KR100704708B1 - 공기비례 가스보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기비례 가스보일러에 대한 것으로, 고안의 주된 목적은 송풍기의 힘으로 흡기덕트로부터 연소기를 지나 배기덕트로 공기를 강제 공급하되 통과되는 공기의 압력을 측정할 수 있는 풍압센서를 구비하고, 그 풍압센서로써 입수된 데이터 값과 가열된 물의 온도센서에 의한 데이터 값을 병행 연산하여 콘트롤러가 가스공급용 비례제어밸브를 제어하도록 함으로 써 별도의 추가 수단 없이 더 안정적인 연소상태를 추구할 수 있도록 하는 데 있다.

상기 목적하는 바를 달성하기 위한 본 발명의 구성수단은 밀폐형 본체와, 그 내부에 마련하되, 버너와, 열교환기와, 점화용 전극봉을 포함하는 연소기, 그리고 그 연소기로 공기를 공급하기 위한 흡기덕트와, 그 연소기로부터 배기가스를 배출하기 위한 배기덕트, 상기한 흡기덕트로부터 배기덕트로 공기를 강제 순환시키는 송풍기, 그리고 상기 연소기로 공급되는 가스연료 제어용 비례제어밸브와, 상기 열교환기의 출구 온도를 측정하는 온도센서로 이루어진 공기비례 가스보일러에 있어서, 상기한 송풍기에 의해 상기 연소기 속으로 이동되는 공기의 압력을 측정하기 위한 풍압센서를 구비하고, 상기 온도센서 및 상기 풍압센서로부터 측정된 물 온도 및 연소용 공기압력에 비례하여 상기 전류비례제어밸브를 단계적으로 제어하고자 하는 대비연산수단을 포함하여 구비하는 콘트롤러로 이루어진 것이다.

Description

공기비례 가스보일러{AIR PROPORTIONALITY TYPE GAS BOILER}

도 1은 가스보일러의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 가스 보일러의 콘트롤 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

10 : 밀폐형 본체 11 : 흡기덕트

12 : 배기덕트 20 : 연소기

21 : 열교환기 22 : 버너

23 : 전극봉 24 : 온도센서

30 : 송풍기 31 : 흡입 챔버

32 : 공기압력 검출부 40 : 비례제어밸브

41 : 제1전자밸브 42 : 제2전자밸브

43 : 압력인식부 52 : 온수흐름스위치

53 : 순환펌프 54 : 난방수 여과기

55 : 삼방밸브 56 : 과압방지밸브

60 : 팽창탱크 70 : 실내 온도조절기

110 : 콘트롤러 111 : 대비연산수단

120 : 풍압센서

본 발명은 공기비례 가스보일러에 대한 것으로, 더 상세하게는 송풍기의 힘으로 흡기덕트로부터 연소기를 지나 배기덕트로 공기를 강제공급하되 통과되는 공기의 압력을 측정할 수 있는 풍압센서를 구비하고, 그 풍압센서로써 입수된 데이터 값으로 콘트롤러가 가스공급용 비례제어밸브를 제어하도록 하는데 특징이 있는 것이다.

근래에 일반적으로 사용되는 콘덴싱 가스보일러의 구성을 보면, 상부에 버너를 설치하여 공기와 혼합된 가스를 점화하였을 때 하향 연소되게 하고, 그 하부에 설치된 난방용 열교환기에서 고온 연소가스를 이용하여 유체(또는 난방수)를 가열하며, 이렇게 데워진 유체를 실내로 순환시킴으로써 난방을 실시하도록 구성하였다.

또, 온수 사용시에는 삼방 밸브를 이용하여 실내로 공급되는 난방수를 차단하고, 병렬로 설치된 급탕 열교환기로 전환 공급하여 이를 가열원으로 사용하며, 차단 및 접촉된 급탕 열교환기의 다른 부분으로 급탕용 온수를 공급 및 환수하면서 가열하고, 데워진 온수를 세면 및 목욕용으로 사용하게 된다.

상기와 같이 사용되는 콘덴싱 가스보일러는 제어방식에 따라 전류비례제어방식과 공기비례제어방식으로 구분될 수 있다.

