KR100299482B1 - 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공연비 및 공기비를 일정하게 유지하여 안정된 연소를 행하는 연소장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 급격하게, 또한 대폭적으로 감소하더라도 버너의 연소량은 급격하게 감소하지 않는 연소장치를 제공하기 위하여, 버너, 비례제어밸브, 송풍기, 공기량 검출수단, 송풍제어수단을 갖춘 연소장치에 있어서, 상기 송풍기에 의해 버너에 공급되는 실제의 공기량과 그 버너의 연소에 필요한 공기량과의 비인 공기비에 대응한 열기전력을 발생하는 열전대와; 상기 열전대의 열기전력이 소정의 기준 공기비에 대응한 기준전압과 일치하도록, 상기 비례제어밸브의 개도(開度)를 상기 송풍제어수단에 의해 상기 송풍기의 회전 속도를 조절하는 때의 그 회전 속도의 변화율인 제1변화율 보다도 작은 제2변화율로 조절하는 비례밸브 제어수단을 구비함을 특징으로 한다.

Description

연소장치

본 발명은 공연비 및 공기비를 일정하게 유지하여 안정된 연소를 행하는 연소장치에 관한 것이다.

종래의 기술에 있어서, 연소장치인 가스 급탕기나 가스 팬히터에는 버너에 공급되는 연료 가스의 공급량을 조절하는 비례제어 밸브와 버너에 공급되는 연소용 공기이 공급량을 조절하는 송풍기를 구비하고, 버너에 알맞은 연료 가스의 공급량과 연소용 공기의 공급량과의 비를 일정하게 유지하며, 버너를 연소시키는 소위 공연비 제어를 행하는 장치들이 공지되어 있다.

상기와 같은 공연비 제어로서는, 예를 들어, 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급 유량을 검출하는 공기량 검출수단을 설치하고, 그 공기량 검출수단에 의한 검출 유량이 흡기관이나 배기관의 폐색(閉塞)등 외란에 의해 변화했을 때, 상기 송풍기의 회전 속도를 조절하여 상기 공기량 검출수단에 의한 검출 유량이 소정의 기준 유량으로 유지되도록 하는 것으로, 버너의 연소용 공기의 공급량이 일정하게 유지되도록 하는 것이다.

일반적으로, 연료 가스의 공급량이 외란에 의해 변화하는 일은 없으므로 이와 같이 연소용 공기의 공급량을 외란이 발생하더라도 일정하게 유지하도록 하는 것이며, 연료 가스의 공급량과 연소용 공기의 공급량과이 비를 일정하게 유지하여 안정된 연소를 행할 수 있다.

또한, 송풍기에 의해 실제로 버너에 공급되는 공기량과 버너에 공급되는 연료 가스의 공급량에 따라 결정되는 연소에 필요한 공기량과의 비인 공기비(λ:실제의 공급 공기랑/필요 공기량)를 검출하는 공기비 검출수단을 설치하고, 그 공기비 검출수단에 의해 검출되는 공기비(λ)가 소정의 기준 공기비(λB)로 유지되도록 비례제어 밸브의 개도(開度)를 조절하는 공기비 제어를 행하여 버너의 연소시에 발생하는 일산화탄소(CO)나 질소 산화물(NO_x)의 양을 제어하도록 한 것이 공지되어 있다.

공기비 검출수단으로서는, 버너의 근방에 열전대를 설치하고, 그 열전대의 기전력과 공기비(λ)와의 상관 관계로부터 공기비(λ)를 검출하는 것이 있다. 상기 열전대의 기전력과 공기비(λ)와의 상관 관계는, 제1도에 도시된 바와 같이, λ=1에서 열전대의 기전력이 최대가 되는 위쪽으로 볼록한 2차 곡선이 된다.

그러므로, 상기 기준 공기비(λB)를 1 이상의 값으로 설정한 경우, 열전대의 기전력(V)이 그 기준 공기비(λB)에 대응한 기준 전력(VB)을 넘을 때는, 상기 비례 제어밸브에 의해 버너에 공급되는 연료 가스의 공급량을 줄여 공기비(λ)를 크게 하고, 기준 전력(VB) 미만일 때에는 상기 비례제어 밸브에 의해 버너에 공급되는 연료 가스의 공급량을 늘려 공기비(λ)를 작게 하는 것으로 공기비(λ)를 λ=λB로 유지할 수 있다.

그리고, 상기 공연비 제어와 상기 공기비 제어를 병행하여 행하는 것으로, 일산화탄소(CO)나 질소 산화물(NO_X)의 발생을 제어하면서 안정된 버너의 연소를 행할 수 있다.

그러나, 상기 공연비 제어와 상기 공기비 제어를 병행하여 행하고 있을 때, 흡기관 폐색 등의 외란이 발생하여 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 급격하게, 또한 대폭적으로 감소한 경우에는, 상기 공연비 제어에 따른 송풍기의 회전속도를 올리는 처리와 상기 공기비 제어에 따른 비례제어 밸브의 개도(開度)를 작게 하여 공기비를 크게 하는 처리가 동시에 행해진다.

그리고, 일반적으로, 송풍기에 구비되어 있는 팬모터(fan motor)의 통전량 젼화에 따른 회전 속도의 변화율은 비례제어 밸브의 통전량의 변화에 따른 개도의 변화율보다 작다. 그 때문에, 이 경우에는 송풍기 회전 속도의 상승보다 비례제어 밸브 개도의 감소쪽이 선행하여 행해져 버너에 공급되는 연료 가스의 공급량은 크게 감소한다.

