(57)【要約】【課題】風圧センサを用いた空気比例制御ボイラーを提供する。【解決手段】差圧を用いて空気量を比例的に検出する風圧センサにより吸込まれる空気量に比例してガス供給量を調節するときに空気量が減る場合、ガス供給量が減少してボイラーの出力が低減する問題点を解決するために、一定した定格出力がなされるようにガス量が固定されているとき空気量が一定になるよう送風機の回転数を調節してガス量に比例する空気量が常に供給され得るようにして定格出力に要求されるガス量と空気量を常に供給できるので、燃焼効率を高め有害ガスの排出を最大限抑えて環境汚染を予め防止できる利点がある。【選択図】図１
2004317082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込まれる空気と関連して供給される燃料の量を調節する空気比例制御ボイラーにおいて、
吸気ダクトを介して空気を吸込むための送風機と、
吸込チャンバーに設けられ前記送風機により吸込まれる空気圧力を測定するための空気圧力検出部と、
前記空気圧力検出部で測定された空気圧力を電気的な信号に変換して出力する空気圧力認識部と、
供給される燃料量を調節するための燃料コントロール電磁バルブと、
前記空気圧力認識部から入力される空気圧力に応じて前記燃料コントロール電磁バルブを調節して供給される燃料量を制御できるのみならず、供給される燃料量により吸込まれる空気圧力が変動される場合に前記送風機の回転数を調節して定格出力を保持できるようにするコントローラと、
を有することを特徴とする風圧センサを用いた空気比例制御ボイラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は風圧センサを用いた空気比例制御ボイラーに係り、より詳しくは差圧を利用して空気量を比例的に検出する風圧センサにより吸込まれる空気量に比例してガス供給量を調節する時、空気量が減少する場合にガス供給量が減少してボイラーの出力が低減する問題点を解決するために、一定した定格出力がなされるようにガス量が固定されているときに空気量が一定になるよう送風機の回転数を調節してガス量に比例する空気量が常に供給できるようにしてボイラーの定格出力が保持できるようにする風圧センサを用いた空気比例制御ボイラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般家庭で使用されている暖房及び温水ボイラーは、使用燃料によってオイルボイラーとガスボイラーとに大別される。この中、最近は大気汚染が少なく使用上便利なガスボイラーが主に使用されており、その燃料としては液化天然ガス（ＬＮＧ）を使う。
【０００３】
ガスボイラーは暖房水を加熱する熱交換器によりコンデンシング方式と非コンデンシング方式とに区分される。このうちコンデンシング方式のガスボイラーは燃焼熱を利用して直接暖房水を加熱し、かつ排ガスの凝縮潜熱を再度吸収するので熱効率を最大化できる。
【０００４】
一般に使用されるコンデンシングガスボイラーの一例を説明すれば、上部にバーナを設けて空気と混合されたガスを点火及び下向き燃焼させ、その下部に設けられた暖房熱交換器で高温燃焼ガスを用いて流体（あるいは暖房水）を加熱し、このように暖まった流体を部屋及び居間に循環させることにより暖房運転を実施する。
【０００５】
また、温水運転時は三方バルブを作動させ部屋及び居間に供給される温水を遮断し、並列に設けられた給湯熱交換器に切換供給してこれを加熱源として使用し、遮断及び接触された給湯熱交換器の他の部分に給湯用温水を供給及び還収しつつ加熱し、暖まった温水を洗面及びお風呂用として使用する。
【０００６】
以上のように構成されるガスボイラーは制御方式や密閉状態によって種々の形式に分けられ、特に空気比例制御方式は外部から流入する空気の圧力を測定した後、測定された空気圧力に比例して前記バーナに燃料を供給するため、流入される空気圧力に比例して正確な量の燃料を供給することにより、燃焼効率を高め有害ガスの排出を最大限抑えて環境汚染を防止できるようになる。
【０００７】
