KR20000032724A - 가스보일러의 작동모드 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방공급관에 장착된 온도센서에서 공급되는 난방수의 온도를 측정하고 난방환수관에 장착된 온도센서에서 팽창탱크로 환수되는 난방수의 온도를 측정하여 이들 두 온도를 설정 값과 비교하므로 보일러의 작동에 따른 적절한 제어방식을 판단하여 자동으로 전환하도록 하는 가스보일러의 작동모드 제어방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 점화단계(S1); 최대출력단계(S2); 설정시간 경과단계(S3); 난방공급 및 환수온도 측정단계(S4); 온도비교단계(S5); 난방환수온도 제어방식모드 전환단계(S6); 난방공급 온도센서 차단단계(S7); 난방공급온도 제어방식모드 전환단계(S8); 및 난방환수 온도센서 차단단계(S9)로 구성된 가스보일러의 작동모드 제어방법으로, 배관이나 난방부하가 다르게 설치된 경우에도 보일러의 작동에 따른 적절한 제어방식을 판단하여 자동으로 전환할 수 있도록 하여 최적의 난방효율을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

가스보일러의 작동모드 제어방법

본 발명은 가스보일러의 작동모드 제어방법에 관한 것으로, 특히, 난방공급관에 장착된 온도센서에서 공급되는 난방수의 온도를 측정하고 난방환수관에 장착된 온도센서에서 팽창탱크로 환수되는 난방수의 온도를 측정하여 이들 두 온도를 설정 값과 비교하므로 보일러의 작동에 따른 적절한 제어방식을 판단하여 자동으로 전환하도록 하는 가스보일러의 작동모드 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 가정용 가스보일러는 열기관의 발달로 인하여 산업용으로 쓰이던 대형 보일러의 크기를 축소하고 다양한 제어 기능을 추가하여 일반 가정의 난방 및 온수를 공급하기 위해 제작되었다. 처음에 보일러를 구동하기 위한 연료는 석탄이나 기름을 사용하였으나 점차적으로 도시가스의 보급이 일반화되면서 가스 보일러의 수요가 급증하게 되었다.

이러한 가정용 가스 보일러는 설치형태, 급탕방식, 배기방식 그리고 난방수의 순환방식 등에 따라 여러 가지 형태로 나누고 있으나 편의상 설치형태와 급탕방식에 따라 나누는 것이 일반적이다. 상기와 같이 설치 형태에 따라 벽걸이형과 바닥 설치형으로 나누고 급탕방식에 따라 순간식과 저탕식으로 나누고 있다.

도 1은 종래의 가스 보일러를 개략적으로 도시한 것으로 상기 도면을 참조하여 일반적인 가스 보일러의 구조를 살펴보면, 상기와 같은 가정용 가스 보일러의 내부는 가스관, 난방 공급관, 난방 환수관, 직수관, 온수관으로 배관되어 있으며, 상기 가스관에는 가스의 공급을 제어하기 위한 가스밸브(5)가 장착되어 있고, 가스관을 통해 유입된 가스를 연소하여 열을 얻기 위해 트랜스(6)에 의해 점화되는 버너(4)를 내장한 가열부(2)가 장착되어 있다. 상기 가열부(2)의 상부에는 난방용 관과 온수용 관이 엇갈려 배관된 열교환기(3)가 일체로 결합되고, 또한 상기 열교환기(3)의 상부에는 가열부(2)의 내부 연소작용을 원할 하게 하기 위한 흡기구(14), 배기구(15) 및 팬(16)이 장착된다.

수위감지를 위한 플로어트 스위치(10)가 장착된 팽창탱크(9)에는 난방 공급관, 난방 환수관, 오버플로우관 및 보충수 밸브(11)가 장착된 보충수관이 연결되어 있다. 그리고 상기 보충수관의 다른 단부는 직수관에 연결되어 있다. 상기 오버플로우관은 온도상승으로 물의 체적팽창이 발생할 경우 다른 부품의 고장을 방지하기 위해 물을 밖으로 배출하여 일정한 압력을 유지하도록 한다.

