KR20020078123A - 전기 보일러 축열시간 자동제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 보일러의 축열시간 자동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게 말하자면, 전력을 이용하여 난방 기능을 실행하거나 온수를 공급하는 축열식 전기 보일러의 자동제어에 있어서, 무접점 릴레이를 이용함으로써, 대전력 스위칭에 따른 화재 및 고장을 최소화하고, 심야시간 전력을 이용하는 경우, 초기의 전력 피크를 방지할 수 있는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보일러 축열조의 상하 좌우의 각 부분의 온도를 감지하여 출력하는 축열조 온도 감지부(10)와, 보일러에 발생하는 이상신호를 감지하여 전기적인 신호로 출력하는 이상신호 감지부(20)와, 상기 축열조 온도 감지부(10)로부터 출력되는 신호와 이상신호 감지부(20)로부터 출력되는 신호를 입력받아 축열조의 평균온도, 상승온도 및 하강온도를 산출하여 축열에 소요시간을 예측하고, 그 산출 및 예측된 값들과 전원 종료시간에 따라 전원 구동신호와 순환펌프 구동신호를 생성하여 출력하며, 보일러 작동에 이상 발생시 그에 따른 알림신호를 출력하는 제어부(50)와, 상기 제어부(50)로부터 출력되는 전원 구동신호에 따라 동작하여 보일러의 히터부(70)로 무접점 위상제어에 의해 전원을 공급하는 무접점 스위칭부(60)로 이루어진다.

Description

전기 보일러 축열시간 자동제어장치 및 그 제어방법{Automatic boiling-time controlling apparatus and method thereof for electric-boiler}

본 발명은 전기 보일러의 축열시간 자동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게 말하자면, 전력을 이용하여 난방 기능을 실행하거나 온수를 공급하는 축열식 전기 보일러의 자동제어에 있어서, 무접점 릴레이(SSR; Solid State Relay)를 이용함으로써, 대전력 스위칭(switching)에 따른 화재 및 고장을 최소화하고, 심야시간 전력을 이용하는 경우, 초기의 전력 피크(peak)를 방지할 수 있는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

시간대별 전력 사용량을 보면, 주간 시간대에는 많은 전력 수요가 있지만, 대다수의 사람들이 수면을 취하는 심야 시간대에는 전력 수요가 극히 적으므로, 국가적 차원에서 남아도는 심야전력을 이용하는 것을 권장하고 있다.

그에 따라 심야전력을 이용하는 기업 및 가정들이 심야작업이나 난방 등에 심야전력을 이용하고 있는데, 일반적으로 그 시간대는 오후 10시경부터 오전 8시경까지이며, 계약에 의하여 해당 시간대에 심야전력을 사용하는 경우에는 전기료를 저렴하게 하여 공급하고 있다.

가정 등에서 난방용으로 심야전력을 사용하는 경우에는, 전기 보일러에 해당 시간이 되면 자동적으로 심야전력을 이용하여 난방을 하는 제어 시스템을 이용하고 있으며, 대한민국 특허공개 제1998-87747호(발명의 명칭 : 심야전력보일러와 그 보일러를 포함하는 난방시스템 및 그 제어방법, 출원인 : 최태운), 대한민국 특허공개 제2000-24491호(발명의 명칭 : 축열식 전기 보일러의 자동제어 시스템, 출원인 : 임종철) 등이 그러한 예이다.

상기 대한민국 특허공개 제1998-87747호는 심야전력 보일러와 일반 보일러를 겸용으로 공동으로 사용하는 데에 있어서, 심야시간대의 여부를 판단하여 일반 보일러와 심야전력 보일러를 가동시키고, 설정 온도가 되면 심야전력 보일러만 가동시키며, 심야시간대가 지나면 일반 보일러만 가동시킴으로써, 심야시간대에는 저렴한 전력을 사용함으로써 난방비를 절약하도록 하는 것이 기술 내용이다.

그런데, 상기 종래 기술은 심야시간대가 되면 무조건 심야 보일러를 가동시킴으로써, 심야시간 초기에 전국적으로 동시에 수요가 폭발함으로써, 전력 피크가 발생하고, 모자라는 전력을 마련하기 위해 쉬고 있던 비상 전력을 가동시키게 된다.

따라서, 유휴 전력을 값싸게 공급하고자 하는 본래의 취지에 어긋나는 일이 발생하게 되어 에너지 절약에 반하는 단점이 있다.

