KR20130126116A - 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러 및 그 제어방법 - Google Patents

온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료를 연소시켜 열을 발생하는 버너와 연소된 연소 잔재물 등을 보일러 외부로 배출 시키는 배기구와 상기 배기구에 연결되어 상기 연소 잔재물을 대기 중으로 배출하는 배기파이프로 구성되어 있는 연소배기부; 와 사용자에게 온수와 난방등을 제공하기 위해 더운물을 순환시키는 순환부; 와 상기 버너로부터 발생한 열을 흡수하여 더운물을 만들고, 양단에 상기 순환부와 연결되어 순환부에 더운물을 공급하는 열교환부; 와 상기 열교환부의 출구에 형성되어 더운물의 온도를 측정하는 출구온도센서와 상기 열교환부의 입구에 형성되어 상기 순환부로부터 유입되는 차가운 물의 온도를 측정하는 입구온도센서와 상기 출구온도센서 및 상기 입구온도센서에서 측정된 온도값을 계산하여 보일러의 작동여부를 제어하는 컨트롤러로 구성된 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러를 제공한다.
따라서 배기파이프의 재질을 저렴한 PVC로 사용할 수 있고, PVC의 사용으로 설치가 간편하며, 기존의 온도센서로 제어가 가능하여 별도의 제어장치가 필요 없어 설치비용을 절감 할 수 있는 효과가 있다.

