KR200398108Y1

KR200398108Y1 - 온수 보일러의 제어장치

Info

Publication number: KR200398108Y1
Application number: KR20-2005-0020900U
Authority: KR
Inventors: 박명섭
Original assignee: 박명섭
Priority date: 2005-07-18
Filing date: 2005-07-18
Publication date: 2005-10-12

Abstract

본 고안은 온수 보일러의 제어장치에 관한 것으로, 소정 용량의 물이 채워진 온수탱크가 구비된 온수 순환 보일러에 있어서, 상기 온수탱크 내부에 장착된 제1 온도센서로부터 수온을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 제1 온도감지부; 상기 온수탱크 및 순환 파이프 사이에 연결된 송수관에 장착되어 순환 파이프를 거쳐 온수탱크로 순환되어 유입되는 온수의 수온을 제2 온도센서가 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 제2 온도감지부; 및 상기 제2 온도감지부에서 입력된 온도값보다 제1 온도감지부에서 입력된 온도값이 수 내지 수십 ℃ 이상이 되면 모터전원출력부 또는 히터전원출력부 중 어느 하나 이상으로 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 온수를 가열시키는 히터와 온수를 순환시키는 모터가 무단으로 구동되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

온수 보일러의 제어장치{Control Apparatus of Hot Water Boiler}

본 고안은 온수 보일러의 제어장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 전기식 온수 순환식 보일러의 온수 순환 장애로 인하여 물이 무단으로 가열되는 것을 방지하기 위한 온수 보일러의 제어장치에 관한 것이다.

종래의 온수 보일러는 물을 가열한 후에 가열된 물을 소정 위치에 배관된 파이프를 통하여 순환시킴으로서 난방을 할 수 있도록 하는 것이다. 즉 온수 보일러는 물을 가열시키기 위하여 연탄과 같은 고체연료 또는 석유나 액화석유가스 또는 천연가스 등의 액체연료 등이 사용된다. 또한 전기에너지를 이용하여 난방용 온수를 가열하는 보일러 등도 있다.

이와 같이 종래의 온수 보일러는 온수탱크에 저수된 물을 가열수단으로 가열시켜 모터를 이용하여 배관 파이프로 온수를 송수시키고, 송수된 온수는 배관 파이프에서 열교환이 일어나면서 배관 파이프가 설치된 해당 위치를 난방한 후에 다시 온수탱크로 되돌아온다.

종래에 온수 보일러는 온수의 온도가 설정되면 설정된 온도까지 물을 가열하여 배관된 순환 파이프로 공급함으로서 난방을 하게 된다. 그러나 온수 보일러는 설정된 온수의 수온에 따라 가열수단 및 모터의 작동을 단속하여야 하지만, 온수의 순환 장애, 예를 들어, 배관 파이프에 이물질이 끼여 온수가 제대로 순환되지 않은 상태에서 무단으로 물이 가열됨으로서 가열수단에 공급되는 에너지를 낭비하거나, 또는 연속적인 무단 가열로 인하여 보일러가 망실되는 원인으로 작용하였다. 또한 온수탱크에 일정량의 물이 채워진 상태가 유지되어야 하지만, 그렇지 않은 상태에서도 물이 계속 가열되어도 보일러가 망실될 우려가 있었다.

본 고안은 상기 온수 보일러의 온수 순환 장애 등에 의한 온수의 무단 가열 문제를 해소하기 위하여 안출한 것으로, 온수탱크와, 그리고 배관된 순환 파이프로부터 순환되어 온수탱크로 유입되는 배관에 온수의 수온을 감지하는 온도감지수단을 각각 설치하여 온수를 가열시키는 히터 및 온수를 순환시키는 모터의 구동을 단속할 수 있는 온수 보일러의 제어장치를 제공하기 위한 것이 목적이다.

더욱이 본 고안은, 온수탱크 내의 수위를 감지하여 보일러의 작동여부를 결정하도록 하는 온수 보일러의 제어장치를 제공하기 위한 것이 목적이다.

본 고안에 따른 목적을 달성하기 위하여, 소정 용량의 물이 채워진 온수탱크가 구비된 온수 순환 보일러에 있어서, 상기 온수탱크 내부에 장착된 제1 온도센서로부터 수온을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 제1 온도감지부; 상기 온수탱크 및 순환 파이프 사이에 연결된 송수관에 장착되어 순환 파이프를 거쳐 온수탱크로 순환되어 유입되는 온수의 수온을 제2 온도센서가 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 제2 온도감지부; 및 상기 제2 온도감지부에서 입력된 온도값보다 제1 온도감지부에서 입력된 온도값이 수 내지 수십 ℃ 이상이 되면 모터전원출력부 또는 히터전원출력부 중 어느 하나 이상으로 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 이루어진 온수 보일러의 제어장치를 제공한 것이 특징이다.