すなわち、ガス量を調節する変数が空気圧力のみに依存して変るので、ガスバルブの比例制御部分を別に制御しなくても一定した空気圧力に対する一定量のガスが吐出されて常に一定した空気比を保持していることから、オン／オフ式や電流比例制御方式とは違って、正確に比例制御できるようになる。
このような空気比例制御式ボイラーについて本出願人は先に「空気比例制御式コンデンシングボイラー」という名称で韓国特許出願（１０−１９９８−４４４０２、１９９８年１０月２２日）して登録を受けている。
【０００８】
図３は一般の空気比例制御コンデンシングボイラーを示す構成図であり、図４は一般の空気比例制御コンデンシングボイラーの構成を示すブロック図である。まず、図３に示したように、コンデンシングガスボイラーは外気の温度変化に応じて空気圧力を調節して常に一定量の空気が供給できるようにする空気比例制御方式で運転される。その全体的な構成を見れば、送風機１０の作動によって外気を吸い込む吸気ダクト３及び燃焼された排ガスを外部に排出する排気ダクト２０が備えられている密閉型本体２と；第１及び第２の電磁バルブ４６、４６’と空気比例制御バルブ４７を通して供給されるガスと送風機１０によって吸い込まれた空気の混合気を燃焼するバーナ１２及び暖房水を加熱する顕熱部熱交換器１４と、潜熱部熱交換器１６とが一体的に組み立てられている燃焼器４と；顕熱部熱交換器１４を通過しながら加熱された暖房水によって給水を加熱する温水熱交換器３４と；暖房水濾過器２４と気水分離器２６を通過した暖房水を前記潜熱部熱交換器１６に供給する循環ポンプ２２と；３ウェイバルブ２８及び過圧防止バルブ３２の作動によって流入される暖房水の一部を保存する膨張タンク４８と；からなっている。
【０００９】
また、空気比例制御のため、吸込チャンバー６に設けられ送風機１０によって吸込まれる空気圧力を感知する空気圧力検出部５０が設けられ、空気比例制御バルブ４７の空気圧力認識部５１で圧力を入力すれば、コントローラ４０は空気圧力認識部５１で感知された空気圧力に基づいて引出されたガスでボイラーを燃焼させ、温度センサの信号を受けて設定温度に到達したかどうかのデータにより熱量を計算して、送風機１０の回転数をデューティ制御して必要な分だけの回転数で空気圧力を変化させて空気比例制御バルブ４７のガス吐出量を調節して、バーナ１２に供給されるガス量を調節する。
【００１０】
これらをさらに詳しく説明すれば、燃焼器４の上部には送風機１０の作動によって吸込チャンバー６を通して吸い込まれた給気とガスを燃焼させるバーナ１２が設けられており、バーナ１２の下方には順番に、顕熱部熱交換器１４と潜熱部熱交換器１６が配置されている。顕熱部熱交換器１４はバーナ１２から発生した顕熱が直接的に接触して熱交換される過程において暖房水を加熱し、潜熱部熱交換器１６は排ガスとの熱接触時に発生する潜熱を利用して暖房水を加熱させる。潜熱部熱交換器１６を通過した排ガスは排気ダクト２０を介して外部に放出され、熱交換過程において発生した凝縮水は排気フード１８に集まってから後に外部に排出される。循環ポンプ２２の作動によって潜熱部熱交換器１６と顕熱部熱交換器１４を順番に通過しながら加熱された暖房水の温度は、サーミスタ５２により感知されてコントローラ４０へ送られる。
【００１１】
暖房水を循環させる循環ポンプ２２は、ボイラーの左側下部に配置されている。循環ポンプ２２が作動されると、室内の暖房を終えた暖房水はラインＬ１を介して暖房水濾過器２４に流入する。暖房水濾過器２４では暖房水に含まれている不純物を除去し、濾過された暖房水は上部の気水分離器２６に送られる。気水分離器２６は暖房水に含まれている空気を排出するためのもので、上部のエアベントを介して空気を排出する。
【００１２】
暖房水濾過器２４と気水分離器２６の間には暖房水の圧力が過度に上昇することを防ぐための過圧防止バルブ３２が設けられていて、暖房水の一部を膨張タンク４８に送って圧力を調節する。気水分離器２４を通過した暖房水は循環ポンプ２２の作動によりラインＬ２を介して潜熱部熱交換器１６に供給された後、顕熱部熱交換器１４を通過しながら加熱されてラインＬ３に排出される。ラインＬ３を介して排出された暖房水は３ウェイバルブ２８の作動によって室内に供給される。
【００１３】
