(57)【要約】【課題】本発明は、ボイラーの出力値に比例して空気と燃焼用ガスの混合割合を均一に調節する出力調節装置の構造が簡単であり、ボイラーの出力が高出力の場合だけではなく低出力の場合であっても、供給される空気と燃焼用ガスの混合物の量を連続的に変化させてボイラーの出力を正確に制御することで、ターンダウン比を高めることができる出力調節装置を具備したガスボイラー及びガスボイラーの出力調節方法を提供する。【解決手段】これを具現するための本発明の出力調節装置を具備したガスボイラーは、送風機、ガスバルブ、バーナー、燃焼室、熱交換器及び排気フードを含むガスボイラーであって、前記送風機の吸入口には、前記送風機に外部の空気が給気される給気口と、前記給気口を通じて給気される空気量を調節する空気調節バルブと、前記ガスバルブを通過したガスが排出されるガス排出口と、前記ガス排出口を通過する燃焼用ガス量を調節するガス調節バルブ及び前記空気調節バルブとガス調節バルブを駆動するバルブ駆動部からなった出力調節装置と、が具備され、前記空気調節バルブと前記ガス調節バルブは一体型で形成されており、前記空気調節バルブと前記給気口との間の距離と、前記ガス調節バルブと前記ガス排出口との間の距離は、お互いに同一に変化し、前記空気調節バルブ及び前記ガス調節バルブと、前記給気口及び前記ガス排出口の間の距離を調節することでバーナーの出力を連続的に調節することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部空気を吸入して燃焼に必要な空気を供給する送風機と、前記空気と混合する燃焼用ガスの供給を断続するガスバルブと、前記送風機を通じて供給された空気とガスの混合物を燃焼させるバーナーと、前記バーナーの燃焼が行われる燃焼室と、前記バーナーで発生した燃焼ガスの燃焼熱を吸収する熱交換器と、前記熱交換器を通過した燃焼ガスが排出される排気フードと、を含み、前記ガスバルブを通過した燃焼用ガスは、前記送風機の吸入口に供給される構造を有するガスボイラーであって、
前記送風機の吸入口には、前記送風機に外部の空気が給気される給気口と、前記給気口を通じて給気される空気量を調節する空気調節バルブと、前記ガスバルブを通過したガスが排出されるガス排出口と、前記ガス排出口を通過する燃焼用ガス量を調節するガス調節バルブと、前記空気調節バルブとガス調節バルブを駆動するバルブ駆動部と、からなる出力調節装置が具備され、
前記空気調節バルブと前記ガス調節バルブは、一体型で形成されており、
前記空気調節バルブ及び前記ガス調節バルブと前記給気口及び前記ガス排出口との間の距離を調節することでバーナーの出力を連続的に調節することを特徴とする、
出力調節装置を具備したガスボイラー。
【請求項２】
前記空気調節バルブと前記給気口との間の距離と、前記ガス調節バルブと前記ガス排出口との間の距離は、お互いに同一に変化することを特徴とする請求項１に記載の出力調節装置を具備したガスボイラー。
【請求項３】
前記空気調節バルブとガス調節バルブは、同一なバルブ駆動部により一体で作動されて空気量と燃焼用ガス供給量を連続的に調節することを特徴とする請求項１に記載の出力調節装置を具備したガスボイラー。
【請求項４】
前記空気調節バルブとガス調節バルブは、同軸のバルブ移動軸に同心構造で結合され、前記給気口と前記ガス排出口は、前記空気調節バルブとガス調節バルブの往復運動により開閉される位置に同心の円筒状で具備されたことを特徴とする請求項１に記載の出力調節装置を具備したガスボイラー。
【請求項５】
前記ガスバルブとガス排出口は、前記バルブ移動軸の軸線上に具備され、前記空気調節バルブと給気口は、前記ガスバルブとガス排出口の外周に具備されたことを特徴とする請求項４に記載の出力調節装置を具備したガスボイラー。
【請求項６】
前記ガス排出口に前記ガスバルブが相接する位置は、前記給気口に空気調節バルブが相接する位置より低い高さで形成され、前記ガス排出口から排出される燃焼用ガスが前記給気口に漏洩されることなしに前記送風機内部の混合室で給気と混合されることを特徴とする請求項５に記載の出力調節装置を具備したガスボイラー。
【請求項７】
