KR101925371B1

KR101925371B1 - 보일러의 안전 연소 시스템

Info

Publication number: KR101925371B1
Application number: KR1020170096545A
Authority: KR
Inventors: 김준구; 박대우
Original assignee: 린나이코리아 주식회사
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-02-26

Abstract

보일러의 난방공급관과 난방환수관에 설치되는 적어도 두 개의 출탕 서미스터가 제1 출탕 서미스터와 제2 출탕 서미스터로 구분되어 위치적으로 독립되어 있으며, 상기 보일러의 열교환기를 기준으로 상기 제1 출탕 서미스터가 상부에, 상기 제2 출탕 서미스터가 하부에 위치하는, 보일러의 안전 연소 시스템에 관하여 개시된다.

Description

보일러의 안전 연소 시스템{Safety combustion system of boiler or water heater}

본 발명은 보일러의 열교환기 공연소로 인한 열교환기의 손상을 예방하고 과열에 대비하는 온수 및 난방 캐스케이드 시스템에서 보일러의 안전 연소에 관한 것이다.

중앙난방 등의 열원으로 중대형 보일러를 대체하여 여러 대의 단독형 소형 보일러들을 병렬로 설치, 필요로 하는 부하측에 난방수를 공급하는 캐스케이드 시스템이 제안되어 있다.

캐스케이드 시스템 운용에서 개개의 보일러들은 열교환기를 구비하고 있는데 보일러 특성상 열교환기에 난방수가 비워져 있는 상태에서 연소(가동)를 시작하면 열교환기가 공연소로 인하여 연소열에 의해 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위해 보일러 가동과 함께 수류 스위치를 통해 난방수의 흐름을 감지하고, 연소 후에는 열교환기에 설치된 출탕 서미스터의 온도변화를 감지해서 그 변화량에 따라 열교환기의 난방수 존재 유무를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 보일러의 연소 운전을 지시하도록 되어 있지만, 캐스케이드 시스템에서 수류 스위치는 구조적으로 오염물이나 캐스케이드 시스템을 구성하는 설치 배관 등의 수압에 의해 손상되기 쉽고, 열교환기에 근접하여 설치되는 출탕 서미스터는 연소에 의한 온도변화에 민감하게 반응하므로 그 변화량으로 열교환기의 난방수 존재 유무를 판단하기에는 오류가 많아 열교환기의 손상을 예방하기 어려운 실정이다.

보일러에서 열교환기의 손상을 막기 위한 다른 방법으로는 예를 들면, 바이메탈에 의한 과열 감지로 열교환기의 과열상태를 검출하고 그에 따라 연소를 제어하는 방법이 알려져 있지만, 이 방법은 열교환기의 손상이 어느 정도 진행된 상태에서 연소를 제어하는 방법이므로 열교환기의 손상 예방 효과를 기대하기 어려운 실정이다. 그 밖에 캐스케이드 시스템에서 보일러의 설치상 각 환수와 난방 배관에는 볼 밸브 등 수동으로 난방수의 공급을 차단하는 기능이 있어야 하므로 설치 시공자의 작업 실수와 판단 오류 등에 의해 열교환기에 공기가 채워진 상태로 난방수가 차단되는 경우에도 열교환기가 공연소로 인해 손상될 수 있다. 이에 따라, 캐스케이드 시스템에서는 보일러의 열교환기 공연소로 인한 손상을 사전에 예방하고, 과열 등에 대비할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

특허문헌 1. KR 공개특허공보 제10-2012-0076092호(공개일 2012년 07월09일)

특허문헌 2. KR 등록특허공보 제10-1425870호(공고일 2014년 08월04)

특허문헌 3. KR 등록특허공보 제10-1081599호(공고일 2011년 11월08)

본 발명의 기술적 과제 중 하나는, 보일러의 열교환기 공연소로 인한 열교환기의 손상을 사전에 예방하는데 있다.

