JP4837728B2 - 空気圧センサーを使用して空燃比を制御するボイラーおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気圧センサーを使用する空燃比制御ボイラー、およびその空燃比の制御方法に関し、より詳細には、ボイラーの燃料効率を改善するため、最適な燃焼効率と正確な空燃比制御を実現し、製品の信頼性を高めるため、有効性を大いに増進することができることができる、空気圧センサーを使用する空燃比制御ボイラー、およびその空燃比の制御方法に関する。

一般にボイラーは、空気と燃料を混合して燃焼する機器である。このようなバーナーにおいて、燃焼効率は、空気と燃料の混合比率がどれだけ正確に制御されるかによって決定される。

ボイラーにおいて、空燃比を制御するため、空気比例制御システムまたは電流比例制御システムが適用される。モードによってファンの毎分あたりの回転数（ｒｐｍ）を制御することで導入された空気の圧力に比例して、正確な量の燃料が供給され、それによってボイラーは、燃焼効率が高められ、最大限に有害ガスが放出されることを抑制することができる。この場合、空気比例制御システムは、必要なカロリーに基づいて、燃焼のために供給される空気の容量をファンのｒｐｍに置き換えて計算することで、適切に空燃比を維持するように適合しており、計算されたファンのｒｐｍに比例して導入された空気の圧力によって空気比例バルブを自動的に開／閉し、適切な量の燃料を供給する。電流比例制御システムは、必要なカロリーに基づいて、燃焼のために供給された空気の容量をファンのｒｐｍに置き換えて計算することで、適切に空燃比を維持するように適合しており、電流比例バルブの電流値を制御し、ファンのｒｐｍに応じて燃料を供給している。

さらに、導入された空気の圧力を、差圧を使用して計測することが可能となる空気圧センサーを有するボイラーが最近現れた。図１に示すように、ボイラーは、燃焼用空気を吸引するファン１０、ファン１０によって吸引された空気の圧力を計測する空気圧センサー２０、および空気圧センサー２０によって計測された空気圧に関するデータを受け取り、入力された空気圧に従って燃料供給管４０から供給された燃料の量を制御し、供給された燃料の量によって吸引された空気の圧力が変化するとき、ファン１０のｒｐｍを調節し、空気圧センサーによって計測された電圧によって、供給された燃料の量に基づいて、適切な容量の空気が維持され得るようにファンを制御するコントローラー３０からなる。

図示していないが、断面積の変化による差圧を生成するため、ベンチュリ管がファン１０の空気通路に導入されている。空気圧センサー２０は、ベンチュリ管に接続されており、これにより、ベンチュリ管で生成された差圧を使用して空気圧を計測する。

このようにして、差圧を使用して空気圧を計測する空気圧センサー２０は、空気圧の変動によって上下動するダイアフラム２１、弾性力をダイアフラム２１に加えるバネのような弾性部材２２、ダイアフラム２１の上下動に応じて上方／下方に動く反射部材２３、および圧力を計測するため、反射部材２３の動きの差を感知する感知部材２４から構成される。

ここで感知部材２４は、発光素子および受光素子を含む。発光素子が光を発すると、光は反射部材２３において反射され、その後、反射された光は受光素子によって受けられる。感知は、受光素子によって受光された光の量に比例して電流が変化すると、計測された電圧の値が変化するという原理に基づく。

このような構成と動作を取る空気圧センサー２０は、本出願人によって出願された韓国実用新案登録第０３５３００５号に開示されており、その全内容が参照によって本明細書に一体化される。

上述の空気圧センサーを有する通常のボイラーによると、適切な空燃比を用いて燃焼効率を高めるだけではなく、正確な制御を有してボイラーに必要な定格出力に従った空燃比を有することもできる。しかし通常のボイラーは、初期基準電圧値が暑い天候／寒い天候の到来と共に変化するという点において、長時間の使用に対してセンサー特性が変化するという点において、および初期基準値が反射部材上の粉塵や異物によって変化するという点において、弾性部材の弾性力が変化する点等において欠点を有している。

換言すれば、通常のボイラーは、空気圧センサーの特性偏差、バネまたは弾性部材の弾性特性によって生じる偏差、反射部材の色によって生じる偏差、ダイアフラムのゴム特性によって生じる偏差等のようなさまざまなノイズ要因を除去することができず、そのため最適燃焼効率または最適に最大化した空燃比を制御することができない。

