KR19990038871A - 난방환수온도에 의한 비례제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스보일러의 비레제어방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가스보일러의 난방모드에서 실내를 순환하면서 열기를 방출한 후에 가스보일러로 복귀되는 난방환수의 온도를 측정하고 사용자에 의하여 설정된 난방온수온도에 의하여 결정되는 난방환수온도범위에 따라서 버너에서의 연소상태를 제어하는 난방환수온도에 의한 비례제어방법에 관한 것이다.

본 발명의 난방환수온도에 의한 비례제어방법은, 전체 행정을 제어하기 위한 프로그램이 내장된 마이컴과, 상기 마이컴으로부터의 제어신호에 따라서 가스출력량을 제어하는 가스밸브와, 실내배관을 통과하면서 열기를 방출한 후에 보일러로 복귀하는 난방환수의 온도를 측정하기 위한 난방환수온도센서와, 사용자에 의한 명령을 입력시키기 위한 룸콘을 포함하는 가스보일러에 있어서, 가스보일러의 버너에서 연소가 개시되면 가스량을 최대값으로 공급하여 연소를 수행하면서 난방환수온도센서를 사용하여 마이컴에서 난방환수온도를 측정하는 제1단계; 측정된 난방환수온도가 (설정온도-α)에 도달하면 가스량을 최소값으로 공급하여 연소를 제1소정시간동안 수행하면서 난방환수온도를 재측정하는 제2단계; 측정된 난방환수온도에 따라서 가스공급량을 제어하도록 마이컴에서 가스밸브에 제어신호를 출력하여 버너에서의 연소를 유지하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 측정된 난방환수온도가 과열방지온도에 도달하면 보일러를 오프시키는 제4단계로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

난방환수온도에 의한 비례제어방법

본 발명은 가스보일러의 난방모드에서 실내를 순환하면서 열기를 방출한 후에 가스보일러로 복귀되는 난방환수의 온도를 측정하고 사용자에 의하여 설정된 난방온수온도에 의하여 결정되는 난방환수온도범위에 따라서 버너에서의 연소상태를 제어하는 난방환수온도에 의한 비례제어방법에 관한 것이다.

가스보일러는 사용상의 편리성과 환경오염물질배출이 적어서 공해를 유발하지 않기 때문에 점차 가정이나 산업상으로의 이용이 증대되고 있다. 가스보일러는 가스를 연소시킬 때 발생되는 연소열을 이용하여 실내의 난방에 사용하거나 또는 온수를 공급하는데 사용된다. 도 1 및 도 2는 종래 사용되는 가정용 가스보일러의 일실시예를 나타내는 개략도로서, 전자는 보일러의 구성도, 후자는 보일러의 전기배선도로서 이것을 참고하여 구성 및 작동상태를 간단히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가스보일러는 가스공급관(2)을 통하여 공급되는 가스량을 조절하기 위한 가스밸브(1)와, 상기 가스밸브(1)로부터 공급된 가스를 연소시키기 위한 것으로, 불꽃을 발생시키는 이그나이터(18)와 연소상태를 감지하기 위한 염전압측정기(17)가 설치된 버너(3)와, 상기 버너(3)에서 생성된 열을 이용하여 난방수 및 직수를 승온시키기 위한 열교환기(4)와, 상기 버너(3)에서 연소된 후에 생성된 배기가스를 배출하기 위한 배기연도(5)와, 직수공급관(10)을 통하여 유입되는 직수의 이동상태를 감지하는 플로우스위치(13)와, 상기 직수공급관(10)을 통하여 유입된 후에 온수열교환기(7)에서 승온된 온수를 토출하기 위한 온수토출관(11)과, 상기 온수열교환기(7)로부터 토출되는 난방수를 실내로 유도하는 난방수공급관(9)과, 상기 난방수공급관(9)을 통하여 토출된 난방수가 복귀하는 난방수환수관(14)과, 난방수의 이동방향을 제어하기 위한 양방향펌프(8)와, 부족되는 난방수를 보충하기 위하여 자동보충수밸브(15)를 통하여 직수가 공급되는 물탱크(6) 등을 포함하고 있다.

