KR20160132695A - 열유속을 높인 온수 난방 보일러 - Google Patents

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KR20160132695A
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Abstract

열유속을 높인 온수 난방 보일러로서, 공급되는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 버너; 상기 버너에서 발생되는 열을 이용하여 회수된 난방수를 가열하기 위한 열교환기; 상기 열교환기에서 가열된 후 배출되는 난방수의 공급온도를 감지하기 위한 난방수 공급온도 감지센서; 상기 열교환기에서 가열된 후 배출된 난방수가 실내를 거쳐 다시 상기 열교환기로 순환되도록 이송시키는 순환펌프; 실내온도를 감지하기 위한 실내온도 감지센서; 및 상기 난방수 공급온도 감지센서로부터 전송된 신호에 따라 상기 순환펌프에 의한 난방수 순환 속도를 조절하고, 상기 난방수 공급온도 감지센서로부터 전송된 신호 및 상기 실내온도 감지센서로부터 전송된 신호에 따라 상기 버너의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 난방수 공급온도 감지센서에 의해 감지된 난방수 공급온도(Tw)가 미리 정해진 최저 난방수 공급온도(Tmin) 이상인 경우에, 상기 순환펌프에 의한 난방수 순환 속도가 상기 난방수 공급온도(Tw)에 비례하여 증감되도록 난방수 순환 속도를 조절하는 구성을 마련함으로써, 실내로 전달되는 열유속을 증가시켜 짧은 시간 내에 많은 열을 공급하는바 버너의 가동시간을 단축시킬 수 있으므로 온수 난방 보일러의 효율이 향상되고 에너지 소비를 절감할 수 있게 된다.

Description

열유속을 높인 온수 난방 보일러{Hot Water Heating Boiler with Improved Heat Flux}
본 발명은 열유속을 높인 온수 난방 보일러에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 난방수 공급온도가 미리 정해진 온도 이상인 경우에 난방수 순환 속도가 난방수 공급온도에 비례하여 증감되도록 난방수 순환 속도가 조절되게 한 열유속을 높인 온수 난방 보일러에 관한 것이다.
온수 난방 보일러는 연료를 연소시켜 발생되는 연소열로 물을 가열한 후, 가열된 물을 난방 등 필요한 곳에 공급하기 위한 장치로서, 특히, 일반 가정의 기본적인 난방 및 급탕 설비로 널리 보급되어 사용되고 있다. 온수 난방 보일러는 난방수를 가열하는 열원, 사용연료 등 기준에 따라서 여러가지 방식으로 분류되는데, 가령, 사용연료에 따라서는, 액화석유가스(LPG)나 액화천연가스(LNG)를 연료로 사용하는 가스보일러와 등유를 연료로 사용하는 기름보일러로 분류된다.
일반적인 온수 난방 보일러의 구성을 살펴보면 온수 난방 보일러는 연소실내부에서 가스 공급관을 통하여 유입된 가스를 연소시켜 연소열을 발생시킬 수 있도록 마련된 가스버너와 가스버너의 상부에 설치되어 가스버너의 연소열을 받아 난방수를 가열하는 주열교환기와 사용자가 조작하는 룸콘의 입력신호를 받아 일련의 연소과정 및 보일러의 작동을 제어하는 메인 컨트롤러를 갖추고 있다.
이때, 가스버너의 하부에는 연소를 촉진시키기 위해 공기를 공급하는 송풍기가 마련되어 있고, 가스버너의 일 측면에는 가스버너를 점화시키기 위한 점화플러그가 마련되어 있으며, 연소실의 상부에는 일련의 연소과정에서 발생된 연소가스를 배출하기 위해 마련된 배기구가 마련되어 있다.
송풍기의 일측면에는 보일러의 공기비례제어를 위해 송풍기로 유입되는 공기의 압력을 측정하는 풍압센서가 마련되어 있다.
또한, 주열교환기로부터 가열된 난방수를 난방수 공급관 혹은 온수 공급관으로 보내기 위한 물 이송관이 주열교환기에 연결되어 있고, 이러한 물 이송관이 난방수 공급관과 온수 공급관으로 분기되는 지점에는 난방라인 또는 온수라인을 선택적으로 개폐할 수 있는 삼방밸브가 마련되어 있다.
