(57)【要約】【目的】温水温度を設定温度に比例制御するための適正必要熱量を供給することができ、異常気候や条件下でもボイラ−を最適条件で安全に着火して燃焼できて燃焼性が改善され、効率が高くしかも燃料費も節減できる空気比例制御ボイラーを得る。【構成】廉価のＡＣ送風機と電流比例ガスバルブと風量センサを使用して風量によって電流比例ガスバルブを直接制御することで風量の全範囲に対してガス量を合わせることができるようにした空気比例制御ボイラー。【選択図】  図２
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【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−において、
吸気ダクトを通して空気を吸い込むためのＡＣ送風機と、
吸込チャンバーに設けられ前記ＡＣ送風機によって吸込まれる空気の量を測定するための風量センサと、
供給されるガスの量を調節するための電流比例ガスバルブと、
熱量によるＡＣ送風機のＲＰＭを制御し、風量センサで測定された風量によって電流比例ガスバルブを調節するコントローラと、
を有することを特徴とする空気比例制御ボイラ−。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、空気比例制御ボイラ−に係り、より詳しくは廉価のＡＣ送風機と電流比例ガスバルブと風量センサを使用して、風量によって電流比例ガスバルブを直接制御して風量の全範囲に亘ってガスの量を調節できるようにすることで、廉価の装備を使用して風量の全範囲に亘って効率よく制御できる空気比例制御ボイラ−に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
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することができる。
【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化するため、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有しているので、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。
【０００８】
このような空気比例制御式ボイラーに対しては、本出願人により”空気比例制御式コンデンシングボイラー”の名称で出願されて韓国特許公開（公開番号１０−２０００−２６７４１、２０００．５．１５）されて登録（特許番号第２７０９００号、２０００．８．８登録）がなされている。
【０００９】
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制御系の構成を示すブロック図である。
【００１０】
まず図３に示した通り、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され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、ＤＣ送風機１０の作動によって外気を吸込む吸気ダクト３及び燃焼された排気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を介して供給されるガスとＤＣ送風機１０により吸込まれた空気と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が一体的に組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り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貯蔵する膨張タンク４８と；からなる。
【００１１】
また、空気比例制御のため、吸込チャンバー６に設けられＤＣ送風機１０により吸込まれる空気圧力を感知する空気圧力検出部（風圧センサ）５０が設けられ、空気比例制御バルブ４７の圧力認識部５１から圧力を入力すれば、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き引き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で熱量を計算して、ＤＣ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、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に供給されるガスの量を調節することになる。
【００１２】
これをさらに詳述すれば、燃焼器４の上部にはＤＣ送風機１０の作動によって吸込チャンバー６を通して吸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から発生された顕熱が直接的に接触され熱交換される過程で暖房水を加熱し、潜熱部熱交換器１６は排気ガスとの熱接触時に発生する潜熱を用いて暖房水を加熱させる。
【００１３】
潜熱部熱交換器１６を通過した排気ガスは排気ダクト２０を通って外部に放出され、熱交換過程で発生した凝縮水は排気フード１８に集まった後外部に排出される。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により感知されコントローラ４０に送られる。
【００１４】
ボイラーの左側下部には暖房水を循環させる循環ポンプ２２が配置されている。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通して空気を排出するようになる。
【００１５】
暖房水濾過器２４と気水分離器２６と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ラインＬ３に排出される。ラインＬ３を通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。
【００１６】
ボイラーの中間下部には暖房水の熱を用い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は並列型構造からなっていて、制御される温度の偏差範囲を従来に比べてさらに小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ることができる。
【００１７】
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’を始め、コントローラ４０から伝達されるＤＣ送風機１０の出力信号に応じてＤＣ送風機１０の回転数をデューティ制御しつつ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を介して流入したガスはライン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の作動により可変されることにより外気の変化に伴う供給量を補償する。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って点火され燃焼されるが、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の入力信号を受けるコントローラ４０により制御される。
【００１８】
