KR20140132597A - 송풍기의 차압측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송풍기의 차압측정 장치에 관한 것으로, 송풍기에 공기가 유입되는 유입구가 마련된 벨마우스와, 상기 벨마우스에 결합되어 상기 유입구의 압력 변화분을 튜브를 통해 전달하는 차압커버와, 상기 튜브를 통해 전달되는 상기 유입구의 압력 변화분을 검출하는 차압측정부를를 포함한다. 본 발명은 송풍기에서 공기의 유동이 가장 안정적인 흡기구 측에서 차압을 측정하되, 공기의 흐름에 저항으로 작용하지 않도록 하여, 난류의 발생을 방지하여 정확한 차압의 측정이 가능한 효과가 있다.

Description

송풍기의 차압측정 장치{Differential pressure measuring device for blower}

본 발명은 송풍기의 차압측정 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 보일러의 공기비례제어를 위하여 공급되는 공기의 차압을 정확하게 측정하기 위한 송풍기의 차압측정 장치에 관한 것이다.

일반 가정에서 사용되고 있는 난방 및 온수 보일러는 사용 연료에 따라 기름보일러와 가스보일러로 구분된다. 이 중에서 최근에는 대기오염이 적고 사용이 편리한 가스보일러를 주로 사용하고 있으며, 그 연료로는 액화천연가스(LNG)를 사용한다.

가스보일러는 난방수를 가열하는 열교환기에 따라 콘덴싱과 비콘덴싱 방식으로 구분한다. 이 중에서 콘덴싱 방식의 가스보일러는 연소열을 이용하여 직접 난방수를 가열함과 아울러 배기가스의 응축잠열을 재차 흡수하므로 열효율을 최대화할 수 있다.

일반적으로 사용되는 콘덴싱 가스보일러의 일 예를 설명하면, 상부에 버너를 설치하여 공기와 혼합된 가스를 점화 및 하향 연소되게 하고, 그 하부에 설치된 난방열교환기에서 고온 연소가스을 이용하여 난방수를 가열하며, 이렇게 데워진 난방수를 방 및 거실로 순환시킴으로써 난방 운전을 한다.

또한 온수 운전시에는 삼방밸브를 작동시켜 방 및 거실로 공급되는 온수를 차단하고, 병렬로 설치된 급탕열교환기로 전환 공급하여 이를 가열원으로 사용하며, 차단 및 접촉된 급탕열교환기의 다른 부분으로 급탕용 온수를 공급 및 환수하면서 가열하고, 데워진 온수를 세면 및 목욕용으로 사용하게 된다.

이와 같이 구성되는 가스보일러는 제어방식이나 밀폐상태에 따라 여러 가지 형식으로 나눌 수 있으며, 특히 공기비례제어 방식은 외부에서 유입되는 공기의 압력을 측정한 다음, 측정된 공기압력에 비례하여 상기 버너에 연료를 공급하기 때문에 유입되는 공기압력에 비례하여 정확한 양의 연료를 공급함으로써, 연소효율을 높이고 유해가스의 배출을 최대한 억제하여 환경오염을 방지할 수 있게 된다.

즉, 가스량을 조절하는 변수가 공기 압력에만 의존하여 변화되므로 가스 밸브의 비례제어 부분을 별도로 제어하지 않아도 일정공기 압력에 대한 일정량의 가스가 토출 되어 항상 일정한 공기비를 갖고 있기 때문에 온/오프식이나 전류비례제어방식과는 달리 정확하게 비례제어 할 수 있게 된다.

이와 같은 공기비례제어 보일러에 대하여 본 출원인의 등록특허 10-0406472호(풍압센서를 이용한 공기비례제어 보일러, 2003년 11월 7일 등록)에 상세하게 기재되어 있다. 상기 등록특허 10-0406472호의 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 보일러는 공기비례제어를 수행하기 위하여 송풍기에서 공급되는 공기의 압력을 검출하는 공기압력검출부(등록특허 10-0406472호의 도 1에서 도면부호 50)를 사용하고 있다.

공기압력검출부는 송풍기의 출구단에 설치되어 버너에 공급되는 공기의 압력을 검출하는 구성으로, 공급되는 공기의 차압을 검출하는 방식이 사용된다.

