WO2012081796A1 - 출력조절장치를 구비한 가스보일러 및 가스보일러의 출력조절방법 - Google Patents

출력조절장치를 구비한 가스보일러 및 가스보일러의 출력조절방법 Download PDF

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WO2012081796A1
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air
valve
output
boiler
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PCT/KR2011/006119
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민태식
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주식회사 경동나비엔
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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    • F23D14/36—Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air in which the compressor and burner form a single unit
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    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the present invention relates to a gas boiler and an output control method of the gas boiler having an output control device, and more particularly, to an output control device capable of uniformly adjusting the mixing ratio of air and combustion gas in proportion to the output value of the boiler.
  • the present invention relates to a gas boiler and a gas boiler output control method including an output control device that can simplify the configuration and accurately control the output of the boiler even when the set output value of the boiler is a low output region.
  • the blower 10 for sucking the outside air to supply the air required for combustion the supply of the combustion gas is mixed with the air sucked through the blower 10
  • a gas valve 20 a burner 30 for burning a mixture of air and combustion gas supplied through the blower 10, a combustion chamber 40 in which the burner 30 is burned, and the burner 30.
  • a heat exchanger 50 in which heat exchange is performed between the combustion gas generated in the heating gas and the heating water, and an exhaust hood 60 through which the combustion gas passing through the heat exchanger 50 is discharged.
  • varying the output of the boiler means varying the output of the burner 30, and in order to vary the output of the burner 30, the amount of air and the amount of gas must be varied in proportion to the output.
  • the conventional gas boiler has a separate configuration in which the blower 10 for supplying external air and the gas valve 20 for controlling the supply amount of combustion gas are separated from each other, and proportional to the air supply amount in the blower 10. It is necessary to provide a means for separately controlling the amount of gas supplied from the gas valve 20 has a problem in that the configuration of the device is complicated and it is not easy to accurately control the mixing ratio of air and combustion gas in accordance with the output of the set boiler .
  • the method of varying the amount of air is a method of varying the number of revolutions of the blower 10, when the high output of the boiler is required to rotate the blower 10 at high speed, when low power is required to rotate the blower 10 at a low speed do.
  • the turndown ratio refers to the ratio of the maximum gas consumption to the minimum gas consumption in a gas combustion device in which the amount of gas is variably controlled, and the turndown ratio is the minimum gas consumption to maintain a stable flame. It is limited depending on whether it can be adjusted low, and in the case of a gas boiler, the greater the turndown ratio, the greater the convenience of using heating and hot water, the less variation in temperature control, and the more durable the apparatus can be.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, a gas boiler having an output control device having a simple structure of the output control device for uniformly adjusting the mixing ratio of air and combustion gas in proportion to the output value of the boiler.
  • the purpose is to provide.
  • Still another object of the present invention is to improve the turndown ratio by accurately controlling the output of the boiler by continuously varying the amount of the mixture of air and combustion gas supplied even when the output of the boiler is high as well as low. It is to provide a gas boiler and an output control method of the gas boiler having an output control device.
  • Gas boiler equipped with an output control device of the present invention for realizing the above object is, a blower for sucking the outside air to supply the air required for combustion, the gas for intermittent supply of the combustion gas mixed with the air A valve, a burner for burning a mixture of air and gas supplied through the blower, a combustion chamber in which the burner is combusted, a heat exchanger for absorbing combustion heat of combustion gas generated in the burner, and combustion gas passing through the heat exchanger is discharged.
  • the gas boiler having a structure in which the combustion gas passing through the gas valve is supplied to the inlet of the blower, the inlet of the blower, the air supply to the outside air is supplied to the blower; Is passed through the air control valve, and the gas valve to control the amount of air supplied through the air supply And the gas outlet is discharged, the gas control valve and the output adjustment made by the valve drive unit which drives the air control valve and gas regulating valve for adjusting the amount of gas for combustion to pass through the gas outlet device is provided;
  • the air control valve and the gas control valve are integrally formed; It characterized in that the output of the burner is continuously controlled by adjusting the distance between the air control valve and the gas control valve and the air supply port and the gas outlet.
  • the distance between the air control valve and the air supply port and the distance between the gas control valve and the gas outlet may be equally variable.
  • the air control valve and the gas control valve is integrally operated by the same valve driving unit, it characterized in that the air supply and the amount of gas supply for combustion continuously.
  • the air control valve and the gas control valve is concentrically coupled to the coaxial valve movement shaft, the air supply and the gas outlet is in a concentric cylindrical shape in the position opened and closed by the reciprocating motion of the air control valve and the gas control valve. It may be configured as provided.
  • gas valve and the gas outlet may be provided on the axis of the valve movement shaft, the air control valve and the air supply may be configured to be provided around the outer periphery of the gas valve and the gas outlet.
  • the position where the gas valve is in contact with the gas outlet is formed at a height lower than the position where the air control valve is in contact with the air supply port, so that the combustion gas discharged to the gas outlet is not leaked to the air supply port, the inside of the blower It may be composed of being mixed with the air supply in the mixing chamber of.
