KR100599170B1

KR100599170B1 - 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러 및 그것의 공연비제어방법

Info

Publication number: KR100599170B1
Application number: KR1020050035851A
Authority: KR
Inventors: 김시환
Original assignee: 주식회사 경동네트웍
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2006-07-12
Also published as: US20090308293A1; WO2006118368A1; JP4837728B2; CN100587356C; EP1877708A4; US7963236B2; JP2008539391A; EP1877708A1; CN101166938A

Abstract

본 발명은 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러 및 그것의 공연비 제어방법에 관한 것으로, 송풍기와 풍압센서, 풍압센서 전압 측정부, 풍압센서 전압보상부 및 컨트롤러를 포함하는 구성으로 이루어지며 풍압센서의 구성요소인 부품특성의 편차(오차)에 따른 노이즈 요인을 송풍기의 동작 전에 초기 기준전압에 맞게 미리 보상하여 줌으로써 공연비의 효율성을 극대화할 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 의하면, 연소효율의 극대화로 최적의 연비효과를 발휘할 수 있게 함과 더불어 유해가스의 배출을 극소화시키므로 환경오염을 미연에 방지되게 하는 유용함을 제공하며 이를 통해 제품의 신뢰성을 제고시켜주는 효과를 발휘한다.

송풍기, 풍압센서, 풍압센서 전압측정부, 풍압센서 전압보상부, 컨트롤러

Description

풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러 및 그것의 공연비 제어방법{BOILER AND METHOD FOR CONTROLLING AIR AND FUEL RATIO USING AIR PRESSURE SENSOR}

도 1은 종래기술에 따른 풍압센서가 구비된 보일러를 나타낸 구성도.

도 2는 종래기술에 따른 풍압센서에 대한 일예를 예시한 단면도.

도 3은 보일러 가동시 전압과 압력 관계를 설명하기 위해 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러를 나타낸 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 풍압센서를 이용한 보일러의 공연비 제어방법을 나타낸 블록 흐름도.

도 6은 본 발명에 따른 공연비 제어를 설명하기 위해 나타낸 전압과 압력 관계 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110: 송풍기, 120: 풍압센서

130: 풍압센서 전압측정부, 140: 풍압센서 전압보상부

150: 컨트롤러

본 발명은 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러 및 그것의 공연비 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최적의 연소효율 및 공연비 정밀제어를 구현할 수 있도록 하여 보일러의 연비를 개선할 수 있도록 함과 더불어 효율성을 크게 증대시킬 수 있도록 하며 제품의 신뢰성을 제고할 수 있도록 한 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러 및 그것의 공연비 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 기기로서 이와 같은 연소기기는 공기와 연료의 혼합비를 얼마나 정확하게 제어하느냐에 따라 연소효율이 결정되어진다.

이러한 보일러에는 공연비 제어를 위해 공기비례제어방식이나 전류비례제어방식 등이 적용되는데, 이 방식을 통해 송풍기의 회전수를 조절함에 따라 유입되는 공기압력에 비례하여 정확한 양의 연료를 공급함으로써 보일러의 연소효율을 높이고 유해가스의 배출을 최대한 억제할 수 있도록 하고 있다. 여기서, 공기비례제어방식은 요구되는 열량에 따라 연소용 공기의 공급량을 송풍기의 회전수로부터 환산하고 산출된 송풍기의 회전수에 따라 유입되는 공기압력으로 인해 공기비례밸브가 그 해당되는 만큼 자동으로 개폐되어 적정한 연료량을 공급함으로써 공연비를 적절히 유지할 수 있도록 한 것이고, 전류비례제어방식은 요구되는 열량에 따라 연소용 공기의 공급량을 송풍기의 회전수로부터 환산하고 송풍기의 회전수에 대응시켜서 연료공급용 전류비례밸브의 전류치를 제어하여 공연비를 적절히 유지할 수 있도록 한 것이다.