가스밸브(1)가 개방되면 가스가 가스공급관(2)을 따라서 버너(3)로 유입하며, 상기 버너(3)에서는 가스와 공기를 적정비로 혼합하여 연소하고, 연소가스는 상승하면서 열교환기(4)를 가열한 후에 배기연도(5)를 통하여 배출된다.

상기 열교환기(4)에서 가열된 난방수는 연결된 파이프를 따라서 물탱크(6) 또는 온수열교환기(7)로 이송되며, 실내난방을 위해서는 상기 난방수가 양방향펌프(8)의 회전 방향에 의하여 난방수공급관(9)을 통하여 유출되며, 온수사용을 위해서는 상기 온수열교환기(7)로 바로 유입된다. 즉, 온수 사용시에는 직수가 직수공급관(10)을 통하여 상기 온수열교환기(7)로 유입되며, 온수열교환기(7)에서는 직수를 온수로 가열하여 온수토출관(11)으로 유출하게 된다. 플로우스위치(13)는 직수의 유입을 감지하고 마이컴(도 2의 20)으로 유입신호를 입력시킨다. 마이컴(20)에서는 양방향펌프(8)를 온수 사용 방향으로 작동시킨다. 그러면 열교환기(4)의 난방수는 양방향펌프(8)의 구동에 의하여 물탱크(6)와 양방향펌프(8)를 경유하여 온수열교환기(7)로 유입되고, 이 온수열교환기(7)로부터 다시 열교환기(4)로 흐르게 된다. 여기서 난방수는 직수와 격리되어 흐르게 되는데, 직수는 난방수로부터 열을 받아서 온수가 되어 온수토출관(11)으로 유출된다. 한편 물탱크(6)의 물이 기화 등의 이유로 그 높이가 낮아지면 물을 보충하게 되는데, 이 때 마이컴(20)이 자동보충수밸브(15)를 작동시켜 물탱크(6)에 직수를 공급하게 된다. 상기 자동보충수밸브(15)는 온수열교환기(7)의 한 출구측에 설치되면서 직수공급관(10)과 연결되는 보충수공급관(16)상에 설치되어 있고, 상기 보충수공급관(16)은 물탱크(6)와 연결된다. 난방모드에서는 열교환기(4)로부터 토출된 난방수가 물탱크(6)-양방향펌프(8)-난방수공급관(9)을 통하여 이동한 후에, 실내를 통과하면서 열을 발산하고 난방수환수관(14)으로 복귀하여 다시 온수열교환기(7)-열교환기(4)의 순서로 이동한다. 도 2의 블록회로도의 작동상태는 상기에서 설명된 것과 같으므로 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 구성을 가진 종래 가스보일러에서는 초기에 버너(3)에서의 연소행정이 수행되면 사용자에 의한 설정온도에 도달하기 위하여 가스밸브(1)의 허용최대값으로 가스를 공급하기 때문에 신속하게 난방수의 온도가 상승하지만 지나치게 과열되는 문제점이 발생되었다. 즉, 도 3의 온도변화그라프를 참고하면, 초기에는 버너에서 최대화력으로 가열하므로 난방수온도가 신속하게 상승하지만 사용자에 의하여 설정된 설정온도를 초과하도록 가열된 후에 설정온도보다 +5℃ 높은 온도에서 보일러가 오프되고 다시 설정온도보다 5℃ 낮은 온도에서 보일러가 온되므로 난방수온도가 도시된 것과 같이 변화하여 온도제어에 어려움이 있었다. 종래에는 이러한 온도편차를 감소시키기 위하여 많은 노력을 경주하고 있으나 아직까지 만족할 만한 온도제어가 이루어지지 않고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가스보일러의 난방모드에서 실내를 순환하면서 열기를 방출한 후에 가스보일러로 복귀되는 난방환수의 온도를 측정하고 사용자에 의하여 설정된 난방온수온도에 의하여 결정되는 난방환수온도범위에 따라서 버너에서의 연소상태를 제어하는 난방환수온도에 의한 비례제어방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 난방환수온도에 의한 비례제어방법은, 전체 행정을 제어하기 위한 프로그램이 내장된 마이컴과, 상기 마이컴으로부터의 제어신호에 따라서 가스출력량을 제어하는 가스밸브와, 실내배관을 통과하면서 열기를 방출한 후에 보일러로 복귀하는 난방환수의 온도를 측정하기 위한 난방환수온도센서와, 사용자에 의한 명령을 입력시키기 위한 룸콘을 포함하는 가스보일러에 있어서, 가스보일러의 버너에서 연소가 개시되면 가스량을 최대값으로 공급하여 연소를 수행하면서 난방환수온도센서를 사용하여 마이컴에서 난방환수온도(T)를 측정하는 제1단계; 측정된 난방환수온도(T)가 (설정온도-α)에 도달하면 가스량을 최소값으로 공급하여 연소를 제1소정시간(t1)동안 수행하면서 난방환수온도(T)를 재측정하는 제2단계; 측정된 난방환수온도(T)에 따라서 가스공급량을 제어하도록 마이컴에서 가스밸브에 제어신호를 출력하여 버너에서의 연소를 유지하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 측정된 난방환수온도(T)가 과열방지온도에 도달하면 보일러를 오프시키는 제4단계로 구성됨을 특징으로 한다.

