KR20140122916A

KR20140122916A - 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프

Info

Publication number: KR20140122916A
Application number: KR20130039973A
Authority: KR
Inventors: 장성호
Original assignee: 주식회사 나노켐
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-21
Also published as: KR101488081B1

Abstract

본 발명은 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프에 관한 것으로, 특히 보일러의 난방수를 순환시키는 순환 펌프가 부하에 따라 자동으로 운전됨으로써, 저유량에 따른 난방 불량과 고유량에 따른 소음 발생을 방지할 수 있는 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프에 관한 것이다.

Description

자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프{Automatic operation type circulating pump of boiler}

본 발명은 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보일러의 난방수를 순환시키는 순환 펌프가 부하에 따라 자동으로 운전됨으로써, 저유량에 따른 난방 불량과 고유량에 따른 소음 발생을 방지할 수 있는 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프에 관한 것이다.

보일러용 순환 펌프는 기름이나 가스 등을 열원으로 하여 가열된 순환수 즉, 난방수를 각방이나 거실과 같은 난방 구역으로 강제 순환시켜 줌으로써 해당 난방 구역에 난방을 제공한다.

한편, 순환 펌프로는 보통 주파수 제어 방식의 AC 모터를 채용한 펌프가 사용되고 있으며 등록실용신안 제20-0217078호와 같은 마그네트 펌프도 사용된다. 또한, 난방 부하에 대응할 수 있도록 고양정 펌프가 사용된다.

그러나, 이상과 같은 AC 모터를 채용한 순환 펌프는 그 제어 성능이 70% 이하까지 내려가지 못하는 한계가 있기 때문에, 난방 부하에 따라 10%~100%까지의 폭넓은 제어 성능을 제공하지 못한다.

예컨대, 난방수는 버너, 열교환기, 삼방변, 각방 제어 시스템 및 난방배관 등을 통해 난방 구역으로 제공되고, 이때 각방 제어 시스템에서 일부 방만 개방하여 부하 변화가 생기더라도 순환 펌프의 제어 성능 한계로 적절히 대응하지 못한다.

따라서, 난방수의 유량이 과도한 경우에는 유속에 따른 소음이 발생하고 바닥 조건이 나쁜 경우에는 공진으로 증폭까지 일어나며, 반대로 난방수의 유량이 과부족인 경우에는 난방 불량이 발생하였다.

또한, 위와 같은 순환 펌프의 제어 성능 한계를 극복하기 위해 순환 펌프가 회전수 변화없이 정격 운전하는 상태에서 미세유량조절밸브로 공급 유량을 조절하는 방식을 사용하였다. 그러나, 이러한 경우에는 과도한 밸브 닫힘에 따라 소음 문제가 빈번히 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 보일러의 난방수를 순환시키는 순환 펌프가 부하에 따라 자동으로 운전됨으로써, 저유량에 따른 난방 불량과 고유량에 따른 소음 발생을 방지할 수 있는 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프를 제공하고자 한다.

이를 위해 본 발명에 의한 부하에 따른 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프는 난방용 물을 순환시키는 순환 펌프와; 상기 순환 펌프의 현재 작동 상태를 감시하는 펌프 감시부와; 상기 순환 펌프의 부하 대비 성능을 시험한 특성 시험 결과를 저장하는 특성 시험 데이터 저장부; 및 상기 순환 펌프의 특성 시험 데이터와 현재 작동 상태를 비교하여 현재의 부하 대역을 판단하고, 상기 판단된 부하 대역에 대응하여 상기 순환 펌프를 제어하는 펌프 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 순환 펌프는 BLDC(Brushless DC) 모터를 사용한 BLDC 펌프이며, 상기 펌프 제어부의 제어하에 펄스폭 변조 제어신호를 출력하여 상기 순환 펌프를 제어하는 PWM 모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 순환 펌프는 물을 순환시키는 임펠러와 자기력을 발생시키는 코어에 삽입되는 마그네트(magnet)가 일체로 이루어진 캔 타입 펌프인 것이 바람직하다.

