KR101835269B1 - 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법 - Google Patents

저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법 Download PDF

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최관호
유병국
김중섭
백창인
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(주)대우건설
(주)파워클
김중섭
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Abstract

주거용 보일러에서 난방 동작과 급탕 동작의 기능 분리를 통해 보일러의 열용량을 증가시키면서 보일러 자체를 소형화할 수 있는 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법에 관한 것으로, (a) 입력 스위치에서의 조작 상태 또는 난방 온도 센서에서 감지된 난방 온도에 따라 제어부가 상기 하이브리드 보일러의 난방 개시 상태를 판단하는 단계, (b) 상기 급탕 감지센서 및 급탕 온도센서에서 감지된 급탕 공급 상태 및 급탕 온도에 따라 상기 제어부가 상기 하이브리드 보일러의 급탕 개시 상태를 판단하는 단계, (c) 상기 단계 (a)에서 난방 동작으로 판단됨과 동시에 상기 단계 (b)에서 급탕 동작으로 판단되면, 상기 난방 동작은 상기 가스보일러에 의해 실행되고, 상기 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행되도록, 상기 제어부가 전기 보일러 내에 마련된 제1 삼방 밸브 및 제2 삼방 밸브를 제어하는 단계를 포함하는 구성을 마련하여, 난방 동작과 급탕 동작이 동시에 요구되는 경우, 난방은 가스보일러에 의해 실행되고 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행되도록 제어하는 것에 의해 소형의 보일러에서 열용량을 증가시킬 수 있다.

Description

저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법{Hybrid boiler for low-carbon and Eco-friendly, and the control method thereof}
본 발명은 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 특히 아파트 등의 주거용 보일러에서 난방 동작과 급탕 동작의 기능 분리를 통해 보일러의 열용량을 증가시키면서 보일러 자체를 소형화할 수 있는 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 보일러(boiler)는 연료를 연소시키고 그 연소열을 물에 전하여 증기를 발생시키는 장치를 일컫는 것으로, 연료의 종류에 따라 가스보일러, 기름 보일러, 전기 보일러, 석탄, 목재, 연탄 등을 사용하는 고체 연료 보일러, 태양열 보일러 등으로 크게 구분된다.
이러한, 보일러는 보일러의 본체 내의 연료 탱크에 석유 또는 가스 등의 연료를 충전하고, 이 연료로 물을 가열하여 순환파이프를 통해 순환시켜 실내를 난방하거나 온수를 사용할 수 있다. 즉, 보일러는 전기 신호 상으로 연결된 제어부의 제어에 따라 가열부에 의해 가열된 물이 난방 배관을 통해 순환되거나 온수배관을 통해 순환되어 온수를 공급하도록 구성된다. 또 가열부의 배관에 삼방 밸브가 구비되고, 이 삼방 밸브에 난방배관과 온수배관이 연결되어, 제어부에 의한 삼방 밸브의 전환으로 가열부에서 가열된 물이 난방배관 또는 온수배관으로 이동된다.
한편, 전기 보일러는 전기를 이용하여 열을 발생시키는 것으로, 다른 보일러에 비해 비교적 구조가 간단하고 위생적이며, 과열 등으로 인한 사고의 위험도 상대적으로 적어 점점 그 사용자가 증가하고 있다.
이러한 전기 보일러는 전기에 의해 발열되는 전열히터 등과 같은 것을 연료로 이용하여 저수조에 저장 및 순환되는 난방수를 직간접으로 가열시키고, 가열된 난방수를 급수배관 및 난방배관으로 공급시킴으로써 난방 및 급탕 기능을 수행할 수 있도록 제작된 기기이다.
그러나 전열히터로 저수조에 저장된 난방수를 직접 가열하는 방식을 취하는 전기 보일러는 전열소모가 매우 클 뿐 아니라 난방이 이루어지기까지 걸리는 소요시간이 너무 길고, 반면에 열교환을 통해 난방수를 간접적으로 가열하는 방식은 직접 가열방식에 비해 전력소모는 적지만 가열효과가 비교적 낮고, 구성이 복잡해지는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 가스보일러와 전기온수기를 결합한 구성으로서, 외부의 냉수를 가스보일러 또는 전기온수기로 공급하는 직수관, 가스보일러 또는 전기온수기에서 데워진 온수가 배출되는 온수관, 가스보일러와 전기온수기를 연결하는 온수 연결관, 온수의 온도를 측정하는 온도센서, 온도센서에서 측정된 온수의 온도에 따라 온수를 온수관 또는 가스보일러로 공급하도록 작동하는 삼방향 밸브, 사용 시간에 따라 심야 전기 또는 일반 전기를 전기온수기로 공급하는 타이머로 이루어진 결합 시스템의 구성에 대해서도 개시되어 있다.
