WO2014189288A1 - 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법 - Google Patents

캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법 Download PDF

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WO2014189288A1
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류성훈
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주식회사 경동원
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    • F24D2200/04—Gas or oil fired boiler
    • F24D2200/043—More than one gas or oil fired boiler

Definitions

  • the present invention relates to a control method of a cascade boiler system, and more particularly to a control method of a cascade boiler system capable of precise heating control irrespective of the difference between the flow rate of the boiler side and the load side using a temperature sensor.
  • the cascade boiler system is to connect a plurality of boilers in parallel to have a medium / large boiler capacity.
  • the control method is difficult, but there is an advantage that the heating can be controlled according to the situation, and there is an advantage of extending the heating capacity as needed.
  • the cascade system generally uses a configuration in which a hydro separator is provided between a boiler side in which a plurality of boilers are connected in parallel and a load side which is an indoor pipe. This is to prevent the occurrence of a shortage of heating water supply flow rate when the flow rate on the boiler side is lower than the required flow rate on the load side when a plurality of boilers are operated only in part depending on the situation.
  • the hydro separator serves to replenish the heating water supply flow rate by mixing the return water returned from the load side to the boiler side with the heating water when the heating water flow rate supplied from the boiler side to the load side is small.
  • 1 is a system configuration diagram for explaining a control method of a conventional cascade boiler system.
  • a plurality of boilers 11, 12, 13, 14, and 15 are connected in parallel to a primary side 10, a secondary side 20 having loads 21 and 22, and the primary side 10. And a hydro separator 30 which interconnects the secondary side 20 and compensates the supply flow rate.
  • the heating temperature is based on the supply water temperature T3 of the secondary side, and three boilers 13, 14, and 15 are operated on the primary side 10, so that each boiler 13, 14, and 15 is operated.
  • the sum of the pump flow rates provided therein is supplied to the flow rate F1 of the primary side 10.
  • the flow rate F1 of the primary side 10 and the flow rate F2 of the secondary side 20 are the same, a normal operation may be performed, but the flow rate F1 of the primary side 10 is the secondary side 20.
  • the hydro separator is a portion of the flow rate returned from the secondary side 20 to the primary side 10 to the supply flow rate F1 of the primary side 10 in the hydro separator 30.
  • the supplementary flow rate F3 of 30 is added to become the secondary side 20 flow rate F2.
  • the flow rate F2 of the secondary side 20 passes through the supply water heated by the boilers 13, 14 and 15 of the primary side 10 and the loads 21 and 22 of the secondary side 20. Since the supplementary flow rate F3, which is a lower return water, is added, the supply water temperature T3 of the secondary side 20 becomes a lower temperature than the target temperature Tt.
  • the secondary side 20 supplies water temperature (T3) to be controlled as close as possible to the target temperature (Tt), but it takes a lot of time, which may result in consumer complaints. There is a problem that can lower the consumer's confidence.
  • the supply side temperature T3 of the secondary side 20 becomes the set temperature (1) in the state where the boiler 12 is operated. Difficulty in controlling such that it can be higher than Tt).
  • the problem to be solved by the present invention in view of the above problems is to provide a control method of the cascade boiler system that can adjust the temperature of the heating water supply to the set temperature in a short time without using a flow meter or an external pump. .
  • the present invention provides a control method of a cascade boiler system that can reduce the cost by calculating the flow rate required for the control, using a temperature sensor without using a relatively expensive flow meter.
  • the control method of the cascade boiler system of the present invention for solving the above problems is provided between the primary side including a plurality of boilers, the secondary side including a load, and the primary side and the secondary side to compensate the flow rate
  • a method of controlling a cascade boiler system comprising a hydro separate comprising the steps of: a) operating the boiler in a quantity set in an initial operation state; b) the primary feed water temperature and the return temperature of the hydro-separate; Detecting a secondary supply water temperature and a return temperature and calculating a flow rate compensated for in the hydro-separation using the detected temperature; and c) maintaining the initial operation state so that the secondary supply water temperature is a target temperature. And within the setting range, the set temperature which is the primary supply water temperature capable of maintaining the secondary supply water temperature. Shipment steps and, d) calculating the quantity of the boiler to maintain the calculated set point, and a step of controlling the operation of the boiler according to the quantity.
  • Control method of the cascade boiler system of the present invention by operating all the boilers included in the system at the beginning of the operation to reach the set temperature faster, there is an effect that can increase the customer satisfaction.
  • the cost can be reduced compared to the conventional system using the flow meter.
