KR100270900B1

KR100270900B1 - 공기비례제어식 콘덴싱 보일러

Info

Publication number: KR100270900B1
Application number: KR1019980044402A
Authority: KR
Inventors: 신연철
Original assignee: 김철병; 주식회사경동보일러
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-11-01
Also published as: KR20000026741A

Abstract

본 발명은 공기압력검출을 위한 압력검출부와 압력 인식부를 갖는 공기비례제어밸브에서 흡입 공기의 압력에 따라 공기비례제어밸브를 작동하여 버너에 공급되는 가스량과 공기압력을 일정하게 하는 공기비례제어식 콘덴싱 보일러에 관한 것으로, 이 콘덴싱 보일러는 흡입챔버(6)에 설치되어 송풍기(10)에 의해 흡입되는 공기압력을 감지하는 공기압력검출부(50)와; 이 공기압력검출부(50)에서 감지된 공기압력을 바탕으로 무단제어송풍기(10)를 듀티제어하여 회정수를 가변시켜 버너(12)에 공급되는 가스량을 조절하는 콘트롤러(40)를 포함하고 있다.

Description

공기비례제어식 콘덴싱 보일러

본 발명은 공기비례제어식 콘덴싱 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 팬의 회전수 변화에 따른 흡입 공기압력에 따라 공기비례제어밸브를 작동하여 버너로 공급되는 공기비를 조절하는 공기비례제어식 콘덴싱 보일러에 관한 것이다.

일반 가정에서 난방 및 온수공급을 위해 주로 사용하는 보일러는 사용연료에 따라서, 기름 보일러와 가스 보일러로 나눌 수 있다. 가스 보일러는 액화석유가스(LPG)를 원료로 사용하는 경우도 있으나, 경유나 등유에 비해 황분을 거의 함유하고 있지 않기 때문에 대기오염을 최소화할 수 있는 청정연료인 LNG를 대부분 사용하고 있다.

또한, 가스 보일러는 제어방식이나 밀폐상태에 따라 여러가지 형식으로 나눌 수 있으며, 그 밖에도 난방수를 가열하는 열원의 회수 방법에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 형식으로 구분할 수 있다. 이 중에서 콘덴싱 보일러는 버너에 의해 연소된 열을 이용하여 직접적으로 난방수를 가열하는 현열부 열교환기와 함께, 현열부 열교환기를 통과한 배기가스의 잠열을 이용하여 난방수를 가열하는 잠열부 열교환기를 지니고 있으며, 비콘덴싱 보일러는 현열부 열교환기만 구비하고 있다.

콘덴싱 보일러의 버너에 공급되는 공기비를 제어하는 종래의 방식으로는 온/오프 제어시스템과 전류비례 제어시스템이 있다. 온/오프제어시스템은 단순히 보일러 작동 스위치의 조작신호에 따라서 온/오프되면서 가스의 공급을 선택적으로 차단하는 방식으로서, 과거에 많이 사용하였다. 전류비례 제어시스템에서는 콘트롤러가 송풍기 회전수와 같은 입력값의 변화에 대응하여 비례제어밸브에 출력신호를 보냄으로써, 버너로 공급되는 연료량을 가변시켜 공기비를 조절하게 된다.

즉, 전류비례제어방식은 송풍기의 회전수 제어와 가스량의 제어를 선택적, 독립적으로 제어하여 버너로 공급되는 가스량을 가변시켜 공기비를 조절하여 왔다.