또한, 최근에는 유입되는 공기 압력을 차압을 이용하여 측정할 수 있도록 한 풍압센서가 구비된 보일러가 제시되고 있는데, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연소를 위한 공기를 흡입하는 송풍기(10)와, 상기 송풍기(10)에 의해 흡입되는 공기압력을 측정하는 풍압센서(20)와, 상기 풍압센서(20)로부터 측정된 공기압력 데이터를 받으며 입력되는 공기압력에 따라 연료공급관(40)을 통해 공급되는 연료량을 제어함과 더불어 공급되는 연료량에 따라 흡입되는 공기압력이 변동되는 경우 상기 송풍기(10)의 회전수를 조절하여 연료 공급량에 따라 적정한 풍량을 풍압센서로부터 측정되는 전압을 통해 유지할 수 있도록 송풍기를 제어하는 컨트롤러(30)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

이때, 도시하지는 않았으나, 송풍기(10) 내의 송풍통로 상에는 단면적 변화를 통해 차압을 형성하게 되는 벤추리관이 설치되어 있으며 이에 풍압센서(20)가 연결되고 이를 통해 풍압센서(20)는 벤추리관에서 형성되는 차압을 이용하여 공기압력을 측정하게 된다.

이렇게, 차압을 이용하여 공기압력을 측정하는 풍압센서(20)는 도 2의 일 예에 나타낸 바와 같이, 공기압력의 변화에 따라 상하 이동하도록 된 다이어프램(21)과 상기 다이어프램(21)에 탄성력을 부여하는 스프링의 탄성부재(22)와 상기 다이어프램(21)의 상하 이동에 따라 상승/하강하는 반사부재(23) 및 상기 반사부재(23) 의 이동량 차이를 감지하여 압력을 측정하게 되는 감지부재(24)를 포함하여 이루어지는 구성이다.

여기서, 상기 감지부재(24)는 발광소자와 수광소자로 구성되는데, 발광소자가 빛을 발광하게 되면 발광된 빛이 상기 반사부재(23)에 부딪혀 돌아오는 빛을 수광소자에서 수광하게 되는 구조이며 수광소자에서 수광되는 빛의 양에 따라 비례적으로 전류가 변화함에 따라 측정되는 전압 값이 서로 다름을 이용하여 감지해낼 수 있도록 한 것이다.

이러한 구성 및 작용의 풍압센서(20)는 본 출원인에 의해 실용신안 등록된 기술내용으로 이에 대한 더욱 상세한 설명은 실용등록 제0353005호의 내용을 참조하는 것으로 한다.

그런데, 상술한 바와 같은 풍압센서를 구비한 보일러의 종래기술에 의하면, 적절한 공연비를 통한 연소효율을 높일 수 있음은 물론 보일러에서 요구되는 정격출력에 따른 공연비를 갖도록 정밀 제어가 가능하기는 하나, 내열/내한 등에 의해 초기의 기준전압 값이 변화되는 특성과 장기간 사용 했을 시 발생하는 센서특성의 변화, 반사부재의 먼지나 이물정도, 스프링의 탄성력 변화 등에 의해 초기 기준값이 변화하는 단점이 있었다.

즉, 풍압센서의 특성 편차나 탄성부재인 스프링의 탄성특성에 따른 편차, 반사부재의 색상에 따른 편차 및 다이어프램의 고무특성에 따른 편차 등의 노이즈 요인을 제거하지 못하므로 인하여 최적의 연소효율이나 최적의 극대화된 공연비 제어를 수행하지 못하는 문제점이 있었다.

