KR100993527B1 - 난방기의 실제 가동시간 계측장치를 통한 실제 가동시간 계측방법 - Google Patents

난방기의 실제 가동시간 계측장치를 통한 실제 가동시간 계측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난방기의 연료펌프(22), 연료밸브(23), 고압트랜스(25) 및 송풍기(26) 등 전기 구동계통 부품에 장착되는 전자기센서(30)와 이들 전자기센서(30)의 측정치 파형을 분석하여 정상 가동여부를 판단하는 로거(logger)(50)로 구성된 가동시간 계측장치로서, 로거(50)내 기억장치(52)에 기 수록된 정상치 파형정보와 전자기센서(30)로부터 측정된 측정치 파형을 비교함으로써 난방기의 실제 가동여부 즉, 연료의 실제 소모여부를 판단하여 가동시간을 적산할 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 연료의 연소가 수반되는 난방기의 실제 가동시간을 정확하게 측정 및 기록할 수 있으며, 난방기의 기기 조작을 통한 연료 소모량 부정 계측을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

난방기의 실제 가동시간 계측장치를 통한 실제 가동시간 계측방법{ACTUAL OPERATION TIME MONITORING METHOD USING ACTUAL OPERATION TIME MONITOR FOR HEATER}
본 발명은 난방기의 연료펌프(22), 연료밸브(23), 고압트랜스(25) 및 송풍기(26) 등 전기 구동계통 부품에 장착되는 전자기센서(30)와 이들 전자기센서(30)의 측정치 파형을 분석하여 정상 가동여부를 판단하는 로거(logger)(50)로 구성된 가동시간 계측장치로서, 로거(50)내 기억장치(52)에 기 수록된 정상치 파형정보와 전자기센서(30)로부터 측정된 측정치 파형을 비교함으로써 난방기의 실제 가동여부 즉, 연료의 실제 소모여부를 판단하여 가동시간을 적산할 수 있도록 한 것이다.
일반적인 난방기는 도 1에서와 같이, 등유 또는 경유 등의 연료를 적재하는 연료탱크(21), 버너(24)로 연료를 압송하는 연료펌프(22), 압송되는 연료의 유량을 조절하는 연료밸브(23), 연료를 분사 또는 분무하여 연소시키는 버너(24), 버너(24)의 초기 기동시 점화플러그를 구동하는 고압트랜스(25), 버너(24)에 의한 연료의 연소가 이루어지는 연소실(27), 연소가스로부터 열을 회수하고 외부로 연소가스를 배출하는 기류관로(28) 및 가열된 공기를 난방기 외부로 토출하는 송풍기(26) 등으로 구성된다.
또한, 상기한 각 부품을 제어하여 난방기를 자동운전하는 콘트롤러(10)가 구성되어 운전단계에 따라 연료펌프(22), 전동밸브인 연료밸브(23), 고압트랜스(25) 및 송풍기(26)에 전원을 인가 및 해제하게 된다.
난방기의 연료 소비량은 연료탱크(21)에 유위계(油位計)를 설치하여 직접 측정하거나 난방기의 가동시간과 단위 시간당 연료 소비량인 연료 소비율에 의하여 간접적으로 산출될 수 있는데, 농업용 난방기 등 면세유(免稅油)가 사용되는 난방기의 경우 연료 소비량을 검측함에 있어서 면세유의 전용(轉用)을 방지하기 위하여 가동시간 기반의 간접 산출기능이 탑재되는 것이 일반적이다.
종래의 난방기에 있어서 가동시간의 측정을 통한 연료 소비량 산출은 도 1에서와 같이, 난방기의 콘트롤러(10)와 전원간 설치된 전류계(15)를 통하여 난방기의 소비 전류를 측정하고 이를 적산하여 이루어지는데, 연료펌프(22)를 비롯한 제 부품이 실제로 작동되고 버너(24)를 통하여 연료가 연소되는 실제 가동시간을 정확하게 측정하는 데에는 한계가 있다.
즉, 난방기내 부품을 조작하여 연료펌프(22) 및 송풍기(26) 등을 공회전 시키거나, 동일한 소비전력의 저항체 또는 전기기기를 연결하는 경우 연료를 소비하는 실제 가동과 사실상 구분이 불가능하여, 연료의 전용을 효과적으로 차단할 수 없는 문제점이 있다.
이에, 난방기의 운전단계에 따른 전류 변화를 병측하여 실제 가동여부를 판별하는 방식이 적용되고 있다.
즉, 통상 난방기는 전체 부품이 동시에 작동하는 것이 아니라, 버너(24) 및 버너(24)의 점화플러그와 연결된 고압트랜스(25)의 작동, 연료펌프(22) 가동 및 연료밸브(23)의 개방, 송풍기(26)의 가동, 연소개시 후 고압트랜스(25)의 전원 해제 등의 운전단계가 순차적으로 진행되므로, 콘트롤러(10)에 인가되는 전류가 계단식 변화를 나타내는데, 이러한 전류의 변화 패턴을 마이컴(micom) 등으로 인식하여 정상 가동여부를 판단하는 것이다.
