KR100598548B1

KR100598548B1 - 단일팬식 복합열원기

Info

Publication number: KR100598548B1
Application number: KR1020050038769A
Authority: KR
Inventors: 히데오 오카모토
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-07-10
Also published as: JP4050722B2; CN100516703C; JP2005321153A; CN1696582A; KR20060046007A

Abstract

본 발명은 단일팬식 복합열원기에 관한 것으로서, 급탕용 제1열교환기와 급탕 이외의 용도(예를 들어, 난방용)의 제2열교환기를 구비하고, 제1열교환기용 제1버너를 수납한 제1연소실과 제2열교환기용 제2버너를 수납한 제2연소실에 단일팬으로 연소용공기를 공급하는 단일팬식 복합열원기에 있어서, 제2열교환기측의 단독운전시(난방단독운전시)에 제1열교환기가 팬으로부터의 공기로 과도하게 냉각되는 것을 방지한다.

난방단독운전시는 급탕운전을 정지하고 나서의 경과시간(TM)이 소정시간(TM1) 이상이 되고, 제1열교환기의 탕온센서의 검출온도(TH)가 소정온도(TH1) 이하가 된 때에 제1버너를 연소시킨다. 또한, TM이 제2소정시간(TM2)(>TM1) 이상으로 되었을 때는 TH가 제2소정온도(TH2)(<TH1) 이하로 된 때에 제1버너를 연소시킨다.

단일팬식 복합열원기, 제1연소실, 제2연소실, 제1버너, 제2버너

Description

단일팬식 복합열원기{Complex heat source machine with one fan}

도 1은 본 발명의 열원기의 실시예의 구성을 나타낸 도이다.

도 2는 제2열교환기측의 단독운전시(난방단독운전시)에 대한 제1버너의 제어를 나타낸 플로챠트이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1 : 제1연소실 2 : 제2연소실

3 : 제1버너 4 : 제1열교환기

5 : 제2버너 6 : 제2열교환기

7 : 연소팬 8 : 콘트롤러

9 : 탕온센서 TH1 : 소정온도

TH2 : 제2소정온도 THe1, THe2 : 연소정지온도

TM1 : 소정시간 TM2 : 제2소정시간

TMe1, TMe2 : 소정 일정시간

본 발명은 제1, 2연소실과, 제1연소실에 수납된 제1버너로 가열되는 급탕용 제1열교환기와, 제2연소실에 수납된 제2버너로 가열되는 난방용 및 목욕용 급탕 이외의 용도를 갖는 제2열교환기를 구비하고, 제1, 2연소실로 단일 연소팬에 의해 연소용공기를 공급하도록 한 단일팬식 복합열원기에 관한 것이다.

이러한 종류의 단일팬식 복합열원기는 연소팬의 작동으로 제1, 2연소실에 연소용공기가 공급된다. 제1열교환기측의 운전으로 급탕을 만들면 급탕의 정지에서 제1열교환기측의 운전이 정지된 후에도 제1열교환기내는 온수가 충분한 상태가 되지만, 이런 상태에서 제2열교환기측의 운전을 행하면 제1열교환기에는 제1연소실로 공급되는 공기만 흘러 제1열교환기내의 탕(湯 : 목욕물)이 식게 된다.

그 결과, 재탕시간에 제1열교환기내에서 차가운 냉수가 흘러나와 출탕온도가 일시적으로 저하되는 소위 냉수샌드위치현상이 발생한다. 또한, 기온이 낮으면 제2열교환기측의 단독운전 중에 제1열교환기내의 물이 동결(凍結)되기도 한다.

종래에 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연소팬으로 흡입되는 공기를 제2열교환기측의 배출열로 가열하는 급기가열수단을 설치한 단일팬식 복합열원기가 알려져 있다[ 예를 들어, 특허문헌 1 : 특개평6-201190호 공보(단락0014, 도 1) ]. 이것에 의하면, 제2열교환기측의 단독운전시에 급기가열수단으로 가열된 공기는 연소팬에서 공급되기 때문에 제1열교환기의 냉각이 억제된다.