  • the gas boiler output control method of the present invention the step of setting the output value of the boiler; Comparing a magnitude of the set output value with a limit output value; And when the set output value is greater than or equal to the limit output value, varying the number of revolutions of the blower to vary the output of the boiler. When the set output value is less than the limit output value, the flow rate of the fluid is adjusted by the output control device in response to the set output value. It includes a step.
  • the step of adjusting the flow rate of the fluid in the output control device it may be configured to be performed in a state of maintaining a constant number of revolutions of the blower corresponding to the threshold output value.
  • an air control valve and a gas control valve are integrally formed at an inlet of a blower, and the air control valve and the gas control are provided by the same valve driving unit.
  • the output can be accurately controlled by the flow rate control in the output control device even when the set output of the boiler is a low output area, it is possible to improve the performance of the boiler by increasing the turndown ratio.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a conventional gas boiler
  • FIG. 2 is an external perspective view of a gas boiler having an output control device according to the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view of the output control device separated from Figure 2,
  • FIGS. 4 and 5 are cutaway perspective views of the output control bundle constituting the output control device shown in Figure 3, Figure 4 is a valve closed state, Figure 5 is a perspective view of the cut open state,
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the output of the boiler and the number of revolutions of the blower in the gas boiler according to the present invention.
  • FIG. 7 is a flow chart showing a method of controlling the output of the gas boiler according to the present invention.
  • blower 11 blower inlet
  • valve fixing mouth 136 guide part
  • valve movement shaft 162 spring
  • mixing chamber 200 blower
  • FIG. 2 is an external perspective view of a gas boiler with an output control device according to the present invention.
  • the output control device 100 for uniformly adjusting the mixing ratio of air and combustion gas in proportion to the set output of the boiler, and integrally with the output control device 100
  • a blower 200 connected to supply a mixture of air and combustion gas to a burner (not shown), a combustion chamber 300 in which the burner is mounted and combusted, and combustion generated in the combustion chamber 300
  • Heat exchanger 400 consisting of a sensible heat exchanger 410 that absorbs the sensible heat of the product, and a latent heat exchanger 420 that absorbs the latent heat of water vapor contained in the combustion product that has completed heat exchange in the sensible heat exchanger 410.
  • an exhaust hood 500 through which the combustion gas passing through the heat exchanger 400 is discharged to the outside.
  • Figure 3 is a perspective view showing the output control device separated from Figure 2
  • Figures 4 and 5 are cutaway perspective views of the output control bundle constituting the output control device shown in Figure 3
  • Figure 4 is a valve closed state
  • Figure 5 is a perspective cutaway view with the valve open.
  • the output control device 100 is to adjust the flow rate of the mixture of air and combustion gas in proportion to the output value set in the low output area of the boiler output value less than a predetermined value, the air inlet pipe 110 and gas inlet pipe 120 ) Is provided on both sides and the housing 130 is a mixture of air and combustion gas therein, and the upper cover 140 is coupled to the upper side, the air control valve 112 and the gas control valve 122 on the upper side Valve driving unit 150 for providing power for the reciprocating motion of the) is provided.
  • the gas inlet pipe 120 is provided with a gas valve (not shown) to control the supply of the gas for combustion, and when the gas valve is opened, the gas for combustion passing through the gas inlet pipe 120 through the blower ( Is supplied to the inlet of 200).
  • the valve driving unit 150 is a common driving source for integrally driving the air control valve 112 and the gas control valve 122 according to the output signal of the boiler, it may be configured as a bidirectional motor.
  • the output control bundle (100a) consisting of the housing 130 and its internal components is coupled to the inlet of the blower 200, the portion of the supply amount of the outside air and the gas for combustion is controlled to be.
  • the outer shape of the output control bundle (100a) is a housing 130 is provided with both sides of the air inlet 110 and the gas inlet pipe 120 through which the combustion gas is introduced, the outside of the housing 130 It is coupled to the upper portion and the central portion is composed of a valve fixing tool 135 provided with a guide portion 136 for guiding the vertical movement of the valve moving shaft 160 driven by the valve driving unit 150.
  • An air inlet 114 connected to the air inlet pipe 110 and serving as a passage for supplying the inlet air to the inlet of the blower 200, and a gas inlet pipe when the gas valve is opened.
  • a gas outlet 124 serving as a passage for supplying the combustion gas introduced along the 120 to the inlet of the blower 200 is provided.
  • the air inlet 114 and the gas outlet 124 has a cylindrical structure with an open top in the direction of FIGS. 4 and 5, and the air inlet 114 is provided at an outer circumference of the gas outlet 124.
  • a mixing chamber 170 in which air and combustion gas are mixed is provided and communicated with the lower blower 200 suction port. .
  • the gas outlet 124 and the upper side of the air supply port 114, the gas control valve 122 and the air control valve 112 is integrally coupled to the valve moving shaft 160 in a concentric shape, the valve driving unit 150 of The gas control valve 122 and the air control valve 112 are moved up and down in conjunction with the vertical movement of the valve movement shaft 160 by the operation to open and close the gas outlet 124 and the air supply 114, respectively.
