KR101682313B1 - 난방장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

난방장치 및 그 제어방법이 개시된다.
본 발명은, 보일러의 운전시간과 설정된 최소운전시간을 비교하여, 보일러의 운전시간이 설정된 최소운전시간에 미치지 못하는 경우, 난방수 공급이 차단된 난방구역의 난방수관에 연결된 난방수조절밸브를 개방하여 난방장치를 순환하는 난방수의 순환유량을 증가시킴으로써, 보일러의 운전시간을 설정된 최소운전시간 이상으로 유지시키는 것을 특징으로 한다.

Description

난방장치 및 그 제어방법{HEATING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 난방장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난방수의 생산을 위한 보일러의 운전시간을 최소운전시간 이상으로 유지시킴으로써, 안전하고 효율적인 운전이 가능한 난방장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

난방방식을 열원의 생산방식에 따라 크게 분류하면 중앙난방방식, 지역난방방식, 세대별난방방식으로 구분할 수 있다.

중앙난방방식은 각 단지별 중앙기계실에서 생산된 열원을 직접 또는 기계실의 열교환기를 통하여 각각의 세대에 공급하는 방식이고, 지역난방방식은 일정 지역 또는 일정 규모의 열생산설비에 의하여 일괄로 생산된 열원을 일정 지역의 공동주택단지나 대형건축물에 공급하는 방식이며, 세대별난방방식은 세대별로 설치된 개별 보일러에 의하여 난방운전을 실시하는 방식이다.

이들 각 난방방식의 특징은 다음과 같다.

중앙난방방식은 지역난방방식이 도입되기 전까지 대부분의 공동주택에 적용된 난방방식으로서 단지 내에 중앙기계실을 설치하고 1기 또는 수기의 보일러에 의하여 100℃ 내외의 중난방수를 생산하고, 다시 중간기계실에서 열교환을 통하여 중난방수를 바닥난방에 적합한 저난방수로 변환하여 각 세대로 난방수를 공급하는 방식이다. 이 방식에서 난방수공급 시간대와 시간 및 횟수는 해당지역의 외기 온도 변동을 주요 변수로 하여 미리 설정된 난방운전 일정표에 의해서 일일중 3 ~ 4회 내외로 간헐적인 난방수공급을 시행하는 것이 일반적이다.

지역난방방식에 의한 대단위 열원공급은 신도시의 개발과 함께 급속하게 보급이 확대되었다. 지역난방을 실시하는 공동주택에는 세대별로 열량계 또는 유량계가 설치되고 세대별 또는 실별로 온도조절기가 부착됨으로써 실질적인 실온제어가 가능하다. 지역난방에서 열원분배 시스템을 열원의 분배 측면에서 구분하면 지역난방공사로부터의 열원 공급을 1차측, 지역난방으로부터 공급된 열원을 세대의 난방에 적합하도록 제어하는 기계실 부분을 2차측, 그리고 세대 내로의 열원공급을 3차측으로 구분할 수 있다.

세대별난방방식은 세대별로 열원을 생산하고 세대별로 난방운전을 시행하는 방식으로써 가정용 보일러의 효율 상승과 소형화가 이루어지고 있고, 사용연료가 유류에서 전기, 도시가스로 다양화되고 있다. 특히, 이들 세대별 보일러를 이용한 개별난방방식이 중앙난방방식에 비하여 난방비 징수의 불합리한 측면을 해소하고 거주자의 의지에 따라 관리비의 절감과 운전비가 경제적이라는 장점이 있다.

현재까지 상기 난방방식 모두, 난방을 위하여는 공통된 장치를 구비하고 있다. 즉, 공급되는 난방수를 각 난방구역으로 분배하기 위한 난방수공급헤더, 각 난방구역으로부터 배출되는 난방수를 환수하기 위한 난방수환수헤더, 각 난방구역으로 연결되는 복수의 난방수관을 포함한다. 난방수공급헤더로 공급되는 난방수는 복수의 난방수관을 통해 각 난방구역으로 분배되고, 난방수관을 통과한 난방수는 난방수공급헤더로 환수된다.

