KR101593623B1

KR101593623B1 - 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러

Info

Publication number: KR101593623B1
Application number: KR1020150070922A
Authority: KR
Inventors: 유동근; 고동완; 선재규
Original assignee: 주식회사 부-스타
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2016-02-19
Anticipated expiration: 2035-05-21

Abstract

본 발명은 연동감응식 비례제어 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보일러에 가해지는 부하에 연동하여 연료공급 및 연소용 공기의 공급을 비례제어하는 동시에, 송풍기로 재공급되는 배기가스의 재순환을 연동시켜 연소용 공기공급과 비례제어함으로써 송풍기의 진동이나 소음 없이 배기가스의 질소산화물을 저감시킬 수 있는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 연소용 공기 공급과 연동하여 배기가스의 재순환 유량이 연속적으로 비례제어됨에 따라 유체의 부하변동에 따른 연소용 공기 및 재순환가스의 공급이 미세하게 조절되므로 연소효율 및 연료소모율이 개선되는 동시에 질소산화물의 배출량을 최소화할 수 있다.

Description

배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러{INTERLOCKING SENSING TYPE PROPORTIONAL CONTROLLING BOILER CONNECTER WITH FLUE GAS RECIRCULATION DAMPER}

본 발명은 연동감응식 비례제어 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보일러에 가해지는 부하에 연동하여 연료공급 및 연소용 공기의 공급을 비례제어하는 동시에, 송풍기로 재공급되는 배기가스의 재순환을 연동시켜 연소용 공기공급과 비례제어함으로써 송풍기의 진동이나 소음 없이 배기가스의 질소산화물을 저감시킬 수 있는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러에 관한 것이다.

통상적으로 보일러는 연료의 연소과정에서 발생하는 연소열을 통해 물이나 열매와 같은 유체를 가열하고, 가열된 유체를 순환시켜 난방용이나 온수용으로 공급하는 장치이다.

최근 들어, 보일러는 연소효율을 높이면서 연료소비율을 낮추기 위한 방안으로, 연료공급이나 연소를 위한 공기공급을 균일하게 공급하는 것이 아니라 보일러의 부하 변동에 따라 STEP제어(저연소, 중연소, 고연소)를 하거나 PID(Proportional Integral Derivative) 컨트롤을 통해 비례제어하는 방식이 사용되고 있다.

여기서, STEP제어의 경우에는 기 설정된 단계를 통해 연료 및 공기를 공급함에 따라 불필요한 에너지 소모를 방지하는 효과가 있으나, 부하변동에 정확하게 부합하는 제어에는 무리가 있다.

또한, 일반적인 PID 컨트롤은 특히 난방이나 온수의 부하가 작은 영역에서 연소기나 송풍기의 온/오프가 잦아지게 되어 연소상태가 불안정해져서 질소산화물(Nitrogen Oxide : NOx)의 발생량이 상승하며, 온도 제어시의 편차가 커지고, 구성품의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 최근에는 환경에 대한 관심이 증가하면서 연소시 발생하는 질소산화물 배출을 저감시키기 위하여 배기가스를 송풍기로 재공급하여 연소실에서 재연소시키는 배기가스의 재순환기능을 갖는 보일러들이 개발되고 있으며, 전술한 비례제어방식과 배기가스의 재순환(FGR : Flue Gas Recirculation) 기능을 접목한 보일러들이 개발되고 있다.

이러한 선행기술로서 배기가스 재순환통로를 통해 배기가스를 송풍기로 재순환시켜서 질소산화물을 저감시키면서 송풍기를 인버터 제어하여 소비전력을 절감시키는 인버터 보일러가 있다.

그런데, 상기와 같은 인버터 보일러는 송풍기의 인버터 제어 특성상, 보일러의 저부하 영역에서 송풍기 주파수를 낮출 경우에는 송풍기 RPM이 낮아짐에 따라 배기가스를 흡입할 수 있는 흡입력이 낮아지면서 배기가스의 재순환율이 낮아져 질소산화물 발생량이 상승하는 문제점이 있고, 반대로, 고부하 영역에서 송풍기 주파수를 높일 경우에는 송풍기 RPM이 높아짐에 따라 배기가스를 흡입할 수 있는 흡입력이 높아지면서 배기가스의 재순환율이 상승되어 질소산화물의 발생량이 저감되지만, 재순환율이 과도하게 높아져서 버너 화염이 불안정해지면서 CO발생량이 높아지고 소음이 발생되는 등의 문제가 발생한다.