그리고, 온수 난방 보일러에는 실내를 난방하고 환수되는 물(난방수)을 항상 일정량 유지하는 상태로 일시 저장하는 물 저장탱크가 난방수 환수관 상에 설치되어 있고, 물 저장탱크에 저장된 물을 물공급관을 통해 주열교환기로 공급하기 위한 순환펌프가 마련되어 있다.
특히, 온수 난방 보일러에는 사용자의 필요에 따라 온수를 공급할 수 있도록 요구되는 온수량의 증가에 따라 직수(냉수)를 공급하는 직수 유입관과, 직수 유입관에 연결됨과 동시에 물 저장탱크로부터 물을 공급받아서 물 이송관으로 공급된 온수와 희석시켜 온수 공급관으로 공급하는 급탕열교환기가 마련되어 있다.
그리고, 룸콘은 사용자가 설정온도를 입력할 수 있음은 물론, 보일러의 작동을 조작할 수 있고, 보일러의 상태를 표시하는 기능을 갖는다.
이와 같은 구성을 갖는 온수 난방 보일러에 있어서, 온수 난방 보일러를 작동하게 되면, 점화플러그에서 불꽃을 튀겨서 가스버너를 점화시켜 가스 공급관으로부터 공급되는 가스를 연소시키게 되고, 이때, 송풍기를 가동하여 공기를 가스버너로 공급하여 연소를 촉진시킨다.
그리고, 물 저장탱크에 저장된 물을 순환펌프를 이용하여 물공급관을 통해 연소실내에 설치된 주열교환기로 공급함으로써 가스버너의 연소열로 유입되는 물을 가열하게 된다.
이때, 연소실 내부에 발생한 연소가스는 배기구를 통하여 외부로 배출된다. 그리고, 주열교환기를 통해 가열된 물(난방수)은 물 이송관을 통해 공급된다.
이때, 사용자가 난방수를 난방용으로 사용하고자 하는 경우에는 삼방밸브가 작동하여 난방수공급관을 통해 난방수를 공급하여 실내 난방을 수행하게 되며, 이렇게 난방을 수행한 후에는 난방수 환수관을 통해 난방수가 환수되어 물 저장탱크에 일시 저장되게 된다.
일반적으로 온수 난방 보일러의 가동에 따른 실내온도 난방모드시에 난방평수, 단열조건, 보일러용량 등의 난방부하량에 따라, 실내온도의 상승 또는 하강하는 속도가 달라진다. 또한 온수 난방 보일러의 난방수온도 제어시 난방부하량에 대한 정보를 반영하지 않음으로 고정된 난방수 설정온도를 가지고 보일러를 연소하게 된다.
따라서, 난방부하량에 따라서 사용자가 원하는 실내난방온도 도달시간이 아주 길어져 사용자가 장시간 추위에 노출될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 문제의 해결을 위해 난방부하량을 반영하여 난방수 온도제어를 수행함으로써 실내난방온도 도달시간을 단축시킨 기술로서, 하기의 특허문헌 1에서는 '보일러 난방수 온도제어방법'이 제안된 바 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1018775호(공고일자 2011년 03월 04일)
특허문헌 1은 실내온도 난방모드시에 실내온도 변화량에 따라 난방수 온도를 재설정함으로써 보일러의 효율을 상승시킬 수 있는 보일러 난방수 온도제어방법을 제공하나, 난방부하량에 비례하여 난방수 공급온도만을 변화킬 뿐이고 난방수 순환 속도는 변화시키지 않는다.
