KR20220129887A - 흡수식 칠러 - Google Patents

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KR20220129887A
KR20220129887A KR1020210034771A KR20210034771A KR20220129887A KR 20220129887 A KR20220129887 A KR 20220129887A KR 1020210034771 A KR1020210034771 A KR 1020210034771A KR 20210034771 A KR20210034771 A KR 20210034771A KR 20220129887 A KR20220129887 A KR 20220129887A
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이흥주
조용선
이재서
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 칠러는 냉매를 분사하는 냉매분사부를 구비하고, 상기 냉매분사부를 통해 분사된 냉매와 냉수를 열교환시키는 증발기; 상기 증발기로부터 기상 냉매가 공급되며, 냉각수가 통과하는 흡수기; 상기 증발기 내로 상기 냉매가 주입되도록 상기 냉매분사부에 연결되는 순환라인과 상기 흡수기를 연결하고, 제1밸브를 구비하는 연결라인; 상기 흡수기로부터 공급된 흡수액을 가열시키는 재생기; 상기 재생기에서 생성된 기상 냉매가 공급되고 냉각수가 통과하는 응축기; 상기 증발기의 상태 및 상기 액상 냉매의 상태에 따라 상기 액상 냉매의 오염도를 판단하여 상기 제1 밸브를 개폐하여 상기 증발기의 액상 냉매를 상기 흡수기로 흘리는 제어부를 포함하는 흡수식 칠러를 제공한다. 따라서, 냉매에 흡수액이 혼합되어 있는지 여부를 판단할 때, 온도와 압력에 의해 판단하여 블로우 다운을 수행할 수 있다. 따라서, 운영자가 직접 냉매를 추출하지 않고, 자동으로 주기적으로 신호를 감지하여 블로우다운을 수행함으로써 칠러가 항상 최적의 상태를 유지할 수 있다.

Description

흡수식 칠러{ABSORBED CHILLER}
본 발명은 흡수식 칠러에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 냉매에 흡수액의 혼입 정도를 자동으로 감지하여, 재생기를 통해 냉매로부터 흡수액을 분리할 수 있는 흡수식 칠러에 관한 것이다.
흡수식 칠러는 별도의 압축기 없이 냉매와 냉수를 열교환시켜서 냉수를 냉각시키기 위한 장치이다.
도 1은 일반적인 흡수식 칠러(1)에 대한 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 흡수식 철러(1)는 냉매와 냉수를 열교환시키는 증발기(2), 상기 증발기(2)에서 증발된 기상 냉매를 흡수액을 통해 흡수시키는 흡수기(3), 흡수기(3)에서 공급된 흡수액으로부터 기상 냉매를 분리하기 위한 재생기(4) 및 상기 재생기(4)에서 분리된 기상 냉매와 냉각수를 열교환시켜서 기상 냉매를 응축시키는 응축기(5)를 포함한다.
상기 증발기(2)와 상기 흡수기(3)는 하나의 쉘(shell)을 통해 구현될 수 있으며, 상기 재생기(4)와 상기 응축기 (5) 역시 하나의 쉘을 통해 구현될 수 있다.
상기 흡수식 칠러(1)의 사이클을 설명하면 아래와 같다.
흡수기(3)에서 나온 저농도 흡수액(즉, 기상 냉매를 상대적으로 많이 함유하는 흡수액)은 저농도 배관(3')을 통해 재생기(4)로 공급된다.
재생기(4)에서 저농도 흡수액이 가열되면, 저농도 흡수액으로부터 기상 냉매가 분리된다. 기상 냉매가 분리된 고농도 흡수액(즉, 기상 냉매를 상대적으로 적게 함유하는 흡수액)은 고농도 배관(4')을 통해 흡수기(3)로 다시 공급된다.
상기 흡수기(3) 내로 냉각수 배관(7)이 통과하며, 상기 냉각수 배관(7)은 상기 흡수기(3) 내의 온도를 낮춰서 흡수액에 의한 기상 냉매의 흡수 효율을 증가시킨다.
상기 재생기(4)에서 저농도 흡수액으로부터 분리된 기상 냉매는 상기 재생기(4) 일측에 구비되는 응축기(5)로 공급된다.
상기 응축기(5)는 기상 냉매와 냉각수를 열교환시켜서 기상 냉매를 응축시키도록 형성된다.
예를 들어, 상기 응축기(5) 내로 냉각수 배관(6)이 통과하며, 상기 냉각수 배관(7)은 응축기(5) 내의 기상 냉매와 열교환된다.
상기 응축기(5)에서 응축된 액상 냉매는 고압 배관(5')을 통해 증발기(2)로 공급되고, 증발기(2) 내에서 액상 냉매와 냉수가 열교환된다.
예를 들어, 상기 증발기(2) 내로 냉수 배관(6)이 통과하며, 상기 냉수 배관(6)과 액상 냉매가 열교환하여, 냉수를 냉각시킨다.
