KR20100110115A - 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치 및 그 제어방법 - Google Patents

태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어수단에서 보일러장치의 가동을 감지하게 되면, 태양열 시스템에서 발전된 전원 및 온수의 이용여부를 판단하고, 이용가능한 것으로 판단되면 태양열 시스템의 축열탱크로부터 보일러장치에 필요한 온수를 직접 공급할 수 있게 함으로써 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치는, 축열탱크를 포함하는 태양열 시스템; 버너의 구동으로 온수를 저장하는 보일러탱크와, 축열탱크와 보일러탱크로부터 선택적으로 온수를 난방장치에 공급해 주는 온수순환펌프를 포함하는 보일러장치; 및 태양열 시스템과 보일러장치를 연계하여 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어지고, 제어수단은, 회로전원으로서 태양열 시스템으로부터 생성된 전원을 선택적으로 공급받고, 보일러장치의 리모콘을 통해 전송된 신호를 바탕으로 축열탱크의 설정온도가 미리 설정된 설정치보다 높으면 축열탱크의 온수를 온수순환펌프를 통해 보일러장치에 선택적으로 인가하는 것을 특징으로 한다.
태양열 시스템, 보일러, 연계제어, 축열탱크

Description

태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치 및 그 제어방법{Heating Apparatus with an Automatic Linkage Controller between Solar Thermal System and Boiler and the Method thereof}
본 발명은 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리모콘에서 보일러 가동시 태양열 시스템에서 온수 공급이 가능한 것으로 판단되면, 태양열 시스템으로부터 전원 및 온수를 제공하여 에너지 소비효율을 향상시킬 수 있는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양열 시스템은 태양에너지를 축적하여 다양한 형태로 이용되고 있다. 특히, 최근에는 이러한 태양열 시스템이 냉온방 및 온수를 공급하기 위한 일종의 냉난방 시설로도 많이 이용되고 있다.
하지만, 이러한 태양열 시스템은 자체적으로 태양에너지를 축적하고 있는 축열탱크가 구비되어 있기 때문에, 미리 보일러장치가 구비된 시설 등에는 태양열 시스템과 보일러장치를 연계하여 제어할 수 있는 제어기를 필요로 하게 되었다.
특히, 이러한 제어기는 보일러장치의 에너지효율을 보다 향상시키기 위해 태 양열 시스템에서 생성된 전원의 제어 및 온수를 보일러장치에서 활용할 수 있도록 제어하는 것을 필요로 하게 되었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 제어수단에서 보일러장치의 가동을 감지하게 되면, 태양열 시스템에서 발전된 전원 및 온수의 이용여부를 판단하고, 이용가능한 것으로 판단되면 태양열 시스템의 축열탱크로부터 보일러장치에 필요한 온수를 직접 공급할 수 있게 함으로써 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치는,
축열탱크를 포함하는 태양열 시스템; 버너의 구동으로 온수를 저장하는 보일러탱크와, 축열탱크와 보일러탱크로부터 선택적으로 온수를 난방장치에 공급해 주는 온수순환펌프를 포함하는 보일러장치; 및 태양열 시스템과 보일러장치를 연계하여 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어지고, 제어수단은,
회로전원으로서 태양열 시스템으로부터 생성된 전원을 선택적으로 공급받고, 보일러장치의 리모콘을 통해 전송된 신호를 바탕으로 축열탱크의 설정온도가 미리 설정된 설정치보다 높으면 축열탱크의 온수를 온수순환펌프를 통해 보일러장치에 선택적으로 인가하는 것을 특징으로 한다.