ボイラーの出力値を設定するステップと、
前記設定された出力値と限界出力値の大きさを比較するステップと、
前記設定された出力値が限界出力値以上の場合には、前記送風機の回転数を変化させてボイラーの出力を可変させ、前記設定された出力値が限界出力値未満の場合には、前記設定された出力値に対応して請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載された出力調節装置で流体の流れ量を調節するステップと、を含むことを特徴とする、
ガスボイラーの出力調節方法。
【請求項８】
前記出力調節装置で流体の流れ量を調節するステップは、前記限界出力値に該当する送風機の回転数を一定に維持した状態で実行されることを特徴とする請求項７に記載のガスボイラーの出力調節方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力調節装置を具備したガスボイラー及びガスボイラーの出力調節方法に係り、より詳しくは、ボイラーの出力値に比例して空気と燃焼用ガスの混合割合を均一に調節することができる出力調節装置の構成を簡素化し、ボイラーの設定出力値が低出力領域の場合でもボイラーの出力を正確に調節することができる出力調節装置を具備したガスボイラー及びガスボイラーの出力調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、従来のガスボイラーは、図１に示したように、外部空気を吸入して燃焼に必要な空気を供給する送風機１０と、前記送風機１０を通じて吸入された空気と混合される燃焼用ガスの供給を調節するガスバルブ２０と、前記送風機１０を通じて供給された空気と燃焼用ガスの混合物を燃焼させるバーナー３０と、前記バーナー３０の燃焼が行われる燃焼室４０と、前記バーナー３０から発生した燃焼ガスと暖房水などの熱媒体の間で熱交換が行われる熱交換器５０と、前記熱交換器５０を通過した燃焼ガスが排出される排気フード６０と、を含んで構成される。
【０００３】
このように構成されたガスボイラーにおいて、ボイラーの出力を変化させるということは、バーナー３０の出力を変化させることを意味し、バーナー３０の出力を変化させるためには、空気量とガス量を出力に比例して変化させなければならない。
【０００４】
しかし、従来のガスボイラーは、外部空気を給気する送風機１０と燃焼用ガスの供給量を調節するガスバルブ２０とがお互いに分離された別個の構成からなっており、送風機１０での空気供給量に比例してガスバルブ２０でのガス供給量を別に制御する手段を具備しなければならないので、装置の構成が複雑で、且つ空気と燃焼用ガスの混合割合を設定されたボイラーの出力に合わせて正確に制御することが難しいという問題点があった。
【０００５】
一方、空気量を変化させる方法は、送風機１０の回転数を変化させる方法であり、ボイラーの高出力が必要な時には送風機１０を高速で回転させて、低出力が必要な時には送風機１０を低速で回転させる。
【０００６】
この時、送風機１０が高速回転から低速回転に変化して回転数が減少することにしたがって、送風機１０から供給される空気の風圧も低くなる。
【０００７】
この場合、風圧が一定数値以下に落ちてしまうと、送風機１０が低速で回転しても送風機１０から空気が供給されない状態になる。
【０００８】
したがって、従来の、ガスボイラーでの送風機１０の回転数を低めて空気の供給量を減らし、これと比例してガスバルブ２０で燃焼用ガスの供給量を減らす方式だけでは、ボイラーの出力を低めることに限界があり、このため、ボイラーのターンダウン比（ＴＤＲ：Ｔｕｒｎ−Ｄｏｗｎ  Ｒａｔｉｏ）の範囲を広くすることができない問題点があった。
【０００９】
