KR20080050651A - 저압 대기밀폐형 보일러 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래의 대기개방형 보일러와 대기밀폐형 보일러를 결합하여 배관 내부의 압력을 저압으로 유지하면서도 상하향배관 모두에서 사용이 가능하고, 구조가 간단한 저압 대기밀폐형 보일러 및 그 제어방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 난방배관으로부터 유입된 난방환수를 순환펌프에 의해 열교환기측으로 공급하기 위해 난방환수를 저장하며, 대기와 차단된 구조의 팽창탱크; 상기 팽창탱크의 상부에 설치되어 팽창탱크 내부와 대기압과의 차압을 검지하는 압력센서; 상기 팽창탱크의 상부에 설치되어 팽창탱크 내부의 공기를 배출하기 위한 공기개폐밸브; 상기 압력센서에서 검지된 팽창탱크 내부 압력이 미리 설정된 압력 이상이 되면 상기 공기개폐밸브를 열린상태로 제어하고, 상기 공기개폐밸브의 개방에 의해 팽창탱크 내부 압력이 미리 설정된 압력 이하가 되면 상기 공기개폐밸브를 닫힌상태로 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.
보일러, 팽창탱크, 대기개방, 대기밀폐, 압력센서

Description

저압 대기밀폐형 보일러 및 그 제어방법{LOW PRESSURE CLOSED TYPE BOILER AND THE CONTROL METHOD THEREOF}
도 1은 종래의 대기개방형 보일러의 구조를 보여주는 개략도,
도 2는 종래의 대기밀폐형 보일러의 구조를 보여주는 개략도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 보일러 구조를 보여주는 개략도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110 : 팽창탱크 120 : 압력센서
130 : 공기개폐밸브 140 : 수위센서
150 : 순환펌프 160 : 열교환기
170 : 버너 180 : 송풍기
190 : 난방배관
본 발명은 저압 대기밀폐형 보일러 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조가 간단하면서도 상향배관 및 하향배관 구조에서 모두 설치가 가능한 저압 대기밀폐형 보일러 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 보일러의 종류를 분류하는 하나의 방법으로 난방수가 저장되는 팽창탱크의 구조에 따라 대기개방형 보일러와 대기밀폐형 보일러로 나눌 수 있다.
도 1은 종래의 대기개방형 보일러의 구조를 보여주는 개략도, 도 2는 종래의 대기밀폐형 보일러의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 대기개방형 보일러는 대기에 개방되어 있는 팽창탱크(11)를 구비하고 있어, 난방배관(19)이 팽창탱크(11)보다 높은 위치에 설치되는 경우(이하 '상향배관'이라 함) 수두압력에 의해 팽창탱크(11)의 물이 넘치게 된다. 따라서 일반적으로 대기개방형 보일러는 난방배관(19)이 팽창탱크(11)보다 낮은 위치에 설치하여 사용해야 하는 설치 조건에 제약이 따른다.
또한 대기에 개방된 구조로 인하여 배관 내의 용존공기량이 증가하게 되므로, 배관수 내에 포함된 공기는 순환펌프(15)의 캐비테이션(cavitation)현상에 의한 유체소음을 증가시킬 뿐만 아니라 보일러의 열교환기(16)를 비롯한 난방배관(19)의 산화부식을 촉진시킴으로써 보일러의 내구성이 저하되는 원인을 제공한다.
그러나 이와는 반대로 대기개방형 보일러는, 저압의 대기압 상태에서 보일러가 작동되므로, 팽창탱크(11) 및 기타 보일러 내부 배관을 플라스틱(plastic) 및 고무재질의 호스(hose)류 등 일반적인 재료를 사용하여 구성하는 것이 가능하므로 비교적 원가가 저렴하고 구조가 단순한 장점 또한 가지고 있다.
미설명부호 12와 13은 난방환수관, 17은 버너, 18은 송풍기를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 대기밀폐형 보일러는, 대기와 차단된 압력식 팽창탱크(21)를 구비하고 있어, 난방배관(29)이 팽창탱크(21)보다 높은 상향배관의 경우에도 물이 넘치지 않는 구조이다. 즉, 보일러가 가동되어 배관 내부의 수온이 높아져서 부피가 증가하게 되면 배관 내의 압력이 증가하고 이를 팽창탱크(21)의 격막(21a; diaphragm)과 질소충진부(21b)가 흡수하도록 되어 있다.
