KR101043894B1 - 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보일러의 기본적인 제어요소인 온도와 시간만이 아니라 가스의 소비량을 측정하여 표시함으로써 사용자가 가스의 소비량을 직관적으로 알 수 있도록 하고, 사용자가 소비하고자 하는 가스량을 설정하여 설정한 가스량 만큼만 보일러의 연소를 제어함으로써 원치않는 가스의 소비를 막아 에너지를 절약할 수 있도록 하는 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 보일러의 각 부의 제어를 하는 중앙 연산 처리부; 상기 중앙 연산 처리부의 제어신호를 받아 보일러를 구동시키는 보일러 구동부; 구동부의 팬의 회전수 및 전류치와 비례밸브 전류치를 검출하여 중앙 연산 처리부로 전송하는 검출부; 상기 중앙 연산 처리부로 전송된 검출된 팬의 회전수 및 전류치, 비례밸브 전류치를 전송받아 연산하여 가스의 소비량을 계산하는 처리부; 상기 처리부로부터 연산된 가스의 소비량을 저장하는 저장부; 상기 처리부에 의해 계산된 가스의 소비량을 디스플레이하고 사용자가 제어신호를 입력할 수 있도록 하는 리모콘; 전원을 공급하는 전원 공급부로 구성되어, 가스보일러의 작동이 시작되면 중앙 연산 처리부에 의해 가스의 소비량을 측정하는 단계; 상기 측정된 가스 소비량을 리모콘에 표시하는 단계; 사용자가 설정한 가스소비량을 넘는 경우 보일러의 작동을 멈추거나 경고음을 발생하는 단계;를 포함하여 이루어져 기존의 온도와 시간으로 제어를하는 보일러와는 달리 보일러를 작동하면서 사용된 가스 의 소비량을 측정하고 표시하고, 이를 데이터베이스화함으로써 보일러의 정확한 수명을 예측할 수 있도록 하는 효과를 가지는 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 기술적 요지로 한다.
보일러, 가스 소비량, 측정, 팬, 회전속도, 알림, 누적, 설정소비량

Description

가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치 및 그 방법{The boiler control device where the gas consumption indication and set are possible and the method}
본 발명은 소비량을 측정하고 표시하는 보일러 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보일러에 가스를 공급하도록 하는 팬의 회전수를 감지하여 팬의 회전수에 따른 가스량을 계산하고 이에 대한 가스소비량을 디스플레이함으로써 사용자로 하여금 에너지의 소비량을 인지하고 그에 따른 에너지 절약을 위한 방법을 모색하고 이행할 수 있도록 하며, 사용자가 일정량의 소비량을 지정하여 지정된 소비량을 초과하는 경우 소리로 알려주거나 보일러의 동작을 정지하도록 하여 가스소비량을 줄임으로써 에너지를 절약하고 일정한 가스의 소비습관을 가질 수 있도록 하는 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
가스보일러는 청정연료인 가스를 연료로 이용하여 연소시키고, 이 연소과정에서 발생되는 열을 이용하여 물을 가열하고, 가열된 물을 실내의 난방배관을 따라서 순환시켜 난방을 하며 또한 목욕탕, 싱크대 등에 온수를 공급하는 기능을 구비 하고 있다.
종래 사용되는 가스보일러의 작동상태를 간단히 설명하면, 사용자에 의하여 보일러가 작동되면 가스밸브가 열려서 가스가 공급된다. 공급된 가스는 버너에 유입된 후에 착화되어서 고온의 열을 발생시킨다. 발생된 고온의 열은 상승하면서 열교환기를 가열한다.
상기 열교환기 내부에는 난방수가 흐르고 있어서 가열된 후에 난방공급관을 통하여 실내에 설치된 난방배관을 순환한다. 이 때에는 순환펌프에 의하여 강제적으로 순환된다. 열교환기를 통과한 배기가스는 배기연도를 통하여 배기팬에 의하여 강제배출된다.
순환하면서 열을 발산한 난방수는 난방공급수보다 상대적으로 저온인 상태로 다시 난방환수관을 통하여 보일러로 복귀된다. 복귀된 난방수는 물탱크에 통과한 후에 다시 순환펌프를 통과하여 열교환기로 유입되어 가열된다.
상기와 같이 작동되는 보일러에서의 온도조절기능은 보일러 자체에 부착된 온도조절기를 사용하거나 또는 실내에 설치되는 리모콘에 의하여 수행된다.