  • the gas control valve 122 and the gas outlet 124 is provided on the axis of the valve movement shaft 160, the air control valve 112 and the air supply 114 is the gas control valve 122 and the gas outlet 124 is provided on the outer circumference.
  • the upper end of the gas outlet 124 is formed at a height lower than the upper end of the air supply port 114, the lower end of the gas control valve 122 is formed at a height lower than the lower end of the air control valve 112,
  • the gas control valve 122 and the air control valve 112 are opened to mix the air and the gas for combustion, the gas for combustion discharged to the gas outlet 124 is not leaked to the air supply port 114. 170)
  • the flow path may be naturally formed therein.
  • a spring 162 is interposed between the air control valve 112 and the valve fixing hole 135 so that the air control valve 112 and the gas control valve 122 are provided to the air inlet 114 and the gas outlet 124. Since the elastic force acts to pressurize the air control valve 112 and the gas control valve 122 to shut off the flow of the fluid.
  • the air control valve 112 and the gas control valve 122 which are integrally coupled to the valve moving shaft 160 are also upward.
  • the distance L1 spaced between the gas control valve 122 and the gas outlet 124 and the distance L2 spaced between the air control valve 112 and the air supply 114 are equal to each other. Is variable.
  • the air valve valve 112 and the gas control valve 122 are integrally provided on the valve moving shaft 160, and the air control valve 112 and the gas control valve 122 are provided by the same valve driving unit 150. ) Can be reciprocated at the same time to adjust the amount of supply of air and combustion gas to simplify the structure of the output control device 100, the proportion of the mixture of air and combustion gas continuously in proportion to the set output of the boiler It can be adjusted uniformly.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the output of the boiler and the rotation speed of the blower in the gas boiler according to the present invention.
  • the number of revolutions of the blower 200 is changed in proportion to the set output value to adjust the air supply amount.
  • the output is adjusted, and in the low output area where the output value of the boiler set by the user is less than the limit output value P1, the output adjustment is maintained at a constant speed of the blower 200 when the limit output value P1 is maintained.
  • the flow rate of air and combustion gas is adjusted in correspondence with the set output value.
  • the 'limit output value (P1)' means a boundary between the high output and low output
  • the limit output value (P1) is the wind pressure is lowered when the rotation speed of the blower 200 decreases from high speed to low blower 200
  • the set output value of the boiler when the set output value of the boiler is a high output region, the set output value may correspond to the set output value by adjusting the rotation speed of the blower 200.
  • the flow rate in the output control device 100 in the state maintained by it is possible to correspond to the set output value, it is possible to continuously and accurately control the output of the boiler continuously over the entire area from the high output region to the low output region, accordingly The range of turndown ratios can be increased.
  • FIG. 7 is a flow chart showing a method of controlling the output of the gas boiler according to the present invention.
  • the control unit determines that the set output value is a high output area, the output control device 100 so that the air and combustion gas can be mixed and supplied at a constant mixing ratio
  • the output of the boiler is controlled by adjusting the number of revolutions of the blower 200 according to the output value of the boiler set in the opened state (S30).
  • the controller determines that the set output value is the low output area and the limit output value P1.
  • the blower 200 is controlled to maintain the rotational speed (R1) (S 40), by controlling the operation of the valve drive unit 150 of the output regulator 100 in proportion to the set output value supply flow rate of air and combustion gas It will be adjusted (S 50).
  • the output control device 100 when the output value of the set boiler is a low output region, unlike the conventional method of changing the speed of the blower, the output control device 100 is fixed in a fixed state of the speed of the blower.
  • the method of adjusting the flow rate of the mixed fluid in the control system it is possible to continuously and accurately control the set output value even in the low power region.

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Abstract

본 발명은 보일러의 출력값에 비례하여 공기와 연소용 가스의 혼합 비율을 균일하게 조절하는 출력조절장치의 구조가 간단하고, 보일러의 출력이 고출력인 경우뿐만 아니라 저출력인 경우라도 공급되는 공기와 연소용 가스의 혼합물의 양을 연속적으로 가변시켜 보일러의 출력을 정확하게 제어함으로써 턴다운비를 높일 수 있는 출력조절장치를 구비한 가스보일러 및 가스보일러의 출력조절방법을 제공하는데 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 출력조절장치를 구비한 가스보일러는, 송풍기, 가스밸브, 버너, 연소실, 열교환기 및 배기후드를 포함하는 가스보일러에 있어서, 상기 송풍기의 흡입구에는, 상기 송풍기에 외부의 공기가 급기되는 급기구와, 상기 급기구를 통하여 급기되는 공기량을 조절하는 공기조절밸브와, 상기 가스밸브를 통과한 가스가 배출되는 가스배출구와, 상기 가스배출구를 통과하는 연소용 가스량을 조절하는 가스조절밸브 및 상기 공기조절밸브와 가스조절밸브를 구동하는 밸브구동부로 이루어진 출력조절장치가 구비되고; 상기 공기조절밸브와 상기 가스조절밸브는 일체형으로 형성되어 있으며; 상기 공기조절밸브와 상기 급기구 사이의 거리와 상기 가스조절밸브와 상기 가스배출구 사이의 거리는 서로 동일하게 가변되며; 상기 공기조절밸브 및 상기 가스조절밸브와, 상기 급기구 및 상기 가스배출구 사이의 거리를 조절함으로써 버너의 출력을 연속적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

출력조절장치를 구비한 가스보일러 및 가스보일러의 출력조절방법
본 발명은 출력조절장치를 구비한 가스보일러 및 가스보일러의 출력조절방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보일러의 출력값에 비례하여 공기와 연소용 가스의 혼합 비율을 균일하게 조절할 수 있는 출력조절장치의 구성을 간소화하고, 보일러의 설정 출력값이 저출력 영역인 경우에도 보일러의 출력을 정확하게 조절할 수 있는 출력조절장치를 구비한 가스보일러 및 가스보일러의 출력조절방법에 관한 것이다.
