KR101824026B1 - 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법 - Google Patents

난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법에 관한 것으로 특히, 보일러의 난방운전이 "온"되면, 난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단하는 단계와; 난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 모두 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮으면 난방연소 실시를 시작하는 단계와; 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset)와 동일해지도록 열량을 증가 및 감소 또는 고정시켜 제어를 실시하는 단계와; 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같은지를 판단하는 단계와; 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같으면, 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되는지 판단하는 단계와; 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되면, 현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같은지를 판단하는 단계와; 현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같으면, 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 난방공급 온도제어로 보일러에 대한 열량제어를 원활하게 할 수 있고, 난방을 필요로 하는 공간의 포화상태를 확인할 수 있으므로 난방 초기에 충분하게 난방을 실시하여 초기 가열속도를 향상시킬 수 있으며, 또한 난방을 필요로 하는 공간의 포화상태를 확인할 수 있으므로 불필요한 연소를 방지하여 최적의 상태의 난방 제어가 가능하다.

Description

난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법{Heating boiler combustion control method of using the heating supply temperature sensor and heating return temperature sensor}
본 발명은 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는 난방 초기에 충분한 난방을 실시하여 난방 초기 가열속도를 향상시키고, 난방부하에 따라 필요한 열량만을 공급하여 불필요한 손실을 없애고 최적의 상태로 난방 온도제어를 할 수 있으며, 또한 설정 공급온도에 따른 환수온도의 차이 및 열량을 비교하여 설정 조건에 만족하지 않은 경우는 연소를 지속적으로 실시하고, 설정 조건을 만족하는 경우에는 소화를 실시 하여 난방 부하에 맞춰 난방을 실시할 수 있도록 발명한 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 보일러(Boiler)는 난방과 온수의 공급을 위하여 설치되는 장치로, 각종 연료를 연소시키면서 발생하는 열을 이용하여 물을 데우고, 데워진 물을 직접 이용하거나, 가정 또는 각종 건물들의 난방에 이용되도록 하는 것으로서, 그 크기에 따라 가정용으로 이용되는 소형 보일러에서부터 산업용으로 이용되는 대형 보일러까지 널리 개발되고 사용되고 있을 뿐만 아니라, 사용되는 연료에 따라서 기름 보일러 및 가스 보일러 등으로 구분되며 다양한 종류의 보일러가 개발되어 사용되고 있다.
이와 같은 보일러(Boiler)는, 리모컨 또는 온도조절장치 등을 통해 본체를 가동시켜 석유나 석탄 및 가스 등을 연료로 사용하여 이를 연소시키거나 히터에 전기를 공급시켜 발생되는 연소열 및 전열을 이용하여 물을 가열하여 각종 난방시설 등에 더운물을 공급하기 위하여 물을 끓이는 시설을 말하며, 주택용 보일러의 경우에는 실내의 바닥 등에 설치된 배관에 더운물을 공급하여 난방을 하거나, 급수관을 통해 온수를 공급 등의 목적으로 사용되어 지고 있다.
종래 대부분의 보일러에서는 난방제어를 위해 난방공급 온도센서나 난방환수 온도센서 중 어느 하나만을 이용하여 하고 있다.
그런데 이중 난방공급 온도센서만을 이용할 경우는 원하는 열량을 공급하는 것은 가능하나, 난방부하에 따라 난방이 잘되고 있는지 여부는 판단할 수 없는 단점이 있다.
또, 난방환수 온도센서만을 이용할 경우는 난방이 잘되고 있는지 여부를 판단하기는 쉬우나, 난방부하에 따라 열량제어를 하기가 쉽지 않고, 초기 연소 시에는 환수온도의 변화가 없으므로 열량제어에 어려움이 있다.