증발기(2)에서 액상 냉매의 증발에 의해 생성된 기상 냉매는 상기 증발기(2) 일측의 흡수기(3)로 공급된다.
상기 증발기(2)와 상기 흡수기(3) 사이에는 증발기(2)로부터의 기상 냉매는 상기 흡수기(3)로 공급되고, 상기 흡수기(3) 내의 흡수액은 상기 증발기(2)로 공급되지 않도록 하기 위한 엘리미네이터(9)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 엘리미네이터(9)는 상기 증발기(2)에서 생성된 기상 냉매를 상기 흡수기(3)를 향해 통과시키고, 상기 흡수기(3)에 공급되는 흡수액의 상기 증발기(2)로의 유입을 방지하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 증발기(2)와 상기 흡수기(3) 사이에 상기 엘리미네이터(9)가 구비되더라도, 상기 흡수기(3) 내의 흡수액이 증발기(2)로 유입되는 것을 완전히 방지하기는 어렵다.
즉, 흡수식 칠러(1)의 운전 중에 흡수기(3) 내의 흡수액이 상기 증발기(2) 내로 조금씩 유입될 수 있다. 흡수액이 증발기(2) 내로 유입되면, 증발 성능(즉, 냉수의 냉각 성능)이 저하될 뿐만 아니라, 흡수식 칠러(1) 전체의 운전 효율이 저하될 수 있다.
종래의 흡수식 칠러(1)의 경우, 흡수식 칠러(1)의 운전 효율 또는 냉수의 냉각 성능이 저하될 때, 증발기(2) 내의 액상 냉매를 일부 추출하여, 냉매에 흡수액이 혼합되어 있는지 여부를 판단했다.
그러나, 흡수식 칠러의 운전 효율 또는 냉수의 냉각 성능의 저하가 반드시 냉매에 혼입된 흡수액 때문이라고 단정하기 어렵고, 종래의 흡수식 칠러(1)의 경우, 냉매에 흡수액이 혼합되어 있는지 여부를 판단하기 위해서는 증발기(2) 내의 액상 냉매의 일부를 추출한다.
또한, 종래의 흡수식 칠러(1)의 경우, 냉매에 흡수액이 설정된 양 이상 혼합된 것으로 판단되면, 블로우 밸브(8)를 개방하여 증발기(2) 내의 액냉매의 일부를 흡수기(3)로 공급한다.
이 경우, 증발기(2) 내의 액냉매의 일부는 흡수기(3)로 공급되나 나머지 액냉매는 다시 증발기(2) 상측에서 증발기 내로 공급되므로, 냉매로부터 흡수액의 분리가 완전히 이루어지지 않은 상태로 냉매가 흡수식 칠러(1)를 순환하게 되는 문제점이 있다.
또한, 이와 같은 흡수식 칠러의 블로우다운에 대하여, 한국특허 10-1809963 호는 운전자가 직접 냉매를 샘플링하고, 비중을 측정하여 오염 냉매 정도를 판단한 뒤 블로우다운을 수행함으로써 전기적 신호를 통해 밸브가 자동으로 온오프를 수행하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 대하여는 블로우 다운이 시작되면 칠러 전체의 동작이 중단되고, 이에 따라 냉매 전체가 흡수기(3)로 이동된 후 다시 소정 레벨까지 채워지는 시간동안 효율이 매우 낮은 상태로 구동되거나 휴지된다. 따라서, 칠러의 동작 연속성이 저하됨으로써, 전체 시스템에서 통합 제어가 어렵고, 정상 효율이 될때까지의 복귀 시간이 매우 길어져 효율이 낮아지는 문제가 있다.
또한, 한국 특허출원 10-2011-0135144호에서는 냉매의 오염이 진행되면 오염된 냉매의 비중은 증가하는 바, 부력이 상승하게 되어, 그에 다라 상승하는 플로트를 구비하고, 플로트의 상승에 의해 자동밸브를 오픈하게 되어 블로우다운 운전을 수행하는 것이 개시되어 있다.
이와 같은 블로우다운은 증발기에 냉매가 흡수액으로 오염될 경우 오염된 냉매의 포화온도가 상승하여 냉동기 성능 저하에 영향을 줄 때, 증발기의 오염된 냉매를 흡수기로 전량 이송시켜 재생시키고 응축된 순수한 냉매를 다시 증발기에 모으는 작업으로 정의된다.
이와 같은 냉매의 블로우다운 운전이 진행됨에 따라서 냉매는 서서히 오염이 해소되며 부력은 서서히 감소하게 된다. 따라서 플로트는 저부에 위치하여 자동밸브에 밸브 클로즈 신호를 송출하여 냉매 블로우다운 운전을 정지하게 된다.