또 예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 석탄, 펠릿 등의 고체연료/전기/경유, 등유 등의 액체연료 각각의 가격에 따른 연료비를 산출하여, 연료비를 최소화시킬 수 있는 운전 방식으로 손쉽게 전환할 수 있는 하이브리드 보일러로서, 내부의 연료가 연소되면서 발생되는 열기를 방출하는 화실(火室), 상기 화실로 공급되는 에어가 유동되는 에어실과 상기 화실의 열기와 열교환되는 물이 수용되고, 상기 열교환된 물을 대상 공간으로 공급하는 물공급구 및 상기 대상 공간을 경유한 물을 공급받는 물 유입구가 형성된 물 충입실을 포함하는 하이브리드 보일러 본체, 상기 화실의 상부와 하부로 각각 에어를 공급하는 에어공급수단, 상기 화실에서 발생된 연소가스를 외부로 방출하는 연도(煙道) 및 상기 에어실과 접하여 상기 화실에서 상기 연도로 향하는 상기 연소가스가 경유하면서, 상기 연소가스 중의 수분이 응결되어 수집되는 연소가스 수집실을 포함하는 하이브리드 보일러에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 온수 및 난방을 겸하도록 수행하는 가스보일러용 삼방 밸브로서, 상기 삼방 밸브의 순환수 인입구의 외주면 적소에 적어도 하나 이상 돌출 형성되는 플랜지, 상기 플랜지에 하부 적소에 형성되며, 순환수 인입구와 상호 수평으로 연통되게 형성된 바이패스 홀, 상기 바이패스 홀에 연결되며 순환수 인입구를 통과하는 일정량의 난방수가 물탱크로 유입되도록 한 바이패스 관, 상기 플랜지의 상부 적소에 적어도 하나 이상 형성되며 바이패스 관을 볼트로 고정시키게 체결공이 형성된 가스보일러용 삼방 밸브에 대해 개시되어 있다.
또한, 하기 특허문헌 3에는 난방 설정온도와 방의 실내온도를 비교하는 단계, 상기 설정온도가 상기 실내온도보다 높으면, 보일러에 연결된 온수관을 통해 상기 방으로 공급되는 온수의 유량을 제어하기 위한 자동제어밸브를 개방하여 상기 온수관으로 온수를 공급하는 단계, 상기 온수관을 통과하여 상기 보일러로 환수되는 온수의 환수유량(Qr)과 운전 최소유량(Qm)을 비교하는 단계 및 상기 환수유량(Qr)이 상기 운전 최소유량(Qm)에 미치지 못할 때, 상기 보일러에서 상기 온수관으로 공급되는 온수 중 일부를 상기 보일러로 바이패스시켜 상기 환수유량(Qr)을 상기 운전 최소유량(Qm) 이상으로 조정하는 단계를 포함하는 개별난방 시스템의 제어방법에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1143126호(2012.04.27 공고) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0279667호(2002.06.14 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1436071호(2014.08.25 등록)
그러나 상술한 바와 같은 특허문헌에 개시된 기술에서는 난방 동작과 급탕 동작이 모두 가스 또는 연료에 의해 이루어지는 방식에서 난방과 급탕이 동시에 필요한 경우, 난방 및 급탕의 요구를 충족시키기 위해 보일러의 열용량을 증가시켜야 하므로, 과다한 연소에 의해 보일러의 파손 등을 고려할 때 보일러 자체의 용량이 커지는 문제가 있었다.