이것에 의해, 버너의 연소량(가열량)이 큰 폭으로 감소하며, 예를 들어, 급탕기에 있어서는 출탕 온도가 급격하게 내려가서, 사용자에게 불쾌감을 주는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하여 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 급격하게, 또한 대폭적으로 감소하더라도 버너의 연소량은 급격하게 감소하지 않는 연소장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 공기비와 열전대의 열기전력과의 상관 그래프이다.

제2도는 본 발명의 제1실시예의 연소장치인 급탕기의 구성도이다.

제3도는 제2도의 급탕기에 구비한 콘트롤러의 제어 블록도이다.

제4도는 제3도의 콘트롤러의 작동 흐름도이다.

제5도는 제3도의 콘트롤러의 작동 흐름도이다.

제6도는 본 발명의 제2실시예의 연소장치인 급탕기의 구성도이다.

제7도는 제6도의 급탕기에 구비한 콘트롤러의 제어 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 급탕 기본체 2 : 버너

3 : 연소실 4 : 열교환기

5 : 가스 공급관 6 : 급탕관

7 : 송풍기 8 : 콘트롤러

9 : 조작기 10 : 점화전극

11 : 열전대 12 : 도입로

13 : 흡기구 14 : 팬(fan)

15 : 팬모터(fan motor) 16 : 공기흐름 센서(air flow sensor)

17 : 주전자 밸브 18 : 비례제어 밸브

19 : 유량 센서 20 : 입수온도 센서

21 : 출탕온도 센서 22 : 온도설정 스위치

23 : 표시부 24 : 회전속도 센서

25 : 전류 검출수단 30 : 비례밸브 제어수단

31 : 모교 연소량 산출부 32 : 송풍 제어수단

33 : 변화율 설정수단 34 : 조절 정지수단

35 : 목표 공기량 산출부 36 : 통전량 산출부

37 : 기준전압 산출수단 38 : 비교부

39 : 보정값 산출부 40 : 통전량 결정부

41 : 기본 통전량 산출부 70 : 공기량 검출수단

71 : 목표 회전 속도 산출부

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예는, 버너, 비례제어밸브, 송풍기, 공기량 검출수단, 송풍제어수단을 갖춘 연소장치에 있어서, 상기 송풍기에 의해 버너에 공급되는 실제의 공기량과 그 버너의 연소에 필요한 공기량과의 비인 공기비에 대응한 열기전력을 발생하는 열전대와; 상기 열전대의 열기전력이 소정의 기준 공기비에 대응한 기준전압과 일치하도록, 상기 비례제어밸브의 개도(開度)를 상기 송풍제어수단에 의해 상기 송풍기의 회전 속도를 조절하는 때의 그 회전 속도의 변화율인 제1변화율 보다도 작은 제2변화율로 조절하는 비례밸브 제어수단을 구비함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 비례밸브제어수단에 의해 상기 비례제어밸브의 개도를 조절할 때의 상기 제2변화율이, 상기 송풍제어수단에 의해 상기 송풍기의 회전 속도를 조정할 때의 상기 제1변화율보다 작게 설정된다. 그러므로, 외란에 의해 버너에 공급되는 연소용 공기의 유량이 급격하게 감소되고 이에 따라 공기비 역시 급격하게 감소했을 때, 상기 송풍제어수단에 의해 상기 송풍기의 회전 속도를 상승시켜 공연비를 일정하게 유지하는 처리가 상기 비례밸브제어수단에 의해 상기 비례제어밸브의 개도를 감소시켜 공기비를 일정하게 유지하는 처리보다 선행하면서 행해진다.

따라서, 상기 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 급격하게 감소한 상태에서 바로 상기 비례밸브제어수단에 의해 상기 비례제어밸브에 개도가 감소되는 것은 아니며, 상기 송풍제어수단에 의해 상기 송풍기의 회전 속도를 회복(상승)시키는 처리가 개시되고 상기 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 증가하여 공기비가 증대함에 따라 상기 비례제어밸브의 개도가 감소된다.

그러므로, 상기 열전대에 의해 검출되는 공기비를 상기 기준공기비로 일치시키는데 필요한 상기 버너에 공급되는 연료 가스 공급량의 감소량이 작아지게 되어 상기 버너의 연소량이 급격하게 감소하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 송풍기의 송풍랴을 상기 기준유량으로 일치시키는데 필요한 상기 송풍제어수단에 의한 상기 송풍기 회전 속도의 조절량이 클수록 상기 제2변화율을 작게 설정하는 변화율설정수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

상기 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 크게 감소하면 상기 송풍제어수단에 의한 상기 송풍기 회전 속도의 조절량이 크게 되고, 상기 송풍기의 송풍량을 상기 기준유량으로 일치시키기까지 필요한 시간이 길어진다. 이 때, 본 발명에 의하면, 상기 송풍기 회전 속도의 조절량이 클수록 상기 제2변화율이 작게 설정된다. 그러므로, 상기 비례밸브제어수단에 의한 상기 비례밸브의 개도를 감소시키는 속도가 늦어지게 되고, 상기 송풍제어수단에 의한 상기 송풍기 회전 속도의 조절이 선행하여 행해진다. 따라서, 상기 비례밸브제어수단에 의한 상기 버너에 공급되는 연료 가스 공급량의 감소량을 작게 할 수 있으며 버너의 연소량이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 송풍기의 송풍량을 상기 기준유량으로 일치시키는데 필요한 상기 송풍제어수단에 의한 상기 송풍기 회전 속도의 조절량이, 소정의 상한값 이상인 경우에는 상기 비례밸브제어수단에 의한 상기 비례제어밸브 개도의 조절을 정지하는 조절정지수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

상기 송풍제어수단에 의한 상기 송풍기 회전 속도의 조절량이 소정의 상한을 넘었을 때는 상기 버너에 공급되는 연소용 공급량이 크게 감소하여 공기비가 극단적으로 저하된 상태가 된다. 이 때, 상기 비례밸브제어수단에 의해 상기 비례제어밸브의 개도를 감소시켜 공기비를 상기 기준공기비로 일치시키도록 하면, 상기 버너에 공급되는 연료 가스의 공급량이 대폭적으로 감소하여 버너의 연소량이 대폭적으로 감소한다.

