KR0156217B1 - 온풍난방기의 연소장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온풍난방기 외부의 온도변화에 따른 연료량의 변동에 대해서 연소용 공기량을 능동적으로 제어하여 외기의 조건에 따라 항상 일정한 공연비(공기와 연료의 혼합비)를 유지할 수 있고, 형상기억 합금으로된 스월러를 사용하므로써 초기 점화시의 혼합기속도를 낮게 하고 스월러의 선단에 저속의 와류영역을 형성시켜 점화성능을 향상시킬 수 있으며, 화염의 안정화를 이루어 점화실태에 의한 매연증가를 억제할 수 있고, 안정된 화염으로 불완전연소에 따른 난방능력이 저항되는 것을 방지할 수 있으므로 인해 제품의 효율성 및 신뢰성을 대폭 향상시킨 것이다.

이를 위해, 본 발명은 연소공기용 팬모터(1)에 설치되며 회전캡(2)에 의해 지지되어 팬모터(1)의 회전수를 검지하기 위한 회전수 검지센서(3)와, 상기 팬모터(1)의 구동에 따른 연료의 온도를 검지하기 위한 연료흡입관(4)에 설치되는 연료온도 검지센서(5)와, 상기 연료온도 검지센서(5)로 연료온도를 검지함과 동시에 증폭기(6)및 A/D변환기(7)를 통해 신호를 디지탈화하여 터보팬(8)의 회전수를 제어하는 콘트롤러(9)와, 상기 콘트롤러(9)가 고압방전기(10)와 전자펌프(11)를 동시에 작동시킴에 따라 연료와 공기를 혼합시키며 초기 점화시의 혼합기속도를 낮게하고 저속의 와류영역을 형성시켜 화염을 안정화시키기 위해 연소용 공기온도의 변화에 따라 가변되는 스월러(12)와, 상기 스월러(12)에서 연료와 공기가 혼합되어 점화플러그(13)의 방전에 의해 점화된 화염의 유무를 감지하기 위해 드래프트튜브(15)에 설치되는 점화센서(14)로 구성된 온풍난방기의 연소장치이다.

Description

온풍난방기의 연소장치 및 제어방법

제1도는 종래의 온풍난방기를 나타낸 구성도.

제2도는 제1도의 버너부를 확대하여 나타낸 종단면도.

제3도는 제2도의 스월러를 나타낸 정면도.

제4도는 종래 온풍난방기의 버너부 동작상태를 나타낸 흐름도.

제5도는 온풍난방기의 연료온도와 연료유량과의 관계를 나타낸 그래프선도.

제6도는 본 발명에 따른 온풍난방기의 버너부를 나타낸 종단면도.

제7도는 제6도의 스월러를 나타낸 정면도.

제8도는 제7도의 A-A선 단면도로서,

(a)는 스월러가 저온시의 상태도

(b)는 스월러가 고온시의 상태도.

제9도는 본 발명에 따른 버너부의 동작상태를 나타낸 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연소공기용 팬모터 2 : 회전캡

3 : 회전수 검지센서 4 : 연료흡입관

5 : 연료온도 검지센서 6 : 증폭기

7 : A/D 변환기 8 : 터보팬

9 : 콘트롤러 10 : 고압방전기

11 : 전자펌프 12 : 스월러

13 : 점화플러그 14 : 점화센서

15 : 트래프트 튜브 16 : 대류공기용 팬모터

본 발명은 온풍난방기의 연소장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체연료를 사용하는 온풍난방기의 화염발생을 안정화시켜 매연발생을 저감시킬 수 있도록 한 것이다.

종래의 온풍난방기는 제1도 내지 제4도에 나타낸 바와같이, 전원이 온되면, 버너부에 팬케이스(17)내의 연소용공기팬모터(1a)가 작동하게 됨과 동시에 고압방전기(10)가 작동되어 팬케이스(17)전방의 드래프트튜브(15a)에 설치된 점화플러그(13)에 전기방전이 발생하게 되는데, 이때 연소용 공기는 터보팬(8)에 의해서 드래프트튜브(15a)로 유입되고, 스월러(Swirler)(12a)에 의해 일정한 선회각을 가지고 선회하면서 드래프트튜브(15a)밖으로 분출된다.

