KR0153703B1 - 가스보일러의 온수온도 제어방법 - Google Patents

가스보일러의 온수온도 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 보일러에서 온수 온도를 제어하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 급탕되는 온수의 온도를 측정하고, 이것을 사용자에 의하여 설정되는 설정 온도와 비교하여, 설정된 온수 온도에 신속하게도달하도록 발열량을 제어하여 온수 온도를 조절하는 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법은, 설정 온도와 온수 공급관을 통하여 공급되는 온수 출탕 온도를 비교하는 제1온수 온도 비교 단계 ; 상기 제1온수 온도 비교 단계에서 설정 온도가 측정된 현재의 온수 출탕 온도보다 큰 경우에 현재의 온수 출탕 온도가 증가하는가 아닌가를 측정하여 증가하면 정상 연소하고 감소하면 온도차에 의한 직수 온도 증감에 따른 발열량을 조정하는 온수 온도 상승 단계 ; 상기 제1 온수 온도비교 단계에서 설정 온도가 측정된 현재 온수 출탕 온도와 같으면 정상 연소하고 현재 직수 온도를 유지하며, 설정 온도가 현재 온수 출탕 온도보다 적으면 현재 온도가 증가하는가 감소하는가를 측정하는 제2온수 온도 비교 단계 ; 및 온수 출탕 온도가 감소하면 정상 연소하고, 온수 출탕 온도가 상승하면 온도차에 의한 직수 온도 증감에 따른 발열량을 조정하는 온수 온도 감소 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 보일러의 온수 온도 제어 방법
제1도는 종래 사용되는 가스 보일러의 개략적인 구조를 나타내는 단면도.
제2도는 종래 사용되는 가스 보일러의 부분 회로도.
제3도는 종래 가스 보일러에서 공급되는 온수의 온도 편차를 나타내기 위한 것으로 (a)는 동절기, (b)는 하절기의 온도를 나타내는 그래프.
제4도는 본 발명에 따른 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 가스 공급관 2 : 버너
3 : 온수관 4 : 난방수관
5 : 열 교환기 5' : 전열관
6 : 배기 후드 7 : 배기팬
9 : 압력 감지부 11 : 풍압 스위치
12 : 제어용 마이컴 13 : 온도 센서
14 : 가스밸브 15 : 온수 공급관
16 : 직수 공급관 17 : 제어부
18 : 온도센서 19 : 온도센서
본 발명은 가스 보일러에서 온수 온도를 제어하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 급탕되는 온수의 온도를 측정하고, 이것을 사용자에 의하여 설정되는 설정 온도와 비교하여, 설정된 온수 온도에 신속하게도달하도록 발열량을 제어하여 온수 온도를 조절하는 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법에 관한 것이다.
종래, 가스 보일러의 온수 전용 모드에서는 수도관을 통하여 외부로부터 직접 공급되는 직수의 온도에 의하여 출탕되는 온수의 온도가 영향을 받는다. 특히, 이러한 경향은 직수의 수온이 비교적 높은 하절기 또는 수온이 매우 낮은 동절기에 공급되는 직수의 온도가 많은 편차를 보였다. 따라서, 사용자가 설정한 온도에 최단 시간에도달하도록 직수를 가열하여 신속하게 공급하며, 더욱이 발열 에너지인 가스의 공급량을 적절하게 조절하여 발열량을 가장 효율적으로 제어하는 것이 요구되고 있다.
제1도는 종래 사용되는 가스 보일러의 개략적인 구조를 나타내느 단면도로서, 이것을 참고하여 보일러의 온수 공급 행정을 설명한다. 직수 공급관 (16)을 통하여 유입된 저온의 직수(냉수)는 가스에서 열을 공급받는 열교환기 (5)를 통과하면서 승온된다. 열교환기 (5)에 열을 공급하는 것은 버너 (2)로서 가스 공급관 (1)을 통하여 유입된 가스는 제어부 (17)의 제어 신호에 따라서 작동되는 점화 장치에 의하여 연소된다. 연소된 고온의 가스는 배기 후드 (6)를 통하여 배기팬 (7)에 의해 배기 연도 (7')를 경유하여 화살표 방향으로 강제배출된다. 미설명 부호 11은 풍압 스위치, 14는 가스밸브이다. 한편, 열교환기 (5) 내부에 연결된 온수관 (3)을 통과하면서 승온된 직수는 온수 공급관 (15)을 통하여 샤워기, 또는 주방에 온수를 공급하도록 배출된다.