그러나, 이와 같은 선행 문헌은 플로트의 부력을 통한 자동밸브 오픈 신호를 송출하기 때문에 냉매의 유동 효과에 따라 플로트 밸브가 헌팅할 수도 있다. 또한 밸브의 링크부분에 부식에 의한 고착이나 이물질이 끼었을 경우 오작동할 가능성이 있다.
한국특허 10-1809963 (2018.01.18. 공고) 한국특허 10-2011-0135144 (2013.06.26. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 냉매에 흡수액이 혼합되어 있는지 여부를 판단할 때, 온도와 압력에 의해 판단하여 블로우 다운을 수행할 수 있는 흡수식 칠러를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 운영자가 직접 냉매를 추출하지 않고, 자동으로 주기적으로 신호를 감지하여 블로우다운을 수행할 수 있는 블로우다운 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 냉매를 분사하는 냉매분사부를 구비하고, 상기 냉매분사부를 통해 분사된 냉매와 냉수를 열교환시키는 증발기; 상기 증발기로부터 기상 냉매가 공급되며, 냉각수가 통과하는 흡수기; 상기 증발기 내로 상기 냉매가 주입되도록 상기 냉매분사부에 연결되는 순환라인과 상기 흡수기를 연결하고, 제1밸브를 구비하는 연결라인; 상기 흡수기로부터 공급된 흡수액을 가열시키는 재생기; 상기 재생기에서 생성된 기상 냉매가 공급되고 냉각수가 통과하는 응축기; 상기 증발기의 상태 및 상기 액상 냉매의 상태에 따라 상기 액상 냉매의 오염도를 판단하여 상기 제1 밸브를 개폐하여 상기 증발기의 액상 냉매를 상기 흡수기로 흘리는 제어부를 포함하는 흡수식 칠러를 제공한다.
상기 증발기의 일측에는 상기 증발기 내의 압력을 감지하는 압력 센서가 배치되어 상기 증발기 내부의 압력 정보를 주기적으로 상기 제어부에 전송할 수 있다.
상기 냉매분사부에 연결되는 상기 순환라인 상에 상기 증발기로부터 토출되는 온도 센서가 배치되어, 상기 증발기로부터 토출되는 토출 냉매의 온도 정보를 주기적으로 상기 제어부에 전송할 수 있다.
상기 제어부는 상기 증발기의 압력 정보에 따라 이상 냉매의 포화 온도를 산출하고, 상기 이상 냉매의 포화 온도와 상기 토출 냉매의 온도의 차에 따라 상기 냉매의 오염도를 판단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 이상 냉매의 포화 온도와 상기 토출 냉매의 온도의 차가임계값보다 크면 상기 제1 밸브를 개방하여 블로우다운 운전을 수행할 수 있다.
상기 제어부는 블로우다운 운전을 임계시간동안 수행한 후 상기 제1 밸브를 폐쇄하여 상기 블로우다운 운전을 종료할 수 있다.
상기 흡수식 칠러는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 제1 밸브를 개폐하는 스위치 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 블로우다운 운전을 종료하기 전에 현재의 증발기의 압력 정보와 상기 냉매의 온도 정보를 읽어들여, 상기 이상 냉매의 포화 온도와 상기 토출 냉매의 온도의 차가 임계값보다 작은지 판단할 수 있다.
상기 해결 수단을 통하여, 냉매에 흡수액이 혼합되어 있는지 여부를 판단할 때, 온도와 압력에 의해 판단하여 블로우 다운을 수행할 수 있다.
따라서, 운영자가 직접 냉매를 추출하지 않고, 자동으로 주기적으로 신호를 감지하여 블로우다운을 수행함으로써 칠러가 항상 최적의 상태를 유지할 수 있다.
도 1은 종래의 흡수식 칠러를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 흡수식 칠러를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 증발기 및 흡수기를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 제어부를 포함하는 칠러의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 블로우다운 적용 시의 흡수액의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 블로우다운 적용을 위한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 실시예를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 흡수식 칠러를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 증발기 및 흡수기를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 흡수식 칠러(10)는 냉매(예를 들어, 물)와 냉수를 열교환시키는 증발기(200), 상기 증발기(200)로부터 기상 냉매가 공급되는 흡수기(300), 상기 흡수기(300)로부터 공급된 흡수액을 가열시키는 재생기(400) 및 상기 재생기(400)에서 생성된 기상 냉매가 공급되는 응축기(500)를 포함할 수 있다.
상기 증발기(200)와 상기 흡수기(300)는 하나의 쉘로 구현될 수 있으며, 상기 재생기(400)와 상기 응축기(500) 역시 하나의 쉘로 구현될 수 있다.
상기 증발기(200)는 내부의 냉매를 가압하는 냉매펌프(251) 및 상기 냉매펌프(251)에 의해 가압된 냉매를 분사하는 냉매분사부(252)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발기(200) 내에는 응축기(500)로부터 고압배관(550)을 통해 공급된 액상 냉매가 수용될 수있다. 상기 증발기(200) 내에 수용된 액상 냉매는 상기 증발기(200) 하단에 구비된 냉매펌프(251)에 의해 가압되어, 순환라인(253)을 통해 증발기(200) 상부로 안내된다.