본 발명은, 과열에 대비하는 보일러의 안전 연소 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 보일러의 난방공급관에 설치되는 두개의 출탕 서미스터가 제1 출탕 서미스터와 제2 출탕 서미스터로 구분되어 위치적으로 독립되어 있으며, 보일러의 열교환기를 기준으로 상기 제1 출탕 서미스터가 상부에, 상기 제2 출탕 서미스터가 하부에 위치하는, 보일러의 안전 연소 시스템에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 제2 출탕 서미스터는, 열교환기의 공연소에 의한 손상을 방지하기 위하여 연소진행 후 소정시간동안 난방수의 온도변화를 검출하고, 검출 신호를 MCU로 입력, MCU에서 상기 제2 출탕 서미스터의 검출 신호를 판단하여 열교환기의 연소를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 제1 출탕 서미스터가 열교환기의 주변부에 위치할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 제2 출탕 서미스터는, 상기 열교환기의 하부 방향에 위치하는 난방공급관에 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 난방환수관에는 수위검지센서가 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 제2 출탕 서미스터는, 난방환수관에 설치된 수위검지센서에 비해 상대적으로 낮은 위치에 설치되는 것으로, 난방수에 항상 잠겨지는 위치에 설치되고, 열교환기의 온도변화에 의한 영향 없이 보일러내로 난방수의 공급상태를 체크 검출한다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 제1 출탕 서미스터와 제2 출탕 서미스터의 온도차이를 검지하고, 온도차이가 일정온도 이상인 경우, 배관 막힘이나, 배관 내 공기의 유동을 감지하는 MCU를 포함할 수 있다.

보일러의 열교환기 공연소로 인한 열교환기의 손상을 사전에 예방하여 고신뢰성의 보일러를 제조할 수 있다.

보일러의 과열에 대비하고 보일러의 안전 연소를 구현할 수 있다.

열교환기의 손상과 과열방지를 포함하여 난방공급관로가 막히거나 열교환기에 공기가 채워진 상태에서 연소를 중지시킬 수 있어 보일러의 안전 연소가 가능하다.

난방수의 물 채움을 상태를 체크하거나 시운전 시 수위검지를 통해 난방수의 물채움이 충분한지 정확하게 판단할 수 있다.

난방수 배관이 동결되었을 때 난방수의 보일러 내의 흐름 상태를 검출하여 연소진행을 사전에 중지시킬 수 있다.

두 대 이상 여러 대의 보일러들을 병렬로 연결하여 순환 시스템으로 운용되고 제어되는 캐스케이드 시스템에 효과적으로 적용될 수 있다.

도 1은 두 대 이상의 온수기 또는 보일러를 병렬로 연결하여 제어되는 캐스케이드 시스템을 설명하는 계통도의 예시로서 (a)는 온수 캐스케이드 시스템, (b)는 난방 캐스케이드 시스템의 예시이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 두 대 이상의 온수기 또는 보일러를 병렬로 연결하여 제어되는 캐스케이드 시스템을 설명하는 계통도의 예시로서 (a)는 온수 캐스케이드 시스템, (b)는 난방 캐스케이드 시스템의 예시이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온수 또는 난방 캐스케이드 시스템에 적용되는 온수기 또는 보일러의 구체적 예시이다.
도 4는 도 3의 A부 상세도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제2 출탕 서미스터와 수위검지센서의 상대적 위치를 설명하는 예시이다.

이하, 첨부된 도면을 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 '보일러의 안전 연소 시스템'을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 설명에서 사용되는 용어에 있어서, '보일러'는 '온수기'로 혼용될 수 있다. '난방수'는 난방부하로 유동하는 난방 유체로서 '난방환수 및 환수온수'로 혼용될 수 있다. '직수'는 외부로부터 공급되는 급탕 온수 생산용 유체일 수 있다.

도 1은 두 대 이상의 온수기 또는 보일러를 병렬로 연결하여 제어되는 캐스케이드 시스템을 설명하는 계통도의 예시로서 (a)는 온수 캐스케이드 시스템, (b)는 난방 캐스케이드 시스템의 예시이다.