그러나, 종래에 사용된 가스 보일러의 온수 공급 모드에서는, 직수가 공급관을 통하여 이동되면 유체의 흐름을 감지하는 유속감지기에서 이것을 감지하여 제어부에 신호를 입력시키고, 제어부에서는 직수가 공급되는 것이 인지되면 무조건 최대 화력으로 직수를 가열하여 승온시키는 방식을 사용하였다. 이에 따라 직수의 온도가 사용자가 설정 온도에도달한 후에도 계속 승온되는 경우가 많아서, 연료의 소모량이 많아지고, 에너지 낭비의 한 요인이 되었다. 특히, 직수의 온도가 매우 낮은 동절기에는 최대 화력으로 가열하는 것이 바람직하지만, 직수의 온도가 비교적 높은 하절기에도 급탕을 위하여 최대 화력으로 직수를 가열할 경우 보일러가 과열되고 부품의 열화가 가속화되는 문제도 발생하였던 것이다.
이러한 문제는 특히 가스 보일러의 급탕되는 온수 온도를 측정하는 온도 센서 ( 제1도의 18, 19)가 온수가 배출되는 온수 공급관 (15)에 부착되는 것이 아니라, 실내 난방에 사용되는 난방수관 (4)의 외부 연결 파이프에 각각 설치되므로 공급되는 온수도 사용자에 의한 설정 온도에서 편차가 많이 발생하여 온수의 온도 편차가 심해지는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 급수되는 온수의 온도를 측정하여 사용자가 설정한 온도에 맞추어 발열량을 증가도는 감소시켜 조절함으로써, 신속하게 온수 출탕 온도를 조절할 수 있는 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 사용자가 결정한 온수 출탕 온도의 설정치에 맞추어 발열량을 조절함으로써 에너지의 낭비를 감속시킬수 있는 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법은 설정 온도와 온수 공급관을 통하여 공급되는 온수 출탕 온도를 비교하는 제1온수 온도 비교 단계 ; 상기 제1온수 온도 비교 단계에서 설정 온도가 측정된 현재의 온수 출탕 온도보다 큰 경우에 현재의 온수 출탕 온도가 증가하는가 아닌가를 측정하여 증가하면 정상 연소하고 감소하면 온도차에 의한 직수 온도 증감에 따른 발열량을 조정하는 온수 온도 상승 단계 ; 상기 제2온수 온도 비교 단계에서 설정 온도가 측정된 현재 온수 출탕 온도와 같은면 정산 연소하고 현재 직수 온도를 유지하며, 설정 온도가 현재 온수 출탕 온도보다 적으면 현재 온도가 증가하는가 감소하는가를 측정하는 제2온수 온도 비교 단계 ; 및 온수 출탕 온도가 감속하면 정상 연소하고, 온수 출탕 온도가 상승하면 온도차에 직수 온도 증감에 따른 발열량을 조정하는 온수 온도 감소 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 제2도~제4도를 참고하여 본 발명의 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법은 온수 전용 모드에서 온수 사용시에 사용자에 의한 설정 온도와 급탕되는 온수 출탕 온도와의 온도 편차를 최소화하는 직수 온도에 따른 온수 온도 비례 제어 방식을 채택함으로서, 사용중에 발생되는 불편을 제거하고, 에너지를 효과적으로 사용하기 위한 방법이다. 본 발명에 의하면 하절기와 동절기에 따라서 에너지 사용량을 제어하여 온도를 효율적으로 조절할 수 있는 특징이 있다.
