KR100767183B1

KR100767183B1 - 보일러 배기연도의 응결방지방법

Info

Publication number: KR100767183B1
Application number: KR1020060100748A
Authority: KR
Inventors: 김용범
Original assignee: 주식회사 경동나비엔
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2007-10-15
Also published as: US20100316963A1; CN101535719A; CN101535719B; WO2008048049A1; US8202084B2; EP2074353A1; EP2074353A4; JP2010507065A; JP5498166B2

Abstract

본 발명은 보일러의 배기연도를 통해 방출되는 배기가스의 온도를 상승시켜 배기가스에 포함되어 있는 수증기의 응결을 방지하기 위한 보일러 배기연도의 응결방지방법에 관한 것으로, 외기온도가 일정온도 이하인 경우 버너에서의 화력을 증가시켜 배기연도를 통해 방출되는 배기가스의 온도를 상승시킴으로써 보일러 배기연도의 말단부에서 수증기가 응결되어 고드름이 생성되는 것을 방지하고자 함에 그 목적이 있다.

이를 구현하기 위한 본 발명은, 흡입되는 공기에 대하여 공급되는 연료의 양을 조절하여 연소를 제어하는 비례제어연소단계; 공기온도센서로부터 송풍기로 흡입되는 외기온도가 감지되는 버너화력증가여부판단단계; 상기 감지된 외기온도가 미리 설정된 온도 이하여서 배기연도 말단부에서 결빙이 발생되는 온도라고 판단되면 버너에서 화력을 증가시켜 배기가스의 온도를 상승시키도록 제어되는 버너화력증가단계;를 포함하여 이루어진다.

보일러, 비례제어, 응결, 배기연도, 결빙

Description

보일러 배기연도의 응결방지방법{Method for preventing coagulation in exhaust pipe of boiler}

도 1은 일반적인 보일러의 배기구조를 보여주는 개략도,

도 2는 일반적인 비례제어 보일러의 가스소비량 대 배기가스 온도의 관계를 나타내는 그래프,

도 3은 본 발명의 일실시예를 도시한 제어흐름도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 급기배관 20 : 송풍기

30 : 버너 40 : 열교환기

50 : 순환펌프 60 : 배기연도

본 발명은 비례제어보일러에서 배기연도의 응결을 방지하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보일러의 배기연도를 통해 방출되는 배기가스의 온도를 상승시켜 배기가스에 포함되어 있는 수증기의 응결을 방지하기 위한 보일러 배기연도의 응결방지방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 보일러의 배기구조를 보여주는 개략도이다.

일반적으로 보일러의 경우, 실외에서 급기배관(10)을 통해 유입된 공기는 송풍기(20)에 의해 연료와 함께 버너(30)에 공급되고, 버너(30)에서 연소로 인해 발생된 배기가스는 열교환기(40)에서 순환펌프(50)에 의해 압송되는 난방수와 열교환을 한 다음, 배기연도(60)를 통해 보일러 외부인 대기 중으로 방출된다.

상기 배기가스 중에는 상당량의 수분(H₂O)이 포함되어 있는데, 통상적으로 배기가스의 온도는 100도 이상이기 때문에 배기가스 속에 포함된 수분은 응축되지 못하고 수증기 상태로 배기연도(60)를 통해 방출된다.

그러나 겨울철 등과 같이 외기 온도가 매우 낮은 경우에는 배기연도(60) 말단부의 온도가 매우 낮아져서 배기가스가 노점온도(배기가스 속에 포함된 수증기가 응결되기 시작하는 온도로서 통상 40~55도)이하로 되는 경우가 있고, 이 경우에는 배기연도(60) 말단부에서 수증기가 응결된다.

이 경우 외기온도가 영하인 겨울에는 상기 배기연도(60) 말단부에서 응결된 수증기가 결빙되어 고드름이 형성되는데, 이러한 고드름은 미관상 매우 좋지 않을 뿐만 아니라 고층 건물 상층부에서 고드름이 낙하하는 경우에는 인명/재산상 피해가 발생하는 문제점이 있다.

종래에는 상기와 같은 배기연도(60) 말단부에서의 고드름 생성을 방지하기 위하여 배기가스의 온도를 상승시키거나 배기연도(60) 말단부의 온도 하강을 방지하기 위하여 배기연도 외부를 단열하는 등의 방법이 제시되어 왔다.

여기서 배기가스의 온도는 보일러의 효율과 연관성을 갖는데, 배기연도(60) 말단부에서의 고드름 생성을 방지하는 방법의 하나로 배기가스의 온도를 상승시키기 위해서는 보일러의 효율을 저하시켜야 하므로 에너지 낭비의 요인이 된다.