즉, 난방공급 온도 제어의 경우 사용자의 난방공급 설정온도에 따라 난방공급 온도는 제어되어 공급이 되지만, 난방을 필요로 하는 공간에 충분히 난방이 되었는지 확인이 어렵고, 난방환수 온도 제어의 경우는 사용자의 난방환수 설정온도에 따라 난방환수 온도는 제어되지만 난방환수의 특성상 난방 배관을 돌아와야 제어를 할 수 있으므로 열량 제어에 많은 어려움이 있는 것이다.
대한민국 등록특허공보 10-1234528호(2013년 02월 13일) 대한민국 등록특허공보 10-1506548호(2015년 03월 23일) 대한민국 등록특허공보 10-1233337호(2013년 02월 07일)
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 난방 초기에 충분한 난방을 실시하여 난방 초기 가열속도를 향상시키고, 난방부하에 따라 필요한 열량만을 공급하여 불필요한 손실을 없애고 최적의 상태로 난방 온도제어를 할 수 있으며, 또한 설정 공급온도에 따른 환수온도의 차이 및 열량을 비교하여 설정 조건에 만족하지 않은 경우는 연소를 지속적으로 실시하고, 설정 조건을 만족하는 경우에는 소화를 실시하여 난방 부하에 맞춰 난방을 실시할 수 있도록 하여, 난방공급 온도 제어로 열량제어를 원활하게 할 수 있고, 난방을 필요로 하는 공간의 포화 상태를 확인할 수 있으므로 난방 초기에 충분하게 난방을 실시하여 초기 가열 속도를 향상시킬 수 있으며, 난방을 필요로 하는 공간의 포화 상태를 확인할 수 있으므로 불필요한 연소를 방지하여 최적 상태의 난방제어를 가능하게 할 수 있는 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 방법은, 보일러의 제어장치에서 판단한 결과 난방운전이 "온"되면, 난방공급 온도센서를 통해 검출되는 난방공급온도(Tout)와 난방환수 온도센서를 통해 검출되는 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단하는 단계와; 난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 모두 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮으면 난방연소 실시를 시작하는 단계와; 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset)와 동일해지도록 열량을 증가 및 감소 또는 고정시켜 제어를 실시하는 단계와; 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같은지를 판단하는 단계와; 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같으면 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되는지 판단하는 단계와; 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되면, 현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같은지를 판단하는 단계와; 현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같으면, 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 난방운전 초기 난방공급온도(Tout) 또는 난방환수온도(Tin) 중 어느 한 온도라도 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 높거나 같은 경우 또는 강제소화를 실시한 이후에는 정해진 강제소화시간(B)이 경과되었는지 계속 판단하는 단계를 더 실시하여, 강제소화시간(B)이 경과되면 난방공급 온도센서를 통해 검출되는 난방공급온도(Tout)와 난방환수 온도센서를 통해 검출되는 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단하는 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.
또한, 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되지 않거나, 또는 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속된 후 현재열량이 경계열량(Q)보다 높으면, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같은지를 판단하는 단계를 더 실시하여, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같으면 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.
또, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 낮거나, 또는 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 낮으면, 난방제어를 초기화를 위해 정해진 연속연소시간(C)이 경과되었는지 판단하는 단계를 더 실시하여, 연속연소시간(C)이 경과되지 않았으면, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset)와 동일해지도록 열량을 증가 및 감소 또는 고정시켜 제어를 실시하는 단계로 되돌아가고, 연속연소시간(C)이 경과되었으면 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1배수(T1)는 점화온도를 결정하기 위한 정수로 0.7~1.0으로 설정하고, 제2배수(T2)는 열량의 비례제어를 결정하기 위한 정수로 0.8~0.9로 설정하며, 제3배수(T3)는 하이컷을 결정하기 위한 정수로 1.1~1.3으로 설정한 것을 특징으로 한다.
또한, 정해진 온도차(ΔT)는 난방이 충분히 되었는지를 설정온도에 대한 환수온도의 차이를 확인하기 위한 온도로 15~25℃로 설정하고, 상기 경계열량(Q)은 난방이 충분히 되었는지를 열량으로 확인하기 위한 열량으로 난방 최대열량에 대비 30~50%로 설정한 것을 특징으로 한다.