도 1의 (a)(b)에 도시된 바와 같이 온수와 난방을 위한 캐스케이드 시스템에서 직수(W1) 또는 환수되는 환수온수(W2)는 온수기 또는 보일러(100)의 버너(미도시) 및 열교환기(300)를 경유하면서 온수와 난방에 필요한 온도로 상승 되어 급탕 온수(W3)로 출수(도 1의 (a) 참조)되거나 난방 부하측(400)에서 필요로 하는 난방 공급수(W4)로 공급(도 1의 (b) 참조)되도록 되어 있다.

도 1의 (a)(b)에 도시된 바와 같이 온수 또는 난방 캐스케이드 시스템에서는 직수(W1)가 온수기 또는 보일러(100)의 열교환기(300)를 거치면서 온수(W3)로 공급되고 열교환기(300)를 거친 온수 및 난방 부하측(400)을 경유하는 난방 공급수(W4)는 난방환수(W2)로 환수되어 보일러(100)의 난방환수관(101)으로 환수되어 순환될 수 있다.

온수 또는 난방 캐스케이드 시스템에서 개개의 보일러(100)들은 열교환기(300)를 구비하고 있는데 난방수(또는 직수)가 비워진 상태에서 버너의 연소가 시작되면 열교환기(300)가 연소열로 손상될 수 있어 먼저 보일러 가동 전에는 수류 스위치(301)를 통해 난방수의 존재 유무를 감지하고, 연소 후에는 열교환기(300)에 설치된 출탕 서미스터(302)의 온도변화를 감지, 그 변화량에 따라 열교환기(300)의 난방수 존재 유무를 판단한 뒤 판단 결과에 따라 온수기 또는 보일러(100)의 연소 운전을 제어하게 된다.

여기서, 열교환기(300)의 난방수 유무를 검지하는 수류 스위치(301)는 구조적으로 오염물이나 각종 설치 배관 등의 수압에 의해 손상되기 쉽고, 열교환기(300)에 설치되는 출탕 서미스터(302)는 연소에 의한 온도변화에 민감하게 반응하므로 그 변화량으로 열교환기(300) 내의 난방수 유무를 정확하게 판단하기 어렵다.

온수 또는 난방 캐스케이드 시스템에서 온수기 또는 보일러(100)의 열교환기(300) 손상을 막기 위한 다른 방법은 예를 들면, 바이메탈(303)을 열교환기(300)의 적소에 설치하여 열교환기(300)의 과열상태를 검출하고 그에 따라 연소를 제어하는 방법이 있지만, 이 방법은 열교환기(300)의 손상이 어느 정도 진행된 상태에서 버너(200)의 연소를 제어할 수 있으므로 열교환기(300)의 손상을 예방하기 어렵다. 그리고, 열교환기(300)에 공기가 채워진 상태이면 난방수의 급수가 차단되어 마찬가지로 열교환기(300)가 공연소로 손상되어 전체 캐스케이드 시스템의 효율을 저하시킬 수 있다.

미설명 부호 p는 순환 펌프, c/v는 체크 밸브, b/v는 볼 밸브이다.

본 발명은 온수 또는 난방 캐스케이드 시스템에서 온수기 또는 보일러의 열교환기 공연소로 인한 열교환기의 손상을 예방하고, 보일러의 과열에 안전하게 대비하는 보일러의 안전 연소 시스템으로 제시된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 두 대 이상의 온수기 또는 보일러를 병렬로 연결하여 제어되는 캐스케이드 시스템을 설명하는 계통도의 예시로서 (a)는 온수 캐스케이드 시스템, (b)는 난방 캐스케이드 시스템의 예시이다. 본 발명은 도 2의 온수 또는 난방 캐스케이드 시스템으로 한정되지는 않는다.

본 발명의 실시 예에 따른 온수 또는 난방 캐스케이드 시스템에서 보일러(100)는 도 2의 (a)(b)에 도시된 바와 같이, 난방환수(W2)를 난방환수관(101)을 통해 보일러(100) 내부로 급수하여 열교환기(300)로 경유시킨 후 온도가 상승된 난방수를 난방부하측(400)에 난방공급관(110)을 통해 공급하도록 구성된다.