리모콘은 난방수의 온도를 사용자가 설정하여 실내온도를 조정하며 최저온도(20℃)와 최고온도(90℃)의 범위내에서 온도를 설정하도록 구성되어 있다. 또한 보일러작동 예약시간을 설정할 수 있으며 이는 리모콘 키를 사용한다. 또한 예약상태, 난방, 온수사용상태, 연소중과 같은 보일러의 동작상태를 육안으로 확인하는 것이 가능하다.
상기와 같이 보일러는 한 가정의 가장 주요하며, 가장 많은 에너지를 소비하 는 기기임에도 불구하고, 리모콘에는 온도 및 시간, 예약상태, 난방, 온수사용상태, 연소중과 같은 보일러의 동작상태만을 나타내며, 실내난방시작점과 난방의 중료시점은 오직 사용자의 감각적 요소와 경험적 데이터에 의해 그 사용자로 하여금 그 기기의 에너지 소비량을 인지하고 제어할 수 있는 환경을 제공하지 못함으로써, 사용자가 에너지의 효율적인 사용 관리를 하지 못하였다.
즉, 소비자는 보일러를 온도 및 시간만으로 제어함에 따라 보일러를 가동하는데 얼마간의 가스가 소비되었는지를 알 수 없으며, 한달간의 사용 후 가스사용 고지서가 나왔을 때의 가스 사용량으로는 하루의 사용습관이나 사용량등을 알 수 없는 문제점이 있었으며, 원하지 않는 에너지 소비를 유발할 수 있도록 하는 환경에 노출되어 있었다. 또한, 가동시간을 무시한 설치년도로 기기의 사용정도를 예측하여 그 기기의 적정한 상태를 소비자 및 기술자가 알지 못하도록 되어 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 보일러의 기본적인 제어요소인 온도와 시간만이 아니라 가스의 소비량을 측정하여 표시함으로써 사용자가 가스의 소비량을 직관적으로 알 수 있도록 하고, 사용자가 소비하고자 하는 가스량을 설정하여 설정한 가스량 만큼만 보일러의 연소를 제어함으로써 원치않는 가스의 소비를 막아 에너지를 절약할 수 있도록 하는 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 보일러의 각 부의 제어를 하는 중앙 연산 처리부; 상기 중앙 연산 처리부의 제어신호를 받아 보일러를 구동시키는 보일러 구동부; 구동부의 팬의 회전수 및 전류치와 비례밸브 전류치를 검출하여 중앙 연산 처리부로 전송하는 검출부; 상기 중앙 연산 처리부로 전송된 검출된 팬의 회전수 및 전류치, 비례밸브 전류치를 전송받아 연산하여 가스의 소비량을 계산하는 처리부; 상기 처리부로부터 연산된 가스의 소비량을 저장하는 저장부; 상기 처리부에 의해 계산된 가스의 소비량을 디스플레이하고 사용자가 제어신호를 입력할 수 있도록 하는 리모콘; 전원을 공급하는 전원 공급부로 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제어 방법은 가스보일러의 작동이 시작되면 중앙 연산 처리부에 의해 가스의 소비량을 측정하는 단계; 상기 측 정된 가스 소비량을 리모콘에 표시하는 단계; 사용자가 설정한 가스소비량을 넘는 경우 보일러의 작동을 멈추거나 경고음을 발생하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 가스의 소비량을 측정하는 단계는 가스보일러의 작동이 시작되면 검출부가 팬의 회전수를 측정하는 단계; 상기 팬의 회전수 데이터를 처리부로 전송하여 팬 펄스가 지시하는 가스소비량을 시간에 대하여 적분하여 소비량으로 환산하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 검출부에서 팬의 전류치 및 풍량, 공압실린더를 이용한 밸브개폐기(POV) 수치, 비례밸브 전류치 등 연소를 제어하는 모든 요소가 지시하는 소비량을 측정하는 단계; 처리부에서 상기 소비량을 수치로 환산하여 리모콘에 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 가스 파이프에 가스 유량계를 설치하여 유량을 측정하고, 그 유량을 처리부에서 수치로 환산하여 리모콘에 표시하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 출탕온도와 환수온도의 온도차를 검지하고, 이에 유량을 곱하여 출력으로 산출하여 구해진 출력값에 평균 연소효율을 곱하여 얻어진 열량을 소비량으로 환산하여 리모콘에 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 온도와 시간으로 제어를하는 보일러와는 달리 보일러를 작동하면서 사용된 가스의 소비량을 측정하고 표 시하고, 이를 데이터베이스화함으로써 보일러의 정확한 수명을 예측할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 실시간 에너지 소비량이 지속적으로 표시됨으로써 사용자에게 에너지소비량을 직접적으로 인식시켜 줌으로써 직접적인 자각이 가능하도록 하여 소비자가 원하지 않는 에너지의 소비를 제한할 수 있도록 하고, 효율적인 에너지 소비 및 관리로 에너지 절약 및 환경개선을 할 수 있는 효과가 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명인 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치의 구성을 나타낸 것이다.
