KR100632766B1 - 오일 버너용 전자 점화 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일 버너용 전자 점화 회로, 특히 고전압 고주파 점화 회로에 관한 것으로, 회로는 발진기와 코어 (1) 에 감긴 고주파 변압기를 포함한다. 권선 (4a - 4b) 을 통해 전류가 흐를 경우, 고주파 변압기가 감겨 있는 상기 코어 (1) 는, 변압기 (T1') 의 권선에 의해 발생되는 자속을 위한 실질적으로 폐쇄된 자기 경로를 형성한다.

Description

오일 버너용 전자 점화 회로{ELECTRONIC IGNITION CIRCUIT FOR OIL BURNERS}

본 발명은 오일 버너용 전자 점화 회로 특히, 발진기 및 코어에 감긴 고주파 변압기를 포함하는 고전압 고주파 점화 회로 및 이런 회로를 위한 변압기에 관한 것이다.

단독 주택의 난방을 위한 전형적인 오일 버너에는 전기 점화가 사용된다.

이런 버너에서, 송풍기는 기류를 발생시키며, 오일 미스트를 형성하기 위해 분무 노즐을 통해 오일이 기류에 분무된다. 오일을 점화하기 위해, 점화 스파크 갭이 분무 노즐 부근에 위치되지만 너무 가깝게는 위치되지 않는다. 전형적으로, 스파크 갭은 기류에 대해 송풍기와 분무 노즐로부터 하류에 위치한다. 그러나, 기류 방향으로 분무 노즐에서 스파크 갭까지의 거리는 예컨데, 대략 1 - 2 ㎜ 로 상당히 작다. 분무 노즐과 스파크 갭은 보통 기류를 가로지르는 방향으로 조금 옵셋 (off-set) 되어, 오일 미스트가 스파크 갭의 전극에 도달하는 것을 방지한다. 물론, 다른 구성도 가능하다. 특히, 스파크 갭은 분무 노즐로부터 상류에 위치할 수 있다. 그러나, 오일 미스트에서 연소하지 않은 오일때문에 전극에 그을음이 형성되는 것을 방지하기 위해 스파크 갭이 분무 노즐 또는 오일 미스트로부터 충분히 멀리 떨어져 위치해야 하는 것이 중요하다.

반면, 스파크 갭에서 형성된 아크가 실제로 오일 미스트에 도달하여 오일 미스트를 점화하기 위해서는 스파크 갭은 분무 노즐에 충분히 가깝게 위치해야 한다. 아크가 스파크 갭의 전극 사이에서 형성되는 경우, 아크는 그중에서도 특히 기류에 의해 변형되어, 오일 미스트 안으로 하류로 연장된다. 그러나, 이는 아크를 냉각시키며, 어떤 조건하에서는 오일 미스트 안으로 연장된 아크부는 오일 미스트를 지연점화할 수 있거나 또는 오일 미스트를 전혀 점화시키지 못할 것이다. 두 경우에서 미연소 오일 제품이 환경으로 배출되어, 환경을 오염시킨다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 특히 고전압 고주파 점화에 관한 것이다. 도 1 에서, 아크를 발생시키기 위한 공지된 전자 회로가 도시되어 있다. 이 회로는 고전압 고주파 변압기 (T1) 의 이차 권선에 열결된 스파크 갭 (G) 을 포함한다. 고전압 고주파 변압기 (T1) 는 페라이트 로드에 감겨져 있다. 이러한 고전압 고주파 변압기의 예가 US-A-4683518 에 개시되어 있다. 전자 회로는 발진기 회로 (R1, R2, R3, R4, C3, C4, C5, C6, DZ1, DZ2, TR1 및 T1) 를 포함한다. 변압기 (T1) 는 트랜지스터 (TR1) 의 베이스와 연결되어, 발진기에 필요한 피드백 (feedback) 을 제공한다.