또한, 상기 펌프 감시부는 상기 순환 펌프의 모터 회전수와 상기 순환 펌프에 공급되는 전류를 감시하여 상기 펌프 제어부로 전송하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 순환 펌프의 특성 시험 데이터와 현재 작동 상태를 비교하여 현재 부하를 판단하고, 그 판단된 부하에 따라 순환 펌프의 운전을 제어한다.

따라서, 순환 펌프가 부하에 따라 자동으로 운전되므로 저유량에 따른 난방 불량과 고유량에 따른 소음 발생을 방지한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프에 적용되는 캔 타입 순환 펌프를 나타낸 전개도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프에 적용되는 캔 타입 순환 펌프를 나타낸 조립 상태도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프의 특성 시험 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프의 제어계통을 나타낸 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프에 대해 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프(100)는 순환 펌프(110), 펌프 감시부(120), 특성 시험 데이터 저장부(130), 운전구간 설정부(131), 펌프 제어부(140) 및 PWM 모듈(150)을 포함한다.

이러한 구성에 의하면 순환 펌프(110) 운전시 펌프 감시부(120)가 순환 펌프(110)를 감시하고, 펌프 제어부(140)는 감시 결과와 특성 시험 데이터 저장부(130)에 저장된 시험 결과를 비교하여 현재의 부하를 확인하고 그 부하 대역에 따라 순환 펌프(110)를 운전한다.

따라서, 보일러의 난방수를 순환시키는 순환 펌프(110)가 부하에 따라 자동으로 운전됨으로써, 저유량에 따른 난방 불량과 고유량에 따른 소음 발생을 동시에 방지할 수 있게 한다.

좀더 구체적으로, 순환 펌프(110)는 보일러의 버너, 열교환기, 삼방변, 각방 제어 시스템 및 난방배관 등을 통해 난방 구역으로 난방수가 공급되도록, 난방수를 강제 순환시킨다. 이때, 본 발명의 순환 펌프(110)는 각방 제어 시스템의 조절 등의 이유로 부하가 가변되는 경우 그에 동기하여 자동운전된다.

이를 위해 순환 펌프(110)는 바람직하게 U/V/W 3상 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 입력받아 제어되는 BLDC(Brushless DC) 모터를 사용한다. 따라서, 순환 펌프(110)의 제어 성능을 10%~100%까지 폭넓게 넓히고, 부하의 변화에 적응적으로 대응할 수 있게 한다.

특히, 도 2 및 도 3과 같이 본 발명의 순환 펌프(110)는 캔 타입 펌프가 사용된다. 캔 타입 펌프는 일 예로 상케이스(111), 세라믹 와셔(112), 마그네트 일체형 임펠러(113), 베어링(114), 세라믹 샤프트(115), 하케이스(116), 코어(117), 하우징(118), 기판 어셈블리(PCB) 및 커버(119)를 포함한다.

상케이스(111)에는 유입구(111a)와 유출구(111b)가 각각 구비되어 있어서 전방의 유입구(111a)를 통해 유입된 물이 마그네트 일체형 임펠러(113)에 의해 유출구(111b)로 강제 배출된다. 강제 배출된 물은 난방 구역으로 공급된다.

특히, 본 발명의 마그네트 일체형 임펠러(113)는 전방에 구비되며 물을 강제 순환시키는 임펠러(113a)와 자력을 갖는 마그네트(magnet, 113b)가 일체로 이루어져 있는데, 임펠러(113a)는 상케이스(111) 내에 배치되고, 마그네트(113b)는 자기력을 발생시키는 코어(117) 내부에 배치된다.

따라서, 후술할 PWM 모듈(150)에서 제공되는 U/V/W 3상의 PWM 제어 신호에 의해 코어(117)에 자기력이 발생하면 마그네트(113b)가 회전하고, 그에 따라 일체로 결합된 임펠러(113a)가 회전하면서 난방수를 강제순환시킨다.