도면에서 보는 바와 같이 본 발명 장치는, 보일러의 각 부의 제어를 하는 중앙 연산 처리부(100); 상기 중앙 연산 처리부의 제어신호를 받아 보일러를 구동시키는 보일러 구동부(110); 구동부의 팬의 회전수 및 전류치와 비례밸브 전류치를 검출하여 중앙 연산 처리부로 전송하는 검출부(120); 상기 중앙 연산 처리부로 전송된 검출된 팬의 회전수 및 전류치, 비례밸브 전류치를 전송받아 연산하여 가스의 소비량을 계산하는 처리부(130); 상기 처리부로부터 연산된 가스의 소비량을 저장하는 저장부(150); 상기 처리부에 의해 계산된 가스의 소비량을 디스플레이하고 사 용자가 제어신호를 입력할 수 있도록 하는 리모콘(140); 전원을 공급하는 전원 공급부(160)로 구성되어 있다.
상기 중앙 연산 처리부(110)는 리모콘(140)의 설정키(142)로부터의 제어신호가 들어오면 제어신호에 따라 각 부로 신호를 보내어 제어하도록 하고, 보일러가 동작을 시작함과 동시에 구동부(110)의 팬의 회전속도를 측정하도록 하고 검출부(120)로부터 회전수 측정신호를 전송받아 처리부(130)로 전송하여 가스 소비량을 계산할 수 있도록 한다.
상기 구동부(110)는 중앙 연산 처리부(100)에서의 제어신호를 받아 보일러를 구동시키는 것으로, 삼방번 구동부, 펌프 구동부, 점화기 구동부, 비례밸브 구동부, 팬 구동부를 포함한다. 상기 팬 구동부는 검출부(120)와 연결도어 일정시간당 팬의 회전수를 측정하도록 하며, 이를 토대로 처리부에서 가스 소비량으로 환산하도록 한다.
상기 검출부(120)는 가스의 소비량을 측정하기 자료를 측정하기 위한 것으로, 팬 구동부에서 팬의 회전수를 측정한다. 중앙 연산 처리부(100)는 이 측정값을 받아 처리부(130)로 전송하여 초당 회전수를 연산하고 1회전당 가스 소비량을 대입하여 가스 소비량을 계산한다. 또한, 검출부(120)는 팬의 전류치 및 풍량, 공압실린더를 이용한 밸브개폐기(POV) 수치, 비례밸브 전류치 등 연소를 제어하는 모든 요소에 대하여 측정할 수 있으며, 이 측정값은 처리부(130)로 전송되어 처리부에서 가스의 소비량을 계산하게 된다.
한편, 가스의 소비량을 직접적으로 측정하는 방법을 사용하기 위하여 가스 파이프에 가스 유량계를 설치하여 유량을 측정하여 그 측정값을 처리부에서 수치로 환산하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 처리부(130)는 검출부(120)로부터 측정된 초당 팬의 회전수 값을 전송받아 이를 가스 소비량으로 연산하는 것으로, 팬이 회전한 시간과 그 시간동안 팬이 회전한 회전수를 곱하여 가스 소비량을 산출하도록 한다.
상기 리모콘(140)은 사용자가 보일러를 제어할 수 있도록 하는 설정키(142)와, 보일러의 현재 온도상태 및 시간, 예약상황, 가스의 소비량 등의 정보를 표시해주는 표시부(141)로 나뉘어 있으며, 설정키(142)로부터 사용자에 의해 입력되는 신호를 중앙 연산 처리부(100)를 통하여 각 부로 전송할 수 있도록 하며, 표시부(141)는 이러한 정보 및 제어상황을 나타낸다.
