KR100339098B1 - 가스 보일러의 연소 제어 방법 - Google Patents

가스 보일러의 연소 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무동력 팬을 이용하여 순풍이나 역풍으로 인하여 발생되는 연소 성능의 저하를 방지 할 수 있는 가스 보일러의 연소 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 방법에 있어서, 해당 출력 가스량에 대응하는 가스압 데이터, 비례변 전류 데이터, 팬 전압 데이터, 및 무동력 팬의 기준 회전수 데이터의 대응 관계를 나타내는 연소 제어 데이터를 저장한다. 가스 보일러가 연소하는 중에 무동력 팬의 회전수를 측정한다. 상기 저장된 상기 무동력 팬의 기준 회전수 데이터 및 상기 측정된 상기 무동력 팬의 회전수를 기초로 하여 팬 풍량이 정상 또는 비정상인지를 판단한다. 상기 팬 풍량이 정상인 경우 상기 저장된 상기 연소 제어 데이터를 기초로 하여 비례 제어를 통하여 팬 전압을 결정하고, 이 결정된 팬 전압에 의해 발생된 팬 풍량에 따라 상기 무동력의 회전수를 제어하며, 상기 팬 풍량이 비정상인 경우 상기 저장된 연소 제어 데이터를 기초로 하여 상기 팬 전압을 제어한다. 상기 방법에 의하면, 입력 전압 변동에 따른 회전수 편차를 없애 정전압 보상 기능이 가능하며, 팬 단품 마다의 시료 편차가 발생하여도 보상이 가능하다.

Description

가스 보일러의 연소 제어 방법{COMBUSTION CONTROL METHOD OF GAS BOILER}
본 발명은 연소 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무동력 송풍기 팬의 회전수를 이용하여 정확한 공기비 제어 연소를 수행하는 가스 보일러의 연소 제어 방법에 관한 것이다.
가스 보일러는 연탄이나 유류 사용 보일러에 비하여 사용상의 편리함과 무공해 청정 연료인 가스를 사용함으로써 환경 오염의 주요 인자인 이산화탄소 등의 유해 가스 발생량이 상대적으로 낮기 때문에 가정이나 산업 시설에서의 사용이 점점 증가되고 있는 형편이다. 가스 보일러는 열 효율을 높이기 위하여 외부와의 공기 이동이 차단되는 밀폐형이나 반 밀폐형이 주요 사용되므로 연료 가스의 연소에 필요한 공기를 외부에서 공급하기 위하여 강제로 공기를 불어 넣어 주는 송풍 팬을사용하고 있다. 가스 보일러는 송풍 팬이 설치되는 위치에 따라서 크게 연소실 하부에서 공기를 공급하는 강제 급기 방식, 및 연소된 공기를 강제로 배출하면서 고기를 공급하는 강제 배기 방식으로 분류된다. 강제 배기 방식의 가스 보일러는 연소실에서 연소된 배기 가스를 배기 연도에 송풍 팬을 설치하고 강제로 배출하는 동시에 연소실 하부에 형성된 급기구를 통하여 공기를 공급하며, 강제 급기 방식 가스 보일러는 연소실 하부에 송풍 팬을 설치하고 연소실로 연료의 연소에 필요한 공기를 공급한다.
이하, 종래의 가스 보일러의 비례 제어 연소 방법을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 종래의 가스 보일러의 비례 제어 연소 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
단계 S201에서, 제어부(110)는 가스 보일러(도시안됨)가 연소 조건에 있는 지의 여부를 판단한다. 단계 S201의 판단 결과, 상기 가스 보일러가 상기 연소 조건에 있지 않은 경우, 제어부(110)는 버너(102)를 제어하여 소화 동작을 수행하도록 한다(단계 S202). 이와는 달리, 상기 가스 보일러가 상기 연소 조건에 있는 경우, 제어부(110)는 프리 퍼지시 팬(104)에 일정한 전압을 인가하여 폐가스 및 생가스가 배출되도록 한다(단계 S203). 제어부(110)는 점화 플러그(106)를 제어하여 버너(102)에 제공된 공기에 대한 점화 동작을 수행하도록 하고(단계 S204), 그리고 버너(102)를 제어하여 연소 동작을 수행하도록 한다(단계 S205).
