KR0146144B1 - 보일러의 연소제어 방법 및 장치 - Google Patents
보일러의 연소제어 방법 및 장치Info
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Abstract
본 발명의 보일러의 연소제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 이는 연소제어센서와 신경망 신호처리 기술을 이용하여 각 제품에 따른 주변회로의 오차나 외부의 가스압, 유품상태, 전압변동과 같은 환경변화에 의해 발생되는 연소상태의 불안정을 배제 시키도록 한 것이다.
이와같은 본 발명은 공연비의 소정치 간격으로 설정된 공연비의 소정치 범위내에서 각 배기온도별로 공연비별 센서의 저항값을 학습시키는 제 1 과정과; 상기 학습완료후 현재 배기되는 온도를 연소제어센서로부터 읽어들여 그 온도가 상기 학습된 공연비내의 가장 가까운 공연비값을 인식치로 판정하는 제 2 과정과; 상기 판정한 공연비값이 소정범위를 벗어날 경우 송풍팬과 연료밸브를 조절하여 상기 판정한 공연비값으로 유지시키는 제 3 과정으로 이루어짐으로서 달성된다.
Description
제1도는 본 발명 보일러의 연소기의 구성도.
제2도는 제1도에 따른 연소기의 제어 구성도.
제3도의 (a) 및 (b)는 제1도를 설명하기 위한 LNG 사용시 공연비에 따른 배기가스 조성을 나타낸 그래프도.
제4도는 제1도를 설명하기 위한 LNG 사용시 공연비에 따른 일산화탄소 가스농도 및 센서의 출력관계를 보인도.
제5도는 제1도에 따른 연소제어 센서의 공연비 특성도.
제6도는 제2도의 발열량 변화에 의한 마이콤의 적용 평가도.
제7도는 제2도의 전압변동에 의한 마이콤의 적용 평가도.
제8도는 제2도의 동작온도에 따른 공연비에 대비 연소제어센서의 저항값 학습 테이블도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 버너 101 : 열교환기
102 : 송풍팬 103 : 연료밸브
104 : 배기통 105 : 연소제어센서
106 : 회전수검지센서 107 : 연소기 본체
108 : 신호처리부 109 : 마이콤
본 발명은 보일러의 연소제어 방법에 관한 것으로, 좀더 상사하게는 연소제어센서와 신경망 신호처리 기술을 이용하여 각 제품에 따른 주변회로의 오차나 외부의 가스압, 유품상태, 전압변동과 같은 환경변화에 의해 발생되는 연소상태의 불안정을 배제 시키도록 하는 보일러의 연소제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 가스 보일러의 연소기는 연료를 공급하는 연료밸브와, 연소용 공기를 공급하는 송풍팬과, 상기 연료밸브에서 공급된 연료와 송풍팬에 의해 유입되는 공기의 혼합물을 연소시켜 불꽃을 발생하는 버너와, 상기 버너의 점화에 의해 냉수를 온수로 열교환하는 열교환기와, 상기 버너로부터 발생된 연소가스를 배출하는 배기통과, 상기 송풍팬의 회전수를 검출하는 회전수 검지센서와 상기 배기토에 설치되어 일산화탄소량을 검지하는 가스센서와, 상기 회전수 검지센서 및 가스센서에서 검지한 회전수 및 가스량에 따라 연소기의 전체 동작을 제어하는 마이콤으로 구성되어 있다.
이와같이 구성된 종래의 가스 보일러의 연소기는 마이콤에 설정된 연료의 양에 의해 연료밸브가 열려 버너로 연료가 공급됨과 아울러 상기 마이콤의 제어에 따른 송풍팬의 회전수에 의해 공기가 버너로 공급된다.
상기 버너는 연료밸브에서 공급된 연료와 송풍팬에 의해 유입되는 공기의 혼합물을 연소시켜 열교환기를 가열하게 된다.
이에따라 펌프에 의해 공급된 냉수가 열교환기에서 열교환되어 온수로 배출된다.
이때, 배기통에 설치된 가스센서는 배기되는 일산화탄소 량을 검지하여 마이콤에 입력하게 되고 회전수 검지센서는 송풍팬의 회전수를 검출하여 마이콤에 입력하게 된다.