세대별난방방식의 경우, 난방수를 생산하기 위한 보일러가 세대별로 각각 설치된다. 세대별난방방식에서 보일러는 난방 기능과 급탕 기능을 동시에 수행하게 되는데, 난방 부하는 약 30%를 차지하는 반면, 급탕부하는 약 70%를 차지하게 되므로, 급탕 부하에 의하여 난방에 필요한 용량보다 보일러 용량이 과하게 설계되는 경향이 있다.

상기와 같이 보일러의 용량이 난방에 필요한 용량보다 과하게 설계되므로, 종래의 세대별난방방식에서 일부의 난방구역에만 난방을 하는 경우, 보일러의 점화(운전 시작)에서 소화(운전 중지)에 이르는 시간이 매우 짧아지는 문제가 있었다.

즉, 보일러에서 공급되어 일부의 난방구역을 거쳐 다시 보일러로 회수되는 난방수가 보일러의 과도한 용량에 의하여, 온도가 급격하게 상승하게 되고, 이 경우 보일러의 과열방지 기능에 의하여 보일러의 전원이 일시 차단되어 보일러가 완전히 꺼지게 된다. 따라서 난방을 위해서는 보일러를 재가동하여야 하며, 이러한 보일러의 재가동 과정에서 가스의 불완전 연소의 증가로 인하여 가스 연소 효율이 떨어지게 되고, 종국적으로 가스의 사용량이 증가하게 되어, 난방비의 증가와 불필요한 에너지를 낭비하게 되는 문제가 발생하였다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 보일러의 점화(운전 시작)에서 소화(운전 중지)에 이르는 시간, 즉 보일러의 운전시간을 미리 설정된 최소운전시간 이상으로 유지시킴으로써, 보일러의 안전하고 효율적인 운전이 가능하고, 가스 사용량을 줄일 수 있는 난방장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일례에 의한 난방장치는,

난방수를 생산하는 보일러; 난방구역에 난방수를 공급하기 위하여 상기 보일러에 연결되는 난방수공급배관; 상기 난방수공급배관으로 공급되는 난방수를 각각의 난방구역으로 분배하기 위하여 상기 난방수공급배관에 연결되는 난방수공급헤더; 상기 난방수공급헤더의 난방수를 각각의 난방구역에 제공하기 위하여 상기 난방수공급헤더에 연결되는 복수의 난방수관; 상기 복수의 난방수관을 통과한 난방수를 모으기 위하여 상기 복수의 난방수관과 연결되는 난방수환수헤더; 상기 난방수환수헤더에 모인 난방수를 상기 보일러로 환수하기 위하여 상기 보일러와 상기 난방수환수헤더를 연결하는 난방수환수배관; 상기 복수의 난방수관을 통한 난방수의 유동을 단속하기 위하여 상기 복수의 난방수관에 설치되는 복수의 난방수조절밸브;상기 복수의 난방수조절밸브의 개도량을 조절하기 위하여 상기 복수의 난방수조절밸브에 각각 결합되는 복수의 구동기; 상기 난방구역의 난방여부와 난방온도를 설정하기 위한 온도조절기; 및 상기 보일러, 구동기 및 온도조절기를 제어하기 위한 제어기;를 포함하며,

상기 제어기는 보일러의 운전시간과 설정된 최소운전시간을 비교하여, 보일러의 운전시간이 설정된 최소운전시간에 미치지 못하는 경우, 난방수 공급이 차단된 난방구역의 난방수관에 연결된 난방수조절밸브를 개방하여 난방장치를 순환하는 난방수의 순환유량을 증가시킴으로써, 보일러의 운전시간을 설정된 최소운전시간 이상으로 유지시키는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 난방장치의 제어방법을 제공하는데, 본 발명의 일례에 의한 난방장치의 제어방법은,

(a) 난방이 필요한 난방구역과 각 난방구역의 난방온도를 설정하는 단계; (b) 보일러가 작동하여 난방수를 생산하는 단계; (c) 난방수를 순환시켜 난방이 필요한 난방구역에 난방을 실행하는 단계; 및 (d) 난방수 순환과정에서 보일러의 운전시간과 설정된 최소운전시간을 비교하여, 보일러의 운전시간이 설정된 최소운전시간에 미치지 못하는 경우, 난방수 공급이 차단된 난방구역의 난방수관에 연결된 난방수조절밸브를 개방하여 난방장치를 순환하는 난방수의 순환유량을 증가시킴으로써, 보일러의 운전시간을 설정된 최소운전시간 이상으로 유지시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

상술한 본 발명에 의할 경우, 보일러의 운전시간을 미리 설정된 최소운전시간 이상으로 유지시킬 수 있다.