図３を参照してさらに詳細に説明する。図３は、ボイラーが動作するときの電圧と圧力の関係をプロットするグラフである。ファンが駆動するとき、ファンの通常の電圧は、０．３Ｖの基準開始電圧と３．２Ｖの基準ピーク電圧を有する標準的な曲線グラフをプロットするはずである。しかし上述のノイズ要因によって、開始電圧とピーク電圧の両方が標準の曲線グラフに比べて全体として等しく上昇または下降する、上方の曲線グラフまたは下方の曲線グラフを、ファンの通常の電圧はプロットする。それによって、最適燃焼効率と正確な空燃比を制御することが不可能である。さらに、製品の信頼性が低下する。

発明の開示
技術的課題
従って本発明は、上述の問題を鑑みてなされ、暑い天候／寒い天候の到来によって生じる、初期基準電圧の変化、構成要素の特性偏差等を克服するように適合した空気圧センサーを使用する空燃比制御ボイラーと、その空燃比制御方法を提供することが本発明の目的である。すなわち、効率的に空気圧センサーのノイズ要因の生成に対処し、それによって最適燃焼効率と正確な空燃比制御を実現して、ボイラーの燃料効率を改善し、有効性を大いに上げて製品の信頼性を高める。

技術的解決
本発明の局面に従って、燃焼用空気を吸引するファンを有し、差圧を生成するように空気通路上にベンチュリ管と、ファンのベン チュリ管に接続され、ベンチュリ管において生成された差圧を使用して空気の圧力を計測する空気圧センサーと、を備える空燃比制御ボイラーが提供される。空燃比制御ボイラーは、ファンの作動前の空気圧センサーの電圧の初期値を計測するための空気圧センサー電圧計測ユニットと、空気圧センサー電圧計測ユニットによって計測されたデータの値が、空気圧センサー電圧の基準値を超過するかまたは下回る場合、あらかじめ基準電圧で超過するかまたは不足する基準値を補正するための空気圧センサー電圧補正ユニットと、空気圧センサー電圧計測ユニットからデータを受け取り、受け取ったデータを空気圧センサーの初期基準電圧と比較し、空気圧センサー電圧を補正するか否かを決定し、ファンを作動させ、空気圧センサーから計測された空気圧データを受け取って、空気圧に基づいて供給される燃料の量を制御し、燃料供給量を変化させるために吸引される空気の圧力を変化させる場合、ファンの毎分あたりの回転数（ｒｐｍ）を調節し、空気圧センサーによって計測された電圧によって、燃料供給量に応じた適切な容量の空気を維持し、それにより空燃比を制御するためのコントローラと、を備える。

本発明の別の局面によれば、空気圧センサーを使用して、ボイラーの空燃比を制御するための方法が提供される。方法は、ユーザーの設定に基づいてボイラーが動作を開始するとき、ファンを作動させる前の空気圧センサーの電圧の初期値を計測する第１の工程と、第１の工程において計測された空気圧センサー電圧の初期値が、標準初期基準電圧に対応するか否かを決定する第２の工程と、ファンを作動させる前の空気圧センサー電圧の初期値が、第２の工程の初期基準電圧に対応するとき、空気圧電圧の初期値を補正することなく、空燃比を制御する一連の工程を実行する第３の工程と、ファンを作動させる前の空気圧センサー電圧の初期値が、第２の工程における標準初期基準電圧を超過する場合は、初期値を、標準初期基準電圧を超過するできるだけ低い初期値に補正することによって、空気圧センサー電圧が初期基準電圧を維持するようにされている状態において、空気圧センサーを使用して、空燃比を制御する一連の工程を実行する第４の工程と、ファンを作動させる前の空気圧センサー電圧の初期値が、第２の工程における標準初期基準電圧を下回る場合は、初期値を、標準初期基準電圧を下回るできるだけ高い初期値に補正することによって、空気圧センサー電圧が初期基準電圧を維持するようにされている状態において、空気圧センサーを使用して、空燃比を制御する一連の工程を実行する第５の工程と、を備える。

有利な効果
上述のように、空気圧センサーを使用する空燃比制御ボイラーおよびその空燃比を制御する方法によると、ボイラーに関する正確な制御を改善するのみではなく、燃焼効率を最大化することもできる。従って、有害なガスの排出を最小化し、最適燃料効率の改善効果を発揮することができる。