전자 회로는 또한 반파 (half-wave) 정류기 회로 (D1, C2) 와 잡음 억제 회로 (L1, C1, R5, R6) 를 포함하며, 이에 대한 상세한 사항은 본 발명과 관련이 없기 때문에 더 이상 상세히 설명하지 않겠다.

발진기는 반파 정류기로부터 반파 정류된 전류를 공급받아, 고주파 변압기 (T1) 에 고주파 버스트 (burst) 를 발생시킨다.

상기 회로를 갖는 종래 기술의 점화 유닛이 다년간 양호하게 작동되더라도, 회로의 부품 크기는 점화 유닛의 크기를 제한한다. 또한 점화 유닛의 크기는 유닛 설치의 자유도를 제한한다. 유닛의 크기와 유닛 설치의 제한은 모두 버너의 크기에 대한 구속 조건을 부과하여, 콤팩트한 버너를 제조하기 어렵게 한다.

본 발명의 제 1 목적은 콤팩트한 오일 버너를 구현하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 오일 버너의 점화를 개선하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 이러한 목적은, 고주파 변압기가 감겨 있는 코어는, 권선을 통해 전류가 흐를 경우, 변압기의 권선에 의해 발생되는 자속을 위해 실질적으로 폐쇄된 자기 경로를 형성하기 위해 갭을 사이에 두고 있는 두 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 버너용 전자 점화 회로에 의해 이루어진다.

자속을 위한 실질적으로 폐쇄된 자기 경로를 형성하는 코어를 이용함으로써, 코어 그자체 뿐만 아니라 권선도 그 크기가 감소될 수 있기 때문에, 실질적으로 변압기의 크기 감소가 이루어진다. 더욱이, 갭을 사이에 두고 있는 두 부분을 포함하는 코어를 가지므로 변압기를 쉽게 조립할 수 있다.

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바람직한 제 1 실시예에서, 코어는 1 이상의 본질적으로 E 형의 코어 및 요크를 포함한다.

바람직한 제 2 실시예에서, 요크는 또한 본질적으로 E 형의 제 2 코어를 포함한다.

바람직한 제 3 실시예에서, 갭은 E 형 코어의 중앙 레그와 요크 사이에 형성된다.

바람직하게는, 코어는 14 g 미만이다.
상기 모든 실시예는 발진기 회로에서 MOS-FET 트랜지스터를 사용하는 장점을 개선한다.

따라서, 전자 회로의 다른 바람직한 실시예에서, 발진기는 MOS-FET 트랜지스터를 포함한다.

MOS-FET 의 이용은 종래의 바이폴라 트랜지스터와 비교하여 전력 효율이 더 우수한 장점을 가지므로, 전자 회로의 전체 효율에 기여하며, 더욱이 아크의 편향을 더 크게 한다.

본 발명의 제 2 양태에 따라서, 상기 전자 회로를 포함하는 버너를 제공한다.

제 3 양태에 따라서 본 발명은, 오일 버너용 전자 점화 회로에서, 권선을 통해 전류가 흐를 경우, 변압기의 권선에 의해 발생되는 자속을 위한 실질적으로 폐쇄된 자기 경로를 형성하는 코어를 포함하는 고전압 고주파 변압기의 사용을 포함한다.

제 4 양태에 따라서, 본 발명은 오일 버너용 고전압 고주파 점화 변압기에 관한 것으로, 이 변압기는 권선을 통해 전류가 흐를 경우, 변압기의 권선에 의해 발생되는 자속을 위한 실질적으로 폐쇄된 자기 경로를 형성하는 코어를 포함한다.

본 발명은, 도면을 참조하여 한정되지 않는 실시예에 의해 더 상세히 설명된다.

도 1 은 오일 버너용 전자 점화 회로의 도면.

도 2 는 변압기의 권선에 의해 발생된 자속을 위한 실질적으로 폐쇄된 자기 경로를 형성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용된 실질적으로 폐쇄된 코어의 일부분의 사시도.

도 3 은 오일 버너의 점화 스파크 갭의 개략도.