한편, 본 발명의 선행기술로서, 대한민국 등록특허공보 제0838163호에 제안된 '저 질소산화물 인버터 보일러'가 있다.

선행기술은 도 1에 도시된 바와 같이 불꽃이 연소되는 연소공간과 상기 연소된 후의 가스를 배출하는 배기가스 배출통로와, 입력되는 연료와 연소용 공기의 혼합비에 대응하는 불꽃을 상기 연소공간에 제공하는 버너 및 상기 연소공간의 불꽃에 의해 내부에 채워진 물을 가열하여 가열된 유체를 토출하는 보일러 동체(12)와; 구동신호에 대응하는 속도로 회전되는 전동기를 가지며, 상기 전동기의 구동에 의하여 상기 배기가스 배출통로에 연결된 배기가스 재순환통로를 통한 배기가스와 외부의 공기를 흡입·혼합하여 상기 버너의 연소공간으로 공급하는 송풍기(22)와; 상기 보일러 동체 내부의 유체의 온도/압력을 감지하고 그 감지된 유체의 압력/온도에 비례하는 증속·감속 구동신호를 상기 송풍기로 제공하는 제어유닛으로 구성되며, 상기 배기가스 배출통로로부터 상기 송풍기에 연결된 배기가스 재순환통로의 내부에는 배기가스 재순환량을 조절하기 위한 댐퍼(27)가 설치된다.

선행기술은 배기가스 재순환통로를 통해 배기가스를 송풍기로 재순환시켜서 질소산화물을 저감시키면서 송풍기를 인버터 제어하여 소비전력을 절감시키는 구성으로 step 제어방법에 대한 기술이다.

이러한 선행기술은 송풍기의 인버터 제어에 의한 불완전 연소가 이루어지면서 진동 및 소음이 빈번하게 발생할 우려가 있다.