空燃比がこのように有効性が増すことで、製品の信頼性を高めることができる。

発明を実施するための最良の形態
発明のモード
次に、本発明の代表的な実施形態を詳細に参照する。

図４は、本発明に従った空気圧センサーを使用する空燃比制御ボイラーの概略構成を説明する。図５は、本発明に従った空気圧センサーを使用するボイラーの空燃比を制御する方法を説明するブロックフロー図である。図６は、本発明に従った空燃比制御を説明する電圧対圧力のグラフである。

図４に示すように、本発明に従った空気圧センサーを使用する空燃比制御ボイラーは、燃焼用空気を吸引するファン１１０からな り、差圧を生成するため空気通路上にベンチュリ管、ファン１１０のベンチュリ管に接続され、ベンチュリ管で生成された差圧を使用して、空気の圧力を計測する空気圧センサー１２０、ファン１１０を作動する前の空気圧センサーの電圧の初期値を計測する空気圧センサー電圧計測ユニット１３０、空気圧センサー電圧計測ユニット１３０によって計測されたデータの値が、空気圧センサー電圧の基準値を超過するか下回るとき、あらかじめ基準電圧で補正する空気圧センサー補正ユニット１４０、および空気圧センサー電圧計測ユニット１３０からデータを受け、受けたデータを空気圧センサーの初期基準電圧と比較し、空気圧センサー電圧を補正するか否かを決定し、ファン１１０を作動させ、空気圧センサー１２０から計測された空気圧データを受けて、空気圧に基づいて供給される燃料の量を制御し、燃料供給量を変化させるために吸引される空気の圧力を変化させる場合、ファン１１０の毎分あたりの回転数（ｒｐｍ）を調節し、空気圧センサーによって計測された電圧によって、燃料供給量に応じた適切な容量の空気を維持し、それにより空燃比を制御するためのコントローラ１５０を備える。

参照番号１６０は、記載していないが、燃料を供給するための燃料供給管を示す。

本発明に従ってこのような構成を有する、空気圧センサーを使用する空燃比制御ボイラーの動作を図４〜６を参照して記載する。

第一に、電力が供給された後、ユーザーの設定に基づいてボイラーが動作し始めると、ファン１１０を作動する前に、空気圧センサーの電圧の初期値が、空気圧センサー電圧計測ユニット１３０によって計測され、計測されたデータがコントローラ１５０に送達される。

コントローラ１５０は、空気圧センサー電圧の入力された初期値が通常の初期基準電圧に対応するか否かを決定する。対応する場合は、図６に示すように標準曲線がプロットされる。従って、コントローラ１５０は、空気圧センサー電圧の初期値を補正することなく、ファン１１０を作動させる工程、差圧を使用して空気圧を計測する空気圧センサー１２０から計測データを受け取る工程、空気圧に基づいて供給された燃料の量を制御する工程、吸引された空気の圧力が供給された燃料の量によって変化するとき、ファン１１０のｒｐｍを調節する工程、空気圧センサーによって計測された電圧によって、供給された燃料の量に基づいて適切な容量の空気を維持する工程、のようなファンを制御する一連の工程を実行する。

さらに、ファンを作動する前の空気圧センサー電圧の初期値が、通常の初期基準電圧を超過すると、標準曲線の上に位置する上方の曲線が図６に示すようにプロットされる。従って、コントローラ１５０は、空気圧センサー電圧補正ユニット１４０により、初期値を、通常の初期基準電圧を超過するできるだけ低い空気圧センサー電圧の初期値に補正し、空気圧センサー電圧が初期基準電圧を維持するようにさせる。この状態において、コントローラ１５０は、ファン１１０を作動させ、空気圧センサー１２０を使用して空気比例制御を実行する。ファンを作動する前の空気圧センサー電圧の初期値が、通常の初期基準電圧を下回るとき、標準曲線の下方に配置された下方曲線が図６に示すようにプロットされる。従ってコントローラ１５０は、空気圧センサー電圧補正ユニット１４０により、初期値を、通常の初期基準電圧を下回るできるだけ高い空気圧センサー電圧の初期値に補正し、空気圧センサー電圧が初期基準電圧を維持するようにさせる。この状態において、コントローラ１５０は、ファン１１０を作動させて、空気圧センサー１２０を使用して空気比例制御を実行する。