도 4a 내지 4c 는 다른 시험 조건하의 점화 아크를 도시하는 도면.

도 1 은 오일 버너용 전자 점화 회로의 도면이다. 이 회로는, 고전압 고주파 변압기 (T1) 를 본 발명에서의 고전압 고주파 변압기 (T1') 로 대체하는 것을 제외하고는, 종래 기술의 회로에 따른다. 편의를 위해 즉, 실질적으로 동일한 두 개의 도면을 사용하지 않기 위해, (T1) 을 (T1') 으로 대체한 본 발명과 관련하여 도 1 을 참조하도록 한다.

이미 언급한 바와 같이, 회로는 고전압 고주파 변압기 (T1') 의 이차 권선에 연결된 스파크 갭 (G) 을 포함한다. 버너의 스파크 갭은, 고전압 고주파 변압기 (T1') 를 포함하는 전자 회로를 포함하는 점화 유닛으로부터 떨어져 위치한다. 전자 점화 회로는 발진기 회로 (R1, R2, R3, R4, C3, C4, C5, C6, DZ1, DZ2, TR1 및 T1') 를 포함한다. 변압기 (T1') 는 트랜지스터 (TR1) 의 베이스와 연결되어, 발진기에 필요한 피드백을 제공하게 된다.

전자 회로는 또한 반파 정류기 회로 (D1, C2) 와 잡음 억제 회로 (L1, C1, R5, R6) 를 더 포함하며, 이들에 대한 상세한 설명은 본 발명과 무관하므로 더 이상 상세히 설명하지 않겠다.

도 2 는 변압기 (T1') 의 부분 단면을 포함한 사시도이다. 변압기 (T1') 는 두 부분 (1a 및 1b) 을 포함하는 실질적으로 폐쇄된 코어 (1) 를 가지며, 상기 두 부분은 바람직한 실시예에서 모두 실질적으로 E 형으로 동일하고, 바람직하게는 모두 페라이트 재료로 되어 있다. 두 부분은 거울 대칭형으로 배치된다. 편의를 위해, 한 쪽 E 형 부분만 이하 설명한다. E 형 부분의 중앙 레그 (2) 는, 바람직하게는, 권선 (4a, 4b, 4c) 이 감겨 있는 원통형 보빈 (3) (bobbin) 과 합치되도록 원통형이다. E 형 부분의 두 외부 다리 (5) 는 본질적으로 단면이 사각형이다. 그러나, 보빈 (3) 의 외형과 합치되도록 내측이 만곡 (도 2 참조) 되는 것이 바람직하다. 명백히, 단면이 보빈 (3) 의 외형과 합치되는 원형 세그먼트이도록 외측도 만곡될 수 있다. 중앙 레그 (2) 는 두 외부 다리 (5) 보다 조금 더 짧다. 따라서, 두 부분 (1a, 1b) 의 외부 다리 (5) 가 접촉할 때, 중앙 레그 (2) 사이에 갭 (6) 이 형성된다.

외부 다리 (5) 와 중앙 레그 (2) 사이의 상호연결부 (7) 는 조금 테이퍼형으로 되어, 단면이 사다리꼴 형상이다.

보빈 (3) 에서 4 개의 권선은 적절한 홈에 위치한다. 인접한 턴 (turn) 사이의 전압을 감소시키도록, 각각 수개의 홈 사이에 두 개의 고전압 이차 권선 (4b 및 4c) 이 배치된다 (도 2 에는 각 이차 권선에 대한 홈이 3 개가 도시). 두 개의 이차 권선은 그 사이에 중간 점을 갖도록 직렬로 연결된다. 버너에서, 이 중간 점은 버너의 금속부분을 이용하여 접지될 수 있어, 감전 위험과 버너의 진도성 부분으로의 바람직하지 않은 스파크의 위험을 줄인다. 보빈 (3) 에는, 저전압 일차 권선 (4a) 이 위치하는 다른 홈이 있다. 일차 권선 (4a) 과 함께, 트랜지스터 (TR1) 의 베이스에 연결된 연결 권선 (4d) (도 2 에 도시되지 않음) 이 위치한다.