공기의 차압측정을 통해 유량을 검출할 수 있는 차압식 유량계를 사용할 수 있으며, 통상 유체가 흐르는 관로의 중간에 조임기구를 설치하여 유체의 통과면적을 좁게 하는 조임기구를 사용하며, 그 조임기구에서 발생하는 저항에 의해 조임기구의 전단과 후단의 압력차이가 발생하며, 그 차압은 차압전송기를 통해 마노메타에 전달되어 차압에 따른 정전용량의 변화에 따라 유량을 검출하는 구성이다.

이와 같은 구성에 의하여 종래에는 공급되는 공기량을 검출할 수 있었으나, 앞서 설명한 바와 같이 공기압력검출부인 조임기구가 송풍기의 출구단 내측에 돌출되도록 설치되어야 한다는 점에서 새로운 문제점이 발생할 수 있다.

도 1은 종래 송풍기의 차압측정 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면 일반적인 송풍기는, 출구단(4)이 측면일측에 마련되고 앞면의 중앙부에 흡기구(3)가 마련된 하우징(1)과, 상기 하우징(1)의 내측에 수용되어 외부 모터(도면 미도시)의 구동에 따라 회전하여, 상기 흡기구(3)를 통해 흡기되는 공기를 출구단(4)을 통해 배출하는 임펠러(2)를 포함하여 구성된다.

이러한 구성의 송풍기를 통해 공급되는 공기량을 검출하기 위하여 공기압력검출부(5)가 상기 출구단(4)의 내측 일부에서 그 출구단(4)의 중앙측을 향해 돌출되도록 마련된다.

상기 공기압력검출부(5)는 앞서 설명한 조임기구이며, 그 예로 벤투리 튜브, 오리피스, 유동노즐 브이콘(V-cone)을 사용할 수 있다.

그러나 공기압력검출부(5)가 출구단(4)의 내측에 돌출되도록 마련되어 있기 때문에 공기가 공급되는 유로의 저항으로 작용하게 되며, 그 공기압력검출부(5) 주위에 난류가 형성된다.

따라서 보일러에서 배기를 폐쇄한 상태에서 종래 공기압력검출부(5)의 차압을 측정하면 차압이 고정되지 않고 변동된다. 즉, 배기 폐쇄시 차압은 0 mmH₂O가 되는 것이 정상이지만 종래의 방식에서는 차압이 고정되지 않고 값이 변동된다.

또한 출구단(4)의 일부에만 상기 공기압력검출부(5)가 마련되어 있기 때문에 출구단(4)의 일부에서 공기 유량에 차이가 발생하게 되면, 정확한 공기량을 검출할 수 없었으며, 검출위치를 다수로 하기 위해서는 공기압력검출부(5)의 수를 증가시켜 설치해야 하나 이는 앞서 설명한 바와 같이 공기압력검출부(5)가 공기 공급의 저항으로 작용하여 원활한 공기의 공급이 이루어지지 않을 수 있는 문제점이 있었다.

이러한 공기압력검출부(5)의 차압 측정결과에 따라 공기비례제어를 수행하는 보일러의 제어기는 정확한 제어를 할 수 없으며, 효율이 상대적으로 낮아질 수밖에 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 송풍기를 통해 공급되는 공기의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 송풍기의 차압측정 장치를 제공함에 있다.

특히 본 발명은 보일러의 배기 폐쇄 상태에서 송풍기에서 공급되는 공기의 차압 측정결과가 변동되지 않으며, 0 mmH₂O에 수렴할 수 있도록 하는 송풍기의 차압측정 장치를 제공함에 있다.

아울러 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 공기의 흐름을 방해하지 않으면서 여러 위치의 공통적인 차압을 검출하여 오차를 줄일 수 있는 송풍기의 차압측정 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 송풍기의 차압측정 장치는, 송풍기에 공기가 유입되는 유입구가 마련된 벨마우스와, 상기 벨마우스에 결합되어 상기 유입구의 압력 변화분을 튜브를 통해 전달하는 차압커버와, 상기 튜브를 통해 전달되는 상기 유입구의 압력 변화분을 검출하는 차압측정부를 포함한다.

상기 차압커버는, 상기 유입구의 가장자리에 결합되는 링형 구조이며, 상기 유입구의 가장자리에 위치하도록 상기 링형 구조의 내경방향으로 마련된 차압공과, 상기 차압공과 연통되며, 상기 튜브가 결합 될 수 있도록 돌출된 튜브결합관을 포함할 수 있다.