또한, 연료는 팬케이스(17)하부의 연료흡입관(4a)을 거쳐 전자펌프(11)로 유입되고, 전자펌프(11)는 연료를 약 8kg/cm²의 압력으로 연료송유관(18)을 통해 노즐(19)로 압송되어 연료가 노즐(19)을 통해서 분사되면서 연소용 공기와 함께 혼합된 후, 공기와 연료가 스월러(12a)를 통과하면서 선회를 하므로써 골고루 혼합이 되며, 스월러(12a)의 선단에서 저속의 영역이 형성된다.

그 다음, 고압방전기(10)에 의해서 점화플러그(13)에 방전이 되면 혼합기가 점화되는데, 이때 스월러(12a)의 선단에 생성된 저속영역에 의해서 화염이 스월러(12a)선단에서 유지되어 소화되지 않게되고, 연소된 고온의 연소가스는 연소실(20)과 열교환기(21)를 거쳐 배기관(22)을 통해 외부로 유출되며, 대류공기용팬모터(16)의 구동에 의해 열교환기(21)에서 실내의 냉풍을 가열하게 된다.

또한, 온풍난방기 외부의 온도가 영하로 내려가게 되면, 전자펌프(11)로 유입되는 연료량이 감소하게 되고, 제5도에서와 같이 연료의 온도가 낮아지며, 전자펌프(11)를 통과하는 유량도 감소하게되며, 연소공기량은 연소공기용 팬모터(1a)의 회전수가 일정하므로 공기량도 일정하고, 연료유량은 외부공기의 영향으로 인해 감소하게 되면, 공기와 연료의 비가 달라지게 되는데, 연료량이 줄어들면 상대적으로 공기량이 많으므로 과잉공기 상태에서 운전하게 된다.

이와같은 상태로 운전할 경우 공기연료의 혼합비가 희박하므로 초기첨화가 잘되지 않게 되며, 점화가 되더라도 화염이 안정되지 않고 제2도에서 처럼 화염이 공중에서 뜨는 리프팅(lifting)현상이 발생되므로 인해 미연소되는 연료가 발생되어 난방출력 감소와 매연이 증가하게 되는데, 화염이 날리는 리프팅 현상은 공기량이 상대적으로 많을 경우와 스월러(12a)의 스월각이 커서 스월러(12a)의 선단에서 저속의 와류영역이 생성될 경우에 발생하게 된다.

그러나, 이와같은 종래의 온풍난방기는 제4도에서와 같이 연료량 변동에 따른 공기량을 제어하지 않고 연소공기용 팬모터(1a)를 일정한 속도로 유지함에 따라서 연료량의 변동에 따른 공기량을 변화시키지 않게 되므로 점화불량 및 불완전 연소를 유발시키서 난방능력의 저하 및 매연의 발생을 초래하게 되는등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 온풍난방기 외부의 온도 변화에 따른 연료유량이 변동되는 것을 검지하여 연소공기량을 연료량에 맞게 조절하므로써 안정된 상태로 화염이 발생되어 불완전 연소로 인한 매연발생을 억제시킬수 있을 뿐만 아니라, 점화성능을 향상시킬 수 있는 온풍난방기의 연소장치 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면 연소공기용 팬모터에 설치되며 회전캡에 의해 지지되어 팬모터의 회전수를 검지하기 위한 회전수 검지센서와, 상기 팬모터의 구동에 따른 연료의 온도를 검지하기 위해 연료흡입관에 설치되는 연료온도 검지센서와, 상기 연료온도 검지센서로 연료온도를 검지함과 동시에 증폭기 및 A/D 변환기를 통해 신호를 디지탈화하여 터보팬의 회전수를 제어하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러가 고압방전기와 전자펌프를 동시에 작동시킴에 따라 연료와 공기를 혼합시키며 초기점화시의 혼합기속도를 낮게하고 저속의 와류영역을 형성시켜 화염을 안정화시키기 위해 연소용 공기온도의 변화에 따라 가변되는 스월러와, 상기 스월러에서 연료와 공기가 혼합되어 점화플러그의 방전에 의해 점화된 화염의 유무를 감지하기 위해 드래프트튜브에 설치되는 점화센서로 구성된 온풍난방기의 연소장치이다.