바람직한 실시예에서, 사용되는 코어는 한쌍의 ETD 45G 19 14 07 - 050 코어 부분 (슬로베니아, 류빌리아나의 Iskra Feriti 에 의해 공급) 이다. 이러한 두 코어 부분의 사용하면 대략 1 ㎜ 의 갭이 얻어진다. 각 코어 부분의 전체 치수는 대략 19.6 ㎜ ×7.4 ㎜ 이고, 전체 중량은 대략 13.4 g 이되며, 사용자에 의해 현재 사용되는 실질적으로 중량이 대략 16 g 인 로드 코어 보다 상당히 가벼워진 것이다.

더욱이, 전류가 권선을 통해 흐르는 경우, 변압기의 권선에 의해 발생되는 자속을 위한 실질적으로 페쇄된 자기 경로를 형성하는 본 발명의 코어를 사용하면, 변압기 권선에 요구되는 구리의 양을 대략 20 % 감소시킬 수 있다.

상기 한 바람직한 실시예와 관련하여, 본 명세서에서 "실질적으로 폐쇄된" 이라는 말은 완전 폐쇄된 자기 회로를 포함하는 것이 아님을 알아야 한다. 이러한 완전 페쇄된 자기 회로는 이하 시험의 설명에서 명백해지는 바와 같이 발명의 장점을 살리지 못한다.

더욱이, 자속을 위한 실질적으로 페쇄된 자기 경로를 형성하는 본 발명에 따른 코어를 사용하면, 발진기 회로의 트랜지스터 (TR1) 로서 MOS-FET 형의 트랜지스터를 사용할 수 있다. 도 4a 내지 4c 와 관련하여 이하 설명되는 바와 같이, MOS-FET 는 발생된 고주파 발진에서 더 날카로운 플랭크 (flank) 를 발생시키고, 아크의 더 큰 편향을 발생시킨다. 더욱이, MOS-FET 트랜지스터의 사용하는 것이 에너지면에서 더 효율적이다.

바람직한 실시예에서, 동일한 한쌍의 코어 부품이 사용될 수 있지만, 또한 다른 형상의 코어 부분도 사용될 수 있다. 즉, 코어의 두 부분의 형상은 통상적인 예컨데, C-I, C-C, E-I, E-C, E-E 또는 C-T 와 같은 임의의 전형적인 형태일 수 있다.

시험 결과, 갭은 기류에서 아크의 거동을 위해 필요한 것임이 밝혀졌다.

도 3 에는, 두 전극 (12, 13) 및 케이블 (도시되지 않음) 을 통해 점화 변압기 (T1') 의 이차 권선에 연결되는 두 단자 (14 및 15) 와 함께 스파크 갭 (G) 이 도시되어 있다. 고전압이 스파크 갭에 가해질 때, 플라즈마 아크가 전극 (12, 13) 사이에 형성된다.

전술한 바와 같이, 부분적으로는 기류 때문에, 아크가 전극으로부터 날려진다. 동시에, 기류에 의해 아크가 냉각된다. 주어진 기류에서, 아크가 스파크 갭으로부터 날려진 거리는, 전자 점화 회로에서 고전압 고주파 변압기 (T1') 에 따라 결정된다는 것이 발견되었다.

도 4a 내지 4c 는, 도 1 의 전자 회로에 삽입된 다른 고전압 고주파 변압기로 시험되는 동안의, 시험 조건 하의 점화 아크를 나타낸다. 어두운 영역은 백색광을 방출하는 고온의 고발광 플라즈마의 중심 채널을 나타내며, 회색 영역은 저온인 청/백색 발광 플라즈마의 외부 클라우드 (cloud) 를 나타낸다. 스케일은 0 내지 2 ㎝ 이다.

