KR100309875B1 - 연소장치 - Google Patents

Abstract

열전대의 기전력이 열전대의 변형이나 경년변화(經年變化)에 의해 감소했을 때 일산화탄소나 질소산화물이 대량으로 발생하지 않는 연소장치 및 그 제어방법을 제공한다.

열전대(11)의 열기전력이 기준공기비에 대응한 기준전압에 일치하도록, 열전대(11)의 열기전력이 그 기준전압을 초과할 때는 비례제어밸브(18)에 의해 버너에 공급되는 연료공급량을 감소시키는 제 1 제어를 행하고, 열전대(11)의 열기전력이 그 기준전압 미만일 때는 비례제어밸브(18)에 의해 버너에 공급되는 연료공급량을 증가시키는 제 2 제어를 행하는 비례밸브제어수단(30)을 구비하고, 비례밸브제어수단(30)은 상기 제 2 제어를 행하고 있을 때 비례제어밸브(18)를 소정의 제한개도(制限開度)까지 열린 상태가 소정시간 이상 계속(繼續)했을 경우에 버너의 연소를 정지한다.

Description

연소장치 및 그 제어방법{Combustion apparatus and control method thereof}

본 발명은 공기비를 일정하게 유지하여 안정된 연소를 행하는 연소장치 및 방법에 관한 것이다.

종래, 연소장치인 가스 급탕기나 가스 팬히터 등에 있어서 버너에 공급되는 연료가스의 공급량을 조절하는 비례제어밸브와 버너에 공급되는 연소용 공기의 공급량을 조절하는 송풍기를 구비하고, 예를 들어 흡기관이나 배기관의 폐색(閉塞)등의 외란(外亂)에 의해 연소용 공기의 공급량이 변화하더라도 버너에 대한 연료가스와 연소용 공기의 공급량의 비가 일정하게 유지되도록 버너에 공급되는 연료가스의 공급량 또는 연소용 공기의 공급량을 제어하는 소위 공연비 제어를 행하는 것으로 실화(失火)나 불완전연소가 발생하는 것을 방지하며 안정된 연소를 행하도록 하는 것이 알려져 있다.

상기 공연비 제어로서는, 예를들어 송풍기에 의해 실제로 버너에 공급되는 공기량과 버너에 공급되는 연료가스의 공급량에 따라 결정되는 연소에 필요한 공기량과의 비인 공기비(λ: 실제의 공급공기량/필요공기량)를 검출하는 공기비검출수단을 설치하고, 그 공기비 검출수단에 의해 검출되는 공기비(λ)가 1 이상의 소정 기준공기비(λB)로 유지되도록 비례제어밸브의 개도(開度)를 제어하는 것이 알려져 있다.

상기 공기비검출수단으로서는, 버너 가까이에 열전대를 설치하고 그 열전대의 열기전력(V)과 공기비(λ)와의 상관관계로부터 공기비(λ)를 검출하는 것이 있으며 이 열전대의 열기전력(V)과 공기비(λ)와의 상관관계는 도 1에 도시된 바와 같이 λ = 1에서 열전대의 열기전력(V)이 최대가 되는 위쪽으로 볼록한 2차 곡선이 된다.

그리고, 열전대의 열기전력(V)이 상기 기준공기비(λB)에 대응한 기준전압 (VB)을 초과할 때에는 상기 비례제어밸브에 의해 버너에 공급되는 연료공급량을 감소시켜 공기비(λ)를 크게 하고 기준전압(VB) 미만인 때에는 상기 비례제어밸브에 의해 버너에 공급되는 연료공급량을 증가시켜 공기비(λ)를 작게하는 것으로 공기비(λ)를 λ = λB로 유지하여 안정된 연소를 행할 수 있다.

그러나, 공기비(λ)에 대한 열전대의 열기전력(V)이 열전대의 변형이나 경년변화(經年變化)에 의해 감소하게 된다. 그리고 공기비(λ)에 대한 열전대의 열기전력(V)의 감소가 진행되었을 때 상기 비례제어밸브에 의해 버너에 공급되는 연료공급량을 증가시켜 공기비(λ)를 작게 하더라도 열전대의 열기전력(V)이 상기 기준공기비(λB)에 대응한 기준전압(VB)까지 증가하지 않는 상태가 된다.

따라서, 열전대의 열기전력(V)이 상기 기준공기비(λB)에 대응한 상기 기준전압(VB)에 가깝게 하도록 상기 비례제어밸브에 의해 버너에 공급되는 연료공급량을 증가시켜 공기비(λ)를 작게 하는 제어를 행하더라도 열전대의 열기전력(V)이 상기 기준전압(VB)에 도달하지 않기 때문에 공기비(λ)가 극단적으로 작은 상태에서 버너의 연소가 계속되고, 이로 인하여 버너의 연소시에 일산화탄소(CO)나 질소산화물(NO_X)이 대량으로 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 열전대의 열기전력이 열전대의 변형이나 경년변화에 의해 감소했을 때 버너의 연소를 정지시켜 일산화탄소나 질소산화물이 대량으로 발생하지 않도록 하는 연소장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 공기비와 열전대의 열기전력과의 상관그래프이고,

