KR100489036B1 - 축열식 전기온풍기의 전력공급제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축열식 전기온풍기의 축열재에 공급되는 전력을 제어하는 방법에 관한 것으로, 축열재를 구성하는 각 축열벽돌에 대한 각 열량을 산출하는 단계; 각 벽돌열량에 기초하여 축열재의 축열량을 산출하는 단계; 축열재의 소정위치에 대표온도센서를 설치하고, 대표온도센서와 축열량의 상관관계인 비례계수를 도출하는 단계; 대표온도센서의 온도를 측정하여 축열량을 산출하고, 축열재의 열용량과 축열량에 기초하여 필요한 전력공급시간을 산출하고, 전체 심야전력공급시간에서 필요전력공급시간을 뺀 시간만큼 심야전력 공급시각을 지연시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

축열식 전기온풍기의 전력공급제어방법{Method for controlling the Power Supply Time in a Thermal-storage Heating Radiator}
본 발명은 축열식 전기온풍기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심야전력을 사용하는 축열식 전기온풍기에 축열을 위한 심야전력 투입시간을 지연시키는, 축열식 전기온풍기의 전력공급제어방법에 관한 것이다.
현재 판매되고 있는 기존의 축열식 전기온풍기는 22시부터 익일 08시 까지 동작하는 타이머를 통해 심야전력이 공급되고, 이와 같이 공급된 심야전력이 발열체인 히터를 가동시켜서 열을 축열재에 축적함으로써 이 열량을 난방에 이용하는 방식으로 동작한다. 전기온풍기에 사용되는 제어장치는 크게 축열온도 조절장치와 실내온도 조절장치로 나눌 수 있다. 상기한 축열온도 조절장치는 축열재의 온도를 측정하여 발열체에 전력 투입여부를 제어하는 장치이고, 상기한 실내온도 조절장치는 온풍기가 설치되어 있는 실내의 온도를 측정하여 방열장치의 송풍기 작동여부를 제어하는 장치이다.
그런데, 축열식 전기온풍기의 이러한 방식의 동작에 의하면, 심야전력이 공급되기 시작하는 시각부터 축열온도 조절장치를 통하여 발열체에 심야전력이 공급되는데, 이는 심야전력 공급 개시시각인 22시경에 전국의 심야 전기기기가 동시에 가동됨에 따라, 발전소에서는 그에 상응하는 전력을 즉각 생산하여 공급하여야 하나 원자력 등의 생산단가가 낮은 전력은 시간에 따라 전력 생산량을 조절하기가 어려워 상대적으로 전력조절이 용이한 양수발전소 등의 수력발전소를 이용하여 전력을 생산하므로, 발전 및 전력공급의 효율성이 낮아지게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 축열식 전기보일러와 축열식 전기온수기를 대상으로 전일 소비자가 사용하고 남은 잔열량을 측정한 현재의 축열상황에 기초하여 익일 사용을 위한 축열예정시간을 산출한 후, 심야전력 공급의 개시시점을 지연시키는 제어장치가 특허출원번호 10-2001-0067531로 출원된 바 있다. 그러나, 이 제어장치의 축열량 측정방법은 액체인 온수를 대상으로 하고 있어서 남은 열량의 산출이 용이한 반면에, 전기온풍기에 사용되는 축열재는 고체인 다수의 세라믹 벽돌을 적층하여 사용하고 있어서, 특허출원번호 10-2001-0067531의 축열량 측정방법을 전기온풍기에 적용하여 사용하는 것은 곤란한 문제점이 있다.