따라서, 이러한 것은 급기가열수단을 설치하여야 하기 때문에 구조가 복잡하게 되어 비용이 많이 든다. 또한, 제1열교환기측 및 제2열교환기측의 동시 운전시 (급기가열수단에 의해 공기의 가열이 행해진다)와 제1열교환기측의 단독운전시(급 기가열수단에 의해 공기의 가열이 행해지지 않는다)에서는 제1연소실로 공급되는 공기온도에 차이가 생기고 이 온도차에 의해 공기의 밀도차가 생기게 되며 그 결과 연소공기의 실공급량에 차이가 생기기 때문에 연소성에 악영향이 생기고, 또한, 제1열교환기측 및 제2열교환기측의 동시 운전시에는 제2버너의 연소량 변화에 의해 공기온도가 변화되어 급탕온도가 불안정하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 제2열교환기측의 단독운전시에 제1열교환기의 냉각에 의한 냉수샌드위치현상 및 제1열교환기내의 물의 동결을 상기와 같은 문제점이 생기는 일 없이 방지할 수 있도록 하는 구조가 간단하고 가격이 싼 단일팬식 복합열원기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단일팬식 복합열원기는 제1, 2연소실과, 제1연소실에 수납된 제1버너로 가열되는 급탕용 제1열교환기와, 제2연소실에 수납된 제2버너로 가열되는 급탕 이외의 용도를 갖는 제2열교환기를 구비하고, 제1, 2연소실로 단일 연소팬으로 연소용공기를 공급하도록 한 단일팬식 복합열원기에 있어서, 제2열교환기측의 단독 운전시에 제1버너의 작동을 제어하는 제어수단을 구비하고, 이 제어수단은 제1열교환기측의 운전정지후의 소정시기에 제1버너를 연소시키도록 하며, 소정시기를 결정하는 파라멘트로서 제1열교환기의 탕온을 검출하는 탕온센서의 검출온도가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 소정시간을, 예를 들어, 탕온센서의 검출온도가 소 정온도 이하가 된 때로 함으로써 제2열교환기측의 단독운전시에 제1열교환기의 탕온이 소정온도로 유지되도록 제1버너를 연소시킬 수가 있다. 그러므로, 제2열교환기측의 단독운전시에 제1열교환기의 냉각에 의한 냉수샌드위치현상의 발생 및 제1열교환기내의 물의 동결을 방지할 수 있다. 그리고, 본 발명에서는 종래예의 급기가열수단과 같이 하드수단이 불필요하여 구조가 간단하게 되고 비용 절감을 꾀할 수 있다. 또한, 제2열교환기측의 배출열로 공기를 가열하는 것이 아니기 때문에 제1열교환기측 및 제2열교환기측의 동시운전과 제1열교환기측의 단독운전시에 연소공기의 실공급량에 차이가 생겨 연소성에 악영향을 주는 문제점 및 동시 운전시에 제2버너의 연소량 변화로 급탕온도가 변동하는 문제점도 생기지 않는다.

여기서, 탕온센서가 고장난 경우, 제1열교환기의 온도가 실제로는 높은데 낮게 오검지 될 가능성이 있고, 이 상태에서 제1버너가 연소되면 제1열교환기의 과열(비등)이 생길 우려가 있다. 여기서, 상기 소정시기를 제1열교환기측의 운전정지로부터의 경과시간이 소정시간 이상이 된 때의 시간조건과, 탕온센서의 검출온도가 소정온도 이하로 된 때의 온도조건이 동시에 만족된 때로 하면 제1열교환기측의 운전정지로부터 어느 정도 시간이 경과하여 제1열교환기의 탕온이 낮게될 때까지는 탕온센서의 고장으로 탕온이 소정온도 이하로 되면 오검지되어도 제1버너는 연소되지 않고 제1열교환기의 과열을 방지할 수 있다.

또한, 제1열교환기측의 운전을 정지시키면 제1열교환기의 하류측 출탕관에 잔유하는 탕이 자연 방열되어 냉각되고, 제1열교환기측의 운전정지로부터 경과시간이 길어지면 출탕관에 잔유하는 탕은 냉수가 된다. 이 상태에서는 재급탕시에 출탕 관의 냉수에 의해 냉수샌드위치현상이 발생하기 때문에 제1열교환기내의 탕을 적정 온도로 보온해도 소용이 없다.

이 경우, 상기 소정시간보다도 긴 제2소정시간과, 상기 소정온도보다도 낮은 제2소정온도가 결정되고, 상기 제어수단은 상기 제1열교환기측의 운전정지로부터의 경과시간이 제2소정시간 이상인 때에는 상기 탕온센서의 검출온도가 제2소정온도 이하가 된 때만 상기 제1버너를 연소시키도록 하면, 출탕관에 잔유하는 탕이 차가워진 후에 제1열교환기내의 탕을 적정온도(소정온도)로 보온하지 않고도 제1버너를 연소시킬 수가 있다. 이것에 의해, 에너지 소비를 최소화 할 수 있다.

