KR100210469B1

KR100210469B1 - 가스보일러의 가스압제어방법

Info

Publication number: KR100210469B1
Application number: KR1019960063797A
Authority: KR
Inventors: 박정남
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1996-12-10
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR19980045594A

Abstract

본 발명은 가스보일러의 열교환기에서 발생되는 소음을 감소시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 열교환기에서 유출된 후에 실내배관을 순환하고 복귀하는 난방수의 유출 및 복귀시의 온도차에 의하여 생성되는 기포에 의한 이상소음발생을 억제하기 위하여 온도차를 소음발생이 안되는 최적상태로 조절하도록 가스압을 제어하는 가스보일러의 가스압제어방법에 관한 것이다.

본 발명의 가스보일러의 가스압제어방법은, 주제어부(29)에서 난방환수의 온도를 온도감지센서(27)를 사용하여 측정하고, 측정된 난방환수온도가 상승함에 따라서 열교환기(11)에서 이상소음이 발생되는 임계온도에 맞추어 설정된 가스압으로 공급하도록 가스밸브(1)를 조정하여, 열교환기(11)로부터 유출되는 난방공급수와 실내배관을 순환한 후에 다시 열교환기(11)로 유입되는 난방환수의 온도차를 기포발생 억제범위내에서 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스보일러의 가스압제어방법{GAS-PRESSURE CONTROL METHOD FOR GAS BOILER}

청정연료인 가스를 사용하여 실내난방과 온수공급을 수행하는 가스보일러는 사용상의 편리함과 오염물질의 배출을 현저하게 감소시킬 수 있는 이점 때문에 점차 사용이 증가하고 있다. 먼저 도 1과 도 2를 참고하여 종래 사용되고 있는 가스보일러를 설명한다.

도 1은 종래 사용되는 가스보일러의 개략적인 구성도로서, 이것을 참고하여 보일러의 작동상태를 설명한다. 도시된 바와 같이, 보일러는 가스밸브(1)를 통하여 소정량의 가스를 버너(5)에 공급한 후에 점화플러그(7)에서 불꽃을 발생시켜 가스에 착화를 수행한다. 착화가 완료되면 버너(5)에서는 연소에 의한 불꽃이 발생되며 불꽃감지기(9)는 이것을 감지하여 버너(5)에서 착화가 완료됨을 제어판(3)에 내장되는 주제어부(도 2의 29)에 알리게 된다.

착화에 의하여 가스가 버너(5)에서 연소되며, 이 때 발생되는 고온의 배기가스는 상부측으로 상승한다. 버너(5)의 상부측에는 난방수를 가열하기 위한 열교환기(11)가 설치되어 있다. 상기 열교환기(11)는 내부에 난방수가 순환하며, 또한 직수공급관(19)이 열교환기(11) 내부를 통과하도록 구성되어 있다. 따라서 버너(5)에서의 연소에 의하여 난방수 및 직수가 가열된다.

보일러가 난방모드로 작동되면 열교환기(11)에서 승온된 난방수는 난방공급관(P1)을 통하여 실내에 설치된 난방배관으로 배출된 후에 다시 난방환수관(P2)을 통하여 복귀한다. 난방환수관(P2)으로 이동하는 난방수는 실내를 통과하면서 열을 빼앗기므로 열교환기(11)로부터 배출될 때보다 낮은 온도로 물탱크(25)로 복귀한다. 물탱크(25)로 복귀된 난방수는 삼방변(23)-순환펌프(21)를 통과하여 다시 열교환기(11)로 유입된다. 유입된 난방수는 다시 열교환기(11)에서 가열된 후에 난방공급관(P1)을 통하여 배출된다. 종래 보일러에서는 난방수가 열교환기(11)로부터 유출되는 온도와 다시 열교환기(11)로 복귀되는 온도를 이용하여 가스압을 제어한다.

상기 삼방변(23)은 유로를 제어하기 위한 것으로서 난방모드에서는 물탱크(25)로부터 열교환기(11)로 난방수가 이동하도록 제어되고, 온수모드에서는 열교환기(11)에서 삼방변(23)-순환펌프(21)-열교환기(11)의 폐회로를 순환하도록 제어된다. 따라서 직수공급관(19)을 통하여 열교환기(11)로 유입된 직수는 온수모드에서는 폐회로를 순환하는 난방수와의 열교환에 의하여 고온의 온수로 승온된 후에 욕탕이나 싱크대에 설치된 급수장치를 통하여 배출된다.