상기 순환라인(253)을 통해 증발기(200) 상부로 안내된 액상 냉매는 상기 냉매분사부(252)를 통해 상기 증발기(200) 내로 분사될 수 있다. 이때, 상기 냉매분사부(252)는 액상 냉매를 미세한 입자 형태로 분사하도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 냉매분사부(252)는 증발기(200)의 상부에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 냉매분사부(252)는 상기 증발기(200) 내에서 상부에 구비될 수 있다.
상기 증발기(200)에는 냉수가 유동하는 냉수배관(600)이 통과할 수 있다. 즉, 냉수배관(600)의 일부가 상기 증발기(200) 내에 배치될 수 있다.
따라서, 상기 냉매분사부(252)로부터 분사된 냉매와 상기 냉수배관(600)을 유동하는 냉수가 열교환하여 냉수가 냉각될 수 있다. 냉각된 냉수는 별도의 공기조화기(미도시) 또는 실내기(미도시) 등에서 열교환매체로 사용될 수 있다.
상기 흡수기(300)는 상기 증발기(200)로부터 기상 냉매가 공급되고, 전술한 재생기(400)를 통해 흡수액이 공급되도록 형성될 수 있다. 상기 흡수액은 리튬브로마이드(LiBr) 수용액이 될 수 있다.
구체적으로, 상기 증발기(200)에서 냉수와의 열교환을 통해 증발한 기상 냉매는 상기 증발기(200) 일측에 구비되는 흡수기(300)로 공급될 수 있다.
상기 증발기(200)와 상기 흡수기(300) 사이에는 제1엘리미네이터(E1)가 구비된다. 상기 제1엘리미네이터(E1)는 기체는 통과시키고 액체는 차단하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 증발기(200) 내부의 압력은 상기 흡수기(300) 내부의 압력에 비해 높다.
따라서, 상기 증발기(200)에서 발생된 기상 냉매는 상기 제1엘리미네이터(E1)를 통해 상기 흡수기(300)로 안내될 수 있다. 상기 흡수기(300)로 안내된 기상 냉매는 상기 흡수기(300)에 공급되는 흡수액에 흡수될 수 있다.
반면에, 상기 흡수기(300) 내의 흡수액은 상기 제1엘리미네이터(E1)에 의해 상기 증발기(200)로 안내될 수 없다. 즉, 상기 제1엘리미네이터(E1)는 상기 흡수기(300) 내의 흡수액이 상기 증발기(200) 내로 안내되는 것을 방지하도록 형성될 수 있다.
상기 흡수기(300)에는 냉각수 배관(700)이 통과될 수 있다. 이는, 흡수액이 기상 냉매를 흡수할 때 열이 발생하기 때문에, 흡수기(300) 내의 온도를 낮추기 위함이다.
즉, 상기 흡수기(300)를 통과하는 냉각수 배관(700)에 의해 흡수액에 의한 기상 냉매의 흡수 효율이 증가될 수 있다.
상기 흡수기(300)의 하단에는 흡수액펌프(351)가 구비될 수 있다. 상기 흡수기(300) 내에서 기상 냉매를 흡수한 흡수액은 상기 흡수액펌프(351)의 구동에 의해 재생기(400)로 안내될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 흡수기(300)는 흡수액 공급라인(350)을 통해 상기 재생기(400)에 연결될 수 있고, 상기 흡수액 공급라인(350) 상에 상기 흡수액펌프(351)가 구비될 수 있다.
상기 재생기(400)는 상기 흡수기(300)로부터 공급된 흡수액(이하, "저농도 흡수액"이라고도 함)을 가열하도록 형성될 수 있다.
상기 재생기(400)는 고온재생기(100)에서의 열원(예를 들어, 증기, 온수 또는 가스 등)에 의해 상기 흡수기(300)로부터 공급된 저농도 흡수액을 가열하도록 형성될 수 있다.
상기 흡수액이 상기 재생기(400)에서 가열되면, 상기 흡수액으로부터 기상 냉매가 분리될 수 있다. 상기 흡수액으로부터 분리된 기상 냉매는 상기 재생기(400) 일측의 응축기(500)로 안내된다.
이때, 상기 재생기(400)와 상기 재생기 일측에 구비되는 응축기(500) 사이에는 제2엘리미네이터(E2)가 구비될수 있다. 상기 제2엘리미네이터(E2)는 기체는 통과시키고 액체는 차단하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 재생기(400) 내부의 압력은 상기 응축기(500) 내부의 압력에 비해 높다.