따라서 대기와 차단된 구조로 인하여 배관 내의 용존 산소량이 감소하여 열교환기(26) 및 배관의 부식이 방지되고 내구성이 증가되는 장점이 있다.
이에 반해 대기밀폐형 보일러의 사용압력은 1~3kgf/㎠ 정도로서, 사용압력이 높기 때문에 팽창탱크(21)와 기타 보일러 배관(23,29) 및 연결부 등이 압력에 충분히 견딜 수 있는 재질(통상 금속재) 및 구조로 만들어져야 한다. 또한 배관 내의 압력이 지나치게 높아지는 경우에 대비하여 일정 압력(보통 3.5kgf/㎠)이상이 되면 배관 내의 물을 배출하여 압력을 저하시킬 수 있도록 해주는 과압안전변(22)이 반드시 장착되어야 하고, 초기 보일러 가동시 발생할 수 있는 배관 내의 공기를 제거하기 위한 에어벤트(24)가 장착되어야 한다.
따라서 대기밀폐형 보일러는 구조가 복잡할 뿐만 아니라 크기가 상당히 큰 밀폐형 팽창탱크(21; 보통 6~8Liter)가 부착되어야 하므로 보일러의 무게가 무겁고 원가가 상승하는 단점이 있다.
미설명부호 25는 순환펌프, 27은 버너, 28은 송풍기를 의미한다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 종래의 대기개방형 보일러와 대기밀폐형 보일러를 결합하여 배관 내부의 압력을 저압으로 유지하면서도 상하향배관 모두에서 사용이 가능하고, 구조가 간단한 저압 대기밀폐형 보일러 및 그 제어방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 저압 대기밀폐형 보일러는, 난방배관으로부터 유입된 난방환수를 순환펌프에 의해 열교환기측으로 공급하기 위해 난방환수를 저장하며, 대기와 차단된 구조의 팽창탱크; 상기 팽창탱크의 상부에 설치되어 팽창탱크 내부와 대기압과의 차압을 검지하는 압력센서; 상기 팽창탱크의 상부에 설치되어 팽창탱크 내부의 공기를 배출하기 위한 공기개폐밸브; 상기 압력센서에서 검지된 팽창탱크 내부 압력이 미리 설정된 압력 이상이 되면 상기 공기개폐밸브를 열린상태로 제어하고, 상기 공기개폐밸브의 개방에 의해 팽창탱크 내부 압력이 미리 설정된 압력 이하가 되면 상기 공기개폐밸브를 닫힌상태로 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.
이 경우 상기 팽창탱크의 하부 일측에는 팽창탱크 내부에 저장된 난방수의 수위변화에 따른 압력을 검지하는 수위센서가 설치되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제어부는 상기 수위센서에서 측정된 정보 및 상기 압력센서에서 측정된 정보로부터 상기 공기개폐밸브의 개방여부를 제어하는 것이 바람직하다.
한편 본 발명의 저압 대기밀폐형 보일러의 제어방법은, 난방배관내부에 물이 없거나 부족하여 미리 설정된 수위가 될 때까지 팽창탱크에 물이 공급되는 단계; 상기 팽창탱크 상부에 설치된 공기개폐밸브가 닫히는 단계; 상기 공기개폐밸브를 제어하는 제어부의 신호에 의해 보일러가 가동되어 연소가 이루어지는 단계; 상기 연소에 의해 팽창탱크 내부의 압력이 미리 설정된 압력 이상이 되면 팽창탱크에 설치된 압력센서에서 이를 검지하여 제어부에 송신하고, 상기 제어부에 의해 공기개폐밸브가 열리는 단계; 상기 공기개폐밸브의 개방에 의해 팽창탱크 내부의 압력이 저하되어 미리 설정된 압력 이하가 되면 상기 압력센서에서 이를 검지하여 제어부에 송신하고, 상기 제어부에 의해 상기 공기개폐밸브가 닫히는 단계;를 포함하여 이루어진다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 보일러 구조를 보여주는 개략도이다.
본 발명의 보일러에서, 난방배관(190)을 통해 난방이 이루어지고, 난방환수관(191)을 통해 팽창탱크(110)로 유입된 난방환수가 순환펌프(150)에 의해 난방환수관(192) 및 열교환기(160)로 공급되는 구조는 종래와 동일하다. 또한 화염을 발생시켜 연소가 이루어지는 버너(170), 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍기(180) 도 종래와 동일하게 구비된다.
