KR102403218B1 - 가스기기의 이상상태 감지방법 및 물 가열기 - Google Patents

가스기기의 이상상태 감지방법 및 물 가열기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스기기의 이상상태 감지방법 및 물 가열기를 제공한다.
상기 가스기기의 이상상태 감지방법은 가스를 연료로서 공급받는 버너를 포함하는 발열부를 구비하는 가스기기의 이상상태를 감지하는 가스기기의 이상상태 감지방법에 있어서, 소정 상태에서 상기 소정 상태를 조성하기 위해 상기 버너에서 출력해야 하는 열량값인 필요 열량을 획득하는 제1 단계와, 상기 소정 상태에서 상기 발열부의 제어를 위해 상기 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값인 지시 열량을 획득하는 제2 단계와, 상기 필요 열량과 상기 지시 열량을 기초로, 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하는 제3 단계를 포함한다.

Description

가스기기의 이상상태 감지방법 및 물 가열기{Unusual Condition DETECTing METHOD OF GAS APPLIANCE AND WATER HEATING DEVICE}
본 발명은 가스기기의 이상상태 감지방법 및 물 가열기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 가스를 연료로서 사용하는 가스기기에서 가스 사용의 이상 상태를 감지하는 가스기기의 이상상태 감지방법 및 물 가열기에 관한 것이다.
가스를 연료로서 사용하는 가스기기의 경우 가스와 공기를 적절한 비율로 혼합하여 버너로 공급하고, 점화 장치를 통해 버너에 불을 붙여 연소하고 연소열을 공급한다. 일례로 가스기기가 온수공급장치인 경우 연소열이 열교환기에 공급되고 열교환을 통해 온수를 공급한다. 연소 시에 가스와 공기의 혼합비율에 따라 배기 가스 내의 일산화탄소 등과 같은 유해 성분이 달라지게 되기 때문에 제품에 적합한 가스 사용 환경을 조성하도록 버너를 설계해야 한다. 즉 사용하고자 하는 가스의 종류에 따라 가스의 종류에 따라 제품을 선택하여 사용하거나, 사용 중에 사용가스가 변경되는 경우 사용하고자 하는 가스에 맞게 버너 또는 버너의 가스노즐을 교체하여 사용해야 한다.
제품에 맞지 않는 가스를 사용하는 경우 제품이 정상적으로 연소 동작이 되지 않거나 연소 동작이 되더라도 가스와 공기의 혼합비율이 달라져서 배기 가스 내의 유해 성분이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 또한 이로 인해 배기가스에 의한 일산화탄소 중독과 같은 인명사고까지 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가스를 연료로서 사용하는 가스기기에서 제품의 사양에 맞지 않는 가스를 사용할 경우 가스 사용의 이상상태를 판단함으로써 제품의 오작동 및 안전 사고 발생을 사전에 예방하는 가스기기의 이상상태 감지방법 및 물 가열기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가스기기의 이상상태 감지방법은 가스를 연료로서 공급받는 버너를 포함하는 발열부를 구비하는 가스기기의 이상상태를 감지하는 가스기기의 이상상태 감지방법에 있어서, 소정 상태에서 상기 소정 상태를 조성하기 위해 상기 버너에서 출력해야 하는 열량값인 필요 열량을 획득하는 제1 단계와, 상기 소정 상태에서 상기 발열부의 제어를 위해 상기 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값인 지시 열량을 획득하는 제2 단계와, 상기 필요 열량과 상기 지시 열량을 기초로, 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하는 제3 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 물 가열기는 가스를 연료로서 공급받는 버너를 포함하는 발열부와, 상기 발열부를 제어하게 마련되고 상기 버너에 공급되는 가스의 이상 사용 여부를 판단하게 마련되는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 소정 상태에서 상기 소정 상태를 조성하기 위해 상기 버너에서 출력해야 하는 열량값인 필요 열량을 획득하게 마련되고, 상기 소정 상태에서 상기 발열부의 제어를 위해 상기 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값인 지시 열량을 획득하게 마련되고, 상기 필요 열량과 상기 지시 열량을 기초로 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하게 마련된다.
이와 같이 본 발명은 가스를 연료로서 사용하는 가스기기에서 제품의 사양에 맞지 않는 가스를 사용할 경우 가스 사용의 이상상태를 판단함으로써 제품의 오작동 및 안전 사고 발생을 사전에 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 가스기기의 일례인 온수기의 개략적인 구성도를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 가스기기의 일례인 난방 온수 겸용 보일러의 개략적인 구성도를 도시한 구성도이다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 가스기기의 이상상태 감지방법 및 물 가열기의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
본 발명에 따른 가스기기의 이상상태 감지방법은 가스를 연료로서 공급받는 버너를 포함하는 발열부를 구비하는 가스기기의 이상상태를 감지하는 방법에 관한 것이다. 본 발명이 적용되는 가스기기는 가스를 연료로서 사용하는 기기이면 제한없이 적용될 수 있고, 예를 들어 버너의 연소열을 이용하여 온수를 생성하는 물 가열기일 수 있다.
도 1에는 물 가열기의 일 예인 온수기가 도시되고 도 2에는 물 가열기의 다른 예인 온수 겸용 보일러가 도시된다.
도 1을 참조하면 가스기기(1)는 온수기로 제공될 수 있고, 가스기기(1)는 발열부와 열교환기(2)와 직수관(P1) 및 온수관(P2)을 포함할 수 있다.