또한 배기연도(60)의 말단부를 단열시키기 위해서는 복잡한 구조가 필요하고 단열재가 사용되어야 하므로 원가 상승의 요인이 되어 적용하기가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 외기온도가 일정온도 이하인 경우 버너에서의 화력을 증가시켜 배기연도를 통해 방출되는 배기가스의 온도를 상승시킴으로써 보일러 배기연도의 말단부에서 수증기가 응결되어 고드름이 생성되는 것을 방지하고자 함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 보일러 배기연도의 응결방지방법은, 흡입되는 공기에 대하여 공급되는 연료의 양을 조절하여 연소를 제어하는 비례제어연소단계; 공기온도센서로부터 송풍기로 흡입되는 외기온도가 감지되는 버너화력증가여부판단단계; 상기 감지된 외기온도가 미리 설정된 온도 이하여서 배기연도 말단부에서 결빙이 발생되는 온도라고 판단되면 버너에서 화력을 증가시켜 배기가스의 온도를 상승시키도록 제어되는 버너화력증가단계;를 포함하여 이루 어진다.

이 경우 상기 버너화력증가여부판단단계는, 미리 설정된 가스소비량 이하로 특정 시간 이상동안 운전되는 것인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것으로 이루어질 수 있다.

또한 상기 버너화력증가단계는 상기 버너에서 화력을 증가시켜 연소되는 시간이 미리 설정된 시간을 초과하는 경우 비례제어연소단계가 수행되는 것으로 이루어질 수 있다.

여기서 상기 버너화력증가단계는, 제어부에 외기온도가 다수 단계의 온도구간으로 구분되어 미리 설정되고, 버너에서 화력을 증가시켜 연소되는 시간이 상기 다수 단계의 외기온도구간마다 상이하게 이루어지는 것으로 이루어질 수 있다.

또한 상기 버너화력증가단계는, 상기 감지된 외기온도가 사전에 설정된 온도 이하인 경우 버너에서 최대화력으로 연소가 이루어지는 것으로 이루어질 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

사용자의 난방 및 온수 사용의 편리성 등의 이유로 버너의 화력을 부하량에 비례하여 일정 범위에서 변화시키는 비례제어 보일러가 광범위하게 사용되고 있다. 비례제어 보일러는 필요한 버너의 화력에 맞추어 연료량과 공기량을 제어하여 연소가 이루어지는데, 통상 최대가스소비량의 30~40% 수준까지 가스소비량을 낮추어 가동하게 된다.

도 2는 일반적인 비례제어 보일러의 가스소비량 대 배기가스 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 열교환기로 공급되는 난방환수의 온도가 30℃이고 열교환기를 거쳐 난방이 요구되는 배관측으로 공급되는 난방공급수의 온도가 50℃인 경우 가스소비량 대 배기가스 온도의 관계를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 가스소비량이 낮아지면 배기가스 온도 역시 낮아지게 되고, 배기가스 온도가 낮아지면 낮은 외기온도 조건 하에서 배기연도의 냉각이 손쉽게 발생하므로 배기가스의 노점온도 이하로 배기연도가 냉각될 수 있다.

배기가스의 노점온도 이하로 배기연도가 냉각되면, 배기연도 내부를 통과하던 배기가스 중의 수증기가 응축되어 배기연도 말단부에 부착되고, 이렇게 배기연도 말단부에 부착된 물은 영하의 외기온도 조건 하에서 결빙되어 고드름으로 성장하게 되는 것이다.

본 발명은 비례제어보일러에서 도 2의 그래프에서 보는 바와 같이 가스소비량이 낮아져 배기연도를 통해 방출되는 배기가스 온도가 낮아지고(일례로 가스소비량이 50%일 때 배기가스 온도가 100℃가 되는 경우), 외기온도를 감지하여 그 감지된 외기온도가 겨울철과 같이 미리 설정된 온도 이하이어서 배기연도에서 응결이 발생되는 온도라고 판단되면, 버너에서의 화력을 증가시켜 배기가스의 온도를 상승시키도록 제어하는 구성으로 이루어진 것이다. 도 2를 참조하여 그와 같은 제어방 법을 상세히 설명한다.

본 발명의 제어방법을 구현하기 위하여, 외기온도감지센서가 실외에 부착되거나 보일러의 급기용 송풍기(20) 흡입구에 부착되어 외기온도를 감지하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 도시한 제어흐름도이다.

보일러의 운전이 시작되면, 제어부에서는 부하량에 따라 공기량과 연료량을 조절하여 버너에서의 화력을 조절하는 비례제어연소단계가 시작된다(S101).

이 경우 제어부에서는 가스소비량이 미리 설정된 수치 이하로 일정 시간 이상 운전되고 있는지 여부와(S103), 외기온도가 미리 설정된 온도 이하인지 여부를 검지하여(S105) 버너화력증가단계를 실행할 지 여부를 판단하게 된다(버너화력증가여부판단단계).