도 1은 종래 사용되는 가스보일러의 일실시예를 나타내는 구성도,

도 2는 도 1의 가스보일러의 부분블록회로도,

도 3은 도 1의 가스보일러에서의 시간에 따른 온도그라프,

도 4는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 플로우차트,

도 5는 본 발명의 방법에 의한 시간에 따른 온도그라프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가스밸브, 2 : 가스공급관,

3 : 버너, 4 : 열교환기,

5 : 배기연도, 6 : 물탱크,

7 : 온수열교환기, 8 : 양방향펌프,

9 : 난방수공급관, 10 : 직수공급관,

11 : 온수토출관, 12 : 제어부,

13 : 플로우스위치, 14 : 난방수환수관,

15 : 자동보충수밸브, 16 : 보충수공급관,

17 : 염전압측정기, 18 : 이그나이터,

19 : 난방환수온도센서, 20 : 마이컴,

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 난방환수온도에 의한 비례제어방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 방법은 가스보일러의 비례제어방법으로서 특히 난방환수의 온도를 측정하고 그것을 기초로하여 소정의 조건에 따라서 버너에서의 연소상태를 제어함으로서 종래 발생되던 난방수온도의 편차를 해소하여 일정하게 난방수온도를 유지할 수 있는 방법이다. 따라서 버너에서의 연소효율이 상승되어서 에너지절약효과가 있으며 일정한 난방수온도를 유지함으로서 방이 설정온도이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 방법은, 도 2의 블럭회로도에 도시된 것과 같이, 난방환수온도를 측정할 수 있는 난방환수온도센서(19)를 사용하는 보일러에 적용될 수 있으며, 다음과 같은 단계 : 가스보일러의 버너에서 연소가 개시되면 가스량을 최대값으로 공급하여 연소를 수행하면서 난방환수온도센서를 사용하여 마이컴에서 난방환수온도(T)를 측정하는 제1단계; 측정된 난방환수온도(T)가 (설정온도-α)에 도달하면 가스량을 최소값으로 공급하여 연소를 제1소정시간(t1)동안 수행하면서 난방환수온도(T)를 재측정하는 제2단계; 측정된 난방환수온도(T)에 따라서 가스공급량을 제어하도록 마이컴에서 가스밸브에 제어신호를 출력하여 버너에서의 연소를 유지하는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 측정된 난방환수온도(T)가 과열방지온도에 도달하면 보일러를 오프시키는 제4단계로 구성된다.

사용자에 의하여 난방모드로 보일러 작동명령이 입력된 후에 프리퍼지행정이 완료되고 버너(3)에 가스밸브(1)로부터 가스가 공급되어서 착화가 달성되면 마이컴(20)에서는 가스밸브(1)를 최대로 개방하여 최대가스량을 공급한다. 따라서 열교환기(4)에 저장된 난방수의 온도는 급속하게 상승하게 된다. 이것은 본질적으로 도 3에 도시된 종래의 초기가열상태(최대가스량공급)와 동일한 것이다.