종래 일반적인 가스보일러는, 도 1에 도시된 바와 같이 외부 공기를 흡입하여 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍기(10), 상기 송풍기(10)를 통해 흡입된 공기와 혼합되는 연소용 가스의 공급을 조절하는 가스밸브(20), 상기 송풍기(10)를 통해 공급된 공기와 연소용 가스의 혼합물을 연소시키는 버너(30), 상기 버너(30)의 연소가 이루어지는 연소실(40), 상기 버너(30)에서 발생된 연소가스와 난방수 등 열매체 사이에 열교환이 이루어지는 열교환기(50) 및 상기 열교환기(50)를 통과한 연소가스가 배출되는 배기후드(60)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 가스보일러에서, 보일러의 출력을 가변시킨다는 것은 버너(30)의 출력을 가변시키는 것을 의미하며, 버너(30)의 출력을 가변시키기 위해서는 공기량과 가스량을 출력에 비례하여 가변시켜야 한다.
그러나 종래의 가스보일러는 외부 공기를 급기하는 송풍기(10)와 연소용 가스의 공급량을 조절하는 가스밸브(20)가 서로 분리된 별개의 구성으로 이루어져 있고, 송풍기(10)에서의 공기 공급량에 비례하여 가스밸브(20)에서의 가스공급량을 별도로 제어하는 수단을 구비해야 하므로 장치의 구성이 복잡하고 공기와 연소용 가스의 혼합 비율을 설정된 보일러의 출력에 맞추어 정확하게 제어하기가 용이하지 않은 문제점이 있었다.
한편, 공기량을 가변시키는 방법은 송풍기(10)의 회전수를 가변시키는 방법으로, 보일러의 고출력이 필요할 때에는 송풍기(10)를 고속으로 회전시키고, 저출력이 필요할 때에는 송풍기(10)를 저속으로 회전시키게 된다.
이때 송풍기(10)가 고속 회전에서 저속 회전으로 가변되어 회전수가 감소함에 따라서 송풍기(10)에서 공급되는 공기의 풍압도 낮아지게 된다.
이 경우 풍압이 일정 수치 이하로 떨어지게 되면 송풍기(10)가 저속으로 회전하더라도 송풍기(10)에서 공기가 공급되지 않는 상태가 된다.
따라서 종래 가스보일러에서 송풍기(10)의 회전수를 낮추어 공기의 공급량을 줄이고 이와 비례하여 가스밸브(20)에서 연소용 가스의 공급량을 줄이는 방식만으로는 보일러의 출력을 낮추는데 한계가 있으며, 이에 따라 보일러의 턴다운비(Turn-Down Ratio;TDR)의 범위를 크게 할 수 없는 문제점이 있었다.