난방공급관(110)에는 열교환기(300)의 내부 공간에 난방수가 있는지의 여부를 열교환기(300)의 주변에서 검출하는 제1 출탕 서미스터(304)가 설치되고, 열교환기(300)와는 거리를 두고 떨어져 있는 위치에서 다시 열교환기(300)의 내부 공간에 난방수 상태를 검출하는 제2 출탕 서미스터(305)가 설치된다.
제1 및 제2 출탕 서미스터(304)(305)들은 모두 열교환기(300)를 유동하는 난방수의 유동 상태를 온도로 검지하게 된다. 열교환기(300)에 난방수가 비워져 있다면 각각의 제1 및 제2 출탕 서미스터(304)(305)들은 난방수가 열교환기(300)에 잔류하지 않는다는 정보를 전기적 신호로 MCU(120: microcontroller unit)로 입력하고, 프로그램 가능 읽기용 기억 장치(EEPROM)를 내장한 MCU(120)는 제1 및 제2 출탕 서미스터(304)(305)로부터 입력된 정보를 판단하여 버너(200)의 연소를 중지시켜 열교환기(300)내에 난방수가 비워져 있는 상태, 즉 공연소 상태에서는 버너(200)의 연소를 중지시키도록 제어하게 된다.

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본 발명의 실시 예에 의하면, 제2 출탕 서미스터는, 열교환기의 공연소에 의한 손상을 방지하기 위하여 연소진행 후 소정시간 동안 난방수의 온도변화를 검출하고, 검출 신호를 MCU(120)로 입력, MCU(120)에서 제2 출탕 서미스터(305)의 검출 신호를 판단하여 열교환기의 연소를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, MCU(120)는 제1 출탕 서미스터(304)와 제2 출탕 서미스터(305)의 온도차이를 검지하고, 온도차이가 일정온도 이상인 경우, 배관 막힘이나, 배관 내 공기의 유동을 감지하도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온수 또는 난방 캐스케이드 시스템에 적용되는 온수기 또는 보일러의 구체적 예시이다.

도 4는 보일러의 난방환수관에 설치되는 수위검지센서를 나타낸 도 3의 A부 상세도이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제2 출탕 서미스터와 수위검지센서의 상대적 위치 관계를 나타낸 예시이다.

본 발명의 실시 예에 따른 온수 및 난방 캐스케이드 시스템에서 안전 연소 시스템은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 보일러(100)의 난방공급관(110)에는 적어도 2개의 제1 및 제2 출탕 서미스터(304)(305)가 설치되어 위치하도록 구성된다.

제1 출탕 서미스터(304)는 위치적으로 보면 바람직하게는 대략 열교환기(300) 높이에 맞추어 그 주변부에 위치된다. 제1 출탕 서미스터(304)는 위치적으로 열교환기(300)와 근접된 위치에 놓여져 열교환기(300)로부터 난방수의 온도를 검지하거나 또는 난방수의 유무를 검지, 검지된 신호를 MCU(120)로 입력하여 주로 난방온도를 제어하도록 기능하게 된다.

제2 출탕 서미스터(305)는 위치적으로 보면 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이 열교환기(300)의 하부 방향에 설치 위치를 정한다.

또한, 제2 출탕 서미스터(305)를 열교환기(300)의 하부 방향에 설치하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 난방환수관(101)에 설치되는 수위검지센서(306)에 비해 더 낮게 설치하는 것이 바람직하고, 난방수에 항상 잠겨지는 위치에 설치될 수 있으므로 열교환기(300)의 온도변화에 의한 영향 없이 보일러(100) 내로 난방수의 공급상태를 안정적으로 체크 검출한다.

도 5를 참조하면 난방공급관(110)에 설치되는 제2 출탕 서미스터(305)는 온수 수위 Wp를 기준으로 난방환수관(101)에 설치되는 수위검지센서(306)에 비해 낮은 곳에 위치된다.

