KR20190048645A - 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러용 순환 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난방부하 변화에 적극적으로 대응하여 기준 소비전력 이상으로 소비되지 않도록 한 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치는 보일러의 난방수를 순환시키는 순환펌프; 상기 순환펌프의 작동상태를 감시하는 감시부; 상기 감시부의 감시정보를 전송받아 기준 소비전력 이내에서 구동되도록 상기 순환펌프를 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 이루어지되, 상기 감시부는 상기 순환펌프의 부하전류와 회전수를 감시하고, 상기 컨트롤러는 부하전류와 회전수가 각각 제한전류를 초과하거나 제한회전수를 초과하면 상기 순환펌프의 출력을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치{Boiler pump}

본 발명은 보일러용 순환 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난방부하 변화에 적극적으로 대응하여 기준 소비전력 이상으로 소비되지 않도록 한 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치에 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.

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.

그래서 등록특허 제10-1488081호는 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 제공한다.

산업이 발전하면서 전기 소비량도 지속적으로 증가하고, 그에 따라 소비전력 절감이 중요한 문제가 되고 있다.

본 발명은 부하전류와 회전수가 각각 제한전류를 초과하거나 제한회전수를 초과하면 순환펌프의 출력을 감소시킴으로써, 전력이 기준치를 이상으로 소비되지 않도록 하여 소비전력을 획기적으로 절감한 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치는

보일러의 난방수를 순환시키는 순환펌프;

상기 순환펌프의 작동상태를 감시하는 감시부;

상기 감시부의 감시정보를 전송받아 기준 소비전력 이내에서 구동되도록 상기 순환펌프를 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 이루어지되,

상기 감시부는 상기 순환펌프의 부하전류와 회전수를 감시하고, 상기 컨트롤러는 부하전류와 회전수가 각각 제한전류를 초과하거나 제한회전수를 초과하면 상기 순환펌프의 출력을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 순환펌프는

하우징과,

상기 하우징에 내장되는 스테이터와,

상기 스테이터의 내측에 배치되어 회전하는 로터와,

상기 로터에 결합되어 함께 회전하는 임펠라와,

상기 하우징에 결합되고, 유입되는 난방수를 상기 임펠라로 난방수를 공급하는 유입구와, 상기 임펠라에서 펌핑되는 난방수가 유출되는 유출구는 상부케이스와,

상기 스테이터와 로터 사이에 배치되어 이들을 격리시키는 격리통을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치는 난방부하에 따라 회전수와 부하전류가 변동되는 것을 감시하고, 감시되는 회전수와 부하전류가 각각 제한회전수를 초과하거나 제한전류를 초과하는 경우에 순환펌프의 출력을 감소시켜 소비전력이 기준치를 넘지 않도록 함으로써, 소비전력 절감에 큰 효과를 갖는 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치에 관한 것으로서, 산업발전에 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 본 발명에 따른 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치의 블럭도.
도 2 는 본 발명에서 순환펌프의 운전을 제어하는 방식을 보여주는 플로우차트.
도 3 은 본 발명에 따른 순환펌프의 분해 사시도.
도 4 는 본 발명에 따른 순환펌프의 부분 절개 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치를 보다 구체적으로 설명하기 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치는 순환펌프(10), 감시부(20), 인버터(30), 컨트롤러(40), 조작부(50), 메모리(60)를 포함하여 이루어진다.

상기 순환펌프(10)는 U/V/W 3상 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 입력받아 제어되는 BLDC(Brushless DC) 모터를 사용한다.

상기 순환 펌프(10)는 보일러의 버너, 열교환기, 삼방변, 각방 제어 시스템 및 난방배관 등을 통해 난방 구역으로 난방수가 공급되도록, 난방수를 강제 순환시킨다.

상기 감시부(20)는 상기 순환펌프(10)의 작동상태를 감시한다. 즉, 상기 순환펌프(10)의 작동에 따른 회전수, 부하전류를 감시하고, 순환되는 난방수의 유량과 양정 등을 감시할 수 있다.

상기 인버터(30)는 상기 순환펌프(10)에 구동을 위한 전원을 공급하여 작동시킨다.

상기 인버터(30)는 상기 컨트롤러(40)의 제어에 의해 출력이 조절되고, PWM방식으로 출력을 조절한다.

상기 조작부(50)는 사용자의 조작에 따른 명령신호와 각종 설정 값 등을 입력받는다. 상기 조작부(50)는 버튼과 모니터를 포함하고, 버튼은 모니터를 이용하는 터치방식일 수 있다.

상기 메모리(60)에는 순환수의 유량과 양정 등이 순환펌프의 부하와 소비전력 등과 어떠한 관계를 갖는지에 관한 데이터가 저장된다.

수 많은 실험을 통해 순환펌프의 RPM(회전수)과 부하전류, 순환되는 난방수의 유량과 양정, 그리고 소비전력의 관계를 파악하고, 이러한 실험 데이터를 테이블화하여 메모리(60)에 저장한다.

상기 컨트롤러(40)는 상기 감시부(20)에서 감지되는 정보와 상기 조작부(50)에서 입력되는 명령신호와 설정값, 상기 메모리(60)에 저장된 데이터 등에 따라 인버터(30)의 출력을 제어하여 상기 순환펌프(10)를 운전시킨다.

도2를 참조하면, 상기 컨트롤러(40)는 보일러의 운전이 시작되면 설정된 값이나 입력되는 명령신호 등에 따라 상기 순환펌프(10)가 운전되도록 인버터(30)를 제어한다(S10).