또한 본 고안에 따르면, 온수탱크 내에 장착되어 수위를 감지하는 수위센서가 구비된 수위감지부와, 보일러의 작동 및 온수의 온도를 설정하는 키입력부와, 보일러의 작동상태를 시청각적으로 표시하는 표시부와, 상기 온수탱크의 일측에 부착되어 히터에서 발생되는 열로 온수탱크를 가열하는 발열판, 및 제어장치의 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부가 더 포함된 것이 특징이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 온수 보일러의 제어장치에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 온수 보일러의 제어장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 제어장치의 회로도이다.

먼저, 본 고안은 소정의 위치, 즉 방이나 거실 또는 침대의 바닥이나 매트 내부 등에 배관된 순환 파이프에 소정 온도의 온수를 공급하여 난방을 하는 보일러로서, 온수의 온도를 감지하여 보일러에서 온수의 순환 장애에 의한 온수의 무단 가열을 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 고안의 구성요소로서, 수위감지부(16)는 온수탱크(36)의 수위를 감지하는 것으로, 온수탱크(36) 내에 저수된 소정 용량의 물, 즉 수위를 감지하는 것이다. 수위감지부(16)는 온수탱크(36) 내에 수위센서(SW1)가 장착되어 일정량의 물이 저수되어 있는지를 감지할 수 있도록 한다.

키입력부(10)는 온수 보일러의 작동 및 온수의 온도 등을 설정하는 것으로, 온수 보일러의 작동을 위한 전원을 온 또는 오프시키는 전원(POWER)키와, 온도의 설정을 위한 업(UP)키 및 다운(DOWN)키 등이 포함되어 있다.

제1 온도감지부(12)는 온수탱크(36) 내에 장착되어 온수탱크(36) 내부의 온수 온도를 감지하는 제1 온도센서(S1)가 구비되어 있다. 제1 온도센서(S1)의 온도 감지범위는 수 내지 수십 ℃ 이상인 것이 바람직하지만, 온수 온도의 감지 조건에 따라 달라질 수 있다.

제2 온도감지부(14)는 순환 파이프(34)로부터 열교환이 이루어진 온수가 송수관(40)을 통해 온수탱크(36)로 유입될 때의 온도를 감지하는 제2 온도센서(S2)가 구비되어 있다. 제2 온도감지부(14)에는 온도보정용 가변저항(VR)이 포함되어 있다.

제어부(20)는 제어장치(100)의 제1 및 제2 온도센서(S1, S2)와 수위센서(SW1)로부터 입력된 감지신호와, 키입력부(10)의 키신호를 입력받아 제어신호를 출력하는 것으로, 제어부(20)에는 마이콤(IC1)이 포함되어 있다. 마이콤(IC1)은 제1 온도센서(S1)로부터 감지된 온도가 설정된 온도값에 따라 제어신호를 출력하는 것으로, 제1 온도센서(S1)에서 감지된 값이 일정 온도 이상이 되면 제어신호를 출력하여 히터 및/또는 모터의 구동을 정지시킨다. 또한 마이콤(IC1)은 제1 온도센서(S1)에서 감지된 온도값과 제2 온도센서(S2)에서 감지된 온도값을 비교하여 제1 온도센서(S1)의 온도값이 제2 온도센서(S2)의 온도값보다 일정 온도이상이 감지되면 역시 히터 및/또는 모터의 구동을 정지시키는 제어신호를 출력한다.

표시부(22)는 온수 보일러의 작동상태를 시청각적으로 표시하는 것으로, 설정온도를 표시하는 복수의 7-세그먼트(FND)와, 작동상태 등을 표시하는 복수의 발광다이오드(L3-L7)가 포함되고, 작동상태나 이상상태 등을 표시하는 부저(BZ) 등이 포함되어 있다.

히터전원출력부(24)는 상기 제어부(20)의 제어신호에 의하여 인가되는 전원으로 발열하는 히터(30)에 전원을 공급하는 것으로, 히터전원출력부(24)는 온수탱크(36)의 일측에 부착되어 온수탱크(36)를 가열하는 발열판(38)의 온도를 감지하는 제3 온도센서(S3) 및 스위칭소자(Q1)로서 트랜지스터 및 스위칭소자(IC2)로서 포토커플러가 적용된다. 그리고 히터(30)의 구동을 위한 교류전원(AC)을 스위칭시키는 스위칭소자(Q2)로서 트라이액이 연결되어 있다.