따라서, 상기 재생기(400)에서 발생된 기상 냉매는 상기 제2엘리미네이터(E2)를 통해 상기 응축기(500)로 안내될 수 있다. 상기 응축기(500)로 안내된 기상 냉매는 상기 응축기(500) 내에서 액상 냉매로 응축된다.
반면에, 상기 응축기(500) 내의 액상 냉매는 상기 제2엘리미네이터(E2)에 의해 상기 재생기(400)로 안내될 수 없다. 즉, 상기 제2엘리미네이터(E2)는 상기 응축기(500) 내의 액상 냉매가 상기 재생기(400) 내로 안내되는 것을 방지하도록 형성될 수 있다.
상기 재생기(400)에서 가열되어 기상 냉매가 분리된 흡수액은 흡수액 회수라인(450)을 통해 흡수기(300)로 회수될 수 있다. 이때, 상기 흡수액 회수라인(450)을 통해 흡수액의 회수를 위해, 상기 재생기(400)에 비해 상기 흡수기(300)가 하측에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 흡수액 회수라인(450)의 일 단부는 상기 재생기(400)에 연통되고, 상기 흡수액 회수라인(450)의 타 단부는 상기 흡수기(300)에 연통될 수 있다.
상기 흡수액 회수라인(450)의 타 단부에는 흡수액분사부(452)가 구비될 수 있다. 상기 흡수액분사부(452)는 상기 흡수기(300) 내로 흡수액을 미세한 입자 형태로 분사하도록 형성될 수 있다. 상기 흡수액이 미세한 입자 형태로 분사되면, 흡수액에 의한 기상 냉매의 흡수 효율이 증가될 수 있다.
상기 흡수액 공급라인(350)은 상기 흡수액 회수라인(450)과 열교환하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 흡수액 공급라인(350)의 일부는 상기 흡수액 회수라인(450)의 일부와 흡수액 열교환기(900)를 통해 서로 열교환될수 있다.
구체적으로, 상기 흡수액 공급라인(350)의 일부와 상기 흡수액 회수라인(450)의 일부는 흡수액 열교환기(900)를 통과할 수 있다. 즉, 상기 흡수액 열교환기(900)를 통하여, 상기 흡수액 공급라인(350) 내의 저농도 흡수액과 상기 흡수액 회수라인(450) 내의 고농도 흡수액 사이에 열교환이 이루어질 수 있다.
이때, 상기 흡수액 공급라인(350) 내의 저농도 흡수액은 열을 흡수하고 상기 흡수액 회수라인(450) 내의 고농도 흡수액은 열을 방출할 수 있다.
여기서, 저농도 흡수액은 흡수기(300)에서 기상 냉매를 흡수한 상태의 흡수액을 나타내며, 고농도 흡수액은 재생기(400)에서 기상 냉매가 분리된 상태의 흡수액을 나타낼 수 있다.
이러한 흡수액 열교환기(900)에 의해, 재생기(400)에서의 흡수액으로부터 기상 냉매의 분리 효율(즉, 흡수액의 재생 효율)이 증가됨과 동시에, 흡수기(300)에서의 흡수액에 의한 기상 냉매의 흡수 효율(즉, 흡수액의 흡수효율)이 증가될 수 있다.
한편, 증발기(200)와 흡수기(300) 사이에 제1엘리미네이터(E1)기 존재한다 하더라도, 흡수식 칠러(10)의 운전 중에 흡수기(300) 내의 흡수액이 상기 증발기(200) 내로 조금씩 유입될 수 있다. 흡수액이 증발기(200) 내로 유입되면, 증발 성능(즉, 냉수의 냉각 성능)이 저하될 뿐만 아니라, 흡수식 칠러(10) 전체의 운전 효율이 저하될 수 있다.
증발기(200) 내부에서 냉매의 오염이 진행되면 오염된 냉매에 의해 포화온도가 상승하여 냉동기 성능 저하를 유발할 수 있다.
이와 같이, 냉매 오염에 의한 냉동기의 성능 저하를 방지하기 위해 흡수식 칠러(10)는 블로우다운 운전을 수행한다.
블로우다운 운전은 증발기(200)에 냉매가 흡수액으로 오염될 경우 오염된 냉매의 포화온도가 상승하여 냉동기 성능 저하에 영향을 줄 때, 증발기(200)의 오염된 냉매를 흡수기(300)로 전량 이송시켜 재생시키고 응축된 순수한 냉매를 다시 증발기(200)에 모으는 작업이다.
이와 같은 블로우다운 운전을 수행하기 위해, 흡수식 칠러(10)는 증발기 압력 센서(151) 및 증발기 온도 센서(152)를 포함한다.
증발기 압력 센서(151)는 증발기(200) 측의 쉘 내에 배치되어 증발기(200) 내부의 압력을 측저한다.
이와 같은 압력 센서(151)는 다양한 공지의 압력 센서(151)가 적용가능하다.