상기와 같은 경우에, 본 발명에 의하면, 상기 조절정지수단에 의해 상기 비례밸브제어수단에 의한 상기 비례제어밸브의 조절이 정지된다. 그러므로, 상기 버너에 공급되는 연료 가스 공급량의 감소에 의해 버너의 연소량이 대폭적으로 감소하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 공기량검출수단은 공기흐름센서인 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 본 발명에 의하면 공기흐름센서를 사용하는 것으로 상기 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량을 용이하게 검출할 수 있다.

그리고, 상기 공기량검출수단은 상기 송풍기의 회전 속도를 검출하는 회전속도검출수단과 상기 송풍기로의 통전량을 검출하는 전류검출수단으로 이루어지며, 상기 송풍기의 회전 속도와 상기 송풍기로의 통전량과의 관계로부터 상기 버너에 공급되는 연소용 공기의 유량을 검출하는 것을 특징으로 한다.

흡기구의 폐색(閉塞)등에 의해 상기 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 감소하면 상기 송풍기를 소정의 회전속도로 회전시키기 위해 필요한 송풍기로의 통전량이 감소한다. 즉, 상기 송풍기의 회전 속도에 대한 송풍기로의 통전량이 상기 버너에 공급되는 연소용 공기이 공급량의 증감에 따라 증감하기 때문에 이것을 이용하여 상기 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량을 검출할 수 있다.

그 때문에, 특히, 상기 송풍기의 회전 속도가 소정의 목표회전수가 되도록 상기 송풍기의 회전 속도를 피드백제어한다. 회전 속도 제어수단을 구비한 연소에 대해서는, 상기 송풍기로의 통전량을 검출하는 전류검출수단을 추가하는 것만으로 상기 공기량검출수단을 구성하는 것이 가능하며, 상기 공기량검출수단의 설치비용을 낮출 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제1실시예를 제1도~제5도를 참조하여 설며한다. 제1도는 본 발명의 제1실시예의 연소장치에 구비한 열전대의 열기전력과 공기비와의 상관 그래프이고, 제2도는 본 발명의 제1실시예의 연소장치인 급탕기의 구성도이며, 제3도는 제2도에 도시된 급탕기의 제어 블록도이고, 제4도는 제2도에 도시된 급탕기의 공연비 제어 동작을 도시한 흐름도이며, 제5도는 제2도에 도시된 급탕기의 공기비의 제어 동작을 도시한 흐름도이다.

제2도를 참조하면, 본 발명의 제1실시예의 급탕기는 사용자가 설정한 목표 온도의 탕(湯)을 출탕하는 것으로, (1)은 급탕기 본체, (2)는 급탕기 본체(1) 내에 형성된 연소실(3)에 수용된 버너, (4)는 연소실(3)의 상방에서 급탕기 본체(1)내에 설치된 열교환기, (5)는 버너(2)에 연료 가스를 공급하는 가스 공급관, (6)은 열교환기(4)를 통하여 배관된 급탕관, (7)은 연소실(3)내의 버너(2)에 연소용 공기를 공급하는 송풍기, (8)은 급탕기의 작동 제어를 행하는 콘트롤러, (9)는 출탕 온도의 설정 조작 등을 행하기 위한 조작기이다. 연소실(3)에는 버너(2)를 점화하기 위한 불꽃 방전을 발생시키는 점화 전극(10)과 버너(2)의 연소 상태(실화 및 착화의 유무 등)를 검지하는 열전대(11)가 배치되어 있다.

송풍기(7)는 연소용 공기의 도입로(12)의 흡기구(13)로 향하여 위치하며, 도입로(12)내에 설치된 팬(fan:14)과 팬(14)을 회전 구동하는 팬모터(15)로 구성되고, 팬(14)의 회전에 의해 버너(2)의 연소에 필요한 연소용 공기를 도입로(12)의 흡기구(13)로부터 흡인하여 그 연소용 공기를 도입로(12)를 통하여 연소실(3)에 공급한다.

그리고, 도입로(12)에는 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 유량을 검출하는 공기량 검출수단인 공기흐름센서(16)가 설치되어 있다.

가스 공급관(5)에는 그 상류측으로부터 차례로 가스 공급관(5)을 개폐하는 주전자 밸브(17)와, 상기 가스 공급관(5)으로부터 버너(2)에 공급되는 연료 가스의 공급량을 조절하는 비례제어 밸브(18)가 설치되어 있다.

급탕관(6)에는 열교환기(4)의 상류측에서 급탕관(6)의 통수량을 검출하는 유량센서(19)와 열교환기(4)에 공급되는 물의 온도를 검출하는 입수온도 센서(20)가 설치되어 있고, 또한, 열교환기(4)의 하류측에는 열교환기(4)에서 가열된 물의 온도를 검출하는 출탕온도 센서(21)가 설치되어 있다. 이 경우, 입수온도 센서(20) 및 출탕온도 센서(21)는, 예를 들어, 감열저항 소자인 서미스터(thermistor)에 의해 구성된 것이다.