모터전원출력부(26)는 상기 제어부(20)의 제어신호로 온수를 순환시키는 모터(32)에 전원을 공급하는 것으로, 모터전원출력부(26)는 스위칭소자(IC3)로서 포토커플러가 구비되고, 모터(32)의 구동을 위한 교류전원(AC)을 스위칭시키는 스위칭소자(Q3)로서 트라이액이 연결되어 있다.

전원공급부(18)는 제어장치(100)의 구동에 필요한 전원을 공급하는 것으로, 전원공급부(18)는 인가되는 교류전원의 과전압을 차단하는 퓨즈(F1), 교류전원에 포함된 서지전압을 흡수하는 바리스터(TNR)가 구비되고, 전원공급부 내의 과도 전류 유입을 방지하는 파워 서미스터(NTC), 그리고 교류전원(AC)을 직류전원(DC)으로 정류하는 브리지회로(BD) 및 정전압을 출력하는 레귤레이터(IC2)가 포함되어 있다.

상기 제1, 제2 및 제3 온도센서(S1, S2, S3)는 온도가 올라가면 저항이 작아지는 부저항 특성의 서미스터(NTC; Negative Temperature Coefficient Thermistor)가 적용된다.

본 고안의 온수 보일러의 제어장치에서는 전기를 이용하여 히터(30)를 작동시켜 발열판(38)에 의해 물을 가열시키고, 모터(32)를 작동시켜 온수를 순환 파이프(34)를 통하여 순환이 이루어지도록 펌핑시키는 기능이 포함되어 있다.

키입력부(10)의 업키 및 다운키를 이용하여 온도를 설정하면 표시부(22)의 복수 자리를 갖는 7-세그먼트(FND)를 통하여 설정온도를 인식할 수 있다. 키입력부(10)의 전원키를 누르면 온수 보일러의 작동이 이루어지고, 작동중인 온수 보일러를 정지시키기 위해서 전원키를 누르면 된다.

온수 보일러의 작동 중에 온수탱크(36) 내의 저수된 물이 설정된 수위까지 채워져 있지 않을 경우, 즉 수위감지부(16)의 수위센서(SW1)가 온수탱크(36) 내의 수위를 감지한다. 수위센서(SW1)는 다양한 종류가 적용될 수 있지만, 본 고안의 수위센서(SW1)는 리드스위치가 포함되어 물의 수위에 의한 접점의 온 또는 오프로서 수위를 감지하는 것이다. 수위감지부(16)의 수위센서(SW1)의 접점이 온되면 마이콤(IC1)은 히터전원출력부(24) 및 모터전원출력부(26)에 제어신호를 출력하여 히터(30) 및 모터(32)로 인가되는 전원을 차단시킨다. 그리고 표시부(22)를 통하여 어느 한 발광다이오드(L3-L7) 및/또는 부저(BZ)를 통하여 시청각적인 경고를 할 수 있다.

본 고안의 마이콤(IC1)은 제1 온도센서(S1)가 포함된 제1 온도감지부(12)와 제2 온도센서(S2)가 포함된 제2 온도감지부(14)로부터 감지된 온도값을 비교하여 히터전원출력부(24) 및/또는 모터전원출력부(26)에 각각 구동전원이 인가되도록 제어신호를 출력한다.

마이콤(20)은 키입력부(10)를 통하여 설정된 제1 온도감지부(12)의 온도 감지값에 따라 온수탱크(36)의 수온이 설정된 온도값에 이르면, 히터전원출력부(24) 및/또는 모터전원출력부(26)에 제어신호를 출력하여 구동전원의 공급을 차단시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하지만, 이는 단순히 온수탱크(36)에서 가열되는 수온만을 감지하는 것이므로, 실제로 열교환이 발생되는 순환 파이프(34)의 온도와는 무관하게 작동될 수 있다. 또한 마이콤(IC1)의 제어와는 무관하게 온수탱크(36) 내에 바이메탈 등과 같이 온도에 따른 스위칭기능을 갖는 소자를 설치하여 단순한 온도제어도 가능할 것이다.

