KR100345610B1 - 보일러의 연소 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보일러의 연소 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소제어센서를 이용하여 사용조건에 따라 연소상태를 조절하기 위한 보일러의 연소제어 방법에 관한 것이다. 이와같은 본 발명은 a) 연료밸브의 전류 및 팬의 전압을 소정치만큼 증가/감소시키는 단계; b) 이 (a) 단계에서 증가된 전류치가 소정시간동안 공급될 때 가변된 난방/온수온도를 측정하는 단계; c) 상기 (b) 단계에서 측정된 난방/온수온도, 소정시간, 및 전류치로부터 학습한 데이터를 근거로 하여 정수배한 소정시간 후의 난방/온수온도를 연산하는 단계; d) 이 (c) 단계에서 연산된 난방/온수온도와 설정치를 비교하고, 비교 결과 연산된 난방/온수온도와 설정치가 일치하면, 현재의 연료 밸브의 전류 및 팬 전압을 출력하고, 연산된 난방/온수온도와 설정치가 일치하지 않으면, 상기 연료 밸브의 전류 및 팬 전압을 소정치 만큼 증가/감소시키는 a) 단계로 진행하는 단계로 이루어지며, 연소불꽃의 색깔을 감지하여 밸브와 팬의 변화에 따른 연소경향을 학습하여 궤한시킴으로서, 외란의 영향을 받지 않고, 온/오프의 반복 동작 없이 설정치에 도달할 수 있다.

Description

보일러의 연소 제어 방법{A COMBUSTION CONTROLLING METHOD FOR A BOILER}
본 발명은 보일러의 연소 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소제어센서를 이용하여 사용조건에 따라 연소상태를 조절하기 위한 보일러의 연소 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 가스 보일러의 연소기는 연료를 공급하는 연료밸브, 연소용 공기를 공급하는 송풍팬, 상기 연로밸브에서 공급된 연료와 송풍팬에 의해 유입되는 공기의 혼합물을 연소시켜 불꽃을 발생하는 버너, 상기 버너의 점화에 의해 냉수를 온수로 교환하는 열교환기, 상기 버너로부터 발생된 연소가스를 배출하는 배기통, 상기 송풍팬의 회전수를 검출하는 회전수 감지센서, 상기 연소 챔버에 설치되어 불꽃색깔을 감지하는 불꽃감지센서, 및 상기 회전수 감지센서및 불꽃감지센서에서 감지된 회전수및 불꽃색깔에 따라 연소기의 전체동작을 제어하는 마이컴으로 구성되어 있다.
이와같이 구성된 종래의 가스 보일러의 연소기는 마이컴에 설정된 연료량에 의해 연료밸브가 열려 버너로 연료로 공급됨과 아울러 상기 마이컴의 제어에 따른 송풍팬의 회전수에 의해 공기가 버너로 공급된다.
상기 버너는 연료밸브에서 공급된 연료와 송풍팬에 의해 유입되는 공기의 혼합물을 연소시켜 열교환기를 가열하게 된다.
이에 따라 펌프에 의해 공급된 냉수가 열교환기에서 열교환되어 온수로 배출된다. 이때 연소 캠버에 설치된 불꽃감지센서는 불꽃색깔을 감지하여 마이콤에 입력하게 되고, 회전수 감지센서는 송풍팬의 회전수를 검출하여 마이컴에 입력하게 된다.
따라서, 상기한 마이콤은 회전수 감지센서및 불꽃감지센서에서 검출된 회전수 및 불꽃색깔에 따라 연료 밸브의 열림량과 송풍팬의 회전수를 제어하면서 정상적인 연소를 수행하게 된다. 이때 보일러를 난방/온수를 소정온도로 도달하기 위하여, 우선 보일러의 연소조건을 최대로 급격히 향상시킨 후 난방/온수온도가 소정온도에 도달되었다고 판단되면, 보일러를 오프시키는 온/오프의 반복으로 실행한다.