도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명하면, 도 3은 보일러 가동시 전압과 압력의 관계를 나타내는 그래프로서, 송풍기의 구동시 통상의 팬(fan) 전압이 0.3V 기준의 시작전압 및 3.2V 기준의 최대전압을 형성하는 표준곡선그래프를 나타내어야 하는데, 상술한 바와 같은 노이즈 요인 등에 의해서 표준곡선그래프에 비해 시작전압 및 최대전압이 전반적으로 동일 상승하거나 전반적으로 동일 하강하게 되는 상승곡선그래프 또는 하강곡선그래프를 형성하게 됨으로써 최적의 연소효율 및 정밀한 공연비의 제어를 불가능하게 함은 물론 제품의 신뢰성까지 저하되게 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 내열/내한 및 부품특성 편차 등에 의한 초기 기준전압의 변화를 극복할 수 있도록 함으로써, 즉 풍압센서의 노이즈 요인이 발생하더라도 이를 효율적으로 대처할 수 있도록 함으로써 최적의 연소효율 및 공연비 정밀제어를 구현할 수 있도록 하여 보일러의 연비를 개선시킬 수 있도록 함과 더불어 효율성을 크게 증대시킬 수 있도록 하며 제품의 신뢰성을 제고할 수 있도록 하는 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러 및 그것의 공연비 제어방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보일러는 연소를 위한 공기를 흡입하며 송풍통로 상에 차압을 형성되게 하는 벤추리관을 구비시킨 송풍기와, 상기 송풍기의 벤추리관과 연결되어지며 벤추리관에서 형성되는 차압을 이용하여 공기압력을 측정하는 풍압센서를 포함하여 구성되는 보일러에 있어서; 상기 송풍기의 동작 전에 풍압센서 전압의 초기값을 측정하기 위한 풍압센서 전압측정부와; 상기 풍압센서 전압측정부에 의해 측정된 데이터 값이 풍압센서 전압의 기준값을 초과하거나 또는 미달되는 경우 이를 기준전압으로 미리 보상하여주는 풍압센서 전압보상부와; 상기 풍압센서 전압측정부로부터 데이터를 입력받아 풍압센서 전압의 초기 기준전압과 비교하여 풍압센서 전압의 보상여부를 결정한 후 상기 송풍기를 동작시키며 상기 풍압센서로부터 측정된 공기압력 데이터를 통해 입력되는 공기압력에 따른 연료 공급량을 제어함과 더불어 공급되는 연료량에 따라 흡입되는 공기압력이 변동되는 경우 상기 송풍기의 회전수를 조절하여 연료 공급량에 따라 적정한 풍량을 풍압센서로부터 측정되는 전압을 통해 유지할 수 있도록 송풍기를 제어하는 컨트롤러를 포함되게 하는 구성을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공연비 제어방법은 사용자의 설정에 의한 보일러의 가동이 시작되면, 송풍기를 동작시키기 전에 풍압센서 전압의 초기값을 측정하는 제1단계와; 상기 단계에서 측정된 풍압센서 전압의 초기값이 통상의 초기 기준전압에 해당하는지를 판별하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 풍압센서 전압의 동작 전 초기값이 초기 기준전압에 해당되면 풍압센서 전압의 초기값 보상 없이 풍압센서를 이용한 공연비 제어의 일련의 과정을 수행되게 하는 제3단계와; 상기 제2단계에서 풍압 센서 전압의 동작 전 초기값이 표준의 초기 기준전압을 초과하면 그 초과된 기준전압만큼 낮게 보상하여 풍압센서 전압이 초기 기준전압을 유지되게 한 상태에서 풍압센서를 이용한 공연비 제어의 일련의 과정을 수행되게 하는 제4단계와; 상기 제2단계에서 풍압센서 전압의 동작 전 초기값이 표준의 초기 기준전압에 미달되면 그 미달된 기준전압만큼 높게 보상하여 풍압센서 전압이 초기 기준전압을 유지되게 한 상태에서 풍압센서를 이용한 공연비 제어의 일련의 과정을 수행되게 하는 제5단계로 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 풍압센서를 이용한 보일러의 공연비 제어방법을 나타낸 블록 흐름도이고, 도 6은 본 발명에 따른 공연비 제어를 설명하기 위해 나타낸 전압과 압력 관계 그래프를 각기 가리킨다.