또, 정해진 제1시간(A)은 난방 배관을 전체를 2~3회 순환하여 온도에 대한 안정화를 판단하기 위한 시간으로 5~15분으로 설정하고, 정해진 강제소화시간(B)은 5~15분으로 설정하며, 연속연소시간(C)은 연속으로 연소하는 최대 시간으로 90~120분으로 설정한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법에 의하면, 보일러의 열교환기 출구와 입구에 각각 난방공급 온도센서 및 난방환수 온도센서를 설치하여, 난방 초기에 충분한 난방을 실시하여 줌으로써 난방 초기 가열속도를 향상시킬 수 있고, 난방부하에 따라 필요한 열량만을 공급하여 불필요한 손실을 없애고 최적의 상태로 난방 온도제어를 할 수 있으며, 또한 설정 공급온도에 따른 환수온도의 차이 및 열량을 비교하여 설정 조건에 만족하지 않은 경우는 연소를 지속적으로 실시하고, 설정 조건을 만족하는 경우에는 소화를 실시하여 난방 부하에 맞춰 난방을 실시할 수 있도록 하여 줌으로써, 난방공급 온도 제어로 열량제어를 원활하게 할 수 있고, 난방을 필요로 하는 공간의 포화 상태를 확인할 수 있으므로 난방 초기에 충분하게 난방을 실시하여 초기 가열 속도를 향상시킬 수 있으며, 난방을 필요로 하는 공간의 포화 상태를 확인할 수 있으므로 불필요한 연소를 방지하여 최적상태의 난방제어가 가능하여 보일러 자체의 상품성과 난방제어에 따른 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명 방법이 적용된 보일러의 개략적인 블럭 구성도.
도 2는 본 발명 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명 방법이 적용된 보일러의 개략적인 블럭 구성도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명 방법을 설명하기 위한 플로우챠트를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명 방법은,
보일러의 제어장치(1)에서 판단한 결과 난방운전이 "온"되면, 난방공급 온도센서(2)를 통해 검출되는 난방공급온도(Tout)와 난방환수 온도센서(3)를 통해 검출되는 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단하는 단계(S1)와;
난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 모두 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮으면 난방연소 실시를 시작하는 단계(S2)와;
난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset)와 동일해지도록 열량을 증가 및 감소 또는 고정시켜 제어를 실시하는 단계(S3)와;
난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같은지를 판단하는 단계(S4)와;
난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같으면 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되는지 판단하는 단계(S5)와;
난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되면, 현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같은지를 판단하는 단계(S6)와;
현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같으면, 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계(S7);로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 난방운전 초기 난방공급온도(Tout) 또는 난방환수온도(Tin) 중 어느 한 온도라도 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 높거나 같은 경우(S1에서 No) 또는 강제소화 실시(S7) 이후, 정해진 강제소화시간(B)이 경과되었는지 계속 판단하는 단계(S8)를 더 실시하여,
강제소화시간(B)이 경과되면 난방공급 온도센서를 통해 검출되는 난방공급온도(Tout)와 난방환수 온도센서를 통해 검출되는 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단하는 단계(S1)로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.
또한, 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되지 않거나(S5에서 No), 또는 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속된 후 현재열량이 경계열량(Q)보다 높으면(S6에서 No),
난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같은지를 판단하는 단계(S9)를 더 실시하여, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같으면, 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계(S7)로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.
또, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 낮거나(S4에서 No), 또는 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 낮으면(S9에서 No),
난방제어를 초기화를 위해 정해진 연속연소시간(C)이 경과되었는지 판단하는 단계(S10)를 더 실시하여, 연속연소시간(C)이 경과되지 않았으면, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset)와 동일해지도록 열량을 증가 및 감소 또는 고정시켜 제어를 실시하는 단계(S3)로 되돌아가고, 연속연소시간(C)이 경과되었으면 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계(S7)로 되돌아가는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1배수(T1)와 제2배수(T2) 및 제3배수(T3)의 크기는 제2배수(T2) < 제1배수(T1) < 제3배수(T3) 순을 갖도록 설정한 것으로, 상기 제1배수(T1)는 점화온도를 결정하기 위한 정수로 0.7~1.0으로 설정하고, 제2배수(T2)는 열량의 비례제어를 결정하기 위한 정수로 0.8~0.9로 설정하며, 제3배수(T3)는 하이컷을 결정하기 위한 정수로 1.1~1.3으로 설정한 것을 특징으로 한다.
또한, 정해진 온도차(ΔT)는 난방이 충분히 되었는지를 설정온도에 대한 환수온도의 차이를 확인하기 위한 온도로 15~25℃로 설정하고, 상기 경계열량(Q)은 난방이 충분히 되었는지를 열량으로 확인하기 위한 열량으로 난방 최대열량에 대비 30~50%로 설정한 것을 특징으로 한다.
또, 정해진 제1시간(A)은 난방 배관을 전체를 2~3회 순환하여 온도에 대한 안정화를 판단하기 위한 시간으로 5~15분으로 설정하고, 정해진 강제소화시간(B)은 5~15분으로 설정하며, 연속연소시간(C)은 연속으로 연소하는 최대 시간으로 90~120분으로 설정한 것을 특징으로 한다.
여기서 미설명 부호 11과 12는 제어장치(1) 내 구비되어 있는 연산장치와 기억장치이고, 4는 불꽃검지장치이며, 5는 송풍팬 구동장치이고, 6은 가스공급 구동장치이며, 7은 온도조절장치이다.
이와 같은 단계로 이루어진 본 발명 방법의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명 방법이 적용되는 보일러 내 제어장치(1)에서는 통상시 온도조절장치(7) 등의 출력신호를 계속 입력받아 만약 난방운전이 "온" 모드에 돌입되면, 도시 생략한 열교환기의 난방수 출탕부에 설치되어 있는 난방공급 온도센서(2)를 통해 난방공급온도(Tout)를 검출함과 동시에 열교환기의 난방수 출탕부에 설치되어 있는 난방환수 온도센서(3)를 통해 검출되는 난방환수온도(Tin)를 각각 검출한 다음 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮음과 동시에 난방환수온도(Tin)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단(S1)하게 된다.
이때, 상기 제1배수(T1)는 점화온도를 결정하기 위한 난방공급 설정온도(Tset)의 배수로서 "0.7~1.0"로 설정하였는데, 여기서 상기 제1배수(T1)를 "0.7" 미만으로 설정할 경우 난방공급수의 온도가 많이 떨어진 후에 점화가 이루어지게 되므로 점화가 늦게 되어 난방 성능의 저하를 초래할 수 있고, 제1배수(T1)가 "1.0"을 초과한 값으로 설정할 경우에는 난방공급 설정온도보다 높은 온도를 갖게되므로 불필요한 연소를 실시를 하게 되므로 본 발명에서는 상기 제1배수(T1)를 "0.7~1.0" 사이에서 설정하였다.
한편, 상기와 같이 제어장치(1)에서 난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단(S1)한 결과, 난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 모두 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮으면 난방연소가 필요한 것으로 판단하고, 상기 제어장치(1)에서 송풍팬 구동장치(5)와 가스공급 구동장치(7) 등을 구동시킴과 동시에 점화기를 작동시켜 난방연소를 실시(S2)하게 된다.
이어서 사용자가 상기 온도조절장치(7)를 통해 설정한 난방공급 설정온도(Tset)와 난방공급온도(Tout)가 동일해지도록 필요한 열량을 산출한 다음 산출한 열량을 증가시키거나 감소 또는 고정시켜 열량제어를 실시(S3)하게 된다.