  • the present invention calculates the number of operation of the boiler to maintain the set temperature and controls the operation of the boiler accordingly, there is an effect that can be adjusted to the level required for optimal operation of the boiler.
  • 1 is a system configuration diagram for explaining a control method of a conventional cascade boiler system.
  • FIG. 2 is a control flowchart of a cascade boiler system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 3 to 5 are explanatory views showing a flow rate and a temperature relationship for explaining the control conditions of the present invention, respectively.
  • first temperature sensor 2 second temperature sensor
  • Figure 2 is a flow chart of a cascade boiler system control method according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figures 3 to 5 are explanatory views showing the flow rate and temperature relationship for explaining the control conditions of the present invention, respectively.
  • the cascade boiler system control method according to a preferred embodiment of the present invention, the step of operating a number of boilers set in the initial operation of the plurality of boilers (11 to 15) to a set temperature (S10) And the flow rate F2 of the secondary side 20 using the temperature detected by the first to fourth temperature sensors 1, 2, 3, and 4 for detecting the temperature of the inlet and the outlet of the hydro separator 30;
  • a step S20 of calculating the flow rate F3 of the hydro separator 30 that is the difference between the differential flow rate F1 and the secondary water supply 20 temperature is determined to be close to the target temperature T T.
  • Step S60 determining whether an event for changing the operating condition has occurred (S70), and if the event occurs, changing the operating condition of the boiler according to the condition of the generated event (S80), and to the consumer. If it is confirmed that the operation setting is changed by the step S20 is configured to include the step (S90) to return to the step.
  • the step S10 relates to the initial operation state, the number of boilers set to operate initially among the plurality of boilers 11 to 15 to operate at a set temperature.
  • step S10 it is preferable to operate the boilers 11 to 15 provided on the primary side 10 of all cascade boiler systems to the maximum temperature, respectively.
  • This initial operating state can be changed according to on-site conditions or consumer demand.
  • step S20 the replenishment flow rate F3 of the hydro separator 30 using the temperatures T1, T2, T3, and T4 detected by the first to fourth temperature sensors 1, 2, 3, and 4. To calculate.
  • the replenishment flow rate F3 of the hydro separator 30 is calculated by supplying water temperature T1 of the primary side 10 detected by the first temperature sensor 1 and the secondary side detected by the third temperature sensor 3.
  • the supply water temperature T3 of the 20 is compared to determine the directivity of the supplementary flow rate F3 of the hydro separator 30 and the flow rate F1 of the primary side 10 and the flow rate F2 of the secondary side 20. can do.
  • the supply water temperature T1 of the primary side 10 detected by the first temperature sensor 1 and the supply water temperature T3 of the secondary side 20 detected by the third temperature sensor 3 are represented. If the same, the flow rate F1 of the primary side 10 and the flow rate F2 of the secondary side 20 are the same, or the flow rate F1 of the primary side 10 is the flow rate F2 of the secondary side 20. It can be seen that the case is larger than that, the flow rate (F1) of the primary side 10 is represented by the sum of the flow rate (F3) of the secondary side 20 flow rate (F2) and the hydro separator 30.
  • Equation 1 below may calculate the flow rate F3 of the hydro separator 30 when the flow rate F1 of the primary side 10 is greater than the flow rate F2 of the secondary side 20 as shown in FIG. 4. It is. However, when the flow rate F1 of the primary side 10 is large, there is no difficulty in controlling because the primary water supply temperature T1 of the primary side 10 and the secondary water supply temperature T3 of the secondary side 20 are the same.
  • the supply water temperature T3 is larger than the flow rate F2 of the secondary side 20
  • the flow rate F2 of the secondary side 20 is larger than that of the primary side 10.
  • the secondary side 20 return temperature (T4) is a lower temperature than the respective supply water temperature (T1, T3), the secondary side (20) after the return to the hydro separator 30, the primary side ( 10) it is added to the flow rate F1 of the feed water to form a secondary water supply 20 temperature lower T3.
  • the flow rate F3 of the hydro separator 30 may be calculated from Equation 2 below.
  • the flow rate F3 of the hydro separator 30 represents a difference between the supply water temperature T1 of the primary side 10 and the supply water temperature T2 of the secondary side 20 and the secondary side ( It can be seen that it is divided by the difference between the feed water temperature T3 and the return water temperature T4 of 20), and the result is multiplied by the primary flow rate F1.
  • the primary flow rate F1 since the primary flow rate F1 is equal to the sum of the pump capacities of the boilers 11 to 15 currently operating, the flow rate F3 of the hydro separator 30 may be calculated.