첨부도면 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러는 연소를 위한 공기를 흡입하며 송풍통로 상에 차압을 형성되게 하는 벤추리관(미 도시됨)을 구비시킨 송풍기(110)와, 상기 송풍기(110)의 벤추리관과 연결되어지며 벤추리관에서 형성되는 차압을 이용하여 공기압력을 측정하는 풍압센서(120)와, 상기 송풍기(110)의 동작 전에 풍압센서 전압의 초기값을 측정하기 위한 풍압센서 전압 측정부(130)와, 상기 풍압센서 전압측정부(130)에 의해 측정된 데이터 값이 풍압센서 전압의 기준값을 초과하거나 또는 미달되는 경우 이를 기준전압으로 미리 보상하여주는 풍압센서 전압보상부(140)와, 상기 풍압센서 전압측정부(130)로부터 데이터를 입력받아 풍압센서 전압의 초기 기준전압과 비교하여 풍압센서 전압의 보상여부를 결정한 후 상기 송풍기(110)를 동작시키며 상기 풍압센서(120)로부터 측정된 공기압력 데이터를 통해 입력되는 공기압력에 따른 연료 공급량을 제어함과 더불어 공급되는 연료량에 따라 흡입되는 공기압력이 변동되는 경우 상기 송풍기(110)의 회전수를 조절하여 연료 공급량에 따라 적정한 풍량을 풍압센서로부터 측정되는 전압을 통해 유지할 수 있도록 송풍기를 제어하는 컨트롤러를 포함되게 하는 구성을 특징으로 한다.

첨부도면에 표기되었으나 설명되지 않은 미 설명부호 160은 연료 공급을 위한 연료공급관이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러의 작용을 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전원이 인가된 후 사용자의 설정에 의한 보일러의 가동이 시작되면, 송풍기(110)를 동작시키기 전에 풍압센서 전압 측정부(150)를 통해 풍압센서 전압의 초기값을 측정하게 되고 이 측정데이터를 컨트롤러(130)로 보낸다.

컨트롤러(130)는 입력된 풍압센서 전압의 초기값이 통상의 초기(start) 기준전압에 해당하는지를 판별한 후, 초기 기준전압에 해당되면 도 6에 나타낸 바와 같 은 표준곡선그래프를 형성하게 되므로 풍압센서 전압의 초기값 보상 없이 송풍기(110)를 동작되게 하고 차압을 이용하여 공기압력을 측정하는 풍압센서(120)로부터 측정데이터를 입력받아 공기압력에 따른 연료 공급량을 제어함과 더불어 공급되는 연료량에 따라 흡입되는 공기압력이 변동되는 경우 상기 송풍기(110)의 회전수를 조절하여 연료 공급량에 따라 적정한 풍량을 풍압센서로부터 측정되는 전압을 통해 유지할 수 있도록 송풍기를 제어하는 일련의 과정을 수행하게 된다.

또한, 컨트롤러(130)는 풍압센서 전압의 동작 전 초기값이 통상의 초기 기준전압을 초과하는 경우 도 6에 나타낸 바와 같이 표준곡선 위에 위치하는 상승곡선을 형성하게 되므로 풍압센서 전압 보상부(140)를 통해 초기 기준전압을 초과한 만큼 미리 보상하여 풍압센서 전압이 초기 기준전압을 유지되게 한 상태에서 송풍기(110)를 동작되게 하고 풍압센서(120)를 이용한 공기 비례제어를 수행되게 하며, 풍압센서 전압의 동작 전 초기값이 초기 기준전압에 미달되는 경우 도 6에 나타낸 바와 같이 표준곡선 아래에 위치되는 하강곡선을 형성하게 되므로 풍압센서 전압보상부(140)를 통해 초기 기준전압에 미달된 만큼 미리 보상하여 풍압센서 전압이 초기 기준전압을 유지되게 한 상태에서 송풍기(110)를 동작되게 하고 풍압센서(120)를 이용한 공기비례제어를 수행되게 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러는 풍압센서(120)의 구성요소인 부품특성의 편차(오차)에 따른 노이즈 요인을 송풍기의 동작 전에 초기 기준전압에 맞게 미리 보상하여 주고, 장기간 사용 시 발생되는 풍압센서의 초기 기준전압의 특성변화에 대한 편차를 보상함으로써 공연비의 효율성을 극 대화할 수 있도록 한 것이다.

