KR19980017336A - 가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비례제어방식의 가스보일러에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 저출력영역에서 가스보일러가 작동하는 도중에 역풍이 유입되어 발생되는 이상소화상태를 방지함으로써 가스보일러를 안정적으로 제어하여 최적의 연소환경을 제공할 수 있는 가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법에 관한 것이다.

본 발명의 가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법은, 불꽃감지기(14)를 통하여 입력되는 염전압을 감지하는 제1단계; 감지된 염전압이 소화전압치 이상이면 소화행정을 수행하고, 소화전압치와 제어전압치 사이에 존재하면 타이머를 사용하여 전압유지시간(T)과 온도감지센서(11)를 사용하여 온도변화를 측정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 측정된 전압유지시간(T)이 1초이상이고, 온도가 5℃이상 하강하면 가스압을 일정하게 유지하고 배기팬(7)의 회전수를 조정하여 염전압이 제어전압치를 유지하도록 제어하는 제3단계; 및 온도감지센서(11)로부터 난방수의 온도를 측정하고 온도가 상승한 상태로 일정시간 지속되면 정상연소로 복귀하는 제4단계로 구성된다.

Description

가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법

본 발명은 비례제어방식의 가스보일러에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 저출력영역에서 보일러가 작동하는 도중에 역풍이 유입되어 발생되는 이상소화상태를 방지함으로서 보일러를 안정적으로 제어하여 최적의 연소환경을 제공할 수 있는 저출력영역에서의 가스보일러 역풍대응방법에 관한 것이다.

가스보일러는 청정연료인 가스를 사용함으로써 공해발생요인이 감소하고 사용상의 편리함 때문에 점차 사용이 증가하고 있다. 도 1은 종래 사용되는 가스보일러의 개략적인 구성도로서, 배기팬의 회전수와 가스공급량을 조절하여 버너(4)에 공급하는 비례제어방식의 보일러를 나타낸다.

가스보일러가 작동되면 주제어부(미도시됨)에서는 사용자에 의한 난방온도, 또는 온수온도와 같은 설정데이타에 기초하여 가스밸브(1)를 적정수준으로 열어서 가스를 공급하며, 동시에 배기팬(7)의 회전수를 소정회전수로 유지하도록 제어신호를 출력한다. 가스밸브(1)를 통하여 공급된 가스는 버너(4)에서 연소된 후에 상승하여 열교환기(5)를 가열한다. 열교환기(5) 내부에는 난방수가 충만된 상태에서 외부의 열에 의하여 가열된 후에 소정온도에 도달하면 난방을 위하여 난방공급관(8)으로 순환하게 된다. 순환하는 고온의 난방수는 실내를 통과하면서 열을 발산한 후에 다시 난방환수관(9)을 통하여 물탱크(10)로 유입된다. 유입된 난방수는 다시 열교환기(5)로 유입되어서 가열되는 과정을 되풀이한다.

열교환기(5)를 통과한 고온의 배기가스는 배기후드(6)를 통과한 후에 배기팬(7)에 의하여 강제적으로 외부로 배출된다. 통상적으로 배기가스를 배출하기 위하여서는 외부로 연장된 배기관이 연결된다. 그러나 동절기와 같이 외부에서 바람이 심하는 부는 경우에는 배기관을 통하여 바람이 보일러 내부로 역류하는 현상이 발생된다. 통상 역풍이라고 불리는 이러한 바람의 역류현상은 버너(4)에 공급되는 공기의 이동을 차단함으로써 불완전연소를 발생시키기 때문에, 버너(4)에서 충분한 열량이 발생되지 않으므로 난방수의 온도가 급격히 저하하는 문제가 발생된다. 또한, 온수사용중인 경우에는 온수온도가 급격히 하강하기 때문에 온수사용이 불가능해진다. 더욱이, 장시간 역풍이 지속되면 불완전연소에 의한 배기가스가 배출되지 못하고 실내로 유입되어서 야간에 취침중인 인체에 치명적인 손상을 끼치는 문제점이 있었다.