그리고, 급탕관(6)이 하류 단부는, 예를 들어, 부엌 등의 급탕전(도시하지 않음)에 접속된다.

조작기(9)에는 출탕 목표온도의 설정을 행하는 온도설정 스위치(22)와 출탕 목표온도나 급탕기 이상 등을 알려주는 표시기(23)가 구비되어 있다.

콘트롤러(8)는 마이크로 컴퓨터나 메모리, I/O 유니트 등의 전자회로에 의해 구성된 것으로, 각 센서(16), (19), (20), (21) 및 열전대(11)를 통하여 각기 검출되는 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량, 급탕관(6)의 통수량, 입수 온도 및 출탕 온도 및 버너(2)의 연소 상태 검출 데이터 등에 기초하여 점화 전극(10), 팬모터(15), 주전자 밸브(17), 비례제어 밸브(18), 표시기(23)의 작동을 제어한다.

여기에서, 제2도~제5도를 참조하여, 콘트롤러(8)에 의하 급탕기의 제어 동작에 대하여 설명한다.

사용자가 제2도에 도시된 급탕관(6)의 하류측의 선단에 취부된 급탕전(도시하지 않음)을 조작하여 유량 센서(19)에 의해 급탕관으로의 통수가 검출되면, 콘트롤러(8)는 팬모터(15)를 구동하여 버너(2)에 연소용 공기의 공급을 개시한다. 또한, 콘트롤러(8)는 주전자 밸브(17)를 열어 버너에 연료 가스의 공급을 개시한다. 그리고, 상기와 같은 상태에서, 콘트롤러(8)는 점화 전극(10)에 도시되지 않은 스파커(고전압 발생회로)를 통하여 불꽃 방전을 발생시켜 버너(2)를 점화하고, 버너(2)의 연소를 개시한다.

콘트롤러(8)는, 제3도에 도시된 바와 같이, 비례밸브 제어수단(30), 목표 연소량 산출부(31), 송풍 제어수단(32), 변화율 설정수단(33) 및 조절 정지수단(34)을 구비한다. 버너(2)의 연소가 개시되면, 목표 연소량 산출부(31)는 유량 센서(19), 입수온도 센서(20) 및 출탕온도 센서(21)에 의해 각기 검출되는 급탕관(6)의 통수량, 입수 온도 및 출탕 온도의 검출 데이터와 탕온도 설정스위치(22)에 의해 설정된 출탕 온도의 목표 온도에 기초하여 출탕 온도를 목표 온도로 일치시키기 위한 버너(2)의 목표 연소량을 시시각각 구한다.

그리고, 송풍 제어수단(32)에구비된 목표 공기량 산출부(35)는 상기 목표 연소랴에 따른 연소용 공기의 공급량을 산출하며, 그 공급량을 목표 공기량으로 하여 통전량 산출부(36)에 지시한다. 상기 통전량 산출부(36)는 목표 공기량 산출부(35)로부터 지시된 목표 공기량이 공기흐름센서(16)에 의해 검출된 실제로 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 유량과 일치하도록 팬모터(15)로의 통전량을 조절한다.

제4도는 상기 송풍 제어수단(32)에 의한 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량 제어 동작을 도시한 흐름도이다. 제4도를 참조하면, 송풍 제어수단(32)은 단계(STEP1), 단계(STEP2)에서 각각 F1, F2에 0을 대입(리셋)한다. 상기 플래그(F1), (F2)는 각각 후술하는 타이머(T1), (T2)의 재기동을 금지하기 위한 것이다.

송풍 제어수단(32)은 단계(STEP3)에서 보정값(β)에 1을 대입한다. 보정값(β)의 값은, 이후 통전량 산출부(36)에 의해 목표 공기량 산출부(35)에 따라 지시된 목표 공기량과 공기흐름 센서(16)에 의해 검출된 실제로 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 유량과의 차에 따라 가변되어, 아래의 식에 의해 팬모터(15)로의 통전량이 결정된다.

통전량=기준 통전량×보정값(β)

그리고, 기준 통전량은 목표 공기량 산출부(35)에 의해 산출된 목표 공기량에 따라 통전량 산출부(6)에 의해 결정된다.

단계(STEP4)에서 공기흐름 센서(16)에 의해 검출된 실제의 공기량이 상기 목표 공기량×95% 이상일 때는 단계(STEP20)으로 진행한다. 그리고, 단계(STEP20)에서 실제의 공기량이 목표 공기량×105% 이하일 때는 단계(STEP4)로 진행한다. 즉, 공기흐름 센서(16)에 의한 실제의 공기량 검출값이 상기 목표 공기량±5% 범위내일 때는, 단계(STEP4), (STEP20)이 반복 실행되어 보정값(β)은 변경되지 않는다.

이에 대하여, 단계(STEP4)에서 공기흐름 센서(16)에 의한 실제의 연소용 공기 공급량의 검출값이 상기 목표 공기량×95% 미만이었을 때는 단계(STEP5)로 진행하고(이때, 플래그(F1)=0), 통전량 산출부(36)에 의한 팬모터(15)로의 통전량 보정 동작이 개시된다. 통전량 산출부(36)는 단계(STEP6)에서 F1에 1을 대입(셋)하고, 단계(STEP7)에서 F2에 0을 대입(리셋)하고, 단계(STEP8)에서 고정 타이머(T1)를 기동한다.