특히, 온수순환펌프는 3방향밸브를 이용하여 축열탱크 및 보일러탱크로부터 온수를 선택하여 난방장치에 공급하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 보일러장치는 제어수단에서 그 가동여부를 판단할 수 있도록 송풍팬과 전원부에 각각 전류감지기와 전압감지기가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따르는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치의 제어방법은,
미리 설정된 감시시간 간격으로 리모콘을 통해 보일러장치의 가동하고자 하는 여부를 제어수단(300)에서 판단하는 제1단계(S100);
만일, 보일러장치가 가동상태인 것으로 판단되면, 태양열 시스템의 축열탱크의 온도가 설정온도 이상인가를 판단하는 제2단계(S200);
만일, 축열탱크의 온도가 설정치 이상인 것으로 판단되면, 태양열 시스템으로부터 회로가동에 필요한 전원을 제어수단에서 인가받는 제3단계(S300);
제어수단에서 보일러장치의 버너 구동을 정지시키고, 축열탱크로부터 보일러장치의 난방장치로 온수공급이 이루어지도록 보일러장치의 온수순환펌프를 제어하는 제4단계(S400);
감시시간동안 대기하는 제5단계(S500); 및
제어수단에 입력된 제어신호를 리셋하여 해지하는 제6단계(S600);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 감시시간 간격은 20초~180초 인 것을 특징으로 한다.
그리고, 제1단계(S100)는 보일러장치의 송풍팬에 인가되는 전류 및 보일러장치에 인가되는 전원 중에서 적어도 하나를 이용하여 보일러장치의 가동여부를 판단 하는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 제2단계(S200)는 설정온도가 설정치 이하이면, 설정온도가 설정치 이상이 될 때까지 축열탱크의 온도를 검출하여 설정온도와 비교하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 보일러장치의 가동시간을 최소화할 수 있기 때문에 난방장치의 에너지효율을 최소화할 수 있게 된다.
2) 제어수단에서 필요로 하는 전원을 태양열 시스템으로부터 공급받아 동작되기 때문에 전원소비율을 줄일 수 있게 된다.
3) 태양열 시스템으로부터 생성된 전원 및 온수를 최대한 활용할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(난방장치의 구성)
도 1은 본 발명에 따르는 난방장치의 구성을 설명하기 위해 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
본 발명은 통상적으로 태양열 에너지를 이용하여 축열하는 태양열 시스 템(100)과, 가정과 같은 건축물에서 난방용으로 사용되는 보일러장치(200)와, 이들 태양열 시스템(100)과 보일러장치(200)를 연계하여 자동으로 제어하기 위한 제어수단(300)을 포함하여 구성된다. 이하, 이들 각 구성요소들에 대하여 설명하면 다음과 같다.
태양열 시스템(100)은 태양열을 축열하여 온수를 얻는 축열탱크(110)와, 태양열에너지로부터 전기적 에너지를 얻는 전원생성부(120)를 포함하여 구성된다. 특히, 축열탱크(110)에는 온도감지센서(111)가 구비되어 있으며, 온도감지센서(111)에서 감지된 온도신호는 후술하게 될 제어수단(300)으로 전송되게 된다.
이와 같이 이루어진 태양열 시스템(100)은 제어수단(300)의 제어를 통해 축열탱크(110)에 저장된 온수를 선택적으로 보일러장치(200)에 공급하고, 전원생성부(120)에서 생성된 전원을 선택적으로 제어수단(300)에 인가해 주게 된다.
보일러장치(200)는 리모콘(230) 조작으로 제어되는 통상의 보일러장치를 이용한다. 특히, 보일러장치(200)는 보일러가동에 필요한 공기 등을 공급하기 위한 송풍팬(240) 및 보일러장치(200) 장치에 필요한 전원을 공급하는 전원부(250)를 포함한다. 그리고, 이들 송풍팬(240) 및 전원부(250)에는 각각 전류와 전압검출을 위한 전류감지기(241)와 전압감지기(251)가 구비되어 있다. 전류감지기(241)와 전압감지기(251)에서 감지된 신호는 제어수단(300)으로 전송되게 된다. 이때의 전송방법은 무선 방식으로 직접 제어수단(300)으로 전송하는 방법도 가능하고, 리모 콘(230)을 통해 전송하는 방법도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 보일러장치(200)의 가동을 감지하기 위한 구성인 전류감지기(241)와 전압감지기(251)가 보일러장치(200)에 구비된 것으로 설명하고 있으나, 이러한 검지기능은 제어수단(200) 내에 회로로 구성하고, 이 회로를 통해 송풍팬(240)에 인가되는 전류 및 전원부(250)에 인가되는 전압을 검출하게 하는 구성도 가능하다.