또한, 난방 동작과 급탕 동작이 가스 또는 고체 연료와 전기를 사용하는 하이브리드 보일러에 대해서도 개시되어 있지만, 이는 가스 또는 고체 연료를 사용할 수 없는 경우 또는 농어촌에서 비용이 저렴한 심야 전기를 사용하는 것을 대비한 것일 뿐, 여전히 보일러의 열용량이 커져야 하고 이를 줄이려면 고가의 전기를 지속적으로 사용해야 하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 난방 동작과 급탕 동작이 동시에 요구되는 경우, 난방은 가스보일러에 의해 실행되고, 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행될 수 있는 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가스보일러와 전기 보일러를 일체로 마련하여 난방 동작 및 급탕 동작에 대응하여 열용량을 증가시킬 수 있는 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러는 가열 버너를 구비하고, 난방용 온수 또는 급탕용 온수를 마련하는 가스보일러, 상기 가스보일러의 본체 내에 장착되고 가열 히터를 구비하며 급탕용 온수를 마련하는 전기 보일러, 상기 가스보일러 및 전기 보일러의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 가스보일러는 상기 가열 버너가 마련된 연소실을 구비한 본체, 상기 연소실 상에 마련된 열교환 관, 상기 열교환 관에 연통하는 배기실, 상기 본체의 상부에 마련된 난방 공급관, 상기 본체의 하부에 마련된 난방 회수관을 포함하고, 상기 전기 보일러는 상기 가스보일러의 본체 및 전기 보일러 본체에 용수를 공급하는 급수관, 가스보일러 또는 전기 보일러에 의해 가열된 온수를 외부로 공급하는 급탕 공급관, 상기 급수관과 급탕 공급관 사이에 마련된 바이패스 관을 포함하고, 상기 바이패스 관의 둘레에는 상기 가열 히터가 장착되고, 상기 가스보일러의 본체와 전기 보일러의 본체는 연통된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러에서, 상기 급수관과 바이패스 관을 연결하는 연결관에 마련된 제1 삼방 밸브(three way valve) 및 상기 바이패스 관과 상기 급탕 공급관을 연결하는 연결관에 마련된 제2 삼방 밸브를 더 포함하고, 난방 동작과 급탕 동작이 동시에 실행되는 경우, 난방 동작은 가스보일러에 의해 실행되고, 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행되도록, 상기 제어부는 상기 제1 삼방 밸브 및 제2 삼방 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러에서, 상기 급탕 공급관에는 상기 가스보일러 또는 전기 보일러에 의해 가열된 온수의 공급 상태를 감지하기 위한 급탕 감지센서 및 급탕 온도를 감지하기 위한 급탕 온도센서가 장착되고, 상기 제어부는 상기 급탕 감지센서 및 급탕 온도센서에서 감지된 급탕 공급 상태 및 급탕 온도에 따라 급탕 개시 또는 급탕 중지를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러의 제어 방법은 가열 버너를 구비하고, 난방 또는 급탕용 온수를 마련하는 가스보일러와 상기 가스보일러의 본체 내에 장착되고 가열 히터를 구비하며 급탕용 온수를 마련하는 전기 보일러를 구비한 하이브리드 보일러를 제어하는 방법으로서, (a) 입력 스위치에서의 조작 상태 또는 난방 온도 센서에서 감지된 난방 온도에 따라 제어부가 상기 하이브리드 보일러의 난방 개시 상태를 판단하는 단계, (b) 급탕 감지센서 및 급탕 온도센서에서 감지된 급탕 공급 상태 및 급탕 온도에 따라 상기 제어부가 상기 하이브리드 보일러의 급탕 개시 상태를 판단하는 단계, (c) 상기 단계 (a)에서 난방 동작으로 판단됨과 동시에 상기 단계 (b)에서 급탕 동작으로 판단되면, 상기 난방 동작은 상기 가스보일러에 의해 실행되고, 상기 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행되도록, 상기 제어부가 전기 보일러 내에 마련된 제1 삼방 밸브 및 제2 삼방 밸브를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러의 제어방법에서, (d) 상기 단계 (c)에서 난방 동작 또는 급탕 동작 중의 어느 하나가 중지되면, 상기 난방 동작 또는 급탕 동작이 상기 가스보일러에 의해 실행되도록, 상기 제어부는 상기 전기 보일러를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법에 의하면, 가열 버너를 구비하고 난방 또는 급탕용 온수를 마련하는 가스보일러와 상기 가스보일러의 본체 내에 장착되고 가열 히터를 구비하며 급탕용 온수를 마련하는 전기 보일러를 구비한 하이브리드 보일러를 마련하는 것에 의해 보일러의 소형화를 달성할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법에 의하면, 가열 버너를 구비한 가스보일러와 상기 가스보일러의 본체 내에 장착되고 가열 히터를 구비한 전기 보일러를 마련하고, 난방 동작과 급탕 동작이 동시에 요구되는 경우, 난방은 가스보일러에 의해 실행되고 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행되도록 제어하는 것에 의해 소형의 보일러에서 열용량을 증가시킬 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 본 발명에 적용되는 저탄소 친환경 하이브리드 보일러의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러의 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러의 제어 과정을 설명하는 흐름도,
도 4는 도 1에 도시된 저탄소 친환경 하이브리드 보일러에서의 급수 상태를 나타내는 계통도,
도 5는 도 1에 도시된 저탄소 친환경 하이브리드 보일러에서의 난방 동작 시 급수 상태를 나타내는 계통도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명에 적용되는 용어 "하이브리드 보일러(Hybrid boiler)"는 가스보일러와 전기 보일러의 혼용을 적용하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 연탄, 석탄, 나무, 조개탄 등의 고체 연료 보일러와 전기 보일러 또는 기름 보일러와 전기 보일러의 혼용에 적용할 수 있다. 또 본 발명에서 사용하는 용어 "용수"는 하이브리드 보일러에 급수되는 물 또는 하이브리드 보일러에서 가열된 물을 공급하는 온수를 의미하며, "급탕(給湯)"은 하이브리드 보일러에서 사용자가 직접 사용할 온수를 공급하는 것을 의미하고, "난방"은 하이브리드 보일러에서 공급된 온수에 의해 건축물 등의 실내 온도를 높이는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 저탄소 친환경 하이브리드 보일러의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러의 블록도 이다. 또한, 도 1에서 화살표는 통상의 가스보일러에 의한 난방 동작에서 온수의 흐름 상태를 나타낸다.