도 4a 는, 고전압 고주파 변압기에 폐쇄형 코어가 사용되는 경우 얻어진 아크를 나타낸다. 도 4b 는, 종래 기술의 고전압 고주파 변압기로 얻어진 아크를 나타낸다. 도 4c 는, ETD 45G 19 14 07 - 050 코어 부분 및 1 ㎜ 의 갭을 사용하는 바람직한 실시예의 고전압 고주파 변압기를 사용하여 얻어진 아크를 나타낸다.

알 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 변압기 (T1) 가 점화 회로로 사용되는 도 4b 의 전극의 팁으로부터 플라즈마의 발광 클라우드는 약 13 ㎜ 신장한다. 대신 도 4c 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 변압기가 사용되는 경우, 플라즈마 발광 클라우드는 전극의 팁으로부터 15 ㎜ 이상 신장한다. 반면, 폐쇄형 코어를 갖는 변압기가 사용되는 경우, 아크는 조금만 편향되고 발광 클라우드는 전극으로 부터 약 5 ㎜ 만 신장한다.

따라서 본 발명은, 점화를 위해 오일 미스트내로 깊게 도달하는 청/백색 플라즈마의 긴 아크를 발생시킬 뿐만 아니라, 본 발명을 사용하면 백색의 고온 중심 아크 채널을 종래 기술을 이용할 때 얻어지는 저온의 청/백색 플라즈마 만큼 멀리 가게 된다.

따라서, 오일 미스트의 점화가 보다 우수하게 달성된다.

Claims (14)

1. 발진기, 및 코어 (1) 에 감긴 고주파 변압기 (T1') 를 포함하는 오일 버너용 전자 점화 회로, 특히 고전압 고주파 점화 회로에 있어서,

   고주파 변압기가 감겨 있는 코어 (1) 는, 권선 (4a - 4d) 을 통해 전류가 흐를 경우, 변압기 (T1') 의 권선에 의해 발생되는 자속을 위한 실질적으로 폐쇄된 자기 경로를 형성하기 위해 갭 (6) 을 사이에 두고 있는 두 부분 (1a, 1b) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 점화 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코어는 1 이상의 본질적으로 E 형 코어 (1a) 및 요크 (1b) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 점화 회로.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 요크 (1b) 는 본질적으로 E 형의 제 2 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 점화 회로.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 갭 (6) 은 E 형 코어 (1a) 의 중앙 레그와 요크 (1b) 의 중앙 레그 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 점화 회로.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 (1) 는 페라이트 코어인 것을 특징으로 하는 전자 점화 회로.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발진기는 MOS-FET 트랜지스터 (TR1) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 점화 회로.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 (1) 는 14 g 미만인 것을 특징으로 하는 전자 점화 회로.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 전자 점화 회로를 포함하는 오일 버너.
9. 오일 버너용 전자 점화 회로에서, 권선 (4a - 4d) 을 통해 전류가 흐를 경우, 변압기 (T1') 의 권선 (4a - 4d) 에 의해 발생되는 자속을 위한 실질적으로 폐쇄된 자기 경로를 형성하도록, 갭 (6) 을 사이에 두고 있는 두 부분 (1a, 1b) 을 포함하는 코어 (1) 를 포함하는 고주파 변압기 (T1') 의 용도.
10. 오일 버너용 고주파 점화 변압기에 있어서, 권선 (4a - 4d) 을 통해 전류가 흐를 경우, 변압기 (T1') 의 권선 (4a - 4d) 에 의해 발생되는 자속을 위한 실질적으로 폐쇄된 자기 경로를 형성하도록, 갭 (6) 을 사이에 두고 있는 두 부분 (1a, 1b) 을 포함하는 코어 (1) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 점화 변압기.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 코어 (1) 는 페라이트 코어인 것을 특징으로 하는 고주파 점화 변압기.
12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 코어 (1) 는 14 g 미만인 것을 특징으로 하는 고주파 점화 변압기.
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