발열부는 가스를 연료로서 공급받는 버너(6)와, 버너(6)에 연결된 공기공급라인(7)과 연료공급라인(8)을 포함할 수 있다. 공기공급라인(7)과 연료공급라인(8)에는 버너(6)에 공급되는 공기량과 연료량을 조절하는 밸브(V1,V2)가 연결될 수 있다. 적절한 비율로 혼합되어 버너(6)에 공급된 연료(가스)와 공기는 버너(6)에서 점화되고, 버너(6)에서 연소열을 공급할 수 있다.
열교환기(2)는 버너(6)에서 기원하는 열에 의해 직수를 가열하여 온수를 생성할 수 있다. 직수관(P1)은 열교환기(2)에서 열교환되기 위한 직수가 공급될 수 있고, 온수관(P2)은 열교환기(2)에서 열교환에 의해 생성된 온수가 배출될 수 있다. 이에 따라 온수 사용 시에 직수관(P1)으로 공급된 직수는 열교환기(2)를 통과하면서 열교환에 의해 가열되어 온수로 전환될 수 있다.
직수관(P1)에는 직수의 유량을 감지하는 유량센서(3)와 공급되는 직수의 온도인 직수온도를 감지하는 직수온도센서(4)가 구비되고, 온수관(P2)에는 배출되는 온수의 온도인 온수온도를 감지하는 온수온도센서(5)가 구비될 수 있다.
도 2의 다른 예를 참조하면 가스기기(10)는 온수 겸용 보일러로 제공될 수 있고, 가스기기(10)는 난방수를 가열하는 주열교환기(12)와, 난방수환수관(L1,L2), 난방수공급관(L3,L4), 난방모드나 온수모드로 유로를 전환하는 삼방밸브(14)와, 물을 순환시키는 보일러 순환펌프(15), 난방수환수관(L1,L2)과 난방수공급관(L3,L4)을 연결하는 연결관(L5), 직수를 열교환하여 온수로 공급하기 위한 온수열교환기(13)를 포함할 수 있다. 난방수환수관(L2)에는 난방환수 온도센서(16a)가 구비될 수 있고, 난방수공급관(L3)에는 난방공급 온도센서(16b)를 구비될 수 있다. 또한 온수열교환기(13)에 연결된 직수관(L6)과 온수관(L7)을 포함할 수 있고 직수관(L6)에는 직수온도센서(18)와 유량센서(17)가 구비되고 온수관(L7)에는 온수온도센서(19)가 구비될 수 있다.
발열부는 가스를 공급받는 버너(21)와 버너(21)에 연결된 공기공급라인(22)과 연료공급라인(23) 및 공기공급라인(22)과 연료공급라인(23)에 연결된 밸브(V1,V2)를 포함할 수 있다. 주열교환기(12)와 온수열교환기(13)는 버너(21)의 연소열을 제공받아 열교환이 이루어질 수 있다. 도 1 및 도 2에서 1점 쇄선은 온수 사용 시의 물의 흐름을 도시한 것이다.
다만 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 가스기기의 이상상태 감지방법이 적용되는 가스기기는 온수기나 온수 겸용 보일러와 같은 물 가열기에 한정하는 것은 아니고 가스를 연료로서 사용하는 가스기기이면 다양한 제품에 적용될 수 있다.
상기한 온수기와 온수 겸용 보일러 등의 물가열기에서 온수 사용 시의 기본동작은, 유량센서를 통해 온수 사용을 감지하고 사용자가 설정한 온도로 온수를 공급하기 위해 발열부가 제어된다. 버너가 공급받는 가스는 액화석유가스(LPG), 액화천연가스(LNG) 및 도시가스 등이 사용될 수 있다. 가스마다 발열량 등의 특성이 서로 다르기 때문에 가스(연료)와 공기의 혼합 비율을 최적화하기 위해 가스 노즐을 선택하고 열량에 맞는 가스량(연료량)과 공기량을 결정하여야 한다. 따라서 제품의 사양에 맞지 않는 가스를 사용할 경우 가스와 공기의 혼합비율이 달라지게 되고, 이로 인해 제품(가스기기)의 오작동 및 안전사고가 발생할 수 있다.
이하에서는 가스기기(1)가 온수기인 경우를 중심으로 하여 가스기기의 이상상태 감지방법의 제1 실시예와 제2 실시예를 설명한다.
제1 실시예
본 발명에 따른 가스기기의 이상상태 감지방법은 제1 단계와 제2 단계 및 제3 단계를 포함한다.
제1 단계는 소정 상태에서 소정 상태를 조성하기 위해 버너(6)에서 출력해야 하는 열량값인 필요 열량을 획득한다.
여기서 소정상태는 버너(6)의 연소열을 이용하여 가열된 열매(heat medium, 일례로 온수)가 사용자에 의해 설정된 목표온도에 도달하여 소정 시간 지속된 상태일 수 있다. 그리고 필요 열량은 이러한 소정상태에 도달하기 위해 필요한 열량, 즉 사용자가 필요로 하는 열량이다.
제2 단계는 소정 상태에서 발열부의 제어를 위해 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값인 지시 열량을 획득한다.
구체적으로 사용자가 필요로 하는 열량에 맞는 가스와 공기의 양은 정해져 있고, 필요한 열량에 맞게 버너(6)에 가스와 공기가 공급되도록 발열부의 제어가 수행될 수 있다. 예를 들어 발열부에 구비된 공기공급라인(7)과 연료공급라인(8)에 구비된 밸브(V1,V2)를 제어하여 버너(6)에 공급되는 공기량과 연료량을 조절할 수 있다. 또는 예를 들어 발열부에 구비된 송풍기를 통해 버너에 공급되는 공기량을 조절함으로써 버너(6)에 공급되는 가스와 연료의 혼합비율을 제어할 수 있다. 또는 예를 들어 연료공급라인에 구비된 밸브를 제어하여 연료량을 조절하고 송풍기를 제어하여 공기량을 조절할 수 있다. 다만 발열부를 제어하는 방식은 상기한 방식에 한정하는 것은 아니고 버너(6)에 공급되는 공기량과 가스량을 제어할 수 있다면 다양한 방식이 적용될 수 있다.