상기 열교환기(3)에는 난방수관, 직수관 및 온수관이 배관되며, 상기 난방수관(난방공급관과 연결된 부분)에는 열교환기(3)와 가까운 위치에 보일러(1)의 과열방지를 위해 온도센서(8)를 장착하고 있다. 그리고, 또한 보일러(1)의 내부에는 난방모드/온수모드에서 난방수의 흐름을 전환시키는 3 방향밸브(12) 및 상기 열교환기(3)로 물의 흐름을 발생시키는 펌프(7)가 장착되어 있고, 상기 직수관에는 물의 흐름을 감지하기 위한 플로우센스(13)가 장착되어 있다. 또한 상기 스위치와 센서 및 밸브 등은 보일러의 이상 작동에 의해 발생하는 위험을 방지하기 위해 안전장치의 역할을 한다.

이러한 구성을 갖는 보일러(1)는 일반적으로 난방공급관에 온도센서(미도시)를 장착하여 난방수의 공급온도로 구동을 제어하는 방식이나, 또는 난방환수관에 온도센서(미도시)를 장착하여 난방수의 환수온도로 구동을 제어하는 방식을 사용하고있다. 그리고 효율적인 난방을 위한 선행 기술로 명칭이 "가정용 보일러의 난방 제어 장치인 실용신안등록출원 제 940213 호는 양호한 열효율을 위한 장치를 제안하고 있으나, 이러한 경우에도 제어방식이 적합하지 않은 경우에는 의도한 효과를 달성하기 어렵다.

따라서 난방 공급수 온도 제어방식이나 난방 환수 온도 제어방식은 사용자가 거주하는 지역의 상수환경이나 또는 배관상태에 따라 적합하지 않은 경우가 허다하고, 이러한 제어방식이 적합하지 않은 경우에는 열 손실로 인한 난방비용이 과다하게 들며, 또한 적합하지 않은 제어방식에 의해 과열이 발생하여 보일러(1)의 부품에 손상을 일으키는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 결점들을 해소하고, 난방공급관에 장착된 온도센서에서 공급되는 난방수의 온도를 측정하고 난방환수관에 장착된 온도센서에서 팽창탱크로 환수되는 난방수의 온도를 측정하여 이들 두 온도를 설정 값과 비교하므로 보일러의 작동에 따른 적절한 제어방식을 판단하여 자동으로 전환할 수 있도록 하는 가스보일러의 작동모드 제어방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 난방모드 설정을 기준으로 하여 가스밸브가 개방되어 가스관을 통해 가스가 가열부로 유입되어 연소되도록 점화를 하고, 출력을 최대로 하는 단계로 신호를 송출하는 점화단계; 점화단계의 신호에 의하여 가스밸브를 완전히 개방하므로 가스관을 통해 가열부로 유입되는 가스의 양을 증가하게 하여 열교환기에 전달되는 열량을 최대로 하며, 설정시간 경과 판단단계로 신호를 송출하는 최대출력단계; 최대출력단계의 신호에 의하여 설정시간이 경과할 때까지 흐름의 진행을 지연하고, 난방공급 및 환수의 온도를 측정하는 단계로 신호를 송출하는 설정시간 경과단계; 시간 경과단계의 신호에 의하여 난방공급관과 난방환수관에 각각 장착된 두 온도센서를 이용하여 공급되는 난방수의 온도(T_S)와 환수되는 난방수의 온도(T_R)를 측정하여 온도 비교단계로 신호를 송출하는 난방공급 및 환수온도 측정단계; 난방공급 및 환수온도 측정단계의 신호에 의하여 공급되는 난방수의 온도(T_S)에서 환수되는 난방수의 온도(T_R)를 뺀 값과 설정 값(α)을 비교하여 온도차의 값이 설정 값 이하인 경우에는 난방환수온도 제어방식모드 전환단계로 신호를 송출하고, 만약 온도차의 값이 설정 값 보다 큰 경우에는 난방공급온도 제어방식모드 전환단계로 신호를 송출하는 온도비교단계; 온도 비교단계의 신호에 의하여 난방환수온도로 제어하도록 제어모드를 설정하고 난방공급 온도센서 차단단계로 신호를 송출하는 난방환수온도 제어방식모드 전환단계; 난방환수온도 제어방식모드 전환단계의 신호에 의해 난방공급 온도센서로 인가되는 전원을 차단하는 난방공급 온도센서 차단단계; 온도 비교단계의 신호에 의하여 난방공급온도로 제어하도록 제어모드를 설정하고, 난방환수 온도센서 차단단계로 신호를 송출하는 난방공급온도 제어방식모드 전환단계; 및 난방공급온도 제어방식모드 전환단계의 신호에 의해 난방환수 온도센서로 인가되는 전원을 차단하는 난방환수 온도센서 차단단계로 구성된 가스보일러의 작동모드 제어방법에 있다.