또한, 제1버너의 연소는 제1열교환기의 탕온이 연소정지를 위해 설정된 연소정지온도(예를 들어, 상기 소정온도보다 소정히스테리분만큼 높은 온도)로 상승한 후에 정지되면 좋지만, 제1열교환기의 탕온이 연소정지온도로 상승하여도 탕온센서의 고장으로 탕온이 낮은 상태로 오검지되어 제1버너의 연소가 계속되어서 제1열교환기가 과열될 가능성이 있다. 이 경우, 탕온센서의 검출온도가 연소정지온도 이상이 된 때에 상기 제1버너의 연소를 정지시키는 동시에 탕온센서의 검출온도가 연소정지온도 이상이 되지 않아도 제1버너의 연소개시로부터 소정의 일정시간이 경과한 때에 제1버너의 연소를 정지시키도록 구성되어 있으면 오검지에 의한 제1열교환기의 과열을 방지할 수 있다.

그리고, 후술하는 실시예에서는 상기 제어수단에 상당하는 것이 도 2에 나타낸 제어프로그램이고, 상기 소정온도는 TH1, 상기 제2소정온도는 TH2, 상기 소정시간은 TM1, 상기 제2소정시간은 TM2, 상기 연소정지온도는 THe1, THe2, 상기 소정의 일정시간은 TMe1, TMe2이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 급탕과 난방을 행하는 복합열원기를 나타낸 것이다. 이 열원기는 제1연소실(1)과 제2연소실(2)을 구비하고, 제1연소실(1) 내에 수납된 제1버너(3)가 그 보다 상방에 배치된 급탕용 제1열교환기(4)를 가열하며, 제2연소실(2)에 수납된 제2버너(5)가 그 보다 상방에 배치된 난방용 제2열교환기(6)를 가열하도록 구성되어 있다. 제1, 2연소실(1,2)에는 단일연소팬(7)에 의해 연소용공기가 공급된다. 이렇게 하여 단일팬식 복합열원기가 구성된다.

제1열교환기(4)에는 상류측의 급수관(4a)과 하류측의 출탕관(4b)이 접속되고, 출탕관(4b)의 하류단 출탕마개(미도시)를 열어 제1열교환기(4)로 물이 공급되게 했을 때 제1버너(3)가 점화되어 리모콘 등으로 설정되는 설정온도의 탕이 출탕마개로부터 출탕된다. 그리고, 본 실시예에서는 급수관(4a)과 출탕관(4b)을 접속하는 바이패스관(4c)을 설치하고, 바이패스믹싱 방식으로 출탕온도를 조절하도록 되어 있다. 제2열교환기(6)는 공급관(6a)과 복귀관(6b)을 통해 마루난방 등의 난방회로(미도시)에 접속되어 있고, 난방회로에 제2열교환기(6)를 통해 탕수를 순환시켜 난방을 행한다.

제1, 2버너(3,5)는 각각 전자개폐밸브(31,51)와 전자비례밸브(32,52)를 통해 가스를 공급하고, 전자개폐밸브(31,51)에 의해 버너(3,5)의 연소개시와 그 정지가 행해지며, 전자비례밸브(32,52)에 의해 버너(3,5)의 연소량이 조절된다. 이들 전자개폐밸브(31,51), 전자비례밸브(32,52) 및 연소팬(7)은 제어수단인 콘트롤러(8)에 의해 제어된다. 그리고, 제1열교환기(4)측의 운전시(급탕운전시) 및 제2열교환기(6) 측의 운전시(난방운전시)에는 급탕부하 및 난방부하에 대응하는 버너(3,5)의 연소량을 연산하고, 이 연소량에 맞춰 전자비례밸브(32,52)의 개도를 제어하는 동시에 이 연소량에 대응하는 양의 연소용공기가 공급되도록 연소팬(7)의 회전수를 제어한다. 또한, 콘트롤러(8)에는 제1열교환기(4)의 탕온을 검출하는 탕온센서(9)로부터의 신호가 입력되어 있어 급탕운전시에 탕온센서(9)의 검출온도에 기초한 제1버너(3)의 연소량의 피드백제어를 수행한다.

그런데, 제2열교환기(6)측만을 운전하는 난방단독운전시에는 연소팬(7)으로부터의 공기가 제1연소실(1)에도 공급되어 제1열교환기(4)로 흐르기 때문에 제1열교환기(4)가 공냉되어 제1열교환기(4)내의 목욕물이 차가워진다. 그 결과, 재급탕시에 제1열교환기(4) 내에서 차가워진 냉수가 출탕마개로부터 흘러나와 출탕온도가 일시적으로 낮아지는 소위 냉수샌드위치현상이 발생한다. 또한, 기온이 낮아지면 난방단독운전중에 제1열교환기(4) 내의 물이 동결되는 일도 있다.