한펴, 상기한 목적을 달성하기 위한 본발명의 다른형태에 따르면 버너부의 연소공기용 팬모터가 작동하여 연소용 공기를 드래프트 튜브로 공급함과 동시에 연료의 온도를 감지하여 콘트롤러에 입력시키는 단계와, 상기 연료의 온도에 따라 연료량을 산정하고 연료량에 적합한 공기량을 계산하여 그 공기량을 얻기위한 팬모터의 회전수를 결정하는 단계와, 상기 콘트롤러가 터보팬을 가동시키며 터보팬의 회전수가 설정치의 범위에 들었는지 여부를 판단하여 고압방전기와 전자펌프를 동시에 작동시키는 단계와, 상기 연료와 공기를 연소용 공기온도의 변화에 따라 스월러에서 혼합시켜 점화플러그의 방전에 의해 점화가 완료된 후 화염유무를 감지하는 단계와, 상기 화염유무의 감지에 따라 점화가 되지 않았을때 전원스위치를 오프시키고 점화가 되었을 때 일정시간이 경과한 다음 대류공기용 팬모터를 가동시키는 단계와, 상기 대류공기용 팬모터가 가동되면 연료의 온도를 다시 읽어 연료온도의 변화를 감지하여 공기량을 조절해주는 단계로된 온풍난방기의 연소제어방법이다.

이하, 본발명의 일실시예를 첨부도면 제6도 내지 제9도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제6도는 본발명에 따른 온풍난방기의 버너부를 나타낸 종단면도이고, 제7도는 제6도의 스월러를 나타낸 정면도이며, 제8도는 제7도의 A-A선 단면도이고, 제9도는 본 발명에 따른 버너부의 동작상태를 나타낸 흐름도로서, 온풍난방기용 버너부의 연소용공기 팬모터(1)의 후방중앙에 회전캡(2)에 의해 지지되어 팬모터(1)의 회전수를 검지하기 위한 회전수 검지센서(3)가 설치되고, 상기 팬모터(1)의 구동에 따른 연료의 온도를 검지하기 위해 연료흡입관(4)에는 연료온도 검지센서(5)가 설치된다. 또한 연료온도 검지센서(5)로 연료온도를 검지함과 동시에 증폭기(6) 및 A/D 변환기(7)를 통해 신호를 디지탈화하여 터보팬(8)의 회전수를 제어하는 콘트롤러(9)가 설치되고, 초기점화시의 혼합기속도를 낮게하고 선단에 저속의 와류영역을 형성시켜 화염을 안정화시키며 연소용공기온도의 변화에 따라 가변되는 형상기억합금으로 되어 콘트롤러(9)가 고압방전기(10)와 전자펌프(11)를 동시에 작동시킴에 따라 연료와 공기를 혼합시키는 스월러(12)가 설치된다.

그리고, 스월러(12)에서 연료와 공기가 혼합되어 점화플러그(12)의 방전에 의해 점화된 화염의 유무를 감지하기 위한 점화센서(14)가 드래프트튜브(15)의 하부에 설치되어 구성된다.

이와같이 구성된 본발명은 제6도 내지 제9도에 나타낸 바와같이, 온풍난방기에 전원스위치를 온시키면 버너부의 연소용공기 팬모터(1)가 작동하여 연소용 공기가 팬모터(1)의 전방에 연결된 터보팬(8)에 의해 드래프트튜브(15)쪽으로 공급됨과 동시에, 연료의 온도를 검지하기 위해 연료흡입관(4)에 설치된 연료온도 검지센서(5)가 작동하여 연료온도가 콘트롤러(9)에 입력된다.

그후, 연료온도에 따라 제5도에서 해당하는 연료유량을 산정하고, 연료량에 적합한 공기량을 계산하여 그 공기량을 얻기위한 팬모터(1)의 회전수를 결정한 다음, 콘트롤러(9)는 터보팬(8)을 가동시키며, 터보팬(8)의 회전수가 설정치의 범위에 들었는지 여부를 판단하여 고압방전기(10)를 작동함과 동시에 전자펌프(11)를 구동하게 된다.

계속해서, 연료와 공기는 연소용 공기온도의 변화에 따라 가변되는 형상기억합금으로 된 스월러(12)에서 혼합되어 점화플러그(12)의 방전에 의해서 점화되고, 점화 과정이 완료되면 드래프트튜브(14)의 하부에 설치된 점화센서(14)가 화염유무를 감지하여 점화가 되지 않을 경우에는 전원스위치를 오프시키며, 점화가 되었으면 약 60초후에 대류공기용 팬모터(16)를 가동하게 된다.