  • the flow rate F1 of the primary side 10 is the secondary side 20.
  • the supply water temperature T1 of the primary side 10 may be different from the supply water temperature T2 of the secondary side 20, resulting in difficulty in control.
  • the flow rate F3 of the hydro separator 30 is periodically calculated, and the most recently calculated flow rate F3 is applied in the process to be described later.
  • the proximity is set according to the system setting, and the supply water temperature T3 may be set as required by a range of ⁇ 1 ° C difference from the target temperature Tt.
  • the proximity includes a case where the secondary supply water temperature T3 is equal to the target temperature Tt.
  • the target temperature Tt is a heating temperature set by the consumer.
  • step S10 If it is not narrowed to the above range, the operation state of step S10 is maintained, and if determined to be close, it is adjusted to the set temperature T1n which is a new supply water temperature instead of the current primary side 10 supply water temperature T1. This means that it is necessary to adjust the number of boilers 11 to 15 that are operated to the extent that the secondary water supply 20 temperature T3 can maintain the target temperature Tt.
  • the set temperature (T1n) is to use the flow rate (F3) of the recently obtained hydro separator 30, it can be calculated by the following equation (3).
  • T1n T3 + ((F3 ⁇ F1) ⁇ (T3-T4))
  • the set temperature T1n is a new supply water temperature of the primary side 10, and the flow rate F3 of the hydro separator 30 is added to the flow rate F1 of the primary side 10 so that the flow rate of the secondary side 20 ( F2) is determined.
  • the temperature of the feed water added in the hydro separator 30 is equal to the return temperature (T4) of the secondary side (20). Therefore, as a result of calculating the ratio of the flow rate F3 of the hydro separator 30 to the flow rate F1 of the primary side 10, the difference between the supply water temperature T3 and the return temperature T4 of the secondary side 20 is calculated.
  • the multiplication result can be calculated by adding the secondary water 20 to the supply water temperature T3.
  • the number of boilers 11 to 15 to be operated is calculated according to the calculated set temperature T1n.
  • the number of boilers to be operated may be calculated by substituting the flow rate of each boiler and the number N of boilers to supply the flow rate in Equation 3 into the flow rate F1 of the primary side 10.
  • the primary flow rate F1 is a value obtained by multiplying the flow rate per boiler by the number N of boilers to be operated.
  • the flow rate per boiler is a constant, it is possible to calculate the number (N) of the boiler to operate using the equation (3).
  • operation S60 the operation of each of the boilers 11 to 15 is controlled according to the calculated number N of boilers. If the number N of boilers to be operated is 3, the boilers 11 and 12 are stopped and the operating states of the boilers 13, 14 and 15 are maintained.
  • step S70 it is checked whether an event relating to a change in an operating condition occurs while maintaining the step S60.
  • the event to be considered is the case of operating below the set temperature (T1n) even when operating at the maximum capacity of the boilers 13, 14 and 15 currently operating (event A) or operating the boilers 13, 14 and 15 to the minimum capacity. Even if the set temperature T1n is exceeded (event B).
  • the boiler 13 In the case of the event A can be solved by additionally operating the boiler 12, in the case of event B, the boiler 13 must be stopped in the operating state. However, it is not desirable to change the operating state when such an event is one-time and is maintained for a short time, and it is preferable to change the operating state of the boiler when the event A and the event B last more than the set time.
  • step S80 performs a control to increase or decrease the number of boilers in operation according to the generated event.
  • step S90 it is determined whether the consumer has changed a setting such as a change in the target temperature Tt, and if the setting is changed, the step S20 is again performed, and if not, the status is maintained.
  • the present invention can control the operation of the cascade boiler system by calculating the flow rate at the temperature of the heating water or the return water flowing in or out based on the hydro separate 30 without using an expensive flow meter.
  • the number of boilers that are initially operated can be determined by the control of the feed forward method, and then a rapid control can be performed by using a method of correcting an error by a feedback method.