Description

온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러 및 그 제어방법{THE BOILER HAVING TEMPERATURE CONTROLLING SYSTEM USING TEMPERATURE SENSOR AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 PVC 재질의 배기파이프를 사용 할 수 있는 보일러에 관한 것으로, 구체적으로는 보일러 또는 온수기 등 연소기기의 내부에 장착된 온도센서를 이용하여 배기가스의 온도를 제어하여 PVC 재질의 배기파이프를 장착할 수 있는 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러 및 그 제어방법에 관한 것이다.
연소기기는 보일러 또는 온수기를 통칭하는 것으로, 가스나 기름을 연소시켜 발생된 연소열로 물을 가열하여 방, 사무실, 온실 등에 공급하고, 차가운 직수를 가열하여 따뜻한 온수를 공급하는 기기이다.
이러한 연소기기의 연소실은 연소실에서 연소된 후 배출되는 배기가스의 배출작용을 하는 배기파이프가 연소기기에 장착된다. 캐나다 또는 미국과 같은 북미에 건축되는 집들의 경우 집의 규모가 비교적 크고 보일러 또는 온수기를 주로 지하 또는 외진 곳에 설치하기 때문에 외부로 급, 배기구를 외측으로 빼내기 위해서 복수의 PVC파이프를 연결하여 집의 외측으로 빼내고 있다. 이는 스테인리스 재질의 배기파이프를 사용하게 되면 설치비용이 많이 소요되어 경제성이 떨어지는 문제점이 있기 때문이다.
이 경우 배기파이프는 국내에서는 제품 단품으로 PVC 제품의 사용이 허가되지 않았기 때문에 주로 스테인리스 재질이 이용되고 있었지만, 2012년 4월 부터 관련법규의 변경으로 복합 배기통으로 설치시 PVC 사용이 가능하고, 향후 단독 제품으로 PVC 사용이 가능하게 변경 될 예정이다.
따라서 설치비용의 절감차원에서 연소기기의 배기파이프를 주로 PVC 파이프로 사용하려면, 각각의 파이프를 서로 본드(PVC 시멘트)를 이용하여 연결부위를 접합하게 해야한다.
상기한 PVC파이프의 경우 연소기기의 배기가스가 65℃이하의 제품에서만 허용된다. 그러나 간혹 온수기를 난방용으로 사용하는 가구가 있으며, 이때 배출되는 배기가스는 65℃를 넘을 경우가 빈번히 발생된다. 이와 같이 배기가스가 65℃가 넘을 경우 PVC 파이프나 상기 파이프의 결합부위가 녹아 배기가스가 누출되고 이로 인해 안전사고가 일어나는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 단점을 보완하기 위해 온수기 및 보일러의 설정온도를 제한하게 되면 별도의 제어장치를 구비해야하여 구조가 복잡하여 비용이 높아지고, 배기가스가 90℃정도로 상승하여도 안전한 CPVC 파이프를 사용하게 되면 이 또한 설치비용이 높아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 열교환기의 입구 온도와 열교환기의 출구 온도를 측정하여 배기가스의 온도를 65℃ 이하로 제어함으로써 배기구에 PVC파이프를 사용 할 수 있는 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러는, 연료를 연소시켜 열을 발생하는 버너와 연소된 연소 잔재물 등을 보일러 외부로 배출 시키는 배기구와 상기 배기구에 연결되어 상기 연소 잔재물을 대기 중으로 배출하는 배기파이프로 구성되어 있는 연소배기부; 사용자에게 온수와 난방을 제공하기 위해 더운물을 순환시키는 순환부; 상기 버너로부터 발생한 열을 흡수하여 더운물을 만들고, 양단에 상기 순환부와 연결되어 순환부에 더운물을 공급하는 열교환부; 상기 열교환부의 출구에 형성되어 더운물의 온도를 측정하는 출구온도센서와 상기 열교환부의 입구에 형성되어 상기 순환부로부터 유입되는 차가운 물의 온도를 측정하는 입구온도센서와 상기 출구온도센서 및 상기 입구온도센서에서 측정된 온도값을 계산하여 보일러의 작동여부를 제어하는 컨트롤러로 구성된 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배기파이프는, PVC 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어방법은 보일러가 운전 조건이 되어 처음 연소 작동을 수행할 경우 컨트롤러의 배기가스 온도 계산치를 초기화 시키는 단계, 상기 컨트롤러에서 출구온도센서와 입구온도센서를 통하여 열교환기의 입구온도와 출구온도를 측정하여 저장하는 단계, 상기 컨트롤러에서 배기가스의 온도를 계산하는 단계, 상기 컨트롤러에서 상기 계산된 배기가스 온도가 배기파이프의 용융가능온도를 초과 하였는지 판단하는 단계, 상기 컨트롤러에서 계산된 배기가스 온도가 배기파이프의 용융가능온도를 초과 된 경우 연소 작동을 정지하여 제어하는 단계, 상기 컨트롤러에서 계산된 배기가스의 온도가 배기파이프의 용융가능온도 이하의 경우 일련의 연소 작동 진행하여 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배기파이프의 용융가능온도는 65℃인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러 및 그 제어방법에 의하면, 배기파이프의 재질을 저렴한 PVC로 사용할 수 있고, PVC의 사용으로 설치가 간편하며, 기존의 온도센서로 제어가 가능하여 별도의 제어장치가 필요 없어 설치비용을 절감 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어방법을 설명하기 위한 흐름도
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러는 공급받은 연료를 연소시키고 연소된 연기나 연소 잔재물 등을 보일러 외부로 배출 시키는 연소배기부(100)와 상기 연소배기부(100)에서 발생한 열을 흡수하여 더운물을 공급하는 열교환부(200)와 상기 열교환부(200)에서 공급받은 더운물을 순환시켜 사용자에게 온수와 난방을 제공하는 순환부(300)와 보일러의 작동여부를 제어하는 제어부(400)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 연소배기부(100)는 연소에 필요한 공기를 흡입하는 흡기구(110)와 연료를 연소 시켜 열을 발생하는 버너(120)와 상기 버너(120)에서 나오는 연소 잔재물 등을 보일러 외부로 배출하는 배기구(130)와 상기 배기구(130)에 연결되어 배기가스를 대기 중으로 배출하는 배기파이프(140)로 구성되어 있다.
따라서 연소에 필요한 공기는 상기 흡기구(110)를 통하여 버너(120)에 전달되고, 상기 열교환부(200)를 거쳐 상기 배기구(130)와 배기파이프(140)를 통과하여 대기 중으로 배출 된다.
상기 열교환부(200)는 상기 버너(120)로부터 발생한 열을 흡수하여 더운물을 만들고, 양단에 상기 순환부(300)가 연결되어 순환부(300)에 더운물을 공급한다.
상기 순환부(300)는 상기 열교환부(200)로부터 더운물을 공급받아 사용자에게 난방과 온수등을 제공한다. 이 경우 상기 순환부(300)는 사용하고 남은 상대적으로 차가운 물을 다시 상기 열교환부(200)로 되돌려 순환시키는 순환펌프(310)를 포함하여 구성된다.
상기 제어부(400)는 상기 열교환부(200)의 출구에 설치되어 더운물의 온도를 측정하는 출구온도센서(410)와 상기 열교환부(200)의 입구에 설치되어 상기 순환부(300)로부터 유입되는 차가운 물의 온도를 측정하는 입구온도센서(420), 그리고 상기 출구온도센서(410) 및 상기 입구온도센서(420)에서 측정된 온도값을 계산하여 보일러의 작동여부를 제어하는 컨트롤러(430)를 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 버너(120)에서 발생한 열을 흡수한 더운물의 온도와 사용자에 의해 사용된 상대적으로 차가운 물의 온도를 계산하여 상기 배기구(130)를 통해 배출 되는 배기가스의 온도를 검출 할 수 있다.
상기 배기가스의 온도는 아래와 같은 수식으로 계산이 가능하다.
식) 배기가스 온도 = ( 열교환기 입구온도 + 열교환기 출구온도 ) / 2
상기 배기구(130)에 연결되어 배기가스를 대기 중으로 배출하는 배기파이프(140)는 그 재질이 PVC인 경우 배기파이프의 용융가능온도 이내에서 사용이 허용된다. 이를 고려하여 현재 연소기기의 배기가스가 약 65℃이하 일 때 허용된다. 만일, 배기가스가 65℃가 넘을 경우 PVC 파이프나 결합부위가 녹아 배기가스 누출되고 이로 인해 안전사고가 일어나는 문제점이 있다.
따라서 상기 컨트롤러(430)는 상기 출구온도센서(410)와 입구온도센서(420)의 온도 값을 계산하여 현재 배기가스 온도를 항상 모니터링 하고 상기 배기가스 온도가 PVC 재질의 배기파이프(140) 용융가능 온도인 약 65℃를 초과 하였을 경우 상기 버너(120)의 턴오프하여 연소를 정지하는 등 배기가스의 온도를 제어하여 안전사고의 발생을 막을 수 있다.
또한, 현재 배기가스의 온도가 약 65℃이하 인 경우 재연소를 수행하게 하여 결과적으로 PVC 재질 배기파이프(140)의 사용가능으로 설치가 간편해지고, 기존의 온도센서와 저가의 컨트롤러를 사용함으로 별도의 고가의 제어장치가 필요없어 설치비용이 저렴하다.
이하 도 2을 참조하여 본 발명의 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어방법을 설명한다.
보일러가 운전 조건이 되어 처음 연소 작동을 수행할 경우, 즉 보일러에 구성된 순환펌프(310)가 가동되면 보일러 내의 컨트롤러(430)는 배기가스 온도 계산치를 초기화 시킨다. (S10 참조)
그리고, 컨트롤러(430)는 출구온도센서(410)와 입구온도센서(420)을 통하여 열교환기의 입구온도(T1)와 출구온도(T2)를 측정하여 저장한다. (S20~S30 참조)
그 다음 단계로, 상기 컨트롤러(430)는 다음 식을 사용하여 배기가스의 온도를 계산한다. (S40 참조)
식) ( 열교환기 입구온도(T2) + 열교환기 출구온도(T1) ) /2
이에 상기 컨트롤러(430)는 상기 계산된 배기가스 온도가 배기파이프(140) 용융가능 온도를 초과 하였는지 판단하고, 배기파이프(140) 용융가능 온도를 초과 된 경우 연소 작동을 정지하여 배기가스의 온도를 상시 배기파이프(140) 용융가능 온도 이하로 유지하여 PVC 재질의 배기파이프(140)를 사용할 수 있도록 한다. (S60~S70 참조)
한편, 배기가스의 온도가 배기파이프(140) 용융가능 온도를 초과 하였는지 판단하는 단계에서 배기파이프(140) 용융가능 온도 이하의 경우 일련의 연소 작동, 즉 착화 및 연소 과정을 진행한다. (S80 참조)
이상에서 설명된 본 발명의 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러 및 그 제어방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : 연소배기부 110 : 흡기구
120 : 버너 130 : 배기구
140 : 배기파이프 200 : 열교환부
300 : 순환부 310 : 순환펌프
400 : 제어부 410 : 출구온도센서
420 : 입구온도센서 430 : 컨트롤러