공기비례제어방식은 전류비례제어방식과 달리 외부에서 유입되는 공기의 압력을 측정한 다음, 측정된 공기압력에 비례하여 상기 버너에 연료를 공급하기 때문에 유입되는 공기압력에 대응하여 더 정확한 양의 연료를 공급함으로 써, 연소효율을 높이고 유해가스의 배출을 최대한 억제하여 환경오염을 예방할 수 있다.

즉, 가스량을 조절하는 변수가 공기 압력에만 의존하여 변화됨으로 가스밸브와 비례제어부분을 별도로 제어하지 않아도 일정한 공기압력에 대해 일정한 가스가 토출되어 항상 정확한 공기비를 갖고 있기 때문에 온, 오프 방식이나 전류비례제어방식과 달리 정확한 연소효율을 얻을 수 있다.

그러나 상기와 같은 공기비례제어방식에 있어서는 주로 사용하는 공기유량센서(AFS)의 경우에는 센서 표면에 이물질이 묻게 되면 감도가 떨어지고, 측정하는 공기의 온도가 변화하면 유량 측정에 있어 오차가 발생하는 미비점이 있으며, 특히 기존의 풍압센서와 비교하여 부품 단가가 비싸기 때문에 보일러 전체의 제품가격을 가능한 낮추고자 하는 취지에 부합되지 않는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 안출한 것으로, 고안의 주된 목적은 송풍기의 힘으로 흡기덕트로부터 연소기를 지나 배기덕트로 공기를 강제 공급하되 통과되는 공기의 압력을 측정할 수 있는 풍압 센서를 구비하고, 그 풍압센서로써 입수된 데이터 값과 가열된 물의 온도센서에 의한 데이터 값을 병행 연산하여 콘트롤러가 가스공급용 비례제어밸브를 제어하도록 함으로 써 별도의 추가 수단 없이 더 안정적인 연소상태를 추구할 수 있도록 하는 데 있다.

상기 목적하는 바를 달성하기 위한 본 발명의 구성수단은 밀폐형 본체와, 그 내부에 마련하되, 버너와, 열교환기와, 점화용 전극봉을 포함하는 연소기, 그리고 그 연소기로 공기를 공급하기 위한 흡기덕트와, 그 연소기로부터 배기가스를 배출하기 위한 배기덕트, 상기한 흡기덕트로부터 배기덕트로 공기를 강제 순환시키는 송풍기, 그리고 상기 연소기로 공급되는 가스연료 제어용 비례제어밸브와, 상기 열교환기의 출구 온도를 측정하는 온도센서로 이루어진 공기비례 가스보일러에 있어서, 상기한 송풍기에 의해 상기 연소기 속으로 이동되는 공기의 압력을 측정하기 위한 풍압센서를 구비하고, 상기 온도센서 및 상기 풍압센서로부터 측정된 물 온도 및 연소용 공기압력에 비례하여 상기 전류비례제어밸브를 단계적으로 제어하고자 하는 대비연산수단을 포함하여 구비하는 콘트롤러로 이루어진 것이다.

이때, 상기한 온도센서는 난방수의 온도가 약 70℃일 때를 기준으로 고온 및 저온 상태로 판단하여 상기 대비연산수단으로 정보를 전달하도록 하여서 된 것이다.

또, 상기한 대비연산수단은 상기한 온도센서로 측정된 난방수의 온도가 약 70℃일 때를 기준으로 고온 및 저온 상태로 판단하고, 고온일 때와 저온일 때를 구분하여 상기 전류비례제어밸브의 전류값을 제어하도록 한 것이다.

이하 본 발명의 구성 및 작동을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 콘덴싱 보일러의 전체 구성을 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공기비례 가스보일러의 구성을 보인 블럭도이다.

먼저, 본 발명은 도 1에서 보는 바와 같은 기본 구성을 포함한다.