본 발명의 온수 온도 제어 방법은, 사용자에 의하여 결정된 설정 온도와 온수 공급관 (15)을 통하여 공급되는 온수 출탕 온도를 온도 센서를 통하여 측정하고, 제어용 마이컴 (12)에서 비교하는 제1온수 온도 비교 단계 ;
상기 제1온수 온도 비교 단계에서 설정 온도가 온도 센서를 통하여 측정된 온수 출탕 온도보다 큰 경우에 현재의 온수 출탕 온도가 증가하는가 아닌가를 측정하여 온도가 증가하면 정상 연소하고 온도가 감소하면 제어용 마이컴 (12)이 제어 신호를 출력하여 온도차에 의한 직수 온도 증감(직수 온도 감소)에 따른 발열량을 조정하는 온수 온도 상승 단계 ;
상기 제1온수 온도 비교 단계에서 설정 온도가 온도 센서를 통하여 측정된 온수 출탕 온도와 같으면 정상 연소하고 현재 직수 온도를 유지하면, 설정 온도가 현재 온수 출탕 온도보다 작으면 온수 출탕 온도가 증가하는가 또는 감소하는가를 제어용 마이컴 (12)에서 비교하는 제2온수 온도 비교 단계 ; 및
온수 출탕 온도가 감소하면 정상 연소하고, 온수 출탕 온도가 상승하면 제어용 마이컴 (12)에서 온도차에 의한 직수 온도 증감(직수 온도 증가)에 따른 발열량을 조정하는 온수 온도 감소 단계로 구성된다.
상기 제1온수 온도 비교 단계는, 온수 공급관 (15)을 통하여 배출되는 온수의 온도를 적절한 위치에 설치된 온도 센서를 사용하여 온도를 측정하여, 이것을 사용자가 설정한 설정 온도와 비교하기 위한 것이다. 제어용 마이컴 (12)은 미리 사용자에 의하여 설정된 후에 저장된 설정 온도와 현재 온도 센서로부터 입력되는 온수 출탕 온도를 수치적으로 비교한다.
상기 온수 온도 상승 단계는, 상기 제1온수 온도 비교 단계에서의 온도 비교 결과에 따라서 온수 출탕 온도를 상승시킬 것인가, 또는 감소시킬 것인가를 판단하는 단계이다. 그러나, 보다 정확한 제어를 위하여 다음 단계에서와 같이 현재의 연소 상태에서 급수되는 온수의 온도 변화를 측정하고, 발열량을 조정한다.
상기 제2온수 온도 비교 단계는, 설정 온도가 현재 온수 출탕 온도보다 작은 상태에서 온수 출탕 온도가 상승하는가 아닌가를 판단하기 위하여 다시 온도 센서로부터 입력되는 온도를 측정한다. 제어용 마이컴 (12)은 온수 센서로부터 측정된 온수 출탕 온도가 감소하면 연소 상태를 지속시켜 온수 출탕 온도가 설정 온도에도달할 때까지 현재 연속 상태를 지속한다.
온수 출탕 온도가 감소하면 정상 연속하고, 온수 출탕 온도가 상승하면 온도차에 의한 직수 온도를 변화시켜 발열량을 조정하는 온수 온도 감소 단계는 측정된 온수 출탕 온도가 증가하면 제어용 마이컴 (12)은 현재 발열량이 과다하다고 판단하고 내장된 수식에 따라서 계산된 발열량을 공급하기 위하여 직수 온도를 증가시켜 가스량을 감소시키기 위한 조치를 취한다.
제4도는 본 발명에 따른 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 정상 연소 상태에서 동절기에 수도관을 통하여 공급되는 직수는 제3도 (a)에도시된 바와 같이, 영하 또는 그 이하의 온도가 되고, 하절기에는 제3도 (b)에도시된 바와 같이, 동절기보다 높게 된다.