종래에는 이러한 문제점을 방지하기 위하여 배기후드(6)의 단부에 역풍의 유입을 감지하기 위한 풍압스위치(15) 등을 설치하고 역풍이 유입되면 이것을 감지하여 보일러를 소화시키는 방법을 사용하거나, 또는 배기팬(7)의 회전수영역을 측정하여 제어하는 방법을 사용하였다. 그러나 후자의 방법은, 저출력영역에서는 역풍의 영향에 둔감하여 오동작을 하는 경우가 많이 발생되었다. 즉, 배기팬의 기준회전수+α를 정상적인 동작상태로 판단하는데 최소회전수로 작동되는 저출력영역에서는 최소회전수가 1000rpm 정도이고 역풍에 의하여 소화가 될 정도로 역풍이 유입되어도 회전수변화가 정상적인 동작상태로 인정될 수 있는 범위에 존재하므로 저출력영역에서의 역풍감지에 문제점이 있었다.

이것을 방지하기 위하여 버너(4)에서의 점화상태를 감지하고 이에 따른 염전압을 감지하여 연소상태를 제어하는 방법이 사용되고 있으나 이것도 기준전압치를 중심으로 온/오프의 두 상태만을 감지하므로 저출력영역에서의 역풍에 효율적으로 대처하지 못하는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 비례제어방식의 가스보일러에서 저출력영역에서 동작하는 동안에 역풍의 유입에 의하여 발생되는 보일러의 오동작을 방지하여 최적의 연소환경을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법은, 불꽃감지기를 통하여 입력되는 염전압을 감지하는 제1단계; 감지된 염전압이 소화전압치 이상이면 소화행정을 수행하고, 소화전압치와 제어전압치 사이에 존재하면 타이머를 사용하여 전압유지시간(T)과 온도감지센서를 사용하여 온도변화를 측정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 측정된 전압유지시간(T)이 1초이상이고, 온도가 5℃이상 하강하면 가스압을 일정하게 유지하고 배기팬의 회전수를 조정하여 염전압이 제어전압치를 유지하도록 제어하는 제3단계; 및 온도감지센서로부터 난방수의 온도를 측정하고 온도가 상승한 상태로 일정시간 지속되면 정상연소로 복귀하는 제4단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 사용되는 가스보일러의 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명의 방법이 수행되는 가스보일러의 블록회로도,

도 3은 본 발명의 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 가스밸브, 2 : 유량감지밸브, 3 : 제어판, 4 : 버너, 5 : 열교환기, 6 : 배기후드, 7 : 배기팬, 7-1 : 배기팬구동부, 7-2 : 회전수감지부, 8 : 난방공급관, 9 : 난방환수관, 10: 물탱크, 11: 온도감지센서, 12: 직수공급관, 13: 점화플러그, 14: 불꽃감지기, 15: 풍압스위치, 16: 주제어부.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법은, 비례제어가스보일러에 적용되는 것으로서, 역풍유입시 보일러의 소화기준이 되는 염전압에 기초한 제어전압의 상부영역을 두 개의 전압영역으로 구분하여, 상기 구분된 염전압변화에 따른 배기팬회전수를 변경함으로써 최적의 연소환경을 제공할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법은, 불꽃감지기(14)를 통하여 입력되는 염전압을 감지하는 제1단계; 감지된 염전압이 소화전압치 이상이면 소화행정을 수행하고, 소화전압치와 제어전압치 사이에 존재하면 타이머를 사용하여 전압유지시간(T)과 온도감지센서(11)를 사용하여 온도변화를 측정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 측정된 전압유지시간(T)이 1초이상이고, 온도가 5℃이상 하강하면 가스압을 일정하게 유지하고 배기팬(7)의 회전수를 조정하여 염전압이 제어전압치를 유지하도록 제어하는 제3단계; 및 온도감지센서(11)로부터 난방수의 온도를 측정하고 온도가 상승한 상태로 일정시간 지속되면 정상연소로 복귀하는 제4단계로 구성된다.