단계 S206에서, 제어부(110)는 적외선 센서(108)에 의해 감지된 염 전압이 정상 염 전압범위 내에 있는 지의 여부를 판단한다. 단계 S206의 판단 결과, 상기감지된 염 전압이 정상 염 전압 범위 내에 있는 경우 비례 제어를 통하여 가스압을 출력한다(단계 S207). 이와는 달리, 상기 감지된 염 전압이 정상 염 전압 범위 내에 있지 않은 경우, 상기 감지된 염 전압이 최대 기준 전압 이상인 지의 여부를 판단한다(단계 S208).
단계 S208의 판단 결과, 상기 감지된 염 전압이 최대 기준 전압 이상인 경우 팬 전압을 감소시킨다(단계 S209). 이와는 달리, 상기 감지된 염 전압이 최대 기준 전압 미만인 경우 상기 감지된 염 전압이 최소 기준 전압 이하인 지의 여부를 판단한다(단계 S210). 단계 S210의 판단 결과, 상기 감지된 염 전압이 최소 기준 전압 이하인 상기 팬 전압을 증가시킨다(단계 S211).
기존의 비례 제어 연소 방법은 출력의 최고치와 최저치 사이에 일정 간격으로 스텝화하여 그 스텝 마다 가스 비례 밸브 전류 값과 동력 팬 전압의 출력 값이 테이블화되어 마이크로컴퓨터에서 설정 수온 및 현재 온도의 상태에 따라서 일정한 값으로 연소 제어를 수행한다. 이때 팬 간의 시료 편차가 발생하며 입력 전압의 변동에 따라서 팬 회전수의 편차가 커져서 또한 순풍 및 역풍 조건에 따라서 불안전 연소가 발생하여 일산화탄소 값이 상승하게 된다.
이에 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 무동력 팬을 이용하여 순풍이나 역풍으로 인하여 발생되는 연소 성능의 저하를 방지 할 수 있는 가스 보일러의 연소 제어 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (i) 해당 출력 가스량에 대응하는 가스압 데이터, 비례 밸브 전류 데이터, 팬 전압 데이터, 및 무동력 팬의 기준 회전수 데이터의 대응 관계를 나타내는 연소 제어 데이터를 저장하는 단계; (ii) 가스 보일러가 연소하는 중에 무동력 팬의 회전수를 측정하는 단계; (iii) 단계 (i)에 저장된 상기 무동력 팬의 기준 회전수 데이터 및 단계 (ii)에서 측정된 상기 무동력 팬의 회전수를 기초로 하여 팬 풍량이 정상 또는 비정상인지를 판단하는 단계; (iv) 상기 팬 풍량이 정상인 경우 단계 (i)에서 저장된 상기 연소 제어 데이터를 기초로 하여 비례 제어를 통하여 팬 전압을 결정하고, 이 결정된 팬 전압에 의해 발생된 팬 풍량에 따라 상기 무동력의 회전수를 제어하며, 상기 팬 풍량이 비정상인 경우 상기 저장된 연소 제어 데이터를 기초로 하여 상기 팬 전압을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 연소 제어방법을 제공한다.
도 1은 종래의 가스 보일러의 비례 제어 연소 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 종래의 가스 보일러의 비례 제어 연소 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 보일러의 개략적인 구성도이다.
도 4(a)는 도 3에 도시된 급기팬 및 무동력 팬을 개략적으로 나타낸 사시도다.
도 4(b)는 도 3 및 도 4(a)에 도시된 무동력 팬의 일예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무동력 팬을 이용한 가스 보일러의 연소 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무동력 팬을 이용한 가스 보일러의 연소 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 도 6에 도시된 단계 S609의 비례 제어를 통한 무동력 팬의 회전수를 제어하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉
302: 배기 후드 304, 320: 무동력 팬
306: 홀 센서 308: 연소실
310: 팬 401: 팬 하우징
402: 축 404: 송풍기
406: 자석 502: 메모리
504: 버너 506: 점화 플러그
508: 제어부
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 보일러(300)의 개략적인 구성도이다. 배기 후드(302)의 일측면에 무동력 팬(304)이 설치된다. 팬 출구단에 무동력 팬(320)이 설치될 수 있다. 상기 무동력 팬(304)의 후면에는 무동력 팬(304)의 회전수를 측정하기 위한 홀 센서(306)가 설치된다. 상기 무동력 팬(304)에는 모터와 같은 동력 발생 수단이 부착되어 있지 않기 때문에, 무동력 팬(304)은 보일러가 작동하면서 팬에 의하여 공급되는 공기의 이동에 의하여 회전한다. 이때 무동력 팬(304)의 회전수는 일정한 회전수를 유지한다. 따라서, 장시간 사용에 따른 모터의 열화에 의한 팬의 회전수가 변경되더라도 무동력 팬(304)의 회전수는 자체 동력이 없기 때문에 증감되지 않는다.