대한민국 등록특허공보 제0838163호

본 발명은 상기와 같은 선행기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로써, 연소실에서 발생하는 배기가스를 다시 송풍기로 재순환시켜서 질소산화물의 발생을 억제하면서, 송풍기에서 연소실로 공급되는 연소용 공기의 공급량을 보일러의 부하에 따라 비례제어하는 동시에 배기가스의 재순환유로에서 송풍기로 공급되는 배기가스의 공급량을 보일러의 부하에 따라 연속적으로 비례제어할 수 있는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러를 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 연소용 공기의 유량을 제어하는 급기댐퍼 및 배기가스의 재순환 유량을 제어하는 FGR댐퍼의 개도를 스텝방식이 아닌 연속적으로 비례제어함으로써 보일러의 부하에 부합하는 유량을 미세하게 조절할 수 있는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러를 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 댐퍼를 통과하는 공기의 유속을 증가시킴으로써 연소용 공기나 배기가스를 원활하게 공급할 수 있는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러를 제공하는 것이 다른 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러는, 화기나 열기에 의해 유체를 가열하는 보일러에 있어서, 연소기에 의한 연료의 연소가 이루어지면서 화기 및 열기를 제공하는 연소실; 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배기하면서 배기가스의 폐열을 회수하여 유체를 예열하는 급수예열기; 상기 연소실의 연소용 공기를 유입하여 상기 연소실로 공급하는 송풍기; 상기 송풍기와 상기 연소실을 연결하면서 연소용 공기의 이동경로를 제공하는 급기유로; 상기 송풍기의 흡입구에 연결되어 외부공기를 상기 송풍기로 유입시키는 송풍유입유로; 상기 급수예열기와 상기 송풍유입유로를 연통시키면서 상기 급수예열기로 배기되는 배기가스를 상기 송풍유입유로로 유입되는 외부공기와 혼합시켜 재순환시키는 FGR유로; 상기 급기유로에 개폐가능하게 설치되어 상기 연소용공기의 공급량을 조절하는 급기댐퍼; 상기 FGR유로에 개폐가능하게 설치되어 상기 재순환가스의 공급량을 조절하는 FGR댐퍼; 및 상기 급기댐퍼 및 상기 FGR댐퍼의 개도를 제어하는 PID제어 컨트롤러;를 포함하며, 상기 PID제어 컨트롤러는, 상기 유체의 부하변동을 모니터링하여 상기 연료의 공급압력을 비례제어하면서 상기 급기댐퍼 및 상기 FGR댐퍼의 개도를 연속적으로 비례제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PID제어 컨트롤러는, 상기 급기댐퍼의 개도를 상기 유체의 부하에 정비례하는 개도로 제어하고, 상기 FGR댐퍼의 개도를 상기 급기댐퍼의 개도에 반비례하는 개도로 제어하는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 급기댐퍼 및 상기 FGR댐퍼는, 상기 급기유로 및 상기 FGR유로에 각각 개폐가능하게 설치되는 댐퍼본체; 및 상기 댐퍼본체에 연결된 상태로 상기 PID제어 컨트롤러의 제어에 의해 작동하면서 상기 댐퍼본체를 설정된 개도로 개폐하는 댐퍼모터;를 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 댐퍼본체는, 상기 급기유로 및 상기 FGR유로에 각각 설치되는 힌지축; 및 상기 급기유로 및 상기 FGR유로에 각각 대응하는 형태로 상기 힌지축에 결합되고, 상기 댐퍼모터의 작동에 의해 상기 힌지축을 중심으로 회전하면서 상기 급기유로 및 상기 FGR유로를 각각 개폐하는 개폐판;을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 댐퍼본체는, 상기 개폐판의 양측면 중 적어도 일면에 경사면으로 형성되어 상기 댐퍼모터에 의한 상기 개폐판의 개방시 상기 급기유로나 상기 FGR유로의 단면적을 공기의 이동방향으로 갈수록 협소하게 축소시키는 벤투리경사면;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 개폐판은, 단일체로 이루어져 단일체의 중심부분이 상기 힌지축에 결합되어 상기 힌지축을 중심으로 회전하며, 상기 벤투리경사면은, 상기 개폐판의 전면이나 후면 중 적어도 일면에 형성될 수 있다.

이와 달리, 상기 개폐판은, 상기 힌지축을 중심으로 분할되는 분할판으로 구성되면서 각 분할판의 분할부위가 상기 힌지축에 결합되어 각 분할판이 상기 힌지축을 중심으로 대칭상태로 회전하며, 상기 벤투리경사면은, 상기 각 분할판의 일면에 서로 대칭상태로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 FGR유로는, 상기 급수예열기에 연결되면서 단부가 배기가스의 배출방향에 대응하는 방향으로 연장되는 동시에 단부에 확관된 형태의 흡입갓이 형성될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러는, 연소용 공기 공급과 연동하여 배기가스의 재순환 유량이 연속적으로 비례제어됨에 따라 유체의 부하변동에 따른 연소용 공기 및 재순환가스의 공급이 미세하게 조절되므로 연소효율 및 연료소모율이 개선되는 동시에 질소산화물의 배출량을 최소화할 수 있다.

특히, 본 발명은 PID제어 컨트롤러가 급기댐퍼의 개도를 유체의 부하에 정비례하는 개도로 제어하면서 FGR댐퍼의 개도를 급기댐퍼와 반비례하는 개도로 제어함에 따라 연소부하가 늘어날수록 FGR댐퍼의 개도를 낮춰서 배기가스의 재순환 비율을 일정하게 유지시키므로 질소산화물을 안정되게 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 급기댐퍼를 통해 연소용 공기의 유량을 제어하므로 송풍기나 연소기의 빈번한 온오프가 감소하기 때문에 진동이나 소음이 감소하고 구성품의 내구성이 향상될 수 있다.

그리고, 본 발명은 댐퍼본체를 구성하는 개폐판에 벤투리경사면이 구성되어 완전개방시 급기유로나 FGR유로의 단면적을 협소하게 축소시킴에 따라 공기의 유속이 증가하므로 급기댐퍼가 완전히 개방되는 고부하에서 연소용 공기가 더욱 원활하게 공급될 수 있으며, FGR댐퍼가 완전히 개방되는 저부하에서도 배기가스가 원활하게 재순환할 수 있다.