이와 같이 난방연소에 따른 열량제어를 실시하면서 상기 제어장치(1)에서는 현재 난방배관으로 공급하고 있는 난방수의 난방공급온도(Tout)가 사용자의 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같은지를 판단(S4)하게 된다.
이때, 상기 제2배수(T2)는 열량의 비례제어 즉, 난방공급 설정온도(Tset)에 근접하였음을 확인하기 위한 난방공급 설정온도의 배수로서 "0.8~0.9"로 설정하였는데, 여기서 상기 제2배수(T2)를 "0.8" 미만으로 설정할 경우 난방수의 온도가 안정되기 이전에 다음 단계로 진행되어 난방공급 설정온도가 도달되기 이전에 소화가 되어 난방 성능의 저하를 초래할 수 있고, 그렇다고 상기 제2배수(T2)로 "0.9"를 초과하여 설정할 경우에는 열량제어 시스템 특성에 따라 난방공급 설정온도 미만 제어되는 경우는 다음 단계로 진행하지 못한 상태를 유지할 수 있는 문제점이 있어 본 발명에서는 상기 제2배수(T2)를 "0.8~0,9" 사이에서 설정하였다.
또, 상기와 같이 제어장치(1)에서 현재 난방수의 난방공급온도(Tout)가 사용자의 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같은지를 판단(S4)한 결과, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같으면, 난방의 배관이 충분히 순환되어 열평형이 되고 있는지를 판단하기 위하여 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태를 정해진 제1시간(A) 이상 연속 유지하는지를 판단(S5)하게 된다.
이때, 정해진 온도차(ΔT)는 난방이 충분히 되었는지를 사용자의 난방공급 설정온도(Tset)에 대한 난방환수온도(Tin)의 차이를 확인하기 위한 온도로 온도차(ΔT)를 "15~25℃"로 설정하였는데, 여기서 상기 정해진 온도차(ΔT)를 낮게 설정하면 난방수의 공급이 충분히 되었음에도 불구하고 보일러의 최소열량 및 난방순환 유량에 영향으로 조건을 만족하지 못해 난방수의 공급온도가 상승하게 되어 하이컷 또는 과열될 가능성이 있으며, 그렇다고 정해진 온도차(ΔT)를 높게 설정하면 낮은 최저 설정온도에서는 쉽게 만족할 수 있어 점화 시 초기에 충분히 난방공급이 되지 않은 상태에서 소화가 이루어지게 되어 난방 성능의 저하를 초래할 수 있으므로 본 발명에서는 정해진 온도차(ΔT)를 "15~25℃"로 설정하였다.
또한, 상기 제1시간(A)은 본 발명이 적용된 보일러와 연결되어 있는 난방 배관을 전체를 2~3회 순환하여 난방온도에 대한 안정화를 판단하기에 충분한 시간으로, 분배기의 수 및 배관의 길이에 따라 차이는 있지만 해당 보일러의 난방 최대 열량에 따른 분배기 수 및 분배기 한구 당 배관 길이를 최대 150m임을 고려하여 "5~15분"으로 설정하였다.
이때, 상기 제1시간(A)이 "5분" 미만으로 짧게 설정될 경우 난방수의 온도가 안정되기 이전에 다음 단계로 진행되어 난방공급 설정온도가 도달되기 이전에 소화가 되어 난방 성능의 저하를 초래할 수 있고, 그렇다고 상기 제1시간(A)이 "15분"을 초과하여 길게 설정된 경우는 다음 단계로 이전하여 소화 조건을 확인하기 전까지 난방수가 과다하게 공급될 수 있어 본 발명에서는 상기 제1시간(A)을 "5~15분"으로 설정하였다.
특히, 상기 제1시간(A)은 최초 난방운전이 "ON"시와, 후술하는 강제소화시간(B)이 경과된 후에 설정되는 시간을 동일하게 또는 다르게 설정할 수 있다.