지시 열량은 발열부의 제어를 위해 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값일 수 있다. 즉 지시 열량은 발열부가 소정 상태에 도달하도록 제어되었을 때에 발열부가 공급하는 열량일 수 있다. 여기서 제1 단계와 제2 단계는 반드시 순차적으로 수행되는 것은 아니고 동시에 또는 제2 단계가 먼저 수행될 수도 있다.
제3 단계는 필요 열량과 지시 열량을 기초로, 가스의 이상 사용 여부를 판단한다.
구체적으로 제품의 사양에 맞는 가스를 사용한 경우 필요 열량과 지시 열량이 오차 범위 내로 유사하게 된다. 반면 제품에 맞지 않는 가스를 사용한 경우 가스 노즐 및 열량에 따라 가스와 공기의 양이 달라지게 되므로 소정 상태에 도달한 상태에서 필요 열량과 지시 열량에 차이가 발생하게 된다.
따라서 제3 단계는 소정 상태에서 필요 열량과 지시 열량을 대비하여 가스의 이상 사용여부를 판단한다. 여기서 가스의 이상 사용 여부는 제품에 맞는 종류의 가스가 사용되었는지 여부와, 가스에 맞는 버너 또는 가스노즐 등의 부품이 사용되었는지 여부 등을 포함한다.
이와 같이 본 발명은 가스를 연료로서 사용하는 가스기기(1)에서 제품의 사양에 맞지 않는 가스를 사용할 경우 가스 사용의 이상상태를 판단함으로써 제품의 오작동 및 안전 사고 발생을 사전에 예방할 수 있다. 가스 사용의 이상상태로 판단한 경우에 이를 표시하고 버너(6)의 연소를 정지함으로써 가스기기(1)의 오작동과 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
가스기기(1)가 온수기(도 1 참조) 등의 물 가열기인 경우, 가스기기(1)는 버너(6)에서 기원하는 열에 의해 직수를 가열하여 온수를 생성하는 열교환기(2)와, 열교환기(2)에서 열교환되기 위한 직수가 공급되는 직수관(P1) 및, 열교환기(2)에서 열교환에 의해 생성된 온수가 배출되는 온수관(P2)을 포함할 수 있다.
이 경우 소정 상태는 온수관(P2)을 통해 배출되는 온수의 온도인 온수온도가 설정된 목표온도에 도달하여 소정 시간 지속된 상태일 수 있다. 온수온도는 온수관(P2)에 구비된 온수온도센서(5)를 통해 감지할 수 있다. 열량, 유량, 온도 등이 변화하는 순간의 정보를 가지고 필요 열량을 계산하는 경우 그 정확도가 낮아질 수 있으므로 온수온도가 목표온도의 오차 범위에 도달하여 안정화된 상태에서 계산하여 필요 열량을 획득할 수 있다. 이 경우 안정화된 상태에서 소정 시간 동안의 측정값들의 평균값을 적용함으로써 정확도를 더 높일 수 있다. 이때 소정 상태로 판단하기 위해 지속된 시간 및 평균값을 내기 위한 소정 시간은 제품 및 부품의 특성을 고려하여 설정할 수 있다.
그리고 제1 단계는 소정 상태에서, 직수관(P1)으로 공급되는 직수의 유량과, 직수의 온도인 직수온도를 감지하는 단계와, 소정 상태에서의 온수온도, 직수의 유량 및 직수온도를 기초로 필요 열량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로 필요 열량은 아래의 수학식 1에 의해 연산될 수 있다. 아래의 수학식 1에서 온수온도와 직수온도와 직수의 유량은 소정 상태에서 소정 시간 동안 측정된 값들의 평균값일 수 있다. 그리고 직수온도와 직수의 유량은 직수온도센서(4)와 유량센서(3)에 의해 센싱될 수 있다.
[수학식 1]
필요 열량 = (온수온도 - 직수온도) * 직수의 유량 * 60
예를 들어 온수의 목표온도가 40도이고 직수온도가 10도인 조건에서 10L의 유량을 사용한 경우 소정 상태에서 필요 열량은 상기한 수학식 1에 의해 18,000 kcal이다. 가스의 사용 상태가 정상인 경우 일례로 LNG 가스 모델에 LNG 가스를 사용한 경우, 버너의 최대 출력이 20,000kcal인 모델인 경우 온수온도가 목표온도에 도달했을 때의 버너의 출력은 18,000 kcal(버너의 최대 출력이 20,000kcal인 경우 90%)를 유지하게 된다. 이 경우 지시 열량은 발열부에 전송되는 제어값인 90%이 출력 비율에 상응하는 열량값인 18,000 kcal 일 수 있다. 여기서 제어값에 출력 비율을 적용하였으나, 제어값은 연료량 등 다양한 형태로 적용될 수 있다.
그런데 가스의 사용에 이상이 있는 경우 일례로, LNG 가스 모델에 LPG 가스를 사용한 경우 버너는 필요 열량(18,000 kcal)을 출력하고 있으나 지시 열량은 필요 열량과 차이가 발생할 수 있다. 즉 LNG 가스 사용 모델에 LPG 가스를 사용하는 경우 동일한 열량에서 약 1.4배의 가스가 더 입력된다고 가정하면, 소정 상태에서 18,000 kcal의 열량을 출력하기 위해 버너의 최대 출력의 약 64.3%로 제어될 수 있다. 그러나 이 경우 지시 열량은 발열부에 전송되는 제어값인 약 64.3%의 출력 비율에 상응하는 열량값인 12,860Kcal일 수 있다.