도 1은 선행기술에 따른 비례제어 보일러를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러를 나타내는 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 급기댐퍼나 FGR댐퍼의 구성을 나타내는 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 개폐판의 일실시예를 나타내는 종단면도.
도 5는 도 3에 도시된 개폐판의 다른 실시예를 나타내는 종단면도.
도 6은 도 2에 도시된 FGR유로의 다른 실시예를 나타내는 구성도.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러는 도 2에 도시된 바와 같이 연소실(100), 급수예열기(200), 송풍기(300), 급기유로(400), 송풍유입유로(500), FGR유로(600), 급기댐퍼(700), FGR댐퍼(800) 및 PID제어 컨트롤러(900)를 포함하여 구성될 수 있다.

연소실(100)은 연료의 연소가 이루어지면서 연소에 따른 열기를 제공하여 물과 같은 유체를 가열하는 구성요소이다.

이러한 연소실(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 탱크형태로 형성되어 연료의 연소공간을 제공하며, 연소기(110)가 내부에 구비되어 연료를 연소시키면서 화기나 열기를 제공한다.

여기서, 연소실(100)에서 사용되는 연료는 가스나 기름이 사용될 수 있으며, 이와 달리 목재나 목재펠릿 등 본 발명이 속하는 분야에 통상적으로 사용되는 연료가 사용될 수 있다.

연소실(100)은 외주면에 유체가 관류하는 수관(120)이 설치되어 열기를 통해 수관(120)의 유체를 가열하여 난방용 또는 온수용으로 공급한다.

한편, 유체는 수관(120)으로 공급되어 연소실(100)의 열기에 의해 가열된 후, 기수분리기(130)를 거치면서 수분이 제거된 후 사용처로 공급된다.

급수예열기(200)는 연소실(100)에서 연소된 배기가스의 배출경로를 구성하면서 배기가스의 폐열을 통해 수관(120)의 유체를 예열한다.

이러한 급수예열기(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 연소실(100)과 수관(120) 사이에 지그재그형태의 관로를 이루는 폐열회수로(140)를 통해 연소실(100)과 연결되며, 배기가스의 연도를 이루면서 배기가스의 폐열을 회수하여 열효율을 향상시키며, 배기가스 출구온도를 낮춰 FGR 효과를 상승시키게 된다. 만약, 고온의 배기가스가 재순환될 경우에는 질소산화물 저감 효과가 떨어진다.

송풍기(300)는 후술되는 PID제어 컨트롤러(900)의 제어에 의해 작동하면서 외부공기를 유입하여 연소실(100)로 공급한다.

급기유로(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 송풍기(300)의 배출구(310)와 연소실(100)을 연결하면서 연소실(100)에서의 연소를 위한 공기의 이동경로를 이룬다.

이러한 급기유로(400)는 덕트나 배관으로 구성되어 송풍기(300)와 연소실(100)을 연통시킨다.

송풍유입유로(500)는 외부공기를 송풍기(300)의 흡입구(320)로 유입시키는 구성요소로서, 덕트 또는 배관으로 구성되어 흡입구(320)에 연결된다.

여기서, 송풍유입유로(500)는 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 수관(120)측으로 연장되면서 수관(120)에 열접촉되는 것이 바람직하다.

따라서, 연소실(100)은 송풍유입유로(500)를 통해 송풍기(300)로 유입되는 외부공기가 수관(120)에 의해 예열된 상태로 유입되어 공급됨에 따라 연소효율이 향상될 수 있고, 송풍기 흡입 소음을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

FGR유로(600)는 배기가스 재순환(Flue Gas Recirculation)을 위한 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이 급수예열기(200)와 송풍유입유로(500)를 연통시켜 급수예열기(200)의 출구로 배기되는 배기가스의 일부분을 송풍유입유로(500)로 공급하여 재순환시키면서 질소산화물을 저감시킨다.