일반적으로 난방수 공급온도가 낮으면 난방수 순환 속도를 증가시켜도 열유속이 크게 높아질 수 없는데, 특허문헌 1의 경우 낮은 난방수 공급온도를 갖는 난방수를 정격유량으로 순환시키게 되면 효율이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 난방수 공급온도가 미리 정해진 온도 이상인 경우에 난방수 순환 속도가 난방수 공급온도에 비례하여 증감되도록 난방수 순환 속도가 조절되게 한 열유속을 높인 온수 난방 보일러를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 열유속을 높인 온수 난방 보일러로서, 공급되는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 버너; 상기 버너에서 발생되는 열을 이용하여 회수된 난방수를 가열하기 위한 열교환기; 상기 열교환기에서 가열된 후 배출되는 난방수의 공급온도를 감지하기 위한 난방수 공급온도 감지센서; 상기 열교환기에서 가열된 후 배출된 난방수가 실내를 거쳐 다시 상기 열교환기로 순환되도록 이송시키는 순환펌프; 실내온도를 감지하기 위한 실내온도 감지센서; 및 상기 난방수 공급온도 감지센서로부터 전송된 신호에 따라 상기 순환펌프에 의한 난방수 순환 속도를 조절하고, 상기 난방수 공급온도 감지센서로부터 전송된 신호 및 상기 실내온도 감지센서로부터 전송된 신호에 따라 상기 버너의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 난방수 공급온도 감지센서에 의해 감지된 난방수 공급온도(Tw)가 미리 정해진 최저 난방수 공급온도(Tmin) 이상인 경우에, 상기 순환펌프에 의한 난방수 순환 속도가 상기 난방수 공급온도(Tw)에 비례하여 증감되도록 난방수 순환 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 난방수 공급온도 감지센서에 의해 감지된 난방수 공급온도(Tw)가 미리 정해진 최저 난방수 공급온도(Tmin) 이상인 경우에,
Figure pat00001
를 만족하도록 상기 순환펌프에 의한 난방수 순환 속도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 최고 난방수 공급온도(Tmax)는 95℃이고, 상기 최저 난방수 공급온도(Tmin)는 60℃인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서,
Figure pat00002
인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 순환펌프의 모터에 연결되는 인버터 및 CPU를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 열유속을 높인 온수 난방 보일러에 의하면, 실내로 전달되는 열유속을 증가시켜 짧은 시간 내에 많은 열을 공급하는바 버너의 가동시간을 단축시킬 수 있으므로 온수 난방 보일러의 효율이 향상되고 에너지 소비를 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.
그리고, 버너에서 난방수로의 열전달이 충분히 일어나서 높은 온도로 조절된 난방수가 공급되는바 실내온도 조절효과가 향상되는 효과가 얻어진다.
그리고, 일반적인 온수 난방 보일러에 순환펌프의 모터에 연결되는 인버터 및 CPU를 포함한 제어장치를 추가하거나 순환펌프의 모터를 교체하는 등의 비교적 간단한 방법으로 온수 난방 보일러의 효율을 향상시킬 수 있으며, 설치가 간편하고 투자비용이 적어 투자비 회수 기간이 단축되는 효과가 얻어진다.
그리고, 순환펌프의 난방수 순환 속도를 줄임으로 인해 전기 사용량이 줄어들고 기기의 사용가능연한이 늘어나게 되는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 열유속을 높인 온수 난방 보일러의 구조도,
도 2 및 도 3은 난방수 공급온도(Tw)가 시간의 경과에 따라 일정한 기울기로 증감을 반복하는 경우 그에 따른 난방수 공급유량의 변화를 나타낸 도면.
본 발명의 발명자는 건물에 설치되어 있거나 설치할 온수 난방 보일러의 성능을 개선시키는 방법과 장치에 대하여 연구를 거듭하여 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명에서 발명자가 가장 중점을 둔 부분은 건물에 설치될 온수 난방 보일러의 성능을 개선시키되, 그 투자비와 공사기간을 최소화시키기 위하여 건물에 설치된 온수 난방 보일러 및 신규로 설치되는 온수 난방 보일러의 개조를 최소화시킨다는 점이다.
따라서, 본 발명에서는 성능개선에 소요되는 투자비와 공사기간을 최소화시키기 위하여 온수 난방 보일러의 용량을 변경시키는 등의 큰 투자비가 소요되는 방안을 배제하는 것이 바람직하다.
이러한 관점에서 발명자는 현재 건물에 설치된 온수 난방 보일러의 문제점을 분석하던 중, 현재 설치된 온수 난방 보일러는 신속하게 실내의 온도를 조절하기 위하여 난방수 순환 속도가 상당히 빠르게 설계되어 있으며, 이로 인하여 난방수가 열교환기에서 충분히 가열될 시간적인 여유가 없이 난방에 적합하고 효율적인 온도에 이르지 못한 상태로 실내에 공급되는 경우가 많다는 점을 알게 되었다.