이와 같은 구조를 갖는 펌프를 캔 타입 펌프라 하는데, 사출 캔에 해당하는 하케이스(116)에 마그네트 일체형 임펠러(113)가 설치되므로 내압 성능이 향상되고, 마그네트 일체형 임펠러(113)의 설치를 위한 실링(sealing) 개소를 월등히 줄일 수 있게 한다.

마그네트(113b)는 실링 수단을 구비한 하케이스(116)를 통과해 그 후방의 코어(117)에 결합되고, 임펠러(113a)는 상케이스(111) 내에 배치되며, 하케이스(116)를 기준으로 난방수가 유동하는 전방과 기판 어셈블리(PCB) 등이 있는 후방이 분리 기밀된다.

펌프 감시부(120)는 순환 펌프(110)의 현재 작동 상태를 감시한다. 감시를 위해 센싱되는 감시 파라미터는 대표적으로 순환 펌프(110)의 모터 회전수 및 공급 전류이다. 이와 같이 펌프 감시부(120)에서 감시한 결과 즉, 모터 회전수 및 공급 전류 값은 펌프 제어부(140)로 피드백된다.

특성 시험 데이터 저장부(130)는 순환 펌프(110)의 부하 대비 펌프 성능을 시험한 특성 시험 결과를 저장한다. 특성 시험은 당해 순환 펌프(110)를 보일러에 적용하기 전에 이루어지는 것으로 서로 다른 크기의 기준 부하를 가한 상태에서 순환 펌프(110)를 작동시켜 시험한다.

시험 결과가 도 4에 도시되어 있다. 도 4의 (a)는 분당 방출량으로 산출되는 순간 최대부하량 Q(LPM)와 양정 H(m)를 서로 다른 부하에 따라 실험한 것을 나타낸 것이다. 도 4의 (b)는 순간 최대부하량 Q(LPM)와 물 비중량 W의 관계를 나타낸 것이다.

이와 같이 본 발명은 펌프 감시부(120)에서 센싱한 순환 펌프(110)의 현재 작동 상태와 특성 시험 데이터 저장부(130)에 저장된 부하별 순환 펌프(110)의 운전 특성을 비교함으로써 현재의 실제 부하를 판단한다. 부하는 일정 범위마다 구분된 부하 대역으로 표현된다.

운전구간 설정부(131)는 순환 펌프(110)가 소정의 회전수로 운전되는 구간을 저장한다. 따라서, 위와 같이 판단된 부하 대역이 운전 구간 이내이면 계속해서 현재의 운전 상태를 유지되게 하고, 운전 구간을 벗어나면 현재의 운전 상태가 자동으로 변화되게 한다.

펌프 제어부(140)는 상기 순환 펌프(110)의 특성 시험 데이터와 현재 작동 상태를 비교하여 현재의 부하 대역을 판단하고, 그 판단된 부하 대역에 대응하여 순환 펌프(110)를 제어한다. 제어시 상기 운전구간 설정부(131)를 참조한다.

즉, 펌프 제어부(140)가 펌프 감시부(120)와 특성 시험 데이터 저장부(130)를 이용하여 현재의 부하 대역을 판단하고, 그 판단된 부하 대역에 따라 순환 펌프(110)의 회전수를 높이거나(부하 증가) 낮추도록(부하 감소) 재조정한다. 이를 통해 순환 펌프(110)의 자동 운전이 이루어진다.

PWM 모듈(150)은 펌프 제어부(140)의 제어하에 펄스폭 변조 제어신호를 출력하여 순환 펌프(110)를 제어한다. PWM 모듈(150)에서 출력되는 제어신호는 상술한 바와 같이 U/V/W 3상 PWM 제어 신호이고, U/V/W 각 상별로 ON/OFF 신호를 제공한다.