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 연소장치인 급탕기의 시스템 구성도이며,

도 3은 도 2의 급탕기에 구비한 콘트롤러의 블록도이며,

도 4는 도 3의 콘트롤러의 작동흐름도이며,

도 5는 도 3의 콘트롤러의 작동흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 급탕기본체 2 : 버너

3 : 연소실 4 : 열교환기

5 : 가스공급관 6 : 급탕관

7 : 송풍기 8 : 콘트롤러

9 : 조작기 10 : 점화전극

11 : 열전대 12 : 도입로

13 : 흡기구 14 : 팬(fan)

15 : 팬모터(fan motor) 16 : 회전속도센서

17 : 주전자밸브 18 : 비례제어밸브

19 : 유량센서 20 : 입수온도센서

21 : 출탕온도센서 22 : 온도설정스위치

23 : 표시부 30 : 비례밸브제어수단

31 : 목표연소량산출부 32 : 모터구동회로

33 : 기본통전량산출부 34 : 통전량결정부

35 : 기준전압산출부 36 : 비교부

37 : 보정값산출부 40 : 정지제어수단

41 : 전자밸브구동회로

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 연소장치는, 버너와, 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 조절하는 비례제어밸브와, 팬모터를 구동시켜 상기 버너에 연소용 공기를 공급하는 송풍기와, 상기 팬모터의 회전속도를 검출하는 회전 속도센서와, 상기 버너에 향하도록 설치되고 상기 버너의 연소시에 상기 송풍기에 의해 상기 버너에 공급되는 실제의 공기량과 상기 버너의 연소에 필요한 공기량과의 비(比)인 공기비에 따른 열기전력을 발생하는 열전대를 구비한 연소장치에 있어서, 상기 회전 속도센서의 검출신홍 따라 기준공기비에 대응하는 상기 열전대의 기준전압을 산출하는 기준전압산출부; 상기 열전대의 열기전력이 상기 기준전압산출부가 산출한 기준전압의 범위 내에 속하는지를 비교하는 비교부; 상기 비교부의 출력 신호 및 상기 열전대의 열기전력에 따라 보정값을 산출하는 보정값산출부; 상기 회전 속도센서의 검출신호에 따라 상기 비례제어벨브를 구동시킬 기본통전량을 산출하는 기본통전량산출부; 기본통전량산출부가 산출한 기본통전량과 상기 보정값산출부가 산출한 보정값으로 상기 비례제어밸브의 통전량을 조절하여 공기비를 제어하는 통전량결정부; 및 상기 보정값산출부 및 상기 통전량결정부의 출력신호로 상기 비례제어벨브가 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 증가시키는 지를 판단하고 판단 결과 연료공급량을 증가시킬 때 상기 비례제어밸브가 소정의 제한개도까지 열린 상태로 소정시간 이상 계속되거나 또는 열전대의 열기전력이 증가한 후 감소할 경우에 상기 버너의 연소를 정지시키는 정지제어수단을 구비함을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 제 1 실시 형태의 연소 제어방법은, 버너와, 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 조절하는 비례제어밸브와, 팬모터를 구동시켜 상기 버너에 연소용 공기를 공급하는 송풍기와, 상기 팬모터의 회전속도를 검출하는 회전 속도 센서와, 상기 버너에 향하도록 설치되고 상기 버너의 연소시에 상기 송풍기에 의해 상기 버너에 공급되는 실제의 공기량과 상기 버너의 연소에 필요한 공기량과의 비(比)인 공기비에 따른 열기전력을 발생하는 열전대를 구비하고, 상기 회전 속도센서의 검출신호에 따라 설정된 기준통전량과 상기 열전대의 열기전력에 따른 보정값으로 상기 비례제어밸브의 통전량을 조절하여 공기비를 제어하는 연소 제어방법에 있어서, 상기 보정값을 1로 설정하는 제 1 과정; 상기 열전대의 열기전력이 설정된 기준전압의 범위 내에 있는지 아닌 지를 판단하는 제 2 과정; 상기 제 2 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압의 범위 내에 있을 경우에 상기 보정값을 현재상태로 계속 유지하면서 상기 제 2 과정부터 반복 수행하는 제 3 과정; 상기 제 2 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압의 범위보다 높을 경우에 상기 보정값을 설정 값만큼 감산하고 상기 제 2 과정부터 반복 수행하는 제 4 과정; 상기 제 2 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압의 범위보다 낮을 경우에 상기 보정값이 상기 비례제어밸브가 소정의 제한개도까지 열리는 최대값인지를 판단하는 제 5 과정; 상기 제 5 과정에서 상기 보정값이 상기 비례제어밸브가 소정의 제한개도까지 열리는 최대값이 아닐 경우에 상기 보정값을 설정값만큼 증가시킨 후 상기 제 2 과정부터 반복수행하는 제 6 과정; 및 상기 제 5 과정에서 상기 보정값이 상기 비례제어밸브가 소정의 제한개도까지 열리는 값일 경우에 시간을 카운트하고 설정시간 이상 계속 상기 보정값이 상기 비례제어밸브가 소정의 제한개도까지 열리는 값일 경우에 상기 버너의 연소를 정지시키는 제 7 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 비례밸브제어수단은, 상기 버너의 연소시에 상기 열전대의 열기전력이 상기 기준전압 미만일 때 상기 비례제어밸브의 개도를 크게하여 상기 열전대의 열기전력이 상기 기준전압과 일치하기까지 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 증가시키는 제어를 행한다. 그러나, 상기 열전대의 변형이나 경년변화등에 의해 공기비에 대한 열전대의 열기전력이 감소했을 때는 상기 비례제어밸브를 소정의 제한개도까지 열고 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 증가시켜 공기비를 작게 하더라도 열전대의 열기전력이 상기 기준전압까지 증가하지 않는 상태가 되는 경우가 있다.