즉, 배기가스는 급수예열기(200)로 배기되면서 FGR유로(600)를 통해 가해지는 송풍기(300)의 진공압력을 통해 송풍유입유로(500)로 공급되어 외부공기와 혼합된 후, 급기유로(400)를 통해 연소실(100)로 재공급되어 재연소된다.

이때, 배기가스는 급수예열기(200)를 통과하면서 폐열이 회수되어 낮은 온도에서 FGR유로(600)를 통해 재순환되므로 질소산화물의 저감효과가 향상될 수 있다.

여기서, FGR유로(600)는 도 6에 도시된 바와 같이 급수예열기(200)에 연결되면서 배기가스의 배출방향에 대응하는 방향으로 연장되는 동시에 단부에 확관되면서 흡입갓(610)이 형성될 수 있다.

즉, FGR유로(600)는 급수예열기(200)로 배출되는 배기가스의 일부분을 흡입갓(610)을 통해 유입함으로써 원활하게 송풍기(300)로 재순환시킨다.

급기댐퍼(700)는 도 2에 도시된 바와 같이 급기유로(400)에 개폐가능하게 설치되어 연소실(100)로 공급되는 연소용 공기의 유량을 조절한다.

FGR댐퍼(800)는 FGR유로(600)에 개폐가능하게 설치되어 급수예열기(200)에서 송풍유입유로(500)로 공급되는 배기가스의 유량을 조절한다.

여기서, FGR댐퍼(800) 및 급기댐퍼(700)의 구체적인 실시예는 후술한다.

PID제어 컨트롤러(900)는 급기댐퍼(700)와 FGR댐퍼(800)의 개도를 제어하는 구성요소로서, 보일러의 제어기판에 구비될 수 있으며, 서버형태를 이루면서 보일러와 원격으로 연결될 수도 있다.

이러한 PID제어 컨트롤러(900)는 연소실(100)에 의해 가열된 유체의 부하, 즉 유체의 사용압력이나 온도 등을 모니터링하여 연소실에 공급되는 연료의 공급압력을 비례제어하며, 이와 동시에 급기댐퍼(700) 및 FGR댐퍼(800)의 개도를 연속적으로 비례제어하여 조절한다.

즉, PID제어 컨트롤러(900)는 미도시된 압력센서나 온도센서를 통해 유체의 온도 및 압력을 측정하면서 유체의 부하를 모니터링하고, 측정된 부하에 따라 연료의 공급을 비례제어하면서 송풍기(300)에서 공급되는 연소용 공기의 유량 및 송풍기(300)로 재공급되는 재순환가스의 유량을 비례제어한다.

여기서, PID제어 컨트롤러(900)는 유체의 부하에 정비례하는 개도로 급기댐퍼(700)를 조절하고, 급기댐퍼(700)의 개도에 반비례하는 개도로 FGR댐퍼(800)를 조절한다.

예컨대, PID제어 컨트롤러(900)는,

유체의 부하가 20%일 경우 급기댐퍼(700)의 개도를 20%로 개방하고, FGR댐퍼(800)의 개도를 80%로 개방한다.

또한, 유체의 부하가 50%일 경우 급기댐퍼(700)의 개도를 50%로 개방하고, FGR댐퍼(800)의 개도를 50%로 개방한다.

또한, 유체의 부하가 100%일 경우 급기댐퍼(700)의 개도를 80%로 개방하고, FGR댐퍼(800)의 개도를 20%로 개방한다.

이와 같이, PID제어 컨트롤러(900)는 저부하일 경우에 FGR댐퍼(800)의 개도를 높여서 배기가스의 재순환율을 높여 질소산화물을 저감시키고, 고부하일 경우에 FGR댐퍼(800)의 개도를 낮춰서 최적의 배기가스 재순환 비율을 유지시켜 질소산화물을 저감시킨다.

전술한 급기댐퍼(700) 및 FGR댐퍼(800)는 도 3에 도시된 바와 같이 댐퍼본체(710) 및 댐퍼모터(720)를 포함하여 구성될 수 있다.