여기서, 턴다운비(TDR)란 가스의 양이 가변 조절되는 가스연소장치에 있어서 '최대가스소비량 대 최소가스소비량의 비'를 의미하는 것으로, 턴다운비는 안정된 화염을 유지하기 위한 최소가스소비량을 얼마나 낮게 조절할 수 있는지 여부에 따라 제한되며, 가스보일러의 경우 턴다운비가 클수록 난방 및 온수 사용시의 편리성이 증대되고, 온도제어시의 편차를 줄일 수 있으며, 기기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 보일러의 출력값에 비례하여 공기와 연소용 가스의 혼합 비율을 균일하게 조절하는 출력조절장치의 구조가 간단한 출력조절장치를 구비한 가스보일러를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 보일러의 출력이 고출력인 경우뿐만 아니라 저출력인 경우라도 공급되는 공기와 연소용 가스의 혼합물의 양을 연속적으로 가변시켜 보일러의 출력을 정확하게 제어함으로써 턴다운비를 높일 수 있는 출력조절장치를 구비한 가스보일러 및 가스보일러의 출력조절방법을 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 출력조절장치를 구비한 가스보일러는, 외부 공기를 흡입하여 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍기, 상기 공기와 혼합되는 연소용 가스의 공급을 단속하는 가스밸브, 상기 송풍기를 통해 공급된 공기와 가스의 혼합물을 연소시키는 버너, 상기 버너의 연소가 이루어지는 연소실, 상기 버너에서 발생된 연소가스의 연소열을 흡수하는 열교환기 및 상기 열교환기를 통과한 연소가스가 배출되는 배기후드를 포함하고, 상기 가스밸브를 통과한 연소용 가스는 상기 송풍기의 흡입구로 공급되는 구조를 갖는 가스보일러에 있어서, 상기 송풍기의 흡입구에는, 상기 송풍기에 외부의 공기가 급기되는 급기구와, 상기 급기구를 통하여 급기되는 공기량을 조절하는 공기조절밸브와, 상기 가스밸브를 통과한 가스가 배출되는 가스배출구와, 상기 가스배출구를 통과하는 연소용 가스량을 조절하는 가스조절밸브 및 상기 공기조절밸브와 가스조절밸브를 구동하는 밸브구동부로 이루어진 출력조절장치가 구비되고; 상기 공기조절밸브와 상기 가스조절밸브는 일체형으로 형성되어 있으며; 상기 공기조절밸브 및 상기 가스조절밸브와, 상기 급기구 및 상기 가스배출구 사이의 거리를 조절함으로써 버너의 출력을 연속적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 공기조절밸브와 상기 급기구 사이의 거리와 상기 가스조절밸브와 상기 가스배출구 사이의 거리는 서로 동일하게 가변되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 공기조절밸브와 가스조절밸브는 동일한 밸브구동부에 의해 일체로 작동되어, 공기량과 연소용 가스공급량을 연속적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 공기조절밸브와 가스조절밸브는 동축의 밸브이동축에 동심 구조로 결합되고, 상기 급기구와 가스배출구는 상기 공기조절밸브와 가스조절밸브의 왕복운동에 의해 개폐되는 위치에 동심의 원통 형상으로 구비된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 가스밸브와 가스배출구는 상기 밸브이동축의 축선상에 구비되고, 상기 공기조절밸브와 급기구는 상기 가스밸브와 가스배출구의 외측 둘레에 구비된 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 가스배출구에 상기 가스밸브가 맞닿는 위치는 상기 급기구에 공기조절밸브가 맞닿는 위치보다 낮은 높이로 형성되어, 상기 가스배출구로 배출되는 연소용 가스가 상기 급기구로 누설됨이 없이 상기 송풍기 내부의 혼합실에서 급기공기와 혼합되는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명의 가스보일러의 출력조절방법은, 보일러의 출력값을 설정하는 단계; 상기 설정된 출력값과 한계출력값의 크기를 비교하는 단계; 및 상기 설정된 출력값이 한계출력값 이상인 경우에는 상기 송풍기의 회전수를 가변시켜 보일러의 출력을 가변시키고, 상기 설정된 출력값이 한계출력값 미만인 경우에는 상기 설정된 출력값에 대응하여 상기 출력조절장치에서 유체의 흐름량을 조절하는 단계를 포함한다.
이 경우 상기 출력조절장치에서 유체의 흐름량을 조절하는 단계는, 상기 한계출력값에 해당하는 송풍기의 회전수를 일정하게 유지한 상태에서 수행되는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 출력조절장치를 구비한 가스보일러 및 가스보일러의 출력조절방법에 의하면, 송풍기의 흡입구에 일체로 형성된 공기조절밸브와 가스조절밸브를 구비하고 동일한 밸브구동부에 의해 공기조절밸브와 가스조절밸브의 열림량을 동일하게 조절함으로써 출력조절장치의 구조을 간소화할 수 있고, 버너의 출력값에 비례하여 공기와 연소용 가스의 혼합 비율을 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 보일러의 설정 출력이 저출력 영역인 경우라도 출력조절장치에서의 유량조절에 의해 출력을 정확하게 제어할 수 있게 되므로 턴다운비를 높여 보일러의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 일반적인 가스보일러의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 출력조절장치를 구비한 가스보일러의 외관 사시도,
도 3은 도 2에서 출력조절장치를 분리하여 도시한 사시도,
도 4와 도 5는 도 3에 도시된 출력조절장치를 구성하는 출력조절뭉치의 절개사시도로서, 도 4는 밸브가 닫힌 상태, 도 5는 밸브가 열린 상태의 절개사시도,
도 6은 본 발명에 따른 가스보일러에서 보일러의 출력과 송풍기의 회전수의 관계를 보여주는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 가스보일러의 출력조절방법을 보여주는 순서도이다.