한편 마이컴(20)에서는 난방환수온도센서(19)를 사용하여 난방환수온도(T)를 지속적으로 측정한다. 소정의 시간이 경과하면서 난방환수온도(T)는 점차 사용자에 의하여 설정된 온도에 도달하게 된다.

마이컴(20)에서는 난방환수온도(T)가 소정온도에 도달하게 되면 이것을 감지하고 가스밸브(1)에 제어신호를 출력하여 가스공급량을 최소값으로 제어하게 된다. 따라서 급속하게 상승되던 난방환수온도(T)는 완만하게 상승하게 된다. 상기 소정온도는 예를 들어서 (설정온도-α)와 같이 설정할 수 있으며 α는 약 10℃로 설정할 수 있다.

따라서 난방환수온도(T)는, 도 5의 온도변화그라프에 도시된 바와 같이, (설정온도-α)에 도달하게 되면 완만하게 상승하게 되는 것이다. 이렇게 함으로써 종래 도 3에서와 같이 설정온도를 초과하여 상승하는 것이 방지되는 효과가 있는 것이다. 특히 α는 β보다 큰 값으로 설정하여야 한다. 여기에서 β=5℃이며, 종래 사용되던 온도제어값으로서 (설정온도+β)에서는 보일러를 오프시키고 (설정온도-β)에서는 보일러를 온시켜 난방환수설정온도를 제어한다.

상기와 같이 (설정온도-α)를 초과하게 되면 마이컴(20)에서는 제1소정시간(t1)동안 최소가스량을 유지하면서 연소상태를 지속한다. 상기 제1소정시간(t1)은 예를 들어서 15∼20분 정도로 설정할 수 있다. 물론 상기 제1소정시간(t1)은 보일러의 종류, 또는 발열량에 따라서 변경될 수 있는 값이다.

제1소정시간(t1)이 경과하면 마이컴(20)에서는 난방환수온도센서(19)를 사용하여 난방환수온도(T)를 측정한다. 통상적으로 보일러가 작동되면 양방향펌프(8)가 작동되면서 난방환수가 이동하게 되므로 난방환수온도(T)는 지속적으로 상승하게 된다. 마이컴(20)에서는 난방환수온도(T)가 측정되면 이것을 미리 저장된 온도설정데이타와 비교하게 된다.

측정된 난방환수온도(T)는 다음과 같은 4가지 경우가 발생된다.

첫째, 설정온도-β< 난방환수온도(T) <설정온도+β에 존재하는 경우가 발생된다. 이 경우는 통상적으로 허용가능한 온도범위이므로 마이컴(20)에서는 바로 직전연소상태인 최소가스량으로 연소를 지속하게 된다. 동시에 마이컴(20)에서는 난방환수온도센서(19)로부터 난방환수온도(T)를 지속적으로 측정한다.

둘째, 설정온도-α<난방환수온도(T)<설정온도-β에 존재하는 경우가 발생된다. 이 경우는 난방환수온도(T)가 설정온도에 도달하지 못한 상태이므로 온도를 상승시키기 위하여 가스공급량을 증대시킬 필요가 있다. 그러나 대규모적인 온도상승은 과열을 야기시키므로 마이컴(20)에서는 최소가스공급량에서 1스텝 증가된 양의 가스량을 공급하면서 연소상태를 유지한다. 그 후에 마이컴(20)에서는 난방환수온도센서(19)로부터 난방환수온도(T)를 계속 측정하면서 온도변화추이를 감지한다.

만일 난방환수온도(T)가 상승하지 않고 설정온도-α<난방환수온도(T)<설정온도-β에 계속 존재하게 되면 마이컴(20)에서는 다시 1스텝 증가된 양의 가스량을 공급하면서 연소상태를 유지하고 온도측정을 계속한다. 이러한 온도측정은 온도가 다른 범위대역으로 이동할 때 까지 계속되며 1스텝의 가스공급량증가도 계속된다.

셋째, 난방환수온도(T)<설정온도-α에 존재하는 경우가 발생된다. 이 경우는 난방환수온도(T)가 설정온도에 현저하게 미치지 못하는 경우이므로 마이컴(20)에서는 가스공급량을 최대값으로 변경하여서 버너(3)에 최대가스량을 공급한다. 따라서 난방환수온도(T)는 신속하게 상승하게 된다.