즉, 연소효율의 극대화로 최적의 공연비효과를 발휘할 수 있게 함과 더불어 유해가스의 배출을 극소화시키므로 환경오염을 미연에 방지되게 하는 유용함을 제공한다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 풍압센서를 이용한 공연비 제어보일러 및 그것의 공연비 제어방법에 의하면, 보일러의 정밀 제어에 대한 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 연소효율을 극대화시킬 수 있어 유해가스의 배출 극소화는 물론 최적의 연비 개선효과를 발휘되게 한다.

이러한 공연비의 효율성 증대에 의해 제품의 신뢰성을 제고할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것임을 밝혀둔다.

Claims

연소를 위한 공기를 흡입하며 송풍통로 상에 차압을 형성되게 하는 벤추리관을 구비시킨 송풍기와, 상기 송풍기의 벤추리관과 연결되어지며 벤추리관에서 형성되는 차압을 이용하여 공기압력을 측정하는 풍압센서를 포함하여 구성되는 보일러에 있어서;

상기 송풍기의 동작 전에 풍압센서 전압의 초기값을 측정하기 위한 풍압센서 전압측정부와;

상기 풍압센서 전압측정부에 의해 측정된 데이터 값이 풍압센서 전압의 기준값을 초과하거나 또는 미달되는 경우 이를 기준전압으로 미리 보상하여주는 풍압센서 전압보상부와;

상기 풍압센서 전압측정부로부터 데이터를 입력받아 풍압센서 전압의 초기 기준전압과 비교하여 풍압센서 전압의 보상여부를 결정한 후 상기 송풍기를 동작시키며 상기 풍압센서로부터 측정된 공기압력 데이터를 통해 입력되는 공기압력에 따른 연료 공급량을 제어함과 더불어 공급되는 연료량에 따라 흡입되는 공기압력이 변동되는 경우 상기 송풍기의 회전수를 조절하여 연료 공급량에 따라 적정한 풍량을 풍압센서로부터 측정되는 전압을 통해 유지할 수 있도록 송풍기를 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성되게 하는 것을 특징으로 하는 풍압센서를 이용한 공연비 제어 보일러.
사용자의 설정에 의한 보일러의 가동이 시작되면, 송풍기를 동작시키기 전에 풍압센서 전압의 초기값을 측정하는 제1단계와;

상기 단계에서 측정된 풍압센서 전압의 초기값이 표준의 초기 기준전압에 해당하는지를 판별하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 풍압센서 전압의 동작 전 초기값이 초기 기준전압에 해당되면 풍압센서 전압의 초기값 보상 없이 풍압센서를 이용한 공연비 제어의 일련의 과정을 수행되게 하는 제3단계와;

상기 제2단계에서 풍압센서 전압의 동작 전 초기값이 표준의 초기 기준전압을 초과하면 그 초과된 기준전압만큼 낮게 보상하여 풍압센서 전압이 초기 기준전압을 유지되게 한 상태에서 풍압센서를 이용한 공연비 제어의 일련의 과정을 수행되게 하는 제4단계와;

상기 제2단계에서 풍압센서 전압의 동작 전 초기값이 표준의 초기 기준전압에 미달되면 그 미달된 기준전압만큼 높게 보상하여 풍압센서 전압이 초기 기준전압을 유지되게 한 상태에서 풍압센서를 이용한 공연비 제어의 일련의 과정을 수행되게 하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍압센서를 이용한 보일러의 공연비 제어방법.