본 발명을 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 익일의 전기온풍기 사용을 위한 심야전력 공급의 개시시각을 얼마만큼 지연시킬 것인가를 전일 소비자가 사용하고 남은 축열량에 기초하여 결정하는 방법을 제공함으로써, 심야전력 공급을 위한 발전 및 전력공급의 효율성을 증대시키는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명은, 축열벽돌 하나에 대하여 특정부위의 온도를 측정하여 벽돌열량을 산출하는 단계, 전체 벽돌들의 총축열량을 산출하는 단계, 상기 축열재의 소정위치에 대표온도센서를 설치하고, 상기 대표온도센서와 상기 축열량의 비례계수를 도출하는 단계; 상기 대표온도센서의 온도를 측정하여 상기 축열량을 산출하고, 축열재의 열용량과 상기 축열량에 기초하여 필요한 전력공급시간을 산출하고, 전체 심야전력공급시간에서 필요전력공급시간을 뺀 시간만큼 심야전력 공급시각을 지연시키는 단계를 포함하는 축열식 전기온풍기의 전력공급 제어방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 다수의 적층 벽돌에 다수의 온도센서가 부착된 축열식 전기온풍기의 축열재의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 축열식 전기온풍기의 축열재는, 적층된 다수의 벽돌(11)과, 하나의 단위로 구획된 다수의 벽돌(11)을 둘러싸는 내부단열재(13) 및 외부단열재(14) 등으로 구성되어 있다.
각 벽돌(11)의 일측에는 온도센서(12)가 설치되어 있는데, 여기서 온도센서(12)는 각 벽돌(11)의 모든 측면에 설치될 수 있으나, 벽돌(11)의 각 측면의 온도편차가 미세하고 또한 설치의 용이를 위해 대향하는 측면에 각각 하나씩의 온도센서를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 인접하는 벽돌 사이에는 인접 벽돌의 각 측면을 측정하는 하나의 온도센서를 설치하여도 본 발명의 소정의 목적을 달성하는 데 별 지장을 주지 않는다. 이하에서는, 인접하는 벽돌 사이에는 하나의 온도센서만을 설치한 축열재 구조에 대하여 본 발명을 설명한다.
먼저, 도 1에서 하나의 벽돌(A)에 대하여 축열량을 측정하게 되는데(S41), 그 측정방법을 설명하면 다음과 같다. 축열식 전기온풍기는 여러 개의 축열 벽돌로 구성되는 데, 각 벽돌 예를들어 i번째 축열벽돌에 대해 열량을 구하는 방법은 상하의 측면에 부착된 온도센서에 의하여 측정된 온도를 각각 Ttop,i 및 Tbottom,i 라고 하면, 평균온도는 Tave,i = (Ttop,i + Tbottom,i)/2 와 같이 주어지고, 이 평균온도에 축열벽돌의 비열 Ci(Tave,i)와 질량 Mi 를 곱하여 i번째 축열벽돌의 벽돌열량 Qi 는 다음 식으로 주어진다.
다음으로, 전체벽돌의 총축열량을 산출하게 되는데(S42), 그 산출방법을 설명하면 다음과 같다. 전체 축열벽돌의 개수를 N이라 하면, 전체 열량 Ttot 는 각 축열벽돌에서 측정한 온도에 따라 다음과 같이 정해진다.
그런데, 각 축열벽돌에 설치된 온도센서를 전기온풍기가 하나의 제품으로 출고된 이후에도 설치되는 것은 비용이나 장비의 간소화 등의 측면에서 바람직하지 않다. 따라서, 출고되는 시점에서 축열량을 측정할 수 있는 하나의 대표온도센서(15)를 남겨두고 다른 온도센서들은 제거된다. 그러므로, 전체 벽돌에 의하여 축열되는 총축열량과 대표온도센서(15)와의 상관관계가 성립되어 대표온도센서(15)만에 의하여도 총축열량을 측정할 수 있어야 한다. 이하에서는, 총축열량을 대표온도센서(15)의 측정값에 대응시키는 방법을 설명한다.