Claims (4)

  1. 연료를 연소시켜 열을 발생하는 버너(120)와 연소된 연소 잔재물 등을 보일러 외부로 배출 시키는 배기구(130)와 상기 배기구(130)에 연결되어 상기 연소 잔재물을 대기 중으로 배출하는 배기파이프(140)로 구성되어 있는 연소배기부(100);
    사용자에게 온수와 난방등을 제공하기 위해 더운물을 순환시키는 순환부(300);
    상기 버너(120)로부터 발생한 열을 흡수하여 더운물을 만들고, 양단에 상기 순환부(300)와 연결되어 순환부(300)에 더운물을 공급하는 열교환부(200);
    상기 열교환부(200)의 출구에 설치되어 더운물의 온도를 측정하는 출구온도센서(410)와 상기 열교환부(200)의 입구에 설치되어 상기 순환부(300)로부터 유입되는 차가운 물의 온도를 측정하는 입구온도센서(420)와 상기 출구온도센서(410) 및 상기 입구온도센서(420)에서 측정된 온도값을 계산하여 보일러의 작동여부를 제어하는 컨트롤러(430)로 구성된 제어부(400);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배기파이프(140)는,
    PVC 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어장치를 구비하는 보일러.
  3. 보일러가 운전 조건이 되어 처음 연소 작동을 수행할 경우 컨트롤러(430)의 배기가스 온도 계산치를 초기화 시키는 단계(S10);
    상기 컨트롤러(430)에서 출구온도센서(410)와 입구온도센서(420)을 통하여 열교환기의 입구온도(T1)와 출구온도(T2)를 측정하여 저장하는 단계(S20~S30);
    상기 컨트롤러(430)에서 배기가스의 온도를 계산하는 단계(S40);
    상기 컨트롤러(430)에서 상기 계산된 배기가스 온도가 배기파이프(140) 용융가능 온도를 초과 하였는지 판단하는 단계(S60);
    상기 컨트롤러(430)에서 계산된 배기가스 온도가 배기파이프(140) 용융가능 온도를 초과 된 경우 연소 작동을 정지하여 제어하는 단계(S70);
    상기 컨트롤러(430)에서 계산된 배기가스의 온도가 배기파이프(140) 용융가능 온도 이하의 경우 일련의 연소 작동 진행하여 제어하는 단계(S80);
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어방법
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 배기파이프(140) 용융가능 온도는,
    65℃인 것을 특징으로 하는 온도센서를 이용한 배기가스 온도 제어방법
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