이와 같은 경우에, 본 발명에 의하면 상기 비례밸브제어수단이 갖는 정지제어수단은 상기 제 2 제어가 행해지고 있을 때 상기 비례제어밸브의 개도가 상기 제한개도인 상태가 상기 소정시간 이상 단속했을 때에는 공기비에 대한 상기 열전대의 열기전력이 감소하여 열전대의 열기전력이 상기 기준전압에 도달하지 않는다고 판단하고 상기 버너의 연소를 정지한다. 그러므로, 공기비가 작은 상태에서 버너의 연소가 속행되는 일이 없으며, 이로 인하여 일산화탄소나 질소산화물이 대량으로 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 2 실시 형태의 연소 제어방법은, 버너와, 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 조절하는 비례제어밸브와, 팬모터를 구동시켜 상기 버너에 연료용 공기를 공급하는 송풍기와, 상기 팬모터의 회전속도를 검출하는 회전속도센서와, 상기 버너에 향하도록 설치되고 상기 버너의 연소시에 상기 송풍기에 의해 상기 버너에 공급되는 실제의 공기량과 상기 버너의 연소에 필요한 공기량과의 비(比)인 공기비에 따른 열기전력을 발생하는 열전대를 구비하고, 상기 회전 속도센서의 검출신호에 따라 설정된 기준통전량과 상기 열전대의 열기전력에 따른 보정값으로 상기 비례제어밸브의 통전량을 조절하여 공기비를 제어하는 연소 제어방법에 있어서, 상기 보정값을 1로 설정하는 제 11과정; 상기 열전대의 열기전력이 설정된 기준전압의 범위 내에 있는지 아닌 지를 판단하는 제 12 과정; 상기 제 12 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압의 범위 내에 있을 경우에 상기 보정값을 현재 상태로 계속 유지하면서 상기 제 12 과정부터 반복 수행하는 제 13 과정; 상기 제 12 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압의 범위보다 높을 경우에 상기 보정값을 설정 값 만큼 감산하고 상기 제 12 과정부터 반복 수행하는 제 14 고정; 상기 제 2 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압의 범위보다 낮을 경우에 상기 보정값을 설정값만큼 증가시킨 후 열전대의 열기전력이 증가한 후 감소하는지를 판별하는 제 15 과정; 및 상기 제 15 과정에서 열전대의 열기전력이 증가한 후 감소하지 않을 경우에 상기 제 12 과정으로 복귀하고 열전대의 열기전력이 증가한 후 감소할 경우에 상기 버너의 연소를 정지시큰 재 16 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

공기비와 열전대의 열기전력의 상관그래프는 공기비가 1일 때 열전대의 열기전력이 최대가 되는 위쪽으로 볼록한 2차곡선이 된다. 그러므로, 상기 비례밸브제어수단이 비례제어밸브에 의해 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 증가시켜 공기비를 작게 했을 때, 열전대의 열기전력이 상기 기준전압에 도달하지 않고 증가한 후에 감소하는 것이 검지되었다는 것은 열전대의 변형이나 경년변화에 의해 공기비에 대한 열전대의 열기전력이 감소하여 상기 기준전압까지 증가하지 못하였다고 판단할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면 상기 비례밸브제어수단이 갖는 정지제어수단은, 상기 제 2 제어가 행해지고 있을 때에 열전대의 열기전력이 증가한 후에 감소한 것을 검지했을 경우에는 공기비에 대한 상기 열전대의 열기전력이 감소한 것으로 판단하여 상기 버너의 연소를 정지한다. 그러므로, 종래와 같이 열전대의 열기전력이 증가한 후에 감소할 경우 즉, 공기비가 1 미만으로 된 후에도 버너의 연소를 속행하는 일이 없으며, 인로 인하여 일산화탄소나 질소산화물이 대량으로 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 - 도 4를 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태의 연소장치에 구비한 열전대의 열기전력과 공기비와의 상관그래프이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 연소장치인 급탕기의 시스템 구성도이며, 도 3은 도 2에 도시한 급탕기의 공기비의 제어 블록도이며, 도 4는 도 2에 도시된 급탕기의 공기비의 제어동작을 도시한 신호 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시형태의 급탕기는 사용자가 설정한 목표온도의 탕(湯)을 출탕하는 것으로서, 부호 1은 급탕기 본체이고, 부호 2는 급탕기 본체(1) 내에 형성된 연소실(3)에 수용된 버너이며, 부호 4는 연소실(3)의 상방에서 급탕기 본체(1) 내로 설치된 열교환기이며, 부호 5는 버너(2)에 연료가스를 공급하는 가스공급관이며, 부호 6은 열교환기(4)를 통하여 배관된 급탕관이며, 부호 7은 연소실(3) 내의 버너(2)에 연소용 공기를 공급하는 송풍기이며, 부호 8은 급탕기의 작동제어를 행하는 콘트롤러이며, 부호 9는 출탕온도의 설정조작 등을 행하기 위한 조작기이다. 상기 연소실(3)에는 버너(2)를 점화하기 위한 불꽃방전을 발생시키는 점화전극(10)과 버너(2)의 연소상태(실화나 착화의 유무 등)를 검지하는 열전대(11)가 배치되어 있다.