그리고, 보일러장치(200)는 버너(211)에 의해 온수를 생성하는 보일러탱크(210)를 포함한다. 그리고, 이 보일러탱크(210)에서 생성된 온수를 난방용 파이프와 같은 난방장치(260)에 순환시켜 주기 위한 온수순환펌프(220)를 포함하여 구성된다.
특히, 온수순환펌프(220)는 보일러탱크(210) 뿐만 아니라 축열탱크(110)로부터 온수를 공급받아 난방장치(260)에 공급할 수 있도록 3방향밸브(221)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 3방향밸브(221)는 통상적인 난방시 리모콘(230)의 제어로 보일러탱크(210)로부터 온수를 난방장치(260)에 공급하게 된다. 뿐만 아니라, 3방향밸브(221)는 제어수단(300)의 제어로 온수의 공급이 선택적으로 이루어질 수도 있다. 이러한 제어수단(300)은 3방향밸브(221)의 제어에 있어서, 리모콘(230)을 통해서도 제어할 수 있다.
제어수단(300)은 리모콘(200)의 조작으로 보일러장치(200)의 가동여부를 판 단한다. 가동여부의 판단은, 송풍팬(240) 및 전원부(250)에 각각 구비된 전류감지기(241)와 전압감지기(250)를 통해 이루어지게 된다. 이때, 제어수단(300)은 이들 감지기(241,251) 중에서 적어도 하나 이상으로부터 신호를 입력받아 보일러장치(200)의 가동여부를 판단한다.
그리고, 제어수단(300)은 축열탱크(110)의 온도감지센서(111)로부터 온도신호를 입력받게 된다. 이 신호로 제어수단(300)은 태양열 시스템(100)에서 충분한 온수공급이 가능한 상태인가를 판단하게 된다. 즉, 제어수단(300)에는 미리 설정온도로서 예를 들어, 설정온도가 80℃인 경우, 검출된 온도신호가 80℃ 이상이면 온수 가능 상태인 것으로 판단하게 된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제어수단(300)은 송풍팬(240) 및 전원부(250)의 전류 및 전압 감지를 위하여, 상술한 센서 형태가 아닌 전기회로 형태로 구성하여 이용할 수도 있다.
뿐만 아니라, 제어수단(300)은 3방향밸브(221)를 함께 제어하게 된다. 3방향밸브(221)의 제어는 검출된 온도신호가 설정온도 이상인 경우, 축열탱크(110)로부터 난방장치(260)로의 온수공급이 이루어지도록 온수순환펌프(220)를 제어하게 된다. 이러한 제어방법에 대해서는 후술하는 제어방법에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
(난방장치의 제어방법)
도 2는 본 발명에 따르는 난방장치의 제어방법을 설명하기 위한 플로우챠트 이다.
본 발명에 따르는 난방장치의 제어방법은 다음과 같이 6단계에 걸쳐 수행된다. 이하, 각 단계별로 수행되는 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제1단계(S100)는 리모콘(230)을 통해 보일러장치(200)의 가동여부를 판단하는 단계이다. 이때의 판단은 사용자가 리모콘(230)을 조작하여 보일러장치(200)를 가동시 이에 대한 제어신호를 입력받아 판단하게 된다. 또 다른 판단 방법으로서는, 제어수단(300)에서 미리 설정된 감시시간 간격으로 보일러장치(200)의 구동여부를 직접 감시하여 판단하게 된다. 이루어지게 된다. 여기서, 감시시간 간격이란 사용자가 미리 제어수단(300)에 일정한 시간간격을 설정해 놓은 것을 의미한다. 그리고, 감시시간의 설정방법은 제어수단(300)에 직접 설정하거나, 리모콘(230)을 이용하여 설정할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 감시시간 간격은 20초~180초의 범위 내에서 이루어지게 하는 것이 바람직하다. 이는 이보다 시간간격이 좁으면 가동여부에 따른 잦은 판단으로 리모콘(230)과 제어수단(300)에 부하를 줄 수 있고, 이보다 시간간격이 넓으면 보일러장치(200)의 가동 후 대처하는데 늦어질 수 있기 때문이다.