한편, 상기 대한민국 특허공개 제2000-24491호는 축열조의 온도를 감지하는 온도센서와, 보일러 내부의 물부족 여부를 감지하는 수위센서와, 보일러 과열을 감지하는 과열센서와, 보일러 전체를 총괄 제어하는 마이컴 등으로 구성되어 있으며, 상기 마이컴은 미리 축열조 및 순환펌프 온도설정에 따른 현재의 온도를 상기 온도센서로 획득하여 그 결과에 따라 히터의 가동을 제어하며, 저수위 또는 과열 감지시 히터 및 순환펌프의 가동을 자동으로 제어하는 것을 기술 내용으로 하고 있다.

그런데, 상기와 같이 동작하는 종래 기술은 장착된 온도센서의 위치에 따라 감지되는 온도 값이 다르게 나타나는데, 그에 따라 전체 축열조의 평균온도를 감지하지 못하고 특정 부위에서 감지된 온도에 따라 히터를 제어하게 되므로, 정확한 히터 제어가 이루어지지 못하는 단점이 있다.

그리고, 일반적으로 심야전력을 사용하는 보일러의 경우, 설정 온도를 유지하기 위하여 수시로 전력의 스위칭을 해주어야 하는데, 상기와 같은 종래 기술은 히터 제어에 따른 전원 스위칭시 접점 불량이 되어 정상적인 운용이 되지 못하는 경우가 자주 발생한다.

게다가, 대전력을 취급하는 공업용의 보일러에 있어서는 상기 접점 부위의 릴레이에 과전류가 흐르게 되며, 그에 따른 화재가 종종 발생하고 있으며, 이러한 경우에는 화재로 인한 직접적인 피해뿐만 아니라, 화재 발생 이후에는 한국전력의 규정에 의하여 심야 전력을 더 이상 사용하지 못하는 간접적인 피해가 발생하게 되어, 저렴한 심야 전력을 이용하고자 하는 취지에 맞지 않게 해당 기업의 경영을 매우 어렵게 만드는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 단점 및 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전력을 이용하여 난방 기능을 실행하거나 온수를 공급하는 축열식 전기 보일러의 축열시간 자동제어에 있어서, 무접점 릴레이를 이용함으로써, 보일러 가동시 대전력 스위칭에 따른 화재 및 고장을 방지할 수 있는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데에 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 축열조의 온도를 정확하게 감지함으로써, 히터 구동 제어가 정확하게 이루어질 수 있는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 심야전력을 이용하는 데에 있어서, 심야시간 초기의 전력 피크를 방지할 수 있는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러 축열시간 자동제어장치를 적용한 블럭도,

도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러 축열시간 자동제어방법을 적용한 동작 순서도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은,

전기 보일러의 축열시간 자동제어장치에 있어서,

보일러 축열조의 상하 좌우의 각 부분의 온도를 감지하여 출력하는 축열조 온도 감지수단;

상기 축열조 온도 감지수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아 축열조의 평균온도, 상승온도 및 하강온도를 산출하여 축열에 소요되는 시간을 예측하고, 그 산출 및 예측된 값들과 전원 종료시간에 따라 전원 구동신호를 생성하여 출력하는 제어수단;

상기 제어수단으로부터 출력되는 전원 구동신호에 따라 동작하여 보일러의 히터로 무접점 위상제어에 의해 전원을 공급하는 무접점 스위칭수단을 포함하여 이루어진다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구성은 다음과 같이 이루어진다.

전기 보일러의 축열시간 자동제어방법에 있어서,

축열 허용시간이 되면 축열조 평균온도를 산출하여 축열에 소요되는 예측시간을 산출하는 단계;

축열 동작을 시작해야하는 시간을 산출하고, 산출된 축열 동작 시간이 도달하기 이전 동안 기본 축열 제어를 하고, 동작 시간이 도달하면 완전 축열 제어를 시작하는 단계;

축열조 평균온도를 산출하여 목표온도에 도달하면 그 온도를 유지하도록 제어하는 단계;

축열 허용시간이 만료될 때까지 목표온도를 유지시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 보일러 축열시간 자동제어장치의 구성은,

전기 보일러의 축열시간 자동제어장치에 있어서,

보일러 축열조의 상하 좌우의 각 부분의 온도를 감지하여 출력하는 축열조 온도 감지부(10);