이와 같이 제품에 맞지 않는 종류의 가스를 사용한 경우 필요 열량과 지시 열량에 차이가 발생할 수 있고, 제3 단계는 이를 이용하여 가스의 이상 사용 여부를 판단하게 된다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제3 단계에서 가스의 이상 사용 여부를 판단하는 구체적인 방법을 설명한다.
제3 단계는 제1 열량 오차비율 산출단계와 제1 기준 오차비율 산출단계와 제1 판단단계를 포함할 수 있다.
제1 열량 오차비율 산출단계에서 지시 열량에 대한 필요 열량의 비율인 제1 열량 오차비율을 산출할 수 있다. 즉 제1 열량 오차비율은 '(필요 열량 / 지시 열량)*100' 일 수 있다.
제1 기준 오차비율 산출단계는 기설정된 기준에 기초하여 제1 기준 오차비율을 산출할 수 있다. 여기서 제1 기준 오차비율은, 가스기기(1)의 특성에 따른 오차를 고려하여 산출할 수 있다.
구체적으로 제1 기준 오차비율 산출단계는, 직수의 유량을 측정하는 유량센서(3)의 측정값의 편차를 고려한 유량 오차와, 직수온도와 온수온도를 측정하는 온도센서의 측정값의 편차를 고려한 온도센서 오차와, 온수관(P2)을 통해 배출되는 유량의 편차를 고려한 소비량 오차를 반영하여 오차 열량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 부품의 오차에 해당하는 유량 오차와 온도센서 오차는 사용되는 부품의 사양에 맞게 명시된 사항을 반영할 수 있다. 또한 가스기기 제품의 오차에 해당하는 소비량의 오차의 경우 기설정된 관리기준의 범위 내에서 설정될 수 있다.
더욱 구체적으로 오차 열량은 아래의 수학식 2에 의해 연산될 수 있다. 즉 제1 실시예에서의 오차 열량은 필요 열량을 산출하는 식에서 제품 또는 부품의 특성을 반영한 오차를 적용하여 계산할 수 있다. 아래의 수학식 2에서 온수온도와 직수온도와 직수의 유량은 소정 상태에서 소정 시간 동안 측정된 값들의 평균값일 수 있다.
[수학식 2]
오차 열량 = (온수온도 - 직수온도 + 온도센서 오차) * (직수의 유량 * 유량오차) * 60 * 소비량 오차
그리고 제1 기준 오차비율은 필요 열량에 대한 오차 열량의 비율을 연산하여 산출할 수 있다. 즉 제1 기준 오차비율은 '(오차 열량 / 필요 열량)*100' 일 수 있다.
제1 판단단계는 제1 열량 오차비율과 제1 기준 오차비율을 대비하여 가스의 이상 사용 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로 제1 판단단계에서, 가스기기(1)가 LNG 가스를 사용하는 모델인 경우, '제1 열량 오차비율 > 제1 기준 오차비율'이면 가스 사용 상태에 이상이 있다고 판단할 수 있다. 반면 제1 판단단계에서, 가스기기(1)가 LPG 가스를 사용하는 모델인 경우, '제1 열량 오차비율 < 제1 기준 오차비율'이면 가스 사용 상태에 이상이 있다고 판단할 수 있다. 이는 LNG의 발열량이 LPG 발열량 보다 작기 때문이다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 제1 실시예에 의한 판단과정을 설명한다. 실시예에 사용된 가스기기(1)는 LNG 가스를 사용하는 모델이고, 버너의 최대 출력 열량이 42,000Kcal이다. 그리고 실시예의 소정 상태에서 발열부는 버너가 최대 출력 열량의 78.5%를 출력하도록 제어되고 있다. 또한 실시예에서 소비량 오차는 +5%, 유량 오차는 +10%, 온도센서 오차는 +3도를 적용하였다. 다만 본 발명이 사용되는 가스기기(1)의 사양은 이에 한정하는 것은 아니다.
먼저 이러한 가스기기(1)에 LNG 가스를 사용한 경우를 설명한다. 소정 상태에서 감지된 온수온도(목표온도)가 49.7도, 직수온도가 21도 직수의 유량이 20.8 L/min일 때, 필요 열량은 아래와 같다.
필요 열량 = (49.7 - 21) * 20.8 * 60 = 35,818 kcal
그리고 최대 출력의 78.5%를 출력하도록 제어되고 있으므로 지시 열량은 아래와 같다.
지시 열량 = 42,000*(78.5/100) = 32,970 kcal
또한 제1 열량 오차비율은 (필요 열량 / 지시 열량)*100'이므로 아래와 같다.
제1 열량 오차비율 = (35,818 / 32,970) * 100 = 109%
오차 열량은 '(온수온도 - 직수온도 + 온도센서 오차) * (직수의 유량 * 유량오차) * 60 * 소비량 오차'이고, 제1 기준 오차비율은 '(오차 열량 / 필요 열량)*100'이므로 아래와 같다.
오차 열량 = (20.8 * 1.1) * (49.7 - 21 + 3) * 60 * 1.05 = 45,694 kcal
제1 기준 오차비율 = (45,694 * 100) / 35,818 = 128%
실시예에 적용된 가스기기(1)는 LNG 가스 사용 모델이고, '열량 오차 비율(109%) < 기준 오차 비율(128%)'이므로, 제3 단계에서 가스의 사용상태가 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
반면 이러한 가스기기(1)에 LPG 가스를 사용한 경우를 설명한다. 소정 상태에서 감지된 온수온도(목표온도)가 49.3도, 직수온도가 21도 직수의 유량이 28.5 L/min일 때, 필요 열량은 아래와 같다.