한편, 상기와 같이 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태를 정해진 제1시간(A) 이상 연속 유지하는지를 판단(S5)한 결과, 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되면, 현재열량이 정해진 경계열량(Q)보다 작거나 같은지를 판단(S6)하게 된다.
이때, 상기 경계열량(Q)은 난방이 충분히 되었는지를 열량으로 확인하기 위한 열량으로 난방을 필요로 하는 공간의 온도가 상승하면, 난방의 열량은 점차적으로 감소하게 되므로 난방 최대열량에 대해서 "30~50%"의 열량으로 설정하였다.
여기서 보일러의 난방열량이 큰 제품은 경계열량(Q)을 낮게 설정하고, 난방 열량이 작은 제품은 경계열량(Q)을 높게 설정해야 보일러의 난방능력 크기에 따라 비슷한 수준의 열량에서 소화시킬 수 있으므로 만약 난방 최대열량에 대해서 "30%" 미만으로 설정할 경우 난방을 필요로 하는 공간의 온도가 상승되어 난방수 공급이 불필요한 상태에서 지속적으로 연소를 실시하는 결과를 낳고, 난방 최대열량에 대해서 "50%"를 초과할 경우에는 난방을 필요로 하는 공간에 많은 열량이 필요한 상태임에도 불구하고 소화되어 난방 성능의 저하를 초래할 수 있으므로 본 발명에서는 상기 경계열량(Q)을 난방 최대열량 대비 "30~50%"를 갖게 설정한 것이다.
또, 상기 제어방치(1)에서 현재열량이 정해진 경계열량(Q)보다 작거나 같은지를 판단(S6)한 결과, 현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같으면, 난방이 사용자가 원하는 만큼 충분히 이루어진 것으로 판단하고 난방연소에 대한 강제소화를 실시(S7)하게 된다.
한편, 상기 제어장치(1)에서 난방운전 "온" 초기 난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 모두 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단(S1)한 결과, 난방공급온도(Tout) 또는 난방환수온도(Tin) 중 어느 한 온도라도 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 높거나 같을 경우(S1에서 No) 또는 강제소화 실시(S7) 이후에는, 난방배관 내의 난방수에서 열교환이 충분히 이루어질 수 있도록 정해진 강제소화시간(B)이 경과되었는지 계속 판단(S8)하게 된다.
이때, 상기 강제소화시간(B)으로는 "5~15분"으로 설정하였는데, 여기서 상기 강제소화시간(B)은 보일러의 난방 최대열량 및 설정온도에 따라 다르게 설정할 수 있으며, 만약 상기 강제소화시간(B)을 "5분" 미남으로 짧게 설정할 경우에는 재연소 시에 조기 소화의 가능성이 있고, 그렇다고 상기 강제소화시간(B)으로 "15분"을 초과하는 긴 시간으로 설정할 경우 조건에 따라 난방을 필요로 하는 공간의 온도가 많이 떨어져 난방성능의 저하를 초래할 수 있으며, 재연소 시 난방을 필요로 하는 공간의 온도를 올리기 위해서는 많은 시간동안 연소를 실시해야 하는 문제점이 있으므로 본 발명에서는 상기 강제소화시간(B)을 "5~15분"으로 설정한 것이다.
또한, 상기 제어장치(1)에서 난방공급온도(Tout) 또는 난방환수온도(Tin) 중 어느 한 온도라도 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 높거나 같은 경우(S1에서 No) 또는 강제소화 실시(S7) 이후, 난방배관 내의 난방수에서 열교환이 충분히 이루어질 수 있도록 정해진 강제소화시간(B)이 경과되었는지 계속 판단(S8)한 결과, 5~15분의 강제소화시간(B)이 경과되었으면 난방공급 온도센서(2)를 통해 검출되는 난방공급온도(Tout)와 난방환수 온도센서(3)를 통해 검출되는 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단하는 초기 단계(S1)로 되돌아가 그 이후의 단계를 반복 수행한다.