보일러에 발생하는 이상신호를 감지하여 전기적인 신호로 출력하는 이상신호 감지부(20);

전체 회로의 동작에 필요한 전원을 공급하는 전원부(30);

상기 축열조 온도 감지부(10)로부터 출력되는 신호와 이상신호 감지부(20)로부터 출력되는 신호를 입력받아 축열조의 평균온도, 상승온도 및 하강온도를 산출하여 축열에 소요되는 시간을 예측하고, 그 산출 및 예측된 값들과 전원 종료시간에 따라 전원 구동신호와 순환펌프 구동신호를 생성하여 출력하며, 보일러 작동에 이상 발생시 그에 따른 알림신호를 출력하는 제어부(50);

상기 제어부(50)에 필요한 각종 설정을 원격에서 조정할 수 있는 원격 제어부(40);

상기 제어부(50)로부터 출력되는 전원 구동신호에 따라 동작하여 보일러의 히터부(70)로 무접점 위상제어에 의해 전원을 공급하는 무접점 스위칭부(60);

상기 무접점 스위칭부(60)에 발생하는 전류를 감지하여 그에 따른 전기신호를 상기 제어부(50)로 출력하는 전류 감지기(80);

상기 제어부(50)에서 발생하는 각종 상태 및 온도를 사용자가 볼 수 있도록표시하는 표시부(110);

상기 제어부(90)로부터 출력되는 순환펌프 구동신호에 따라 동작하여 순환펌프(100)에 무접점 위상제어로 전원을 공급하는 무접점 릴레이(90)를 포함하여 이루어진다.

상기 이상신호 감지부(20)의 구성은, 보일러 축열조의 수위를 감지하는 수위센서(21)와, 보일러의 과열상태를 감지하는 과열센서(22)를 포함하여 이루어진다.

상기 무접점 스위칭부(60)의 구성은, 다수의 무접점 릴레이(61, 62, 63)로 이루어진다.

상기 표시부(110)의 구성은, 보일러의 각종 동작 상태를 사용자가 알 수 있도록 표시하는 상태 표시기(111)와, 보일러의 온도를 사용자가 알 수 있도록 표시하는 온도 표시기(112)로 이루어진다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 실시예의 동작은 다음과 같다.

축열조 온도 감지부(10)는 보일러의 축열조의 상하 좌우에 골고루 배치되어 있는 다수의 센서로 이루어져 있으며, 각 부분에서의 온도를 감지하여 전기적인 신호로 변환하여 제어부(50)로 출력한다.

이상신호 감지부(20)의 수위센서(21)는 보일러 축열조 내의 물의 높이를 감지하여 전기적인 신호로 변환하여 상기 제어부(50)로 출력하며, 과열센서(22)는 보일러가 과열되는 것을 감지하여 전기적인 신호로 상기 제어부(50)로 출력한다.

전원 공급부(30)는 회로 전체의 동작에 필요한 전원을 생성하며, 주전원 스위치(SW31)가 온됨에 따라 동작을 시작하고, 퓨즈(fuse, F32)가 설치되어 있어 과전류시 개방되어 회로를 보호하며, 필터(filter, 33)가 장착되어 있기에 불필요한 전자파를 차단시키고, 낙뢰와 과전압을 차단하며, 정전압 기능이 구비되어 심야의 불규칙한 조건에도 원활하게 안정된 전원을 공급할 수 있다.

스위치(SW)가 온되면 제어부(50)가 동작을 시작하여, 표시부(110)의 각종 표시기들을 초기화시키는 등 각종 장치별로 기능을 초기화시키고, 보일러의 상태에 이상이 있는지의 여부를 점검한다(S10).

그리고 나서 제어부(50)는 상기 축열조 온도 감지부(10)의 각 온도센서로부터 입력되는 위치별 온도신호를 입력받아, 최고온도와 최저온도를 구분하고 평균온도를 산출한다(S20).

이때, 상기 이상신호 감지부(20)의 각 센서로부터 신호를 판독하여, 다시 한번 각종 장치들의 이상여부를 점검하고, 현재 상태를 표시부(110)로 출력하여 사용자가 알 수 있도록 한다.

그리고, 제어부(50)는 원격 제어 포트(RS-232C)의 상태를 점검하여(S30), 포토가 연결 상태인 경우, 각종 설정 상태를 수정할 사항이 있는 경우 설정을 통신을 통하여 설정을 변경하고, 내부 자료를 넘겨준다(S40).