상기 저장부(150)는 처리부로부터 산출된 가스 소비량을 저장하며, 중앙 연산 처리부는 저장부로부터 현재까지 사용한 총 가스 사용량, 월간 가스 사용량, 일간 가스 사용량을 분석하여 다시 저장하고, 이를 디스플레이브에 표시할 수 있도록 한다.
상기 전원공급부(160)는 보일러 제어장치의 각 부에 전원을 공급한다.
한편, 도 2 는 본 발명인 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러의 제어순서를 나타낸 프롤우챠트이다.
도 2 에서 보는 바와 같이 본 발명의 제어 방법은 가스보일러의 작동이 시작되면 중앙 연산 처리부에 의해 가스의 소비량을 측정하는 단계; 상기 측정된 가스 소비량을 리모콘에표시하는 단계; 사용자가 설정한 가스소비량을 넘는 경우 보일러 의 작동을 멈추거나 경고음을 발생하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 가스의 소비량을 측정하는 단계는 가스보일러의 작동이 시작되면 검출부가 팬의 회전수를 측정하는 단계; 상기 팬의 회전수 데이터를 처리부로 전송하여 팬 펄스가 지시하는 가스소비량을 시간에 대하여 적분하여 소비량으로 환산하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
보일러는 소비자가 요구하는 온도에 작동 명령을 받고 현재온도를 감지하여 필요한 열량을 팬(FAN)에 회전수로 지시하게 되며, 이 팬(FAN)의 회전수는 비례변에 공압실린더를 이용한 밸브개폐기(POV)를 값으로 가스량을 조절한다. 이때, 팬 지시치는 배기폐쇄 등 특정 연소환경을 무시한 절대값이며, 이와 별도로 보일러는 현재의 팬 회전수를 검지하게 된다.
비례변 또한 현재 팬 회전수에 해당하는 가스량을 입력된 데이터를 근거로 맞추게 된다. 이때의 팬 회전수를 카운트하여 시간에 대한 곡선을 계산하여 곡선 면적에 해당하는 만큼을 리모콘에 에너지로 환산하여 표시하여준다.
단, 팬 인식치에 해당하는 가스소비량은 flame-on 검지 후 1초 단위로 카운트하여 적산하며, 이때 면적은 팬 체크(Fan check) 및 pre-purge, 잔여배기 작동을 제외하기 위하여 flame-rod on 이후부터 flame-rod off 까지만 계산한다.
가역으로 소비자 설정 에너지 값 만큼 연소 후 경고음(램프)으로 소비자에게 인지시켜주며, 소화타임에 들어간다.
또한, 검출부에서 팬의 전류치 및 풍량, 공압실린더를 이용한 밸브개폐기(POV) 수치, 비례밸브 전류치 등 연소를 제어하는 모든 요소가 지시하는 소비량을 측정하는 단계를 더 포함하여 처리부에서 상기 소비량을 수치로 환산하여 리모콘에 표시하도록 할 수 있다.
또한, 가스 파이프에 가스 유량계를 설치하여 유량을 측정하고, 그 유량을 처리부에서 수치로 환산하여 리모콘에 표시하도록 할 수 있다.
또한, 출탕온도와 환수온도의 온도차를 검지하고, 이에 유량을 곱하여 출력으로 산출하여 구해진 출력값에 평균 연소효율을 곱하여 얻어진 열량을 소비량으로 환산하여 리모콘에 표시할 수 있다.
이와 같은 구성 및 단계로 이루어진 된 본 발명의 리모콘의 설정에 대한 표시상태를 설명하면 다음과 같다.
도 3 은 보일러의 리모콘을 나타낸 것이며, 도 4 는 에너지 소비량의 설정을 조절하고 에너지 소비량을 표시할 수 있는 에너지 소비량 표시부를 나타낸 것이고, 도 5 는 에너지 소비량의 설정 조절 및 동작순서를 나타낸 플로우챠트이다.
상기 리모콘은 기본적으로 포함되는 난방 및 온수의 온도를 조절할 수 있도록 하는 온도조절버튼과, 보일러의 동작 및 온도정보, 시간이 표시되는 온도 표시부와, 보일러 사용시 가스의 소비량을 표시하는 에너지 소비량 표시부와, 각종 예약 및 시간, 에너지사용량의 제어를 하는 제어버튼부로 구성되어 있다.