ボイラーの中間下部には暖房水の熱を利用して温水を得る熱交換器が図示されている。温水流れスイッチ３６の作動によってラインＬ６を介して流入した冷水は温水熱交換器３４を通過する過程で加熱された後、ラインＬ７を介して排出される。温水熱交換器３４は並列型構造よりなっていて、制御される温度の偏差範囲をより小さい領域に設定することによりボイラーの運転領域を高めて有害ガスの排出を最大限抑えられる。
【００１４】
ボイラーの右側下部にはガス供給装置が設けられている。第１及び第２の電磁バルブ４６、４６’をはじめ、コントローラ４０から伝達される送風機１０の出力信号に基づいて送風機１０の回転数をデューティ制御しながらガスの吐出量を可変させる空気比例制御バルブ４７の作動によってラインＬ８を通して流入されたガスはラインＬ９を介して燃焼器４の上部のノズル８に供給される。この際、ガスの供給量は空気比例制御バルブ４７の作動によって可変されることにより外気の変化に応じた供給量を補償する。このように供給されたガスは点火トランス４２及び点火棒を通して伝達されるスパークにより点火されて燃焼されるが、このような一連の燃焼過程は使用者が操作する室内温度調節器３８の入力信号を受けたコントローラ４０によって制御される。
【００１５】
次いで、図４に示したブロック図を参照して空気比例制御式のコンデンシングボイラーに対する作動過程を説明する。
コントローラ４０はサーミスタ５２によって感知された暖房水温度と、使用者によって選択された希望室内温度や希望作動時間などの各種入力信号に基づいて最適の空然比を土台にして燃料量を計算する。次いで、計算された燃料量に基づいて無段制御送風機１０に信号を送ってデュティ制御することによって、空気圧力の変化に伴ってバーナ１２に供給される燃料の量を最適に制御する。コントローラ４０は送風機１０の他に、第１及び第２の電磁バルブ４６、４６’や点火トランス４２などに出力信号を送ってボイラーの正常的な運転を可能にする。
【００１６】
前述したように風圧センサを用いた空気比例制御ボイラーでは熱量を計算して送風機１０の回転数をデュティ制御して必要な分だけの回転数に空気圧力を変化させると、空気圧力の変化に伴って空気比例制御バルブ４７のガス吐出量を調節してバーナ１２に供給されるガス量を調節する。
【００１７】
ところで、前述した空気圧力検出部５０では空気の圧力を検出する際に送風機に流入される空気の圧力をダイアフラムに伝達して、ダイアフラムに取付けられているマイクロスイッチが電気回路の開閉を行うようにするオン／オフ方式の風圧スイッチと送風量が減少するに応じてその信号をガス管の空気比例制御バルブに送ってガス量を比例的に減少させる空気比例制御方式の風圧スイッチがある。このオン／オフ方式の風圧スイッチは動作圧力を固定して使用することから、送風機によって特定の風圧スイッチを使用しなければならない短所がある。
【００１８】
また、既存の空気比例制御方式の風圧スイッチは、ボイラーの送風機へ流入される空気量によってガス量を調節するため、排気煙道が異物などで塞がって送風機から供給される空気量が減少する場合、それによってボイラーに供給されるガス量が減少してボイラーの出力が低減するという不都合がある。
【００１９】
また、空気圧力検出部５０として自動車などに適用している空気流量センサ（ＡＦＳ）の場合は、センサ表面に異物が積層されれば感度が落ち、測定する空気の温度が変ると流量測定において誤差が生じる恐れがあり、既存の風圧センサと比較して高価であるという短所がある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、差圧を利用して空気量を比例的に検出する風圧センサにより吸込まれる空気量に比例してガス供給量を調節する時に空気量が減少する場合ガス供給量が減少してボイラーの出力が低減する問題点を解決するために、一定した定格出力がなされるようガス量が固定されているときに空気量が一定になるよう送風機の回転数を調節してガス量に比例する空気量が常に供給され得るようにして、ボイラーの定格出力が保持できるようにする風圧センサを用いた空気比例制御ボイラーを提