증발기 온도 센서(152)는 증발기 펌프(251)로부터 연장되는 순환라인(253) 상에 배치되어 토출되어 냉매분사부(252)로 주입되는 냉매의 온도를 감지한다.
이와 같은 증발기 온도 센서(152)는 다양한 공지의 온도 센서(152)가 적용가능하다.
증발기 압력 센서(151) 및 증발기 온도 센서(152)는 주기적으로 증발기(200)의 내부 압력 및 토출된 냉매의 온도를 감지하여 제어부(150)로 전송한다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 압력센서(151) 및 온도센서(152)로부터의 감지 값을 기초로 블로우 밸브(261)의 개폐를 제어하는 제어부(150)를 별도로 구비할 수 있다.
이와 같은 제어부(150)는 블로우다운이 시작되면, 블로우다운 운전을 수행하면서, 주기적으로 해당 상기 압력센서(151) 및 온도센서(152)로부터 압력 및 온도를 읽어들여 해당 감지 값에 따라 밸브(261)의 개폐를 제어하여 블로우 다운을 능동적으로 수행한다.
따라서, 블로우다운 시에도 주기적으로 센서(151, 152)의 압력 및 온도값에 따라 유지 및 중단을 결정함으로써, 자동으로 블로우다운 운전을 수행할 수 있으며, 관리자의 검지 또는 운행 제어를 요구하지 않는다.
이와 같은 제어부(150)는 마이컴과 같은 제어모듈로서 프로그램되어 있는 수식에 따라 인가되는 온도 및 압력에 따라 접점 스위치(153)를 제어함으로서 블로우 밸브(261)를 오픈할 수 있다.
또는, 접점 스위치(153)는 단순한 개폐기로서, 제어부(150)으로부터 수신되는 제어값에 따라 블로우 밸브(261)를 개폐하는 동작을 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 블로우다운에 대하여는 뒤에서 상세히 설명한다.
한편, 상기 응축기(500)는 재생기(400)에서 생성된 기상 냉매가 공급되도록 형성될 수 잇다. 즉, 재생기(400)에서 흡수액으로부터 분리된 기상 냉매는 상기 응축기(500)로 공급될 수 있다.
전술한 냉각수 배관(700)은 상기 응축기(500)를 통과할 수 있다. 따라서, 상기 응축기(500) 내로 공급된 기상냉매는 상기 냉각수 배관(700)과 열교환하여 응축될 수 있다.
상기 냉각수 배관(700)는 전술한 흡수기(300) 및 상기 응축기(500)를 순차적으로 경유하도록 마련될 수 있다.
이는, 상기 응축기(500)보다 상기 흡수기(300)에서 더 많은 냉각수의 냉열을 필요로 하기 때문이다.
냉각수 배관(700)으로 안내되는 냉각수는 상기 흡수기(300) 및 상기 응축기(500)를 통과한 후에 별도의 냉각탑(미도시) 등을 통해 다시 냉각될 수 있다.
상기 응축기(500)에서 응축된 액상 냉매는 냉매배관(550)을 통해 증발기(200)로 안내될 수 있다. 이때, 상기 냉매배관(550)을 통한 액상 냉매의 안내를 위하여, 상기 응축기(500)는 상기 증발기(200)에 비해 상측에 배치될 수 있다.
한편, 증발기(200) 내부는 흡수액이 포함되지 않은 순수한 냉매만 존재하도록 유지되는 것이 바람직하다. 증발기(200) 내부에 흡수액이 포함될 경우, 증발 효율 및 흡수식 칠러(10)의 전체 효율이 감소될 수 있다. 이와 같이 효율이 감소하는 경우, 블로우다운을 수행하여 흡수식 칠러(10)의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 칠러의 동작을 설명한다.
도 3은 제어부(150)를 포함하는 칠러(10)의 확대도이고, 도 4는 도 3의 제어부를 포함하는 칠러의 동작을 나타내는 순서도이고, 도 5는 도 4의 블로우다운 적용 시의 흡수액 흐름을 나타내는 도면이고, 도 6a 및 도 6b는 도 5의 블로우다운 적용을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명에 따른 흡수식 칠러(10)는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 증발기(200) 내에 압력을 감지하기 위한 증발기 압력 센서(151)를 포함할 수 있다.
이러한 증발기 압력 센서(151)는 상기 증발기(200)의 일측, 일 예로 쉘의 상부에 구비될 수 있으며, 상기 증발기(200) 내의 압력을 주기적으로 감지한다.
한편, 본 발명에 따른 흡수식 칠러(10)는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 증발기(200) 내에 주입되는 냉매의 온도를 감지하기 위한 증발기 온도 센서(152)를 포함할 수 있다.
이러한 증발기 온도 센서(152)는 상기 증발기(200)의 순환라인(253) 상에, 일예로 증발기(200) 외부의 순환라인(253) 상에 구비될 수 있으며, 상기 증발기(200) 내로 유입되는 냉매의 온도를 주기적으로 감지한다.