여기서, 본 실시예에서는 난방단독운전시에 제1열교환기(4)의 보온을 목적으로 한 제1버너(3)를 제어할 수 있도록 하고 있다. 이 제어는 난방단독운전시에 실행되는 것으로 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 우선, 도 2에 나타나 있는 각종 판정기준치에 대해서 설명한다. TM1, TM2는 제1열교환기(4) 측의 운전, 즉, 급탕운전을 정지하고 나서의 경과시간(TM)에 관한 판정기준시간이고, TM1은 제1열교환기(4)의 탕온이 급탕운전의 정지후에도 어느정도 이상의 온도로 유지하는 시간에 맞춰, 예를 들어, 5분정도로 설정되며, TM2는 출탕관(4b)의 잔유수 온도가 급탕운 전의 정지후의 자연방열로 인해 사용자가 차갑다고 느끼는 온도까지 저하되는데 걸리는 시간에 맞춰, 예를 들면, 10분정도로 설정된다. TH1, TH2, THe1, THe2는 탕온센서(9)의 검출온도(TH)에 관한 판정기준온도이고, TH1은 사용자가 따뜻하다고 느끼는 온도에 맞춰, 예를 들면, 40℃정도로 설정되며, TH2는 제1열교환기(4) 내의 잔유수의 동결을 방지하기 위해 필요한 온도에 맞춰, 예를 들면, 1℃정도로 설정된다. THe1, THe2는 연소정지를 위한 판정기준온도이고, 각각 TH1, TH2보다 소정의 히스테리시스분(예를 들어, 3℃정도) 높게 설정된다. TMe1, TMe2는 제1버너(3)의 연소개시로부터의 경과시간(TMe)에 기초하여 연소정지를 위한 판정기준시간이며, 제1열교환기(4)의 과열(비등)이 생기지 않도록 하는 시간에 맞춰, 예를 들면, 5초정도로 설정된다.

난방단독운전시에는 우선 S1스텝에서 급탕운전을 정지하고 나서의 경과시간(TM)이 TM2 이상이 됐는지 여부를 판별하여 TM<TM2이면 S2스텝에서 급탕운전을 정지하고 나서의 경과시간(TM)이 TM1 이상인지 여부를 판별한다. TM≥TM1이 되면 S3스텝으로 진행하여 탕온센서(9)의 검출온도(TH)가 TH1 이상인지 여부를 판별한다. 그리고, T≤TH1이면 S4스텝에서 제1버너(3)를 연소시킨다. 그리고, 탕온센서(9)가 고장인 경우, 급탕운전의 정지직후에서 제1열교환기(4)의 탕온이 실제로는 높은데 낮다고 오검지할 가능성이 있고 이 상태에서 제1버너(3)가 연소되면 제1열교환기(4)의 과열이 생길 우려가 있다. 따라서, 본 실시예에서는 급탕운전의 정지로부터 TM1이 경과할 때까지는 탕온센서(9)의 검출온도(TH)가 TH1 이하로 되어도 제1버너(3)는 연소되지 않고 제1열교환기(4)의 과열이 유효하게 방지된다.

제1버너(3)가 연소되면 다음으로 S5스텝으로 진행되어 급탕센서(9)의 검출온도(TH)가 THe1 이상이 됐는지 여부를 판단한다. 그리고, TH≥THe1이 된 때에 S7스텝에서 제1버너(3)의 연소를 정지시킨다. 또한, TH<THe1이면 S6스텝에서 제1버너(3)의 연소개시로부터의 경과시간(TMe)가 TMe1 이상인지 여부를 판별하여 TMe≥TMe1이 되었을 때에도 S7스텝에서 제1버너(3)의 연소를 정지시킨다. 따라서, 탕온센서(9)의 검출온도(TH)가 THe1 이상이 되지 않아도 제1버너(3)의 연소개시로부터의 경과시간(TMe)가 TMe1 이상이 되면 제1버너(3)의 연소는 정지하게 된다. 그러므로, 탕온센서(9)의 고장으로 탕온이 낮다고 오검지하고 제1버너(3)의 연소가 계속되어 제1열교환기(4)의 과열이 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

급탕운전을 정지시키고 나서의 경과시간(TM)이 TM2이상이 되기까지는 이상의 처리가 반복되어 제1열교환기(4)의 탕온은 TH1에 가까운 온도를 유지한다. 따라서, 재급탕시에 제1열교환기(4) 내에서 차가워진 냉수가 출탕되는 냉수샌드위치현상의 발생을 방지할 수 있다.