상기 팽창탱크(110)는 대기와 차단된 구조로 이루어진다. 이로 인해 상향배관구조로 설치되는 경우에도 팽창탱크(110) 내부에 저장된 물이 오버플로우(overflow)되지 않게 된다. 또한 상기 팽창탱크(110)는 합성수지 또는 금속재질 어느 것으로도 사용가능하나, 제조원가 측면을 고려하면 합성수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 팽창탱크(110)의 상부 일측에는 팽창탱크(110) 내부공간(110a)과 대기압과의 차압을 검지하는 압력센서(120)가 설치된다.
상기 압력센서(120)에 대향되는 측의 팽창탱크(110) 상부에는 보일러 가동에 의해 팽창탱크(110) 내부공간(110a)의 압력이 증가하는 경우 공기를 배출하여 내부공간(110a)의 압력을 감소시키기 위한 공기개폐밸브(130)가 설치된다. 상기 공기개폐밸브(130)는 일례로, 전동식으로 개폐되는 온/오프밸브를 사용할 수 있다.
상기 압력센서(120)와 공기개폐밸브(130)는 제어부(도면에 미도시)에 연결되어 있다. 상기 제어부는, 상기 압력센서(120)에서 검지된 팽창탱크(110) 내부공간(110a) 압력이 미리 설정된 압력 이상이 되면 상기 공기개폐밸브(130)를 열린상태가 되도록 제어하고, 상기 공기개폐밸브(130)의 개방에 의해 팽창탱크(110) 내부공간(110a) 압력이 미리 설정된 압력 이하가 되면 상기 공기개폐밸브(130)를 닫힌상태로 제어하게 된다.
이 경우 상기 공기개폐밸브(130)의 개폐여부를 판단하는 기준으로서 제어부에 미리 설정되는 압력은, 주거용 건물의 층고를 고려하여 설정하는 것이 바람직하 다.
즉, 통상 주거용 건물의 층고를 3m로 가정할 경우 3층 건물은 10m의 높이가 되고, 이러한 건물에 상향배관식 보일러를 설치하는 경우 배관 내부에 작용하는 최대 수두압은 약 1kgf/㎠가 된다. 따라서 상기 팽창탱크(110) 내부공간(110a)의 최대허용압력은 1kgf/㎠로 설정하여 이 압력에 도달하면 공기개폐밸브(130)가 개방되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 팽창탱크(110) 내부공간(110a)의 최대허용압력을 설정하게 되면 그 설정된 값에 따라 상향배관구조에서 최대 허용높이도 제한된다.
한편 상기 팽창탱크(110)에는 수위센서(140)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 수위센서(140)는 일례로, 팽창탱크(110) 내부 중간위치에 설치되어 난방수 수위가 상승되어 센서에 난방수가 접촉되면 특정 수위라고 판단하는 센서로 구성될 수도 있다.
그러나 본 발명에서는 상기 제어부에서 압력센서(120)에서 검지되는 압력정보와 수위센서(140)에서 검지되는 수위정보를 함께 고려하여 공기개폐밸브(130)의 개폐여부를 결정하는 것이 바람직하므로, 상기 수위센서(140)는 팽창탱크(110)의 하부 일측에 설치되어 팽창탱크(110)에 저장된 난방수의 수위변화에 따른 압력을 연속적으로 검지할 수 있는 센서로 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 제어방법을 설명한다.
먼저, 상향배관 또는 하향배관으로 설치된 난방 배관 내부에 물이 없거나 부 족한 경우 이를 수위센서(140)가 검지하여 적절한 수위가 될 때까지 자동급수밸브(도면에 미도시)가 물을 팽창탱크(110)에 공급하게 된다. 이 때 공기개폐밸브(130)는 '닫힘'상태가 된다.
이 상태에서 보일러가 가동/연소되면 물의 온도 상승에 따라 부피가 팽창되어 팽창탱크(110) 내부 수위는 높아지고, 이에 따라 팽창탱크(110) 내부공간(110a)의 공기는 압축되어 압력이 높아지게 된다.
이와 같이 압력이 상승되어 압력센서(120)에서 검지되는 압력이 제어부에 미리 설정된 소정의 압력(본 실시예에서는 1kgf/㎠) 이상이 되면, 제어부에서는 공기개폐밸브(130)가 '열림'상태가 되도록 신호를 송신하게 된다.
상기 공기개폐밸브(130)가 열려 공기를 배출하면 팽창탱크(110) 내부공간(110a)의 압력이 낮아져 제어부에 미리 설정된 소정의 압력(예를 들면 0.5kgf/㎠) 이하가 되었음을 압력센서(120)에서 검지하게 되면, 제어부에서 공기개폐밸브(130)가 '닫힘'상태가 되도록 제어신호를 송신하게 된다.