정상 연소 상태에서 온수를 사용하는 경우에, 제2도를 참고하면, 온수 공급관 (15)을 통하여 현재 출탕되는 온수의 온도가 제어용 마이컴 (12)에 입력된다. 제어용 마이컴 (12)은 입력된 온수 온도와 사용자에 의하여 설정된 설정 온도를 비교한다. 이 때, 현재 온수 출탕 온도가 설정 온도보다 작으면 제어용 마이컴 (12)은 다시 현재의 정상 연소 상태에서 현재 온수 출탕 온도가 증가하는가 아닌가를 판단하게 된다. 이것은 현재 온수 출탕 온도를 측정함으로써 현재 연소 상태에서의 발열량을 조정하기 위한 것이다. 즉, 현재의 온수 출탕 온도가 증가되면 연소에 의한 발열량이 적정하다는 것을 의미하여, 현재 온도가 감소하면 이것은 직수온도가 높다는 것을 의미한다. 즉, Q=mc(TS-Ti1) Q'=mc(TS-Ti2) (TS는 설정온도, Til은 현재 직수온도, Ti2는 설정 직수 온도이다)가 된다.
따라서, 제어용 마이컴 (12)은 설정 온도와 현재 온수 출탕 온도의 온도차를 사용하여 직수 온도를 변화시켜 설정 온도에 필요한 발열량을 다시 계산하다. 이 경우에는 직수의 온도를 감소시킬 필요가 있다.
발열량(Q)을 구하기 위한 식은 다음과 같다.
Q = mc(t1-t2) ㆍㆍㆍ (1)
(Q = 발열량, m = 질량, c = 비열)
(t1 = 설정 온도, t2 = 현재 직수 온도)
따라서, 상기와 같이 직수 온도가 높으므로, 제어용 마이컴 (12)은 설정 온도(t1)와 현재 직수 온도(t2)를 상기 식에 대입하여 필요한 발열량(Q)을 산출해낸다. 그 후에 제어용 마이컴 (12)은 발열량의 증가에 필요한 가스의 공급량을 증가시켜 필요한 발열량(Q)을 얻는다. 이에 따라서 현재 온수 온도는 적정량의 가스 공급에 의하여 계속 상승하며, 제어용 마이컴 (12)은 온수 공급관 (15)을 통하여 배출되는 온수의 온도를 온도 센서를 통하여 지속적으로 측정하여 온수의 온도를 조절한다. 따라서, 온수 온도는 설정 온도를 중심으로 편차가 거의 없이 공급된다.
하절기에 온수를 사용하는 경우와 같이, 공급되는 직수의 온도가 비교적 높은 경우에는 동절기와 동일한 화력이 제공되므로 약간의 가열에 의해서도 온수의 온도가 매우 높아지게 되며, 용이하게 가열된다. 따라서, 사용자가 결정한 설정 온도(t1)보다 현재 온수 출탕 온도(t2)가 매우 높아지는 경우가 발생한다. 이것은 제3도 (b)에 표시되어 있다. 그러나, 종래에는 온도 측정의 부정확성과 최대 화력에 의하여 무조건 가열하므로 온도 편차의 발생과 같은 문제점을 해결하는데 많은 어려움이 있었다.
온도 센서에 의해서 측정된 현재 급탕되는 현재 온수 출탕 온도가 사용자에 의한 설정 온도보다 높아지면, 제어용 마이컴 (12)은 현재 출탕 온도와 설정 온도가 같은가 아닌가를 판단하게 된다.
만일 현재 온수 온도와 설정 온도가 동일하면 제어용 마이컴 (12)은 현재의 연소 상태가 정상적인 것으로 인식하고, 현재의 직수 온도를 유지한 채로 현재의 발열량(Q)을 유지하도록 제어한다.
현재 온수 출탕 온도가 설정 온도보다 높으면 제어용 마이컴 (12)은 다시 현재 온도가 증가하는가 또는 감소하는가를 판단하게 된다. 이것은 현재의 발열량이 적정한가 아닌가를 판단하기 위한 것으로서, 현재의 온수 출탕 온도가 증가하면 발열량이 과다한 것을 의미하며, 현재 급탕되는 온수 출탕 온도가 감소하면 현재의 발열량이 적정하다는 것을 의미한다.