따라서 반복적인 보일러의 운전정지 및 이에 따른 가스연소 효율 저감 등 종래의 문제점을 해결할 수 있고, 보일러의 안전하고 효율적인 운전이 가능하며, 가스 사용량을 줄일 수 있게 되어, 난방비의 증가와 불필요한 에너지를 낭비하게 되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 난방장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 난방장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 난방장치 및 난방 제어방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관계에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 난방장치(100)는, 난방수를 생산하는 보일러(110), 보일러(110)에서 생산된 난방수를 공급하기 위한 난방수공급배관(115), 난방수공급배관(115)에 연결되는 난방수공급헤더(120), 난방수공급헤더(120)의 난방수를 각 난방구역(125a)(125b)(125c)(125d)으로 제공하기 위한 복수의 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d), 복수의 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d)을 통과한 난방수를 모으기 위한 난방수환수헤더(135), 난방수환수헤더(135)에 모인 난방수를 보일러(110)로 환수하기 위해 보일러(110)와 난방수환수헤더(135)를 연결하는 난방수환수배관(140), 복수의 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d)에 설치되는 복수의 난방수조절밸브(145a)(145b)(145c)(145d), 복수의 난방수조절밸브(145a)(145b)(145c)(145d)에 결합된 복수의 구동기(150a)(150b)(150c)(150d)를 포함한다.

또한 각 난방구역(125a)(125b)(125c)(125d)의 난방여부와 난방온도를 설정하기 위한 복수의 온도조절기(165a)(165b)(165c)(165d) 및 난방장치(100)의 전반적인 동작을 제어하는 제어기(155)를 포함한다.

난방수공급헤더(120)는 보일러(110)에서 생산된 난방수를 공급하기 위한 난방수공급배관(115)과 복수의 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d)을 연결하며, 난방수공급배관(115)을 통해 공급되는 난방수를 각 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d)으로 분배한다. 난방수환수헤더(135)는 복수의 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d)과 난방수환수배관(140)을 연결하여 복수의 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d)을 통해 유동하는 난방수를 모아 난방수환수배관(140)을 통해 보일러(110) 쪽으로 환수시키는 역할을 한다.

각 난방구역(125a)(125b)(125c)(125d)에 난방수를 공급하기 위한 복수의 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d)에 설치되는 난방수조절밸브(145a)(145b)(145c)(145d)는 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d)을 통해 유동하는 난방수의 유량을 조절하는 역할을 한다. 각 난방수조절밸브(145a)(145b)(145c)(145d)에는 구동기(150a)(150b)(150c)(150d)가 결합된다. 이들 복수의 구동기(150a)(150b)(150c)(150d)는 난방수조절밸브(145a)(145b)(145c)(145d)의 개도량을 조절하기 위한 것으로 제어기(155)에 의해 제어된다. 제어기(155)는 구동기(150a)(150b)(150c)(150d)를 제어하여 난방수조절밸브(145a)(145b)(145c)(145d)의 개도량을 조절함으로써 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d)을 통한 난방수의 유량을 제어한다.

제어기(155)는 복수의 온도조절기(165a)(165b)(165c)(165d)를 통해 각 난방구역(125a)(125b)(125c)(125d)에 대한 난방 설정 온도를 입력받아 보일러(110) 및 복수의 구동기(150a)(150b)(150c)(150d)를 제어한다. 또한 제어기(155)는 보일러(110)의 보일러의 점화(운전 시작)에서 소화(운전 중지)에 이르는 시간, 즉 보일러의 운전시간이 미리 설정된 최소운전시간 이상으로 유지되도록 난방장치를 제어한다.

보일러(110)의 운전시간을 최소운전시간 이상으로 유지시키는 것은 다음과 같은 과정에 의하여 이루어진다.