이렇게 난방환수의 수위를 검지하는 수위검지센서(306)에 비해 상대적으로 더 낮은 지점에 위치하는 제2 출탕 서미스터(305)는 항상 수위검지센서(306) 보다 낮은 위치에서 난방수에 잠겨져 있는 위치이므로 열교환기(300)측으로 유동하는 난방수의 유무를 주변 상황에 관계없이 검지해낼 수 있다.

이에 따라 열교환기의 온도변화에 반응하지 않고 난방수의 수위 유무를 검지하여 열교환기의 난방수 존재 유무를 판단할 수 있게 함으로써, 수류 스위치에서 공통적으로 나타나는 검출 오류에 의한 열교환기의 공연소로 인한 손상 문제를 사전에 예방하고 원인적으로 해결할 수 있게 된다.

난방환수관(101)에 설치되는 수위검지센서(306)는 바람직하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 난방수를 순환시키는 순환 펌프 및 환수온수의 온도를 검지하기 위해 난방환수관(101)에 설치하는 환수 서미스터(307)에 비해 높게 설치하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 보일러의 안전 연소 시스템은 비교적 간단한 구성으로 열교환기 공연소로 인한 열교환기의 손상을 사전에 예방하여 고신뢰성의 보일러를 제조하는데 유리한 이점이 있고, 보일러의 과열에 대비하고 보일러의 안전 연소를 구현할 수 있는 장점이 있다.

열교환기의 손상과 과열방지를 포함하여 난방공급관로가 막히거나 열교환기에 공기가 채워진 상태에서도 연소를 중지시킬 수 있어 보일러의 안전 연소가 가능하며, 환수온수의 물 채움 상태를 체크하거나 시운전 시 수위검지를 통해 환수온수의 물채움이 충분한지 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 난방수 배관이 동결되었을 때 환수온수의 급수 상태를 검출하여 연소진행을 사전에 중지시킬 수 있으며, 한대 이상 여러 대의 보일러들을 병렬로 연결하여 순환 시스템으로 운용되고 제어되는 캐스케이드 시스템에서 효과적으로 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면으로 나타낸 실시예를 참고로 설명되었으나 실시예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.

100: 온수기 또는 보일러 101: 난방환수관
110: 난방공급관 120: MCU
200: 버너(연소부) 300: 열교환기
304: 제1 출탕 서미스터 305: 제2 출탕 서미스터
306: 수위감지센서 307: 환수 서미스터
400: 부하측

Claims

보일러의 난방공급관에 설치되는 두개의 출탕 서미스터가 제1 출탕 서미스터와 제2 출탕 서미스터로 구분되어 난방공급관에 위치적으로 독립적으로 설치되고,
상기 보일러의 열교환기를 기준으로 상기 제1 출탕 서미스터는 열교환기와 근접되는 위치인 상부에, 상기 제2 출탕 서미스터는 하부에 위치하도록 구성되며,
상기 제1 출탕 서미스터와 제2 출탕 서미스터의 온도차이를 검지하고, 온도차이가 일정온도 이상인 경우 배관 막힘이나 배관 내 공기 유동을 감지하는 MCU;를 포함하는, 보일러의 안전 연소 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 출탕 서미스터는, 열교환기의 공연소에 의한 손상을 방지하기 위하여 연소진행 후 소정시간 동안 난방수의 온도변화를 검출하고, 검출 신호를 MCU로 입력, MCU에서 상기 제2 출탕 서미스터의 검출 신호를 판단하여 열교환기의 연소를 제어하는, 보일러의 안전 연소 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 출탕 서미스터가 열교환기의 주변부에 위치하는, 보일러의 안전 연소 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 출탕 서미스터는, 상기 열교환기의 하부 방향에 위치하는 난방공급관에 설치된, 보일러의 안전 연소 시스템.
제 1 항에 있어서,
난방환수관에 수위검지센서가 설치된, 보일러의 안전 연소 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 출탕 서미스터는, 난방환수관에 설치된 수위검지센서에 비해 상대적으로 낮은 위치에 설치되는 것으로, 난방수에 잠겨지는 위치에 설치된, 보일러의 안전 연소 시스템.
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