ここで、ターンダウン比（ＴＤＲ）とは、ガスの量が可変調節されるガス燃焼装置において、「最大ガス消費量対最小ガス消費量の比」を意味する。ターンダウン比は、安定した火炎を維持するための最小ガス消費量をどの程度低く調節できるかによって制限され、ガスボイラーの場合、ターンダウン比が大きいほど暖房及び温水使用時の便利性が増大され、温度制御時の偏差を減らすことができ、器機の耐久性を向上させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は前記のような従来の諸問題点を解消するために提案されたものであって、本発明の目的は、ボイラーの出力値に比例して空気と燃焼用ガスの混合割合を均一に調節できる簡単な構造の出力調節装置を具備したガスボイラーを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、ボイラーの出力が高出力の場合だけではなく低出力の場合でも供給される空気と燃焼用ガスの混合物の量を連続的に変化させてボイラーの出力を正確に制御することでターンダウン比を高めることができる出力調節装置を具備したガスボイラー及びガスボイラーの出力調節方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明の出力調節装置を具備したガスボイラーは、外部空気を吸入して燃焼に必要な空気を供給する送風機と、前記空気と混合される燃焼用ガスの供給を断続するガスバルブと、前記送風機を通じて供給された空気とガスの混合物を燃焼させるバーナーと、前記バーナーの燃焼が行われる燃焼室と、前記バーナーで発生した燃焼ガスの燃焼熱を吸収する熱交換器と、前記熱交換器を通過した燃焼ガスが排出される排気フードと、を含み、前記ガスバルブを通過した燃焼用ガスが、前記送風機の吸入口に供給される構造を有するガスボイラーであって、前記送風機の吸入口には、前記送風機に外部の空気が給気される給気口と、前記給気口を通じて給気される空気量を調節する空気調節バルブと、前記ガスバルブを通過したガスが排出されるガス排出口と、前記ガス排出口を通過する燃焼用ガス量を調節するガス調節バルブと、前記空気調節バルブとガス調節バルブを駆動するバルブ駆動部と、からなった出力調節装置を具備し、前記空気調節バルブと前記ガス調節バルブは、一体型で形成されており、前記空気調節バルブ及び前記ガス調節バルブと前記給気口及び前記ガス排出口との間の距離を調節することでバーナーの出力を連続的に調節することを特徴とする。
【００１３】
この場合、前記空気調節バルブと前記給気口との間の距離と、前記ガス調節バルブと前記ガス排出口との間の距離は、お互いに同一に変化することを特徴とする。
【００１４】
また、前記空気調節バルブとガス調節バルブは、同一なバルブ駆動部により一体で作動されて空気量と燃焼用ガス供給量を連続的に調節することを特徴とする。
【００１５】
また、前記空気調節バルブとガス調節バルブは、同軸のバルブ移動軸に同心構造で結合され、前記給気口と前記ガス排出口は、前記空気調節バルブとガス調節バルブの往復運動により開閉される位置に同心の円筒状で具備されることを特徴とする。
【００１６】
また、前記ガスバルブとガス排出口は、前記バルブ移動軸の軸線上に具備され、前記空気調節バルブと給気口は、前記ガスバルブとガス排出口の外週に具備されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記ガス排出口に前記ガスバルブが相接する位置は、前記給気口に空気調節バルブが相接する位置より低く形成され、前記ガス排出口から排出される燃焼用ガスが前記給気口に漏洩されることなしに前記送風機内部の混合室で給気と混合されることを特徴とする。
【００１８】
本発明のガスボイラーの出力調節方法は、ボイラーの出力値を設定するステップと、前記設定された出力値と限界出力値の大きさを比較するステップと、前記設定された出力値が限界出力値以上の場合には、前記送風機の回転数を変化させてボイラーの出力を変化させて、前記設定された出力値が限界出力値未満の場合には、前記設定された出力値に対応して前記出力調節装置で流体の流れ量を調節するステップと、を含む。
【００１９】
この場合、前記出力調節装置で流体の流れ量を調節するステップは、前記限界出力値に該当する送風機の回転数を一定に維持した状態で実行されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る出力調節装置を具備したガスボイラー及びガスボイラーの出力調節方法によれば、送風機の吸入口に一体形成された空気調節バルブとガス調節バルブを具備し、同一なバルブ駆動部により空気調節バルブとガス調節バルブの開き量を同一に調節することで、出力調節装置の構造を簡素化することができ、バーナーの出力値に比例して空気と燃焼用ガスの混合割合を均一に制御することができる。