도 1은 종래 가스보일러의 내부를 개략적으로 도시한 부분 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위해

난방공급관과 난방환수관에 온도센서를 장착한 가스보일러의 개략적인 회로도이고,

도 3은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 필수적인 구성부를 나타낸 블록도 이고,

도 4는 본 발명의 제어방법을 나타낸 순서도 이다.

*도면의주요부분에대한부호의설명*

S1 ... 점화단계 S2 ... 최대출력단계

S3 ... 설정시간 경과단계 S4 ... 난방공급 및 환수온도 측정단계

S5 ... 온도비교단계 S6 ... 난방환수온도 제어방식모드 전환단계

S7 ... 난방공급 온도센서 차단단계

S8 ... 난방공급온도 제어방식모드 전환단계

S9 ... 난방환수 온도센서 차단단계

가 ... 제어부 나 ... 구동부

다 ... 시간검출부 라 ... 온도검출부

마 ... 제어방식 전환부

도 2를 참조하여 개략적인 작동 상태를 설명하면 보일러(100)는 초기 구동을 시작하면 일 측 단부가 플로어센서(107)의 하부에 직수관과 연결되고 다른 일 측 단부가 팽창탱크(109)에 연결된 보충수관을 통하여 플로어트 스위치(109)에 의해 물 보충이 제어되는 팽창탱크(109) 내로 물 보충이 이루어지고, 그 후 가스밸브(105)가 열리어 가스관을 통해 가스가 가열부(101)로 유입되어 연소하여 열교환기(102)를 지나는 난방수 또는 온수의 온도를 상승 시킨다. 그리고 난방수 및 온수의 공급은 3 방향밸브(103)에 의해 제어되고, 난방수의 흐름은 폐쇄된 관을 순환하기 위해 펌프(104)에 의하여 발생된다. 이러한 과정 도중에 열교관기(102)의 온도상승으로 인하여 난방수가 부족하게 되면 보충수관을 통하여 다시 물 보충이 이루어지며, 열교환기(102)가 과열로 인하여 손상되는 것을 방지하기 위하여 온도센서(106)를 장착하여 온도를 검출하여 보일러(100)의 작동을 중단한다.

그리고 본 발명에 따른 제어방법을 실시하기 위해 난방공급관과 난방환수관에 각각 온도센서(112,111)를 장착하여 온도를 검출한다. 이러한 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 보일러(100)는 작동모드를 제어하기 위하여 제어부(가), 구동부(나), 시간검출부(다), 온도검출부(라) 및 제어방식전환부(마))가 필수로 구성된다.

도 4에 도시된 것과 같이 본 발명의 제어방법은 난방모드 설정을 기준으로 하여 가스밸브(105)가 개방되어 가스관을 통해 가스가 가열부(101)로 유입되어 점화되는 단계(S1)에서 출력을 최대로 하는 단계(S2)로 신호를 송출한다.