필요 열량 = (49.3 - 21) * 28.5 * 60 = 48,393 kcal
그리고 최대 출력의 78.5%를 출력하도록 제어되고 있으므로 지시 열량은 아래와 같다.
지시 열량 = 42,000*(78.5/100) = 32,970 kcal
또한 제1 열량 오차비율은 '(필요 열량 / 지시 열량)*100'이므로 아래와 같다.
제1 열량 오차비율 = (48,393 / 32,970) * 100 = 147%
오차 열량은 '(온수온도 - 직수온도 + 온도센서 오차) * (직수의 유량 * 유량오차) * 60 * 소비량 오차'이고, 제1 기준 오차비율은 '(오차 열량 / 필요 열량)*100'이므로 아래와 같다.
오차 열량 = (28.5 * 1.1) * (49.3 - 21 + 3) * 60 * 1.05 = 61,819 kcal
제1 기준 오차비율 = (61,819 / 48,393) * 100 = 128%
실시예에 적용된 가스기기(1)는 LNG 가스 사용 모델이고, '열량 오차 비율(147%) > 기준 오차 비율(128%)'이므로, 제3 단계에서 가스의 사용상태가 이상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 따라서 버너를 포함한 가스기기(1)의 작동을 중지함으로써 오작동 및 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
한편 제3 단계는 가스기기(1)가 설치되는 지역의 가스 정보를 입력받는 정보 입력 단계와, 필요 열량과 지시 열량에 더해, 가스기기(1)에 설정된 가스 정보와 비교하기 위해 정보 입력 단계에서 입력된 가스 정보에 더 기초하여 가스의 이상 사용 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로 입력된 설치 지역의 가스 정보가 가스기기(1)에 설정된 가스 정보와 오차 범위 내로 일치하는 경우 설치 지역의 가스가 가스기기(1)에 맞는 가스라고 판단할 수 있고, 반대로 입력된 설치 지역의 가스 정보가 가스기기(1)에 설정된 가스 정보와 일치하지 않는 경우 설치 지역의 가스가 가스기기(1)에 맞지 않는 이상 상태라고 판단할 수 있다. 여기서 설치 지역의 가스 정보는 가스의 종류 등일 수 있다.
이에 따라 제3 단계에서 가스의 이상 사용여부를 판단 시에 지역의 가스 정보를 추가로 이용하여 판단함으로써 판단의 정확도를 높일 수 있다. 예를 들어 LNG 가스가 공급되지 않는 지역에 LNG 가스를 사용하는 가스기기를 설치하고 설치 지역을 입력하면, 내부에 저장되거나 인터넷 및 서버에 저장된 설치 지역의 가스 정보를 읽어 제품의 설정된 가스 정보와 비교한다. 이때 일치하지 않는 경우 제품에 적합하지 않은 가스를 사용하고 있을 가능성이 높게 된다.
이러한 설치 지역의 가스 정보를 추가로 판단하면, 가스 사용의 이상을 판단하기 위한 제1 기준 오차 비율을 낮게 설정할 수 있어서, 가스 사용의 이상 여부의 판단의 정확도를 더 높일 수 있다. 이러한 추가 판단은 아래의 제2 실시예의 경우에도 적용될 수 있다.
제2 실시예
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스기기의 이상상태 감지방법을 설명한다. 본 발명의 제2 실시예는 위에서 설명한 제1 실시예에 비해 제3 단계에서 차이가 있다. 이하에서는 상기한 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 제3 단계는, 제1 열량 오차비율 산출단계와 제2 기준 오차비율 산출단계와 제2 판단단계를 포함할 수 있다.
제1 열량 오차비율 산출단계는 지시 열량에 대한 필요 열량의 비율인 제1 열량 오차비율을 산출할 수 있다. 제1 열량 오차비율을 산출하는 방식은 상기한 제1 실시예와 동일하다.
제2 기준 오차비율 산출단계는 미리 저장된 제2 열량 오차비율과 기설정된 기준에 기초하여 제2 기준 오차비율을 산출할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 제2 실시예에 따른 제3 단계에서, 제2 기준 오차비율은 미리 저장된 제2 열량 오차비율을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다. 여기서 제2 열량 오차비율은 제1 열량 오차비율을 산출하기 전에, 가스기기(1)를 가동하여 획득한 후 저장될 수 있다.
예를 들어 제2 열량 오차비율은 가스기기(1)의 제조 공정에서 검사 시에 획득된 후 저장될 수도 있고, 가스기기(1)의 최초 설치 시에 획득된 후 저장될 수도 있다. 다만, 제2 열량 오차비율이 저장된 시점은 상기한 바에 한정하는 것은 아니고 제1 열량 오차비율을 산출하기 전에 해당 가스기기(1)에 의해 획득한 것이면 다양한 시점에 획득될 수 있다.
일례로 가스기기(1)의 검사 시에 제2 열량 오차비율을 획득하는 경우를 설명한다. 검사 시에 제2 열량 오차비율을 획득하는 방식은 상기한 제1 실시예의 제1 열량 오차비율을 산출하는 방식과 대비하여 검사 공정에서 획득하는 점에서 차이가 있을 뿐, 계산방식은 동일하다.