Abstract

본 발명은 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법에 관한 것으로, a) 초기운전 상태에서 설정된 수량의 상기 보일러를 운전하는 단계와, b) 상기 하이드로 세퍼레이트의 상기 1차측 공급수온도 및 환수온도와, 상기 2차측 공급수온도 및 환수온도를 검출하여, 상기 검출된 온도를 이용하여 상기 하이드로 세퍼레이트에서 보상되는 유량을 산출하는 단계와, c) 상기 초기운전상태의 유지로 상기 2차측 공급수온도가 목표온도와 설정범위 내에 있으면, 상기 2차측 공급수온도를 유지할 수 있는 상기 1차측 공급수온도인 설정온도를 산출하는 단계와, d) 상기 산출된 설정온도를 유지할 수 있는 상기 보일러의 수량을 산출하고, 그 수량에 따라 보일러의 운전을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법
본 발명은 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 온도센서를 이용하여 보일러측과 부하측의 유량의 차이에 무관하게 정확한 난방 제어를 할 수 있는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 캐스케이드 보일러 시스템은, 여러 대의 보일러를 병렬로 연결하여 중/대형의 보일러 용량을 가지도록 한 것이다. 한대의 중대형 보일러를 사용하는 경우에 비하여 제어방식은 어렵지만 상황에 맞게 난방을 제어할 수 있다는 장점이 있으며, 필요에 따라 난방 용량을 확장할 수 있는 장점이 있다.
캐스케이드 시스템은 다수의 보일러가 병렬연결된 보일러측과 실내 배관부인 부하측의 사이에 하이드로 세퍼레이터가 마련된 구성을 사용하는 것이 일반적이다. 이는 다수의 보일러가 상황에 따라 일부만 운전될 때 보일러측의 유량이 부하측의 필요 유량에 비하여 낮은 난방수 공급유량부족의 현상이 나타나는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 하이드로 세퍼레이터는 보일러측에서 부하측으로 공급되는 난방수유량이 적은 경우, 부하측에서 보일러측으로 환수되는 환수를 난방수에 혼합하여 난방수 공급유량을 보충하는 역할을 한다.
이와 같은 하이드로 세퍼레이터의 구성과 작용은 등록특허 10-1172215호(캐스케이드 시스템과 그 제어방법 및 이를 구성하는 난방전용 보일러, 2012년 8월 1일 등록, 도 1 내지 도 3 참조)에 상세히 기재되어 있으며, 이러한 종래 하이드로 세퍼레이터를 사용할 때의 제어방법과 그 제어방법의 문제점을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면 다수의 보일러(11,12,13,14,15)가 병렬연결된 1차측(10)과, 부하(21,22)를 가지는 2차측(20)과, 상기 1차측(10)과 2차측(20)을 상호 연결하되 공급유량을 보상하는 하이드로 세퍼레이터(30)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성에서 난방온도는 2차측의 공급수온도(T3)가 기준이 되는 것이며, 1차측(10)에서 세 개의 보일러(13,14,15)가 운전되어 각 보일러(13,14,15)에 마련된 펌프 유량의 합이 1차측(10)의 유량(F1)으로 공급된다.
이때 1차측(10)의 유량(F1)과 2차측(20)의 유량(F2)가 동일한 경우라면 정상적인 동작을 수행할 수 있으나, 1차측(10)의 유량(F1)이 2차측(20)의 유량(F2)에 비해 더 적은 경우에는 상기 하이드로 세퍼레이터(30)에서 1차측(10)의 공급유량(F1)에 상기 2차측(20)에서 1차측(10)으로 환수되는 유량의 일부인 하이드로 세퍼레이터(30)의 보충 유량(F3)이 더해져 2차측(20) 유량(F2)이 된다.
이때 2차측(20)의 유량(F2)은 1차측(10)의 보일러(13,14,15)에 의하여 가열된 공급수와 상기 2차측(20)의 부하(21,22)를 지나면서 온도가 낮아진 환수인 보충유량(F3)이 더해지기 때문에 2차측(20)의 공급수온도(T3)는 목표온도(Tt)에 비하여 더 낮은 온도가 된다.
이러한 상태에서 정상적인 경우라면 현재 운전중이 아닌 보일러(11,12)가 운전되어야 하며, 보일러(12)를 운전시킨 상태에서 다시 위와 같이 공급유량을 판단하는 과정을 반복하여 상기 2차측(20)의 공급수온도(T3)가 설정온도(Tt)와 같은지 판단하게 된다. 이와 같은 판단 절차를 반복하여 2차측(20) 공급수온도(T3)를 조절하여 목표온도(Tt)와 최대한 근접하게 제어하게 되나 그 시간이 많이 소요되어 소비자의 불만이 제기될 수 있으며, 장치에 대한 소비자의 신뢰감이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한 1차측(10)은 환수의 온도(T2)와 공급수온도(T1)의 온도차가 크기 때문에 보일러(12)를 동작시킨 상태에서는 2차측(20)의 공급수온도(T3)가 설정온도(Tt)에 비하여 더 높게 될 수 있는 등 제어에 어려움이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 외부에 펌프를 추가하여 보일러(11~15) 자체의 순환유량을 높이는 방법을 사용할 수 있으나, 캐스케이드 보일러 시스템의 원가 상승 및 유지비용이 높아지는 문제점이 발생하게 된다.