그리고, 현재 시간이 축열전기의 공급을 허용해도 되는 시간인지의 여부를 판단하여(S50), 아직 허용 시간이 아닌 경우에는 다시 축열조 평균온도를 산출하는 단계(S20)로 돌아간다.

여기서, 축열전기 공급 허용시간은, 심야전력을 목표로 하는 경우에는 심야전기 공급시간으로 하면 되고, 사용자가 설정한 시간이 있는 경우에는 그 설정 시간이 된다.

한편, 상기 단계(S50)에서 축열 허용시간이 된 것으로 판단되면, 제어부(50)는 상기 단계(S20)에서 판독하여 산출한 값들을 이용하여 보일러를 축열하는 데에 소요되는 예측시간을 산출한다(S60).

상기에서 축열 예측시간은 목표로 설정된 평균온도에서 산출된 현재 축열조의 평균온도를 감산한 값을 1시간당 평균온도 상승률로 나눈 값으로서, 시간당 평균온도 상승률은 제어부 내부의 메모리에 저장된 값을 읽어오는데, 이 값은 원격 제어에 의한 설정 단계(S40)에서 조정할 수 있는 값이다.

그리고 나서, 제어부(50)는 상기에서 계산된 값을 기준으로 축열을 시작할 동작시간을 산출하는데, 축열 동작시간은 축열 허용 종료시간에서 축열에 소요되는 예측시간을 감산한 값으로 한다.

상기에서 심야전력을 이용하는 경우에는 상기 종료시간은 심야전력 허용 종료시간(보통 오전)이 되며, 축열 동작시간은 종료 시간이전 축열 예상시간을 뺀 시간으로서, 예를 들어 심야전력 종료시간이 오전 6시이고, 축열 예상시간이 4시간이면, 축열 동작시간은 오전 2시가 된다.

제어부(50)는 상기에서 산출된 축열 동작시간이 도달하였는지의 여부를 판단하여(S80), 동작시간이 도달한 것으로 판단되면, 제어부(50)는 축열 동작을 시작한다(S110).

즉, 무접점 스위칭부(60)로 제어신호를 출력하여 히터부(70)의 제1히터(71)와 제2히터(72)로 전원을 공급하도록 한다.

상기 무접점 스위칭부(60)는 다수의 무접점 릴레이(61, 62, 63)를 이용하여, 무접점 위상제어로 전원을 공급하므로, 종래처럼 릴레이에 과전류가 발생하여 화재가 발생하거나 접점의 오류 발생을 일으키지 않는다.

그리고, 제어부는 순환펌프(100)에도 전원을 공급하도록 무접점 릴레이(90)를 제어하며, 보일러의 축열 동작이 사작하였음을 사용자에게 알리도록 표시부(70)로 해당 신호를 출력한다.

그리고 나서, 제어부(50)는 다시 상기 축열조 온도 감지부(10)로부터 신호를 판독하여 축열조의 평균온도를 산출하고(S120), 이상 여부를 점검하며(S130), 평균온도가 목표 온도 이상인지의 여부를 판단한다(S140).

상기 단계(S140)에서 축열조의 온도가 목표 온도에 미달하는 경우에는 다시 축열조의 평균온도를 산출하는 단계(S120)로 돌아가고, 현재 축열조의 온도가 목표 온도에 도달한 경우에는 목표 평균온도를 유지시키는 기본 축열 제어를 한다(S150).

보일러 축열조의 온도를 목표온도 이상으로 유지시키는 기본 축열 제어를 하는 도중, 제어부(50)는 축열 허용 종료시간이 도달되었는지의 여부를 판단하여(S160), 아직 도달하지 않은 경우에는 계속적으로 목표온도 유지 제어 단계(S150)로 돌아간다.

그러나, 상기 단계(S160)에서 축열 허용시간이 종료된 경우, 제어부(50)는 전원이 오프되지 않은 경우(S170), 다시 초기의 축열조 평균온도를 산출하는 단계(S20)로 돌아가서, 다음날의 축열 허용시간이 될 때까지 대기한다.

한편, 상기 동작시간 도달 여부를 판단하는 단계(S80)에서, 아직 그 시간이 도달하지 않은 경우에는 기본 축열 제어를 한다(S90).