본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가열 버너(110)를 구비하고, 난방용 온수 또는 급탕용 온수를 마련하는 가스보일러(100), 상기 가스보일러(100)의 본체 내에 장착되고 가열 히터(210)를 구비하며 급탕용 온수를 마련하는 전기 보일러(200), 상기 가스보일러 및 전기 보일러의 작동을 제어하는 제어부(300)를 포함한다.
상기 가스보일러(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 가열 버너(110)가 마련된 연소실(120)을 구비한 본체(130), 상기 연소실(120) 상에 마련된 열교환 관(140), 상기 열교환 관(140)에 연통하는 배기실(150), 상기 본체(130)의 상부에 마련된 난방 공급관(160), 상기 본체(130)의 하부에 마련된 난방 회수관(170)을 포함하며, 본체(130) 내에는 가열 수조(190)가 형성된다.
상기 가열 버너(110)는 연소실(120)로 공급되는 가스 및 공기에 의해 완전 연소를 위해 마련되고, 상기 연소실(120)은 난방 회수관(170)에 인접하여 가스보일러 본체(130) 내의 하부에 마련되며, 열 전도성이 높은 금속재질로 이루어지고, 도 1에 도시된 바와 같은 대략 사각형의 원통 형상으로 이루어져 가열 버너(110)에서의 발열을 연소실(120)의 전체 주위로 전달되게 한다. 이를 위해 연소실(120)에는 가스 밸브(181)의 조작에 의해 가스를 공급 가능하게 하는 가스 공급관(180)이 연통된다. 상기 열교환 관(140)은 연소실(120)에서 연소된 후의 배기가스를 본체(130)의 외부로 배출함과 동시에 가열 수조(190) 내에서 배기가스에 포함된 열원을 활용하기 위해 연소실(120)과 연통되어 입설된 구조로서 다수 개가 마련되며, 배기실(150)은 열교환 관(140)과 연통되어 배기가스를 하이브리드 보일러의 외부로 배출되게 한다.
한편, 도 1에 도시된 가스보일러(100)에서는 설명의 편의상 연소실(120)이 하부에 마련되고 다수의 열교환 관(140)이 입설된 구조로 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 가열 수조(190) 내에서 열교환 관(140)의 열원을 보다 효율적으로 회수하기 위해 열교환 관(140)을 스프링 구조로 마련할 수도 있다.
또 본체(130)의 상부에 마련된 난방 공급관(160)에는 난방 사이클을 실현하기 위해 제어부(300)에 의해 제어되는 순환 펌프(161)가 장착되며, 이 순환 펌프(161)의 작동에 의해 연소실(120)에서 가열된 가열 수조(190) 내의 온수가 강제로 난방 공급관(160)을 통해 실내의 난방 사이클로 공급되고, 난방 회수관(170)을 통해 가열 수조(190)로 되돌아 오는 순환 과정을 반복하는 것에 의해 난방 동작을 실행하게 된다.
