KR19980054854A - 열교환기보호를 위한 보일러운전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스보일러의 열교환기를 보호하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 사용자에 의하여 설정된 난방온도가 낮은온도인 경우에 발생되는 열교환기표면에서의 응축수에 의하여 열교환기가 손상되는 것을 방지하기 위한 열교환기보호를 위한 보일러운전방법에 관한 것이다.
본 발명의 열교환기보호를 위한 보일러운전방법은, 주제어부(33)에서 온도감지센서(29,31)로부터 각각 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR)를 측정하는 제1단계; 측정된 난방공급수(TS)와 난방환수온도(TR)를 사용하여 응축수발생여부를 판단하여 응축수발생조건이 아니면 현재 순환펌프의 속도를 유지하며 응축수발생조건이면 순환펌프의 속도를 최저속도에 도달할 때 까지 1단씩 감소시키는 제2단계; 상기 제2단계에서 응축수발생이 지속되어 최저속도에 도달하면 다시 온도감지센서(29,31)로부터 각각 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR)를 측정하여 과열상태를 판단하는 제3단계; 및 과열상태가 아니면 응축수발생조건에 따라서 제어되며 과열상태이면 보일러작동을 중지시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기보호를 위한 보일러운전방법
본 발명은 가스보일러의 열교환기를 보호하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 사용자에 의하여 설정된 난방온도가 낮은 경우에 발생되는 응축수에 의하여 열교환기가 손상되는 것을 방지하기 위한 열교환기보호를 위한 보일러운전방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 사용되는 가스보일러의 개략적인 구성도이다.
가스보일러가 작동되면 (실제 보일러의 제어프로그램이 저장된 주제어부를 포함)하는 제어판(3)에서는 사용자에 의한 난방온도, 또는 온수온도와 같은 설정데이타에 기초하여 가스밸브(1)를 적정수준으로 열어서 가스를 공급하며, 동시에 배기팬(15)의 회전수를 소정회전수로 유지하도록 제어신호를 출력한다. 가스밸브(1)를 통하여 공급된 가스는 버너(5)에서 연소된 후에 상승하여 열교환기(11)를 가열한다. 열교환기(11) 내부에는 난방수가 충만된 상태로서, 외부의 열에 의하여 가열된 후에 소정온도에 도달하면 난방을 위하여 난방공급관(21)으로 순환하게 된다. 이 때 난방수의 순환을 위하여 순환펌프(17)가 고속으로 항상 작동된다. 순환하는 고온의 난방수는 실내를 통과하면서 열을 발산한 후에 다시 난방환수관(23)을 통하여 물탱크(25)로 유입된다. 유입된 난방수는 다시 삼방변(19)의 유로선택에 의하여 열교환기(11)로 유입되어서 가열되는 과정을 되풀이한다. 연소된 후에 생성된 배기가스는 열교환기(11) 상부의 배기연도(13)를 통하여 외부로 배출된다.
한편 온수사용시에는 직수공급관(27)을 통하여 저온의 냉수가 유입된다. 직수공급관(27)은 열교환기(11) 내부를 통과하도록 구성되어 있으므로 저온의 직수가 순환하면서 승온되어 최종적으로 고온의 온수로 출탕된다. 상기의 설명에서 난방과 온수모드에서는 난방수의 이동은 삼방변(19)에 의하여 제어된다. 또한 난방수의 온도는 온도감지센서(29,31)에 의하여 각각 측정되며, 주제어부(미도시됨)에서는 상기 온도데이타를 참고하여 버너(5)에서 연소행정을 조정한다.
상기와 같은 보일러에서 가스보일러의 사용중에 배기연도를 통하여 외부로 배출되는 폐가스의 온도가 낮아지면 공기중에 포함된 수증기와 폐가스가 결합되어서 응축수가 발생된다. 이러한 응축수는 강한 산성을 가지고 있으므로 가스보일러의 내부에 설치된 열교환기와 같은 금속재로 만들어진 부품을 부식시키게 된다. 따라서 장시간 사용하면 부식에 의하여 열교환기가 파손되는 위험성이 점차 증가하게 된다.
