음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLING DRIVING OF VACUUM HOT WATER BOILER}
본 발명은 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 증기실의 열매수 온도를 감지하여 그 감지 온도가 설정값 이하가 되었을 때 보일러 구동 스위치를 온 동작시키고, 증기실의 진공 압력을 감지하고, 상기 감지된 열매수 온도에 따른 압력 기준값 및 압력 목표값을 판독하며, 상기 감지된 진공 압력이 상기 압력 기준값 이하가 되면 알람부를 설정시간 동안 온 동작시킨 후 진공 펌프를 온동작시켜 증기실의 진공 압력을 높이고, 진공 압력을 감지하여 상기 압력 목표값에 도달했을 때 진공 펌프를 오프 동작시키는, 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 음압식 온수 보일러는 마이너스 기압인 진공 상태에서 물은 100℃보다 낮은 온도에서 끓고 증발하는 원리로 보일러 내부를 진공으로 만들고 그 속에 열교환기를 설치하여 간접가열방식으로 용도에 따라 난방 및 급탕의 온수를 발생시켜 사용하는 원리를 이용한다. 종래의 음압식 온수 보일러는, 예컨대 국내 특허 공개 2000-0007654호 공보에 개시된 바와 같이, 진공 드럼(1)이 상부 진공 드럼(1a)과 하부 진공 드럼(1b)으로 구별할 수 있으며, 이들은 상하로 배열되어 서로 용접되어 있다. 다수의 수관(3)으로 에워싸여진 연소실의 전면에는 버너(4)가 설치되어 있다. 이 버너(4)에는 송풍기(5)에 의하여 연소용 공기가 압송되고, 연료관(6)을 통하여 연료가 공급된다. 상부 진공 드럼(1a) 내부의 증기실(2)에는 코일 형태의 간접 방식의 열교환기(7)가 장착되어 있다. 이 열교환기(7)의 유입구(8)로부터 물을 공급함에 따라 타측의 배출구(9)로부터 온수를 얻을 수 있다. 보일러의 운전중에 증기실(2) 내의 압력은 대기압 이하의 진공을 유지한다. 연소실의 배기가스는 배기 연도를 통해 배출된다(도 2 참조). 이와 같이 구성된 진공 보일러는 2개의 기계식 진공 압력 스위치를 사용하는데, 첫 번째 진공 압력 스위치는 설정된 음압 이상으로 올라온 경우 보일러의 사용중지를 위해 알람을 발생하고 운전 정지를 하며, 두 번째 진공 압력 스위치는 설정된 음압 이하로 떨어질 때 까지 진공 펌프를 동작시켜 보일러의 음압을 유지할 수 있도록 한다. 그러나 상기와 같이 구성된 진공 보일러는 2개의 기계식 진공 압력 스위치 모두 현재의 진공 압력이 하나의 설정 값에 도달했는지의 여부에 대한 모니터링을 하여 마이컴에 출력하는 방식이므로, 진공 압력에 대한 시간 변동 추이를 모니터링 할 수 없으며, 증기실의 진공 압력만을 고려하여 증기실의 진공 압력을 조절하는 하는 방식 즉, 열매수의 온도를 고려하지 않고 단지 증기실의 진공 압력만을 고려하여 조절하는 방식이므로 증기실의 진공압력을 정밀하게 유지할 수 없게 하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 증기실의 진공 압력을 정밀하게 유지할 수 있도록 하고, 진공 압력 값에 대한 시간 변동 추이를 모니터링 할 수 있게 하는 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다. 본 발명의 다른 목적은 유저가 이동단말기를 통해 원격으로 보일러의 상태를 모니터링 할 수 있게 하는 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시형태에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치는 진공을 유지하며 열매수가 채워져 있으며 열교환기가 장착되어 이 열교환기의 유입구로 물을 공급하여 배출구를 통해 온수를 배출하도록 하는 증기실, 상기 증기실내의 진공 압력을 높이는 진공 펌프, 및 버너를 구비한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치로서: 상기 증기실의 진공 압력을 감지하도록 구성된 진공 압력 센서; 상기 증기실의 열매수 온도를 감지하도록 구성된 열매수 온도 센서; 상기 진공 압력 센서 및 열매수 온도 센서로부터 감지된 진공 압력과 열매수 온도를 기초로 내부에 저장된 열매수 온도 대 진공 압력 기준값 및 진공 압력 목표값 테이블을 이용하여 제어신호를 출력하도록 구성된 마이컴; 상기 마이컴으로부터 제어신호를 입력받아 스위칭 동작되어 연료 주입 밸브 및 송풍기의 온/오프 동작을 제어하도록 구성된 보일러 구동 스위치; 상기 마이컴으로부터 제어신호를 입력받아 스위칭 동작되어 알람부의 온/오프 동작을 제어하도록 구성된 알람부 구동부; 및 상기 마이컴으로부터 제어신호를 입력받아 스위칭 동작되어 상기 진공 펌프의 온/오프 동작을 제어하도록 구성된 진공 펌프 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 실시형태에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치는 상기 마이컴과 무선 통신가능하며 상기 진공 압력 센서 및 열매수 온도 센서에서 감지된 진공 압력 및 열매수 온도의 시간 추이값과 보일러의 운전 상태를 모니터링 할 수 있는 어플리케이션이 저장된 이동단말기를 더 포함할 수 있다. 