단계(STEP9)에서 고정 타이머(T1)가 타임 업(time's up) 했을 때는, 단계(STEP10)으로 진행하여 플래그(F1)에 0이 대입(리셋)되고, 단계(STEP11)에서 통전량 산출부(36)에 의해 보정값(β)에 0.1이 가산된다. 이것에 의해, 통전량 산출부(36)에 의해 결정되는 팬모터(15)로의 통전량이 증가하여 팬모터(15)의 회전 속도가 상승한다.

단계(STEP9)에서 고정 타이머(T1)가 타임업하지 않았을 때는, 단계(STEP4)로 진행한다. 이때, 플래그(F1)는 1(셋 상태)이므로 단계(STEP5)에서 단계(STEP9)로 진행하고, 단계(STEP8)에서의 고정 타이머(T1)의 재기동이 정지된다.

상기 단계(STEP4-STEP11)의 처리에 의해, 단계(STEP4)에서 공기흐름 센서(16)에 의한 실제의 연소용 공기 공급량의 검출값이 상기 목표 공기량×95%가 되기까지, 단계(STEP9)에서 고정 타이머(T1)가 타임업할 때마다 팬모터(15)로이 통전량이 증가되어 팬모터(15)의 회전 속도가 상승한다.

또한, 단계(STEP20)에서 공기흐름 센서(16)에 의한 실제의 연소용 공기 공급량의 검출값이 상기 목표 공기량×105%를 넘었을 때는 단계(STEP21)로 진행하고(이때, 플래그(F2)=0), 통전량 산출부(36)는 단계(STEP22)에서 플래그(F2)에 1을 대입(셋)하고, 단계(STEP23)에서 플래그(F1)에 0을 대입(리셋)하여 단계(STEP24)에서 설정 시간이 1초인 고정 타이머(T2)를 기동한다.

단계(STEP25)에서 고정 타이머(T2)가 타임업 했을 때는, 단계(STEP26)으로 진행하여 플래그(F2)에 0이 대입(리셋)되고, 단계(STEP27)에서 통전량 산출부(36)에 의해 보정값(β)으로부터 0.1이 감산된다. 이것에 의해, 통전량 산출부(36)에서 산출되는 팬모터(15)로의 통전량이 감소하여 팬모터(15)의 회전 속도가 감소한다.

단계(STEP25)에서 고정 타이머(T2)가 타임업하지 않았을 때는, 단계(STEP4)로 진행한다. 이때, 플래그(F2)는 1(셋 상태)이므로 단계(STEP21)에서 단계(STEP25)로 진행하며, 단계(STEP24)에서의 고정 타이머(T2)의 재기동이 정지된다.

상기 단계(STEP4, STEP20-STEP27)의 처리에 의해, 단계(STEP20)에서 공기흐름 센서(16)에 의한 실제 공기량의 검출값이 상기 목표 공기량×105% 이하가 되기까지, 단계(STEP25)에서 고정 타이머(T2)가 타임업할 때마다 팬모터(15)로이 통전량이 감소되어 팬모터(15)의 회전 속도가 감소된다.

상기 통전량 산출부(36)의 동작에 의해, 흡기구(13)에 이물질 부착 등의 외란이 발생한 경우라도 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 상기 목표 공기량으로 유지된다. 그리고, 버너(2)에 공급되는 연료 가스의 공급량은 외란에 의하여 변화되지 않으므로 연소용 공기의 공급량과 연료 가스의 공급량과의 비(공연비)를 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 콘트롤러(8)에 구비된 비례밸브 제어수단(30)은, 제3도에 도시된 바와 같이, 기준전압 산출수단(37), 비교부(38), 보정값 산출부(39), 기본 통전량 산출부(41) 및 통전량 결정부(40)를 갖는다. 기본 통전량 산출부(41)는 목표 연소량 산출부(31)에서 산출된 목표 연소량을 얻기 위해 필요한 연료 가스의 공급량을 결정하여 그 연료 가스의 공급량에 따라 개도가 설정되도록 비례제어 밸브(18)로의 기본 통전량을 산출한다.

기준전압 산출수단(37), 비교부(38), 보정값 산출수단(39) 및 통전량 결정부(40)는 실제로 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량과 상기 목표 연소량에서의 연소에 필요한 연소용 공기의 공급량과의 비인 공기비(λ:실제의 공급 공기량/필요 공기량)을 소정의 기준 공기비(λB)로 유지하여 버너(2)를 연소시키기 위한 것들이다.

제1도의 그래프에 도시된 바와 같이, 버너(2)를 연소시킬 때의 열전대(11)의 열기전력(V)과 공기비(λ)와의 관계는 λ=1이고, 열전대(11)의 열기전력이 최대가 되는 위쪽으로 볼록한 2차 곡선이 된다. 그러므로, 기준 공기비(λB)를 1 이상의 값으로 설정했을 때, 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준 공기비(λB)에 대응한 기준전압(VB) 미만인 때에는, 비례제어밸브(18)의 개도를 크게 하여 버너(2)에 공급되는 연료 가스의 공급량을 증가시키고, 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB)을 초과할 때에는, 비례제어 밸브(18)의 개도를 작게 하여 버너(2)에 공급되는 연료 가스의 공급량을 감소시키는 것으로, 공기비(λ)를 기준 공기비(λB)로 유지하여 버너(2)를 연소시킬 수 있다.