상기와 같은 보일러의 온/오프 동작으로 인해 보일러를 소정온도로 도달시키는 방법은 온도편차가 많이 발생하게 된다. 이러한 온도편차를 줄이기 위하여 비례제어(Propotional control), PI(Propotional and Intergrated control), 및 PID(Propotional and Intergrated and Differential control) 연산이 실행되나, 이러한 연산을 통해 온도편차의 줄이는 방법에 있어, P.I.D. 게인이 처음 제조시 설정치로 고정되어 있으므로, 설치조건, 예를 들어 배기 덕트의 길이, 외기온도 등 에 따라 연소조건을 변화시킬 수 없는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 보일러의 사용중 보일러의 온도를 즉시 인식하여 보일러의 온도를 제어할 수 있도록 한 보일러의 연소 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보일러의 연소 제어 방법은 a) 연료밸브의 전류 및 팬의 전압을 소정치만큼 증가/감소시키는 단계; b) 이 (a) 단계에서 증가된 전류치가 소정시간동안 공급될 때 가변된 난방/온수온도를 측정하는 단계; c) 상기 (b) 단계에서 측정된 난방/온수온도, 소정시간, 및 전류치로부터 사전에 미리 학습된 데이터를 근거로 하여 정수배한 소정시간 후의 난방/온수온도를 연산하는 단계; d) 이 (b) 단계에서 연산된 난방/온수온도와 설정치를 비교하고, 연산된 난방/온수온도와 설정치의 오차를 연산하며, 연산 결과에 따라 팬과연료 밸브의 조절량을 결정하고, 그 결정된 조절량으로 결정된 전류치로 변경하는 상기 (a) 단계로 진행시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 보일러의 구성을 보인 도.
도 2는 도 1의 보일러의 연소기의 구성을 보인 도.
도 3은 본 발명에 따른 보일러의 연소제어 방법을 보인 흐름도.
도 4는 도 3의 보일러의 온도변화량을 보인 도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
11 : 연료밸브 13 : 송풍팬
15 : 버너 17 : 열교환기
18 : 연소 캠버 19 : 배기통
21 : 불꽃감지센서 101 : 신호처리부
103 : 마이컴 105 : 부하구동부
이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 보일러의 구성을 보인 도로서, 연료를 공급하는 연료밸브(11), 연소용 공기를 공급하는 송풍팬(13), 상기 연료밸브(11)에서 공급된 연료와 송풍팬(13)에 의해 유입되는 공기의 혼합물을 연소시켜 불꽃을 발생하는 버너(15), 상기 버너(15)의 점화에 의해 냉수를 온수로 교환하는 열교환기(17), 상기 버너(15)로부터 발생된 연소가스를 배출하는 배기통(19), 연소 챔버(18)에 설치되어 버너(15)의 불꽃 색깔을 감지하는 불꽃감지센서(21)로 구성된다.
여기서, 도 2는 도 1에 따른 연소기의 제어부의 구성을 보인 도로서, 이에 도시된 바와 같이, 불꽃감지센서(21)로부터 공급되는 난방/온수온도를 디지털 신호로 처리하여 출력하는 신호처리부(101)와, 신호처리부(101)에서 공급된 디지털 신호와 현재 연료밸브(11)의 전류치(i+di), 전류치의 공급시간(ΔT)을 받아 정수배 공급시간(nΔT) 후의 난방/온수온도를 연산하여 이 연산결과에 따라 연료밸브(11)로 공급되는 전류가변치(di)를 가변시켜 보일러 연소기의 전체동작을 제어하는 마이컴(103)과, 이 마이컴(103)의 제어신호에 의해 연료밸브(11), 송풍팬(13)을 제어하는 부하구동부(105)로 구성되어 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에서 정수배(n)가 3인것을 예를 들어 설명한다.
먼저 마이컴(103)이 부하구동부(105)를 통해 송풍팬(13)과 연료밸브(11)를 제어하여 연소용 공기와 연료를 버너(15)에 공급하게 되고, 이때 버너(15)가 착화되면 상기 송풍팬(13)및 연료밸브(11)에 의해 공급된 연소용 공기와 연료가 연소되어 열교환기(17)를 가열하게 된다.
그리고, 상기 열교환기(17)로 유입된 냉수는 그 열교환기(17)를 순환하면서 열교환이 이루어져 온수로 배출되고, 또한 상기 버너(15)의 연소에 의해 생성된 가스는 열교환기(17)및 배기통(19)를 통해 배출된다.
한편, 현재의 열교환기(17)의 온수의 온도는 불꽃감지센서(21)에 의해 감지되고, 이 감지된 난방/온수온도(tb)는 신호처리부(101)를 통해 디지탈신호로 변환된후 마이컴(103)에 공급된다.
이때 마이컴(103)는 버너의 연소를 제어한다. 이 버너의 연소를 제어하는 과정은 도 3에 도시된 바와 같다. 즉, 연료밸브(11)를 통해 공급되는 전류(i)를 소정치(di)를 소정시간(ΔT)동안 공급한다. 이때 증가된 불꽃감지센서(21)의 난방/온수온도(t)를 측정한다. 그리고, 상기 소정시간(ΔT) 및 전류(i+di)로 부터 정수배 소정시간(3ΔT) 후의 난방/온수온도(tb)를 연산한다.