도 5와 같이 U/V/W 3상 PWM 제어 신호는 순환 펌프(110)의 BLDC 모터로 제공된다. 더욱 정확히는 순환 펌프(110)의 기판 어셈블리(PCB)로 제공된다. 따라서, 순환 펌프(110)의 모터가 폭넓은 제어 성능으로 자동 제어된다.

도 5에서 'P'는 동작 전원 입력단이고, 'I'는 PWM 제어 신호 입력단이고, 'M'은 MOSFET이고, 'O'는 제어신호 출력단이고, 'R'은 공급 전압을 측정하는 션트 저항이며, A는 검출된 전류 값을 증폭하여 펌프 제어부(140)로 제공하는 증폭기이다.

따라서, U/V/W 3상 PWM 제어 신호가 입력단 'I'에 입력되면 동작 전원 입력단 'P'를 통해 공급되는 전원이 조절되어 순환 펌프(110)의 회전수를 조절한다. 션트 저항 'R' 및 증폭기 'A' 등은 상술한 펌프 감시부(120)의 일 구성에 해당한다.

이상과 같이 본 발명은 보일러의 난방수를 순환시키는 순환 펌프(110)가 부하에 따라 자동으로 운전된다. 따라서, 저유량에 따른 난방 불량은 물론, 고유량에 따른 소음 발생 역시 방지할 수 있게 한다.

즉, 종래에는 부하가 작은 경우에도 많은 유량을 공급함에 따라 소음 등이 발생하거나, 부하가 큰 경우에도 그에 미치지 못하는 유량을 공급함에 따라 난방 부족 현상이 일어났음에 비해, 본 발명은 이러한 문제를 해결한다.

또한, 종래에는 펌프의 회전수를 고정하여 정격으로 운전하는 대신 미세유량밸브의 개폐량을 조절함으로써 어느 정도 부하의 변화에 대응할 수 있는 반면 과도한 밸브 닫힘에 따라 소음 문제가 빈번히 발생함에 비해, 본 발명은 이러한 문제 역시 해결한다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

110: 순환 펌프 111: 상케이스
112: 세라믹 와셔 113: 마그네트 일체형 임펠러
114: 베어링 115: 세라믹 샤프트
116: 하케이스 117: 코어
118: 하우징 PCB: 기판 어셈블리
119: 커버 120: 펌프 감시부
130: 특성 시험 데이터 저장부 131: 운전구간 설정부
140: 펌프 제어부 150: PWM 모듈

Claims

난방용 물을 순환시키는 순환 펌프(110)와;
상기 순환 펌프(110)의 현재 작동 상태를 감시하는 펌프 감시부(120)와;
상기 순환 펌프(110)의 부하 대비 성능을 시험한 특성 시험 결과를 저장하는 특성 시험 데이터 저장부(130); 및
상기 순환 펌프(110)의 특성 시험 데이터와 현재 작동 상태를 비교하여 현재의 부하 대역을 판단하고, 상기 판단된 부하 대역에 대응하여 상기 순환 펌프(110)를 제어하는 펌프 제어부(140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하에 따른 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프.
제1항에 있어서,
상기 순환 펌프(110)는 BLDC(Brushless DC) 모터를 사용한 BLDC 펌프이며, 상기 펌프 제어부(140)의 제어하에 펄스폭 변조 제어신호를 출력하여 상기 순환 펌프(110)를 제어하는 PWM 모듈(150)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프.
제2항에 있어서,
상기 순환 펌프(110)는 물을 순환시키는 임펠러(111a)와 자기력을 발생시키는 코어(117)에 삽입되는 마그네트(magnet)(111b)가 일체로 이루어진 캔 타입 펌프인 것을 특징으로 하는 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 펌프 감시부(120)는 상기 순환 펌프(110)의 모터 회전수와 상기 순환 펌프(110)에 공급되는 전류를 감시하여 상기 펌프 제어부(140)로 전송하는 것을 특징으로 하는 자동운전 기능을 갖는 보일러용 순환 펌프.