이러한 종래의 온/오프 제어시스템에서는 버너로 공급되는 공기비를 변화시키지 않고 거의 일정하게 유지하기 때문에 유입되는 공기량에 관계없이 항상 일정한 양의 연료가 공급되어 연소 효율이 낮고 유해가스의 배출이 과다한 단점이 있으며, 전류비례 제어시스템은 송풍기의 회전수와 같은 비례밸브에 의해 가해지는 전류값을 가변시키는 방법과 입력값을 바탕으로 공기비를 제어하기 때문에 응답성이 낮으므로, 이것 역시, 유입되는 공기압력에 관계없이 거의 일정한 양의 연료가 공급되어 연소효율이 낮고 유해가스의 배출이 많은 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명은 외부에서 유입되는 공기의 압력을 측정한 다음, 측정된 공기압력에 비례하여 버너에 연료를 공급하기 때문에 유입되는 공기압력에 비례하여 정확한 양의 연료를 공급함으로써, 연소효율을 높이고 유해가스의 배출을 최대한 억제하여 환경오염을 방지할 수 있는 공기비례제어식 콘덴싱 보일러를 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 가스량을 조절하는 변수가 공기 압력에만 의존하여 변화되므로 가스 밸브의 비례제어 부분을 별도로 제어하지 않아도 일정공기 압력에 대한 일정량의 가스가 토출되어 항상 일정한 공기비를 갖고 있기 때문에 온/오프식이나 전류비례제어방식과는 달리 정확하게 비례제어할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 공기비례 제어시스템을 적용한 콘덴싱 보일러의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 공기비례제어식 콘덴싱 보일러의 구성을 보인 블록도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10:송풍기 12;버너

14:현열부 열교환기 16:잠열부 열교환기

18:배기 후드 20:배기덕트

22:순환펌프 24:난방수 여과기

26:기수 분리기 34:온수 열교환기

38:실내온도 조절기 40:콘트롤러

46, 46':제 1, 2전자밸브 47:비례제어밸브

50:공기압력검출부 51:공기압력인식부

상술한 본 발명의 목적은 송풍기의 작동에 따라 외부공기를 흡입하는 흡기덕트 및 연소된 배기가스를 외부로 배출하는 배기덕트가 구비되어 있는 밀폐형 본체와; 제 1 및 제 2전자밸브와 비례제어밸브를 통해서 공급되는 가스와 송풍기에 의해 흡입된 공기의 혼합기를 연소하는 버너와, 이 버너의 의해 연소된 열에 의해 난방수를 가열하는 현열부 열교환기와, 이 현열부 열교환기를 통과한 연소가스의 잠열을 이용하여 난방수를 가열하는 잠열부 열교환기가 일체적으로 조립되어 있는 연소기와; 현열부 열교환기를 지나면서 가열된 난방수에 의해 급수를 가열하는 온수 열교환기와; 난방수 여과기와 기수 분리기를 통과한 난방수를 이 잠열부 열교환기로 공급하는 순환펌프와; 3웨이 밸브의 작동에 따라 유입되는 난방수의 일부를 저장하는 팽창탱크와; 흡입챔버에 설치되어 송풍기에 의해 흡입되는 공기압력을 감지하는 공기압력검출부와; 공기압력검출부에서 감지된 공기압력을 바탕으로 공기비례제어밸브의 압력인식부에서 인식된 압력에 비례하여 버너에 공급되는 가스량을 조절하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기비례제어식 콘덴싱 보일러에 의해 달성된다.

여기에서 공기비례제어밸브는 팬의 회전수 변화에 의한 공기압력에 따라 콘트롤러에 의해서 자동으로 연동하여 동작함으로써 팬의 회전수를 듀티제어하게 된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기비례제어식 콘덴싱 보일러에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 공기비례 제어시스템을 적용한 콘덴싱 보일러의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공기비례제어식 콘덴싱 보일러의 구성을 보인 블록도이다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 콘덴싱 가스 보일러는 외기의 온도변화에 따라 공기압력을 조절하여 항상 일정량의 공기가 공급될 수 있도록 하는 공기비례제어 방식으로 운전된다. 이것의 전체적인 구성을 보면, 송풍기(10)의 작동에 따라 외부공기를 흡입하는 흡기덕트(3) 및 연소된 배기가스를 외부로 배출하는 배기덕트(20)가 구비되어 있는 밀폐형 본체(2)와; 제 1 및 제 2전자밸브(46, 46')와 비례제어밸브(47)를 통해서 공급되는 가스와 송풍기(10)에 의해 흡입된 공기의 혼합기를 연소하는 버너(12) 및 난방수를 가열하는 현열부 열교환기(14)와, 잠열부 열교환기(16)가 일체적으로 조립되어 있는 연소기(4)와; 현열부 열교환기(14)를 지나면서 가열된 난방수에 의해 급수를 가열하는 온수 열교환기(34)와; 난방수 여과기(24)와 기수 분리기(26)를 통과한 난방수를 상기 잠열부 열교환기(16)로 공급하는 순환펌프(22)와; 3웨이 밸브(28) 및 과압방지밸브(32)의 작동에 따라 유입되는 난방수의 일부를 저장하는 팽창탱크(48)로 이루어져 있다.