먼저 도 2를 참고하여 본 발명의 방법이 적용되는 종래의 가스보일러의 개략적인 블록회로를 설명한다. 도시된 바와 같이, 전제 행정을 제어하는 프로그램이 내장된 주제어부(16)에서는 사용자에 의한 동작명령이 입력되면 배기팬(7)을 최고회전수로 회전시켜 프리퍼지행정을 수행한다. 프리퍼지행정에 의하여 보일러의 내부에 잔존하던 잔류가스가 완전히 배출된 후에 가스밸브(1)를 열어서 소정량의 가스를 공급한다.

공급된 가스는 버너(4)에 공급되며 주제어부(16)에서는 점화플러그(13)에 전압을 인가하여 불꽃을 발생시킨다. 발생된 불꽃에 의하여 가스가 점화되며 버너(4)에서는 고온의 열이 발생된다. 발생된 열은 상승하면서 열교환기(5) 내부의 난방수를 가열하고, 온수사용시에는 직수공급관(도 1의 12)를 통하여 공급되는 냉수를 소정온도로 가열한다. 연소된 배기가스는 배기연도(6)를 통하여 강제로 배출된다.

이러한 상태에서 주제어부(16)에서는 역풍의 유입을 감지하기 위하여 염전압을 측정한다. 상기 염전압은 버너(4)에 설치된 불꽃감지기(14)로부터 입력되는 신호로서 불꽃의 세기에 따라서 발생되는 전압의 차이를 감지하는 것이다. 즉 불완전연소와 완전연소에 따른 불꽃의 화염정도에 따른 전압차이를 인식하여 전기적인 신호를 주제어부(16)에 입력한다.

주제어부(16)에서는 입력되는 신호에 따라서 역풍의 유입을 감지하며 소정전압값이상이 되면 역풍으로 판단하고 소화행정을 수행한다. 상기 소정전압값은 설계시에 변경이 가능한 것으로서, 통상적으로 4V이상이면 역풍발생으로, 4V이하면 정상적인 연소상태로 판단했었다.

본 발명에서는 상기 역풍발생기준전압영역을 두 개의 부분으로 구분한다. 즉 3V에서 4V 사이의 영역은 역풍의 발생이 미약한 상태로 인식하고, 4V이상이면 역풍발생상태로 인식한다. 측정된 염전압값이 4V이상이면 주제어부(16)에서는 가스밸브(1)를 차단하고, 배기팬(7)을 고속으로 회전시켜서 가스를 배출하고 정지시키는 소화행정을 수행한다.

만일 측정된 전압값이 3V 내지 4V가 되면 주제어부(16)에서는 전압유지시간(T)은 타이머를 이용하여, 난방수의 온도변화는 온도감지센서(11)를 사용하여 측정한다. 상기 전압유지시간(T)은 전압값이 3V 내지 4V 범위에 존재하는 시간이다. 또한 난방수의 온도변화는 역풍이 유입되면 충분한 발열량이 공급되지 못하므로 난방수의 온도가 저하되는 현상이 발생되므로, 전압유지시간(T)과 온도하강을 동시에 측정하여 역풍의 유입을 판단하기 위한 것이다.

측정된 전압값이 3∼4V의 범위에 존재하는 상태에서, 전압유지시간(T)이 소정시간, 예를 들면 1초이상 지속되고, 난방수의 온도가 소정온도, 예를 들면 5℃이상 하강한 것으로 판명되면 주제어부(16)에서는 역풍의 유입으로 판단한다. 그러나 이 상태에서는 역풍이 버너(4)에서의 소화에 영향을 약간 주는 정도로 인식한다. 따라서 소화행정을 수행하는 대신에, 배기팬(7)의 회전수를 증가시켜 제어전압치(3V)에 도달할 수 있도록 제어하는 것이다. 즉 버너(4)에 공기의 공급량을 증가시켜서 역풍에 의하여 발생되는 영향을 상쇄시키는 것이다. 이 때에 가스공급량은 증가시키거나 감소시킴이 없이 일정량을 유지한다.