한편, 버너(5)에서 연소된 후에 열교환기(11)를 통과하면서 열을 뺏긴 배기가스는 온도가 현저하게 저하된 후에 배기후드(13)를 통과하면서 배기팬(15)에 의하여 강제로 배출된다. 통상적으로 배기후드(13)의 단부에는 실외로 연장된 배기연통이 설치되어서 배기가스를 외부로 배출하게 된다.

상기와 같은 종래의 가스보일러에서의 난방수의 온도제어방식은 온-오프제어방식으로서, 이것을 도 3의 플로우차트를 참고하여 설명한다. 연소행정이 시작되고 버너(5)에서 연소가 수행되면 주제어부(29)에서는 사용자에 의하여 설정된 설정온도를 기준으로하여 난방수공급온도가 설정온도-5℃이면 설정된 최고출력으로 연소행정을 수행하여 난방수의 온도를 상승시키고, 난방수공급온도가 설정온도+5℃이면 버너(5)에서의 연소행정을 중지시키는 것과 같이 연소행정과 소화행정을 반복하여 온도를 조절하였다.

그러나 상기와 같은 온도제어방식에서는 보일러의 열교환기(11) 내부에서 소음이 발생되는 문제점이 발생되었다. 즉 난방공급수와 난방환수의 온도차가 크면 클수록 열교환기 내부에서 생성되는 기포가 커지게 되는데, 열교환기 배관내부를 순환하던 기포가 팽창하면서 열교환기의 내부표면과 충돌하기 때문에 소음이 발생되었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열교환기의 내부에서 발생되는 이상소음을 억제하기 위하여 이상소음이 발생되는 임계온도에 난방환수온도가 도달하면 온도의 급격한 상승을 방지하도록 가스압을 일정하게 유지하여 연소행정을 수행하는 가스보일러의 가스압제어방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스보일러의 가스압제어방법은, 주제어부에서 난방환수의 온도를 온도감지센서를 사용하여 측정하고, 측정된 난방환수온도가 상승함에 따라서 열교환기에서 이상소음이 발생되는 임계온도에 맞추어 설정된 가스압으로 공급하도록 가스밸브를 조정하여, 열교환기로부터 유출되는 난방공급수와 실내배관을 순환한 후에 다시 열교환기로 복귀되는 난방환수의 온도차를 기포발생이 억제되도록 유지하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 사용되는 가스보일러의 개략적인 구성도,

도 2는 도 1의 가스보일러의 부분 블록회로도,

도 3은 종래 사용되는 가스보일러의 가스압제어방법을 나타내는 플로우차트,

도 4는 본 발명에 의한 가스보일러의 가스압설정방법의 일례를 나타내는 플로우차트이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 가스밸브, 3 : 제어판,

5 : 버너, 7 : 점화플러그,

9 : 불꽃감지기, 11: 열교환기,

13: 배기후드, 15: 배기팬,

17: 플로우밸브, 19: 직수공급관,

21: 순환펌프, 23: 삼방변,

25: 물탱크, 27: 온도감지센서,

29: 주제어부, P1,P2: 난방관.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 가스보일러의 가스압제어방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 방법은 보일러의 열교환기에서 발생되는 이상소음을 억제하여 소비자의 클레임을 해결하고, 또한 더 나아가서는 열교환기의 수명을 연장시킬 수 있는 방법이다.

이것은 근본적으로 열교환기에서의 이상소음의 원인이되는 난방공급수와 난방환수와의 온도차이를 최적의 상태, 즉 소음발생의 원인이되는 기포생성을 억제하는 온도차 이하로 조정하여 달성되며, 상기 온도조절은 결국은 버너(5)에 공급되는 가스량(또는 발열량)을 제어하도록 가스압을 조정함으로써 달성된다.

본 발명의 방법에서 측정기준이 되는 것은 난방환수온도(T)와 사용자설정온도(T')이다. 상기 난방환수온도(T)는 열교환기로 유입되기 전의 온도를 측정하는 것으로서, 도 1의 온도감지센서(27)에 의하여 측정된다. 또한 사용자설정온도(T')는 사용자에 의하여 설정된 기준난방환수온도로서, 사용자가 난방공급수의 온도를 설정하도록 구성된 보일러에서는 (난방공급수온도-α)가 된다. 상기 α는 보일러의 종류에 따라서 변경되는 것으로서 보일러의 출력값에 의하여 변경될 수 있으며 실험에 의하여 측정한 후에 데이타로서 주제어부의 메모리소자에 저장된다. 상기에서는 사용자에 의하여 난방공급수온도가 설정되면 사용자설정온도(T')가 결정된다.