** 부호의 설명 **
10 : 송풍기 11 : 송풍기 입구
12 : 송풍기 출구 20 : 가스밸브
21 : 가스공급관 30 : 버너
40 : 연소실 50 : 열교환기
60 : 배기후드 100 : 출력조절장치
100a : 출력조절뭉치 110 : 공기유입관
112 : 공기조절밸브 114 : 급기구
120 : 가스유입관 122 : 가스조절밸브
124 : 가스배출구 130 : 하우징
135 : 밸브고정구 136 : 가이드부
140 : 상부덮개 150 : 밸브구동부
160 : 밸브이동축 162 : 스프링
170 : 혼합실 200 : 송풍기
300 : 연소실 400 : 열교환기
410 : 현열 열교환기 420 : 잠열 열교환기
500 : 배기후드
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 출력조절장치를 구비한 가스보일러의 외관 사시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가스보일러는, 보일러의 설정된 출력에 비례하여 공기와 연소용 가스의 혼합 비율을 균일하게 조절하는 출력조절장치(100)와, 상기 출력조절장치(100)와 일체로 연결되어 공기와 연소용 가스의 혼합물을 버너(미도시됨)로 공급하는 송풍기(200)와, 상기 버너가 내부에 장착되고 연소가 이루어지는 연소실(300)과, 상기 연소실(300)에서 발생되는 연소생성물의 현열을 흡수하는 현열 열교환기(410)와, 상기 현열 열교환기(410)에서 열교환을 마친 연소생성물에 포함되어 있는 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열 열교환기(420)로 구성되는 열교환기(400) 및 상기 열교환기(400)를 통과한 연소가스가 외부로 배출되는 배기후드(500)를 포함하여 구성된다.
도 3은 도 2에서 출력조절장치를 분리하여 도시한 사시도, 도 4와 도 5는 도 3에 도시된 출력조절장치를 구성하는 출력조절뭉치의 절개사시도로서, 도 4는 밸브가 닫힌 상태, 도 5는 밸브가 열린 상태의 절개사시도이다.
상기 출력조절장치(100)는 보일러의 출력값이 일정값 미만인 저출력 영역에서 설정된 출력값에 비례하여 공기와 연소용 가스의 혼합물의 유량을 조절하기 위한 것으로, 공기유입관(110)과 가스유입관(120)이 양측에 구비되고 내부에서 공기와 연소용 가스의 혼합이 이루어지는 하우징(130)과, 그 상측으로 상부덮개(140)가 결합되고, 그 상부에는 공기조절밸브(112)와 가스조절밸브(122)의 왕복운동을 위한 동력을 제공하는 밸브구동부(150)가 구비된다.
상기 가스유입관(120)에는 연소용 가스의 공급을 단속하는 가스밸브(미도시됨)가 구비되고, 그 가스밸브가 열리면 이를 통과한 연소용 가스는 상기 가스유입관(120)을 통해 송풍기(200)의 흡입구로 공급된다.
상기 밸브구동부(150)는 설정된 보일러의 출력 신호에 따라 공기조절밸브(112)와 가스조절밸브(122)를 일체로 구동시키는 공통의 구동원으로서, 양방향 모터로 구성될 수 있다.
상기 출력조절장치(100)의 구성 중, 하우징(130)과 그 내부 구성물로 이루어진 출력조절뭉치(100a)는 송풍기(200)의 흡입구에 결합되며, 외부 공기와 연소용 가스의 공급량이 조절되는 부분이다.
상기 출력조절뭉치(100a)의 외형은 외부 공기가 유입되는 공기유입구(110)와 연소용 가스가 유입되는 가스유입관(120)이 양측으로 구비된 하우징(130)과, 상기 하우징(130)의 상부에 결합되고 중앙부에는 상기 밸브구동부(150)에 의해 구동되는 밸브이동축(160)의 상하운동을 안내하는 가이드부(136)가 구비된 밸브고정구(135)로 구성된다.
상기 하우징(130)의 내부에는 공기유입관(110)에 연결되어 유입된 공기를 송풍기(200)의 흡입구로 공급하는 통로 역할을 하는 급기구(114)와, 상기 가스밸브의 개방시 가스유입관(120)을 따라 유입된 연소용 가스를 송풍기(200)의 흡입구로 공급하는 통로 역할을 하는 가스배출구(124)가 구비된다.
상기 급기구(114)와 가스배출구(124)는 도 4와 도 5의 방향을 기준으로, 상부가 개방된 원통형 구조를 가지며, 가스배출구(124)의 외측 둘레에 상기 급기구(114)가 구비되고, 가스배출구(124)의 외측면과 급기구(114)의 내측면 사이의 공간에는 공기와 연소용 가스가 혼합되는 혼합실(170)이 마련되어 그 하측의 송풍기(200) 흡입구에 연통되어 있다.
상기 가스배출구(124)와 급기구(114)의 상측에는 상기 밸브이동축(160)에 동심원 형상으로 가스조절밸브(122)와 공기조절밸브(112)가 일체로 결합되고, 밸브구동부(150)의 작동에 의한 밸브이동축(160)의 상하운동에 연동하여 가스조절밸브(122)와 공기조절밸브(112)가 상하로 이동되면서 각각 가스배출구(124)와 급기구(114)를 개폐하게 된다.
상기 가스조절밸브(122)와 가스배출구(124)는 밸브이동축(160)의 축선상에 구비되고, 상기 공기조절밸브(112)와 급기구(114)는 상기 가스조절밸브(122)와 가스배출구(124)의 외측 둘레에 구비된다.