대류공기용 팬모터(16)가 가동되면 연료의 온도를 다시 읽어 연료 온도변화를 검지하여 공기량을 조절해 주게된다.

한펴, 형상기억 합금으로 된 스월러(12)는 초기점화시 연소용 공기온도가 낮을때는 제8도(a)의 형상을 유지하게 되어 단면적을 줄이고 스월각(θ1)을 작게하므로써 공기유속을 줄이고 스월러(12)선단에 저속의 와류영역을 형성하여 점화가 용이하며, 화염이 불려나가지 않게되고, 점화가 되어 어느정도 실내공기 온도가 올라가면, 연료량도 정상상태로 되고 실온에 따라서 스월러(12)의 형상도 제8도(b)의 형태로 됨에따라 터보팬(8)의 회전수도 증가하고 공기량도 증가하여 정상상태로 운전할 수 있게된다.

이상에서와 같이, 본발명은 온풍난방기 외부의 온도변화에 따른 연료량의 변동에 대해서 연소공기량을 능동적으로 제어하여 외기의 조건에 따라 항상 일정한 공연비(공기와 연료의 혼합비)를 유지할 수 있고, 형상기억 합금으로 된 스월러(12)를 사용하므로써 초기 점화시의 혼합기속도를 낮게하고 스월러(12)의 선단에 저속의 와류영역을 형성시켜 점화 성능을 향상시킬 수 있으며, 화염의 안정화를 이루어 점화 실태에 의한 매연증가를 억제할 수 있고, 안정된 화염으로 불완전 연소에 따른 난방능력이 저하되는 것을 방지할 수 있으므로 인해 제품의 효율성 및 신뢰성을 대폭 향상시킨 매우 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 연소공기용 팬모터에 설치되며 회전캡에 의해 지지되어 팬모터의 회전수를 검지하기 위한 회전수 검지센서와, 상기 팬모터의 구동에 따른 연료의 온도를 검지하기 위해 연료흡입관에 설치되는 연료온도 검지센서와, 상기 연료온도 검지센서로 연료온도를 검지함과 동시에 증폭기 및 A/D 변환기를 통해 신호를 디지탈화하여 터보팬의 회전수를 제어하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러가 고압방전기와 전자펌프를 동시에 작동시킴에 따라 연료와 공기를 혼합시키며 초기점화시의 혼합기속도를 낮게하고 저속의 와류영역을 형성시켜 화염을 안정화시키기 위해 연소용 공기온도의 변화에 따라 가변되는 스월러와, 상기 스월러에서 연료와 공기가 혼합되어 점화플러그의 방전에 의해 점화된 화염의 유무를 감지하기 위해 드래프트튜브에 설치되는 점화센서로 구성된 것을 특징으로하는 온풍난방기의 연소장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스월러가 형상기억 합금으로된 온풍난방기의 연소장치.

   3. 버너부의 연소공기용 팬모터가 작동하여 연소용 공기를 드래프트튜브로 공급함과 동시에 연료의 온도를 감지하여 콘트롤러에 입력시키는 단계와, 상기 연료의 온도에 따라 연료량을 산정하교 연료량에 적합한 공기량을 계산하여 그 공기량을 얻기위한 팬모터의 회전수를 결정하는 단계와, 상기 콘트롤러가 터보팬을 가동시키며 터보팬의 회전수가 설정치의 범위에 들었는지 여부를 판단하여 고압방전기와 전자펌프를 동시에 자동시키는 단계와, 상기 연료와 공기를 연소용 공기온도의 변화에 따라 스월러에서 혼합시켜 점화플러그의 방전에 의해 점화가 완료된 후 화염유무를 감지하는 단계와, 상기 화염유무의 감지에 따라 점화가 되지 않았을때 전원스위치를 오프시키고 점화가 되었을때 일정시간이 경과한 다음 대류공기용 팬모터를 가동시키는 단계와, 상기 대류공기용 팬모터가 가동되면 연료의 온도를 다시 읽어 연료온도의 변화를 감지하여 공기량을 조절해 주는 단계로 된 것을 특징으로 하는 온풍난방기의 연소제어방법.