급탕운전을 정지하고 나서의 경과시간(TM)이 TM2 이상이 되면 출탕관(4b) 내의 잔유수가 상당히 저온으로 되어 이 잔유수에 의한 냉수샌드위치현상이 생기기 때문에 제1열교환기(4)의 탕온을 TH1으로 유지하여도 소용이 없다. 여기서, 본 실시예에서는 급탕운전을 정지하고 나서의 경과시간(TM)이 TM2 이상이 된 때에는 S8스텝에서 탕온센서(9)의 검출온도(TH)가 TH2 이하로 됐는지 여부를 판별하여 TH≤TH2로 되었을 때에 S9스텝에서 제1버너(3)를 연소시키도록 하고 있다. TM2는 동결방지를 위해 설정된 온도이기 때문에 제1버너(3)는 제1열교환기(4)의 동결을 방지 하기 위해 필요한 최소한도에서 연소되도록 하여 에너지 소비를 삭감시키는데 유리하다.

S9스텝에서 제1버너(3)가 연소되면 다음에 S10스텝으로 진행하여 탕온센서9의 검출온도(TH)가 THe2 이상이 됐는지 여부를 판별한다. 그리고, TH≥THe2가 된 때에 S7스텝에서 제1버너(3)의 연소를 정지시킨다. 또한, TH<THe2이면 S11스텝에서 제1버너(3)의 연소개시로부터의 경과시간(TMe)이 TMe2 이상이 됐는지 여부를 판별하고 TMe≥TMe2가 되었을 때도 S7스텝에서 제1버너(3)의 연소를 정지시킨다. 따라서, 탕온센서(9)의 검출온도(TH)가 THe2 이상이 되지 않아도 제1버너(3)의 연소개시로부터의 경과시간(TMe)이 TMe2 이상이 되면 제1버너(3)의 연소는 정지하게 되어 있다. 따라서, 이 경우에도 탕온센서(9)의 고장으로 탕온이 낮은 상태로 오검지되고 제1버너(3)의 연소가 계속되어 제1열교환기(4)의 과열이 생기는 것을 확실히 방지할 수 있다.

이상, 급탕용 제1열교환기(4)와 난방용 제2열교환기(6)를 갖는 단일팬식 복합열원기에 본 발명을 적용한 실시예를 설명하였지만, 제2열교환기(6)가 목욕용 열 교환기인 경우 및 난방 겸 목욕용 열교환기인 경우에도 동일하게 본 발명을 적용시킬 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 단일팬식 복합열원기는 제2열교환기측의 단독운전시에 제1열교환기의 냉각에 의한 냉수샌드위치현상 및 제1열교환기내의 물의 동결을 방지할 수 있도록 하는 동시에 구조가 간단하고 가격이 저렴하게 되는 등의 효과를 얻는다.

Claims

제1, 2연소실과, 제1연소실에 수납된 제1버너로 가열되는 급탕용 제1열교환기와, 제2연소실에 수납된 제2버너로 가열되는 급탕 이외의 용도를 갖는 제2열교환기를 구비하고, 제1, 2연소실로 단일 연소팬으로 연소용공기를 공급하도록 한 단일팬식 복합열원기에 있어서,

제2열교환기측의 단독 운전시에 제1버너의 작동을 제어하는 제어수단을 구비하고, 이 제어수단은 제1열교환기측의 운전정지후의 소정시기에 제1버너를 연소시키도록 하며, 소정시기를 결정하는 파라멘트로서 제1열교환기의 탕온을 검출하는 탕온센서의 검출온도가 포함되는 것을 특징으로 하는 단일팬식 복합열원기.
제1항에 있어서, 상기 소정시기는 제1열교환기측의 운전정지로부터의 경과시간이 소정시간 이상이 되는 시간조건과, 상기 탕온센서의 검출온도가 소정온도 이하가 되는 온도조건을 동시에 만족하는 때인 것을 특징으로 하는 단일팬식 복합열원기.
제2항에 있어서, 상기 소정시간보다도 긴 제2소정시간과, 상기 소정온도보다도 낮은 제2소정온도가 결정되고, 상기 제어수단은 상기 제1열교환기측의 운전정지로부터의 경과시간이 제2소정시간 이상인 때에는 상기 탕온센서의 검출온도가 제2소정온도 이하가 된 때만 상기 제1버너를 연소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 단일팬식 복합열원기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어수단은 탕온센서의 검출온도가 연소정지를 위해 설정된 연소정지온도 이상이 된 때에 상기 제1버너의 연소를 정지시키는 동시에 탕온센서의 검출온도가 연소정지온도 이상이 되지 않아도 제1버너의 연소개시로부터 소정의 일정시간이 경과한 때에 제1버너의 연소를 정지시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 단일팬식 복합열원기.