상기 송풍기(7)는 연소용 공기의 도입로(12)의 흡입구(13)로 향하며 도입로 (12) 내에 설치된 팬(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, 팬모터(15)에는 팬모터(15)의 회전속도를 검출하는 회전속도센서 (16)가 설치되어 있다.

가스공급관(5)에는 그 상류측으로부터 차례로 가스공급관(5)을 개폐하는 주전자밸브(17)와 가스공급관(5)으로부터 버너에 공급되는 연료가스의 공급량을 조절하는 비례제어밸브(18)가 설치되어 있다.

급탕관(6)에는 열교환기(4)의 상류측에 급탕관(6)의 통수량을 검출하는 유량센서(19)와 열교환기(4)에 공급되는 물의 온도를 검출하는 입수온도센서(20)가 설치되며 또한, 열교환기(4)의 하류측에는 열교환기(4)에서 가열된 물의 온도를 검출하는 출탕온도센서(21)가 설치되어 있다. 이 경우, 입수온도센서(20) 및 출탕온도센서(21)는 예를 들어 감열저항소자인 서미스터(thermistor)로 구성된 것이다.

그리고, 급탕관(6)의 하류단부는 예를 들어 부엌 등의 급탕관(도시하지 않음)에 접속된다.

조작기(9)에는 출탕목표온도의 설정을 행하는 온도설정스위치(22)와 출탕목표온도나 급탕기의 이상 등을 알려주는 표시기(23)가 구비되어 있다.

상기 콘트롤러(8)는 마이크로컴퓨터나 메모리, I/O유니트 등의 전자회로에 의해 구성된 것이며 각 센서(16), (19), (20), (21) 및 열전대(11)를 통하여 각각 검출되는 팬모터(15)의 회전속도와, 급탕관(6)의 통수량과, 입수온도 및 출탕온도 및 버너(2)의 연소상태 검출데이터 등에 기초하여 점화전극(10)이나 팬모터(15), 주전자밸브(17), 비례제어밸브(18), 표시기(23)의 작동을 제어한다.

여기에서, 도 3을 참조하여 콘트롤러(8)에 의한 급탕기의 기본적 작동제어의 개요를 설명한다.

사용자가 도 2에 도시된 급탕관(6) 하류측의 선단에 취부된 급탕전(도시하지 않음)을 조작하여 유량센서(19)에 의해 급탕관으로의 통수가 검출되면 콘트롤러(8)는 팬모터(15)를 구동하여 버너(2)에 연소용 공기의 공급을 개시한다. 또한, 콘트롤러(8)는 주전자밸브(17)를 열어 버너에 공급되는 연료가스의 공급을 개시한다. 그리고, 이 상태에서, 콘트롤러(8)는 점화전극(10)에 도시하지 않은 스파커(고전압 발생회로)를 통하여 불꽃방전을 발생시켜 버너(2)를 점화하여 버너(2)의 연소를 개시한다.

도 3에 도시한 바와 같이 콘트롤러(8)는 비례밸브제어수단(30)과, 목표연소량산출부(31)와, 모터구동회로(32)와 전자밸브구동회로(41)를 구비하고 버너(2)의 연소가 개시되면 목표연소량산출부(31)는 유량센서(19), 입수온도센서(20) 및 출탕온도센서(21)에 의해 각각 검출되는 급탕관(6)의 통수량, 입수온도 및 출탕온도의 검출데이터와 탕온도설정스위치(22)에 의해 설정된 출탕온도의 목표온도에 기초하여 출탕온도를 목표온도에 일치시키기 위한 버너(2)의 목표연소량을 각각 구한다.

그리고, 목표연소량산출부(31)는 상기 목표연소량에 따른 연소용 공기가 버너(2)에 공급되도록 모터구동회로(32)에 목표회전속도를 지시한다. 모터구동회로 (32)는 상기 목표회전속도와 회전속도센서(16)에 의해 검출되는 팬모터(15)의 실제회전속도가 일치하도록 팬모터(15)에 공급하는 전력을 조절한다.

비례밸브제어수단(30)은 그 내부에 구비한 기본통전량산출부(33)에 의해 회전속도센서(16)의 검출값에 따른 비례제어밸브(18)로의 통전량을 산출하고 통전량결정부(34)를 통하여 비례제어밸브(18)에 통전하여 비례제어밸브(18)의 개도를 가변하는 것으로 버너(2)에 공급되는 연료가스의 공급량을 조절한다. 이것에 의해, 급탕관(6)의 출탕온도가 상기 설정온도에 일치하도록 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량과 연료가스의 공급량이 조절된다.

