연소열에 의하여 가열되는 냉동시스템에서, 독립변수로 제1 유체의 응축기 유입온도, 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도가 될 수 있다. 종속변수로 연소장치의 연소가스 온도, 냉매의 응축 및 증발온도, 저온 및 고온재생기에서 흡수액의 온도 및 흡수기에서 흡수액의 온도가 될 수 있다.
또한 재생기에서 흡수액이 연소장치의 연소열에 의하여 가열되는 냉동시스템에서, 독립변수로 제1 유체의 응축기 유입 온도, 제2 유체의 증발기 유출 온도 및 연소장치의 연료의 공급량을 제어하는 조절 밸브 개도의 비가 될 수 있다.
다음은, 독립변수를 근거로 측정 종속변수에 대응하는 기준 종속변수를 연산한다(S210).
기준 종속변수을 연산하기 위하여 정상상태 기준 모델을 정의한다. 정상상태 기준 모델은, 예를 들어 식(1)과 같이 2차 다항식 모델이 될 수 있다.
Figure 112008050185933-PAT00001
X: 종속변수
a0~a9: 정상상태 기준 모델 계수
A~C: 독립변수
고장이 없는 정상상태에서 임의의 독립변수의 값에 따른 다항식 모델을 완성하기 위한 측정한 종속변수의 값들을 식(1)에 대입하여 10개 이상의 식을 세운다. 이를 통하여 10개의 계수가 구해질 수 있으며, 계수를 다시 식(1)에 대입함으로써 식(1)이 완성된다. 완성된 식(1)에 임의의 독립변수의 값을 대입하면 그에 따른 종속변수의 값이 계산된다. 이렇게 계산되는 값들이 기준 종속변수가 된다.
초기에 냉각 시스템이 가동되면, 비정상상태 운전을 하게 된다. 또한 정상상태에서도 주위 환경이나 센서 등의 오차가 발생할 수 있다. 따라서 다항식 모델을 완성하기 위한 측정한 종속변수의 값들은 선형회귀분석 등을 통하여 일정한 조건을 만족하는 경우에만 정상상태의 데이터로 하는 것이 바람직하다. 식(2)는 선형회귀분석의 일 예를 나타낸 식이다.
Figure 112008050185933-PAT00002
a': 측정자료의 선형회귀분석의 기울기
σs: 기준 표준편차
t: 측정시간
다음은, 기준 종속변수와 측정 종속변수의 비교 결과가 계산된다(220).
냉각 시스템의 임의의 상태에 대하여 독립변수와 측정 종속변수의 값들이 측정된다. 이때 기준 종속변수가 독립변수의 값이 식(1)에 대입됨에 따라 계산된다. 이렇게 측정 또는 계산되는 측정 종속변수와 기준 종속변수가 비교된다. 측정 종속변수와 기준 종속변수의 차가 비교 결과로 될 수도 있다.
마지막으로 비교 결과를 근거로 고장의 유무가 판별된다(S230).
고장의 유무를 판별하기 위하여, 기준 종속변수와 측정 종속변수의 비교 결과가 표준화 거리로 환산된다.
표준화 거리는, 예를 들어 식(3)를 통하여 계산할 수 있으며, 고장의 유무는 표준화 거리를 비교 기준값과 비교하여 결정된다. 비교 기준값은 실험적으로 계산될 수 있다.
Figure 112008050185933-PAT00003
dx: 표준화 거리
R: 기준 종속변수와 측정 종속변수의 비교결과
Σ: 고장이 없는 정상상태의 측정 자료의 공분산 행렬
예를 들어 표준화 거리가 3 이상으로 계산되면, 고장은 발생한 것으로 될 수 있다.
냉각 시스템의 고장 진단 방법에는 고장을 선정하는 단계(S300)가 더 포함될 수 있다. 고장 선정 단계(S300)는 고장이 발생한 것으로 결정된 경우에만 실행될 수도 있다.
고장 선정 단계에서는 제1 및 제2 감지인자들을 근거로 냉각 시스템의 고장의 종류가 선정된다. 고장의 종류는 비교 결과를 근거로 각각의 고장의 종류에 해당하는 확률을 계산하고, 계산된 확률값의 크기에 따라 선정될 수 있다. 또한 확률값의 크기에 따라 고장의 진행 정도가 판단될 수 있다.
확률값은 고장의 종류와 제2 감지인자에 각각 해당되는 해당값이 지정된 고장 패턴 테이블을 근거로 계산될 수 있다.
식(4)는 현재의 고장이 j번째 고장에 속할 확률값을 계산하는 일 예이며, 여기서 Cjk값은 고장 패턴 테이블을 근거로 선정될 수 있다.