상기 전기 보일러(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 가스보일러(100)의 본체(130)의 일 측의 대략 중앙 부분에 장착되고, 상기 가스보일러(100)의 가열 수조(190) 및 전기 보일러 본체(220)로 용수를 공급하는 급수관(230), 가스보일러(100) 또는 전기 보일러(200)에 의해 가열된 온수를 외부로 공급하는 급탕 공급관(240), 상기 급수관(230)과 급탕 공급관(240) 사이에 마련된 바이패스 관(250)을 포함하며, 상기 바이패스 관(250)의 둘레에는 가열 히터(210)가 장착된다. 상기 급수관(230)에는 하이브리드 보일러로 공급되는 용수의 상태를 조절하기 위한 급수 밸브(231)가 장착되고, 급탕 공급관(240)에는 가스보일러(100) 또는 전기 보일러(200)에 의해 가열된 온수의 공급 상태를 감지하기 위한 급탕 감지센서(241) 및 급탕 온도를 감지하기 위한 급탕 온도센서(242)가 장착된다. 또한, 전기 보일러(200)의 본체(220)는 가스보일러(100)의 가열 수조(190)에 충진된 용수가 침입하지 않도록 밀폐되게 마련된다.
상기 급탕 감지센서(241)는 급탕 공급관(240) 내에 장착되어 유체 흐름 상태를 감지하기 위한 센서로서, 통상의 유체의 흐름 및 양을 감지하는 유량계, 유체가 있는 상태에서 흐름이 정지되면 압력을 감지할 수 있는 압력 스위치 또는 유체의 존재 여부를 감지하는 근접센서 등을 사용할 수 있으며, 상기 급탕 온도센서(242)는 급탕 공급관(240)의 외부에 장착되며, 급탕 공급관(240)에 직접 접촉하여 온도를 감지하는 접촉식 또는 일정 거리를 두고 급탕 공급관(240)의 온도를 감지하는 비접촉식을 사용할 수 있으며, 예를 들어 열전쌍, 온도측정 저항체, 서미스터(NTC), 금속식 온도계 중의 어느 하나를 적용할 수 있고, 상기 가열 히터(210)는 바이패스 관(250)에 밀착하여 장착되고 나선형으로 이루어지며, 바이패스 관(250)에 대해서만 가열하도록 마련된다.
또 전기 보일러(200)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 급수관(230)과 바이패스 관(250)을 연결하는 연결관에 마련된 제1 삼방 밸브(three way valve, 260) 및 상기 바이패스 관(250)과 상기 급탕 공급관(240)을 연결하는 연결관에 마련된 제2 삼방 밸브(270)가 마련된다.
상기 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)의 각각의 내부에는 구동모터, 회전축, 개폐볼이 마련되고, 또 제1 삼방 밸브(260)에는 급수 인입구, 급수 공급구 및 바이패스 인입구가 마련되고, 제2 삼방 밸브(270)에는 온수 인입구, 온수 공급구, 바이패스 공급구가 마련된다. 따라서, 제1 삼방 밸브(260)에서는 제어부(300)의 제어에 따라 구동모터의 회전작동으로 회전축 상의 개폐 볼이 회전 작동하여 급수 공급구 또는 바이패스 인입구를 선택적으로 차단하여 용수를 가스보일러(100) 또는 전기 보일러(200)에 선택 공급하게 된다. 또 제2 삼방 밸브(270)에서는 제어부(300)의 제어에 따라 구동모터의 회전작동으로 회전축 상의 개폐 볼이 회전 작동하여 온수 공급구 또는 바이패스 공급구를 선택적으로 차단하여 온수를 보일러의 외부로 공급하게 된다.
즉, 제어부(300)가 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)를 제어하는 것에 의해 본 발명에 따라 난방 동작과 급탕 동작이 동시에 실행되는 경우, 난방 동작은 가스보일러(100)에 의해 실행되고, 급탕 동작은 전기 보일러(200)에 의해 실행되게 할 수 있다.
상기 제어부(300)는 통상의 마이크로프로세서로 이루어지고, 메모리(330)는 예를 들어 비휘발성 메모리로 이루어지며, 메모리(330)에는 난방 온도에 대한 정보, 급탕 온도에 대한 정보, 난방 동작과 급탕 동작에 대한 정보, 용수의 가열 조건에 대한 정보, 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)의 제어 조건에 대한 정보 등이 저장되며, 제어부(300)는 상기 메모리에 저장된 정보에 따라 가스보일러(100) 및 전기 보일러(200)의 작동을 제어한다. 또 도 2에서는 제어부(300)와 메모리(330)를 분리하여 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 제어부(300) 내에 메모리(330)가 내장되는 구조를 채용할 수 있다. 이와 같은 제어부(300)과 메모리(330)는 하이브리드 보일러의 외부에 장착되거나 하이브리드 보일러와 분리된 실내에 마련될 수 있다. 상기 제어부(300)에 의한 가열 버너(110), 순환 펌프(161), 가스 밸브(181), 가열 히터(210), 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)의 제어는 통상의 제어 방식과 같이 유선 또는 무선에 의해 실행되며, 급탕 감지센서(241), 급탕 온도센서(242) 및 난방 온도센서(320)에서의 감지 값도 제어부(300)로 유선 또는 무선 방식에 의해 전송된다.