또한, 비례밸브제어수단(30)은 팬(14)에 의해 실제로 버너(2)에 공급되는 연소용 공기의 공급량과 상기 목표연소량에서의 연소에 필요한 공기의 공급량과의 비인 공기비(λ: 실제의 공급공기량/필요공기량)를 소정의 기준공기비(λB)로 유지하여 연소를 행하는 기능을 갖는다. 비례밸브제어수단(30)에 구비된 기준전압산출부 (35), 비교부(36), 보정값산출부(37)는 이와 같은 공기비의 제어를 행하기 위한 것이다.

이하, 비례밸브제어수단(30)에 의한 공기비의 제어에 대하여 설명한다. 열전대(11)의 열기전력(V)과 공기비(λ)는 상관관계를 가지며, 그 상관그래프는 도 1에 도시된 바와 같이 공기비(λ) = 1에서 열기전력(V)이 최대가 되는 위쪽으로 볼록한 2차곡선이 된다. 그리고, 공기비(λ)가 클수록 연소시에 발생하는 일산화탄소(CO)나 질소산화물(NO_X)의 양이 감소하므로 본 발명의 제 1 실시 형태에서는 기준공기비 (λB)가 1 보다도 큰 1.3으로 설정되며 공기비(λ)가 1.3인 상태에서 버너(2)가 연소하도록 제어가 행해진다.

더우기, 실제의 제어는 공기비(λ)를 직접 다루지 않고 공기비(λ)에 대응하는 열전대의 열기전력(V)를 이용하여 행해진다. 즉, 도 1의 그래프에 있어서 기준공기비(λB)에 대응한 열기전력(VB)을 기준전압으로 하고 열전대(11)의 열기전력 (V)이 그 기준전압(VB) ± 0.2mV인 상태에서 버너(2)가 연소하도록 제어가 행해진다.

또한, 열전대(11)의 열기전력(V)과 공기비(λ)와의 상관그래프는 버너(2)의 연소량에 따라서 그 최대값과 기울기가 변화하므로 기준전압산출부(35)는 팬모터 (15)의 회전속도(버너(2)의 연소량에 대응)에 따라서 기준공기비(λB)에 대응하는 열전대(11)의 열기전력(VB)을 결정한다.

도 4의 신호 흐름도는 비례밸브제어수단(30)에 의한 공기비(λ)의 제어동작을 도시한 것이며 기본통전량산출부(33)에 의해 산출되는 비례제어밸브(18)로의 기본통전량을 기초로 다음의 수학식 1에 의해 비례제어밸브(18)로의 통전량을 조절하여 공기비(λ)를 제어하는 것이다.

[수학식 1]

통전량 = 기본통전량 × 보정값(α)

도 4를 참조하면, 비례밸브제어수단(30)은 단계(STEP1)에서 플래그(F)에 0을 대입(리셋)하고 단계(STEP2)에서 보정값(α)을 1(보정하지 않음)로 하고 단계 (STEP3)에서 비교부(36)에 의해 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) - 0.2mV 미만인지 아닌지를 판별한다. 상기 플래그(F)는 후술하는 바와 같이 단계(STEP5)에서 20초타이머의 기동제어를 행하기 위한 것이다.

비례밸브제어수단(30)은 단계(STEP3)에서 비교부(36)에 의해 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) - 0.2mV 미만이 아닌 것으로 판정되었을 때는 단계 (STEP20)로 진행하며, 단계(STEP20)에서 플래그(F)에 0을 대입(리셋)하고 단계 (STEP21)에서 비교부(36)에 의해 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) + 0.2 mV를 초과하고 있는지를 판정한다.

단계(STEP21)에서 비교부(36)에 의해 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압 (VB) + 0.2mV를 초과하고 있지 않은 것으로 판정되었을 때에는 단계(STEP3)로 진행한다. 즉, 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) ± 0.2mV범위 내에 있을 때에는 단계(STEP3, STEP20, STEP21)가 반복실행되어 보정값(α)의 증감 즉, 비례제어밸브(18)로의 통전량의 증감에 의한 비례제어밸브(18)의 개도의 조절은 행해지지 않는다.

이에 대하여, 단계(STEP21)에서 비교부(36)에 의해 열전대(11)의 열기전력 (V)이 기준전압(VB) + 0.2mV를 초과하고 있는 것으로 판정되었을 때는 단계 (STEP22)로 진행한다. 단계(STEP22)에서는 보정값산출부(37)에 의해 보정값(α)으로부터 0.1이 감산된다. 이것에 의해, 통전량결정부(34)에서 산출되는 비례제어밸브(18)로의 통전량이 감소된다.