상기 가스배출구(124)의 상단은 급기구(114)의 상단보다 낮은 높이로 형성되고, 상기 가스조절밸브(122)의 하단은 공기조절밸브(112)의 하단보다 낮은 높이로 형성되어 있어, 상기 가스조절밸브(122)와 공기조절밸브(112)가 개방되어 공기와 연소용 가스가 혼합될 때 가스배출구(124)로 배출되는 연소용 가스가 급기구(114)로 누설됨이 없이 혼합실(170) 내부로 유로가 자연스럽게 형성될 수 있다.
그리고 상기 공기조절밸브(112)와 밸브고정구(135) 사이에는 스프링(162)이 개재되어, 공기조절밸브(112)와 가스조절밸브(122)가 급기구(114)와 가스배출구(124) 측으로 가압되도록 탄성력을 작용하게 되므로 공기조절밸브(112)와 가스조절밸브(122)가 닫힌 상태에서 유체의 흐름을 차단하게 된다.
도 5를 참조하면, 밸브구동부(150)에 의해 밸브이동축(160)이 상향 이동하게 되면, 상기 밸브이동축(160)에 일체로 결합된 공기조절밸브(112)와 가스조절밸브(122) 또한 상향 이동하게 되는데, 이 경우 가스조절밸브(122)와 가스배출구(124) 사이에 이격되는 거리(L1)와 공기조절밸브(112)와 급기구(114) 사이에 이격되는 거리(L2)는 서로 동일하게 가변된다.
이와 같이 본 발명에서는 밸브이동축(160)에 공기조절밸브(112)와 가스조절밸브(122)를 일체로 구비하고, 동일한 밸브구동부(150)에 의해 공기조절밸브(112)와 가스조절밸브(122)가 동시에 왕복운동되어 공기와 연소용 가스의 공급량을 조절하도록 구성함으로써 출력조절장치(100)의 구조를 간소화할 수 있고, 보일러의 설정 출력에 비례하여 연속적으로 공기와 연소용 가스의 혼합 비율을 균일하게 조절할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 가스보일러에서 보일러의 출력과 송풍기의 회전수의 관계를 보여주는 그래프이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 가스보일러는, 사용자가 설정한 보일러의 출력값이 한계출력값(P1) 이상인 고출력 영역에서는 설정된 출력값에 비례하여 송풍기(200)의 회전수를 가변시켜 공기 공급량을 조절함으로써 보일러의 출력을 조절하고, 사용자가 설정한 보일러의 출력값이 한계출력값(P1) 미만인 저출력 영역에서는 한계출력값(P1)일 때의 송풍기(200)의 회전수(R1)로 일정하게 유지한 상태에서 상기 출력조절장치(100)에서 공기와 연소용 가스의 흐름량을 설정된 출력값에 대응하여 조절하게 된다.
여기서, 상기 '한계출력값(P1)'이란 고출력과 저출력의 경계값을 의미하는 것으로, 상기 한계출력값(P1)은 송풍기(200)의 회전수가 고속에서 저속으로 감소할 때 풍압이 낮아져 송풍기(200)에서의 공기 공급량이 제로가 되는 시점에서의 송풍기(200)의 회전수에 대응하는 출력값이거나 이보다 조금 높은 출력값으로 설정될 수 있다.
이와 같이 보일러의 설정된 출력값이 고출력 영역인 경우에는 송풍기(200)의 회전수를 조절함으로써 설정된 출력값에 대응할 수 있고, 설정된 출력값이 저출력 영역인 경우에는 송풍기(200)의 회전수를 일정한 회전수(R1)로 유지한 상태에서 출력조절장치(100)에서 유량을 조절함으로써 설정된 출력값에 대응할 수 있게 되므로, 고출력 영역에서부터 저출력 영역에 이르는 전체 영역에 걸쳐서 보일러의 출력을 연속적으로 정확하게 제어할 수 있고, 이에 따라 턴다운비의 범위를 크게 할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 종래 보일러의 출력조절을 위해 고출력 영역뿐만 아니라 저출력 영역에서도 송풍기(200)의 회전수를 가변하는 방식만을 적용할 경우 저출력 영역에서의 풍압 저하로 인한 보일러 출력 조절의 한계 문제를 해결할 수 있게 된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 보일러의 출력조절방법을 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 가스보일러의 출력조절방법을 보여주는 순서도이다.
먼저, 사용자가 설정하고자 하는 난방부하나 온수부하에 맞춰 보일러의 출력값을 설정하게 되면(S 10), 보일러에 구비된 제어부(미도시됨)에서는 사용자가 설정한 출력값과 한계출력값(P1)의 크기를 상호 비교하게 된다(S 20).