또 도 2에서 입력 스위치(310)와 타이머(340)는 난방이 실현되는 실내의 벽면에 패널로서 마련되거나 하이브리드 보일러에 대해 무선의 원격 조정을 실현하기 위한 리모컨에 마련될 수 있다.
다음에, 도 1 및 도 2에 도시된 저탄소 친환경 하이브리드 보일러의 제어에 대해 도 3 내지 도 5에 따라 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러의 제어 과정을 설명하는 흐름도이고, 도 4는 도 1에 도시된 하이브리드 보일러에서의 급수 상태를 나타내는 계통도이며, 도 5는 도 1에 도시된 하이브리드 보일러에서의 난방 동작 시 급수 상태를 나타내는 계통도이다. 또한, 도 4에서 화살표는 통상의 가스보일러에 의한 급탕 동작에서 온수의 흐름 상태를 나타내고, 도 5에서 화살표는 난방 동작과 급탕 동작이 동시에 요구되는 경우, 난방 동작은 가스보일러에 의해 실행되고, 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행되는 온수의 흐름 상태를 나타낸다.
먼저, 사용자가 난방 또는 급탕을 위해 입력 스위치(310)를 통해 하이브리드 보일러를 운전하기 위해 입력신호를 입력하면(S10), 제어부(300)는 상기 단계 S10에서 입력된 신호가 난방만을 위한 입력 신호인가 판단한다(S20). 또 상기 단계 S10에서는 하이브리드 보일러의 작동 과정에서 난방 온도센서(320)에서 감지된 난방 온도가 메모리(330)에 미리 설정되어 저장된 설정 온도 미만인 경우에도 적용된다.
상기 단계 S20에서 난방 개시의 입력 신호로 판단되면, 제어부(300)는 가스보일러(100)에서 가스 밸브(181), 가열 버너(110) 및 순환 펌프(161)를 작동(on)하도록 제어한다(S30). 상기 단계 S30에 의한 제어는 통상의 보일러 작동 제어 기술에 의해 용이하게 실현할 수 있다. 상기 단계 S30에서의 가스보일러(100) 작동 후, 유체 흐름을 감지하는 급탕 감지 센서(241)는 급탕 공급관(240)을 통해 급탕이 실행되고 있는지를 감지하고(S40), 급탕 감지 센서(241)에서 감지된 급탕 감지 신호는 제어부(300)로 전송된다. 또, 상기 단계 S40에서는 하이브리드 보일러의 작동 과정에서 급탕 온도센서(242)에서 감지된 급탕 온도가 메모리(330)에 미리 설정되어 저장된 설정 온도 미만인 경우에도 적용된다. 이때 온수의 흐름은 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이, 가열 버너(110)에 의해 가열 수조(190) 내에서 용수가 가열되고, 순환 펌프(161)가 작동되어 난방 공급관(160)을 거쳐 난방 회수관(170)으로 순환되는 난방 사이클이 실행된다.
상기 단계 S40에서 제어부(300)가 급탕 개시인 것으로 판단되면, 급수 밸브(231)를 개방하고 전기 보일러(200)의 가열 히터(210)를 작동(on)시키도록 제어한다(S50). 이어서, 제어부(300)는 가열 히터(210)에 의한 급탕 모드인 것으로 판단하고 제1 삼방 밸브(260) 및 제2 삼방 밸브(270)를 제어한다(S60). 상기 단계 S60에서는 제어부(300)가 제1 삼방 밸브(260)에서 바이패스 인입구를 선택하여 급수관(230)을 통해 공급된 용수가 바이패스 관(250)으로 공급되게 하고, 제2 삼방 밸브(270)에서 바이패스 공급구를 선택하여 가열 히터(210)에 의해 가열된 온수가 급탕 공급관(240)으로 공급되게 한다. 이때 온수의 흐름은 도 5에 화살표로 나타낸 바와 같이, 가열 버너(110)에 의해 가열 수조(190) 내에서 용수가 가열되고, 순환 펌프(161)가 작동되어 난방 공급관(160)을 거쳐 난방 회수관(170)으로 순환되는 난방 사이클이 실행됨과 동시에 급수관(230)을 통해 급수된 용수가 바이패스 관(250)에서 가열 히터(210)에 의해 가열되어 급탕 공급관(240)으로 공급된다.