그리고, 단계(STEP23)에서 3초가 경과되기를 기다려 단계(STEP3)로 진행한다. 단계(STEP3)에서 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) - 0.2mV 미만이 아닌 것으로 판정되고, 단계(STEP21)에서 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) + 0.2mV를 초과하고 있는 것으로 판정되었을 때에는 다시 단계(STEP22)에서 보정값산출부(37)에 의해 보정값(α)으로부터 0.1이 감산되고 통전량결정부(34)를 통하여 비례제어밸브(18)에 공급되는 통전량이 감소된다. 즉, 단계(STEP21)에서 열전대 (11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) + 0.2mV 이하로 되기까지 단계(STEP22)에서 비례제어밸브(18)로의 통전량을 감소시켜 비례제어밸브(18)의 개도를 작게하여 버너 (2)에 공급되는 연료가스의 공급량을 감소시키는 제 1 제어가 실행된다.

한편, 단계(STEP3)에서 비교부(36)에 의해 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) - 0.2mV 미만인 것으로 판정되었을 때는 단계(STEP4)로 진행하며, 단계(STEP4)에서 보정값(α)이 보정값(α)의 상한값인 1.5 미만일 때는 단계(STEP30)로 진행한다. 그리고, 단계(STEP30)에서 보정값산출부(37)는 보정값(α)에 0.1을 가산하고 통전량결정부(34)를 통하여 비례제어밸브(18)에 공급하는 통전량을 증가시키고, 단계(STEP31)에서 3초가 경과되기를 기다려 단계(STEP3)로 진행한다. 즉, 단계(STEP3)에서 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) - 0.2mV 이상으로 되기까지 단계(STEP30)에서 비례제어밸브(18)로의 통전량을 증가시켜 비례제어밸브(18)의 개도를 크게하여 버너(2)에 공급되는 연료가스의 공급량을 증가시키는 제 2 제어가 실행된다.

그리고, 비례밸브제어수단(30)이 상기 제 2 제어를 행하고 있을 때에 단계 (STEP4)에서 보정값(α)이 보정값(α)의 상한인 1.5가 되었을 경우에는 단계 (STEP5)로 진행한다. 단계(STEP5 - STEP9)는 비례밸브제어수단(30)에 구비한 정지제어수단(40)의 동작흐름도이다.

비례밸브제어수단(30)이 상기 제 2 제어를 행하고 있을 때에 단계(STEP4)에서 보정값(α)이 상한값인 1.5가 되었을 때는 플래그(F)는 0(리셋상태) 이므로 단계(STEP5)에서 단계(STEP6)로 진행한다. 그리고 정지제어수단(40)은 단계(STEP6)에서 플래그(F)에 1을 대입(셋)하고 단계(STEP7)에서 20초타이머를 스타트한다.

단계(STEP8)에서 20초타이머가 타임업(time's up)할 때 까지는 단계(STEP8)에서 단계(STEP3)로 진행한다. 이 때, 플래그(F)는 1(세트 상태)이므로 단계 (STEP5)에서 단계(STEP8)로 진행하고, 20초 타이머는 재기동되지 않는다. 그 때문에, 단계(STEP3)에서 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) - 0.2mV 미만인 동안에(STEP3, STEP4, STEP8)의 루프가 반복 실행된다.

단계(STEP3)에서 열전대(11)의 열기전력(V)이 기준전압(VB) - 0.2mV 이상으로 되었을 때는, 정지제어수단(40)은 그 동작을 중지하고 단계(STEP3)에서 단계 (STEP20)로 진행하여 플래그(F)에 0을 대입(리세트 상태)한다. 또, 단계(STEP8)에서 20초 타이머가 타임 업 했을 때에는, 그 이상 기다려도 열전대(11)의 열기전력 (V)이 기준전압(VB)까지 증가하지 않고 도 1의 B에 도시된 바와 같이 공기비(λ)에 대한 열전대(11)의 열기전력(V)이 감소한 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다. 그러므로, 정지제어수단(40)은 단계(STEP9)로 진행하고, 전자밸브구동회로(41)를 통하여 주전자밸브(17)로의 통전을 차단하고 주전자밸브(17)를 닫아 버너(2)의 연소를 정지한다.

도 1의 B에 도시한 바와 같이 상기 정지제어수단(40)에 의해 공기비에 대한 열전대(11)의 열기전력(V)이 감소했을 때는, 보정값(α)이 상한값인 1.5으로 된 후 20초가 경과한 시점에서 버너(2)의 연소가 정지된다. 그러므로 공기비가 작은 상태에서 버너(2)의 연소가 속행되어 일산화탄소(CO)나 질소산화물(NO_X)이 대량으로 발생하는 것을 방지할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 발명의 제 2 실시형태의 구성은 도 2 및 도 3에 도시된 상기 제 1 실시형태와 같으며, 공기비에 대한 열전대(11)의 열기전력(V)이 감소한 것으로 판단하는 조건이 다르다. 이하, 도 5에 도시된 흐름도에 따라서 본 발명의 제 2 실시형태의 공기비 제어방법에 대하여 설명한다.

도 5를 참조하면, 단계(STEP1 - STEP3) 및 단계(STEP20 - STEP23)의 상기 제 제어처리는 상기 제 1 실시 형태와 같으며, 단계(STEP3)에서 열전대(11)의 열기전력이 기준전압(VB) - 0.2mV 미만으로 판단되었을 때의 단계(STEP51) 이후의 처리 즉, 상기 제 2 제어의 처리방법이 다르다.