도 4(a)는 도 3에 도시된 팬(310) 및 무동력 팬(304)을 개략적으로 나타낸 사시도다. 도 4(b)는 도 3 및 도 4(a)에 도시된 무동력 팬(304)의 일예를 나타낸 단면도이다.
무동력 팬(304)은 팬 하우징(401) 및 축(402)을 포함한다. 송풍기(404)는 팬 하우징(401) 내부에 수납되어 상기 축(402)의 주위를 둘러싸며 설치된다. 자석(406)은 상기 송풍기(404)의 외측에 회전 가능하게 장착된다. 홀 센서(306)는 무동력 팬(304)의 회전수를 측정하는 역할을 한다. 참조 번호 410, 412, 및 414는 각각 부싱, 스토퍼, 및 오링을 나타낸다. 참조 번호 416, 418 및 420은 홀더, 캡, 및 나사를 나타낸다.
도 5에는 본 발명의 실시예에 따른 무동력 팬을 이용한 가스 보일러의 연소 제어 장치가 도시되어 있다. 상기 가스 보일러의 연소 제어 장치는 홀 센서(306), 메모리(502), 버너(504), 점화 플러그(506), 및 제어부(508)를 포함한다.
홀 센서(306)는 제어부(508)의 제어 하에 무동력 팬(304)의 회전수를 측정한다. 메모리(502)는 해당 출력 가스량에 대응하는 가스압 데이터, 비례 밸브 전류 데이터, 급기팬 전압 데이터, 및 무동력 팬(304)의 기준 회전수 데이터의 대응 관계를 나타내는 연소 제어 데이터를 저장한다. 버너(504)는 제어부(508)의 제어 하에 소화 동작을 수행한다. 점화 플러그(506)는 제어부(508)의 제어 하에 버너(504)에 제공된 공기에 대한 점화 동작을 수행한다.
제어부(502)는 메모리(502)의 동작을 제어한다. 제어부(508)는 가스보일러(300)가 연소 조건에 있는 지의 여부를 판단한다. 상기 가스 보일러(300)가 상기 연소 조건에 있지 않은 경우, 제어부(508)는 버너(504)를 제어하여 소화 동작을 수행하도록 한다. 이와는 달리, 상기 가스 보일러(300)가 상기 연소 조건에 있는 경우, 제어부(508)는 프리 퍼지시 팬(310)에 일정한 전압을 인가하여 폐가스 및 생가스가 배출되도록 한다. 제어부(508)는 점화 플러그(506)를 제어하여 버너(504)에 제공된 공기에 대한 점화 동작을 수행하도록 하고, 버너(504)를 제어하여 연소 동작을 수행하도록 한다. 제어부(508)는 가스 보일러(300)가 연소하는 중에 홀 센서(306)를 제어하여 무동력 팬(304)의 회전수를 측정하도록 한다.