그리고, 공기비가 클수록 버너(2)의 연소시에 발생하는 일산화탄소(CO)나 질소 산화물(NO_x)의 양이 감소하므로, 본 발명의 제1실시예에서는 기준 공기비(λB)를 1보다도 큰 1.3으로 설정하고 있다.

이하, 제5도에 도시된 흐름도를 참조하여, 비례밸브 제어수단(30)에 의한 공기비 제어의 작동에 대하여 설명한다.

비례밸브 제어수단(30)은 단계(STEP50, STEP51)에서 플래그(F3, F4)에 0을 대입(리셋)하고, 단계(STEP52)에서 보정값(α)에 1을 대입한다. 상기 플래그(F3, F4)는 각각 후술하는 가변 타이머(T3, T4)의 재기동을 금지하기 위한 것이다. 보정값(α)의 값은, 이후 보정값 산출부(39)에 의해 기준전압 산출수단(37)에 의해 상기 목표 연소량에 따라 결정되는 기준전압(VB)과 열전대(11)의 기전력(V)과의 차에 따라 변화되어, 다음의 식에 의해, 통전량 결정부(40)에서 비례제어밸브(18)로의 통전량이 결정된다.

통전량=기본 통전량×보정값(α)

그리고, 기본 통전량은 전술한 바와 같이, 기본 통전량 산출부(41)에서 목표 연소량 산출부(31)에 의해 결정된 목표 연소량에 따라 산출된다.

단계(STEP53)에서 비교부(38)에 의해 상기 기준전압(VB)과 열전대(11)의 열기전력(V)이 비교되고, 열전대(11)의 열기전력(V)이 그 기준전압(VB)-0.2mV 이상일 때는 단계(STEP70)로 진행하고, 단계(STEP70)에서 열전대의 열기전력(V)이 그 기준전압(VB)+1.2mV 이하일 때는 단계(STEP53)로 진행한다. 즉, 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB)±0.2mV의 범위일 때는 단계(STEP53, STEP70)가 반복 실행되며, 보정값(α)은 변경되지 않는다.

이에 대하여, 단계(STEP53)에서 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB)-0.2mV 미만일 때에는, 단계(STEP54)로 진행한다. 단계(STEP54)는 조절 정지수단(34)에 의한 처리이며, 통전량 산출부(36)에 의해 산출된 팬모터(25)로의 통전량의 보정값(β:팬모터(15) 회전수의 조절량에 대응)이 소정의 상한값을 초과한 경우, 즉, 공기흐름센서(16)에 의해 검출된 실제로 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 유량이 크게 감소한 때에, 단계(STEP55) 이후의 비례밸브 제어수단(30)에 의한 보정값(α)의 변경 처리를 금지한다.

상기 조절 정지수단(32)의 처리에 의해, 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 크게 감소하고, 이에 수반하여 공기비(λ)도 대폭적으로 감소했을 때, 비례 제어수단(30)에 의해 공기비(λ)에 대응하는 열전대(11)의 열기전력(V)을 상기 기준 공기비(λB)p 대응한 기준전압(VB)에 일치시키기 때문에, 버너(2)에 공급되는 연료 가스의 공급량이 감소되어 버너(2)의 연소량이 급격하게 감소되는 상황을 막을 수 있다. 그러므로, 급탕관(6)으로부터 출탕되는 탕의 온도가 급격하게 내려가서 사용자에게 불쾌감을 주는 일을 방지할 수 있다.

단계(STEP55)는 변화율 설정수단(33)에 의한 처리이며, 통전량 산출부(36)에 의해 산출된 팬모터(15)로의 통전량의 보정값(β:팬모터(15) 회전수의 조절량에 대응)의 값에 따라, 가변 타이머(T3)의 설정값이 제4도의 흐름도에 도시한 고정 타이머(T1)의 설정값인 1초 보다도 길고 또한, 보정값(β)의 값이 클수록 길어지도록 결정된다.

이 시점에서는, 플래그(F3)는 0이므로, 단계(STEP56)에서 단계(STEP57)로 진행하고, 단계(STEP57)에서 플래그(F3)에 1을 대입(셋)하고, 단계(STEP58)에서 플래그(F4)에 0을 대입(리셋)하여 단계(STEP59)에서 가변 타이머(T3)를 기동한다.

단계(STEP60)에서 가변 타이머(T3)가 타임업 했을 때는, 단계(STEP61)로 진행하여 플래그(F3)에 0이 대입되고, 단계(STEP62)에서 보정값 산출부(39)에 의해 보정값(α)에 0.1이 가산된다. 이것에 의해, 통전량 결정부(41)에 의해 결정되는 비례제어밸브(18)로의 통전량이 증가하여 비례제어밸브(18)의 개도가 크게 된다.

단계(STEP60)에서 가변 타이머(T3)가 타임업하지 않은 때는 단계(STEP53)으로 진행한다. 이때, 플래그(F3)는 1(셋 상태)이므로 단계(STEP56)에서 단계(STEP60)으로 진행하며, 단계(STEP59)에서의 타이머(T3)의 재기동이 금지된다.

상기 단계(STEP53-STEP62)의 처리에 의해, 단계(STEP53)에서 열전대(11)의 열기전력(V)이 상기 기준전압(VB)-0.2mV 이상이 되기까지, 단계(STEP60)에서 타이머(T3)가 타임업 할때마다 비례제어밸브(18)로의 통전량이 증가되어 비례제어밸브(18)의 개도가 커지게 된다.