댐퍼본체(710)는 급기유로(400)나 FGR유로(600)의 내부에 개폐가능하게 설치되는 구성요소로서, 좀 더 구체적으로는 힌지축(711) 및 개폐판(712)을 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 댐퍼본체(710)는 급기유로(400)나 FGR유로(600)의 단면에 대응하는 판체를 이루는 개폐판(712)과 개폐판(712)을 회전가능하게 고정하는 힌지축(711)으로 구성되며, 힌지축(711)을 중심으로 회전하는 개폐판(712)을 통해 급기유로(400)나 FGR유로(600)를 개폐한다.

댐퍼모터(720)는 도 3에 도시된 바와 같이 힌지축(712)을 통해 개폐판(711)에 연결되어 PID제어 컨트롤러(900)에 의해 작동하면서 개폐판(711)을 회전시켜 급기유로(400)나 FGR유로(600)의 유량을 조절한다.

이러한 댐퍼모터(720)는 유체의 부하에 따라 PID제어 컨트롤러(900)의 제어에 의해 작동하면서 급기댐퍼(700)나 FGR댐퍼(800)의 개도를 연속적으로 미세하게 조절한다.

전술한 개폐판(712)은 도 4에 도시된 바와 같이 단일판으로 구성되어 중심부분이 힌지축(711)을 통해 회전가능하게 결합될 수 있으며, 이와 달리 도 5에 도시된 바와 같이 분할판(712a)(712b)으로 구성되면서 분할부위가 힌지축(711)을 통해 회전가능하게 결합되어 분할판(712a)(712b)들이 대칭상태로 회전하면서 개폐된다.

한편, 전술한 댐퍼본체(710)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 개폐판(712)에 형성되는 벤추리경사면(715)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

벤추리경사면(715)은 댐퍼본체(710)를 통과하는 공기에 벤추리관 효과를 제공하여 유속을 증가시키기 위한 구성요소이다.

벤추리관은 알려진 바와 같이 베르누이의 정리를 이용한 것으로 관경이 좁아질수록 유체의 압력이 낮아지면서 유속이 증가한다.

벤추리경사면(715)은 개폐판(712)의 표면에 동일체를 이루면서 경사면으로 형성되어 개폐판(712)의 개방시 급기유로(400)나 FGR유로(600)의 단면적을 공기 이동방향으로 갈수록 협소하게 축소시킨다.

즉, 벤추리경사면(715)는 도 4에 도시된 바와 같이 개폐판(712)이 단일판으로 구성될 경우, 개폐판(712)의 일측면이나 양측면 모두에 구비되어 급기유로(400)나 FGR유로(600)의 단면적을 공기의 이동방향으로 점점 축소시킨다.

이에 따라, 급기유로(400)의 연소용 공기나 FGR유로(600)의 재순환가스는 개폐판(712)을 통과하면서 벤추리경사면(715)에 의해 유로의 단면적이 점점 좁아짐에 따라 유속이 증가한다.

한편, 벤추리경사면(715)은 도 5에 도시된 바와 같이 개폐판(712)이 분할판으로 구성될 경우, 각각의 분할판(712a)(712b)의 일면에 대칭상태로 구비되어 유로를 축소시킨다.

이상과 같이 살펴본 본 발명에 따른 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러에 의하면, 연소용 공기 공급과 연동하여 배기가스의 재순환 유량이 연속적으로 비례제어됨에 따라 유체의 부하변동에 따른 연소용 공기 및 재순환가스의 공급이 미세하게 조절되므로 연소효율 및 연료소모율이 개선되는 동시에 질소산화물의 배출량을 최소화할 수 있으며, 특히, PID제어 컨트롤러(900)가 급기댐퍼(700)의 개도를 유체의 부하에 정비례하는 개도로 제어하면서 FGR댐퍼(800)의 개도를 급기댐퍼(700)와 반비례하는 개도로 제어함에 따라 연소부하가 늘어날수록 FGR댐퍼(800)의 개도를 낮춰서 배기가스의 재순환 비율을 일정하게 유지시키므로 질소산화물을 안정되게 저감시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

100 : 연소실 110 : 연소기
120 : 수관 130 : 기수분리기
140 : 폐열회수로 200 : 급수예열기
300 : 송풍기 310 : 배출구
320 : 흡입구 400 : 급기유로
500 : 송풍유입유로 600 : FGR유로
700 : 급기댐퍼
710 : 댐퍼본체 711 : 힌지축
712 : 개폐판 712a, 712b : 분할판
715 : 벤추리경사면
720 : 댐퍼모터
800 : FGR댐퍼 900 : PID제어 컨트롤러