또한 종래에는 각 위치에서의 유량을 검출하여 보일러를 제어하기 때문에 유량계(40)를 포함하게 되어 캐스케이드 보일러 시스템의 원가가 상승하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유량계나 외장펌프를 사용하지 않으면서도, 빠른 시간 내에 난방공급수의 온도를 설정온도에 맞출 수 있는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법을 제공함에 있다.
또한 본 발명은 가격이 상대적으로 비싼 유량계를 사용하지 않고 온도센서를 사용하여, 제어에 필요한 유량을 산출하여, 원가를 절감할 수 있는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법은, 다수의 보일러를 포함하는 1차측과, 부하를 포함하는 2차측과, 상기 1차측과 2차측의 사이에 마련되어 유량을 보상하는 하이드로 세퍼레이트를 포함하는 캐스케이드 보일러 시스템을 제어하는 방법에 있어서, a) 초기운전 상태에서 설정된 수량의 상기 보일러를 운전하는 단계와, b) 상기 하이드로 세퍼레이트의 상기 1차측 공급수온도 및 환수온도와, 상기 2차측 공급수온도 및 환수온도를 검출하여, 상기 검출된 온도를 이용하여 상기 하이드로 세퍼레이트에서 보상되는 유량을 산출하는 단계와, c) 상기 초기운전상태의 유지로 상기 2차측 공급수온도가 목표온도와 설정범위 내에 있으면, 상기 2차측 공급수온도를 유지할 수 있는 상기 1차측 공급수온도인 설정온도를 산출하는 단계와, d) 상기 산출된 설정온도를 유지할 수 있는 상기 보일러의 수량을 산출하고, 그 수량에 따라 보일러의 운전을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법은, 운전 초기에 시스템에 포함된 모든 보일러를 운전시켜 설정온도에 보다 빠르게 도달할 수 있도록 하여, 소비자들의 만족감을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한 하이드로 세퍼레이터의 유입구와 유출구의 온도를 검출하여, 그 검출된 온도를 이용하여 유량을 산출함으로써, 유량계를 사용하는 종래의 시스템에 비하여 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명은 설정온도를 유지하기 위한 보일러의 동작 대수를 산출하여 그에 따라 보일러의 운전을 제어함으로써, 보일러의 운전 수량을 최적의 운전에 필요한 수준에 맞출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐스케이드 보일러 시스템의 제어순서도이다.
도 3 내지 5는 각각 본 발명의 제어조건을 설명하기 위한 유량과 온도관계를 보인 설명도이다.
-부호의 설명-
1:제1온도센서 2:제2온도센서
3:제3온도센서 4:제4온도센서
10:1차측 11,12,13,14,15:보일러
20:2차측 21,22:부하
30:하이드로 세퍼레이트
이하, 본 발명 캐스케이드 보일러 시스템 제어방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐스케이드 보일러 시스템 제어방법의 순서도이고, 도 3 내지 5는 각각 본 발명의 제어조건을 설명하기 위한 유량과 온도관계를 보인 설명도이다.
도 2 내지 도 5를 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐스케이드 보일러 시스템 제어방법은, 다수의 보일러(11~15) 중 초기 동작으로 설정된 수의 보일러를 설정된 온도로 운전시키는 단계(S10)와, 하이드로 세퍼레이터(30)의 유입구 및 유출구의 온도를 검출하는 제1 내지 제4온도센서(1,2,3,4)에서 검출된 온도를 이용하여 2차측(20) 유량(F2)과 1차측 유량(F1)의 차인 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)을 산출하는 단계(S20)와, 2차측(20) 공급수온도(T3)가 목표온도(TT)에 근접하였는지 판단하여 근접하지 않았으면 상기 S10단계로 회귀하는 단계(S30)와, 상기 S30단계의 판단결과 2차측 공급수온도(T3)가 목표온도(TT)에 근접한 경우 상기 2차측(20) 공급수온도(T3)를 유지할 수 있는 새로운 공급수온도인 1차측(10) 설정온도(T1n)를 산출하는 단계(S40)와, 상기 산출된 1차측(10) 공급수온도인 설정온도(T1n)를 유지하기 위한 보일러 수를 산출하는 단계(S50)와, 상기 S50단계에서 산출된 보일러의 수에 따라 해당 수만큼의 보일러를 운전하는 단계(S60)와, 운전조건의 변경에 대한 이벤트가 발생하였는지 판단하는 단계(S70)와, 이벤트가 발생하였으면 발생된 이벤트의 조건에 따라 보일러의 운전조건을 변경하는 단계(S80)와, 소비자에 의해 운전 설정이 변경되었는지 확인하여 변경되었으면 상기 S20단계로 회귀하는 단계(S90)를 포함하여 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐스케이드 보일러 시스템 제어방법의 구체적인 구성과 작용에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, S10단계는 초기운전상태에 관한 것이며, 다수의 보일러(11~15) 중 초기에 동작하도록 설정된 수의 보일러를 설정된 온도로 운전시킨다.