열교환기를 응축수로부터 보호하기 위하여 폐가스의 온도를 일정온도이상으로 유지해야 하는 것은 잘 알려져 있다. 폐가스의 온도는 노점온도+α를 유지하여 최소한 80℃(난방시)이상으로 유지해야 하는 것으로 알려져 있다. 그런데 노점온도보다 훨씬 높은 온도인 80℃이상으로 폐가스온도를 유지하는데도 열교환기 표면에 응축수가 발생하는 것이 발견된다. 이는 난방수의 온도에 기인하는 것으로서 저온의 난방튜브 및 핀에 접촉한 폐가스가 표면에 응축되어서 발생된다. 응축수는 상기와 같이 열교환기를 파손시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 사용자에 의하여 설정된 난방온도가 낮은 경우에 발생되는 응축수에 의하여 열교환기가 손상되는 것을 방지하기 위한 열교환기보호를 위한 보일러운전방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기보호를 위한 보일러운전방법은, 주제어부에서 온도감지센서로부터 각각 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR)를 측정하는 제1단계; 측정된 난방공급수(TS)와 난방환수온도(TR)를 사용하여 응축수발생여부를 판단하여 응축수발생조건이 아니면 현재 순환펌프의 속도를 유지하며 응축수발생조건이면 순환펌프의 속도를 최저속도에 도달할 때 까지 1단씩 감소시키는 제2단계; 상기 제2단계에서 응축수발생이 지속되어 최저속도에 도달하면 다시 온도감지센서로부터 각각 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR)를 측정하여 과열상태를 판단하는 제3단계; 및 과열상태가 아니면 응축수발생조건에 따라서 제어되며 과열상태이면 보일러작동을 중지시키는 제4단계를 포함한다.
도 1은 종래 사용되는 가스보일러의 개략적인 구성도,
도 2는 도 1의 가스보일러의 부분 블록회로도,
도 3은 본 발명의 열교환기보호를 위한 보일러운전방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 가스밸브, 3 : 제어판,
5 : 버너, 7 : 점화플러그,
9 : 불꽃감지기, 11: 열교환기,
13: 배기연도, 15: 배기팬,
17: 순환펌프, 19: 삼방변,
21: 난방공급관, 23: 난방환수관,
25: 물탱크, 27: 직수공급관,
29,31: 온도감지센서, 33: 주제어부,
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 열교환기보호를 위한 보일러운전방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명의 방법의 원리를 설명한다. 보일러의 효율을 η, 연소되는 가스로부터 공급되는 열량을 Q'라고 할 때 열교환기가 흡수하는 열량 Q는 다음과 같다
[수학식 1]
Q =ηQ'
또한 열량 Q는 다음과 같다.
[수학식 2]
Q =CmΔt = mC(TS-TR)
만일 소비자가 룸콘에 낮은 온도를 설정하고 상기 보일러가 비례제어방식의 보일러라면 보일러는 낮은 열량으로 연소기능을 수행하게 된다. 상기 m은 순환유량을 나타낸다. 제어온도인 난방환수온도(TR)는 서서히 상승할 것이므로 [수학식 1]에 의하여 다음과 같이 된다.
[수학식 2]
Δt = (TS-TR) = Q/mC
따라서 보일러의 난방튜브의 평균온도는 다음과 같다.
[수학식 2]
(TR+TS)/2 = TR+ (Q/2mC)
따라서 난방튜브의 평균온도를 일정온도로 상승시켜 응축현상을 방지하려면 상기 [수학식 4]로부터 제어온도인 난방환수온도(TR)을 상승시키거나 열교환기의 흡수열량 Q를 높이거나 또는 열교환기를 통과하는 난방순환유량 m을 감소시켜야 한다. 본 발명은 특히 난방환수온도를 사용하여 보일러를 제어하는 방법에 특히 유용하게 적용될 수 있다.
제어온도는 소비자가 룸콘으로 조작하는 파라미터이며 열량 Q도 이에 따라서 변경되는 파라미터이므로 제어가능한 것을 난방수량 m뿐이다. 본 발명은 난방수량 m을 제어하기 위하여 회전수변경이 가능한 순환펌프를 사용하여 목적을 달성한다. 상기 회전수변경가능한 순환펌프는 리모트콘트롤이 가능한 것으로서, 예를 들면 GRUNDFOS사의 UPR 15-62 모델을 사용하여 구성할 수 있다. 상기와 같이 난방순환유량 m을 감소하도록 조정함으로서 열교환기의 난방튜브 및 핀의 표면온도를 상승시켜 응축수의 발생을 억제할 수 있는 것이다.
상기와 같은 원리를 적용하여 구현되는 본 발명의 방법은 다음과 같은 단계 : 주제어부(33)에서 온도감지센서(29,31)로부터 각각 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR)를 측정하는 제1단계; 측정된 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR) 값을 사용하여 응축수발생여부를 판단하여 응축수발생조건이 아니면 현재 순환펌프의 속도를 유지하며 응축수발생조건이면 순환펌프의 속도를 최저속도에 도달할 때 까지 1단씩 감소시키는 제2단계; 상기 제2단계에서 응축수발생이 지속되어 최저속도에 도달하면 다시 온도감지센서(29,31)로부터 각각 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR)를 측정하여 과열상태를 판단하는 제3단계; 및 과열상태가 아니면 응축수발생조건에 따라서 제어되며 과열상태이면 보일러작동을 중지시키는 제4단계로 구성된다.