Claims

화기나 열기에 의해 유체를 가열하는 보일러에 있어서,
연소기에 의한 연료의 연소가 이루어지면서 화기 및 열기를 제공하는 연소실;
상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배기하면서 배기가스의 폐열을 회수하여 유체를 예열하는 급수예열기;
상기 연소실의 연소용 공기를 유입하여 상기 연소실로 공급하는 송풍기;
상기 송풍기와 상기 연소실을 연결하면서 연소용 공기의 이동경로를 제공하는 급기유로;
상기 송풍기의 흡입구에 연결되어 외부공기를 상기 송풍기로 유입시키는 송풍유입유로;
상기 급수예열기와 상기 송풍유입유로를 연통시키면서 상기 급수예열기로 배기되는 배기가스를 상기 송풍유입유로로 유입되는 외부공기와 혼합시켜 재순환시키는 FGR유로;
상기 급기유로에 개폐가능하게 설치되어 상기 연소용공기의 공급량을 조절하는 급기댐퍼;
상기 FGR유로에 개폐가능하게 설치되어 재순환가스의 공급량을 조절하는 FGR댐퍼; 및
상기 급기댐퍼 및 상기 FGR댐퍼의 개도를 제어하는 PID제어 컨트롤러;를 포함하며,
상기 PID제어 컨트롤러는,
상기 유체의 부하변동을 모니터링하여 상기 연료의 공급압력을 비례제어하면서 상기 급기댐퍼 및 상기 FGR댐퍼의 개도를 연속적으로 비례제어하고,
상기 급기댐퍼 및 상기 FGR댐퍼는,
상기 급기유로 및 상기 FGR유로에 각각 개폐가능하게 설치되는 댐퍼본체; 및
상기 댐퍼본체에 연결된 상태로 상기 PID제어 컨트롤러의 제어에 의해 작동하면서 상기 댐퍼본체를 설정된 개도로 개폐하는 댐퍼모터;를 포함하며,
상기 댐퍼본체는,
상기 급기유로 및 상기 FGR유로에 각각 설치되는 힌지축; 및
상기 급기유로 및 상기 FGR유로에 각각 대응하는 형태로 상기 힌지축에 결합되고, 상기 댐퍼모터의 작동에 의해 상기 힌지축을 중심으로 회전하면서 상기 급기유로 및 상기 FGR유로를 각각 개폐하는 개폐판;을 포함하고,
상기 개폐판의 양측면 각각에 경사면으로 형성되어 상기 댐퍼모터에 의한 상기 개폐판의 개방시 상기 급기유로나 상기 FGR유로의 단면적을 공기의 이동방향으로 갈수록 협소하게 축소시키는 벤투리경사면;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러.
청구항 1에 있어서,
상기 PID제어 컨트롤러는,
상기 급기댐퍼의 개도를 상기 유체의 부하에 정비례하는 개도로 제어하고,
상기 FGR댐퍼의 개도를 상기 급기댐퍼의 개도에 반비례하는 개도로 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러.
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청구항 1에 있어서,
상기 개폐판은,
단일체로 이루어져 단일체의 중심부분이 상기 힌지축에 결합되어 상기 힌지축을 중심으로 회전하며,
상기 벤투리경사면은,
상기 개폐판의 양측면에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러.
청구항 1에 있어서,
상기 개폐판은,
상기 힌지축을 중심으로 분할되는 분할판으로 구성되면서 각 분할판의 분할부위가 상기 힌지축에 결합되어 각 분할판이 상기 힌지축을 중심으로 대칭상태로 회전하며,
상기 벤투리경사면은,
상기 각 분할판의 일면에 서로 대칭상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러.
청구항 1에 있어서,
상기 FGR유로는,
상기 급수예열기에 연결되면서 단부가 배기가스의 배출방향에 대응하는 방향으로 연장되는 동시에 단부에 확관된 형태의 흡입갓이 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 댐퍼와 연계된 연동감응식 비례제어 보일러.