상기 차압공은 다수로 마련되며, 상기 다수의 차압공을 상호 연결하는 연결유로를 더 포함할 수 있다.

상기 차압공은, 상기 차압커버의 내경부를 향해 마련된 홀이거나, 상기 차압커버의 배면에 마련된 홈으로, 상기 벨마우스와의 사이에 형성될 수 있다.

상기 차압측정부는, 상기 튜브 내의 압력과 보일러의 내부압력의 차압을 검출하는 것일 수 있다.

본 발명 송풍기의 차압측정 장치는, 송풍기에서 공기의 유동이 가장 안정적인 흡기구 측에서 차압을 측정하되, 공기의 흐름에 저항으로 작용하지 않도록 하여, 난류의 발생을 방지하여 정확한 차압의 측정이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 송풍기의 흡기구에 설치되는 벨마우스여 상호 연결유로에 의해 연결되는 측정홀을 다수로 마련하여, 송풍기의 흡기구를 통해 흡기되는 공기량이 일부에서 차이가 있는 경우에도 차압 측정 오차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

특히 본 발명은 보일러의 배기 폐쇄 상태에서 차압을 측정하였을 때 차압의 측정결과가 0 mmH₂O에 수렴하며, 변동이 발생하지 않도록 하여 보일러의 공기비례제어의 정확성을 높여 보일러 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 송풍기의 차압측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송풍기의 차압측정 장치의 분리 사시도이다.
도 3은 도 2의 결합상태 단면도이다.
도 4는 본 발명 송풍기 차압측정 장치의 벨마우스의 일부 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명 송풍기 차압측정 장치의 동작개념을 설명하기 위한 설명도이다.

이하, 본 발명 송풍기의 차압측정 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송풍기의 차압측정 장치의 분리사시도이고, 도 3은 도 2의 결합상태 단면 구성도이며, 도 4는 본 발명의 차압측정을 설명하기 위한 설명도이다.

도 2 내지 도 4를 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송풍기의 차압측정 장치는, 송풍기의 하우징(10)에 수용되며, 모터(도면 미도시)의 회전에 의해 회전하는 임펠러(20)와, 상기 임펠러(20)가 수용된 하우징(10)의 전면을 덮으며, 상기 임펠러(20)의 중앙부가 노출되는 노출공(31)을 제공하는 커버부(30)와, 상기 커버부(30)의 앞면에 결합되며, 상기 노출공(31)을 통해 공기가 유입될 수 있도록 하며, 유입되는 공기의 난류 발생을 방지하는 유입구(41)를 제공하는 벨마우스(40)와, 상기 벨마우스(40)의 유입구(41) 둘레의 앞면에 결합되어 상기 유입구(41)를 통해 공기가 유입될 때의 압력이 반영될 수 있도록 하는 차압공(51)을 구비하는 차압커버(50)로 구성된다.

상기 차압공(51)은 상기 벨마우스(40)의 유입구(41)의 가장자리에 위치하는 것으로 하며, 상기 차압커버(50)의 앞면에 마련되는 튜브연결관(53)과 연통되며, 일측단이 그 튜브연결관(53)에 연결된 튜브(54)의 타측단은 차압측정부(55)에 연결되어 상기 유입구(41)를 통해 공기가 유입될 때의 압력를 차압측정부(55)에 전달한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송풍기의 차압측정 장치에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 송풍기 하우징(10)은 임펠러(20)를 수용하여 임펠러(20)의 구동에 따라 흡기된 공기를 보일러의 버너 측으로 공급하기 위한 것으로, 임펠러(20) 수용부분은 원통형의 수용공간을 가지며, 출구단(11)은 그 수용공간에 비해 좁은 관의 형태이다.

상기 하우징(10)의 앞면은 개방된 구조이며, 그 하우징(10)의 개방된 앞면에는 커버부(30)가 결합된다. 상기 커버부(30)의 형상은 하우징(10)의 개방면의 형상과 동일한 것이며, 상기 임펠러(20)의 중앙부를 외부에 노출시키는 노출공(31)이 마련되어 있다. 상기 임펠러(20)는 회전을 하면서 중앙부로 공기가 공급되고, 공급된 공기를 외측으로 송풍하는 것으로, 공기의 공급을 위하여 커버부(30)에 노출공(31)이 마련되어 있다.