한편, 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되지 않거나(S5에서 No), 또는 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속(즉, 미검지)된 후 현재열량이 경계열량(Q)보다 크면(S6에서 No; 경계열량(Q) 초과하면), 불필요한 난방공급 온도 상승 및 과열을 방지하기 위하여 난방공급온도(Tout)가 난방 공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같은지를 더 판단(S9)하게 된다.
이때, 상기 제3배수(T3)는 하이컷을 결정하기 위한 난방공급 설정온도의 배수로서 "1.1~1.3"으로 설정하였는데, 여기서 상기 제3배수(T3)를 "1.1" 미만으로 설정할 경우 난방수가 원활하게 공급되기 이전에 소화가 되어 난방 성능의 저하를 초래할 수 있고, 그렇다고 "1.3"을 초과하면 난방공급 설정온도보다 높은 온도에서 불 필요한 연소가 실시될 수 있으므로 제품이 과열될 가능성이 있어 본 발명에서는 상기 제3배수(T3)를 "1.1~1.3"으로 설정한 것이다.
또, 상기 제어장치(1)에서 전술한 바와 같이 난방공급온도(Tout)와 난방 공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값을 상호 비교 판단(S9)한 결과, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같으면, 난방연소에 대한 강제소화를 실시(S7)한다.
그러나 상기 제어장치(1)에서 현재 난방수의 난방공급온도(Tout)가 사용자의 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같은지를 판단(S4)한 결과 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 낮거나(S4에서 No), 또는 난방공급온도(Tout)가 난방 공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같은지를 더 판단(S9)한 결과 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 낮으면(S9에서 No), 난방제어를 초기화를 위해 정해진 연속연소시간(C)이 경과되었는지 판단(S10)하게 된다.
이와 같이 상기 제어장치(1)에서 난방연소 시작 이후 연속연소시간(C)을 판단한 결과 정해진 연속연소시간(C)이 경과되지 않았으면(S10에서 No), 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset)와 동일해지도록 열량을 증가 및 감소 또는 고정시켜 제어를 실시하는 단계(S3)로 되돌아가 그 이후의 단계를 반복 수행하고, 연속연소시간(C)이 경과되었으면(S10에서 Yes), 난방연소에 대한 강제소화를 실시하는 단계(S7)로 되돌아가게 된다.
여기서 연속연소시간(C)은 연속으로 난방연소를 할 수 있는 최대시간으로 "90~120분"으로 설정하였는데, 이와 같은 연속연소시간(C)은 겨울철에 일반적인 소비자가 설정하는 온도에서 전체 시스템이 정상적으로 작동하는 경우를 가정한 시간을 고려하여 결정한 것으로, 상기 연속연소시간(C)을 "90분" 미만으로 짧게 설정할 경우는 실제 난방을 필요로 하는 공간에 난방수 공급이 필요함에도 불구하고 소화연소를 반복할 수 있고, 그렇다고 "120분" 초과하는 긴 시간으로 설정할 경우는 제품의 이상을 검지할 수 있는 시간이 지연될 수 있는 단점이 있으므로 본 발명에서는 이를 감안하여 연속연소시간(C)을 최소 90분에서 최대 120분 이내로 설정하였으며, 이는 이에 한정하는 것은 아니며 보일러 시스템 특성 및 용량 등에 따라 변동될 수 있다.