본 발명에서는 상기된 문제점에 근거하여 열교환기에서 가열된 난방수가 난방에 적합하고 효율적인 온도에 이를 수 있도록 난방수가 열교환기에서 충분히 머무를 수 있는 난방수 순환 속도를 제공하는 방법으로 난방 설비의 성능을 개선하였다.
도 1은 본 발명에 따른 열유속을 높인 온수 난방 보일러의 구조도이다.
도 1의 우측에 도시된 바와 같은 방을 검사체적으로 잡아 열역학 제1법칙을 적용하면 다음과 같다.
Figure pat00003
(수식 1)
Figure pat00004
: 난방수의 질량유량
여기서, 방의 온도는 외기의 온도보다 낮은바 계의 경계를 통해 열이 손실되게 되므로
Figure pat00005
이 되고, 계의 경계를 통한 일의 출입도 없는바
Figure pat00006
이 된다.
따라서, 정리하면 아래의 수식 2와 같아진다.
Figure pat00007
(수식 2)
여기서, 방의 온도가 상승하기 위해서는 수식 2의 오른쪽 첫번째 항의 값이 계의 경계를 통한 열손실보다 커야 함을 알 수 있다.
일반적으로는 수식 2를 보고 난방수의 유입온도(Ti)가 낮아도 난방수의 질량유량을 증가시키면 충분한 난방효과를 얻을 수 있을 것이라고 예상하기 쉽다.
그러나, 통상적인 온수 난방 보일러의 경우는 보일러 가동 중에 순환펌프가 난방수를 정격유량으로 순환시키게 되는바 배관의 직경을 증가시키지 않는 한 난방수의 질량유량을 증가시키는 것이 어려울 뿐만 아니라, 배관의 직경을 증가시키지 않고 유속을 상승시키려 할 경우는 속도의 제곱에 비례하여 저항이 커짐에 따라 펌핑 소요 에너지가 급증하고 순환펌프의 수명이 단축되게 된다.
그리고, 이미 ( Ti - Te )의 값이 작은 이상 난방수의 질량유량이 증가해도 방으로 전달되는 에너지가 크게 높아지지는 않게 된다.
또한, ( Ti - Te )의 값이 작아서 수식 2의 오른쪽 첫번째 항의 값이 계의 경계를 통한 열손실보다 그리 크지 않게 되면 실내난방온도 도달시간이 아주 길어져서 사용자가 장시간 추위에 노출될 수 있어 체감적인 난방효과가 급격히 떨어지게 된다.
난방수 공급온도와 온수 난방 보일러의 효율 사이의 관계를 이해하기 위해 2가지 경우를 비교해보기로 한다. 하나는 높은 난방수 공급온도로 버너에서 발생된 열에너지를 방으로 신속하게 전달한 후 방의 온도가 낮아지면 다시 버너를 가동하는 경우이고(Case 1), 다른 하나는 상대적으로 낮은 난방수 공급온도로 버너를 계속 가동하면서 버너에서 발생된 열에너지를 방으로 지속적으로 천천히 전달하는 경우이다(Case 2).
단순하게 생각하면 양자 사이에 큰 차이가 나지 않으리라고 생각하기 쉽다. 그러나, 버너가 가동 중인 경우에는 버너 및 열교환기에서 주위로 소실되는 에너지 손실이 항상 존재하게 되는바 버너의 가동시간이 길어질수록 주위로 소실되는 에너지 손실량도 증가하게 된다.
그리고, 버너의 가동 중에는 연료가 액체인 경우는 버너에 연료를 공급하기 위한 펌프의 가동이 필요하고, 연료가 가스인 경우라도 공기의 공급을 위한 송풍기의 작동이 필요하다.
따라서, Case 2의 경우에 상대적으로 낮은 난방수 공급온도를 만회하기 위해 순환펌프에 의한 난방수 순환속도를 증가시켜도 방으로 전달되는 열에너지의 증가폭은 크지 않고 오히려 난방수 순환을 위해 소요되는 에너지 손실량이 커지게 된다.
Case 1의 경우는 버너에서 발생된 열에너지가 열교환기에서 난방수로 충분히 전달된 후에 순환펌프에 의해 방으로 공급되는바 방의 온도가 빨리 상승하게 되고, 방의 온도가 내려갈 때까지 버너의 가동을 중지할 수 있다. 따라서, 버너 및 열교환기에서 주위로 소실되는 에너지 손실량이 감소하게 된다.