본 발명의 방법에 의하면 먼저, 사용자에 의하여 사용자설정온도(T')가 결정된 상태에서 보일러가 작동되면 난방환수온도(T)가 온도감지센서(27)에 의하여 측정된다. 주제어부(29)에서는 온도감지센서(27)로부터 입력되는 전기적신호에 의하여 현재 난방환수온도(T)를 측정하고 그것을 저장하며, 또한 사용자설정온도(T')도 저장한다.

저장된 난방환수온도(T) 데이타를 참고하여 주제어부(29)에서는 현재 온도가 소음발생범위에 포함되는 가를 판단한다. 즉 난방환수온도(T)가 A℃라면 주제어부(29)에서는 미리 설정된 임계온도와, 임계온도에서 소음발생이 가능한 발열량을 감지한다. 그후에 보일러의 발열량이 소음을 발생시킬 수 있는 양으로 감지되면 주제어부(29)에서는 소음발생을 억제하기 위하여 급격한 온도상승을 방지하도록 가스량(또는 발열량)을 감소시킨다. 이러한 가스량(발열량)의 감소는 가스압을 조정, 즉 버너(5)에 공급되는 가스압을 가스밸브(1)를 조정하여 달성한다.

상기 난방환수온도(T)의 범위는 다수의 임계온도로 구분되며, 임계온도에 대한 가스량(발열량)도 역시 설정된다. 상기 소음이 발생되는 임계온도와 그에 대응하는 발열량은 각 기종의 보일러에서 실험에 의하여 구할 수 있으며 이것의 일례가표 1에 표시되어 있다.

도 4는 최대가스압이 145, 최소가스압이 30이며, 이 때의 최대발열량이 20,000Kcal, 최소발열량이 14,000Kcal인 보일러로서, LPG를 사용하며 가스압이 초기에 145mmH₂O인 상태에서 난방환수의 온도가 상승함에 따라서 가스압을 감소시키는 본 발명에 의한 가스압설정의 일실시예를 나타낸 플로우차트이다.

사용자에 의하여 보일러가 작동되면 사용자에 의하여 설정된 사용자설정온도(T')가 저장되며, 최초에는 최대발열량으로 보일러가 작동되고 사용자에 의하여 설정된 온도에 도달하면 보일러는 소화행정을 수행하게 된다. 사용자에 의하여 설정된 사용자설정온도(T')가 53℃라고 가정한다. 사용자에 의하여 입력된 사용자설정온도(T')는 주제어부에 입력되며 기준온도로서 사용된다.

사용자설정온도(T')로 승온시키기 위하여 보일러에서는 초기에 최대화력(20,000kcal)으로 작동되도록 가스를 공급하여 버너에서 연소시킨다. 온도가 상승하여 현재의 난방환수온도(T)가 제1임계온도인 48℃에 도달하면 주제어부(29)에서는 소음발생의 우려가 있는 것으로 판단하고 현재의 버너발열량을 감지한다. 이것은 가스밸브(1)에 인가되는 전압치를 판독함으로써 측정할 수 있으며 20,000kcal이다. 즉 가스밸브(1)에 인가되는 전압치(또는 전류치)가 αV이면 140mmH₂O, βV이면 135mmH₂O와 같이 전압-가스압이 설정되기 때문에 주제어부(29)에서는 발열량을 알 수 있는 것이다.

주제어부(29)에서는 상기와 같이 가스소비량을 참고하여 보일러의 발열량을 파악하고 이것이 제1임계온도에 대응하는 발열량, 즉 18000Kcal보다 높으면 가스소비량을 조정하여 18000Kcal로 발열량을 조정하고 이러한 상태로 연소를 계속한다. 거의 발생하지 않는 상태이지만 만일 난방환수온도(T)가 하강하면 주제어부(29)에서는 다시 전단계의 연소상태로 복귀하여 20000Kcal로 최대화력으로 연소행정을 수행한다.

보일러의 발열량이 18000Kcal로 고정된 상태에서 주제어부(29)는 다시 난방환수온도(T)를 측정한다. 측정된 난방환수온도(T)가 제2임계온도인 51℃에 도달하면 주제어부(29)에서는 제1임계온도에서와 같이 가스소비량을 감지하여 발열량을 파악하고 그것을 제2임계온도인 51℃에 할당된 발열량과 비교한다. 이 상태에서 보일러의 발열량의 18,000Kcal이다. 비교결과 제2임계온도에 대응하는 발열량, 즉 17000Kcal보다 높으면 가스소비량을 하향조정하여 17000Kcal로 발열량을 조정하고 이러한 상태로 연소를 계속한다.