즉, 밀폐형 본체(10)와, 그 내부에 마련하는 버너(22)와, 열교환기(21)와, 점화용 전극봉(23)을 포함하는 연소기(20), 그리고 그 연소기(20)로 공기를 공급하기 위한 흡기덕트(11)와, 그 연소기로부터 배기가스를 배출하기 위한 배기덕트(12), 상기한 흡기덕트로부터 배기덕트로 공기를 강제 순환시키는 송풍기(30), 그리고 상기 연소기(20)로 공급되는 가스연료 제어용 전류비례제어밸브(40)와, 상기 열교환기의 출구 온도를 측정하는 온도센서(24)를 구비한다.

그리고 본 발명에서는 상기한 송풍기(30)에 의해 상기 연소기 속으로 이동되는 공기의 압력을 측정하기 위해 풍압센서(120)를 설치하고, 상기 풍압센서(120)로부터 측정된 공기압력에 비례하여 상기 전류비례제어밸브(40)를 제어하도록 한다.

또 한, 본 발명에서의 전류비례제어밸브(40)는 공기의 압력에 의해서만 반응하는 것이 아니라 열교환기(21) 내부에서 가열된 난방수의 온도를 감지하는 온도센서(24)의 측정값에 의해 동시에 제어되도록 한다.

본 발명의 가스보일러가 가동하는데 있어서 가장 중요한 작동은 도 1에서 보는 바와 같이 송풍기(30)에 의해서 연소실(20)로 공급되는 공기의 압력을 풍압센서(120)가 감지하게 되는바, 감지된 값을 도 2에서 보는 바와 같이 콘트롤러(110)로 보내면 임의의 시간(약 수초 간)당 변화하는 풍압의 평균값을 연산하게 되고, 그 평균값에 해당하는 콘트롤 값을 기준으로 전류비례제어밸브(40)가 가스연료에 포함되는 공기의 공급을 결정하는 방식으로 운전되도록 대비연산수단(111)에서 연산하게 된다.

즉, 상기 콘트롤러(110)의 대비연산수단(111)은 상기 온도센서(24)와 풍압센서(120)에 의해 측정된 온도 및 풍압을 전달받아 전류값을 연산하여 그 연산 값에 따른 정보는 콘트롤러(110)에서 전류비례제어밸브(40)로 보내진다.

예컨대, 상기 온도센서(24)에 의해서 측정된 값이 난방에 필요한 약 70℃ 이상의 온도값을 가질 때에는 상기 콘트롤러(110)가 전류비례제어밸브(40)의 전류값을 낮추면서 상기 송풍기(30)로 하여금 풍압센서(120)의 감지 기준 값에 못 미치는 풍량을 공급하도록 제어한다.

따라서 가스의 연소량이 저하되는 것이고, 반대로 상기 온도센서(24)에 의해서 측정된 값이 약 70℃ 이하의 온도 값으로서 난방에 충분하지 못할 때에는 상기 콘트롤러(110)가 전류비례제어밸브(40)의 전류 값을 높이면서 상기 송풍기(30)로 하여금 풍압센서(120)의 감지 기준 값에 충분한 풍량을 공급도록 제어한다.

도 1에서 보듯이 난방수를 가열하는 열교환기(21)와 일체적으로 조립되어 있 는 연소기(20)에서 열교환기의 가열이 이루어지고, 상기한 열교환기(21)를 지나면서 가열된 난방수에 의해 급수를 가열하는 온수 열교환기(21), 그리고 난방수 여과기(54)를 통과한 난방수를 열교환기(21)로 공급하는 순환펌프(53), 그리고 삼방 밸브(55) 및 과압방지밸브(56)의 작동에 따라 유입되는 난방수의 일부를 저장하는 팽창탱크(60)가 구비되어 있다.

또한, 도 2에서 보는 바와 같이 공기비례제어를 위해서 풍압센서(120)가 작동하면 그 풍압센서에서 감지된 값에 따라 가스에 포함되어야할 공기의 양을 연산한 후, 그 연산된 값으로 상기한 전류비례제어밸브(40)를 작동시킨다.

상기 전류비례제어밸브(40)는 제1전자밸브 및 제2전자밸브(41)(42)를 통해서 가스와 그 가스에 포함될 공기를 정확한 비례로 혼합되도록 하여 공급하게 되고, 버너(22)에서는 그 혼합 비율대로 연소 된다.