즉 검사 시에 온수온도가 기설정된 목표온도에 도달하여 안정화된 상태에서 소정 시간 지속된 상태에서 상기한 필요 열량의 식에 의해 검사 시의 필요 열량이 계산될 수 있다. 그리고 이 상태에서 검사 시의 지시 열량을 계산할 수 있다. 제2 열량 오차비율은 검사 시의 지시 열량에 대한 검사 시의 필요 열량의 비율일 수 있다. 즉 제2 열량 오차비율은 '(검사 시의 필요 열량 / 검사 시의 지시 열량)*100' 일 수 있다. 이와 같이 미리 계산된 제2 열량 오차비율은 가스기기(1) 내부의 저장소 등에 저장될 수 있다.
제2 기준 오차비율은 미리 저장된 제2 열량 오차비율을 기초로 일정 범위를 적용하여 결정할 수 있고, 여기서 일정 범위는 가스기기(1)의 설치 상의 오차일 수 있다. 즉 상기한 기설정된 기준은 가스기기(1)의 설치 상의 오차를 반영한 것일 수 있다.
구체적으로 제2 기준 오차비율은 '미리 저장된 제2 열량 오차비율 ± x'일 수 있다. 여기서 ± x는 가스기기(1)의 설치 상의 오차일 수 있다. 즉 가스기기(1)는 가스기기(1)가 설치된 환경에 따라, 설치 후에 제조 공정에서의 검사 시 또는 초기 설치 시와 동일한 조건으로 운전되지 않을 수 있다. 예를 들어 공정 검사 시의 커버 장착 여부, 급기/배기 연도의 길이가 설치 환경에 그대로 적용되지 않을 수 있다. 또한 공정 검사 시와 설치된 지역의 국가가 다른 경우 가스의 발열량에 차이가 있을 수 있다. 따라서, 설치 상의 오차를 반영한 오차비율을 반영하여 가스 사용 이상여부의 판단의 정확도를 높일 수 있다.
제2 판단단계는 제1 열량 오차비율과 제2 기준 오차비율을 대비하여 가스 사용의 이상 유무를 판단할 수 있다.
구체적으로 제2 판단단계에서, 가스기기(1)가 LNG 가스를 사용하는 모델인 경우, '제1 열량 오차비율 > 제2 기준 오차비율'이면 가스 사용 상태에 이상이 있다고 판단할 수 있다. 반면 제2 판단단계에서, 가스기기(1)가 LPG 가스를 사용하는 모델인 경우, '제1 열량 오차비율 < 제2 기준 오차비율'이면 가스 사용 상태에 이상이 있다고 판단할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 제2 실시예에 의한 판단과정을 설명한다. 실시예에 사용된 가스기기(1)는 LNG 가스를 사용하는 모델이고, 버너의 최대 출력 열량이 42,000Kcal이다. 그리고 실시예에서 검사 시의 안정화 상태와 설치 후의 소정 상태에서 발열부는 버너가 최대 출력 열량의 100%를 출력하도록 제어되고 있다. 또한 설치 상의 오차비율은 +10%를 적용하였다. 다만 본 발명이 사용되는 가스기기(1)의 사양은 이에 한정하는 것은 아니다.
먼저 가스기기(1)의 검사 시에 LNG 가스를 사용하여 제2 열량오차비율을 계산하는 경우를 설명한다. 검사 시에 온수온도가 목표온도에 도달하여 안정화된 상태로 소정시간 경과한 상태에서 감지된 온수온도(목표온도)가 49.4도, 직수온도가 21도 직수의 유량이 25.2 L/min일 때, 검사 시의 필요 열량은 아래와 같다.
검사 시의 필요 열량 = (49.4 - 21) * 25.2 * 60 = 42,941 kcal
그리고 최대 출력의 100%를 출력하도록 제어되고 있으므로 검사 시의 지시 열량은 아래와 같다.
검사 시의 지시 열량 = 42,000*(100/100) = 42,000 kcal
또한 제2 열량 오차비율은 (검사 시의 필요 열량 / 검사 시의 지시 열량)*100'이므로 아래와 같다.
제2 열량 오차비율 = (42,941 / 42,000) * 100 = 102%
검사 시에 이와 같이 계산된 제2 열량 오차비율을 내부 저장소 등에 미리 저장할 수 있다.
다음으로 가스기기(1)를 설치한 후 제1 열량 오차비율을 계산할 수 있다.
설치 후에는 LPG 가스를 사용하고, 버너의 최대 출력 열량의 100%를 출력하도록 제어되고 있고, 가스기기(1)의 설치 후의 소정 상태에서 감지된 온수온도(목표온도)가 48.8도, 직수온도가 21도 직수의 유량이 34.7 L/min일 때, 필요 열량은 아래와 같다.
필요 열량 = (48.8 - 21) * 34.7 * 60 = 57,880 kcal
그리고 최대 출력의 100%를 출력하도록 제어되고 있으므로 지시 열량은 아래와 같다.
지시 열량 = 42,000*(100/100) = 42,000 kcal
또한 제1 열량 오차비율은 (필요 열량 / 지시 열량)*100'이므로 아래와 같다.
제1 열량 오차비율 = (57,880 / 42,000) * 100 = 138%
또한 제2 기준 오차비율은 '미리 저장된 제2 열량 오차비율 ± x'이고, ± x는 +10 이므로, 제2 기준 오차비율은 아래와 같다.