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前述したような目的を達成するための本発明は、吸込まれる空気と関連して供給される燃料の量を調節する空気比例制御ボイラーにおいて、吸気ダクトを介して空気を吸込むための送風機と、吸入チャンバーに設けられ送風機により吸込まれる空気圧力を測定するための空気圧力検出部と、空気圧力検出部で測定された空気圧力を電気的な信号に変換して出力する空気圧力認識部と、供給される燃料量を調節するための燃料コントロール電磁バルブと、空気圧力認識部から入力される空気圧力に応じて燃料コントロール電磁バルブを調節して供給される燃料量を制御するだけでなく、供給される燃料量に応じて吸込まれる空気圧力が変る場合に送風機の回転数を調節して定格出力を保持できるようにする（空気圧力認識部から入力される空気圧力に応じて燃料コントロール電磁バルブを調節して供給される燃料量を制御し、かつ、供給される燃料量に応じて吸込まれる空気圧力が変る場合に送風機の回転数を調節して定格出力を保持する）コントローラとを有することを特徴とする。
【００２２】
前述した構成になる本発明の作動を説明すれば次の通りである。
送風機の作動により吸込まれる空気圧力を空気圧力検出部で検出して空気圧力認識部を通してコントローラから入力されて空気量に比例する燃料を燃料コントロールバルブを作動させて供給されるようにボイラーを運転させるだけでなく、定格出力のために一定燃料量が供給されている時、外部の要因によって空気圧力が変る場合、コントローラで送風機の回転数を作動させて供給される燃料量に比例した空気が吸込まれるようにして定格出力が保持できるように作動される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施例を添付した図面に基づき説明する。なお、本実施例は本発明の権利範囲を限定するものではなく、ただ例示として提示されたものであって、従来の構成と同一な部分は同一な符号及び名称を付する。
【００２４】
図１は、本発明による空気比例制御コンデンシングボイラーを示す構成図であり、図２は本発明に係る風圧センサを用いた空気比例制御ボイラーの構成を示すブロック図である。図１、図２の本発明による構成と図３、図４の従来装置との実質的な差異は、空気比例制御バルブ４７を燃料コントロール電磁バルブ６０に置き換えた点にあり、図３、図４の従来装置と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００２５】
ここに示した通り、吸気ダクト３を介して空気を吸込むための送風機１０と、吸入チャンバー６に設けられ前記送風機１０により吸込まれる空気圧力を測定するための空気圧力検出部５０と、空気圧力検出部５０で測定された空気圧力を電気的な信号に変換して出力する空気圧力認識部５１と、供給される燃料量を調節するための燃料コントロール電磁バルブ６０と、暖房水の温度を感知するサーミスタ５２と、一連の燃焼過程を使用者が操作するための室内温度調節器３８と、供給されたガスにスパークを発生させ点火させるための点火トランス４２と、暖房水を循環させる循環ポンプ２２と、供給される燃料量を調節するための第１及び第２の電磁バルブ４６、４６’と、サーミスタ５２により感知された暖房水温度と、使用者によって選択された室内温度調節器３８などの各種入力信号に基づいて最適の熱量を計算し、熱量による送風機１０の回転数を制御して空気圧力認識部５１から入力される空気圧力によって点火トランス４２と第１及び第２の電磁バルブ４６、４６’と循環ポンプ２２を作動させ、燃料コントロール電磁バルブ６０を調節して供給される燃料量を制御するだけでなく、供給される燃料量によって吸込まれる空気圧力が変動する場合に送風機１０の回転数を調節して定格出力を維持できるようにするコントローラ４０’からなる。
【００２６】