앞서 언급하였듯이 세대별난방방식에서 보일러는 급탕 부하에 의하여 그 용량이 과다하게 설정된다. 따라서 보일러에 의하여 가열되는 난방수의 양이 적을 경우, 난방수의 온도는 급격하게 상승하게 되고, 이는 보일러의 운전이 완전히 정지되는 원인이 된다. 따라서 보일러에 의하여 가열되는 난방수의 양을 보일러의 용량과 비교하여 적절하게 맞춰줄 경우, 보일러에 의하여 가열되는 난방수의 온도가 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.

세대별난방방식에서 난방장치 내의 난방수의 전체 양은 일정하게 정해져 있으며, 도 1의 경우처럼 난방구역이 4곳이고, 4곳의 난방구역 모두 난방이 되는 경우라면, 보일러에 의하여 난방수의 온도가 급격하게 상승하게 되는 문제는 발생하지 않는다. 그러나 4곳의 난방구역 중 일부, 예컨데 1곳의 난방구역만 난방이 되는 경우라면, 난방장치를 순환하는 난방수의 순환유량이 4곳이 난방되는 경우에 비하여 감소하게 되어, 난방수의 온도가 급격하게 상승하여 보일러의 운전이 완전히 정지되는 문제가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위하여 본 발명은, 제어기(155)가 보일러(110)의 운전시간을 지속적으로 모니터링을 하게 되며, 보일러(110)의 운전시간이 설정된 최소운전시간 미만일 경우에는 난방이 되지 않는 난방구역, 즉 난방수의 공급이 차단된 난방구역의 난방수조절밸브를 개방하여, 난방장치를 순환하는 난방수의 순환유량을 증가시켜, 보일러(110)의 운전시간이 설정된 최소운전시간 이상을 유지하도록 한다. 만약 난방수의 공급이 차단된 난방구역이 복수일 경우, 제어기(155)는 난방수 공급이 차단된 난방구역에 대응하는 각 난방수조절밸브를 각각 개방하거나, 선택된 특정 난방구역에 대응하는 난방수조절밸브를 개방하여 난방수의 순환유량을 증가시켜 보일러(110)의 운전시간이 설정된 최소운전시간 이상을 유지하도록 할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 의한 난방장치의 제어방법에 대하여 설명한다.

사용자가 복수의 난방구역(125a)(125b)(125c)(125d) 중에서 난방이 필요한 난방구역과 각 난방구역(125a)(125b)(125c)(125d)에 대한 난방온도를 설정한다.

이때 난방이 필요한 난방구역의 선정과 난방온도의 설정은 각 난방구역에 개별적으로 설치된 온도조절기(165a)(165b)(165c)(165d)에 의할 수도 있고, 제어기(155)에 의하여 이루어질 수도 있다.

난방이 필요한 난방구역과 난방온도가 설정되면, 보일러(110)가 작동하여 난방수를 생산한다.

보일러(110)가 작동하면 펌프(미도시)가 작동되어 난방수공급배관(115)을 통해 난방수공급헤더(120)에 난방수가 공급된다. 제어기(155)는 복수의 난방수조절밸브(145a)(145b)(145c)(145d) 중에서 난방이 필요없는 난방구역에 대응하는 난방수조절밸브를 닫는다. 난방수공급헤더(120)에 공급된 난방수는 복수의 난방수관(130a)(130b)(130c)(130d) 중에서 난방이 필요한 난방구역에 연결된 난방수관으로 유동하여 난방이 필요한 난방구역을 난방한 후, 난방수환수헤더(135)로 유동한다. 난방수환수헤더(135)로 모인 난방수는 난방수환수배관(140)을 통해 다시 보일러(110)로 환수된다.

이러한 난방수 순환과정에서 제어기(155)는 보일러(110)의 점화(운전 시작)에서 소화(운전 중지)까지의 시간, 즉 보일러(110)의 운전시간이 설정된 최소운전시간에 미치는지 못 미치는지를 판단한다.