Figure 112008050185933-PAT00004
wj: 현재의 고장이 j번째 고장에 속할 확률값
Cjk: 고장 패턴 테이블에 의해 선정되는 값
R(k): k번째 기준 종속변수와 k번째 측정 종속변수의 비교결과
Σ(k,k): k번째 측정 종속변수의 분산값
고장 패턴 테이블은 예를 들어 아래의 표(1)과 같이 형성될 수 있다.
Figure 112008050185933-PAT00005
표(1)에서 X1 내지 X7은 지정된 종속변수를 의미한다. 종속변수의 수와 같은 X가 결정될 수 있다. 응축기 또는 증발기의 파울링이란 응축기 또는 증발기 내에 이물질이 부착된 경우를 말한다. 냉매 오염이란 예를 들어, 응축기로 유입되는 냉매에 흡수액이 포함되는 경우를 말한다. 화살표 ↑는 해당 기준 종속변수와 측정 종속변수의 비교결과가 커지는 방향으로 진행되는 경우이고, ↓로 표기된 화살표는 상기 비교결과가 작아지는 방향으로 진행되는 경우이다.
계산된 각 고장의 종류에 해당하는 확률값을 상호 비교하여 고장의 종류가 선정될 수 있다. 확률값이 클수록 각 고장의 종류에 해당한다는 것이 결정될 수 있다. 또한 확률값이 클수록 고장이 보다 많이 진행되었다는 것이 판단될 수 있다. 고장의 진행에 대한 비교 기준값은 실험적 또는 시뮬레이션으로 구해질 수 있으며, 비교결과를 토대로 고장의 진행의 정도가 결정될 수도 있다.
이하 상기 설명한 냉각 시스템의 고장 진단 방법을 적용한 고장 진단 장치(100a, 300a) 및 이를 구비한 냉각 시스템들(100, 300)을 설명한다.
다시 도 1을 참조하면, 고장 진단 장치(100a) 및 이를 구비한 냉각 시스템(100)에는 제1 및 제2 유체(132, 133)와 관련된 인자를 각각 감지하도록 제1 및 제2 센싱부(152, 153)가 설치된다.
제1 센싱부(152)는 제1 유체(132)의 응축기(113) 유입 및 유출 온도 중 어느 하나를 감지하도록 설치될 수 있다. 제2 센싱부(153) 제2 유체(140)의 증발기(114) 유입 및 유출 온도 중 어느 하나를 감지하도록 설치될 수 있다.
냉각 시스템(100)에는 제1 및 제2 유체(132, 133), 냉매(121), 흡수액(122)과 관련된 인자 중 적어도 하나를 감지하도록 제3 센싱부(154)가 설치된다. 또한 제3 센싱부(154)는 제3 유체(134)와 관련된 인자를 감지하도록 형성될 수도 있다. 제1 내지 제3 유체(132, 133, 134), 냉매(121) 및 흡수액(122)과 관련된 인자는 온도가 될 수 있다. 이의 측정을 위하여 감지를 원하는 지점에 설치되는 복수의 온도센서가 설치될 수 있다. 본 도면은 재생기(112)의 흡수액(122)의 온도를 측정하는 온도 센서(154a), 제1 유체(132)의 응축기(113) 유출 온도를 측정하는 온도 센서(154b) 및 제3 유체(134)의 온도를 측정하는 온도 센서(154c) 등을 예시하고 있 다.
제1 내지 제3 센싱부(152, 153, 154)는 고장 판별부(161)와 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 센싱부(152, 153)에서 감지되는 값들은 제1 감지인자에 포함된다. 제1 감지인자에는 제3 유체(134)의 유량에 관련한 인자, 예를 들어 유량을 제어하는 밸브 개도의 비가 포함될 수 있다. 제3 센싱부(151)에서 감지되는 값은 제2 감지인자에 포함될 수 있다.
고장 판별부(161)는 제1 감지인자와 제2 감지인자들을 근거로 냉각 시스템(100)의 고장을 판별한다.
상기 설명한 제1 내지 제3 센싱부(152, 153, 154) 및 고장 판별부(161)는 고장 진단 장치(100a)를 형성하며 및 이를 구비한 냉각 시스템들(100)이 구성될 수 있다. 고장 진단 장치(100a) 및 이를 구비한 냉각 시스템들(100)에는 고장 선정부(162)를 더 포함할 수 있다.
고장 판별부(161)는 고장 선정부(162)와 전기적으로 연결될 수 있다. 고장 선정부(162)는 제1 및 제2 감지인자들을 근거로 냉각 시스템(100)의 고장의 종류를 선정한다. 이러한 고장 선정부(162)는 고장 판별부(161)에서 고장이 판별된 경우만 작동하도록 될 수도 있다.