次いで、図４に示したブロック図に基づき、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により感知された暖房水温度と、使用者により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を土台に最適の空然比に基づいた燃料量を計算する。次いで、計算された燃料量に基づき無段制御ＤＣ送風機１０に信号を送ってデューティ制御することにより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ＤＣ送風機１０以外も、第１及び第２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。
【００１９】
以上のように空気比例制御ボイラーでは熱量を計算してＤＣ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に供給されるガスの量を調節するようになる。
【００２０】
すなわち、従来のように通常的にボイラ−で使用されるＡＣ送風機と電流比例制御バルブ及び風圧センサによってバーナを温度に基づいて制御する場合には、燃焼室に供給される風量が把握できないので逆風が吹いたり煙道が詰まった場合、すなわち異常条件下では風量とガス比が合わないことから着火時は騒音、爆発着火になり不着火が発生することもあって、燃焼中には騒音及び失火が発生するなどの問題点があった。
【００２１】
これを解決するため、前記のようにガスバルブに空気比例制御バルブ４７を使用し、この空気比例制御バルブ４７の特性上高い圧力を必要とするためにＤＣ送風機１８を使用した。しかし、前記ＤＣ送風機１８と空気比例制御バルブ４７を使用する場合製品が高くつき、空気比例制御バルブ４０に設定されているガスの量が全ての風量に対して合わなく誤差が発生して部品の価格に比して実用的でなく効率性が下がる問題点がある。また、高価のＤＣ送風機１８の使用によりボイラーの価格をアップさせる問題点がある。
【００２２】
【発明の目的】
本発明は前述したような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、廉価のＡＣ送風機と電流比例ガスバルブを使用しながら従来の風圧センサのかわりに風量センサを使用して、風量によって電流比例ガスバルブを直接制御して風量の全範囲に亘ってガスの量を調節できるようにすることにより、廉価の装備を使用して風量の全範囲に亘って効率よく制御できるようにした空気比例制御ボイラ−を提供することにある。
【００２３】
【発明の概要】
前述したような目的を実現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−において、吸気ダクトを通して空気を吸い込むためのＡＣ送風機と、吸込チャンバーに設けられ前記ＡＣ送風機により吸込まれる空気の量を測定するための風量センサと、供給されるガス量を調節するための電流比例ガスバルブと、熱量によるＡＣ送風機のＲＰＭを制御し風量センサで測定された風量によって電流比例ガスバルブを調節するコントローラを含めてなることを特徴とする。
前述したようになされた本発明の作動を説明する。
コントローラで熱量を計算した後ＡＣ送風機の回転数をＲＰＭ制御して必要なだけの回転数で吸気空気量を変化させると、空気量の変化を風量センサにより入力され、現在必要な適正ガス量を換算して電流比例ガスバルブを制御することにより、風量の全範囲に亘ってガスの量を調節することができる。
【００２４】
【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いて説明する。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、従来の構成と同一な部分は同一符号及び名称を使用する。
【００２５】
図１は、本発明による空気比例制御ボイラーを示す構成図であり、図２は本発明に係る空気比例制御ボイラーの制御系の構成を示すブロック図である。図１、図２では、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。
【００２６】
ここに図示した通り、吸気ダクト３を通して空気を吸い込むためのＡＣ送風機６０と、吸込チャンバー６に設けられ前記ＡＣ送風機６０により吸込まれる空気量を測定するための風量センサ７０と、この風量センサ７０で感知された風量を認識する風量認識部７１と、供給されるガスの量をこの風量認識部７１の出力に応じて調節するための電流比例ガスバルブ８０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ＡＣ送風機６０のＲＰＭを制御し風量センサ７０で測定された風量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を作動させてガス比例バルブ８０を調節するコントローラ４０’からなる。
【００２７】
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ＡＣ送風機６０をオンにさせて風量センサ７０で現在燃焼室に供給される風量を検出して着火に必要な風量になるようＡＣ送風機６０のＲＰＭを制御する。
【００２８】
また、適正風量になると、点火トランス４２をオンにして着火に必要な風量を一定時間保持させた後、現在風量に必要なだけ第１ないし第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をオフさせて暖房運転を始める。
【００２９】
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ＡＣ送風機６０のＲＰＭに算出してその値でＡＣ送風機６０を制御し、供給される燃料量は風量センサ７０によって検出された風量値を現在バーナ１２に必要な適正燃料量に換算し、その値で電流比例ガスバルブ８０を制御して燃料量を調節する。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明は廉価のＡＣ送風機と電流比例ガスバルブと風量センサを使用し、風量によって電流比例ガスバルブを直接制御するので風量の全範囲に対して燃料量を合わせることができ、現在暖房水温度が設定温度に比例制御されるための適正必要熱量を供給でき、異常な気候や条件下でもボイラ−を最適の条件で安全に着火して燃焼を行えるので、燃焼性が改善されて効率も高く燃料費も節減できるという利点がある。
また、廉価のＡＣ送風機と電流比例ガスバルブを使用することによりボイラーをさらに低廉な価格で安全かつ便利に使用できる利点がある。
【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制御系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制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０：    ＤＣ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’：  コントローラ
４６、４６’：  第１、２の電磁バルブ
４７：  空気比例制御バルブ
６０：  ＡＣ送風機                                ７０：    風量センサ
７１：風量認識部
８０  ：  電流比例ガスバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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