이는 송수관(40)이나 순환 파이프(36)에 이물질이 끼이는 등의 순환 장애가 발생하는 경우에 마이콤(IC1)은 설정된 온도에 의해서만 히터(30) 및/또는 모터(32)를 구동시키거나 정지시키는 작동을 무한 반복적으로 하게 되어 소비전력의 손실이나 보일러의 망실을 초래할 수 있다.

따라서 본 고안에서는 온수탱크(36) 내부의 온도 감지와 동시에 송수관(40)이나 순환 파이프(34) 내의 순환 장애를 판단하여 보다 효과적인 온수의 가열 및 공급이 이루어지도록 한 것이다.

이와 같이 본 고안은 제1 온도감지부(12)의 제1 온도센서(S1)가 온수탱크(36) 내의 온도를 감지하고, 제2 온도감지부(14)의 제2 온도센서(S2)가 순환 파이프(34)로부터 송수관(40)을 거쳐 온수탱크(36)로 되돌아오는 온수의 온도를 각각 감지한다.

이때 마이콤(IC1)은 제1 온도센서(S1)와 제2 온도센서(S2)로부터 감지된 온도 차이가 마이콤(IC1)에 설정된 일정 온도이상이 되면, 히터전원출력부(24)에 제어신호를 출력하여 히터(30)로 인가되는 전원을 차단시킨다.

즉 마이콤(IC1)에 제1 온도센서(S1) 및 제2 온도센서(S2)의 차이로서, 예를 들어, 13℃가 설정되었다면, 마이콤(IC1)은 제2 온도센서(S2)에서 감지된 온수보다 제1 온도센서(S1)에서 감지된 온수가 13℃이상이 되면 마이콤(IC1)은 히터전원출력부(24)로 제어신호를 출력하는 것이다.

이와 같이 마이콤(IC1)은 제1 온도감지부(12)의 온도값을 인식하여 온수 보일러 온수탱크(36) 내의 온수 온도가 제2 온도감지부(14)에서 감지된 온도보다 일정 온도이상이 되면 히터(30)의 작동이 정지되도록 제어신호를 출력한다.

상기 일정온도는 마이콤(IC1) 내에 수 내지 수십 ℃로 가변적인 설정이 가능하고, 순환 파이프(34)에 이물질이 끼이는 등의 이상상태에 의하여 온수가 순환 장애를 일으킬 때에 온수탱크(36) 내의 물이 계속적으로 가열되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 일정온도로서, 13℃로 설정하는 이유는 본 고안에 따른 적용예로서, 전기온수매트를 예를 들어 실험에 의하여 도출된 것으로, 약 13~15℃ 정도가 가장 바람직한 온도 조건이었다. 그러나 이러한 온도조건을 전기온수매트에 한정될 뿐, 본 고안에서 제공하는 온수를 이용하는 각종 형태의 보일러에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그리고 상기 온도조건은 온수탱크(36)에서 온수가 무단 가열되지 않는 조건으로 순환 파이프(34) 및 송수관(40)의 순환장애가 발생한 경우, 즉 이물질이 끼이거나 파이프나 송수관이 외압에 의하여 온수가 정상적으로 순환되지 않는 경우에 히터(30)에 의하여 온수는 무한 가열될 뿐만 아니라, 모터(32)는 순환 파이프(34) 및 송수관(40)으로 온수를 송수하기 위하여 무단으로 작동되는 것을 미연에 방지하기 위한 것이다.

상기 제2 온도감지부(14)의 제2 온도센서(S2)는 순환 파이프(34)를 경유하여 열교환이 이루어진 후에 온수탱크(36)로 되돌아오는 송수관(40) 내의 온수 온도를 감지하는 것으로, 마이콤(IC1)은 제2 온도센서(S2)의 온도를 감지하여 제1 온도센서(S1)와의 온도 차이에 따라 히터전원출력부(24) 및 모터전원출력부(26)로 인가되는 전원을 공급 또는 차단시킨다.

상기 마이콤(IC1)은 히터전원출력부(24)로 인가되는 전원을 먼저 차단시키고, 일정시간, 즉 수 초 내지 수분(예를 들어, 60초) 후에 모터전원출력부(26)로 인가되는 전원을 차단시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 히터(30)를 먼저 정지시킨 다음에 모터(32)의 구동을 정지시키는 것은 히터(30)에 의하여 데워진 온수를 일정시간동안 송수관(40) 및 순환 파이프(34)를 거쳐 충분히 열교환이 이루어질 수 있도록 함으로써 온수의 잔열을 제거하기 위한 것이다.