체감적인 난방효과의 면에서도, Case 2의 경우는 실내난방온도 도달시간이 아주 길어져서 원하는 난방시간 중에서 원하는 난방온도에 도달하지 못하지 못한 시간의 비율이 커지게 되는바 체감적인 난방효과가 낮아진다.
그리고, 원하는 난방온도를 조절하고자 할 경우에도 실내난방온도의 조절에 따른 난방효과의 차이가 즉각적으로 느껴지지 않게 되는바 오히려 지나치게 높은 실내난방온도로 조절했다가 방이 너무 뜨거워지면 다시 실내난방온도를 낮추게 되어 에너지가 낭비될 수 있다.
또한, ( Ti - Te )의 값이 작아서 수식 2의 오른쪽 첫번째 항의 값이 계의 경계를 통한 열손실보다 작게 되면 원하는 난방온도에 도달하지 못하지 못한 상태로 버너가 계속 가동되어 에너지 소모가 극심해질 가능성도 있다.
이에 반하여, Case 1의 경우는 실내난방온도 도달시간이 짧아져서 원하는 난방시간 중에서 원하는 난방온도에 도달하지 못하지 못한 시간의 비율이 작아지게 되는바 체감적인 난방효과가 높아지게 된다.
그리고, 원하는 난방온도를 조절하고자 할 경우에도 실내난방온도의 조절에 따른 난방효과의 차이가 즉각적으로 느껴지게 된다.
또한, 버너에서 발생된 열에너지가 열교환기에서 난방수로 충분히 전달된 후에 순환펌프에 의해 방으로 신속하게 공급되며, 방의 온도가 내려갈 때까지 버너의 가동을 중지할 수 있어 버너 및 열교환기에서 주위로 소실되는 에너지 손실량이 감소하게 되므로 효율이 높아지게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열유속을 높인 온수 난방 보일러(1)의 구성을 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 열유속을 높인 온수 난방 보일러(1)는 버너(10), 열교환기(20), 난방수 공급온도 감지센서(30), 순환펌프(40), 실내온도 감지센서(50) 및 제어부(60)를 포함하여 구성된다.
버너(10)는 공급되는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 기능을 하는 부분으로서, 일반적인 온수 난방 보일러의 버너와 같이, 하부에는 연소를 촉진시키기 위해 공기를 공급하는 송풍기가 마련되어 있고, 버너(10)의 일 측면에는 버너(10)를 점화시키기 위한 점화플러그(도면 미도시)가 마련되어 있다.
그리고, 연소실의 상부에는 일련의 연소과정에서 발생된 연소가스를 배출하기 위해 마련된 배기구가 마련되어 있으며, 송풍기의 일측면에는 보일러의 공기비례제어를 위해 송풍기로 유입되는 공기의 압력을 측정하는 풍압센서(도면 미도시)가 마련되어 있다.
열교환기(20)는 버너(10)에서 발생되는 열을 이용하여 회수된 난방수를 가열하는 기능을 하는 것으로서, 버너(10)에서 발생되는 열에너지를 열교환기(20) 내부의 유로를 통해 지나가는 난방수로 전달하게 된다.
난방수 공급온도 감지센서(30)는 열교환기(20)에서 가열된 후 배출되는 난방수의 공급온도를 감지하여 후술하게 될 제어부(60)로 신호를 전송하는 기능을 하는 센서로서 열교환기(20)의 난방수 배출구 쪽에 설치되는 것이 바람직하다.
순환펌프(40)는 열교환기(20)에서 가열된 후 배출되는 난방수가 실내를 거쳐 다시 열교환기(20)로 순환되도록 이송시키는 기능을 한다.
실내온도 감지센서(50)는 실내온도를 감지하여 후술하게 될 제어부(60)로 신호를 전송하는 기능을 하는 센서로서, 실내에 설치되는 것이 바람직하며, 룸콘이 실내에 설치되는 경우는 룸콘 내에 설치될 수도 있다.