에너지사용량을 제어하기 위한 버튼은 E-제어 버튼 및 E-표시 버튼으로 나눌 수 있다.
E-제어구간은 원하는 에너지 설정값에 따라 보일러를 제어할 수 있도록 하는 것이며, E-표시구간은 현재까지 사용하는 에너지 값을 "총, 월, 일"의 3개의 단위로 나타낼 수 있도록 한다.
E-제어 버튼을 짧게 누르면, 월간/일간의 조절이 가능하며, E-제어 버튼을 길게 누르면 다음단계(2단계)로 이동하여 난방 조절버튼을 사용하여 최종 사용량을 지정할 수 있다.
다시 E-제어 버튼을 길게 누르면 다음단계(3단계)인 알림/멈춤 선택단계로 이동할 수 있으며, 3단계로 이동한 후 E-제어 버튼을 짧게 누르면 알림/멈춤중 선택할 수 있다. 이를 선택할 경우 에너지의 사용량이 지정한 최종 사용량을 넘었을 경우 알림을 울릴것인지, 멈출것인지를 선택할 수 있도록 하는 것이다.
E-표시 버튼은 짧게 누를 때 마다 총사용량, 월간사용량, 일간사용량을 반복하여 보여주며 소비량 표시 사양을 선택할 수 있다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
도 1 은 본 발명인 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치의 구성도,
도 2 는 본 발명인 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러의 제어순서를 나타낸 프롤우챠트,
도 3 은 본 발명인 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치의 일 실시예인 보일러 리모콘,
도 4 은 본 발명인 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치의 일 실시예인 보일러 리모콘의 표시창,
도 5 는 본 발명인 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치의 일 실시예인 보일러 리모콘의 설정에 대한 제어순서를 나타낸 플로우챠트.
에너지 소비량의 설정 조절 및 동작순서를 나타낸 플로우챠트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 중앙 연산 처리부 110: 구동부
120: 검출부 130: 처리부
140: 리모콘 141: 표시창
142: 설정키 150: 저장부
160: 전원공급부

Claims (6)

  1. 보일러의 각 부의 제어를 하는 중앙 연산 처리부; 상기 중앙 연산 처리부의 제어신호를 받아 보일러를 구동시키는 보일러 구동부; 구동부의 팬의 회전수 및 전류치와 비례밸브 전류치를 검출하여 중앙 연산 처리부로 전송하는 검출부; 상기 중앙 연산 처리부로 전송된 검출된 팬의 회전수 및 전류치, 비례밸브 전류치를 전송받아 연산하여 가스의 소비량을 계산하는 처리부; 상기 처리부로부터 연산된 가스의 소비량을 저장하는 저장부; 상기 처리부에 의해 계산된 가스의 소비량을 디스플레이하고 사용자가 제어신호를 입력할 수 있도록 하는 리모콘; 전원을 공급하는 전원 공급부로 구성된 것을 특징으로 하는 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어장치.
  2. 삭제
  3. 가스보일러의 작동이 시작되면 검출부가 팬의 회전수를 측정하는 단계; 상기 팬의 회전수 데이터를 처리부로 전송하여 팬 펄스가 지시하는 가스소비량을 시간에 대하여 적분하여 소비량으로 환산하는 단계; 상기 환산된 가스 소비량을 리모콘에 표시하는 단계; 사용자가 설정한 가스소비량을 넘는 경우 보일러의 작동을 멈추거나 경고음을 발생하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    검출부에서 팬의 전류치 및 풍량, 공압실린더를 이용한 밸브개폐기(POV) 수치, 비례밸브 전류치 등 연소를 제어하는 모든 요소가 지시하는 소비량을 측정하는 단계; 처리부에서 상기 소비량을 수치로 환산하여 리모콘에 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    가스 파이프에 가스 유량계를 설치하여 유량을 측정하고, 그 유량을 처리부에서 수치로 환산하여 리모콘에 표시하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    출탕온도와 환수온도의 온도차를 검지하고, 이에 유량을 곱하여 출력으로 산출하여 구해진 출력값에 평균 연소효율을 곱하여 얻어진 열량을 소비량으로 환산하여 리모콘에 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스소비량 표시 및 설정이 가능한 보일러 제어방법.
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