비례밸브제어수단(30)에 구비한 정지제어수단(40)은 단계(STEP51)에서 그 시점의 열전대(11)의 열기전력을 변수(VR)에 보지(保指)한다. 그리고 단계(STEP52)에서 보정값산출부(37)에 의해 보정값(α)에 0.1을 가산하고, 통전량결정부(34)를 통해 비례제어밸브(18)로의 공급전류를 증가시켜 비례제어밸브(18)의 개도를 크게 하여 버너(2)에 공급되는 연료가스의 공급량을 증가시킨다.

그리고, 단계(STEP53)에서 3초가 경과되기를 기다린 후 단계(STEP54)를 통하여(이 시점에서 F = 0) 단계(STEP55)로 진행하고, 단계(STEP55)에서 정지제어수단 (40)이 상기 (VR)에 보지된 3초 전의 열전대(11)의 열기전력 보다도 그 시점의 열전대(11)의 열기전력 쪽이 클 때 즉, 공기비(λ)의 감소에 대하여 열전대(11)의 열기전력(V)이 증가하는 도 1의 그래프의 공기비(λ)가 1을 초과하는 범위에 있을 때는 단계(STEP3)으로 진행한다. 즉, 단계(STEP3)에서 열전대(11)의 열기전력이 기준전압(VB) - 0.2mV 미만인 한, 단계(STEP3 - STEP55)가 반복 실행된다.

그리고, 단계(STEP55)에서 그 시점의 열전대(11)의 열기전력이 상기 변수 (VR)에 보지된 3초 전의 열전대(11)의 열기전력 이하로 되었을 때 즉, 도 1의 그래프에서 공기비(λ)의 감소에 대하여 열전대(11)의 열기전력(V)이 증가하지 않고 공기비(λ)가 1 이하인 영역에 있는 상태가 되었을 때에는 단계(STEP56)에서 플래그 (F)를 세트한다. 이것에 의해, 이후, 단계(STEP3)에서 열전대(11)의 열기전력이 기준전압(VB) - 0.2mV 미만인 한, 단계(STEP3 - STEP54, STEP57)가 반복 실행된다.

단계(STEP57)에서 그 시점의 열전대(11)의 열기전력이 상기 변수(VR)에 보지된 3초 전의 열전대(11)의 열기전력 미만으로 되었을 때 즉, 도 1의 그래프에서 공기비(λ)의 감소에 대하여 열전대(11)의 열기전력(V)이 감소하는 공기비(λ)가 1 미만인 영역에 있는 상태가 되었을 때는 단계(STEP58)로 진행한다.

상기와 같이, 공기비(λ)를 감소시켰을 때, 단계(STEP55, 56)에서 열전대 (11)의 열기전력이 증가로부터 감소로 변화하는 것을 검지했을 때에는 도 1의 그래프 B에 도시한 바와 같이 열전대(11)의 열기전력이 최대값(λ = 1일 때의 열기전력)을 초과한 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 이런 경우는 그 이상 보정값(α)을 증가시켜 공기비를 감소시키더라도 열전대(11)의 열기전력은 증가하지 않고 기준전압(VB)에 도달하는 일이 없다. 그러므로, 정지제어수단(40)이 단계(STEP58)에서 전자밸브구동회로(41)를 통하여 주전자밸브(17)로의 통전을 차단하고 주전자밸브(17)를 닫아 버너(2)의 연소를 정지시킨다.

상기 정지제어수단(40)의 동작에 의해, 공기비가 1 미만으로 된 후에도 버너 (2)의 연소가 속행되어 일산화탄소(CO)나 질소산화물(NOX)이 대량으로 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 1 및 2 실시 형태에 대하여, 정지제어수단(40)에 의해 공기비에 대한 열전대(11)의 열기전력이 감소한 것으로 판단되었을 때에 표시기 (23)에 의해 이상을 알려주도록 해도 좋다.

또한, 본 발명의 제 1 및 2 실시 형태에서는 연소장치로서 급탕기를 예로 설명했지만, 다른 연소장치 예를들어 가스팬히터에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 연소장치 및 방법에 의하면, 열전대의 기전력이 열전대의 변형이나 경년변화 등에 의해 감소했을 때 가스의 불완전연소로 인한 일산화탄소나 질소산화물의 대량발생을 방지하고 안정된 연소를 할 수 있다.

Claims (3)