또한, 보일러장치(200)의 구동을 직접 판단하는 경우, 그 판단은 제어수단(300)에서 이루어지게 되는데, 송풍팬(240)에 인가되는 전류 및 보일러장치(200)에 인가되는 전원 중에서 적어도 하나를 이용하여 보일러장치(200)의 가동여부를 판단한다.
이러한 제1단계(S100)는 감시시간 내에 보일러장치(200)가 가동되지 않는 것 으로 판단되면, 다시 대기상태로 돌아가서 리모콘(230)으로부터의 신호를 대기하거나 그 다음 감시시간의 도래를 기다리게 된다. 만일, 제1단계(S100)에서 보일러장치(200)가 가동중인 것으로 판단되면, 제2단계(S200)를 수행하게 된다.
제2단계(S200)는 축열탱크(110)의 온도가 설정온도 이상인가를 판단하는 단계이다. 이때의 설정온도는 제어수단(300)에 미리 설정해 놓은 설정온도와 온도감지센서(111)를 통해 검출된 축열탱크(110)의 온도를 비교하여 판단하게 된다.
즉, 제어수단(300)은 감지된 축열탱크(110)의 온도가 설정온도 이상인 것으로 판단되면, 축열탱크(110)에 저장된 온수 및 태양열시스템(100)에서 발생된 전원을 이용할 수 있는 상태라고 판단하게 된다. 그리고, 제어수단(300)에서는 제3단계(S300)를 수행한다.
제3단계(S300)는 태양열 시스템(100)에서 발전된 전원을 제어수단(300)에 인가하는 단계이다. 이때의 발전전원은 태양열 시스템(100)의 전원생성부(120)로부터 제어수단(300)으로 인가되게 된다.
이는 제어수단(300)에서 회로가동에 필요한 전원을 태양열 시스템(100)으로부터 공급받음으로써, 전원소비를 최소화하기 위함이다.
제4단계(S400)는 제어수단(300)에서 보일러장치(200)를 제어하는 단계이다. 이때의 제어는 크게 버너(211)의 제어와 온수순환펌프(220)의 제어로 나누어진다.
제어수단(300)은 보일러장치(200)의 가동을 정지시켜 보일러장치(200)의 가동에 따른 전원과 에너지 소비를 최소화하기 위해 버너(211)의 구동을 정지시키게 된다. 그리고, 보일러장치(200)에서 필요한 온수를 난방장치(260)에 공급하기 위해 온수순환펌프(220)를 제어하게 된다.
이때의 온수순환펌프(220)의 제어는 3방향밸브(221)를 통해 이루어진다. 즉, 제어수단(300)은 보일러탱크(210)로부터의 온수공급을 차단하고, 축열탱크(110)로부터 난방장치(260)로의 온수공급이 이루어지도록 3방향밸브(221)를 제어하게 되는 것이다.
제5단계(S500)는 감시시간 동안 대기하는 단계이다. 이때의 감시시간은 상술한 감시시간(20초~180초)의 범위 내에서 미리 설정된 시간을 의미한다. 그리고, 이 시간동안 리모콘(230)을 통해 또 다른 제어신호가 제어수단(300)으로 입력되는가를 감시하게 된다.
제6단계(S600)는 기억을 해지하는 단계이다. 여기서의 기억해지는 상술한 리모콘(230) 등으로부터 입력된 신호라든가 축열탱크(100)의 검출온도 등 제어에 필요한 신호를 리셋시켜 초기화하는 상태를 말한다.