상기 노출공(31)이 마련된 커버부(30)의 앞면에는 벨마우스(40)가 결합된다.

벨마우스(40)의 역할은 공기가 공급되는 공급구(41)가 상기 임펠러(20)의 중앙부와 더욱 가깝게 위치되도록 그 공급구(41)의 주변이 상기 임펠러(20)의 중앙부 측으로 경사진 구조를 가진다.

또한 유입되는 공기의 난류 발생을 방지할 수 있도록 그 공급구(41) 주변 경사면은 완만한 곡률을 가지도록 형성된다.

이와 같은 구조에서, 상기 벨마우스(40)의 앞면에는 차압커버(50)가 결합된다. 상기 차압커버(50)는 벨마우스(40)의 중앙부에 마련된 공급구(41)의 둘레에 결합되며, 상기 공급구(41)와 동일한 내경을 가지는 환형 구조물이다.

상기 차압커버(50)는 상기 내경을 향하는 방향인 공급구(41)의 가장자리에 차압공(51)이 마련되어 있으며, 그 차압공(51)과 연통되는 튜브연결관(53)이 앞면에 돌출되어 있다.

상기 차압공(51)은 상기 차압커버(50)에 직접 마련된 것이거나, 상기 차압커버(50)의 뒷면에 홈을 마련하여 상기 벨마우스(40)와의 사이에 형성된 것일 수 있다.

이와 같은 구성에서 상기 임펠러(20)가 회전하면 상기 임펠러(20)의 중앙부에 마련된 공급구(41)를 통해 공기가 하우징(10)의 내부로 유입된다. 유입된 공기는 임펠러(20)의 외측으로 송풍되며, 상기 하우징(10)의 출구단(11)을 통해 보일러의 버너로 공급된다.

이때 상기 공급구(41)는 차압 측정의 조임기구로 작용하며, 그 공급구(41)를 통해 공기가 하우징(10)으로 유입됨에 따라, 그 공급구(41)의 압력은 낮아지게 된다.

상기 공급구(41)의 압력이 낮아짐에 따라 상기 차압공(51)은 내측의 압력에 비해 외측의 압력이 낮아져 내부의 공기가 외부로 유출되며, 이 압력의 변화는 도 4에 도시한 바와 같이 튜브연결관(53), 튜브(54)의 내부 압력을 낮추게 된다.

결국 상기 공급구(41)의 압력은 튜브(54)를 통해 차압측정부(55)의 일측에 제1압력(P1)으로 전달된다. 상기 차압측정부(55)의 타단 압력은 보일러의 내부압력인 제2압력(P2)이며, 차압측정부(55)는 제2압력(P2)과 제1압력(P1)의 차압을 측정하게 된다.

상기 차압측정부(55)의 내측에 마련된 변형판(56)은 상기 제1압력(P1)과 제2압력(P2)의 차압에 의해 변형되며, 그 차압의 크기에 따라 변형정도에 차이가 있는 것으로 하여, 차압의 크기에 따른 정전용량의 변화를 검출하게 된다.

그러나 차압측정부(55)는 필요에 의해 다양한 방식의 차압센서로 변경될 수 있다.

이때 상기 공급구(41)의 측면에 마련된 차압공(51)은 공급구(41)를 통해 하우징(10) 내로 공급되는 공기의 유로에 저항으로 작용하지 않으며, 그 차압커버(50)의 앞면이 유선형의 구조를 가지고 있어 난류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 압력측정시 변수의 발생을 방지하며 정확한 차압을 측정할 수 있게 된다.

송풍기를 통해 공급되는 공기량은 아래의 수학식1로 산출할 수 있다.

상기 rs는 표준 공기 비체적, r은 현재 공기의 비체적, delta P는 측정된 차압이며, K는 상수이다.

따라서 상기 차압측정부(55)에서 측정된 정확한 차압 값에 의해 보일러의 버너로 공급되는 정확한 공기량을 검출할 수 있게 되어, 공기비례제어의 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벨마우스(40)와 차압커버(50)의 결합상태 일부 절개 단면도이다.