즉, 팬의 전압(VF)와 전류(i)가 소정치(DVF)(di)만큼 각각 증가하여 공급될 때 현재 난방/온수온도(t)가 t(-ΔT)+dt만큼 증가했다면, 소정시간(3ΔT)후의 난방/온수온도(tb)는 (t(-ΔT)+dt)+ 3dt(3ΔT)가 된다. 여기서, 소정시간(3ΔT)후의 난방/온수온도(t)는 설정치(t₂)와 일치하여야 한다. 그러므로, 3ΔT 시간 후의난방/온수 온도 (t(-ΔT)+dt)+ 3dt(3ΔT)= 설정치(t₂)를 만족하고, 여기서, 3dt(3ΔT) = (t₂- (t(-ΔT)+dt))을 만족한다.
한편, 소정시간(3ΔT)후의 전류량(i)는
를 만족한다.
이 전류량(i)를 만족하는 식으로 부터 소정시간(3ΔT)후의 온수/난방온도(tb)를 추정할 수 있으며, 이 소정시간(3ΔT)후의 난방/온수온도(tb)가 설정치(t₂)와 일치하도록 연료 밸브의 전류(i)를로 조절한다. 이때 팬의 전압(VF)도 상기에서 설명한 과정과 동일한 최적 연소 알고리즘에 의해 변화된다.
여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 소정시간(3ΔT)후의 난방/온수온도(tb)가 설정치(t₂)와 일치한다고 판단되면, 현재 전류변화량(di)만큼 다시 증가시켜 전류를 연료밸브(11)에 공급한다.
즉, 불꽃의 감지전압이 설정저납 보다 낮을 때 즉, 황염일 때는 공기량이 부족하므로, 팬의 전압(VF)를 VF+ dVF만큼 향상시키고, 이때 염전압 센서 전압이 Vs+dVs만큼 향상될 때 설정전압(Vc)에서 향상된 전압(Vs+dVs)를 감산하면 차전압(Ve+ dVe)가 된다. 여기서, 상기 전압의 가변치(dVF)는 다음식으로 부터 연산된다.
dVF= Ve(ΔVF/ dVS)로 결정되며, 현재 전압(VF)에서 가변치(dVF)를 더한 값으로 팬에 공급하고, 불꽃이 날리는 현상이 발생할 때도 상기와 같은 방법으로 팬의 전압이 조정된다.
즉, 불꽃의 색깔을 감지하는 불꽃감지센서의 설정전압도 연료 밸브및 팬의 조절량을 각각 변화시켜 설정값 즉, 최적 연소조건으로 보일러를 유지시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수시로 전류변화량및 팬의 전압을 가변시켜 설정치에 도달되므로, 사용조건에 따라 외란의 영향을 받지 않으며, 온/오프를 반복 수행하지 않고, 설정치에 한번에 정확하게 도달시킬 수 있다.
이상에서 설명된 바와같이, 본 발명은 전류변화량과 팬의 전압을 수시로 가변시켜 설정치에 도달시킴으로서, 특성이 다른 보일러의 온도제어가 가능하여 현재의 온도변화에 따라 도달하고자 하는 온도의 제어가 용이한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예를 들어 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고, 당업자의 통상의 지식의 범위내에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

Claims (2)

  1. a) 연료밸브의 전류 및 팬의 전압을 소정치만큼 증가/감소시키는 단계;
    b) 이 (a) 단계에서 증가된 전류치가 소정시간동안 공급될 때 가변된 난방/온수온도를 측정하는 단계;
    c) 상기 (b) 단계에서 측정된 난방/온수온도, 소정시간, 및 전류치로부터 학습한 데이터를 근거로 하여 정수배한 소정시간 후의 난방/온수온도를 연산하는 단계; 및
    d) 이 (c) 단계에서 연산된 난방/온수온도와 설정치를 비교하고, 비교 결과 연산된 난방/온수온도와 설정치가 일치하면, 현재의 연료 밸브의 전류 및 팬 전압을 출력하고, 연산된 난방/온수온도와 설정치가 일치하지 않으면, 상기 연료 밸브의 전류 및 팬 전압을 소정치 만큼 증가/감소시키는 a) 단계로 진행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계(d)가 연소기의 최적 연소 조건을 불꽃색깔로 감지하여 그 불꽃 색깔에 따라 밸브의 전류치와 팬의 전압을 변경하여 최적의 연소 불꽃 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 보일러의 연소 제어 방법.
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