소비자들은 최대한 빠른 시간 내에 목표 온도로 난방이 되기를 원하기 때문에 상기 S10단계에서는 모든 캐스케이드 보일러 시스템의 1차측(10)에 마련된 보일러(11~15)를 각각 최대온도로 운전시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 초기운전상태는 현장 상황이나 소비자의 요구에 따라 변경될 수 있다.
그 다음, S20단계에서는 상기 제1 내지 제4온도센서(1,2,3,4)에서 검출된 온도(T1, T2, T3, T4)를 이용하여 하이드로 세퍼레이터(30)의 보충 유량(F3)를 산출한다.
이때 하이드로 세퍼레이터(30)의 보충 유량(F3) 산출은, 제1온도센서(1)에서 검출된 1차측(10)의 공급수온도(T1)와 제3온도센서(3)에서 검출된 2차측(20)의 공급수온도(T3)를 비교하여 하이드로 세퍼레이터(30)의 보충 유량(F3)의 방향성 및 1차측(10)의 유량(F1)과 2차측(20)의 유량(F2)을 판단할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1온도센서(1)에서 검출된 1차측(10) 공급수온도(T1)와 제3온도센서(3)에서 검출된 2차측(20) 공급수온도(T3)가 동일한 경우에는, 1차측(10)의 유량(F1)과 2차측(20)의 유량(F2)가 동일하거나, 1차측(10)의 유량(F1)이 2차측(20)의 유량(F2)에 비하여 더 큰 경우임을 알 수 있으며, 이때 1차측(10)의 유량(F1)은 2차측(20) 유량(F2)과 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)의 합으로 나타나게 된다.
아래의 수학식 1은 도 4에 도시한 바와 같이 1차측(10) 유량(F1)이 2차측(20) 유량(F2)보다 클 때 상기 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)을 산출할 수 있는 것이다. 그러나 이처럼 1차측(10)의 유량(F1)이 큰 경우라면 1차측(10) 공급수온도(T1)와 2차측(20) 공급수온도(T3)가 동일하기 때문에 제어에 어려움이 없다.
<수학식 1>
F3=(F2×(T2-T4))÷(T1-T2)
도 5를 참조하면, 상기 도 4의 경우와는 반대로 제1온도센서(1)에서 검출된 1차측(10) 공급수온도(T1)가 제3온도센서(3)에서 검출된 2차측(20) 공급수온도(T3)보다 큰 경우에는 2차측(20)의 유량(F2)이 1차측(10)의 유량(F1)에 비하여 더 큰 것을 알 수 있다.
이는 1차측(10) 공급수온도(T1)인 유량(F1)에 제4온도센서(4)에서 검출된 2차측(20) 환수온도(T4)인 소정의 유량(F3)이 더해져 2차측(20) 공급수온도(T3)와 유량(F2)이 되기 때문이다. 상기 2차측(20) 환수온도(T4)는 상기 각 공급수온도(T1,T3)에 비하여 더 낮은 온도이며, 그 2차측(20) 환수가 상기 하이드로 세퍼레이터(30)에 유입된 후 1차측(10) 공급수의 유량(F1)에 더해져 온도가 더 낮은 2차측(20) 공급수온도(T3)를 형성함을 의미한다.
상기 도 5의 경우 상기 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)은 아래의 수학식 2로부터 산출될 수 있다.
<수학식 2>
F3=(F1×(T1-T3))÷(T3-T4)
상기 수학식 2와 같이 상기 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)은 1차측(10)의 공급수온도(T1)과 2차측(20)의 공급수온도(T2)의 차를, 2차측(20)의 공급수온도(T3)와 환수온도(T4)의 차로 나누고, 그 결과에 1차측 유량(F1)을 곱한 값이됨을 알 수 있다. 이때 1차측 유량(F1)은 현재 동작중인 보일러(11~15) 각각의 펌프 용량의 합과 같기 때문에 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)을 산출할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 도 4의 경우와 같이 1차측(10) 유량이 더 큰 경우에는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어에 어려움이 없으나, 도 5와 같이 1차측(10) 유량(F1)이 2차측(20) 유량(F2)에 비해 더 적은 경우에는 1차측(10)의 공급수온도(T1)가 2차측(20) 공급수온도(T2)와의 차이가 발생하여 제어에 어려움이 생기게 된다.