제어부(60)는 난방수 공급온도 감지센서(30)로부터 전송된 신호에 따라 순환펌프(40)에 의한 난방수 순환 속도를 조절하고, 난방수 공급온도 감지센서(30)로부터 전송된 신호 및 실내온도 감지센서(50)로부터 전송된 신호에 따라 버너(10)의 동작을 제어하는 기능을 하는 부분으로서, 온수 난방 보일러 내에 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 제어부(60)는, 건물에 설치되어 있거나 설치할 온수 난방 보일러의 메인 컨트롤러를 제거하고 대신 설치할 수도 있고, 건물에 설치되어 있거나 설치할 온수 난방 보일러의 메인 컨트롤러를 그대로 두고 순환펌프(40)에 의한 난방수 순환 속도만을 제어하는 기능을 하는 제어부(60)를 부가적으로 설치할 수도 있다. 일반적인 경우는 후자의 방식을 이용하는 것이 비용적으로 더 유리할 것이다.
본 실시예에서, 제어부(60)는 순환펌프(40)의 모터에 연결되는 인버터 및 CPU를 포함하여 구성되게 된다.
이 경우, CPU는 미리 입력된 프로그램에 따라 인버터의 출력 주파수를 제어하여 순환펌프(40) 모터의 회전속도를 조절함으로써 순환펌프(40)에 의한 난방수 순환 속도를 조절하게 된다.
그리고, 제어부(60)는 난방수 공급온도 감지센서(30)에 의해 감지된 난방수 공급온도(Tw)가 미리 정해진 최저 난방수 공급온도(Tmin) 이상인 경우에, 순환펌프(40)에 의한 난방수 순환 속도가 난방수 공급온도(Tw)에 비례하여 증감되도록 난방수 순환 속도를 조절하는 기능을 한다.
여기서, '비례하여'라는 말의 의미는 반드시 정비례관계인 것으로 한정되지 않으며, 지수적인 비례관계나 미리 정해진 함수관계를 만족하도록 비례적으로 증감되는 경우를 포함하는 것이다.
이러한 제어부(60)의 바람직한 제어방법에 관하여는 본 발명의 열유속을 높인 온수 난방 보일러(1)의 작동방식을 설명하면서 같이 설명하기로 하겠다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열유속을 높인 온수 난방 보일러(1)의 작동방식을 설명하도록 한다.
사용자가 룸콘을 통해 실내난방온도를 설정하고 온수 난방 보일러(1)를 가동시키면, 제어부(60)는 실내온도 감지센서(50)에 의해 감지된 실내온도와 설정된 실내난방온도를 비교한 후, 실내난방온도가 실내온도보다 높은 경우에 버너(10)를 가동하게 된다.
이때, 제어부(60)는 난방수 공급온도 감지센서(30)에 의해 감지된 난방수 공급온도(Tw)를 모니터링하고 있다가, 난방수 공급온도(Tw)가 미리 정해진 최저 난방수 공급온도(Tmin) 이상인 경우에 순환펌프(40)를 작동시켜 난방수를 방으로 공급하게 된다.
최저 난방수 공급온도(Tmin)는 필요에 따라 적절한 온도로 설정될 수 있으나, 본 실시예에서는 60℃로 설정되는바, 난방수 공급온도(Tw)가 60℃ 이상인 경우에만 순환펌프(40)가 작동되게 된다.
이때, 최저 난방수 공급온도(Tmin) 부근에서 순환펌프(40)가 가동되다가 중지되는 것이 반복되는 것을 방지할 필요가 있을 경우는, 순환펌프(40) 작동에 필요한 온도를 최저 난방수 공급온도(Tmin)보다 약간 높게 설정하고, 순환펌프(40) 정지에 필요한 온도를 최저 난방수 공급온도(Tmin)보다 약간 낮게 설정하면 된다.
그리고, 난방수가 최저 난방수 공급온도(Tmin)인 상태로 방으로 공급되는 경우, 제어부(60)는 순환펌프(40)에 의한 난방수 공급유량이 최소 공급유량(
Figure pat00008
)이 되도록 순환펌프(40)를 제어한다.