【００２１】
また、本発明によれば、ボイラーの設定出力が低出力領域であっても、出力調節装置での流量調節により出力を正確に制御することができるので、ターンダウン比を高めてボイラーの性能を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の一般的なガスボイラーの構成を概略的に示した断面図である。
【図２】本発明に係る出力調節装置を具備したガスボイラーの外観斜視図である。
【図３】図２に図示された出力調節装置を分離して示した斜視図である。
【図４】図３に図示された出力調節装置を構成する出力調節部分のバルブが閉まった状態を示した切開斜視図である。
【図５】図３に図示された出力調節装置を構成する出力調節部分のバルブが開いた状態を示した切開斜視図である。
【図６】本発明に係るガスボイラーでボイラーの出力と送風機の回転数との関係を示したグラフである。
【図７】本発明に係るガスボイラーの出力調節方法を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施例に対する構成及び作用について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本発明に係る出力調節装置を具備したガスボイラーの外観斜視図である。
【００２５】
本発明の一実施例に係るガスボイラーは、ボイラーの設定された出力に比例して空気と燃焼用ガスの混合割合を均一に調節する出力調節装置１００と、前記出力調節装置１００と一体で連結されて空気と燃焼用ガスの混合物をバーナー（図示せず）に供給する送風機２００と、前記バーナーが内部に装着されて燃焼が行われる燃焼室３００と、前記燃焼室３００で発生する燃焼生成物の顕熱を吸収する顕熱交換器４１０と、前記顕熱交換器４１０で熱交換を終えた燃焼生成物に含まれている水蒸気の潜熱を吸収する潜熱交換器４２０とで構成される熱交換器４００と、前記熱交換器４００を通過した燃焼ガスが外部に排出される排気フード５００と、を含んで構成される。
【００２６】
図３は、図２の出力調節装置を分離して示した斜視図である。図４及び図５は、図３に示した出力調節装置を構成する出力調節部分の切開斜視図であり、図４は、バルブが閉まった状態を示し、図５は、バルブが開いた状態を示す。
【００２７】
前記出力調節装置１００は、ボイラーの出力値が一定値未満の低出力領域で設定された出力値に比例して空気と燃焼用ガスの混合物の流量を調節するためのもので、空気流入管１１０とガス流入管１２０が両側に具備されて内部で空気と燃焼用ガスの混合が行われるハウジング１３０と、その上側で上部カバー１４０が結合され、その上部には空気調節バルブ１１２とガス調節バルブ１２２の往復運動のための動力を提供するバルブ駆動部１５０と、を具備する。
【００２８】
前記ガス流入管１２０には、燃焼用ガスの供給を断続するガスバルブ（図示せず）が具備され、そのガスバルブが開放されると、そこを通過した燃焼用ガスは前記ガス流入管１２０を通じて送風機２００の吸入口に供給される。
【００２９】
前記バルブ駆動部１５０は、設定されたボイラーの出力信号によって空気調節バルブ１１２とガス調節バルブ１２２を一体で駆動させる共通の駆動源として、両方向モーターで構成することができる。
【００３０】
前記出力調節装置１００の構成のうち、ハウジング１３０とその内部構成物からなった出力調節部分１００ａは、送風機２００の吸入口に結合され、外部空気と燃焼用ガスの供給量が調節される部分である。
【００３１】
前記出力調節部分１００ａの外形は、外部空気が流入される空気流入管１１０と燃焼用ガスが流入されるガス流入管１２０が両側に具備されたハウジング１３０と、前記ハウジング１３０の上部に結合されて中央部には前記バルブ駆動部１５０により駆動されるバルブ移動軸１６０の上下運動を案内するガイド部１３６が具備されたバルブ固定具１３５と、で構成される。
【００３２】