제2 기준 오차비율 = 102 + 10 = 112 %
실시예에 적용된 가스기기(1)는 LNG 가스 사용 모델이고, '열량 오차 비율(138%) > 기준 오차 비율(112%)'이므로, 제3 단계에서 가스의 사용상태가 이상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 따라서 버너(6)를 포함한 가스기기(1)의 작동을 중지함으로써 오작동 및 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
가스기기(1)의 경우 가스기기(1) 제품의 조립 후에 모든 제품과 부품에 대해 확인, 검사 및 셋팅한 후 제품을 출고하게 된다. 그리고 제품 검사 시에 해당 가스기기(1)의 사양에 맞는 가스를 사용하여 연소 후 모든 검사 및 셋팅 작업 후에 이상이 없는 것을 확인한 후 제품 검사가 완료되고 출고된다. 상기와 같이 제품 검사 시에 계산되어 저장된 제2 열량 오차비율은 소비량 오차, 온도센서 오차, 유량오차 등이 이미 어느 정도 고려되어 있으므로 상기한 제1 실시예의 오차 열량과 같이 제품 및 부품 오차에 대해 모두 고려할 필요가 없다. 따라서 제2 실시예는 제1 실시예에 비해 가스 연결 이상 상태의 판단의 정확도를 높일 수 있다.
한편 본 발명의 다른 측면에 따른 물 가열기(1)는 가스를 연료로서 공급받는 버너(6)를 포함하는 발열부와, 발열부를 제어하게 마련되고 버너(6)에 공급되는 가스의 이상 사용 여부를 판단하게 마련되는 제어부를 포함한다.
제어부는, 소정 상태에서 소정 상태를 조성하기 위해 버너(6)에서 출력해야 하는 열량값인 필요 열량을 획득하게 마련되고, 소정 상태에서 발열부의 제어를 위해 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값인 지시 열량을 획득하게 마련되고, 필요 열량과 지시 열량을 기초로 가스의 이상 사용 여부를 판단하게 마련된다.
본 발명은 버너(6)에서 기원하는 열에 의해 직수를 가열하여 온수를 생성하는 열교환기(2)와, 열교환기(2)에서 열교환되기 위한 직수가 공급되는 직수관(P1)과, 열교환기(2)에서 열교환에 의해 생성된 온수가 배출되는 온수관(P2)을 더 포함할 수 있다.
그리고 소정 상태는 온수관(P2)을 통해 배출되는 온수의 온도인 온수온도가 설정된 목표온도에 도달하여 소정 시간 지속된 상태일 수 있다.
또한 제어부는, 소정 상태에서 감지된 직수의 유량과 직수의 온도인 직수온도를 수신하게 마련되고, 온수온도와 수신된 직수의 유량 및 직수온도를 기초로 필요 열량을 산출하게 마련될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 가스를 연료로서 사용하는 가스기기에서 제품의 사양에 맞지 않는 가스를 사용할 경우 가스 사용의 이상상태를 판단함으로써 제품의 오작동 및 안전 사고 발생을 사전에 예방할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.
1,10 : 가스기기, 물 가열기
2: 열교환기
3: 유량센서
4: 직수온도센서
5: 온수온도센서
P1, L6: 직수관
P2, L7: 온수관
12: 주열교환기
13: 온수열교환기
14: 삼방밸브
15: 펌프
16a: 난방환수 온도센서
16b: 난방공급 온도센서
17 유량센서
18 직수온도센서
19 온수온도센서
L1, L2: 난방수환수관
L3, L4: 난방수공급관
L5: 연결관

Claims (13)

  1. 가스를 연료로서 공급받는 버너를 포함하는 발열부를 구비하는 가스기기의 이상상태를 감지하는 가스기기의 이상상태 감지방법에 있어서,
    소정 상태에서 상기 소정 상태를 조성하기 위해 상기 버너에서 출력해야 하는 열량값인 필요 열량을 획득하는 제1 단계;
    상기 소정 상태에서 상기 발열부의 제어를 위해 상기 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값인 지시 열량을 획득하는 제2 단계; 및
    상기 필요 열량과 상기 지시 열량을 기초로, 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하는 제3 단계를 포함하고,
    상기 제3 단계는,
    상기 지시 열량에 대한 상기 필요 열량의 비율인 제1 열량 오차비율을 산출하는 제1 열량 오차비율 산출단계;
    기설정된 기준에 기초하여 제1 기준 오차비율을 산출하는 제1 기준 오차비율 산출단계; 및
    상기 제1 열량 오차비율과 상기 제1 기준 오차비율을 대비하여 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하는 제1 판단단계를 포함하는 가스기기의 이상상태 감지방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스기기는, 상기 버너에서 기원하는 열에 의해 직수를 가열하여 온수를 생성하는 열교환기와, 상기 열교환기에서 열교환되기 위한 직수가 공급되는 직수관 및, 상기 열교환기에서 열교환에 의해 생성된 온수가 배출되는 온수관을 포함하고,
    상기 제1 단계는,
    상기 온수관을 통해 배출되는 온수의 온도인 온수온도가 설정된 목표온도에 도달하여 소정 시간 지속된 상태인 상기 소정 상태에서, 상기 직수관으로 공급되는 상기 직수의 유량과, 상기 직수의 온도인 직수온도를 감지하는 단계; 및,
    상기 소정 상태에서의 상기 온수온도, 상기 직수의 유량 및 상기 직수온도를 기초로 상기 필요 열량을 산출하는 단계를 포함하는, 가스기기의 이상상태 감지방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 필요 열량은 아래의 수학식 1에 의해 연산되는 가스기기의 이상상태 감지방법.