대표온도센서(15)는 온도측정의 편의성 등을 위하여 내부단열재(13)와 외부단열재(14)의 사이에 설치된다. 실험에 의하면, 총축열량의 시간에 따른 변화량과 대표온도센서(15)의 시간에 따른 온도변화는 극히 유사한 비례관계를 나타내고 있으며, 또한 이들 사이에는 상관관계로서 비례계수가 존재함을 알 수 있다. 도 2는 총축열량과 평균축열온도의 시간에 따른 변화를 도시하고 있고, 도 3은 대표온도센서(15)의 시간에 따른 온도변화를 도시하고 있다. 여기서, 총축열량과 대표온도센서(15)의 상관관계는 사용하는 벽돌의 비열과 크기, 사용되는 정격전력 등에 따라 차이를 나타내므로, 다양한 규격의 전기온풍기마다 출고전에 총축열량과 대표온도센서(15)의 온도사이에 나타나는 상관관계인 비례계수를 도출한다(S43). 이러한 상관 관계식, 축열재의 열용량 및 축열량, 필요한 전력 등을 고려하여 전력공급 시간의 지연량이 결정된다.
총축열량과 대표온도센서(15)의 온도 사이에서 나타나는 상관관계인 비례계수가 도출되면, 대표온도센서(15)의 온도를 측정하게 되는데(S44), 대표온도센서(15)의 온도에 비례계수를 곱하게 되면 현재 축열재에 남아있는 총축열량을 알 수 있고, 이러한 잔존 축열량을 고려하여 심야전력의 사용시간을 결정한 후, 전체 심야전력 사용시간에서 사용하고자 하는 전력사용시간을 심야전력 종료시각에서 역으로 계산하여, 즉 전체 심야전력공급시간에서 필요전력공급시간을 뺀 시간만큼 심야전력 공급시각을 지연시킨다(S45).
도 4는 위에서 언급한 심야전력 사용의 개시시각을 지연시키는 방법을 도시한 동작 순서도이다.
이러한 단계를 포함하는 심야전력 사용시간 제어알고리즘을 구현하기 위한 하드웨어는 축열량을 측정할 수 있는 온도센서, 온도센서의 측정온도로부터 잔존축열량을 산출한 후 전체 심야전력 공급시간을 고려한 전력공급 개시시각을 결정하는 마이컴, 마이컴의 제어에 따라 전력공급을 제어하는 타임스위치 등으로 구성된다.
본 발명에 따르면, 익일의 전기온풍기 사용을 위한 심야전력 공급의 개시시각을 얼마만큼 지연시킬 것인가를 전일 소비자가 사용하고 남은 축열량에 기초하여 결정하는 방법을 제공함으로써 심야전력 공급을 위한 발전 및 전력공급의 효율성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 다수의 적층 벽돌에 다수의 온도센서가 부착된 축열식 전기온풍기의 축열재의 단면도이고,
도 2는 총축열량과 평균축열온도의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프이고,
도 3은 대표온도센서의 시간에 따른 온도변화를 도시한 그래프이고,
도4는 심야전력 사용의 개시시각을 지연시키는 방법을 도시한 동작 순서도이다.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
11: 벽돌 12: 온도센서
13: 내부단열재 14: 외부단열재
15: 대표온도센서

Claims (3)

  1. (정정) 축열식 전기온풍기의 축열재에 공급되는 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    축열재를 구성하는 각 축열벽돌에 대한 각 벽돌열량을 산출하는 단계;
    상기 각 벽돌열량에 기초하여 다음의 수식에 따라 축열재의 축열량을 산출하는 단계;
    상기 축열재의 소정위치에 대표온도센서를 설치하고, 상기 대표온도센서와 상기 축열량의 비례계수를 도출하는 단계; 및
    상기 대표온도센서의 온도를 측정하여 상기 축열량을 산출하고, 축열재의 열용량과 상기 축열량에 기초하여 필요한 전력공급시간을 산출하고, 전체 심야전력공급시간에서 필요전력공급시간을 뺀 시간만큼 심야전력 공급시각을 지연시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 전기온풍기의 전력공급제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 벽돌 열량 산출단계는
    인접하는 벽돌 사이에 하나의 온도센서를 설치하여 인접하는 양쪽 벽돌의 열량을 측정하는 것을 특징으로 하는 축열식 전기온풍기의 전력공급제어방법.
  3. 삭제
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