고장 진단 장치(100a) 및 이를 구비한 냉각 시스템들(100)에는 고장 신호 출력부(163)를 더 포함할 수 있다. 고장 선정부(162)는 고장 신호 출력부(163)와 전기적으로 연결될 수 있다. 고장 신호 출력부(163)는 고장 선정부(162)에서 선정된 고장의 종류를 영상/음성 신호로 출력할 수 있도록 형성된다. 고장 신호 출력 부(163)는 고장 판별부(161)와 전기적으로 연결되어 고장 유무의 결정을 외부에서 인지하도록 형성될 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 고온재생기(212a)에 제3 유체(234)의 온도를 측정하는 온도 센서(254c)가 설치될 수 있다. 고온재생기(212a) 및 저온재생기(212b)의 흡수액(222)의 온도를 측정하는 각각의 온도 센서(254a, 254a')가 설치될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 냉각 시스템(300)에 제1 및 제2 유체(332, 333), 냉매(321), 흡수액(322)과 관련된 인자 중 적어도 하나를 감지하도록 제3 센싱부가 설치된다. 제3 센싱부는 연소장치(340)의 연소가스(342)와 관련된 인자를 감지하도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 유체(332, 333), 냉매(321) , 흡수액(322) 및 연소가스(342)과 관련된 인자는 온도가 될 수 있다. 이의 측정을 위하여 감지를 원하는 지점에 설치되는 복수의 온도센서가 설치될 수 있다. 본 도면은 재생기(312)의 흡수액(322)의 온도를 측정하는 온도 센서(354a), 제1 유체(332)의 응축기(313) 유출 온도를 측정하는 온도 센서(354b) 및 연소가스(342)의 온도를 측정하는 온도 센서(354c) 등을 예시하고 있다.
제1 및 제2 센싱부(352, 353)에서 감지되는 값들은 제1 감지인자에 포함된다. 제1 감지인자에는 연소장치(340)의 착화 연료의 공급량에 관련한 인자, 예를 들어 연료의 공급량을 제어하는 제어 밸브(341) 개도의 비가 포함될 수 있다. 제3 센싱부(351)에서 감지되는 값은 제2 감지인자에 포함될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조한 실시예에서 고장 판별부(261, 361), 고장 선정부(262, 362) 및 고장 신호 출력부(263, 363) 등의 구성 및 역할은 도 1을 참조한 실시예와 동일·유사하며 이는 별도 설명이 없어도 당업자라면 충분히 이해할 것이다.
상기와 같은 냉각 시스템의 고장 진단 장치, 이를 구비하는 냉각 시스템 및 냉각 시스템의 고장 진단 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 냉각 시스템의 개략적 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 냉각 시스템의 개략적 구성도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 냉각 시스템의 개략적 구성도.
도 4는 본 발명과 관련한 냉각 시스템의 고장 진단 방법의 흐름도.

Claims (20)

  1. 냉매가 응축기, 증발기, 흡수기 및 재생기를 순환하며, 상기 냉매가 상기 응축기 및 증발기에서 각각 열교환 하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법에 있어서,
    (a) 상기 응축기와 증발기의 상기 냉매와 각각 열교환 하는 제1 및 제2 유체와 관련된 인자를 감지하고, 상기 냉매 및 상기 냉매를 흡수하는 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 어느 하나를 감지하는 단계; 및
    (b) 제1 감지인자와 제2 감지인자를 근거로 상기 냉각 시스템의 고장을 판별하는 고장 판별 단계를 포함하고,
    상기 제1 감지인자는 상기 제1 및 제2 유체의 온도 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제2 감지인자는 상기 제1 및 제2 유체와 관련된 인자, 상기 냉매와 관련된 인자 및 상기 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 하나를 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 감지인자는,
    상기 제1 유체의 응축기 유입 및 유출 온도 중 어느 하나; 및
    상기 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도 중 어느 하나를 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 감지인자는,
    상기 제1 유체의 응축기 유입 및 유출 온도 중 다른 하나; 또는
    상기 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도 중 다른 하나를 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재생기에서 상기 흡수액은 제3 유체와 열교환에 의하여 가열되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 감지인자는 상기 재생기의 상기 흡수액과 열교환 하는 제3 유체의 유량과 관련된 인자를 더 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 재생기의 상기 흡수액과 열교환 하는 제3 유체는 물이고,