따라서, 상기한 마이콤은 회전수 검지센서와 가스센서에서 검출된 회전수 및 배기되는 일산화 탄소의 가스량에 따라 연료밸브의 열림량과 송풍팬의 회전수를 제어하면서 정상적인 연소를 수행하게 된다.
그러나, 이와같은 종래의 보일러의 연소기는 미리 연료의 양과 공기의 양을 정해 놓으면 제품마다 주변회로의 오차나 외부환경변화에 의해 항상 일정하지 않게되어 그 제품의 최적 공연비와 다르게 되기 때문에 연소상태가 나쁘게 되고 일산화탄소나 산화질소등의 유해가스가 다량 발생하게 되는 문제점이 있었고, 또한 연료의 양이 변하게 되면 실제 공연비외 최적 공연비와의 차이가 더 커지게 되어 마이콤에 의한 제어는 외부환경이나 전압변동에 의한 변화에 전혀 대처할 수 없으며, 설령 지르코니아 산소센서를 이용하여 연소제어를 해도 공연비를 정확히 제어할 수는 있으나 연소상태가 어떤지 즉, 일산화탄소나 질소산화물의 검지는 불가능하며, 지르코니아 센서 자체도 가격이 너무 비싸 가정용에 적용하기에는 거의 불가능하며 또한 일산화탄소 센서를 사용하더라도 일산화탄소 가스의 배출량이 공연비에 따라 일정하지 않고 일정 공연비 범위에서 일산화탄소의 가스 변화량이 적기 때문에 엄밀한 의미의 연소제어가 난이한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와같은 종래의 문제점을 감안하여 일산화탄소(CO) 뿐만 아니라 산소(O2), 질소산화물(NOx)에 민감한 연소제어 센서와 신경망 신호처리 기술을 이용하여 공연비 대비 연소제어센서의 저항값을 신경망 패턴 인식방법에 이해 학습시켜 공연비가 최적인 값으로 제어함으로써 최적의 연소상태가 이루어지는 보일러의 연소제어 방법 및 장치를 제공함에 있다.
이와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 방법으로는 공연비의 소정치 간격으로 설정된 공연비의 소정치 범위내에서 각 배기온도별로 공연비별 센서의 저항값을 학습시키는 제 1 과정과, 상기 학습완료후 현재 배기되는 온도를 검지하여 그 검지된 온도가 상기 학습된 공연비내의 가장 가까운 공연비값을 인식치로 판정하는 제 2 과정과, 상기 판정한 공연비값이 소정범위를 벗어날 경우 송풍팬과 연료밸브를 조절하여 상기 파정한 공연비값으로 유지시키는 제 3 과정으로 이루어짐으로서 달성되는 것으로, 이하 본 발명을 첨부한 도면에 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 도는 본 발명 보일러의 연소기의 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 연료를 공급하는 연료밸브(103)와; 연소용 공기를 공급하는 송풍팬(102)과; 상기 연료밸브(103)에서 공급된 연료와 송풍팬(102)에 의해 유입되는 공기의 혼합물을 연소시켜 불꽃을 발생하는 버너(100)와; 상기 버너(100)에서 발생되는 불꽃에 의해 냉수를 온수로 열교환하는 열교환기(101)와; 상기 버너(100)의 연소에 의해 생성된 고온의 연소가스를 열교환기(101)를 통해 외부로 배출하는 배기통(104)과 상기 송풍팬(102)의 회전수에 따라 풍량변화를 검지하는 회전수 검지센서(106)와; 상기 배기통(104)을 통한 배기가스의 온도 및 일산화탄소(CO), 산소(O2), 질소산화물(NOx) 성분을 검지하는 연소제어센서(105)와;로 구성한다.
그리고 제 2 도는 제 1 도에 따른 연소기의 제어 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 상기 회전수 검지센서(106) 및 연소제어센서(105)에서 검지한 회전수 및 온도, 가스신호(CO, O2, NOx)를 디지털신호로 처리하여 출력하는 신호처리부(108)와, 상기 신호처리부(108)에서 처리된 디지털신호에 기인하여 공연비의 소정치 간격으로 설정된 공연비의 소정치 범위내에서 각 배기온도별로 공연비별 연소제어센서의 저항값을 학습시키고 학습완료후 현재 배기되는 온도를 읽어들여 그 온도와 학습된 공연비값에 따라 보일러 연소기의 전체동작을 제어하는 마이콤(109)과; 상기 마이콤(109)의 제어신호에 의해 송풍팬(102) 및 연료밸브(103)를 제어하는 부하구동부(110)로 구성한 것으로, 도면중 미 설명부호 107은 연소기 본체이다.