보일러의 발열량이 17000Kcal로 고정된 상태에서 주제어부(29)는 다시 난방환수온도(T)를 측정한다. 측정된 난방환수온도(T)가 제3임계온도인 54℃에 도달하면 주제어부(29)에서는 제1임계온도에서와 같이 가스소비량을 감지하여 발열량을 파악하고 그것을 제3임계온도에 할당된 발열량과 비교한다. 비교결과 제3임계온도에 대응하는 발열량, 즉 16000Kcal보다 높으면 가스소비량을 조정하여 16000Kcal로 발열량을 조정하고 이러한 상태로 연소를 계속한다.(그러나 예를 든 사용자설정온도가 53℃이므로 이 단계를 통과하지는 않는다)

보일러의 발열량이 16000Kcal로 고정된 상태에서 주제어부(29)는 다시 난방환수온도(T)를 측정한다. 측정된 난방환수온도(T)가 제4임계온도인 57℃에 도달하면 주제어부(29)에서는 제1임계온도에서와 같이 가스소비량을 감지하여 발열량을 파악하고 그것을 제4임계온도에 할당된 발열량과 비교한다. 비교결과 제4임계온도에 대응하는 발열량, 즉 15000Kcal보다 높으면 가스소비량을 조정하여 15000Kcal로 발열량을 조정하고 이러한 상태로 연소를 계속한다. 난방환수온도(T)가 제4임계온도인 57℃를 초과하면 주제어부(29)에서는 최소발열량으로 버너(5)에서 연소하도록 가스밸브(1)를 제어한다.

상기와 같이 제어되는 본 발명의 방법은, 그러나 무한정온도가 상승되지 않는다. 즉 종래 제어방식과 같이 사용자에 의한 사용자설정온도(T')에 도달하면 주제어부(29)에서 이것을 감지하여 소화행정이 수행된다. 상기와 같이 사용자가 설정한 난방환수온도(T)가 53℃라고 하면, 53℃는 제3임계온도인 54℃보다 낮은 온도가 된다. 따라서 보일러의 난방환수온도는, 제2임계온도인 51℃에 설정된 가스소비량에 따라서 17,000Kcal/H의 발열량으로 가열되면서 승온된 후에 사용자에 의한 설정온도인 53℃에 도달하면 소화되는 것이다. 이것은 주제어부(29)에 사용자설정온도가 룸콘 등을 통하여 입력된 상태이기 때문에 주제어부(29)에서는 난방환수온도가 사용자설정온도에 도달하면 자동적으로 소화행정을 수행하는 것이다.

하기의 표 1은 본 발명의 방법이 수행되는 가스보일러의 온도 및 가스압데이타를 나타내는 것으로서, 각각 LPG 및 LNG의 경우를 보여 준다. 이 데이터는 실험에 의하여 측정된 것으로서, 모두 보일러의 제어데이타로서 주제어부(29)의 메모리소자에 저장된다. LPG인 경우에는 도 4의 플로우차트를 통하여 설명되었다.

난방환수온도(T)	가스압(mmH₂O)	발열량(Kcal/H)
난방환수온도(T)	LPG(30∼145)	LNG(10∼50)
45℃이하	145	50	20,000
48℃이하	120	40	18 000
51℃이하	100	33	17,000
54℃이하	90	30	16,000
57℃이하	80	25	15,000
58℃이상	70	20	14,000

도 4에서는 LPG데이타를 사용하였으며, LNG를 사용하는 경우에는 동일한 온도와 동일한 발열량을 얻기 위하여 가스압이 50,40,33,30,25,20mmH₂o가 됨을 알 수있다. 상기와 같이 버너에 공급되는 가스압을 제어함으로써 열교환기에서는 소음이 발생되는 임계온도에 도달할 때마다 온도를 낮추도록 발열량을 조정하여(즉 가스공급량을 조정하여) 소음을 억제할 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의하면 온도가 이상소음이 발생되는 온도에 도달하면 온도의 급격한 상승을 방지하여 열교환기의 내부에서 발생되는 이상소음을 억제할 수 있는 이점이 있는 것이다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

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Claims

주제어부(29)에서 난방환수의 온도를 온도감지센서(27)를 사용하여 측정하고, 난방환수온도(T)가 소음발생 가능성이 높은 다수의 임계온도로 분리되고 각각의 임계온도에 대한 발열량이 각각 설정되며, 측정된 난방환수온도(T)가 상승함에 따라서 열교환기(11)에서 이상소음이 발생되는 임계온도에 맞추어 설정된 발열량이 공급되도록 가스밸브(1)를 조정하여, 열교환기(11)로부터 유출되는 난방공급수와 실내배관을 순환한 후에 다시 열교환기(11)로 유입되는 난방환수의 온도차를 기포발생 억제범위내에서 유지하는 것을 특징으로 하는 가스보일러의 가스압제어방법.