점화단계(S1)의 신호에 의하여 출력을 최대로 하는 단계(S2)는 가스밸브(105)를 완전히 개방하므로 가스관을 통해 가열부로 유입되는 가스의 양을 증가하게 하여 열교환기(102)에 전달되는 열량을 최대로 하며, 설정시간 경과 판단단계(S3)로 신호를 송출한다. 이와 같이 열교환기(102)의 온도를 최대로 상승시키는 이유는 가장 적절한 작동모드를 판단하기 위해 측정되는 적합한 온도를 검출하기 위함이다.

출력을 최대로 하는 단계(S2)의 신호에 의하여 설정시간 경과 판단단계(S3)에서는 일정시간이 경과할 때까지 흐름의 진행을 지연한다. 이러한 설정시간 경과 판단단계(S3)를 두는 이유는 난방수가 난방공급관을 따라 각 방에 배관된 난방관을 순환하고, 다시 난방환수관을 통해 팽창탱크(110)로 환수되는 데에 소요되는 시간이다. 이러한 시간은 배관 상태에 따라 다르지만 너무 큰 경우에는 열교환기(102)에 과열이 발생하고, 너무 작아도 이하에서 설명되는 적절한 온도 측정이 곤란하기 때문에 일반적인 기준으로 약 1분 정도가 바람직하다.

이러한 설정시간이 경과한 후에 난방 및 환수의 온도를 측정하는 단계(S4)에서는 난방공급관과 난방환수관에 각각 장착된 온도센서(112,111)를 이용하여 공급되는 난방수의 온도(T_S)와 환수되는 난방수의 온도(T_R)를 측정하여 온도 비교단계(S5)로 신호를 송출한다.

난방공급 및 환수온도 측정단계(S4)의 신호에 의하여 온도 비교단계(S5)에서는 공급되는 난방수의 온도(T_S)에서 환수되는 난방수의 온도(T_R)를 뺀 값과 설정 값(α)을 비교하여 온도차의 값이 설정 값 이하인 경우에는 배관에 따른 저항이 작은 경우이거나 또는 난방 부하가 큰 경우로 과열발생의 가능성이 적으므로 환수되는 난방수의 온도로 제어하는 방식이 적합하기 때문에 난방환수온도 제어방식모드 전환단계(S6)로 신호를 송출하고, 만약 온도차의 값이 설정 값 보다 큰 경우에는 배관저항이 크거나 난방부하가 작은 경우로서 열교환기의 과열발생 가능성이 크므로 공급되는 난방수의 온도로 제어하는 방식이 적합하기 때문에 난방공급온도 제어방식모드 전환단계(S8)로 신호를 송출한다. 이러한 경우에 있어서, 설정 값(α)은 보일러(100)의 용량에 따라 다르나 제어방식에 따른 제어온도의 값과 열교환기(102)의 장기적인 내구성과 신뢰성에 대한 실험에 의해 결정되는 값으로 약 20-30℃가 바람직하다.

온도 비교단계(S5)의 신호에 의하여 난방환수온도 제어방식모드로 전환하는 단계(S6)에서는 난방환수온도로 제어하도록 제어모드를 설정하고 난방공급 온도센서 차단단계(S7)로 신호를 송출하여 난방공급 온도센서(112)로 인가되는 전원을 차단한다.

그리고 온도 비교단계(S5)의 신호에 의하여 난방공급온도 제어방식모드로 전환하는 단계(S8)에서는 난방공급온도로 제어하도록 제어모드를 설정하고 난방환수 온도센서 차단단계(S9)로 신호를 송출하여 난방환수 온도센서(111)로 인가되는 전원을 차단한다.