이와 같은 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)은 주기적으로 산출되며, 이후에 설명될 과정에서는 가장 최근에 산출된 유량(F3)을 적용한다.
그 다음, S30단계에서는 상기 2차측(20) 공급수온도(T3)가 목표온도(Tt)에 근접하였는지 판단한다. 이때 근접이라 함은 시스템의 설정에 따른 것으로 공급수온도(T3)가 목표온도(Tt)에 ±1℃ 차이의 범위 등으로 필요에 따라 설정할 수 있다. 물론 근접이라 함은 2차측 공급수온도(T3)가 목표온도(Tt)와 동일한 경우를 포함한다. 여기서 목표온도(Tt)는 소비자가 설정한 난방온도이다.
상기의 범위로 좁혀지지 않은 경우에는 상기 S10단계의 운전상태를 유지하고, 근접한 것으로 판단되면 현재의 1차측(10) 공급수온도(T1)가 아닌 새로운 공급수온도인 설정온도(T1n)로 조절하여 상기 2차측(20) 공급수온도(T3)가 목표온도(Tt)를 유지할 수 있는 정도로 운전되는 보일러(11~15)의 수를 조절할 필요가 있음을 의미하게 된다.
그 다음, S40단계에서는 상기 새로운 1차측(10) 공급수온도(T1)인 설정온도(T1n)를 산출한다.
이때의 설정온도(T1n)는 최근 산출한 상기 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)을 이용하게 되며, 아래의 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.
<수학식 3>
T1n=T3+((F3÷F1)×(T3-T4))
상기 설정온도(T1n)은 1차측(10)의 새로운 공급수온도이며, 1차측(10)의 유량(F1)에 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)이 더해져 2차측(20)의 유량(F2)이 결정된다. 이때 상기 하이드로 세퍼레이터(30)에서 더해지는 공급수의 온도는 2차측(20)의 환수온도(T4)와 동일하다. 따라서 1차측(10)의 유량(F1)에 대한 하이드로 세퍼레이터(30)의 유량(F3)의 비를 산출한 결과에 2차측(20)의 공급수온도(T3)와 환수온도(T4)의 차를 곱한 결과를 2차측(20) 공급수온도(T3)에 더하여 산출할 수 있다.
그 다음, S50단계에서는 상기 산출한 설정온도(T1n)에 따라 운전할 보일러(11~15)의 수를 산출한다. 상기 운전될 보일러의 수는 상기 수학식 3에 각 보일러의 유량과 그 유량을 공급할 보일러의 수(N)를 1차측(10) 유량(F1)에 대입하여 산출할 수 있다.
즉, 상기 수학식 3에서 1차측 유량(F1)은 보일러 한대당 유량에 운전할 보일러의 수(N)를 곱한 값이다. 상기 보일러 한대당 유량은 상수이며, 상기 수학식 3을 이용하여 운전할 보일러의 수(N)를 산출할 수 있게 된다.
그 다음, S60단계에서는 상기 산출한 보일러 수(N)에 따라 보일러(11~15) 각각의 운전을 제어한다. 만약 운전할 보일러의 수(N)가 3이면 보일러(11,12)를 운전 정지하고, 보일러(13,14,15)의 운전상태를 유지한다.
그 다음, S70단계에서는 상기 S60단계를 유지하는 중에 운전조건의 변경에 관한 이벤트가 발생 되었는지 확인한다. 이때 고려되어야 할 이벤트는 현재 운전중인 보일러(13,14,15)의 최대용량으로 운전하여도 상기 설정온도(T1n) 미만인 경우(이벤트A) 또는 보일러(13,14,15)를 최소용량으로 운전하여도 상기 설정온도(T1n)를 초과하는 경우(이벤트B)가 있다.
상기 이벤트A의 경우에는 추가로 보일러(12)를 운전시켜 해결할 수 있으며, 이벤트B의 경우에는 보일러(13)를 운전상태에서 정지시켜야 한다. 그러나 이러한 이벤트가 1회성이고 짧은 시간 유지된 경우에 운전상태를 변경하는 것은 바람직하지 않으며, 이벤트A와 이벤트B가 설정된 회수로 설정된 시간 이상 지속되는 경우 보일러의 운전상태를 변경하는 것이 바람직하다.