최소 공급유량(
Figure pat00009
)은 필요에 따라 적절한 유량으로 설정될 수 있으나, 본 발명자가 실험해 본 결과로는, 건물에 설치되어 있거나 설치할 온수 난방 보일러의 정격유량의 1/2 정도가 적당한 것으로 나왔다. 그러나, 본 발명에 있어서의 난방수 최소 공급유량이 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적인 가정용 온수 난방 보일러의 경우 난방수의 정격 공급유량이 대략 15 ~ 40 ℓ/min 이다. 따라서, 본 실시예의 경우에 건물에 설치되어 있거나 설치할 온수 난방 보일러의 정격유량이 30 ℓ/min 인 경우라면 최소 공급유량(
Figure pat00010
)은 15 ℓ/min 으로 설정되게 된다.
본 발명에 따른 온수 난방 보일러(1)에서는 건물에 설치되어 있거나 설치할 온수 난방 보일러의 정격유량의 1/2 정도로 난방을 시작하게 되는바, 난방수 공급온도 감지센서(30)에 의해 감지되는 난방수 공급온도(Tw)가 상대적으로 빠르게 상승하게 된다.
이러한 난방수 공급온도(Tw)의 상승에 따라 제어부(60)는 순환펌프(40)에 의한 난방수 순환 속도가 난방수 공급온도(Tw)에 비례하여 증감되도록 난방수 순환 속도를 조절하게 된다.
이때, 순환펌프(40)에 의한 난방수 순환 속도는 난방수 공급온도(Tw)에 대하여 지수적인 비례관계나 미리 정해진 함수관계를 만족하도록 비례적으로 증감될 수 있으나, 본 실시예에서는 순환펌프(40)에 의한 난방수 순환 속도가 난방수 공급온도(Tw)에 정비례하도록 제어되게 된다.
즉, 제어부(60)는 아래의 수식 3을 만족하도록 순환펌프(40)를 제어하게 된다.
Figure pat00011
(수식 3)
Figure pat00012
: 난방수 공급유량
Figure pat00013
: 정격 난방수 공급유량
Tw : 난방수 공급온도
Tmax : 최고 난방수 공급온도
Tmin : 최저 난방수 공급온도
그리고, 상기한 바와 같이, 최소 공급유량(
Figure pat00014
)은 건물에 설치되어 있거나 설치할 온수 난방 보일러의 정격 난방수 공급유량의 1/2로 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 온수 난방 보일러(1)의 난방수 공급온도(Tw)가 시간의 경과에 따라 일정한 기울기로 증감을 반복하는 경우 그에 따른 난방수 공급유량의 변화를 그래프로 그려보면 도 2 및 도 3과 같다.
다만, 이는 난방수 공급온도(Tw)가 시간의 경과에 따라 일정한 기울기로 증감을 반복하는 것으로 가정한 상태의 그래프일 뿐이며, 실제로 온수 난방 보일러(1)의 가동 시간 경과에 따른 난방수 공급온도(Tw) 및 난방수 공급유량의 변화는, 도 2 및 도 3과 달리, 가동조건에 따라 매우 다양한 형태로 나타나게 될 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 온수 난방 보일러(1)에서는 제어부(60)가 순환펌프(40)를 제어하여 난방수 공급온도(Tw)가 높을수록 난방수 공급유량을 높이게 되는바, 높은 난방수 공급온도(Tw)로 많은 유량의 난방수를 방으로 공급할 수 있게 된다.
따라서, 버너(10)에서 발생된 열에너지가 열교환기(20)에서 난방수로 충분히 전달된 후에 순환펌프(40)에 의해 방으로 신속하게 공급될 수 있는 이점이 있다.
한편, 제어부(60)는 난방수 공급온도 감지센서(30)에 의해 감지된 난방수 공급온도(Tw)를 모니터링하고 있다가, 난방수 공급온도(Tw)가 미리 정해진 최고 난방수 공급온도(Tmax)에 도달하면 버너(10)의 가동을 중지시킨다.
최고 난방수 공급온도(Tmax)는 필요에 따라 적절한 온도로 설정될 수 있으나, 본 실시예에서는 일반적인 온수 난방 보일러와 같이 95℃로 설정되게 된다.
그리고, 제어부(60)는 실내온도 감지센서(50)에 의해 감지된 실내온도를 모니터링하고 있다가, 감지된 실내온도가 설정된 실내난방온도에 도달한 경우에도 버너(10)의 가동을 중지시킨다.
버너(10)의 가동이 중단된 경우라도, 제어부(60)는 순환펌프(40)에 의한 난방수 순환 속도가 난방수 공급온도(Tw)에 비례하여 증감되도록 난방수 순환 속도를 조절하게 된다.