또한, 공기비례제어를 위해서, 흡입챔버(6)에 설치되어 송풍기(10)에 의해 흡입되는 공기압력을 감지하는 공기압력검출부(50)가 설치되고 공기비례제어밸브의 압력인식부(51)에서 압력을 입력하게 되면, 콘트롤러(40)는 공기압력인식부(51)에서 감지된 공기압력을 바탕으로 하여 인출된 가스로 보일러를 연소시키고 온도센서의 신호를 받아 설정온도 도달 유무의 데이터로 열량을 계산하여 DC송풍기(10)의 회전수를 듀티제어하여 필요한 만큼의 회전수로 공기압력을 변화시켜 공기비례밸브의 가스 토출량을 조절하여 버너(12)에 공급되는 가스량을 조절하게 된다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 연소기(4)의 상부에는 송풍기(10)의 작동에 따라 흡입챔버(6)를 통해 흡입된 급기와 가스를 연소시키는 버너(12)가 설치되어 있으며, 버너(12)아래에는 차례대로, 현열부 열교환기(14)와 잠열부 열교환기(16)가 배치되어 있다. 현열부 열교환기(14)는 버너에서 발생된 현열이 직접적으로 접촉되어 열교환되는 과정에서 난방수를 가열하게 되며, 잠열부 열교환기(16)는 배기가스와의 열접촉시에 발생되는 잠열을 이용하여 난방수를 가열시킨다.

잠열부 열교환기(16)를 통과한 배기가스는 배기덕트(20)를 통해서 외부로 방출되며, 열교환 과정에서 발생된 응축수는 배기후드(18)에 모아진 다음 외부로 배출된다. 순환펌프(22)의 작동에 따라 잠열부 열교환기(16)와 현열부 열교환기(14)를 차례대로 통과하면서 가열된 난방수의 온도는 써미스터(52)에 의해 감지되어 콘트롤러(40)로 보내진다.

보일러의 좌측 하부에는 난방수를 순환시키는 순환펌프(22)가 배치되어 있다. 순환펌프(22)가 작동되면, 실내의 난방을 마친 난방수는 라인(L1)을 통해서 난방수 여과기(24)로 유입하게 된다. 난방수 여과기(24)에서는 난방수에 포함되어 있는 불순물을 제거하게 되며, 여과된 난방수는 상부의 기수 분리기(26)로 보내진다. 기수 분리기(26)는 난방수에 포함되어 있는 공기를 배출하기 위한 것으로, 상부의 에어 벤트를 통해서 공기를 배출하게 된다.

난방수 여과기(24)와 기수 분리기(26)사이에는 난방수의 압력이 과도하게 상승되는 것을 막기 위한 과압방지밸브(32)가 설치되어 있어, 난방수의 일부를 팽창탱크(48)로 보내 압력을 조절하게 된다. 기수 분리기(24)를 통과한 난방수는 순환펌프(22)의 작동으로 라인(L2)을 통해서 잠열부 열교환기(16)로 공급된 다음, 현열부 열교환기(14)를 지나면서 가열되어 라인(L3)으로 배출된다. 라인(L3)을 통해 배출된 난방수는 3웨이 밸브(28)의 작동에 따라 실내로 공급된다.

보일러의 중간 하부에는 난방수의 열을 이용하여 온수를 얻는 열교환기가 도시되어 있다. 온수흐름스위치(36)의 작동에 따라 라인(L6)을 통해 유입된 냉수는 온수 열교환기(34)를 지나는 과정에서 가열된 다음, 라인(L7)을 통해서 배출된다. 본 발명의 온수 열교환기(34)는 병렬형 구조로 이루어져 있어 제어되는 온도의 편차 범위를 종래에 비해 더욱 작은 영역으로 설정함으로써 보일러의 운전영역을 높여 유해가스의 배출을 최대한 억제할 수 있다.