이는 온도 검출의 오차 등 일시적인 요인에 의하여 운전상태가 변경되는 것을 방지하여 보다 안정적인 운전이 가능하도록 한 것이다.
그 다음, S80단계에서는 상기 발생 된 이벤트에 따라 운전중인 보일러의 수를 증가 또는 감소시키는 제어를 수행한다.
그 다음, S90단계에서는 소비자가 목표온도(Tt)의 변경 등의 설정을 변경하였는지 판단하고, 설정이 변경되었으면 상기 S20단계를 다시 수행하며, 변경되지 않았으면 현상태를 유지한다.
이처럼 본 발명은 가격이 비싼 유량계를 사용하지 않고도 상기 하이드로 세퍼레이트(30)를 기준으로 유입 또는 유출되는 난방수 또는 환수의 온도로 유량을 산출하여 캐스케이드 보일러 시스템의 운전을 제어할 수 있다.
또한 피드포워드(feed forward) 방식 제어로 인하여 초기 운전되는 보일러의 수를 결정할 수 있으며, 이후 피드백(feed back) 방식으로 오차를 보정하는 방식을 사용함으로써 신속한 제어가 가능하게 된다.
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.
운전 초기에 시스템에 포함된 모든 보일러를 운전시켜 설정온도에 보다 빠르게 도달할 수 있도록 하여, 소비자들의 만족감을 높일 수 있는 것으로, 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (7)

  1. 다수의 보일러를 포함하는 1차측과, 부하를 포함하는 2차측과, 상기 1차측과 2차측의 사이에 마련되어 유량을 보상하는 하이드로 세퍼레이트를 포함하는 캐스케이드 보일러 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    a) 초기운전 상태에서 설정된 수량의 상기 보일러를 운전하는 단계;
    b) 상기 하이드로 세퍼레이트의 상기 1차측 공급수온도 및 환수온도와, 상기 2차측 공급수온도 및 환수온도를 검출하여, 상기 검출된 온도를 이용하여 상기 하이드로 세퍼레이트에서 보상되는 유량을 산출하는 단계;
    c) 상기 초기운전상태의 유지로 상기 2차측 공급수온도가 목표온도와 설정범위 내에 있으면, 상기 2차측 공급수온도를 유지할 수 있는 상기 1차측 공급수온도인 설정온도를 산출하는 단계;
    d) 상기 산출된 설정온도를 유지할 수 있는 상기 보일러의 수량을 산출하고, 그 수량에 따라 보일러의 운전을 제어하는 단계를 포함하는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 d) 단계를 수행한 후,
    운전조건이 변경되는 이벤트가 발생하였는지 판단하여, 상기 이벤트가 발생한 경우, 상기 이벤트의 종류에 따라 상기 운전되는 보일러의 수를 조절하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 다수의 보일러 전체를 운전시켜, 상기 2차측 공급수온도가 상기 목표온도까지 도달하는 시간을 단축하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 b) 단계에서 산출되는 상기 하이드로 세퍼레이터의 보충 유량은 아래의 수학식 1로 산출되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법.
    수학식 1
    F3=(F2×(T2-T4))÷(T1-T2)
    수학식 1에서 F3은 하이드로 세퍼레이터의 보충 유량, T1은 상기 1차측의 공급수온도, T3은 2차측의 공급수온도, T4는 2차측의 환수온도이고, F1은 1차측의 유량으로서 운전되는 보일러들의 펌프 용량의 총합인 상수
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 c) 단계에서 산출되는 상기 설정온도는 아래의 수학식 2로 산출되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법.
    수학식 2
    F3=(F1×(T1-T3))÷(T3-T4)
    수학식 2에서 T1n은 설정온도이고, T3은 2차측 공급수온도, F1은 1차측 유량, F3은 하이드로 세퍼레이터의 보충 유량, T4는 2차측 환수온도로서 상기 하이드로 세퍼레이터의 보충수 온도와 동일
  6. 제5항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 상기 1차측 공급수온도인 설정온도를 유지하기 위하여 운전되는 보일러의 수량은, 상기 수학식 2에서 상기 F1에 상수인 보일러 한 대의 유량과 운전되는 보일러 수량의 곱을 대입하여 산출하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 이벤트는,
    현재 운전중인 보일러의 최대열량의 합이 상기 설정온도보다 낮거나,
    현재 운전중인 보일러의 최소열량의 합이 상기 설정온도보다 높은 것을 특징으로 하는 캐스케이드 보일러 시스템의 제어방법.
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