이어서, 제어부(300)는 입력 스위치(310)의 조작에 의한 난방 중지 또는 타이머(340)에 의한 난방 중지인가 판단하고(S70), 상기 단계 S70에서 난방 중지인 것으로 판단되면, 가열 히터(210) 및 순환 펌프(161)의 작동을 정지(off)시킨다(S80). 또 상기 단계 S80에 연속하여 제어부(300)는 가스보일러(100)의 가열 버너(110)에 의한 급탕 모드로 판단하고, 제1 삼방 밸브(260)에서 급수 공급구를 선택하여 급수관(230)을 통해 공급된 용수가 가열 수조(190)로 공급되게 하고, 제2 삼방 밸브(270)에서 온수 인입구를 선택하여 가열 버너(110)에 의해 가열된 온수가 급탕 공급관(240)으로 공급되게 한다.
다음에 제어부(300)는 급탕 감지 센서(241)에서 감지 신호가 전송되지 않은 가를 판단하고, 감지 신호가 전송되지 않으면 급탕 중지인 것으로 판단한다(S100). 상기 단계 S100에서는 급탕 감지 센서(241)에서 감지 신호의 전송 가부에 따라 연속적으로 실행된다. 상기 단계 S100에서 급탕 중지 신호가 전송되지 않으면, 가스 밸브(181)를 폐쇄하고, 가열 버너(110)를 오프(off) 시키고 급수 밸브(231)를 차단시키고(S110), 하이브리드 보일러의 작동을 종료한다.
한편, 상기 단계 S40에서 급탕 감지 센서(241)에 의한 감지 신호가 제어부(300)로 전송되지 않으면, 제어부(300)는 급탕 개시가 아닌 것으로 판단하고, 입력 스위치(310)에 의한 난방 중지 또는 난방 온도센서(320)에서 감지된 난방 온도가 메모리(330)에 미리 설정된 설정온도 이상인가 판단한다(S41).
상기 단계 S41에서 제어부(300)가 난방 중지가 아닌 것으로 판단되면 상기 단계 S40으로 진행하여 상술한 과정을 반복한다. 한편, 제어부(300)가 상기 단계 S41에서 난방 중지인 것으로 판단하면, 가스 밸브(181)를 폐쇄하고, 가열 버너(110) 및 순환 펌프(161)를 오프(off) 시키고(S42), 하이브리드 보일러의 작동을 종료한다.
또 상기 단계 S20에서 난방 개시의 입력 신호로 아닌 것으로 판단되면, 제어부(300)는 가스보일러(100)에서 가스 밸브(181)를 개방시키고, 가열 버너(110)를 작동(on) 시키고 급수 밸브(231)가 개방되도록 제어한다(S21). 이어서, 제어부(300)는 다시 난방 개시인가 판단한다(S22).
상기 단계 S22에서 난방 개시의 입력 신호로 판단되면, 제어부(300)는 가스보일러(100)에서 순환 펌프(161)가 개방되고 전기 보일러(200)에서 가열 히터(210)가 작동(on)하도록 제어한다(S23). 계속해서 상기 단계 S60으로 진행하여 제어부(300)가 제1 삼방 밸브(260)에서 바이패스 인입구를 선택하여 급수관(230)을 통해 공급된 용수가 바이패스 관(250)으로 공급되게 하고, 제2 삼방 밸브(270)에서 바이패스 공급구를 선택하여 가열 히터(210)에 의해 가열된 온수가 급탕 공급관(240)으로 공급되게 한다. 이후, 상기 단계 S70으로 진행하여 상술한 과정을 반복한다.
한편, 상기 단계 S22에서 난방 개시가 아닌 경우, 제어부(300)는 급탕 감지 센서(241)에서 감지 신호가 전송되지 않은 가를 판단하고, 감지 신호가 전송되지 않으면 급탕 중지인 것으로 판단한다(S221). 상기 단계 S221에서 급탕 중지 신호가 전송되면, 가스 밸브(181)를 폐쇄하고, 가열 버너(110)를 오프 시키고 급수 밸브(231)를 차단시키고(S222), 하이브리드 보일러의 작동을 종료한다. 상기 단계 S221에서 급탕 중지가 아닌 것으로 판단되면, 상기 단계 S22로 진행하여 상술한 과정을 반복한다. 이때 온수의 흐름은 도 4에 화살표로 나타낸 바와 같이, 급수관(230)을 통해 급수된 용수가 가열 버너(110)에 의해 가열 수조(190) 내에서 가열되고, 급탕 공급관(240)으로 공급된다.