제어용 마이컴 (12)은 현재의 온수 출탕 온도가 증가되면, 발열량을 감소시키기 위하여, 직수 온도를 증가시켜 공급되는 가스량을 감소시키게 된다. 즉, 현재의 발열량이 과다한 가스의 공급에 의한 것이므로, 가스 공급량을 감소시킴으로써 발열량(Q)을 조절할 수 있다. 즉, Q=mc(TS-Ti1) Q'=mc(TS-Ti2) (TS는 설정온도, Til은 현재 직수온도, Ti2는 설정 직수 온도이다)가 된다. 단, 최소 가스 발생량일 경우에는 설정 직수 온도를 변화시키지 않는다.
이 때, 감소되는 가스량을 계산하기 위하여 (1)식을 사용한다.
Q = mc(t1-t2) ㆍㆍㆍ (1)
(Q = 발열량, m = 질량, c = 비열)
(t1 = 설정 온도, t2 = 현재 직수 온도)
이 때, 식 (1)은 현재 온수 온도가 설정 온도보다 크므로 현재의 발열량을 감소시켜야 한다는 것을 의미한다. 제어용 마이컴 (12)은 상기 식에 의한 결과에 따라서 필요한 정도로 가스량을 감소시키도록 가스 밸브를 조정한다. 따라서, 제3도 (b)에도시된 바와 같이, 온수 온도가 설정 온도를 초과하는 경우에도, 온도차에 따라서 직수 온도를 변화시켜 온수 온도를 즉시 하강시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하면, 출탕되는 온수의 온도를 측정하여 사용자가 설정한 온도에 맞추어 직수 온도를 변경시키고, 이에 따른 발열량을 증가 또는 감소하도록 조절함으로써, 신속하게 온수 온도를 조정할 수 있으며, 온도 설정치에 맞추어 발열량을 조절함으로써 에너지의 낭비를 효율적으로 감소시킬 수 있는 이점이 있는 것이다.
본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당 업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허 청구 범위에 의하여 제한되어져야 한다.

Claims (3)

  1. 가스 보일러의 온수 온도를 제어하는 방법에 있어서, 사용자에 의하여 결정된 설정 온도와 온수 공급관 (15)을 통하여 공급되는 온수 출탕 온도를 온도 센서를 통하여 측정하고, 제어용 마이컴 (12)에서 비교하는 제1온수 온도 비교 단계 ; 상기 제1온수 온도 비교 단계에서 설정 온도가 온도 센서를 통하여 측정된 온수 출탕 온도보다 큰 경우에 현재의 온수 출탕 온도가 증가하는가 아닌가를 측정하여 온도가 증가하면 정상 연소하고 온도가 감소하면 제어용 마이컴 (12)이 제어 신호를 출력하여 온도차에 의한 직수 온도 증감에 다른 발열량을 조정하는 온수 온도 상승 단계 ; 상기 제2온수 온도 비교 단계에서 설정 온도가 온도 센서를 통하여 측정된 온수 출탕 온도와 같으면 정상 연소하고 현재 직수 온도를 유지하며, 설정 온도가 현재 온수 출탕 온도보다 작으면 온수 출탕 온도가 증가하는가 또는 감소하는가를 제어용 마이컴 (12)에서 비교하는 제2온수 온도 비교 단계 ; 및 온수 출탕 온도가 감소하면 정상 연소하고, 온수 출탕 온도가 상승하면 제어용 마이컴 (12)에서 온도차에 의한 직수 온도 증감에 따른 발열량을 조정하는 온수 온도 감소 단계로 구성되는것을 특징으로 하는 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1온수 온도 비교 단계가 온수 공급관 (15)의 일부분에 설치도는 온도 센서 (13)를 사용하여 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 온수 온도 상승 단계도는 온수 온도 감소 단계에서, 발열량(Q)이 다음의 식 (1) : Q = mc(t1-t2) ㆍㆍㆍ (1) (Q = 발열량, m = 질량, c = 비열) (t1 = 설정 온도, t2 = 현재 직수 온도)에 의하여 게산되는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 온수 온도 제어 방법.
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