만약 보일러(110)의 운전시간이 설정된 최소운전시간에 미치지 못하는 경우, 제어기(155)는 복수의 난방수조절밸브(145a)(145b)(145c)(145d) 중에서 난방수 공급이 차단된 난방구역에 대응하는 난방수조절밸브를 개방하여, 난방장치(100)를 순환하는 난방수의 순환유량을 증가시켜, 보일러(110)의 운전시간이 설정된 초소운전시간 이상을 유지하도록 제어한다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 난방장치 및 그 제어방법은 보일러의 운전시간을 설정된 최소운전시간 이상으로 유지시킴으로써, 반복적인 보일러의 운전 정지 및 이에 따른 가스연소 효율 저감 등 종래의 문제점을 해결할 수 있고, 보일러의 안전하고 효율적인 운전이 가능하며, 가스 사용량을 줄일 수 있게 되어, 난방비의 증가와 불필요한 에너지를 낭비하게 되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량하거나 변경하는 것이 가능하며, 이러한 개량 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100 : 난방장치 110 : 보일러
115 : 난방수공급배관 120 : 난방수공급헤더
125a ~ 125d : 난방구역 130a ~ 130d : 난방수관
135 : 난방수환수헤더 140 : 난방수환수배관
145a ~ 145d : 난방수조절밸브 150a ~ 150d : 구동기
155 : 제어기 165a ~ 165d : 온도조절기

Claims (4)

1. 난방수를 생산하는 보일러;
   난방구역에 난방수를 공급하기 위하여 상기 보일러에 연결되는 난방수공급배관;
   상기 난방수공급배관으로 공급되는 난방수를 각각의 난방구역으로 분배하기 위하여 상기 난방수공급배관에 연결되는 난방수공급헤더;
   상기 난방수공급헤더의 난방수를 각각의 난방구역에 제공하기 위하여 상기 난방수공급헤더에 연결되는 복수의 난방수관;
   상기 복수의 난방수관을 통과한 난방수를 모으기 위하여 상기 복수의 난방수관과 연결되는 난방수환수헤더;
   상기 난방수환수헤더에 모인 난방수를 상기 보일러로 환수하기 위하여 상기 보일러와 상기 난방수환수헤더를 연결하는 난방수환수배관;
   상기 복수의 난방수관을 통한 난방수의 유동을 단속하기 위하여 상기 복수의 난방수관에 설치되는 복수의 난방수조절밸브;
   상기 복수의 난방수조절밸브의 개도량을 조절하기 위하여 상기 복수의 난방수조절밸브에 각각 결합되는 복수의 구동기;
   상기 난방구역의 난방여부와 난방온도를 설정하기 위한 온도조절기; 및
   상기 보일러, 구동기 및 온도조절기를 제어하기 위한 제어기;를 포함하며,
   상기 제어기는 보일러의 운전시간과 설정된 최소운전시간을 비교하여, 보일러의 운전시간이 설정된 최소운전시간에 미치지 못하는 경우, 난방수 공급이 차단된 난방구역의 난방수관에 연결된 난방수조절밸브를 개방하여 난방장치를 순환하는 난방수의 순환유량을 증가시킴으로써, 보일러의 운전시간을 설정된 최소운전시간 이상으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 난방장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 난방수 공급이 차단된 난방구역이 복수일 경우, 상기 난방수 공급이 차단된 난방구역에 대응하는 난방수조절밸브를 각각 개방하거나, 선택된 특정 난방구역에 대응하는 난방수조절밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 난방장치.
   
3. (a) 난방이 필요한 난방구역과 각 난방구역의 난방온도를 설정하는 단계;
   (b) 보일러가 작동하여 난방수를 생산하는 단계;
   (c) 난방수를 순환시켜 난방이 필요한 난방구역에 난방을 실행하는 단계; 및
   (d) 난방수 순환과정에서 보일러의 운전시간과 설정된 최소운전시간을 비교하여, 보일러의 운전시간이 설정된 최소운전시간에 미치지 못하는 경우, 난방수 공급이 차단된 난방구역의 난방수관에 연결된 난방수조절밸브를 개방하여 난방장치를 순환하는 난방수의 순환유량을 증가시킴으로써, 보일러의 운전시간을 설정된 최소운전시간 이상으로 유지시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 난방장치의 제어방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 (d) 단계에서, 난방수 공급이 차단된 난방구역이 복수일 경우, 상기 난방수 공급이 차단된 난방구역에 대응하는 난방수조절밸브를 각각 개방하거나, 선택된 특정 난방구역에 대응하는 난방수조절밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 난방장치의 제어방법.

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