따라서, 본 발명은 축열탱크(110)의 검출온도가 설정치 이하인 경우에는 통상적인 보일러장치(200)의 가동을 통해 난방이 이루어지게 되고, 태양열 시스 템(100)의 온수 이용이 가능한 경우에는 축열탱크(110)로부터 난방장치(260)로 온수공급이 이루어지기 때문에 에너지 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 난방장치의 구성을 설명하기 위해 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명에 따르는 난방장치의 제어방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
100 : 태양열 시스템 110 : 축열탱크
111 : 온도감지센서 120 : 전원생성부
200 : 보일러장치 210 : 보일러탱크
211 : 버너 220 : 온수순환펌프
221 : 3방향밸브 230 : 리모콘
240 : 송풍팬 241 : 전류감지기
250 : 전원부 251 : 전원부
260 : 난방장치 300 : 제어수단

Claims (7)

  1. 축열탱크(110)를 포함하는 태양열 시스템(100);
    버너(211)의 구동으로 온수를 저장하는 보일러탱크(210)와, 상기 축열탱크(110)와 상기 보일러탱크(210)로부터 선택적으로 온수를 난방장치에 공급해 주는 온수순환펌프(220)를 포함하는 보일러장치(200); 및
    상기 태양열 시스템(100)과 상기 보일러장치(200)를 연계하여 제어하는 제어수단(300)을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단(300)은,
    회로전원으로서 상기 태양열 시스템(100)으로부터 생성된 전원을 선택적으로 공급받고, 상기 보일러장치(200)의 리모콘(230)을 통해 전송된 신호를 바탕으로 상기 축열탱크(110)의 설정온도가 미리 설정된 설정치보다 높으면 상기 축열탱크(110)의 온수를 상기 온수순환펌프(220)를 통해 상기 보일러장치(200)에 선택적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온수순환펌프(220)는 3방향밸브(221)를 이용하여 상기 축열탱크(110) 및 상기 보일러탱크(210)로부터 온수를 선택하여 난방장치(260)에 공급하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보일러장치(200)는 상기 제어수단(300)에서 그 가동여부를 판단할 수 있도록 송풍팬(240)과 전원부(250)에 각각 전류감지기(241)와 전압감지기(251)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치.
  4. 미리 설정된 감시시간 간격으로 리모콘(230)을 통해 보일러장치(200)의 가동
    하고자 하는 여부를 제어수단(300)에서 판단하는 제1단계(S100);
    만일, 상기 보일러장치(200)가 가동상태인 것으로 판단되면, 태양열 시스템(100)의 축열탱크(110)의 온도가 설정온도 이상인가를 판단하는 제2단계(S200);
    만일, 상기 축열탱크(110)의 온도가 설정치 이상인 것으로 판단되면, 상기 태양열 시스템(100)으로부터 회로가동에 필요한 전원을 상기 제어수단(300)에서 인가받는 제3단계(S300);
    상기 제어수단(300)에서 상기 보일러장치(200)의 버너(211) 구동을 정지시키고, 상기 축열탱크(110)로부터 상기 보일러장치(200)의 난방장치(260)로 온수공급 이 이루어지도록 상기 보일러장치(200)의 온수순환펌프(220)를 제어하는 제4단계(S400);
    상기 감시시간동안 대기하는 제5단계(S500); 및
    상기 제어수단(300)에 입력된 제어신호를 리셋하여 해지하는 제6단계(S600);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치의 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 감시시간 간격은 20초~180초인 것을 특징으로 하는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치의 제어방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1단계(S100)는 상기 보일러장치(200)의 송풍팬(240)에 인가되는 전류 및 상기 보일러장치(200)에 인가되는 전원 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 보일러장치(200)의 가동여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치의 제어방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2단계(S200)는 상기 설정온도가 설정치 이하이면, 상기 설정온도가 설정치 이상이 될 때까지 상기 축열탱크(110)의 온도를 검출하여 설정온도와 비교하는 것을 특징으로 하는 태양열 시스템과 보일러를 연계 제어하는 제어기가 구비된 난방장치의 제어방법.
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