このようにして、発明に従った空気圧センサーを使用する空燃比制御ボイラーは、構成要素の特性の偏差（誤差）によって生じたノイズ要因をあらかじめ補正し、ファンを作動する前の空気圧センサー１２０の構成物が初期基準電圧に整合され、長時間使用する場合の空気圧センサーの初期基準電圧の特性変化の偏差を補正し、それにより空燃比の有効性を最大化する。換言すれば、空燃比制御ボイラーは、燃焼効率の最大化による最適な空燃比効果をもたらすのみではなく、有害ガスの放出を最小化もし、これにより、前もって環境汚染を回避する。

産業上の利用可能性
前述のように、本発明は、ボイラーに適用され、最適燃焼効率と空燃比を正確に制御することができる。

本発明は、最も実用的で代表的な実施形態であると、現状考えられているものに関連して記載してきたが、発明は、開示された実施形態と図面に限定されないものと理解されるべきであるが、その反対に、さまざまな修正と変更が添付の特許請求の精神と範囲内に含まれることを意図しているものと理解されるべきである。

本発明の、先述の、または他の、目的、特徴、および長所は、添付の以下の図面と共に先述の詳細な説明からさらに、明らかとなろう。
空気圧センサーを有する通常のボイラーの構成を示す。 通常の空気圧センサーの例を説明する断面図。 ボイラーが動作するときの電圧と圧力の関係を説明するグラフ。 本発明に従った空気圧センサーを有する空燃比制御ボイラーの構成を示す。 本発明に従った空気圧センサーを使用するボイラーの空燃比を制御する方法を説明するブロックフロー図。 本発明に従った、空燃比制御を説明する電圧対圧力グラフ。

Claims (2)

1. 燃焼用空気を吸引するファンを有し、差圧を生成するための空気通路上のベンチュリ管、および前記ファンのベンチュリ管に接続され、前記ベンチュリ管において生成された差圧を使用して、前記空気の圧力を計測する空気圧センサーを備えた空燃比制御ボイラーであって、
   前記ファンの作動前の前記空気圧センサーの電圧の初期値を計測するための空気圧センサー電圧計測ユニットと、
   前記空気圧センサー電圧計測ユニットによって計測されたデータの値が、前記空気圧センサー電圧の基準値を超過するかまたは下回る場合、あらかじめ基準電圧で前記超過するかまたは不足する基準値を補正するための空気圧センサー電圧補正ユニットと、
   前記空気圧センサー電圧計測ユニットからデータを受け取り、前記受け取ったデータを前記空気圧センサーの初期基準電圧と比較し、前記空気圧センサー電圧を補正するか否かを決定し、前記ファンを作動させ、前記空気圧センサーから前記計測された前記空気圧データを受け取って、前記空気圧に基づいて供給される燃料の量を制御し、前記燃料供給量を変化させるために前記吸引される空気の圧力を変化させる場合、前記ファンの毎分あたりの回転数（ｒｐｍ）を調節し、前記空気圧センサーによって計測された電圧によって、前記燃料供給量に応じた適切な容量の空気を維持し、それにより前記空燃比を制御するためのコントローラと、を備える空燃比制御ボイラー。
2. 空気圧センサーを使用して、ボイラーの空燃比を制御するための方法であって、
   ユーザーの設定に基づいて前記ボイラーが動作を開始するとき、ファンを作動させる前の前記空気圧センサーの電圧の初期値を計測する第１の工程と、
   前記第１の工程において計測された前記空気圧センサー電圧の初期値が、標準初期基準電圧に対応するか否かを決定する第２の工程と、
   前記ファンを作動させる前の前記空気圧センサー電圧の初期値が、前記第２の工程の初期基準電圧に対応するとき、前記ファンを作動させ、前記空気圧電圧の初期値を補正することなく、前記空燃比を制御する第３の工程と、
   前記ファンを作動させる前の前記空気圧センサー電圧の初期値が、前記第２の工程における標準初期基準電圧を超過する場合は、前記初期値を、前記標準初期基準電圧を超過するできるだけ低い初期値に補正することによって、前記空気圧センサー電圧が前記初期基準電圧を維持するようにされている状態において、前記空気圧センサーを使用して、前記ファンを作動させ、前記空燃比を制御する第４の工程と、
   前記ファンを作動させる前の前記空気圧センサー電圧の初期値が、前記第２の工程における標準初期基準電圧を下回る場合は、前記初期値を、前記標準初期基準電圧を下回るできるだけ高い初期値に補正することによって、前記空気圧センサー電圧が前記初期基準電圧を維持するようにされている状態において、前記空気圧センサーを使用して、前記ファンを作動させ、前記空燃比を制御する第５の工程と、を備える方法。

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