도 5를 참조하면 상기 차압커버(50)는 상기 벨마우스(40)의 공급구(41)에 접하는 다수의 차압공(51)이 마련되어 있으며, 상기 다수의 차압공(51)들을 서로 연결하는 연결유로(52)를 포함한다.

이와 같은 구성은 앞선 실시예에서 상세히 설명한 차압공(51)을 다수로 마련하여, 공급구(41)의 압력을 여러 측정위치에서 측정하고, 이들의 평균 압력이 상기 차압측정부(55)의 일단에 반영되도록 한 것이다.

이는 차압공(51)을 하나만 두었을 때 발생할 수 있는 압력측정오차를 최소화하여 보다 정확한 차압의 측정이 가능하도록 하여, 차압측정과 그 측정된 차압에 의해 산출되는 공급 공기량의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 6은 도 5에서에서 차압공(51)과 연결유로(52)에 의해 반영되는 공급구(41)의 압력을 설명하기 위한 설명도이다.

도 6을 참조하면 상기 차압공(51)은 상기 공급구(41)의 둘레를 따라 4개가 배치되어 있고, 그 4개의 차압공(51) 각각은 연결유로(52)에 의해 연결된다.

상기 차압공(51) 중 하나에 연통되는 튜브연결관(53)에 연결된 튜브(54)는 차압측정부(55)의 일단에 연결된다.

상기 각 차압공(51) 주변의 압력이 각각 P1-1, P1-2, P1-3, P1-4인 경우 그 압력의 차이에도 불구하고 상기 튜브(54)의 내부 압력은 각 압력의 P1-1, P1-2, P1-3, P1-4 평균값인 P1으로 나타나며, 차압측정부(55)는 보일러의 내부압력인 P2와 상기 공급구(41)의 압력 평균값인 P1과의 차이를 측정하게 되어, 차압 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 공급구(41)에서 압력의 검출 위치를 복수로 하되, 공급구(41)를 통해 공급되는 공기의 흐름에 저항으로 작용하지 않도록 함으로써, 난류의 발생 등 오차를 발생시키는 변수의 개입을 방지할 수 있다.

도 7은 배기폐쇄압력에 따른 상기 차압측정부(55)의 측정결과 그래프이다.

상기 측정에 사용된 송풍기는 ACEIII 20K이며, 배기폐쇄압력이 증가할수록 측정된 차압이 감소하며 배기폐쇄압력이 15mmH₂O를 초과하면서 차압은 5mmH₂O 이내에서 변동 없이 측정되었다. 여기서 변동이란 배기폐쇄압력이 증가함에도 불구하고 측정된 차압이 증가하는 것을 의미한다.

그래프에 도시되지는 않았으나, 완전하게 배기폐쇄를 한 상태에서 차압은 0 mmH₂O로 검출된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

10:하우징 11:출구단
20:임펠러 30:커버부
40:벨마우스 41:공급구
50:차압커버 51:차압공
52:연결유로 53:튜브연결관
54:튜브 55:차압측정부

Claims (5)

1. 송풍기에 공기가 유입되는 유입구가 마련된 벨마우스;
   상기 벨마우스에 결합되어 상기 유입구의 압력 변화분을 튜브를 통해 전달하는 차압커버; 및
   상기 튜브를 통해 전달되는 상기 유입구의 압력 변화분을 검출하는 차압측정부를 포함하는 송풍기의 차압측정 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 차압커버는,
   상기 유입구의 가장자리에 결합되는 링형 구조이며,
   상기 유입구의 가장자리에 위치하도록 상기 링형 구조의 내경방향으로 마련된 차압공; 및
   상기 차압공과 연통되며, 상기 튜브가 결합 될 수 있도록 돌출된 튜브결합관을 포함하는 송풍기의 차압측정 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 차압공은 다수로 마련되며,
   상기 다수의 차압공을 상호 연결하는 연결유로를 더 포함하는 송풍기의 차압측정 장치.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 차압공은,
   상기 차압커버의 내경부를 향해 마련된 홀이거나,
   상기 차압커버의 배면에 마련된 홈으로, 상기 벨마우스와의 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 송풍기의 차압측정 장치.
   
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 차압측정부는,
   상기 튜브 내의 압력과 보일러 내부압력의 차압을 검출하는 것을 특징으로 하는 송풍기의 차압측정 장치.
   

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