상기 실시형태에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치에 있어서, 상기 진공 압력 센서는 4 ~ 20mA 진공 압력 센서일 수 있다. 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 방법은 열매수 온도 센서에 의해 증기실의 열매수 온도가 감지되는 열매수 온도 감지 단계; 상기 열매수 온도 감지 단계에서 감지된 열매수 온도가 제 1 설정값 이하인지의 여부를 결정하는 열매수 온도 결정 단계; 상기 열매수 온도 결정 단계에서 상기 감지된 열매수 온도가 상기 제 1 설정값 이하이면 보일러 구동 스위치를 온 동작시키는 보일러 구동 스위치 작동 단계; 진공 압력 센서에 의해 상기 증기실의 진공 압력이 감지되는 제 1 진공 압력 감지 단계; 상기 열매수 온도 감지 단계에서 감지된 열매수 온도를 기초로 열매수 온도대 진공 압력 기준값 및 진공 압력 목표값 테이블로부터 상기 감지된 열매수 온도에 따른 진공 압력 기준값 및 진공 압력 목표값을 판독하는 판독 단계; 상기 제 1 진공 압력 감지 단계에서 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 기준값 이하 인지의 여부를 결정하는 제 1 진공 압력 결정 단계; 상기 제 1 진공 압력 결정 단계에서 상기 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 기준값 이하이면 알람부를 설정시간 동안 온 동작 시키는 알람부 작동 단계; 진공 펌프를 온 동작시켜 상기 증기실의 진공 압력을 높이는 진공 압력 상승 단계; 상기 진공 압력 센서에 의해 상기 증기실의 진공 압력이 감지되는 제 2 진공 압력 감지 단계; 상기 제 2 진공 압력 감지 단계에서 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 목표값 인지의 여부를 결정하는 제 2 진공 압력 결정 단계; 및 상기 제 2 진공 압력 결정 단계에서 상기 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 목표값이면 상기 진공 펌프를 오프 동작시킨 후 상기 열매수 온도 감지 단계로 진행되는 진공 펌프 오프 동작 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 다른 실시형태에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 방법에 있어서, 상기 열매수 온도 결정 단계에서 상기 감지된 열매수 온도가 상기 제 1 설정값 보다 크면 상기 열매수 온도 감지 단계로 진행될 수 있다. 상기 다른 실시형태에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 방법에 있어서, 상기 제 1 진공 압력 결정 단계에서 상기 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 기준값 보다 크면 상기 열매수 온도 감지 단계로 진행될 수 있다. 상기 다른 실시형태에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 방법에 있어서, 상기 제 2 진공 압력 결정 단계에서 상기 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 목표값이 아니면 상기 진공 압력 상승 단계로 진행될 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치 및 방법에 의하면, 진공 압력 센서 및 열매수 온도 센서에 의해 증기실의 진공 압력 및 열매수 온도가 감지되고, 감지된 진공 압력과 열매수 온도를 기초로 내부에 저장된 열매수 온도 대 진공 압력 기준값 및 진공 압력 목표값 테이블을 이용하여 보일러 구동 스위치, 알람부 및 진공 펌프의 작동을 제어하도록 구성됨으로써, 증기실의 진공 압력을 정밀하게 유지할 수 있도록 하고, 진공 압력 값에 대한 시간 변동 추이를 모니터링 할 수 있게 한다는 뛰어난 효과가 있다. 