이때, 증발기(200) 내의 압력 및 주입 전의 냉매 온도에 기초하여 현재 증발기(200) 내부의 냉매의 오염도를 산출할 수 있으며, 그에 따라 냉매로부터 흡수액을 분리하기 위한 흡수식 칠러(10)의 구동인 블로우다운 운전이 수행될 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 흡수식 칠러(10)는 전술한 순환라인(253)과 상기 흡수기(300)를 연결하는 연결라인(260)을 더 포함할 수 있으며, 상기 연결라인(260)에는 블로우 밸브(261)가 구비될 수 있으며, 이와 같은 블로우 밸브(261)를 개폐하기 위한 접점 스위치 소자(153)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 도 4와 같이, 흡수식 칠러(10)가 정상적으로 구동하면서(S10), 흡수액이 흐르면서, 제어부(150)는 증발기(200) 내의 냉매의 비중 또는 냉매의 농도를 감지한다.
이와 같은, 냉매의 감지는 증발기 압력 센서(151) 및 온도 센서(152)로부터 증발기 압력 및 토출 냉매의 온도를 측정한다(S20).
다음으로, 제어부(150)는 측정된 증발기 압력값에 근거하여, 현재 증발기(200) 내의 냉매의 포화 온도를 산출한다(S30).
도 6a와 같이, 특정 압력에 대하여 냉매 내에 흡수액의 농도가 커질 때, 포화 온도는 상승하는 관계를 가진다. 이와 같이 냉매 내에 흡수액이 많아져 흡수액의 농도가 커지면, 냉매의 오염이 심화되어 블로우 다운을 실행하여야 한다.
따라서, 제어부(150)는 냉매의 오염도를 증발기(200)의 압력과 냉매의 실제 온도에 근거하여 판단가능하다.
구체적으로, 냉매가 이상 냉매인 때, 즉 냉매 내에 흡수액의 농도가 0%로 가정하는 경우, 압력에 따른 포화 온도는 도 6b와 같은 함수(f)를 따른다.
즉, 냉매가 오염되지 않은 상태를 전제하여, 흡수액의 농도가 0%인 이상 냉매를 가정할 때, 증발기(200)의 압력만을 파라미터로 포화 온도가 결정된다.
이와 같은 포화 온도는 수학식 1과 같이 증발기 압력에 따라 포화 온도가 증가하는 관계를 가진다.
[수학식 1]
Tcal=f(Pmeas)
이때, Tcal 은 산출된 이상 냉매의 포화 온도를 나타내고, Pmeas은 측정된 증발기 압력 값을 나타낸다.
따라서, 도 6b의 그래프로부터 현재 증발기 압력에 대한, 흡수액의 농도가 0%인 경우의 포화 온도를 산출할 수 있다.
다음으로, 제어부(150)는 토출된 냉매 온도를 읽어들여, 산출된 포화 온도와 토출된 냉매 온도의 온도 차를 산출한다(S40).
즉, 증발기(200)에 주입되기 직전의 실제 냉매의 온도와 냉매 내에 흡수액의 농도가 0%인 이상 냉매에서의 포화 온도의 차를 산출하여, 현재 냉매의 오염도를 판단한다.
이때, 온도 차가 임계값보다 큰 경우(S50), 제어부(150)는 현재 냉매의 오염도가 블로우다운 운전을 수행할 정도로 높은 것으로 보아 블로우다운 운전을 시작한다(S60).
임계값은 블로우다운을 시작하기 위한 기준 값으로서, 일 예로 5도 내지 15도, 바람직하게는 10도 내외를 충족할 수 있다.
제어부(150)가 블로우다운 운전을 실시하면, 제어부(150)는 블로우 밸브(261)를 개방하도록 접점 스위치(153)를 턴온시킨다(S70).
이와 같이 접점 스위치(153)의 턴온에 의해 블로우다운 밸브(261)가 개방된 상태로 도 5와 같이 냉매펌프(251)가 구동되어, 증발기(200) 내의 냉매가 흡수기(300)로 공급된다.
즉, 상기 냉매펌프(251)의 구동과 함께 상기 블로우 밸브(261)를 개방하면, 증발기(200) 내의 냉매는 흡수기(300)및 재생기(400)를 순차적으로 경유한다.
이때, 제어부(150)는 블로우다운 밸브(261)가 개방된 시간부터 임계시간이 경과되었는지 여부를 판단한다(S80).
이때, 제어부(150)는 임계시간 동안 블로우다운 밸브(261)의 개폐값을 조절하여 개폐를 진행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 개폐 값은 블로우다운 시에 회수액 열교환기에서 교차되는 저농도 회수액의 온도가 너무 낮아짐으로 인한 고농도 회수액의 회수라인에서의 결정화를 방지할 수 있는 값으로 산정될 수 있다.