従って、使用者が室内温度調節器３８を通してボイラーを暖房運転させると、コントローラ４０’では、先ず循環ポンプ２２と送風機１０をオンにし空気圧力検出部５０で差圧により空気圧力を検出して空気圧力認識部５１に出力すると、空気圧力認識部５１で入力信号に応じて現在燃焼室に供給される空気量を検出して着火に必要な空気量になるように送風機１０の回転数を制御して適正空気量になれば点火トランス４２をオンさせ、着火に必要な空気量を一定時間保持した後現在の空気量に必要な分だけの第１及び第２の電磁バルブ４６、４６’を開けて着火がなされたら点火トランス４２をオフさせて暖房運転を開始する。
【００２７】
前記のようにコントローラ４０’はボイラーを着火させ、サーミスタ５２により暖房水温度を感知して設定された暖房水温度に現在の暖房水温度が比例制御されるように比例制御公式により必要熱量を計算し、その熱量を送風機１０の回転数を算出してその値で送風機１０を制御し、供給される燃料量は空気圧力認識部５１から入力される空気圧力によって現在バーナ１２に必要な適正燃料量に換算し、その値で燃料コントロール電磁バルブ６０を制御して燃料量を調節する。
【００２８】
また、ボイラーが定格出力されている時、排気煙道が異物などによって塞がっていて空気量が減少したり、空気圧力検出部５０の汚染や流入される空気の温度変化のため測定誤差が発生する場合に吸込まれる燃料量が変動して定格出力に到らない場合、コントローラ４０’で燃料コントロール電磁バルブ６０を通して流入される一定燃料量に応じて比例的に吸込まれるべき空気量が吸込まれ得るように送風機１０の回転数を調節して吸込まれる空気量が一定になるようにすることで定格出力に要求されるガス量と空気量を常に供給できることから、燃焼効率を高め有害ガスの排出を最大限抑えて環境汚染を予め防止できるようにする。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明は差圧を利用して空気量を比例的に検出する風圧センサにより吸込まれる空気量に比例してガス供給量を調節するときに空気量が減少する場合にガス供給量が減少してボイラーの出力が減少する問題点を解決するために、一定した定格出力がなされるよう、ガス量が固定されているとき空気量が一定になるように送風機の回転数を調節してガス量に比例する空気量が常に供給できるようにして定格出力に要求されるガス量と空気量を常に供給できるので、燃焼効率を高め有害ガスの排出を最大限抑えて環境汚染を予め防止できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気比例制御コンデンシングボイラーを示す構成図である。
【図２】本発明に係る風圧センサを用いた空気比例制御ボイラーの構成を示すブロック図である。
【図３】従来の空気比例制御コンデンシングボイラーを示す構成図である。
【図４】従来の空気比例制御コンデンシングボイラーの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  ：  送風機                              １２  ：  バーナ
１４  ：  顕熱部熱交換器                １６  ：  潜熱部熱交換器
１８  ：  排気フード                        ２０  ：  排気ダクト
２２  ：  循環ポンプ                        ２４  ：  暖房水濾過器
２６  ：  気水分離器                        ３４  ：  温水熱交換器
３８  ：  室内温度調節器                ４０、  ４０’  ：  コントローラ
４６、  ４６’  ：  第１、第２の電磁バルブ
５０  ：  空気圧力検出部                  ５１  ：  空気圧力認識部
６０  ：  燃料コントロール電磁バルブ
【図１】
2004317082.tif 000003
【図２】
2004317082.tif 000004
【図３】
2004317082.tif 000005
【図４】
2004317082.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月6日(2003.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004317082.tif 000007