    상기 제2 감지인자는 상기 물의 상기 재생기 유입 및 유출 온도, 상기 냉매의 증발온도, 상기 재생기에서 상기 흡수액의 온도, 상기 흡수기에서 상기 흡수액의 온도 중 적어도 하나를 더 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 재생기의 상기 흡수액과 열교환 하는 제3 유체는 증기이고,
    상기 재생기는,
    증기에 의하여 상기 흡수액을 가열하여 기체 상태의 냉매를 발생시키는 고온재생기; 및
    상기 고온재생기와 연결되어, 상기 기체 상태의 냉매의 응축열로 상기 흡수액을 재가열하는 저온재생기를 포함하고,
    상기 제2 감지인자는 상기 증기의 온도, 상기 냉매의 응축 및 증발온도, 상기 저온 및 고온재생기에서 상기 흡수액의 온도, 상기 흡수기에서 상기 흡수액의 온도 중 적어도 하나를 더 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 재생기에서 상기 흡수액은 연소장치의 연소열에 의하여 가열되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  9. 제9항에 있어서,
    상기 제1 감지인자는 상기 연소장치의 연료의 공급량과 관련된 인자를 더 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 재생기는,
    상기 연소장치에 의하여 상기 흡수액을 가열하여 기체 상태의 냉매를 발생시키는 고온재생기; 및
    상기 고온재생기와 연결되어, 상기 기체 상태의 냉매의 응축열로 상기 흡수액을 재가열하는 저온재생기를 포함하고,
    상기 제2 감지인자는 상기 연소장치의 연소가스 온도, 상기 냉매의 응축 및 증발온도, 상기 저온 및 고온재생기에서 상기 흡수액의 온도, 상기 흡수기에서 상기 흡수액의 온도 중 적어도 하나를 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고장 판별 단계는,
    상기 제1 감지인자를 근거로 연산된 기준값과 제2 감지인자를 비교하고, 상기 비교 결과를 근거로 고장을 판별하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고장 판별 단계는,
    (a) 상기 제1 감지인자를 독립변수로 지정하고, 상기 제2 감지인자를 측정 종속변수로 지정하는 단계;
    (b) 상기 독립변수를 근거로 상기 측정 종속변수에 대응하는 기준 종속변수 를 연산하는 단계;
    (c) 상기 기준 종속변수를 상기 측정 종속변수와 비교하여 상기 비교 결과를 계산하는 단계; 및
    (d) 상기 비교 결과를 근거로 고장의 유무를 판별하는 단계를 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 고장의 유무를 판별하는 단계는,
    상기 기준 종속변수와 상기 측정 종속변수의 비교 결과를 표준화 거리로 환산하고, 상기 표준화 거리를 거리 기준값과 비교하여 고장의 유무를 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 감지인자들을 근거로 상기 냉각 시스템의 고장의 종류를 선정하는 고장 선정 단계를 더 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고장 판별 단계는,
    상기 제1 감지인자를 근거로 연산된 기준값과 제2 감지인자를 비교하고, 상기 비교 결과를 근거로 고장을 판별하고,
    상기 고장 선정 단계는,
    상기 비교 결과를 근거로 상기 고장의 종류에 해당하는 확률을 계산하고, 상기 계산된 확률값의 크기에 따라 상기 고장의 종류를 선정하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 확률값은
    상기 고장의 종류와 상기 제2 감지인자에 각각 해당되는 해당값이 지정된 고장 패턴 테이블을 근거로 계산되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 고장 진단 방법.
  17. 냉매가 응축기, 증발기, 흡수기 및 재생기를 순환하며, 냉매가 상기 응축기 및 증발기에서 각각 열교환 하는 냉각 시스템의 고장 진단 장치에 있어서,
    상기 응축기와 증발기의 상기 냉매와 각각 열교환 하는 제1 및 제2 유체와 관련된 인자를 각각 감지하도록 설치되는 제1 및 제2 센싱부;
    상기 제1 및 제2 유체, 상기 냉매 및 상기 냉매를 흡수하는 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 하나를 감지하도록 설치되는 제3 센싱부; 및
    제1 감지인자 및 제2 감지인자들을 근거로 상기 냉각 시스템의 고장을 판별하는 고장 판별부를 포함하고,
    상기 제1 감지인자는 상기 제1 및 제2 유체의 온도 중 적어도 하나를 포함하 고,
    상기 제2 감지인자는 상기 제1 및 제2 유체와 관련된 인자, 상기 냉매와 관련된 인자 및 상기 흡수액과 관련된 인자 중 적어도 하나를 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 감지인자는,
    상기 제1 유체의 응축기 유입 및 유출 온도 중 어느 하나; 및
    상기 제2 유체의 증발기 유입 및 유출 온도 중 어느 하나를 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 감지인자들을 근거로 상기 냉각 시스템의 고장의 종류를 선정하는 고장 선정부를 더 포함하는 냉각 시스템의 고장 진단 장치.
  20. 냉매가 응축기, 증발기, 흡수기 및 재생기를 순환하며, 냉매가 상기 응축기 및 증발기에서 각각 열교환 하는 냉각 시스템에 있어서,
    상기 냉각 시스템의 고장을 진단하도록 제17항 내지 제19항의 고장 진단 장치를 포함하는 냉각 시스템.
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