前記ハウジング１３０の内部には、空気流入管１１０に連結されて流入された空気を送風機２００の吸入口に供給する通路の役目をする給気口１１４と、前記ガスバルブの開放時にガス流入管１２０に沿って流入された燃焼用ガスを送風機２００の吸入口に供給する通路の役目をするガス排出口１２４と、が具備される。
【００３３】
前記給気口１１４とガス排出口１２４は、図４及び図５を基準として、上部が開放された円筒状構造を有し、ガス排出口１２４の外週に前記給気口１１４が具備され、ガス排出口１２４の外側面と給気口１１４の内側面との間の空間には、空気と燃焼用ガスが混合される混合室１７０が具備されてその下側の送風機２００の吸入口に連通されている。
【００３４】
前記ガス排出口１２４と給気口１１４の上側には、前記バルブ移動軸１６０に同心円状にガス調節バルブ１２２と空気調節バルブ１１２が一体で結合され、バルブ駆動部１５０の作動によるバルブ移動軸１６０の上下運動に連動してガス調節バルブ１２２と空気調節バルブ１１２が上下に移動しながら各々ガス排出口１２４と給気口１１４を開閉するようになる。
【００３５】
前記ガス調節バルブ１２２とガス排出口１２４は、バルブ移動軸１６０の軸線上に具備され、前記空気調節バルブ１１２と給気口１１４は、前記ガス調節バルブ１２２とガス排出口１２４の外周に具備される。
【００３６】
前記ガス排出口１２４の上端は給気口１１４の上端より低い高さで形成され、前記ガス調節バルブ１２２の下端は空気調節バルブ１１２の下端より低い高さで形成されているので、前記ガス調節バルブ１２２と空気調節バルブ１１２が開放されて空気と燃焼用ガスが混合される時、ガス排出口１２４から排出される燃焼用ガスが給気口１１４に漏洩されることなしに混合室１７０の内部に流路が自然に形成される。
【００３７】
また、前記空気調節バルブ１１２とバルブ固定具１３５との間には、スプリング１６２が介在されているので、空気調節バルブ１１２とガス調節バルブ１２２が給気口１１４とガス排出口１２４側に加圧されるように弾性力が作用することで、空気調節バルブ１１２とガス調節バルブ１２２が閉鎖された状態で流体の流れを遮断するようになる。
【００３８】
図５を参照する。バルブ駆動部１５０によりバルブ移動軸１６０が上向きに移動すると、前記バルブ移動軸１６０に一体で結合された空気調節バルブ１１２とガス調節バルブ１２２も上向きに移動する。
この場合、ガス調節バルブ１２２とガス排出口１２４との間に離隔される距離Ｌ１と空気調節バルブ１１２と給気口１１４との間の離隔される距離Ｌ２はお互いに同一に変化する。
【００３９】
このように本発明では、バルブ移動軸１６０に空気調節バルブ１１２とガス調節バルブ１２２を一体で具備し、同一なバルブ駆動部１５０により空気調節バルブ１１２とガス調節バルブ１２２が同時に往復運動して空気と燃焼用ガスの供給量を調節するように構成することで、出力調節装置１００の構造を簡素化することができ、ボイラーの設定出力に比例して連続的に空気と燃焼用ガスの混合割合を均一に調節することができる。
【００４０】
図６は、本発明に係るガスボイラーでボイラーの出力と送風機の回転数との関係を示したグラフである。
【００４１】
前記のように構成された本発明のガスボイラーは、ユーザが設定したボイラーの出力値が限界出力値Ｐ１以上の高出力領域では、設定された出力値に比例して送風機２００の回転数を変化させて空気供給量を調節することでボイラーの出力を調節し、ユーザが設定したボイラーの出力値が限界出力値Ｐ１未満の低出力領域では、限界出力値Ｐ１である時の送風機２００の回転数Ｒ１で一定に維持した状態で前記出力調節装置１００で空気と燃焼用ガスの流れ量を設定された出力値に対応して調節する。
【００４２】
ここで、前記「限界出力値Ｐ１」とは、高出力と低出力の境界値を意味し、前記限界出力値Ｐ１は、送風機２００の回転数が高速から低速に減少する時、風圧が低くなって送風機２００での空気供給量がゼロになる時点での送風機２００の回転数に対応する出力値であるか、これより少し高い出力値で設定することができる。
【００４３】