비교 결과, 보일러의 설정된 출력값이 한계출력값(P1) 이상인 경우, 상기 제어부에서는 설정된 출력값이 고출력 영역인 것으로 판단하여 공기와 연소용 가스가 일정한 혼합 비율로 혼합되어 공급될 수 있도록 출력조절장치(100)가 개방된 상태 에서 설정된 보일러의 출력값에 따라 송풍기(200)의 회전수를 조절함으로써 보일러의 출력을 조절하게 된다(S 30).
이와 달리 사용자가 설정한 출력값과 한계출력값(P1)의 비교 결과, 보일러의 설정된 출력값이 한계출력값(P1) 미만인 경우라면, 상기 제어부에서는 설정된 출력값이 저출력 영역인 것으로 판단하여 한계출력값(P1)일 때의 송풍기(200) 회전수(R1)를 유지하도록 제어하고(S 40), 설정된 출력값에 비례하여 출력조절장치(100)의 밸브구동부(150)의 작동을 제어함으로써 공기와 연소용 가스의 공급 유량을 조절하게 된다(S 50).
이와 같이 본 발명에 따른 보일러의 출력조절방법에 의하면, 설정된 보일러의 출력값이 저출력 영역인 경우에는 종래 송풍기의 회전수 변경방식과 달리 송풍기의 회전수를 일정하게 고정시킨 상태에서 출력조절장치(100)에서 혼합 유체의 유량을 조절하는 방식을 채택함으로써 저출력 영역에서도 설정된 출력값을 연속적으로 정확하게 제어할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 외부 공기를 흡입하여 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍기, 상기 공기와 혼합되는 연소용 가스의 공급을 단속하는 가스밸브, 상기 송풍기를 통해 공급된 공기와 가스의 혼합물을 연소시키는 버너, 상기 버너의 연소가 이루어지는 연소실, 상기 버너에서 발생된 연소가스의 연소열을 흡수하는 열교환기 및 상기 열교환기를 통과한 연소가스가 배출되는 배기후드를 포함하고, 상기 가스밸브를 통과한 연소용 가스는 상기 송풍기의 흡입구로 공급되는 구조를 갖는 가스보일러에 있어서,
    상기 송풍기의 흡입구에는, 상기 송풍기에 외부의 공기가 급기되는 급기구와, 상기 급기구를 통하여 급기되는 공기량을 조절하는 공기조절밸브와, 상기 가스밸브를 통과한 가스가 배출되는 가스배출구와, 상기 가스배출구를 통과하는 연소용 가스량을 조절하는 가스조절밸브 및 상기 공기조절밸브와 가스조절밸브를 구동하는 밸브구동부로 이루어진 출력조절장치가 구비되고;
    상기 공기조절밸브와 상기 가스조절밸브는 일체형으로 형성되어 있으며;
    상기 공기조절밸브 및 상기 가스조절밸브와, 상기 급기구 및 상기 가스배출구 사이의 거리를 조절함으로써 버너의 출력을 연속적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 출력조절장치를 구비한 가스보일러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기조절밸브와 상기 급기구 사이의 거리와 상기 가스조절밸브와 상기 가스배출구 사이의 거리는 서로 동일하게 가변되는 것을 특징으로 하는 출력조절장치를 구비한 가스보일러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기조절밸브와 가스조절밸브는 동일한 밸브구동부에 의해 일체로 작동되어, 공기량과 연소용 가스공급량을 연속적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 출력조절장치를 구비한 가스보일러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공기조절밸브와 가스조절밸브는 동축의 밸브이동축에 동심 구조로 결합되고, 상기 급기구와 가스배출구는 상기 공기조절밸브와 가스조절밸브의 왕복운동에 의해 개폐되는 위치에 동심의 원통 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는 출력조절장치를 구비한 가스보일러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스밸브와 가스배출구는 상기 밸브이동축의 축선상에 구비되고, 상기 공기조절밸브와 급기구는 상기 가스밸브와 가스배출구의 외측 둘레에 구비된 것을 특징으로 하는 출력조절장치를 구비한 가스보일러.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스배출구에 상기 가스밸브가 맞닿는 위치는 상기 급기구에 공기조절밸브가 맞닿는 위치보다 낮은 높이로 형성되어, 상기 가스배출구로 배출되는 연소용 가스가 상기 급기구로 누설됨이 없이 상기 송풍기 내부의 혼합실에서 급기공기와 혼합되는 것을 특징으로 하는 출력조절장치를 구비한 가스보일러.
  7. 보일러의 출력값을 설정하는 단계;
    상기 설정된 출력값과 한계출력값의 크기를 비교하는 단계; 및
    상기 설정된 출력값이 한계출력값 이상인 경우에는 상기 송풍기의 회전수를 가변시켜 보일러의 출력을 가변시키고, 상기 설정된 출력값이 한계출력값 미만인 경우에는 상기 설정된 출력값에 대응하여 청구항 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 기재된 출력조절장치에서 유체의 흐름량을 조절하는 단계;
    를 포함하는 가스보일러의 출력조절방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 출력조절장치에서 유체의 흐름량을 조절하는 단계는,
    상기 한계출력값에 해당하는 송풍기의 회전수를 일정하게 유지한 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 가스보일러의 출력조절방법.
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