즉, 일례로 가스소비량이 50% 이하일 때 배기가스 온도가 100℃ 아래로 하강하게 되므로 배기연도에서 수증기의 응결이 발생되는 것으로 판단하고, 이러한 상태가 10분 이상 지속되는지 여부를 판단한다. 판단결과 가스소비량이 50% 이하이고 가스소비량이 50% 이하 상태에서 운전시간이 10분을 초과하는 한편 외기온도감지센서로부터 측정된 외기온도가 0℃ 이하여서 수증기의 결빙이 발생한다고 판단되면, 버너의 화력을 증가시키도록 제어하는 버너화력증가단계가 수행되고, 상기 조건을 충족시키기 못하면 비례제어운전상태(S101)를 유지하게 된다.

이 경우 제어부에는 외기온도가 다수 단계의 온도구간으로 구분되어 미리 설정되어 있다. 또한 버너화력증가단계가 수행되는 시간을 상기 외기온도의 구간범위 5℃ 구간마다 상이하게 되도록 구성하였다.

외기온도가 0℃ 이하인 경우 -5℃ 이하인지 여부를 판단하여(S107), 외기온도가 0 ~ -5℃ 사이인 경우에는 버너의 화력을 증가시켜 최대화력으로 운전을 실시한다. 이 경우 최대화력으로 운전을 실시한 시간이 1분이 경과하였는지 여부를 판단하여(S111), 1분이 경과한 경우에는 배기연도 말단부에서 수증기의 결빙이 발생되는 것을 방지하기에 충분하다고 판단하여 비례제어연소단계로 복귀하게 되고, 1분을 경과하지 않은 경우에는 최대화력으로 운전을 계속 실시하게 된다.

한편 외기온도가 -5℃ 이하인 경우에는 -10℃ 이하인지 여부를 판단하여(S113), 외기온도가 -5℃ ~ -10℃ 사이인 경우에는 최대화력으로 운전을 실시하고(S115), 이 경우에는 외기온도가 0 ~ -5℃ 사이인 경우보다 기온이 더 낮으므로 최대화력운전시간을 더 길게하여 3분동안 최대화력으로 운전을 실시한다(S117).

이와 같은 방법으로, 외기온도가 -10℃ ~ -15℃ 사이인 경우에는(S119), 5분동안 최대화력으로 운전을 실시하고(S121,S123), 외기온도가 -15℃ 이하인 경우에는 최대화력으로 10분동안 운전을 실시한다(S125,S127).

이와 같이 버너화력증가단계는 상기 버너에서 화력을 증가시켜 연소되는 시간(최대화력연소시간)을 외기온도의 구간마다 상이하게 함으로써 최대화력으로 운전되는 시간을 최소한으로 하여 연료가 낭비되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기에서 설명한 외기온도 구간범위와 버너화력증가단계의 실시 시간은 본 실시예와 상이하게 변경하여 적용할 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이다.

이상, 본 발명을 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 보일러 배기연도의 응결방지방법에 의하면, 외기온도가 겨울철과 같이 수증기의 결빙이 생기는 온도 이하인 경우 버너에서의 화력을 증가시켜 최대화력으로 연소시킴으로써 배기연도를 통해 방출되는 배기가스의 온도를 상승시키고, 그로 인해 보일러 배기연도의 말단부에서 수증기가 응결되어 고드름이 생성되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 버너에서의 화력을 최대화력으로 연소시키는 경우 그 연소시간이 일정시간을 초과하는 경우 비례제어연소단계로 복귀되도록 함으로써 불필요한 연료의 소모를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims

흡입되는 공기에 대하여 공급되는 연료의 양을 조절하여 연소를 제어하는 비례제어연소단계;

공기온도센서로부터 송풍기로 흡입되는 외기온도가 감지되는 버너화력증가여부판단단계;

상기 감지된 외기온도가 미리 설정된 온도 이하여서 배기연도 말단부에서 결빙이 발생되는 온도라고 판단되면 버너에서 화력을 증가시켜 배기가스의 온도를 상승시키도록 제어되는 버너화력증가단계;

를 포함하여 이루어진 보일러 배기연도의 응결방지방법.
제1항에 있어서,

상기 버너화력증가여부판단단계는, 미리 설정된 가스소비량 이하로 특정 시간 이상동안 운전되는 것인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 배기연도의 응결방지방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 버너화력증가단계는 상기 버너에서 화력을 증가시켜 연소되는 시간이 미리 설정된 시간을 초과하는 경우 비례제어연소단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 보일러 배기연도의 응결방지방법.
제3항에 있어서,

상기 버너화력증가단계는, 제어부에 외기온도가 다수 단계의 온도구간으로 구분되어 미리 설정되고, 버너에서 화력을 증가시켜 연소되는 시간이 상기 다수 단계의 외기온도구간마다 상이하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러 배기연도의 응결방지방법.
제3항에 있어서,

상기 버너화력증가단계는, 상기 감지된 외기온도가 사전에 설정된 온도 이하인 경우 버너에서 최대화력으로 연소가 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러 배기연도의 응결방지방법.