풍 량 가스량(kcal) 가스압(mmH2O) 비례밸브전류(mA) 팬전압(볼트) 회전수(rpm)
풍량 A 20,000 152 146 180 3,000
풍량 B 19,000 145 136 170 2,800
풍량 C 18,000 139 125 160 2,700
풍량 D 17,000 133 110 150 2,600
풍량 E 16,000 126 95 140 2,500
풍량 F 15,000 115 80 130 2,400
풍량 G 14,000 100 65 120 2,300
풍량 H 13,000 80 50 110 2,200
풍량 I 12,000 70 35 100 2,100
제어부(508)는 메모리(502)에 저장된 상기 무동력 팬(304)의 기준 회전수 데이터 및 단계 S607에서 측정된 상기 무동력 팬(304)의 회전수를 기초로 하여 팬 풍량이 정상인 지의 여부를 판단한다. 상기 팬 풍량이 정상인 경우 메모리(502)에 저장된 데이터를 기초로 하여 비례 제어를 통하여 팬 전압을 결정하고, 이 결정된 팬 전압에 의해 발생된 팬 풍량에 따라 상기 무동력 팬(304)의 회전수를 제어한다. 이와는 반대로, 상기 팬 풍량이 비정상인 경우, 제어부(508)는 상기 팬 풍량이 과대한 지의 여부를 판단한다. 상기 팬 풍량이 과대한 경우, 제어부(508)는 상기 팬 전압을 메모리(502)에 저장된 급기팬 전압 데이터를 기초로 한 전압으로 감소시킨다. 이와는 달리 상기 팬 풍량이 과소한 것으로 판단된 경우, 제어부(508)는 상기 팬 전압을 (표 1)에 나타낸 바와 같은 메모리(502)에 저장된 급기팬 전압 데이터를 기초로 한 전압으로 증가시킨다. 제어부(508)는 (표 1)에 나타낸 바와 같이 메모리(502)에 저장된 연소 제어 데이터를 기초로 하여 상기 팬 풍량을 측정한다. 제어부(508)는 상기 연소 제어 데이터를 이용하여 상기 측정된 팬 풍량에 해당하는 가스압을 출력한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 무동력 팬을 이용한 가스 보일러의 연소 제어 방법을 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무동력 팬을 이용한 가스 보일러의 연소 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
단계 S601에서 제어부(508)는 (표 1)에 나타낸 바와 같이 메모리(502)를 제어하여 해당 출력 가스량에 대응하는 가스압 데이터, 비례변 전류 데이터, 급기팬 전압 데이터, 및 무동력 팬(304)의 기준 회전수 데이터의 대응 관계를 나타내는 연소 제어 데이터를 저장하도록 한다.
단계 S602에서, 제어부(508)는 가스 보일러(300)가 연소 조건에 있는 지의 여부를 판단한다. 단계 S602의 판단 결과, 상기 가스 보일러(300)가 상기 연소 조건에 있지 않은 경우, 제어부(508)는 버너(504)를 제어하여 소화 동작을 수행하도록 한다(단계 S603). 이와는 달리, 상기 가스 보일러(300)가 상기 연소 조건에 있는 경우, 제어부(508)는 프리 퍼지시 팬(310)에 일정한 전압을 인가하여 폐가스 및 생가스가 배출되도록 한다(단계 S604). 그 후, 제어부(508)는 점화 플러그(506)를제어하여 버너(504)에 제공된 공기에 대한 점화 동작을 수행하도록 하고(단계 S605), 그리고 버너(504)를 제어하여 연소 동작을 수행하도록 한다(단계 S606).
단계 S607에서, 제어부(508)는 가스 보일러(300)가 연소하는 중에 홀 센서(306)를 제어하여 무동력 팬(304)의 회전수를 측정하도록 한다. 단계 S608에서, 제어부(508)는 메모리(502)에 저장된 상기 무동력 팬(304)의 기준 회전수 데이터 및 단계 S607에서 측정된 상기 무동력 팬(304)의 회전수를 기초로 하여 팬 풍량이 정상인 지의 여부를 판단한다.
단계 S608의 판단 결과, 상기 팬 풍량이 정상인 경우 메모리(502)에 저장된 데이터를 기초로 하여 비례 제어를 통하여 팬 전압을 결정하고, 이 결정된 팬 전압에 의해 발생된 팬 풍량에 따라 상기 무동력 팬(304)의 회전수를 제어한다(단계 609). 이와는 반대로, 상기 팬 풍량이 비정상인 경우 제어부(508)는 상기 팬 풍량이 과대한 지의 여부를 판단한다(단계 S610). 단계 S610의 판단 결과, 상기 팬 풍량이 과대한 경우, 제어부(508)는 상기 팬 전압을 메모리(502)에 저장된 급기팬 전압 데이터를 기초로 한 전압으로 감소시킨다(단계 S611). 이와는 달리 상기 팬 풍량이 과소한 것으로 판단된 경우, 제어부(508)는 상기 팬 전압을 표 1에 나타낸 바와 같은 메모리(502)에 저장된 급기팬 전압 데이터를 기초로 한 전압으로 증가시킨다.