이와같이, 구성된 본 발명의 작용 효과를 제 1 도 내지 제 8 도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 마이콤(109)이 부하구동부(110)를 통해 송풍팬(102)과 연료밸브(103)를 제어하여 연소용 공기와 연료를 버너(100)에 공급하게 된다.
이때 버너(100)가 착화되면 상기 송풍팬(102)과 연료밸브(103)에 의해 공급된 연소용 공기와 연료가 연소되어 열교환기(101)를 가열하게 된다.
따라서, 상기 열교환기(101)로 유입된 냉수는 그 열교환기(101)를 순환하면서 열교환이 이루어져 온수로 배출되고, 또한 상기 버너(100)의 연소에 의해 생성된 배기가스의 온도 및 일산화탄소(CO), 산소(O2), 질소산화물(NOx) 가스는 열교환기(101) 및 배기통(104)을 통해 외부로 배출된다.
이때, 상기 연소기 본체(107)의 버너(100)에서 연료와 공기의 혼합물이 연소될 때 공연비(λ)에 대한 산소(O2)의 농도(C1) 이산화탄소(CO2)의 농도(C2) 등의 배가가스 조성은 제 3 도의 (b)와 같고, 산소(O2), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx)의 농도(C1 내지 C4) 등의 배기가스 소모량은 제 3 도의 (a)와 같다.
여기서, LPG 가스를 연료로 사용할 경우이다.
상기 제 3 도의 (a) 및 (b)에서와 같이, 버너(100)에서 연소될 때 공연비에 대한 일산화탄소(CO)의 농도(C3) 및 질소산화물(NOx)의 농도(C4)의 변화는 비선형적이며, 산소(O2) 및 이산화탄소(CO2)의 농도 (C1), (C2)는 선형적으로 변화함을 알 수 있다.
한편, 연소상태를 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOx)도 중요하지만 열효율 측면에서 보면 산소(O2)의 배출량이 가장 큰 영향을 미치므로 산소(O2)의 배출량도 적절히 조절해야 한다.
즉, 산소(O2)의 농도는 4% 정도가 일반적인 요구조건이다.
그러나, 일반적인 연소제어장치에서는 일산화탄소 센서를 배기통에 탑재하여 공연비에 따른 일산화탄소(CO) 가스 농도를 일산화탄소 센서로 검출하게 되는데, 이는 제 4 도에서와 같이, 일산화탄소 센서로는 공연비 1.1 내지 1.6 범위의 출력변화가 작아서 공연비 구별이 용이하지 않음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 연소제어 장치에서의 배기통(104)에 설치된 연소제어센서(105)로는 공연비 1.05 내지 1.55 범위에서 센서의 출력 변화가 크기 때문에 공연비 제어가 가능함을 알 수 있다.
즉, 상기 배기통(104)으로 배기되는 온도 및 가스(O2, CO, CO2, NOx)를 감지하여 신호처리부(108)에 전달하는 연소제어센서(105)의 동작 온도에 따른 공연비 특성은 제 5 도에 도시한 바와 같다.
상기 제 5 도에서 알 수 있듯이 연소제어센서(105)는 선형성에 가까운 S자형 특성을 나타내고 있다.
따라서, 상기한 연소제어센서(105)가 배기통(104)에서 배기되는 온도와 가스를 감지하여 신호처리부(108)를 통해 디지털신호로 마이콤(109)에 제공하게 되면, 상기한 마이콤(109)은 연소제어센서(105)의 동작온도(배기가스 온도; 407도, 530도, 580도)에 따른 공연비 대비 연소제어센서(105)의 저항값을 가지고 신경망 패턴인식 방법에 의해 학습시켜서 최적의 공연비를 갖는 값으로 송풍팬(102)과 연료밸브(103)를 제어하여 연소상태를 제어하게 된다.
즉, 상기한 마이콤(109)은 제 8 도의 테이블에서와 같이, 공연비 0.5 간격으로 배기통(104)으로 배기되는 배기가스 온도별 480℃, 530℃, 580℃)로 공연비 1.1 내지 1.5 사이의 공연비 별 연소제어센서(105)의 저항값을 학습시키게 된다.