또한, 상기 단계 S70에서 난방 중지가 아닌 것으로 판단되면, 제어부(300)는 급탕 감지 센서(241)에서 감지 신호가 전송되지 않은 가를 판단하고, 감지 신호가 전송되면 상기 단계 S70으로 진행하여 상술한 과정을 반복한다(S71).
한편, 상기 단계 S71에서 급탕 감지 센서(241)에서 감지 신호가 전송되지 않으면 급탕 중지인 것으로 판단하고, 급수 밸브(231)를 폐쇄하고 전기 보일러(200)의 가열 히터(210)를 오프(off)시키도록 제어한다(S72).
이어서, 제어부(300)는 입력 스위치(310)의 조작에 의한 난방 중지 또는 타이머(340)에 의한 난방 중지인가 판단하고(S73), 난방 중지가 아닌 것으로 판단되면 난방을 계속 실행한다.
상기 단계 S73에서 제어부(300)가 상기 단계 S41에서 난방 중지인 것으로 판단하면, 가스 밸브(181)를 폐쇄하고, 가열 버너(110) 및 순환 펌프(161)를 오프(off) 시키고(S74), 하이브리드 보일러의 작동을 종료한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법에 의해 난방 동작과 급탕 동작이 동시에 요구되는 경우, 난방은 가스보일러에 의해 실행되고 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행되도록 제어하여 소형의 보일러로도 열용량을 증가시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
즉 상기 실시 예에서는 주거용 보일러에 적용되는 저탄소 친환경 하이브리드 보일러에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 연탄, 석탄, 나무, 조개탄 등의 고체 연료 보일러와 전기 보일러 또는 기름 보일러와 전기 보일러를 혼용하여 사용할 수 있는 농축산용 보일러 또는 산업용 보일러 등에도 적용 가능하다.
본 발명에 따른 저탄소 친환경 하이브리드 보일러 및 그의 제어방법을 사용하는 것에 의해 난방 동작과 급탕 동작이 동시에 요구되는 경우, 난방은 가스보일러에 의해 실행되고 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행되도록 제어하는 것에 의해 소형의 보일러에서 열용량을 증가시킬 수 있다.
100 : 가스보일러
110 : 가열 버너
200 : 전기 보일러
210 : 가열 히터
250 : 바이패스 관
260 : 제1 삼방 밸브
270 : 제2 삼방 밸브

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 가열 버너를 구비하고, 난방용 온수 또는 급탕용 온수를 마련하는 가스보일러,
    상기 가스보일러의 본체 내에 장착되고 가열 히터를 구비하며 급탕용 온수를 마련하는 전기 보일러,
    상기 가스보일러 및 전기 보일러의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 가스보일러는 상기 가열 버너가 마련된 연소실을 구비한 본체, 상기 연소실 상에 마련된 열교환 관, 상기 열교환 관에 연통하는 배기실, 상기 본체의 상부에 마련된 난방 공급관, 상기 본체의 하부에 마련된 난방 회수관을 포함하고,
    상기 전기 보일러는 상기 가스보일러의 본체 및 전기 보일러 본체에 용수를 공급하는 급수관, 가스보일러 또는 전기 보일러에 의해 가열된 온수를 외부로 공급하는 급탕 공급관, 상기 급수관과 급탕 공급관 사이에 마련된 바이패스 관, 상기 급수관과 바이패스 관을 연결하는 연결관에 마련된 제1 삼방 밸브(three way valve) 및 상기 바이패스 관과 상기 급탕 공급관을 연결하는 연결관에 마련된 제2 삼방 밸브를 포함하고,
    상기 바이패스 관의 둘레에는 상기 가열 히터가 장착되고,
    상기 가스보일러의 본체와 전기 보일러의 본체는 연통되며,
    난방 동작과 급탕 동작이 동시에 실행되는 경우, 난방 동작은 가스보일러에 의해 실행되고, 급탕 동작은 전기 보일러에 의해 실행되도록, 상기 제어부는 상기 제1 삼방 밸브 및 제2 삼방 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 저탄소 친환경 하이브리드 보일러.
  3. 제2항에서,
    상기 급탕 공급관에는 상기 가스보일러 또는 전기 보일러에 의해 가열된 온수의 공급 상태를 감지하기 위한 급탕 감지센서 및 급탕 온도를 감지하기 위한 급탕 온도센서가 장착되고,
    상기 제어부는 상기 급탕 감지센서 및 급탕 온도센서에서 감지된 급탕 공급 상태 및 급탕 온도에 따라 급탕 개시 또는 급탕 중지를 제어하는 것을 특징으로 하는 저탄소 친환경 하이브리드 보일러.
  4. 삭제
  5. 삭제
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