넷째, 난방환수온도(T)가 과열방지를 위하여 설정된 온도에 도달하는 경우이다. 이 경우에는 보일러가 과열파손될 우려가 있기 때문에 마이컴(20)에서는 보일러를 무조건 오프시켜서 안전을 도모하여야 한다. 따라서 과열방지온도에 도달하면 마이컴(20)은 가스밸브(1)를 차단하여 버너(3)에 가스공급을 중단하고 양방향펌프(8)와 배기팬(미도시됨)를 계속 작동시켜 열기를 외부로 배출한다.

특히 이 경우에는 자동적으로 보일러의 재작동이 금지되므로 사용자가 원인을 해소한 후에 보일러를 재작동시켜야 한다. 마이컴(20)에서는 과열방지온도에 도달하면 이 때 설정되었던 α값을 저장한다. 이 α값은 난방환수를 이용한 온도제어의 기준으로서 적당하지 않은 값이므로 마이컴(20)에서는 이것보다 더욱 낮은 온도를 α값으로 재지정하여 다시 상기와 같은 비례제어를 수행할 수 있다. 따라서 상기 예에서 α값이 10으로 설정되었으면 재지정값은 10보다 큰 값, 예를 들어서 11∼15가 될 수 있다.

과열방지온도에 의하여 보일러가 오프되면 마이컴(20)에서는 사용자에게 보일러의 오동작상태를 알려주기 위하여 비등램프나 과열램프를 작동시켜 알리게 되며 또는 에러표시를 출력한다.

상기와 같이 난방설정온도에 따라서 난방환수온도(T)가 제어됨으로서 난방수의 온도편차가 감소하기 때문에 난방수온도가 균일하게 제어된다. 도 5의 그라프는 본 발명에 의하여 제어되는 난방환수온도의 변화를 시간에 따라서 도시한 것이다. 난방환수온도(T)는 설정온도에 인접하여 큰 변화가 없는 것을 알 수 있다. 이렇게 사용자에 의한 설정온도가 유지되면서 사용자가 보일러의 작동을 중지시키면 마이컴(20)으로부터 출력되는 제어신호에 따라서 보일러가 정상적으로 오프된다.

상기와 같이 본 발명에 의하면 난방수의 온도를 설정온도에 따라서 균일하게 제어할 수 있으므로 실내난방시 온도가 균일해지는 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. 전체 행정을 제어하기 위한 프로그램이 내장된 마이컴(20)과, 상기 마이컴(20)으로부터의 제어신호에 따라서 가스출력량을 제어하는 가스밸브(1)와, 실내배관을 통과하면서 열기를 방출한 후에 보일러로 복귀하는 난방환수의 온도를 측정하기 위한 난방환수온도센서(19)와, 사용자에 의한 명령을 입력시키기 위한 룸콘(21)을 포함하는 가스보일러에 있어서,

   가스보일러의 버너(3)에서 연소가 개시되면 가스량을 최대값으로 공급하여 연소를 수행하면서 난방환수온도센서(19)를 사용하여 마이컴(20)에서 난방환수온도(T)를 측정하는 제1단계;

   측정된 난방환수온도(T)가 (설정온도-α)에 도달하면 가스량을 최소값으로 공급하여 연소를 제1소정시간(t1)동안 수행하면서 난방환수온도(T)를 재측정하는 제2단계;

   측정된 난방환수온도(T)에 따라서 가스공급량을 제어하도록 마이컴(20)에서 가스밸브(1)에 제어신호를 출력하여 버너(3)에서의 연소를 유지하는 제3단계; 및

   상기 제3단계에서 측정된 난방환수온도(T)가 과열방지온도에 도달하면 보일러를 오프시키는 제4단계로 구성됨을 특징으로 하는 난방환수온도에 의한 비례제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서의 온도제어범위가, 1)설정온도-β< 난방환수온도(T) <설정온도+β, 2)설정온도-α<난방환수온도(T)<설정온도-β, 3)난방환수온도(T)<설정온도-α, 및 4)과열방지온도의 온도범위로 설정되며, α값이 10℃, β값이 5℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 난방환수온도에 의한 비례제어방법.