또한, 본 발명의 실시형태에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치에 의하면, 마이컴과 무선 통신가능하며 진공 압력 센서 및 열매수 온도 센서에서 감지된 진공 압력 및 열매수 온도의 시간 추이값과 보일러의 운전 상태를 모니터링 할 수 있는 어플리케이션이 저장된 이동단말기를 포함하여 구성됨으로써, 유저가 이동단말기를 통해 원격으로 보일러의 상태를 모니터링 할 수 있게 한다는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치에 대한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 열매수 온도 게이지와 진공 압력 관계표이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 방법을 설명하기 위한 동작 플로우챠트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치에 대한 블록 구성도이다. 본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명의 제어 대상인 음압식 온수 보일러의 구성에 대해서 간략히 설명하기로 한다. 음압식 온수 보일러는 증기실, 진공 펌프(430), 버너 및 알람부(420)를 포함한다. 증기실은 진공을 유지하고 있고, 열매수가 채워져 있으며, 열교환기가 장착되어 이 열교환기의 유입구로 물을 공급하고 열매수에 의해 열교환이 이루어진 후 열교환기의 배출구를 통해 온수를 배출한다. 진공 펌프(430)는 증기실내의 진공 압력을 높이기 위한 추기 펌프이다. 이 진공 펌프(430)의 작동에 의해 증기실 내의 진공 압력을 원하는 값으로 조절할 수 있다. 버너는 연료주입 밸브(400) 및 송풍기(410)를 통해 연료와 공기를 주입받아 연소시킴으로서 증기실에 열을 공급하는 역할을 한다. 알람부(420)는 음압식 온수 보일러의 운전 상태를 디스플레이함과 아울러 긴급 상황(예컨대, 증기실의 압력이 설정값 이하로 저하되거나, 연료 주입 밸브 및 송풍기의 작동이 정지되는 상황 등)에서 경고음을 발생시킴으로써 유저로 하여금 주의를 환기시키게 하는 역할을 한다. 본 발명의 실시예에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 압력 센서(100), 열매수 온도 센서(110), 마이컴(200), 보일러 구동 스위치(300), 알람부 구동부(310), 진공 펌프 구동부(320) 및 이동단말기(M)를 포함한다. 진공 압력 센서(100)는 증기실의 진공 압력을 감지하는 역할을 하며, 진공 압력이 하나의 설정 값에 도달했는지의 여부에 대한 모니터링을 하는 종래의 기계식 진공 압력 스위치와 달리, 감지되는 진공 압력에 따라 출력 전류 값을 달리하는 4 ~ 20mA 진공 압력 센서이다. 열매수 온도 센서(110)는 증기실의 열매수 온도를 감지하는 온도 센서이다. 마이컴(200)은 본 발명의 전체 구성 요소를 제어하는 마이크로컴퓨터로서, 진공 압력 센서(100) 및 열매수 온도 센서(110)로부터 감지된 진공 압력과 열매수 온도를 기초로 내부의 메모리에 저장된 열매수 온도 대 진공 압력 기준값 및 진공 압력 목표값 테이블을 이용하여 보일러 구동 스위치(300), 알람부 구동부(310) 및 진공 펌프 구동부(320)에 제어신호를 출력하는 역할을 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 열매수 온도 게이지와 진공 압력 관계표로서, 상기 열매수 온도 대 진공 압력 기준값 및 진공 압력 목표값 테이블 작성시 참고로서 사용하였다. 이점쇄선은 종래 기술에 의한 진공 펌프를 동작시킬 때 현재의 진공 압력과 비교하는 기준선으로서, 이 기준선보다 낮은 압력일 때 진공 펌프를 동작시킨다. 파선은 본 발명의 진공 펌프 동작 기준선으로서, 온도 상승에 따라 진공 압력이 하강하는 형태를 나타내는데, 파선 보다 낮은 진공 압력일 때 진공 펌프(430)를 동작시키는 진공 압력 기준값들로 이루어져 있다. 실선은 이상적인 온도 대비 진공도로서, 진공 펌프(430)를 동작시키면 진공 압력이 상승하게 되는데, 이때 도달할 수 있는 진공 압력의 목표값들로 이루어져 있다. 보일러 구동 스위치(300)는 마이컴(200)으로부터 제어신호를 입력받아 스위칭 동작되어 연료 주입 밸브(400) 및 송풍기(410)의 온/오프 동작을 제어하는 역할을 한다. 알람부 구동부(310)는 마이컴(200)으로부터 제어신호를 입력받아 스위칭 동작되어 알람부(420)의 온/오프 동작을 제어하는 역할을 한다. 진공 펌프 구동부(320)는 마이컴(200)으로부터 제어신호를 입력받아 스위칭 동작되어 진공 펌프(430)의 온/오프 동작을 제어하는 역할을 한다. 이동단말기(M)는 마이컴(200)과 무선 통신가능하며, 진공 압력 센서(100) 및 열매수 온도 센서(110)에서 감지된 진공 압력 및 열매수 온도의 시간 추이값과 보일러의 운전 상태를 모니터링 할 수 있는 어플리케이션이 저장되어 있다. 