이후, 학습이 완료되면 현재 배기통(104)으로 배기되는 배기가스의 온도를 연소제어센서(105) 및 신호처리부(108)를 통해 감지하여 그 감지한 온도값이 상기 제 8 도의 테이블내에, 즉 설정된 공연비값에 가장 가까운 공연비값을 인식치로 판정하게 된다.
이때 만약 상기에서 판정한 공연비값이 1.25를 벗어날 경우에는 부하구동부(110)를 통해 송풍팬(102)과 연료밸브(103)를 조절하여 공연비가 1.25로 제어되도록 피드백 제어를 하게됨으로써, 제 6 도의 (a), (b) 및 제 7 도의 (a), (b)에서와 같이, 공연비 1.25 지점에서 배기되는 산소량이 약 4%이고 일산화탄소 및 질소산화물의 배출량도 비교적 적음을 알 수 있을뿐 아니라 발열량 및 전압변동이 있더라도 전술한 공연비가 1.25가 되게 연소제어를 성공적으로 수행함을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이, 본 발명에 따르면 각 제품에 따른 주변회로의 오차나 외부의 가스압, 유품상태, 전압변동과 같은 환경변화에 의해 발생되는 유해배기 가스를 연소제어센서와 신경망 신호처리기술을 이용하여 배제시킬 수 있고, 또한 본 발명의 연소제어장치를 가정용 보일러 뿐아니라 산업용 및 자동차등의 모든 연소시스템에 적용이 가능한 효과가 있다.
Claims (6)
- 공연비의 소정치 간격으로 설정된 공연비의 소정치 범위내에서 각 배기온도별로 공연비별 센서의 저항값을 학습시키는 제 1 과정과; 상기 학습완료후 현재 배기되는 온도를 연소제어센서로부터 읽어들여 그 온도가 상기 학습된 공연비내의 가장 가까운 공연비값을 인식치로 판정하는 제 2 과정과; 상기 판정한 공연비값이 소정범위를 벗어날 경우 송풍팬과 연료밸브를 조절하여 상기 판정한 공연비값으로 유지시키는 제 3 과정과; 로 이루어짐을 특징으로 한 보일러의 연소제어 방법.
- 제 1 항에 있어서, 공연비는 1.10에서부터 1.50 범위로 함을 특징으로 한 보일러의 연소제어 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 공연비 1.10에서부터 1.50 범위내에서 공연비 0.5 간격으로 배기가스 온도별 및 연소제어센서의 저항값을 학습시키는 것을 특징으로 한 보일러의 연소제어 방법.
- 제 1 항에 있어서, 공연비 인식치는 1.25로 함을 특징으로 한 보일러의 연소제어 방법.
- 제 1 항에 있어서, 학습온도는 480도, 530도, 580도인 것을 특징으로 한 보일러의 연소제어 방법.
- 연소기의 배기통 적소에 위치하여 배기가스의 온도와 일산화탄소, 이산화탄소, 산소 및 질소산화물의 가스를 검지하는 연소제어센서와; 상기 연소제어센서에서 검지한 신호에 기인하여 공연비의 소정치 간격으로 공연비의 소정치 범위내에서 각 배기온도별로 공연비별 연소제어센서의 저항값을 학습시키고 학습완료후 현재 배기되는 온도를 읽어들여 그 온도와 학습된 공연비값에 따라 송풍팬과 연료밸브를 제어하는 마이콤을 포함하여 된 보일러의 연소제어 장치.
Priority Applications (1)
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| KR1019940037183A KR0146144B1 (ko) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 보일러의 연소제어 방법 및 장치 |
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| KR1019940037183A KR0146144B1 (ko) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 보일러의 연소제어 방법 및 장치 |
Publications (2)
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Family Applications (1)
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| KR1019940037183A KR0146144B1 (ko) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 보일러의 연소제어 방법 및 장치 |
Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1846701B1 (en) * | 2005-01-28 | 2010-10-27 | Kyungdong Network Co., Ltd. | Method for maximum efficiency of non-condensing boiler |
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1994
- 1994-12-27 KR KR1019940037183A patent/KR0146144B1/ko not_active IP Right Cessation
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