상기와 같이 작동모드가 설정되면 설정된 작동모드를 계속 유지하여 보일러(100)의 구동을 제어하고, 그리고 이후 다시 보일러(100)가 구동하기 시작하면 설정된 작동모드로 계속 제어하는 것이 아니라 상기와 같은 방법에 의해 제어방식모드를 재 설정하여 보일러(100)의 작동을 제어한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 난방공급관에 장착된 온도센서에서 공급되는 난방수의 온도를 측정하고 난방환수관에 장착된 온도센서에서 팽창탱크로 환수되는 난방수의 온도를 측정하여 이들 두 온도를 설정 값과 비교하므로 배관이나 난방부하가 다르게 설치된 경우에도 보일러의 작동에 따른 적절한 제어방식을 판단하여 자동으로 전환할 수 있도록 하여 최적의 난방효율을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 난방환수관에 온도센서(111)를 장착하여 난방환수온도 제어방식을 갖는 보일러(100) 또는 난방공급관에 온도센서(112)를 장착하여 난방공급온도 제어방식을 갖는 보일러(100)에 있어서,

   난방모드 설정을 기준으로 하여 가스밸브(105)가 개방되어 가스관을 통해 가스가 가열부(101)로 유입되어 연소되도록 점화를 하고, 출력을 최대로 하는 단계(S2)로 신호를 송출하는 점화단계(S1);

   점화단계(S1)의 신호에 의하여 가스밸브(105)를 완전히 개방하므로 가스관을 통해 가열부로 유입되는 가스의 양을 증가하게 하여 열교환기(102)에 전달되는 열량을 최대로 하며, 설정시간 경과 판단단계(S3)로 신호를 송출하는 최대출력단계(S2);

   최대출력단계(S2)의 신호에 의하여 설정시간이 경과할 때까지 흐름의 진행을 지연하고, 난방공급 및 환수의 온도를 측정하는 단계(S4)로 신호를 송출하는 설정시간 경과단계(S3);

   시간 경과단계(S3)의 신호에 의하여 난방공급관과 난방환수관에 각각 장착된 온도센서(112,111)를 이용하여 공급되는 난방수의 온도(T_S)와 환수되는 난방수의 온도(T_R)를 측정하여 온도 비교단계(S5)로 신호를 송출하는 난방공급 및 환수온도 측정단계(S4);

   난방공급 및 환수온도 측정단계(S4)의 신호에 의하여 공급되는 난방수의 온도(T_S)에서 환수되는 난방수의 온도(T_R)를 뺀 값과 설정 값(α)을 비교하여 온도차의 값이 설정 값 이하인 경우에는 난방환수온도 제어방식모드 전환단계(S6)로 신호를 송출하고, 만약 온도차의 값이 설정 값 보다 큰 경우에는 난방공급온도 제어방식모드 전환단계(S8)로 신호를 송출하는 온도비교단계(S5);

   온도 비교단계(S5)의 신호에 의하여 난방환수온도로 제어하도록 제어모드를 설정하고 난방공급 온도센서 차단단계(S7)로 신호를 송출하는 난방환수온도 제어방식모드 전환단계(S6);

   난방환수온도 제어방식모드 전환단계(S6)의 신호에 의해 난방공급 온도센서(112)로 인가되는 전원을 차단하는 난방공급 온도센서 차단단계(S7);

   온도 비교단계(S5)의 신호에 의하여 난방공급온도로 제어하도록 제어모드를 설정하고, 난방환수 온도센서 차단단계(S9)로 신호를 송출하는 난방공급온도 제어방식모드 전환단계(S8); 및

   난방공급온도 제어방식모드 전환단계(S8)의 신호에 의해 난방환수 온도센서(111)로 인가되는 전원을 차단하는 난방환수 온도센서 차단단계(S9)로 구성된 가스보일러의 작동모드 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 설정시간 경과단계(S3)의 설정시간은 약 1분임을 특징으로 하는 가스보일러의 작동모드 제어방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 온도비교단계(S5)의 설정 값은 25℃임을 특징으로 하는 가스보일러의 작동모드 제어방법.