    [수학식 1]
    필요 열량 = (온수온도 - 직수온도) * 직수의 유량 * 60
    (상기 수학식 1에서 온수온도와 직수온도와 직수의 유량은 상기 소정 상태에서 소정 시간 동안 측정된 값들의 평균값임)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 단계는,
    상기 가스기기가 설치되는 지역의 가스 정보를 입력받는 정보 입력 단계; 및
    상기 필요 열량과 상기 지시 열량에 더해, 상기 가스기기에 설정된 가스 정보와 비교하기 위해 상기 정보 입력 단계에서 입력된 가스 정보에 더 기초하여 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는, 가스기기의 이상상태 감지방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기준 오차비율은, 상기 가스기기의 특성에 따른 오차를 고려하여 산출하는 가스기기의 이상상태 감지방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기준 오차비율 산출단계는,
    상기 직수의 유량을 측정하는 유량센서의 측정값의 편차를 고려한 유량 오차와, 상기 직수온도와 상기 온수온도를 측정하는 온도센서의 측정값의 편차를 고려한 온도센서 오차와, 상기 온수관을 통해 배출되는 유량의 편차를 고려한 소비량 오차를 반영하여 오차 열량을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 기준 오차비율은 상기 필요 열량에 대한 상기 오차 열량의 비율을 연산하여 산출하는 가스기기의 이상상태 감지방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오차 열량은 아래의 수학식 2에 의해 연산되는 가스기기의 이상상태 감지방법.
    [수학식 2]
    오차 열량 = (온수온도 - 직수온도 + 온도센서 오차) * (직수의 유량 * 유량오차) * 60 * 소비량 오차
    (상기 수학식 2에서 온수온도와 직수온도와 직수의 유량은 상기 소정 상태에서 소정 시간 동안 측정된 값들의 평균값임)
  8. 가스를 연료로서 공급받는 버너를 포함하는 발열부를 구비하는 가스기기의 이상상태를 감지하는 가스기기의 이상상태 감지방법에 있어서,
    소정 상태에서 상기 소정 상태를 조성하기 위해 상기 버너에서 출력해야 하는 열량값인 필요 열량을 획득하는 제1 단계;
    상기 소정 상태에서 상기 발열부의 제어를 위해 상기 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값인 지시 열량을 획득하는 제2 단계; 및
    상기 필요 열량과 상기 지시 열량을 기초로, 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하는 제3 단계를 포함하고,
    상기 제3 단계는,
    상기 지시 열량에 대한 상기 필요 열량의 비율인 제1 열량 오차비율을 산출하는 제1 열량 오차비율 산출단계;
    미리 저장된 제2 열량 오차비율과 기설정된 기준에 기초하여 제2 기준 오차비율을 산출하는 제2 기준 오차비율 산출단계; 및
    상기 제1 열량 오차비율과 상기 제2 기준 오차비율을 대비하여 상기 가스의 이상 사용 유무를 판단하는 제2 판단단계를 포함하는 가스기기의 이상상태 감지방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 열량 오차비율은 상기 제1 열량 오차비율을 산출하기 전에, 상기 가스기기를 가동하여 획득한 후 저장되는 가스기기의 이상상태 감지방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 기준 오차비율은 상기 제2 열량 오차비율에 상기 가스기기의 설치 상의 오차를 반영하여 산출되는, 가스기기의 이상상태 감지방법.
  11. 가스를 연료로서 공급받는 버너를 포함하는 발열부와,
    상기 발열부를 제어하게 마련되고 상기 버너에 공급되는 가스의 이상 사용 여부를 판단하게 마련되는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    소정 상태에서 상기 소정 상태를 조성하기 위해 상기 버너에서 출력해야 하는 열량값인 필요 열량을 획득하게 마련되고, 상기 소정 상태에서 상기 발열부의 제어를 위해 상기 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값인 지시 열량을 획득하게 마련되고, 상기 필요 열량과 상기 지시 열량을 기초로 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하게 마련되고,
    상기 지시 열량에 대한 상기 필요 열량의 비율인 제1 열량 오차비율을 산출하고,
    기설정된 기준에 기초하여 제1 기준 오차비율을 산출하고,
    상기 제1 열량 오차비율과 상기 제1 기준 오차비율을 대비하여 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하는, 물 가열기.
  12. 가스를 연료로서 공급받는 버너를 포함하는 발열부와,
    상기 발열부를 제어하게 마련되고 상기 버너에 공급되는 가스의 이상 사용 여부를 판단하게 마련되는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    소정 상태에서 상기 소정 상태를 조성하기 위해 상기 버너에서 출력해야 하는 열량값인 필요 열량을 획득하게 마련되고, 상기 소정 상태에서 상기 발열부의 제어를 위해 상기 발열부에 전송되는 제어값에 상응하는 열량값인 지시 열량을 획득하게 마련되고, 상기 필요 열량과 상기 지시 열량을 기초로 상기 가스의 이상 사용 여부를 판단하게 마련되고,
    상기 지시 열량에 대한 상기 필요 열량의 비율인 제1 열량 오차비율을 산출하고,
    미리 저장된 제2 열량 오차비율과 기설정된 기준에 기초하여 제2 기준 오차비율을 산출하고,
    상기 제1 열량 오차비율과 상기 제2 기준 오차비율을 대비하여 상기 가스의 이상 사용 유무를 판단하는, 물 가열기.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 버너에서 기원하는 열에 의해 직수를 가열하여 온수를 생성하는 열교환기와,
    상기 열교환기에서 열교환되기 위한 직수가 공급되는 직수관과,
    상기 열교환기에서 열교환에 의해 생성된 온수가 배출되는 온수관을 더 포함하고,
    상기 소정 상태는 상기 온수관을 통해 배출되는 온수의 온도인 온수온도가 설정된 목표온도에 도달하여 소정 시간 지속된 상태이고,
    상기 제어부는, 상기 소정 상태에서 감지된 상기 직수의 유량과 상기 직수의 온도인 직수온도를 수신하게 마련되고, 상기 온수온도와 수신된 상기 직수의 유량 및 상기 직수온도를 기초로 상기 필요 열량을 산출하게 마련되는, 물 가열기.
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