도 7에는 도 6의 단계 S609의 비례 제어를 통한 무동력 팬(304)의 회전수를 제어하는 과정이 설명되어 있다.
단계 S701에서, 제어부(508)는 (표 1)에 나타낸 바와 같이 메모리(502)에 저장된 연소 제어 데이터를 기초로 하여 상기 팬 풍량이 풍량 A인 지의 여부를 판단한다. 단계 S701의 판단 결과, 상기 팬 풍량이 풍량 A인 경우, 제어부(508)는 풍량 A에 해당하는 가스압, 즉, 20,000kcal의 가스량이 연소실(308)에 공급되도록 152 mmH2O의 가스압이 출력되게 제어한다(단계 S702). 이와는 달리, 상기 팬 풍량이 풍량 A가 아닌 경우, 제어부(508)는 상기 팬 풍량이 풍량 B인 지의 여부를 판단한다(단계 S703).
단계 S703의 판단 결과, 상기 팬 풍량이 풍량 B인 경우, 제어부(508)는 풍량 A에 해당하는 91,000kcal의 가스량이 연소실(308)에 공급되도록 145 mmH2O의 가스압이 출력되게 제어한다(단계 S704). 이와는 달리, 상기 팬 풍량이 풍량 B가 아닌 경우 그리고 이후의 동작은 상기 단계 S701로부터 단계 S704 까지 행해진 방법과 동일한 방법으로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 입력 전압 변동에 따른 회전수 편차를 없애 정전압 보상 기능이 가능하며, 팬 단품 마다의 시료 편차가 발생하여도 보상이 가능하다. 또한 온도 상승에 따른 회전수 변화 및 내구성 저하로 발생되는 회전수 편차도 보상된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (2)

  1. (i) 해당 출력 가스량에 대응하는 가스압 데이터, 비례 밸브 전류 데이터, 팬 전압 데이터, 및 무동력 팬의 기준 회전수 데이터의 대응 관계를 나타내는 연소 제어 데이터를 저장하는 단계(S601);
    (ii) 가스 보일러가 연소하는 중에 상기 무동력 팬의 회전수를 측정하는 단계(S602∼S607);
    (iii) 단계 (i)에 저장된 상기 무동력 팬의 기준 회전수 데이터 및 단계 (ii)에서 측정된 상기 무동력 팬의 회전수를 기초로 하여 팬 풍량이 정상 또는 비정상인지를 판단하는 단계(S608); 및
    (iv) 상기 팬 풍량이 정상인 경우 단계 (i)에서 저장된 상기 연소 제어 데이터를 기초로 하여 비례 제어를 통하여 팬 전압을 결정하고, 결정된 팬 전압에 의해 발생된 팬 풍량에 따라 상기 무동력 팬의 회전수를 제어하고(S609), 상기 팬 풍량이 비정상인 경우 상기 저장된 연소 제어 데이터를 기초로 하여 상기 팬 전압을 제어하는 단계(S610∼S612)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 연소 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 단계 (iv)의 상기 무동력의 회전수를 제어하는 단계는
    (iv-1) 단계 (i)에서 저장된 연소 제어 데이터를 기초로 하여 상기 팬 풍량을 측정하는 단계(S701,S703), 및 (iv-2) 상기 연소 제어 데이터를 이용하여 단계 (iv-1)에서 측정된 팬 풍량에 해당하는 가스압 및 팬 전압을 출력하는 단계(S702,S704)를 포함하고;
    단계 (iv)의 팬 전압을 제어하는 단계는 (iv-a) 상기 팬 풍량이 과대한 지 또는 과소한 지를 판단하는 단계(S610); 및 (iv-b) 상기 팬 풍량이 과대 및 과소한 경우 상기 팬 전압을 단계 (ii)에서 저장된 상기 팬 전압 데이터를 기초로 한 전압으로 각각 감소 및 증가시키는 단계(S611,S612)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 보일러의 연소 제어 방법.
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