그리고, 제어부(60)는 실내온도 감지센서(50)에 의해 감지된 실내온도를 모니터링하고 있다가, 감지된 실내온도가 설정된 실내난방온도보다 미리 정해진 온도차이 이하로 떨어지면 다시 버너(10)를 가동시킨다.
버너(10)를 재가동시키기 위한 방의 온도 감소폭은 필요에 따라 적절하게 설정될 수 있는 것이며, 일반적으로 1℃ 정도로 설정되게 된다.
본 발명에 따른 열유속을 높인 온수 난방 보일러에 의하면, 실내로 전달되는 열유속을 증가시켜 짧은 시간 내에 많은 열을 공급하는바 버너의 가동시간을 단축시킬 수 있으므로 온수 난방 보일러의 효율이 향상되고 에너지 소비를 절감할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 버너에서 난방수로의 열전달이 충분히 일어나서 높은 온도로 조절된 난방수가 공급되는바 실내온도 조절효과가 향상되는 이점이 있다.
그리고, 일반적인 온수 난방 보일러에 순환펌프의 모터에 연결되는 인버터 및 CPU를 포함한 제어장치를 추가하거나 순환펌프의 모터를 교체하는 등의 비교적 간단한 방법으로 온수 난방 보일러의 효율을 향상시킬 수 있으며, 설치가 간편하고 투자비용이 적어 투자비 회수 기간이 단축되는 이점이 있다.
그리고, 순환펌프의 난방수 순환 속도를 줄임으로 인해 전기 사용량이 줄어들고 기기의 사용가능연한이 늘어나게 되는 이점이 있다.
이상 본 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 범위를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 수정 및 변형 가능한 것은 물론이다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 열유속을 높인 온수 난방 보일러
10: 버너 20: 열교환기
30: 난방수 공급온도 감지센서 40: 순환펌프
50: 실내온도 감지센서 60: 제어부

Claims (5)

  1. 공급되는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 버너;
    상기 버너에서 발생되는 열을 이용하여 회수된 난방수를 가열하기 위한 열교환기;
    상기 열교환기에서 가열된 후 배출되는 난방수의 공급온도를 감지하기 위한 난방수 공급온도 감지센서;
    상기 열교환기에서 가열된 후 배출된 난방수가 실내를 거쳐 다시 상기 열교환기로 순환되도록 이송시키는 순환펌프;
    실내온도를 감지하기 위한 실내온도 감지센서; 및
    상기 난방수 공급온도 감지센서로부터 전송된 신호에 따라 상기 순환펌프에 의한 난방수 순환 속도를 조절하고, 상기 난방수 공급온도 감지센서로부터 전송된 신호 및 상기 실내온도 감지센서로부터 전송된 신호에 따라 상기 버너의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 난방수 공급온도 감지센서에 의해 감지된 난방수 공급온도(Tw)가 미리 정해진 최저 난방수 공급온도(Tmin) 이상인 경우에, 상기 순환펌프에 의한 난방수 순환 속도가 상기 난방수 공급온도(Tw)에 비례하여 증감되도록 난방수 순환 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 열유속을 높인 온수 난방 보일러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 난방수 공급온도 감지센서에 의해 감지된 난방수 공급온도(Tw)가 미리 정해진 최저 난방수 공급온도(Tmin) 이상인 경우에,
    Figure pat00015

    Figure pat00016
    : 난방수 공급유량
    Figure pat00017
    : 정격 난방수 공급유량
    Tw : 난방수 공급온도
    Tmax : 최고 난방수 공급온도
    Tmin : 최저 난방수 공급온도
    를 만족하도록 상기 순환펌프에 의한 난방수 순환 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 열유속을 높인 온수 난방 보일러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 최고 난방수 공급온도(Tmax)는 95℃이고,
    상기 최저 난방수 공급온도(Tmin)는 60℃인 것을 특징으로 하는, 열유속을 높인 온수 난방 보일러.
  4. 제2항에 있어서,
    Figure pat00018
    인 것을 특징으로 하는, 열유속을 높인 온수 난방 보일러.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 순환펌프의 모터에 연결되는 인버터 및 CPU를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열유속을 높인 온수 난방 보일러.
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