더욱이 히터전원출력부(24)의 제3 온도센서(S3)는 마이콤(IC1)의 감지 및 제어와는 무관하게 발열판(38)의 온도가 일정온도보다 상승할 때에 트랜지스터(Q1)의 스위칭으로 포토커플러(IC2) 및 트라이액(Q2)을 각각 스위칭시켜 히터(30)로 인가되는 전원을 차단시킨다. 즉 발열판(38)의 과승온도, 예로 85∼95℃보다 높으면 히터(30)로 인가되는 전원을 차단시키는 것이다.

이와 같이 본 고안은 전기를 이용하여 온수를 가열 및 순환시켜 난방시키는 온수 보일러로서, 순환 파이프를 거친 온수의 온도를 제2 온도센서를 통하여 마이콤이 입력받으면, 마이콤은 온수탱크 내의 온수 온도를 제1 온도센서로부터 입력받아 제1 온도센서와 제2 온도센서의 온도 차이를 설정온도 범위 내에서 히터전원출력부 및/또는 모터전원출력부에 제어신호를 출력하여 히터 및/또는 모터의 작동을 정지시킨다.

따라서 마이콤은 온수탱크에서 가열되어 모터를 통하여 순환 파이프로 배출된 온수가 순환 파이프의 이상상태에 의하여 정상적인 순환이 이루어지지 않아 온수탱크 내의 온수 온도가 순환 파이프를 거쳐 송수관을 따라 온수탱크로 유입되는 온수 온도보다 일정온도 이상이 되면 히터전원출력부 및/또는 모터전원출력부에 인가되는 전원을 차단시키는 것이다. 즉 마이콤은 제1 온도센서와 제2 온도센서와의 온도 차이가 설정된 온도 이상이 되었을 경우에 순환 파이프의 이상상태임을 판단하여 온수탱크 내의 온수가 무단으로 가열되는 것을 방지하도록 한 것이다.

이상의 설명에서 본 고안은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 고안의 온수 보일러의 제어장치는 물을 가열한 후에 순환 파이프를 통하여 강제 순환시켜 난방을 하는 보일러에 있어서, 온수탱크 내에 수위를 감지하여 적정 수위 이하가 되면 보일러의 작동을 정지시킬 수 있도록 하고, 순환 파이프 내 온수의 순환 장애 등을 온수 온도의 감지 및 판단으로 히터 및 모터의 작동을 정지시켜 무단으로 온수가 가열되는 것을 방지함으로서 에너지 절감과 보일러의 망실을 미연에 방지한 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 온수 보일러의 제어장치를 나타낸 블록도이다.

도 2는 본 고안에 따른 온수 보일러의 제어장치의 회로도이다.

♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 키입력부 12: 제1 온도감지부

14: 제2 온도감지부 16: 수위감지부

18: 전원공급부 20: 제어부

22: 표시부 24: 히터전원출력부

26: 모터전원출력부 30: 히터

32: 모터 34: 순환 파이프

36: 온수탱크 38: 발열판

40: 송수관

Claims

소정 용량의 물이 채워진 온수탱크가 구비된 온수 순환 보일러에 있어서,

상기 온수탱크 내부에 장착된 제1 온도센서로부터 수온을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 제1 온도감지부;

상기 온수탱크 및 순환 파이프 사이에 연결된 송수관에 장착되어 순환 파이프를 거쳐 온수탱크로 순환되어 유입되는 온수의 수온을 제2 온도센서가 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 제2 온도감지부; 및

상기 제2 온도감지부에서 입력된 온도값보다 제1 온도감지부에서 입력된 온도값이 수 내지 수십 ℃ 이상이 되면 모터전원출력부 또는 히터전원출력부 중 어느 하나 이상으로 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 온수 보일러의 제어장치.
제1항에 있어서,

온수탱크 내에 장착되어 수위를 감지하는 수위센서가 구비된 수위감지부와,

보일러의 작동 및 온수의 온도를 설정하는 키입력부와,

보일러의 작동상태를 시청각적으로 표시하는 표시부와,

상기 온수탱크의 일측에 부착되어 히터에서 발생되는 열로 온수탱크를 가열하는 발열판, 및

제어장치의 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 온수 보일러의 제어장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제어부는 히터전원출력부로 인가되는 전원을 먼저 차단시키고, 수 초 내지 수 분 후에 모터전원출력부로 인가되는 전원을 차단시키는 것을 특징으로 하는 온수 보일러의 제어장치.