이와 같이 고농도 회수액의 결정화 온도까지 낮아지지 않도록 임계범위를 설정하고, 블로우다운을 제어하면서 블로우 밸브(261)를 개폐함으로써 결정화에 의한 현저한 효율 저하를 방지할 수 있다.
블로우다운 밸브(261)가 개방된 시간부터 임계시간이 경과되면, 제어부(150)는 접점 스위치를 턴오프하여 블로우다운 밸브(261)를 폐쇄하고 블로우다운 운전을 완료한다(S90).
이때, 제어부(150)는 종료 전에 다시 증발기 압력 센서(151) 및 증발기온도센서(152)로부터의 증발기 압력과 토출 냉매 온도를 읽어들여, 이상 냉매 상태에서의 포화 온도와 실제 냉매 온도의 온도차가 임계값 내로 좁혀졌는지 여부를 판단한 후 블로우다운 운전을 종료할 수 있다.
이와 같이 블로우 다운을 진행하는 경우, 도 5와 같이, 증발기(200)의 냉매가 흡수기(300)를 통과하여 흡수기(300)의 저농도 흡수액이 매우 낮은 온도의 초저농도 흡수액으로 변화한다.
이와 같은 낮은 온도의 초저농도 흡수액이 순환라인(250)를 따라 흐르면서 재생기(400)의 고온의 고농도 흡수액과 흡수액 열교환기(900)에서 열교환을 수행하고, 다시 재생기(400)로 주입되어 분리된다.
상기 흡수식 칠러(10)에 따르면, 냉매에 흡수액이 포함되어 있는지 여부의 판단에 기초하여, 냉매로부터의 흡수액의 분리가 자동적으로 수행될 수 있다.
즉, 블로우다운을 위한 냉매의 오염 상태를 주기적으로 감지하고 블로우다운 운전 여부를 능동적으로 판단함으로서, 운전자가 수동으로 블로우다운을 위한 검지를 수행하지 않고, 수동으로 블로우다운 운전을 수행하지 않아도, 칠러 내애서 자동으로 검지 및 운전가능하다. 따라서, 블로우 다운을 위한 검지 및 운전의 시간 및 비용이 절약될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (8)

  1. 냉매를 분사하는 냉매분사부를 구비하고, 상기 냉매분사부를 통해 분사된 냉매와 냉수를 열교환시키는 증발기;
    상기 증발기로부터 기상 냉매가 공급되며, 냉각수가 통과하는 흡수기;
    상기 증발기 내로 상기 냉매가 주입되도록 상기 냉매분사부에 연결되는 순환라인과 상기 흡수기를 연결하고, 제1밸브를 구비하는 연결라인;
    상기 흡수기로부터 공급된 흡수액을 가열시키는 재생기;
    상기 재생기에서 생성된 기상 냉매가 공급되고 냉각수가 통과하는 응축기;
    상기 증발기의 상태 및 상기 액상 냉매의 상태에 따라 상기 액상 냉매의 오염도를 판단하여 상기 제1 밸브를 개폐하여 상기 증발기의 액상 냉매를 상기 흡수기로 흘리는 제어부
    를 포함하는 흡수식 칠러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발기의 일측에는 상기 증발기 내의 압력을 감지하는 압력 센서가 배치되어 상기 증발기 내부의 압력 정보를 주기적으로 상기 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는, 흡수식 칠러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉매분사부에 연결되는 상기 순환라인 상에 상기 증발기로부터 토출되는 온도 센서가 배치되어, 상기 증발기로부터 토출되는 토출 냉매의 온도 정보를 주기적으로 상기 제어부에 전송하는 것을 특징으로 하는, 흡수식 칠러.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 증발기의 압력 정보에 따라 이상 냉매의 포화 온도를 산출하고, 상기 이상 냉매의 포화 온도와 상기 토출 냉매의 온도의 차에 따라 상기 냉매의 오염도를 판단하는 것을 특징으로 하는, 흡수식 칠러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 이상 냉매의 포화 온도와 상기 토출 냉매의 온도의 차가임계값보다 크면 상기 제1 밸브를 개방하여 블로우다운 운전을 수행하는 것을 특징으로 하는, 흡수식 칠러.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 블로우다운 운전을 임계시간동안 수행한 후 상기 제1 밸브를 폐쇄하여 상기 블로우다운 운전을 종료하는 것을 특징으로 하는, 흡수식 칠러.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 흡수식 칠러는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 제1 밸브를 개폐하는 스위치 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 흡수식 칠러.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 블로우다운 운전을 종료하기 전에 현재의 증발기의 압력 정보와 상기 냉매의 온도 정보를 읽어들여, 상기 이상 냉매의 포화 온도와 상기 토출 냉매의 온도의 차가 임계값보다 작은지 판단하는 것을 특징으로 하는, 흡수식 칠러.
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