이와 같은 본 발명을 적용하게 되면 난방공급 온도제어로 보일러에 대한 열량제어를 원활하게 할 수 있고, 난방을 필요로 하는 공간의 포화상태를 확인할 수 있으므로 난방 초기에 충분하게 난방을 실시하여 초기 가열속도를 향상시킬 수 있으며, 또한 난방을 필요로 하는 공간의 포화상태를 확인할 수 있으므로 불필요한 연소를 방지하여 최적의 상태의 난방 제어가 가능하게 된다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기한 실시 예 및 특허청구범위에 기재된 내용만으로 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
1 : 제어장치
11 : 연산장치 12 : 기억장치
2 : 난방공급 온도센서
3 : 난방환수 온도센서
4 : 불꽃검지장치
5 : 송풍팬 구동장치
6 : 가스공급 구동장치
7 : 온도조절장치

Claims (8)

  1. 보일러의 난방운전이 "온"되면,
    난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단하는 단계와;
    난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 모두 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮으면 난방연소 실시를 시작하는 단계와;
    난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset)와 동일해지도록 열량을 증가 및 감소 또는 고정시켜 제어를 실시하는 단계와;
    난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같은지를 판단하는 단계와;
    난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같으면, 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되는지 판단하는 단계와;
    난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되면, 현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같은지를 판단하는 단계와;
    현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같으면, 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1배수(T1)는 점화온도를 결정하기 위한 정수로 0.7~1.0으로 설정하고,
    제2배수(T2)는 열량 비례제어를 결정하기 위한 정수로 0.8~0.9로 설정하며,
    정해진 온도차(ΔT)는 난방이 충분히 되었는지를 설정온도에 대한 환수온도의 차이를 확인하기 위한 온도로 15~25℃로 설정하고,
    상기 경계열량(Q)은 난방이 충분히 되었는지를 열량으로 확인하기 위한 열량으로 난방 최대열량에 대비 30~50%로 설정하며,
    정해진 제1시간(A)은 난방 배관을 전체를 2~3회 순환하여 온도에 대한 안정화를 판단하기 위한 시간으로 5~15분으로 설정한 것을 특징으로 하는 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 난방공급온도(Tout)와 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단한 결과 난방공급온도(Tout) 또는 난방환수온도(Tin) 중 어느 한 온도라도 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 높거나 같은 경우, 또는 강제소화 실시 이후에는,
    정해진 강제소화시간(B)이 경과되었는지 계속 판단하는 단계를 더 실시하여, 강제소화시간(B)이 경과되면 난방공급 온도센서를 통해 검출되는 난방공급온도(Tout)와 난방환수 온도센서를 통해 검출되는 난방환수온도(Tin)가 각각 난방공급 설정온도(Tset) × 제1배수(T1)한 값보다 낮은지를 판단하는 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    정해진 강제소화시간(B)은 5~15분으로 설정한 것을 특징으로 하는 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되는지 판단한 결과 난방공급 설정온도(Tset) - 난방환수온도(Tin)한 값이 정해진 온도차(ΔT)보다 낮거나 같은 상태가 정해진 제1시간(A) 이상 연속되지 않거나, 또는 현재열량이 경계열량(Q)보다 작거나 같은지를 판단한 결과 현재열량이 경계열량(Q)보다 높으면,
    난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같은지를 판단하는 단계를 더 실시하여, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같으면 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3배수(T3)는 하이컷을 결정하기 위한 정수로 1.1~1.3으로 설정한 것을 특징으로 하는 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 높거나 같은지를 판단한 결과 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제2배수(T2)한 값보다 낮거나, 또는 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 높거나 같은지를 판단한 결과 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset) × 제3배수(T3)한 값보다 낮으면,
    난방제어를 초기화를 위해 정해진 연속연소시간(C)이 경과되었는지 판단하는 단계를 더 실시하여, 연속연소시간(C)이 경과되지 않았으면, 난방공급온도(Tout)가 난방공급 설정온도(Tset)와 동일해지도록 열량을 증가 및 감소 또는 고정시켜 제어를 실시하는 단계로 되돌아가고, 연속연소시간(C)이 경과되었으면 난방연소에 대해 강제소화를 실시하는 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 연속연소시간(C)은 연속으로 연소하는 최대 시간으로 90~120분으로 설정한 것을 특징으로 하는 난방공급 온도센서와 난방환수 온도센서를 이용한 보일러의 난방연소 제어방법.
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