1. 버너와, 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 조절하는 비례제어밸브와, 팬모터를 구동시켜 상기 버너에 연소용 공기를 공급하는 송풍기와, 상기 팬모터의 회전속도를 검출하는 회전속도센서와, 상기 버너에 향하도록 설치되고 상기 버너의 연소시에 상기 송풍기에 의해 상기 버너에 공급되는 실제의 공기량과 상기 버너의 연소에 필요한 공기량과의 비(比)인 공기비에 따른 열기전력을 발생하는 열전대를 구비한 연소장치에 있어서, 상기 회전속도센서의 검출신호에 따라 기준공기비에 대응하는 상기 열전대의 기준전압을 산출하는 기준전압산출부; 상기 열전대의 열기전력이 상기 기준전압산출부가 산출한 기준전압의 범위 내에 속하는지를 비교하는 비교부; 상기 비교부의 출력신호 및 상기 열전대의 열기전력에 따라 보정값을 산출하는 보정값산출부; 상기 회전 속도센서의 검출신호에 따라 상기 비례제어밸브를 구동시킬기 본통전량을 산출하는 기본통전량산출부; 상기 기본통전량산출부가 산출한 기본통전량과 상기 보정값산룰부가 산출한 보정값으로 상기 비례제어밸브의 통전량을 조절하여 공기비를 제어하는 통전량결정부; 및 상기 보정값산출부 및 상기 통전량결정부의 출력신호로 상기 비례제어밸브가 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 증가시키는 지를 판단하고 판단 결과 연료공급량을 증가시킬 때 상기 비례제어밸브가 소정의 제한개도까지 열린 상태로 소정시간 이상 계속되거나 또는 열전대의 열기전력이 증가한 후 감소할 경우에 상기 버너의 연소를 정지시키는 정지제어수단을 구비함을 특징으로 하는 연소장치.
2. 버너와, 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 조절하는 비례제어밸브와, 팬모터를 구동시켜 상기 버너에 연소용 공기를 공급하는 송풍기와, 상기 팬모터의 회전속도를 검출하는 회전속도센서와, 상기 버너에 향하도록 설치되고 상기 버너의 연소시에 상기 송풍기에 의해 상기 버너에 공급되는 실제의 공기량과 상기 버너의 연소에 필요한 공기량과의 비(比)인 공기비에 따른 열기전력을 발생하는 열전대를 구비하고, 상기 회전속도센서의 검출신호에 대응하는 기준통전량 및 상기 열전대의 열기전력으로부터 산출된 보정값으로 상기 비례제어밸브의 통전량을 조절하여 공기비를 제어하는 연소 제어방법에 있어서, 상기 보정값을 1로 설정하는 제 1 과정; 상기 열전대의 열기전력이 설정된 기준전압으로부터 소정 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 제 2 과정; 상기 제 2 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압으로부터 소정 범위 내에 있을 경우에 상기 보정값을 현재상태로 계속 유지하면서 상기 제 2 과정부터 반복 수행하는 제 3 과정; 상기 제 2 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압으로부터 소정 범위보다 높을 경우에 상기 보정값을 단위설정값 만큼 감산하고 상기 제 2 과정부터 반복 수행하는 제 4 과정;

   상기 제 2 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압으로부터 소정 범위보다 낮을 경우에 상기 보정값이 상기 비례제어밸브가 소정의 재한개도까지 열리는 최대값인지를 판단하는 제 5 과정;

   상기 제 5 과정에서 상기 보정값이 상기 비례제어밸브가 소정의 제한개도까지 열리는 최대값이 아닐 경우에 상기 보정값을 단위설정값 만큼 증가시킨 후 상기 제 2 과정부터 반복 수행하는 제 6 과정; 및

   상기 제 5 과정에서 상기 보정값으로 상기 비례제어밸브가 소정의 제한개도까지 열리는지 판단하고 설정시간 이상 계속 제한개도까지 열릴 경우에 상기 버너의 연소를 정지시키는 제 7 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 연소 제어방법.
3. 버너와, 상기 버너에 공급되는 연료공급량을 조절하는 비례제어밸브와, 팬모터를 구동시켜 상기 버너에 연소용 공기를 공급하는 송풍기와, 상기 팬모터의 회전속도를 검출하는 회전속도센서와, 상기 버너에 향하도록 설치되고 상기 버너의 연소시에 상기 송풍기에 의해 사익 버너에 공급되는 실제의 공기량과 상기 버너의 연소에 필요한 공기량과의 비(比)인 공기비에 따른 열기전력을 발생하는 열전대를 구비하고, 상기 회전속도센서의 검출신호에 대응하는 기준통전량 및 상기 열전대의 열기전력으로부터 산출된 보정값으로 상기 비례제어밸브의 통전량을 조절하여 공기비를 제어하는 연소 제어방법에 있어서, 상기 보정값을 1로 설정하는 제 11 과정; 상기 열전대의 열기전력이 설정된 기준전압으로부터 소정 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 제 12 과정; 상기 제 12 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압으로부터 소정 범위 내에 있을 경우에 상기 보정값을 현재상태로 계속 유지하면서 상기 제 12 과정부터 반복수행하는 제 13 과정; 상기 제 12 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압으로부터 소정 범위보다 높을 경우에 상기 보정값을 단위설정값 만큼 감산하고 상기 제 12 과정부터 반복 수행하는 제 14 과정;

   상기 제 2 과정에서 열전대의 열기전력이 기준전압으로부터 소정 범위보다 낮을 경우에 상기 보정값을 단위설정값만큼 증가시킨 후 열전대의 열기전력이 증가한 후 감소하는지를 판별하는 제 15 과정 ; 및

   상기 제 15 과정에서 열전대의 열기전력이 증가한 후 감소하지 않을 경우에 상기 제 12 과정으로 복귀하고 열전대의 열기전력이 증가한 후 감소할 경우에 상기 버너의 연소를 정지시키는 제 16 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 연소 제어방법.