또한, 단계(STEP70)에서 열전대(11)의 열기전력(V)이 상기 기준전압(VB)+0.2mV를 초과한 경우에는 단계(STEP71)로 진행한다. 단계(STEP71)는 조절 정지수단(34)에 의한 처리이며, 통전량 산출부(36)에 의해 산출된 팬모터(15)로의 통전량의 보정값(β:팬모터(15) 회전수의 조절량에 대응)이 소정의 상한값(이 경우는 +측)을 초과하 때, 즉, 공기흐름센서(16)에 의해 검출된 실제로 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 크게 증가한 때에, 단계(STEP72) 이후의 비례밸브 제어수단에 의한 보정값(α)의 변경 처리를 금지한다.

상기 정지수단(34)의 처리에 의해, 버너(2)에 공급되는 연소용 공기량이 증가하고, 이에 수반하여 공기비(λ)도 대폭적으로 증가했을 때, 비례 제어수단(30)에 의해 공기비(λ)를 상기 기준 공기비(λB)에 일치시키기 때문에, 버너(2)에 공급되는 연료 가스의 공급량이 증가되어 버너(2)의 연소량이 급격하게 증가하는 것을 막을 수 있다. 그러므로, 급탕관(6)으로부터 출탕되는 탕의 온도가 급격하게 올라가서 사용자에게 불쾌감을 주는 일을 방지할 수 있다.

단계(STEP77)는 변화율 설정수단(33)에 의한 처리이며, 통전량 산출부(36)에 의해 산출된 팬모터(15)로의 통전량의 보정값(β:팬모터(15) 회전수의 조절량에 대응)에 따라, 가변 타이머(T4)의 설정값이 제4도의 흐름도에 도시한 고정 타이머(T2)의 설정값인 1초 보다도 길고, 또한, 보정값(β)의 값(절대값)이 커질수록 길어지게 결정된다.

이 시점에서는, 플래그(F4)가 0이므로, 단계(STEP73)에서 단계(STEP74)로 진행하고, 단계(STEP74)에서 플래그(F4)에 1을 대입(셋)하고, 단계(STEP75)에서 플래그(F3)에 0을 대입(리셋)하여 단계(STEP76)에서 가변 타이머(T4)를 기동한다.

단계(STEP77)에서 가변 타이머(T4)가 타임업 했을 때, 단계(STEP78)로 진행하여 플래그(F4)에 0이 대입되고, 단계(STEP79)에서 보정값 산출부(39)에 의해 결정되는 비례 제어밸브(18)로의 통전량이 감소하여 비례 제어밸브(18)의 개도가 작아지게 된다.

단계(STEP77)에서 가변 타이머(T4)가 타임업하지 않을 때에는 단계(STEP53)으로 진행한다. 이때, 플래그(F4)는 1(셋 상태)이므로, 단계(STEP73)에서 단계(STEP77)로 진행하고, 단계(STEP76)에서 가변 타이머(T4)의 재기동이 금지된다.

상기 단계(STEP53, STEP70-STEP79)의 처리에 의해, 단계(STEP70)에서 열전대(11)의 열기전력(V)이 상기 기준전압(VB)±0.2mV 이하로 되기까지, 단계(STEP77)에서 가변 타이머(T4)가 타임업할 때마다 비례제어밸브(18)로의 통전량이 감소된다.

이상 설명한 비례밸브 제어수단(30)의 작동에 의해, 열전대(11)의 열기전력(V)을 상기 기준 공기비(λB)에 대한 상기 기준전압(VB)으로 유지하여 버너(2)를 연소시킬 수 있다.

여기에서, 제4도의 흐름도에 도시된 고정 타이머(T1), (T2)의 설정값은 1초로 고정되어 있기 때문에, 팬모터(15)로의 통전량의 보정값(β)을 증가 혹은 감소시킬 때의 그 통전량(팬모터(15)의 회전 속도에 대응)의 변화율(제1변화율)은 일정하게 된다.

그러므로, 단계(STEP55)에서 변화율 설정수단(33)에 의해 가변 타이머(T3)의 설정값을 고정 타이머(T1)의 설정값(1초)보다 긴 시간으로 설정하는 것으로 비례제어수단(30)에 의해 비례제어밸브(18)로의 통전량(비례제어밸브(18)의 개도에 대응)의 보정값(α)을 증가시킬 때의 그 통전량의 변화율(제2변화율)을 상기 제1변화율보다 작게할 수 있다.

즉, 송풍 제어수단(32)에 의한 팬모터(15)의 회전 속도의 제어 동작을 비례밸브 제어수단(30)에 의한 비례제어밸브(18) 개도의 제어 동작보다 선행시킬 수 있다.

또한, 단계(STEP55)에서 가변 타이머(T3)의 설정값을 통전량 산출부(36)에 의해 산출된 팬모터(15)로의 통전량의 보정값(β)이 클수록 긴 시간으로 설정하는 것으로, 팬모터(15)로의 전류 공급량이 증가하여 버너(2)에 공급된 연소용 공기의 양이 회복됨에 따라서 비례제어밸브(18)의 개도를 조절할 수 있다. 그러므로, 비례제어밸브(18) 개도의 보정량을 줄일 수 있으며, 버너(2)의 연소량이 대폭적으로 감소하는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 단계(STEP72)에서도 단계(STEP55)와 같이, 가변 타이머(T4)의 설정값을 고정 타이머(T2)의 설정값(1초)보다 긴 시간으로 설정하는 것으로, 송풍 제어 수단(32)에 의한 팬모터(15)의 회전 속도의 제어 동작을 비례밸브 제어수단(30)에 의한 비례제어밸브(18) 개도의 제어 동작보다 선행시킬 수 있다.