이동단말기(M)와 마이컴(200)이 무선 통신하는 방식은 예컨대, GSM, CDMA2000, WiMAX, WiFi, 블루투스, LTE 등이 될 수 있으며 특별히 제한을 두지 않는다. 이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치에 의해 구현되는 음압식 온수 보일러의 구동 제어 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 방법을 설명하기 위한 동작 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 나타낸다. 먼저, 열매수 온도 센서(110)에 의해 증기실의 열매수 온도가 감지된다(S10). 이어서, 마이컴(200)은 상기 스텝(S10)에서 감지된 열매수 온도가 제 1 설정값 이하인지의 여부를 결정한다(S20). 상기 스텝(S20)에서 감지된 열매수 온도가 상기 제 1 설정값 이하이면(YES), 마이컴(200)은 보일러 구동 스위치(300)를 온 동작시킴으로써 연료 주입 밸브(400)를 통해 버너로 연료가 주입됨과 아울러 송풍기(410)가 작동되어 공기가 주입되게 된다(S30). 스텝(S40)에서는 진공 압력 센서(100)에 의해 증기실의 진공 압력이 감지된다. 스텝(S50)에서는 마이컴(200)이 상기 스텝(S10)에서 감지된 열매수 온도를 기초로 내장된 열매수 온도대 진공 압력 기준값 및 진공 압력 목표값 테이블로부터 상기 감지된 열매수 온도에 따른 진공 압력 기준값 및 진공 압력 목표값을 판독한다. 스텝(S60)에서는 마이컴(200)이 상기 스텝(S40)에서 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 기준값 이하 인지의 여부를 결정한다. 상기 스텝(S60)에서 상기 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 기준값 이하이면(YES), 마이컴(200)은 알람부(420)를 설정시간 동안 온 동작 시킨 후(S70), 진공 펌프(430)를 온 동작시켜 증기실의 진공 압력을 높이기 시작한다(S80). 스텝(S90)에서는 진공 압력 센서(100)에 의해 증기실의 진공 압력이 감지된다. 이어서, 마이컴(200)은 상기 스텝(S90)에서 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 목표값 인지의 여부를 결정한다(S100). 상기 스텝(S100)에서 상기 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 목표값이면(YES), 마이컴(200)은 진공 펌프(430)를 오프 동작시킨 후(S110), 상기 스텝(S10)으로 진행된다. 한편, 상기 스텝(S20)에서 상기 감지된 열매수 온도가 상기 제 1 설정값 보다 크면(NO), 상기 스텝(S10)으로 진행된다. 한편, 상기 스텝(S60)에서 상기 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 기준값 보다 크면(N0), 상기 스텝(S10)으로 진행된다. 한편, 상기 스텝(S100)에서 상기 감지된 진공 압력이 상기 진공 압력 목표값이 아니면(N0) 상기 스텝(S80)으로 진행된다. 본 발명의 실시예에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치 및 방법에 의하면, 진공 압력 센서 및 열매수 온도 센서에 의해 증기실의 진공 압력 및 열매수 온도가 감지되고, 감지된 진공 압력과 열매수 온도를 기초로 내부에 저장된 열매수 온도 대 진공 압력 기준값 및 진공 압력 목표값 테이블을 이용하여 보일러 구동 스위치, 알람부 및 진공 펌프의 작동을 제어하도록 구성됨으로써, 증기실의 진공 압력을 정밀하게 유지할 수 있도록 하고, 진공 압력 값에 대한 시간 변동 추이를 모니터링 할 수 있게 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 의한 음압식 온수 보일러의 구동 제어 장치에 의하면, 마이컴과 무선 통신가능하며 진공 압력 센서 및 열매수 온도 센서에서 감지된 진공 압력 및 열매수 온도의 시간 추이값과 보일러의 운전 상태를 모니터링 할 수 있는 어플리케이션이 저장된 이동단말기를 포함하여 구성됨으로써, 유저가 이동단말기를 통해 원격으로 보일러의 상태를 모니터링 할 수 있게 한다. 도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 진공 압력 센서
110: 열매수 온도 센서
200: 마이컴
300: 보일러 구동 스위치
310: 알람부 구동부
320: 진공 펌프 구동부
400: 연료 주입 밸브
410: 송풍기
420: 알람부
430: 진공 펌프
M: 이동단말기 |