상기 기본 축열 제어는 보일러를 100% 가동하지 않고, 50% 또는 그 이하에서 가동하는 제어를 말하며, 기본으로 설정된 시간동안 가동(예를 들면 10분 간격으로 10분씩 가동)함으로써, 심야시간 초기의 전력 피크를 방지하기 위한 제어이다.

즉, 전력 피크는 심야전력을 이용하는 전국의 모든 전력 수요장치들이 심야시간대의 초기에 한꺼번에 전력을 요구하면서 남아도는 전력 이상으로 전력 수요가 존재함에 딸 발생하는 것으로서, 상기와 같이 제어하면, 이러한 전력 피크를 방지할 수 있다.

상기 기본적인 축열 제어 동작을 수행하면서, 축열조 평균온도를 산출하고, 이상여부를 점검하며(S100), 다시 축열 동작시간 산출 단계(S70)로 돌아간다.

한편, 상기에서 무접점 스위칭부(70)에 과전류 등 이상이 발생하는 경우, 전류 감지기(80)가 그 여부를 감지하여 제어부(50)로 출력하고, 제어부(50)는 그 신호에 따라 사용자에게 경고하고, 동작을 중단시켜 장애를 예방한다.

또, 상기 제어부(50)는 와치독(watch-dog) 시스템을 채용하여, 이상이 발생하는 경우 자동적으로 초기화되어 오동작을 방지한다.

상기와 같이 동작함으로써, 본 전기 보일러 축열시간 자동제어장치는 심야전력 사용에 따른 전력 피크를 방지할 수 있고, 무접점 릴레이의 사용으로 인하여 화재를 예방할 수 있다.

상기에서 축열 허용시간은 심야전력을 사용하는 경우에는 심야전기 허용시간이지만, 그렇지 않은 경우에는 사용자가 설정하여 사용할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 동작하는 본 발명은 전력을 이용하여 난방 기능을 실행하거나 온수를 공급하는 축열식 전기 보일러의 축열시간 자동제어에 있어서, 무접점 릴레이를 이용함으로써, 보일러 가동시 대전력 스위칭에 따른 화재 및 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또, 상기와 같이 동작하는 본 발명은 축열조 내의 상하좌우에 골고루 위치되어 있는 다수의 온도센서에 의해 온도를 정확하게 감지함으로써, 히터 구동 제어가 정확하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

그리고, 상기와 같이 동작하는 본 발명은 심야전력을 이용하는 데에 있어서, 심야시간 초기의 전력 피크를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 전기 보일러의 축열시간 자동제어장치에 있어서,

   보일러 축열조의 상하 좌우의 각 부분의 온도를 감지하여 출력하는 축열조 온도 감지수단;

   상기 축열조 온도 감지수단으로부터 출력되는 신호를 입력받아 축열조의 평균온도, 상승온도 및 하강온도를 산출하여 축열에 소요되는 시간을 예측하고, 그 산출 및 예측된 값들과 전원 종료시간에 따라 전원 구동신호를 생성하여 출력하는 제어수단;

   상기 제어수단으로부터 출력되는 전원 구동신호에 따라 동작하여 보일러의 히터로 무접점 위상제어에 의해 전원을 공급하는 무접점 스위칭수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은,

   전원 종료시간에서 예측된 축열 소요시간은 목표 평균온도에서 축열조의 평균온도를 감산한 값을 시간당 평균온도 상승률로 나누어 계산하는 것을 특징으로 하는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은,

   전원 종료시간에서 예측된 축열 소요시간을 감산한 시간에 축열 가동을 본격적으로 시작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 무접점 스위칭수단에 발생하는 전류를 감지하여 그에 따른 전기신호를 상기 제어수단으로 출력하는 전류 감지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제어수단에 필요한 각종 설정을 원격에서 조정할 수 있는 원격 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보일러 축열시간 자동제어장치.
6. 전기 보일러의 축열시간 자동제어방법에 있어서,

   축열 허용시간이 되면 축열조 평균온도를 산출하여 축열에 소요되는 예측시간을 산출하는 단계;

   축열 동작을 시작해야하는 시간을 산출하고, 산출된 축열 동작 시간이 도달하기 이전 동안 기본 축열 제어를 하고, 동작 시간이 도달하면 완전 축열 제어를 시작하는 단계;

   축열조 평균온도를 산출하여 목표온도에 도달하면 그 온도를 유지하도록 제어하는 단계;

   축열 허용시간이 만료될 때까지 목표온도를 유지시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 보일러 축열시간 자동제어방법.