이하 첨부된 도 3의 플로우차트를 이용하여 본 발명의 열교환기보호를 위한 보일러운전방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
소비자가 난방환수온도(TR)(난방환수온도를 사용하여 보일러를 제어하는 경우)를 낮은 온도로 설정하면 열교환기(11)로부터 흡수되는 열량 Q가 감소하고 최초에 순환펌프(17)가 고속회전하고 있으면 난방공급수온도(TS)의 온도는 낮은 값이 된다. 또한 Δt(=난방공급수온도-난방환수온도)의 값이 작아져서 난방환수온도(TR)는 난방공급수온도(TS)에 근접한다. 이것은 전술한 바와 같이 응축수발생의 호조건이 된다.
이 때 난방공급수온도(TS)가 일정온도(예를 들어서 80℃) 이하이고 Δt의 값이 일정온도(예를 들어서 40℃)이하이면 주제어부(33)에서는 순환펌프(17)의 속도를 고속에서 중속으로 저하시킨다. 이것은 결국 순환유량 m을 감소시키는 효과를 가져온다. 순환유량 m이 감소하면 난방공급수온도(TS)가 상승하여 열교환기(11)의 평균온도는 상승한다.
일정시간이 경과한 후에도 난방공급수온도(TS)가 일정온도(예를 들어서 80℃; 이 온도는 열교환기의 비등이 없는 영역에서 설계자가 결정하는 값) 이하이고 Δt의 값이 일정온도(예를 들어서 40℃)이하이면 주제어부(33)에서는 순환펌프(17)의 속도를 중속에서 저속으로 더욱 저하시킨다. 따라서 순환유량 m은 더욱 감소되는 결과가 된다.
상기와 같이 순환펌프(17)의 속도를 저하시키면서 주제어부(33)에서는 계속하여 난방공급수온도(TS)를 측정하며 일정온도(즉 열교환기의 과열방지온도인 80℃)를 초과하거나 또는 Δt가 일정온도를 초과하면 열교환기(11)의 과열을 방지하기 위하여 즉시 순환펌프(17)의 속도를 증가시킨다. 따라서 순환유량 m이 증가하며 이에 따라서 흡수되는 열량 Q이 증가되며 과열이 방지된다.
순환펌프(17)의 속도를 증가시킨 후에도 과열방지온도를 초과하면 주제어부(33)에서는 보일러의 가동을 중지시키고 초기상태, 즉 순환펌프(17)를 고속회전시키는 상태로부터 다시 수행한다. 그러나 Δt가 15~40℃의 범위에 있는 경우에는 현상태를 유지하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 열교환기가 응축수에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있으므로 열교환기의 내구성이 증대되는 효과가 있는 것이다. 또한 응축수가 버너표면으로 떨어져서 버너가 손상되는 것과 불완전연소를 방지할 수 있는 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 (5)

  1. 주제어부(33)에서 온도감지센서(29,31)로부터 각각 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR)를 측정하는 제1단계;
    측정된 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR) 값을 이용하여 응축수발생여부를 판단하고 응축수발생조건이 아니면 현재 순환펌프의 속도를 유지하며 응축수발생조건이면 순환펌프의 속도를 최저속도에 도달할 때 까지 1단씩 감소시키는 제2단계;
    상기 제2단계에서 응축수발생이 지속되어 최저속도에 도달하면 다시 온도감지센서(29,31)로부터 각각 난방공급수온도(TS)와 난방환수온도(TR)를 측정하여 과열상태를 판단하는 제3단계; 및
    과열상태가 아니면 응축수발생조건에 따라서 보일러를 제어하며 과열상태이면 보일러작동을 중지시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기보호를 위한 보일러운전방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서의 응축수발생조건이 난방공급수온도(TS)가 80℃ 이하이고 동시에 난방공급수온도와 난방환수온도의 차이(Δt)의 값이 40℃ 이하인 것을 특징으로 하는 열교환기보호를 위한 보일러운전방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서의 속도감소가 최고속도, 중속 및 저속의 3단으로 설정된 것을 특징으로 하는 열교환기보호를 위한 보일러운전방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제4단계에서 보일러의 동작이 중지된 후에 주제어부(33)에서 다시 순환펌프(17)를 최고속도로 설정하여 보일러를 재동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기보호를 위한 보일러운전방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제4단계에서의 과열상태가 난방공급수온도(TS)가 88℃를 초과하는 경우인 것을 특징으로 하는 열교환기보호를 위한 보일러운전방법.
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