보일러의 우측 하부에는 가스 공급장치가 설치되어 있다. 제 1 및 제 2전자밸브(46, 46')를 비롯하여, 콘트롤러(40)에서 전달되는 송풍기(10)의 출력신호에 따라 송풍기의 회전수를 듀티제어하면서 가스의 토출량을 가변시키는 공기비례제어밸브(47)의 작동에 따라 라인(L8)을 통해 유입된 가스는 라인(L9)을 통해서 연소기(4)상부의 노즐(8)로 공급된다. 이때, 가스의 공급량은 공기비례제어 전자밸브(46)의 작동에 따라 가변됨으로써 외기의 변화에 따른 공급량을 보상하게 된다. 이렇게 공급된 가스는 점화 트랜스(42) 및 점화봉을 통해 전달되는 스파크에 의해 점화되어 연소되는데, 이러한 일련의 연소과정은 사용자가 조작하는 실내온도 조절기(38)의 입력신호를 받는 콘트롤러(40)에 의해서 제어된다.

다음에는 도 2에 도시한 블록도를 참조하여 본 발명에 따른 비례제어방식의 콘덴싱 보일러에 대한 작동과정을 설명한다.

콘트롤러(40)는 써미스터(52)에 의해 감지된 난방수 온도와, 사용자에 의해 선택되어진 희망실내온도나 희망 작동시간 등의 각종 입력신호를 바탕으로 최적의 공연비를 근거로 한 연료량을 계산한다. 다음에, 계산된 연료량을 바탕으로 무단제어 DC송풍기(10)에 신호를 보내 튜티제어함으로써 공기압력의 변화에 따라 버너(12)로 공급되는 연료의 양을 최적으로 제어하게 된다. 콘트롤러(40)는 DC송풍기(10)이외에도, 제 1 및 제 2전자밸브(46, 46')나 점화 트랜스(42) 등에 출력신호를 보내 보일러의 정상적인 운전을 가능케 한다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 외부에서 유입되는 공기의 압력을 측정한 다음, 측정된 공기압력에 비례하여 버너에 연료를 공급하기 때문에 유입되는 공기압력에 비례하여 정확한 양의 연료를 공급함으로써, 연소효율을 높이고 유해가스의 배출을 최대한 억제하여 환경오염을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims

송풍기(10)의 작동에 따라 외부공기를 흡입하는 흡기덕트(3) 및 연소된 배기가스를 외부로 배출하는 배기덕트(20)가 구비되어 있는 밀폐형 본체(2)와;

제 1 및 제 2전자밸브(46, 46')와 공기비례제어밸브(47)를 통해서 공급되는 가스와 상기 송풍기(10)에 의해 흡입된 공기의 혼합기를 연소하는 버너(12)와, 상기 버너(12)의 의해 연소된 열에 의해 난방수를 가열하는 현열부 열교환기(14)와, 이 현열부 열교환기(14)를 통과한 연소가스의 잠열을 이용하여 난방수를 가열하는 잠열부 열교환기(16)가 일체적으로 조립되어 있는 연소기(4)와;

상기 현열부 열교환기(14)를 지나면서 가열된 난방수에 의해 급수를 가열하는 온수 열교환기(34)와;

난방수 여과기(24)와 기수 분리기(26)를 통과한 난방수를 상기 잠열부 열교환기(16)로 공급하는 순환펌프(22)와;

3웨이 밸브(28)의 작동에 따라 유입되는 난방수의 일부를 저장하는 팽창탱크(48)와;

상기 흡입챔버(6)에 설치되어 송풍기(10)에 의해 흡입되는 공기압력을 감지하는 공기압력검출부(50)와;

상기 공기압력검출부(50)에서 감지된 공기압력을 바탕으로 상기 공기비례제어밸브(47)의 압력인식부(51)에서 인식된 압력에 비례하여 상기 버너(12)에 공급되는 가스량을 조절하는 콘트롤러(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기비례제어식 콘덴싱 보일러.
제 1항에 있어서,

상기 온수 열교환기(34)는 병렬형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기비례제어식 콘덴싱 보일러.