또한, 단계(STEP72)에서 가변 타이머 통전량 산출부(36)에 의해 산출된 팬모터(15)로의 통전량의 보정값(β)이 클수록 긴 시간으로 설정하는 것으로, 팬모터(15)로의 전류 공급량이 증가하여 버너(2)에 공급된 연소용 공기의 양이 감소함에 따라서 비례제어밸브(18)의 개도를 조절할 수 있다. 그러므로, 비례제어밸브(18) 개도의 보정량을 줄일 수 있으며, 버너(2)의 연소량이 대폭적으로 증가하는 것을 방지할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2실시예에 대하여, 제6도, 제7도를 참조하여 설명한다. 제6도는 제2실시예의 연소장치인 급탕기, 제7도는 제6도에 도시된 급탕기에 구비한 콘트롤러(8)의 제어 블록도이다.

제6도에 도시된 본 발명의 제2실시예의 급탕기는 제2도에 도시된 상기 제1실시예의 급탕기와 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량의 검출 방법 및 팬모터(15)의 회전 속도의 제어 방법이 다르다.

제6도를 참조하면, 본 발명의 제2실시예의 급탕기에는 상기 제1실시예의 급탕기의 도입로(12)에 설치되어 있는 공기흐름센서(16)가 없으며, 팬모터(15)의 회전 속도를 검출하는 회전속도 검출수단(24)과 팬모터(15)로의 통전량을 검출하는 전류 검출수단(25)을 구비한다.

취기구(13)의 폐색 등에 의해 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 감소하면, 팬(14)을 소정의 회전수로 회전시키기 위해 필요한 팬모터(15)로의 통전량이 감소한다. 즉, 팬(14)의 회전 속도(=팬모터(15)의 회전 속도)에 대한 팬모터(15)로의 통전량이 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 증감에 따라서 증감한다.

제7도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예의 콘트롤러(8)에 구비된 공기량 검출수단(70)은 이 팬(4)의 회전 속도와 팬모터(15)로의 통전량과의 관계로부터 버너(2)에 실제로 공급되는 연소용 공기의 양을 검출한다.

제7도를 참조하면, 본 발명의 제2실시예의 콘트롤러(8)는 상기 제1실시예와 송풍 제어수단(32)의 구성만 다르다. 본 발명의 제2실시예의 송풍 제어수단(32)은 목표 공기량 산출부(35), 목표 회전수 산출부(71), 통전량 산출부(6), 전류 검출 수단(25) 및 공기량 검출수단(70)으로 구성된다.

목표 공기량 산출부(35)는 상기 제1실시예와 같이, 목표 연소량 산출부(31)에 의해 산출된 목표 연소량에 따라 버너(2)에 공급하는 연소용 공기의 목표값인 목표 공기량을 산출한다. 목표 회전수 산출부(71)는 상기 목표 공기량과 공기량 산출수단(70)에 의해 산출된 실제로 버너(2)에 공급되는 연소용 공기량과 비교하여 양자를 일치시키기 위해 필요한 팬모터(15)의 목표 회전속도를 산출한다.

통전량 산출부(36)는 상기 목표 회전속도와 회전속도 검출수단(24)에 의해 검출되는 실제 팬모터(15)의 회전 속도가 일치하도록 팬모터(15)로의 통전량을 조절한다. 이것에 의해, 상기 제1실시예와 같이, 목표 공기량 산출부(35)에서 산출된 목표 공기량이 버너(2)에 공급되도록 팬모터(15)로의 통전량이 조절된다.

그리고, 비례밸브 제어수단(30)의 구성 및 동작은 상기 제1실시예와 같다.

또한, 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에서는 연소장치로서 급탕기를 예로 들어 설명했지만, 다른 연소기기, 예를 들어, 가스팬 히터에 대해서도 적용할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량이 급격하게, 또한 대폭적으로 감소하더라도 버너의 연소량은 급격하게 감소하지 않는 연소장치를 제공할 수 있게 되어, 보다 안정적인 연소와 더불어 사용자에게는 사용 편의를 도모할 수 있다.

Claims (3)

1. 버너, 비례제어밸브, 송풍기, 공기량 검출수단, 송풍제어수단을 갖춘 연소장치에 있어서, 상기 송풍기에 의해 버너에 공급되는 실제의 공기량과 그 버너의 연소에 필요한 공기량과의 비인 공기비에 대응한 열기전력을 발생하는 열전대와; 상기 열전대의 열기전력이 소정의 기준 공기비에 대응한 기준전압과 일치하도록, 상기 비례제어밸브의 개도(開度)를 상기 송풍제어수단에 의해 상기 송풍기의 회전 속도를 조절하는 때의 그 회전 속도의 변화율인 제1변화율 보다도 작은 제2변화율로 조절하는 비례밸브 제어수단을 구비함을 특징으로하는 연소장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 송풍기의 송풍량을 상기 기준 유량에 일치시키는데 필요한 상기 송풍제어수단에 의한 상기 송풍기의 회전 속도의 조절량이 커질수록, 상기 제2변화율을 작게 설정하는 변화율 설정수단을 설치한 것을 특징으로 하는 연소장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 송풍기의 송풍량을 상기 기준 유량에 일치시키는데 필요한 상기 송풍제어수단에 의한 상기 송풍기의 회전 속도의 조절량이, 소정의 상한값 이상인 때에는 상기 비례밸브 제어수단에 의해 상기 비례제어밸브의 개도(開度)의 조절을 정지하는 조절정지수단을 설치한 것을 특징으로 하는 연소장치.