このようにボイラーに設定された出力値が高出力領域の場合には、送風機２００の回転数を調節することで設定された出力値に対応することができ、設定された出力値が低出力領域の場合には、送風機２００の回転数を一定な回転数Ｒ１で維持した状態で出力調節装置１００で流量を調節することで設定された出力値に対応することができる。
このため、高出力領域から低出力領域の全体領域にわたってボイラーの出力を連続的に正確に制御することができ、これによって、ターンダウン比の範囲を広くすることができる。
【００４４】
以上のように本発明によれば、従来、ボイラーの出力調節のために高出力領域だけではなく低出力領域でも送風機２００の回転数を変化する方式のみを適用する場合に発生する、低出力領域での風圧低下によるボイラー出力調節の限界問題を解決することができる。
【００４５】
以下、上述のように構成された本発明に係るボイラーの出力調節方法を説明する。図７は、本発明に係るガスボイラーの出力調節方法を示したフローチャートである。
【００４６】
まず、ユーザが設定しようとする暖房負荷や温水負荷に合わせてボイラーの出力値を設定すれば（ステップＳ１０）、ボイラーに具備された制御部（図示せず）では、ユーザが設定した出力値と限界出力値Ｐ１の大きさを相互比較する（ステップＳ２０）。
【００４７】
比較結果、ボイラーの設定された出力値が限界出力値Ｐ１以上の場合、前記制御部では、設定された出力値が高出力領域であると判断して、空気と燃焼用ガスが一定な混合割合で混合されて供給されるように、出力調節装置１００が開放された状態で設定されたボイラーの出力値によって送風機２００の回転数を調節することでボイラーの出力を調節する（ステップＳ３０）。
【００４８】
一方、ユーザが設定した出力値と限界出力値Ｐ１の比較の結果、ボイラーの設定された出力値が限界出力値Ｐ１未満の場合には、前記制御部では、設定された出力値が低出力領域であると判断して、限界出力値Ｐ１である時の送風機２００の回転数Ｒ１を維持するように制御し（ステップＳ４０）、設定された出力値に比例して出力調節装置１００のバルブ駆動部１５０の作動を制御することで空気と燃焼用ガスの供給流量を調節する（ステップＳ５０）。
【００４９】
このように本発明に係るボイラーの出力調節方法によれば、設定されたボイラーの出力値が低出力領域の場合には、従来送風機の回転数変更方式と異なり送風機の回転数を一定に固定させた状態で出力調節装置１００で混合流体の流量を調節する方式を採択することで、低出力領域でも設定された出力値を連続的に正確に制御できるようになる。
【符号の説明】
【００５０】
１０      送風機
１１      送風機入口
１２      送風機出口
２０      ガスバルブ
２１      ガス供給管
３０      バーナー
４０      燃焼室
５０      熱交換器
６０      排気フード
１００    出力調節装置
１００ａ  出力調節部分
１１０    空気流入管
１１２    空気調節バルブ
１１４    給気口
１２０    ガス流入管
１２２    ガス調節バルブ
１２４    ガス排出口
１３０    ハウジング
１３５    バルブ固定具
１３６    ガイド部
１４０    上部カバー
１５０    バルブ駆動部
１６０    バルブ移動軸
１６２    スプリング
１７０    混合室
２００    送風機
３００    燃焼室
４００    熱交換器
４１０    顕熱交換器
４２０    潜熱交換器
５００    排気フード
【図１】
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【図２】
2014502337.tif 000004
【図３】
2014502337.tif 000005
【図４】
2014502337.tif 000006
【図５】
2014502337.tif 000007
【図６】
2014502337.tif 000008
【図７】
2014502337.tif 000009
【国際調査報告】
2014502337.tif 000010
2014502337.tif 000011
2014502337.tif 000012
2014502337.tif 000013