배기팬(7)의 회전수는 배기팬구동부(7-1)에 인가되는 제어전압값(또는 전류값)을 변경시켜 조정할 수 있다. 상기 배기팬(7)의 회전수증가분은 설계시에 임의로 설정할 수 있으며, 이것은 사용되는 주제어부(16)의 사양에 따라서 변경됨을 알 수 있다. 주제어부(16)는 배기팬(7)의 회전수를 상승시키면서 지속적으로 염전압을 측정하여 제어전압치인 3V를 유지하도록 한다.

따라서 3V 이하가 되면 배기팬(7)의 회전수를 감소시키도록 배기팬구동부(7-1)에 제어신호를 출력한다. 배기팬(7)의 회전수변화는 회전수감지부(7-2)로부터 측정한다. 상기 회전수감지부(7-2)는 홀센서를 사용하여 배기팬(7)의 회전수를 측정하는 장치로서, 종래 사용되고 있는 것이다.

또한 주제어부(16)에서는 온도감지센서(11)로부터 입력되는 온도를 지속적으로 측정한다. 이것은 역풍의 영향이 없는 경우에는 난방공급수의 온도가 일정한 온도를 유지하기 때문에 온도가 상승하며, 이 온도상승이 소정시간이상 지속되면 역풍의 영향이 없는 것으로 판단하기 때문이다. 상승한 온도가 정상적인 상태에서의 온도에 도달하게 되면 주제어부(16)에서는 배기팬(7)의 회전수를 정상회전수로 복귀하도록 제어신호를 출력하여 정상연소상태를 유지한다.

상기의 설명에서는 난방수의 온도를 사용하여 역풍을 감지하였지만, 온수사용시에 역풍이 유입되면 난방수온도저하와 동일하게 온수온도도 저하되므로 온수온도를 사용하여서도 동일하게 감지할 수 있는 것이다. 이것은 물론 온수가 공급되는 공급관의 일부에 온수온도를 측정할 수 있는 온도감지센서를 설치할 필요가 있다.

상기와 같이 본 발명의 방법에 의하면, 저발열량 부근에서 역풍에 대응하여 연소수행함으로서 소화에 의한 순간적인 온도저하를 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한 가스량의 증가없이 배기팬의 회전수를 제어하여 연소스펙을 확보함으로써 배기팬과 가스량을 연동시켜 불완전연소시보다 오염물질의 발생량이 현저하게 감소한다. 더욱이, 온수사용시에는 출탕되는 온수의 온도변화가 적으므로 온수사용에 불편함이 초래되지 않는 이점이 있는 것이다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (2)

1. 비례제어식 가스보일러에 있어서,

   불꽃감지기(14)를 통하여 입력되는 염전압을 주제어부(16)에서 감지하는 제1단계;

   감지된 염전압이 소화전압치 이상이면 소화행정을 수행하고, 소화전압치와 제어전압치 사이에 존재하면 타이머를 사용하여 전압유지시간(T)과 온도감지센서(11)를 사용하여 온도변화를 측정하는 제2단계;

   상기 제2단계에서 측정된 전압유지시간(T)이 소정시간이상이고, 온도가 소정온도이상 하강하면 가스압을 일정하게 유지하고 배기팬(7)의 회전수를 조정하여 염전압이 제어전압치를 유지하도록 제어하는 제3단계; 및

   온도감지센서(11)로부터 난방수의 온도를 측정하고 온도가 상승한 상태로 일정시간 지속되면 정상연소로 복귀하는 제4단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서의 소화전압치가 4V이상이며, 제어전압치가 3∼4V의 범위인 것을 특징으로 하는 가스보일러의 저출력영역에서의 역풍대응방법.