이 상태에서 보일러의 수온이 소정의 설정온도에 도달하여 연소가 중단되면 난방수의 온도가 점차로 낮아지게 되고 이에 따라 팽창탱크(110) 내부 수위는 낮아지게 된다. 그 결과 팽창탱크(110) 내부공간(110a)의 부피가 증가하므로 압력은 낮아지고, 경우에 따라서는 팽창탱크(110) 내부공간(110a)의 압력이 대기압보다 낮은 부압(負壓)으로 형성될 수도 있다.
상기와 같이 공기개폐밸브(130)의 최초 1회 개방에 의해 팽창탱크(110) 내부공간(110a)의 압력이 낮아지면, 그 이후 보일러의 가동과 정지가 반복되는 경우 재 차 공기개폐밸브(130)를 개방하지 않더라도 팽창탱크(110) 내부공간(110a)의 압력이 소정의 범위 내에서 상하로 변동하는 압력변화를 흡수하는 것이 가능하다. 따라서 종래의 대기밀폐형 보일러와 동일한 원리로 작동하게 되어, 물이 공기와 접촉하는 것을 방지하여 물속의 용존공기로 인한 난방배관의 산화부식과 내구성을 저하를 방지할 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 저압 대기밀폐형 보일러 및 그 제어방법에 의하면, 기존의 대기개방형 보일러에 비해 밀폐형 팽창탱크를 갖춤으로써 상하향배관구조 모두에 적용이 가능하고, 배관수가 대기와 접촉하는 시간을 크게 감소시킴으로써 배관 내의 용존공기량을 감소시킬 수 있어 열교환기를 비롯한 난방배관의 산화부식을 방지하고 내구성을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 기존의 대기밀폐형 보일러에 비해 상대적으로 낮은 압력 조건에서 동작하므로 플라스틱 재질의 팽창탱크 및 배관으로 보일러를 구성하여 보일러의 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 난방배관으로부터 유입된 난방환수를 순환펌프에 의해 열교환기측으로 공급하기 위해 난방환수를 저장하며, 대기와 차단된 구조의 팽창탱크;
    상기 팽창탱크의 상부에 설치되어 팽창탱크 내부와 대기압과의 차압을 검지하는 압력센서;
    상기 팽창탱크의 상부에 설치되어 팽창탱크 내부의 공기를 배출하기 위한 공기개폐밸브;
    상기 압력센서에서 검지된 팽창탱크 내부 압력이 미리 설정된 압력 이상이 되면 상기 공기개폐밸브를 열린상태로 제어하고, 상기 공기개폐밸브의 개방에 의해 팽창탱크 내부 압력이 미리 설정된 압력 이하가 되면 상기 공기개폐밸브를 닫힌상태로 제어하는 제어부;
    를 포함하여 이루어진 저압 대기밀폐형 보일러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팽창탱크의 하부 일측에는 팽창탱크 내부에 저장된 난방수의 수위변화에 따른 압력을 검지하는 수위센서가 설치된 것을 특징으로 하는 저압 대기밀폐형 보일러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수위센서에서 측정된 정보 및 상기 압력센서에서 측정된 정보로부터 상기 공기개폐밸브의 개방여부를 제어하는 것을 특징으로 하는 저압 대기밀폐형 보일러.
  4. 팽창탱크 상부에 설치된 공기개폐밸브가 닫히고, 난방배관내부에 물이 없거나 부족하여 미리 설정된 수위가 될 때까지 팽창탱크 내부에 물이 공급되는 단계;
    상기 공기개폐밸브를 제어하는 제어부의 신호에 의해 보일러가 가동되어 연소가 이루어지는 단계;
    상기 연소에 의해 팽창탱크 내부의 압력이 미리 설정된 압력 이상이 되면 팽창탱크에 설치된 압력센서에서 이를 검지하여 제어부에 송신하고, 상기 제어부에 의해 공기개폐밸브가 열리는 단계;
    상기 공기개폐밸브의 개방에 의해 팽창탱크 내부의 압력이 저하되어 미리 설정된 압력 이하가 되면 상기 압력센서에서 이를 검지하여 제어부에 송신하고, 상기 제어부에 의해 상기 공기개폐밸브가 닫히는 단계;
    를 포함하여 이루어진 저압 대기밀폐형 보일러의 제어방법.
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