그리고 상기 컨트롤러(40)는 상기 감시부(20)를 통해 순환펌프(10)의 부하전류, 회전수, 순환되는 난방수의 유량, 양정 등에 관한 운전정보를 실시간으로 전송받고, 전송된 순환펌프(10)의 운전정보를 이용해 그와 같은 운전시 소비되는 전력량에 관한 정보를 상기 메모리에서 확인한다(S10).

메모리(60)에서 확인되는 순환펌프(10)의 전력량(즉, 소비전력)이 기준치를 초과하는 경우에는 상기 순환펌프(10)의 부하전류와 회전수가 각각 제한전류와 제한회전수를 초과하는 확인인하고, 부하전류가 제한전류를 초과하면(S20) 인버터(30)의 출력을 감소시켜 부하전류를 줄이고(S25), 회전수가 제한회전수를 초과하면(S30) 인버터(30)의 출력을 감소시켜 회전수를 줄인다(S35).

그리고 순환펌프(10)의 운전 중에 이상전류가 감시되거나, 기타 다른 문제가 발생되면(S40) 순환펌프(10)의 중지시켜 안전사고를 예방하고(S45), 운전정지 신호가 입력되면(S50) 인버터(30)의 출력을 차단하여 순환펌프(10)가 정지되도록 한다(S60).

상기 컨트롤러(40)는 소비전력을 절감을 위해 설정된 기준 소비전력(예; 60W) 이상으로 전력이 소비되지 않도록 하기 위해서, 상기 감시부(20)에서 실시간으로 감시되는 순환펌프(10)의 부하전류, 회전수(RPM), 순환수의 유량과 양정 등의 정보를 메모리(60)에 저장된 실험데이터와 비교하여 예상 소비전력을 검출하고, 검출된 예상 소비전력이 기준 소비전력(예; 60W)을 초과하는 것으로 확인되면, 순환펌프(10)의 회전수나 부하전류가 줄어들도록 인버터(30)를 제어하여, 순환펌프(10)에서의 소비전력이 기준 소비전력(예; 60W) 이하가 되도록 한다.

도3과 도4를 참조하면, 상기 순환펌프(10)는

하우징(110)과,

상기 하우징(110)에 내장되는 스테이터(120)와,

상기 스테이터(120)의 내측에 배치되어 회전하는 로터(130)와,

상기 로터(130)에 결합되어 함께 회전하는 임펠라(140)와,

상기 하우징(120)에 결합되고, 유입되는 난방수를 상기 임펠라(140)로 난방수를 공급하는 유입구(151)와, 상기 임펠라(140)에서 펌핑되는 난방수가 유출되는 유출구(153)는 상부케이스(150)와,

상기 스테이터(120)와 로터(130) 사이에 배치되어 이들을 격리시키는 격리통(160)과,

상기 스테이터(120)에 전원을 공급하는 인버터(30)를 구성하는 전자소자들이 실장되는 인버터기판((170)과,

상기 로터(130)의 회전수를 감지하는 홀센서가 실장된 감시기판(180)과,

상기 하우징(110)의 하부에 결합되고 상기 인버터기판(170)이 내장되는 커버(190)와,

상기 로터(130)를 관통하여 결합되는 세라믹 샤프트(131)와,

상기 샤프트(131)가 원활하게 회전하도록 지지하는 세라믹 베어링(133) 등을 포함한다.

상기 상부케이스(150)의 유입구(151)는 난방수의 유입시 저항을 감소시키기 위해 곡선구조를 갖고, 상기 임펠라(140)의 중앙에 형성되는 입구도 상기 유입구(151)에서 유입되는 난방수의 저항을 감소시키기 위해 곡선구조를 갖는다.

상기 임펠라(140)와 영구자석을 갖는 로터(130)는 일체형으로 이루어져서, 임펠라(140)의 회전이 강력하면서 부드럽게 행해진다.

상기 격리통(160)은 상기 스테이터(120)와 로터(130)를 공간적으로 격리시켜 이들의 접촉위험을 원천적으로 차단하고, 난방수가 스테이터(120)로 침투될 위험을 줄여준다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 순환펌프 20 : 감시부
30 : 인버터 40 : 컨트롤러
50 : 조작부 60 : 메모리
110 : 하우징 120 : 스테이터
130 : 로터 140 : 임펠라
150 : 상부케이스 160 : 격리통
170 : 인버터용 기판 180 : 감시 기판

Claims (2)

1. 보일러의 난방수를 순환시키는 순환펌프;
   상기 순환펌프의 작동상태를 감시하는 감시부;
   상기 감시부의 감시정보를 전송받아 기준 소비전력 이내에서 구동되도록 상기 순환펌프를 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 이루어지되,
   상기 감시부는 상기 순환펌프의 부하전류와 회전수를 감시하고, 상기 컨트롤러는 부하전류와 회전수가 각각 제한전류를 초과하거나 제한회전수를 초과하면 상기 순환펌프의 출력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 순환펌프는
   하우징과,
   상기 하우징에 내장되는 스테이터와,
   상기 스테이터의 내측에 배치되어 회전하는 로터와,
   상기 로터에 결합되어 함께 회전하는 임펠라와,
   상기 하우징에 결합되고, 유입되는 난방수를 상기 임펠라로 난방수를 공급하는 유입구와, 상기 임펠라에서 펌핑되는 난방수가 유출되는 유출구는 상부케이스와,
   상기 스테이터와 로터 사이에 배치되어 이들을 격리시키는 격리통을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러의 난방부하 변화에 대응한 고효율 펌프장치.

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