도면 중 미설명 부호 43은 압력인식부이다.

상기와 같이 공급되는 연료로 버너(22)에서 연소가 이루어지면 버너(22) 상부의 열교환기(21)가 가열되고, 따라서 이 열교환기(21)는 버너에서 발생된 현열이 직접적으로 접촉되므로 열교환되는 과정에서 난방수를 가열시킨다.

이어서 순환펌프(53)의 작동에 따라 열교환기(21)를 지나는 과정에서 가열된 난방수의 온도는 온도센서(24)에 의해 감지되며 콘트롤러(110)는 이때의 실내온도 조절기(70)의 입력신호를 바탕으로 보일러의 운전상태를 제어한다.

즉, 보일러의 좌측 하부에는 난방수를 순환시키는 순환펌프(53)가 배치되어 있어서, 이 순환펌프(53)가 실내 난방을 마친 난방수를 난방수 여과기(54)로 유입시키고, 이 난방수 여과기(54)에서는 난방수에 포함되어 있는 불순물을 제거하며, 여과된 난방수는 열교환기(21)로 공급되게 하는 것이다.

또, 팽창탱크(60)의 하부에는 난방수의 열을 이용하여 온수를 얻는 열교환기가 도시되어 있다.

온수흐름스위치(52)의 작동에 따라 유입된 냉수는 적층식 직렬형 온수 열교환기(21)를 지나는 과정에서 가열된 후에 필요한 곳으로 공급된다.

이와 같이 작동하는데 있어서, 본 발명의 가장 큰 특징은 흡기덕트(11)로부터 연소기(20)를 지나 배기덕트(12)로 송풍기에 의해 강제 공급되는 공기의 압력을 풍압센서가 감지하고, 그 감지된 값이 콘트롤러(110)의 대비연산수단(111)으로 전달되었을 때, 단계적으로 비례제어된 연료와 적정 압력의 공기가 함께 공급되어 항상 최적의 연소상태를 유지할 수 있다는 것이다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 송풍기의 힘으로 흡기덕트로부터 연소기를 지나 배기덕트로 공기를 강제 공급하되 통과되는 공기의 압력을 측정할 수 있는 풍압센서를 구비하고, 그 풍압센서로써 입수된 데이터 값과 열교환기에서 가열된 물의 온도를 측정하는 온도센서에 의한 데이터 값을 병행 연산하여 콘트롤러가 가스공급용 전류비례제어밸브를 제어하도록 하였기 때문에 불필요한 연료의 낭비를 예방하여 절약이 가능하며, 별도의 추가 수단 없이 더 안정적인 연소상태를 추구할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 밀폐형 본체와, 그 내부에 마련하되, 버너와, 열교환기와, 점화용 전극봉을 포함하는 연소기, 그리고 그 연소기로 공기를 공급하기 위한 흡기덕트와, 그 연소기로부터 배기가스를 배출하기 위한 배기덕트, 상기한 흡기덕트로부터 배기덕트로 공기를 강제 순환시키는 송풍기, 그리고 상기 연소기로 공급되는 가스연료 제어용 전류비례제어밸브와, 상기 열교환기의 출구 온도를 측정하는 온도센서로 이루어진 공기비례 가스보일러에 있어서,

   상기한 송풍기에 의해 상기 연소기 속으로 이동되는 공기의 압력을 측정하기 위한 풍압센서를 구비하고, 상기 온도센서 및 상기 풍압센서로부터 측정된 물 온도 및 연소용 공기압력에 비례하여 상기 전류비례제어밸브를 단계적으로 제어하고자 하는 대비연산수단을 포함하여 구비하는 콘트롤러로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기비례 가스보일러.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 온도센서는 난방수의 온도가 약 70℃일 때를 기준으로 고온 및 저온 상태로 판단하여 상기 대비연산수단으로 정보를 전달하도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 공기비례 가스보일러.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 대비연산수단은 상기한 온도센서로 측정된 난방수의 온도가 약 70℃일 때를 기준으로 고온 및 저온 상태로 판단하고, 고온일 때와 저온일 때를 구분하여 상기 전류비례제어밸브의 전류값을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 공기비례 가스보일러.

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