그러나, 이 또한 연료를 차단한 상태에서 정상적인 운전단계에 따라 각 부품을 구동시키거나, 교체된 저항체 또는 전기기기를 작동시킬 경우 실제 연료의 연소가 수반되는 정상 가동상태와 동일한 전류 변화 패턴을 나타내게 되므로, 정확한 실제 가동시간 측정에는 한계가 있을 수 밖에 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 난방기의 가동시간 계측장치에 있어서, 난방기의 전기 구동계통 부품에 장착되는 전자기센서(30)와 이 전자기센서(30)가 연결되는 로거(50)로 구성되되, 로거(50)에는 AD변환부(59)를 통하여 전자기센서(30)가 연결되고 각 구성요소의 제어 및 연산을 수행하는 MCU(Micro-Controller Unit)(51)와, MCU(51)와 연결되어 측정치 및 측정치 처리용 프로그램이 수록되는 기억장치(52)와, MCU(51)와 연결되어 MCU(51)에 의하여 산출된 가동시간을 출력하는 출력부(53)가 구성됨을 특징으로 하는 난방기의 실제 가동시간 계측장치이다.
또한, 상기 난방기의 실제 가동시간 계측장치를 통한 실제 가동시간 계측방법에 있어서, 기억장치(52)에는 전자기센서(30) 측정치의 정상치범위 정보가 수록되고, MCU(51)가 전자기센서(30)를 독취하여 측정치 및 시각정보를 기억장치(52)에 기록하는 독취단계(S10)와, MCU(51)가 기억장치(52)에서 정상치범위 정보를 인출하여 전자기센서(30)의 측정치와 비교하는 비교단계(S20a)와, 전자기센서(30)의 측정치가 정상치범위에 포함될 경우 가동시간을 누적하는 누적단계(S30a)가 포함됨을 특징으로 하는 난방기의 실제 가동시간 계측장치를 통한 실제 가동시간 계측방법이다.
그리고, 상기 난방기의 실제 가동시간 계측장치를 통한 실제 가동시간 계측방법에 있어서, 기억장치(52)에는 전자기센서(30) 측정치 미분치의 정상첨부범위 정보가 수록되고, MCU(51)가 전자기센서(30)를 독취하여 측정치 및 시각정보를 기억장치(52)에 기록하는 독취단계(S10)와, MCU(51)가 전자기센서(30) 측정치의 시간변화율을 연산하여 미분치를 산출하는 미분단계(S11)와, MCU(51)가 기억장치(52)에서 정상첨부범위 정보를 인출하여 미분치와 비교하는 비교단계(S20b)와, 미분치가 정상첨부범위에 포함될 경우 가동시간을 누적하는 누적단계(S30b)가 포함됨을 특징으로 하는 난방기의 실제 가동시간 계측장치를 통한 실제 가동시간 계측방법이다.
본 발명을 통하여, 연료의 연소가 수반되는 난방기의 실제 가동시간을 정확하게 측정 및 기록할 수 있으며, 난방기의 기기 조작을 통한 연료 소모량 부정 계측을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 난방기 블럭도
도 2는 본 발명이 적용된 난방기 블럭도
도 3은 본 발명의 블럭도
도 4는 본 발명의 정상 가동상태 판별 방식 설명도
도 5는 본 발명의 흐름도
도 6은 미분치 산출이 적용된 본 발명의 일 실시예 흐름도
본 발명의 상세한 구성 및 수행 과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 2는 본 발명이 적용된 난방기를 도시한 것으로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 난방기의 연료펌프(22), 연료밸브(23), 고압트랜스(25) 및 송풍기(26) 등 전기 구동계통 부품에 장착되는 전자기센서(30)와 이들 전자기센서(30)가 연결되는 로거(50)로 구성된다.
또한 버너(24)에 의한 연료의 연소가 이루어지는 연소실(27)에 설치된 온도센서(41)와 연소가스로부터 열을 회수하고 외부로 연소가스를 배출하는 기류관로(28)내에 설치된 가스센서(42)가 로거(50)에 연결될 수도 있다.
본 발명에 있어서 전자기센서(30)란 전기장의 강도를 측정하는 전기장센서(32), 자기장의 강도를 측정하는 자기장센서(31) 또는 이들 전기장 및 자기장을 병측하는 EMF(Electro-Magnetic Field)센서 즉, 전자기장센서를 의미한다.
본 발명의 자기장센서(31)는 도 2에서와 같이, 난방기의 전기 구동계통 부품에 직접 부착되는 방식으로 장착되는데, 연료펌프(22), 연료밸브(23), 고압트랜스(25) 및 송풍기(26) 등의 난방기 부품에 전원이 인가되어 작동되면 독특한 파형(波形)의 전기장 또는 자기장이 측정된다.
연료펌프(22) 및 송풍기(26)는 기본적으로 전동기에 의하여 작동되므로, 전동기 내부의 회전자가 회전함에 따라 독특한 파형의 전기장 및 자기장이 형성되며, 이러한 전기장 또는 자기장의 파형은 전동기의 단순한 회전 유무만을 반영하는 것이 아니라 전동기에 작용하는 부하(負荷) 상태를 반영한다.
즉, 연료펌프(22)의 관로상 연료를 실제 압송하거나 송풍기(26)의 팬(fan)이 전동기 축에 장착되어 실제 회전하는 정상 작동상태와 전동기의 공회전상태는 상이(相異)한 파형의 전기장 또는 자기장을 형성하게 되므로 이러한 전기장 또는 자기장의 파형을 감지함으로써 해당 전기 구동계통 부품의 정상 작동여부를 판단할 수 있다.
또한, 연료밸브(23)에 있어서도 전동식 버터플라이밸브 등 전동기가 구성된 연료밸브(23)의 경우 전술한 연료펌프(22) 또는 송풍기(26)에서와 같은 원리로 정상 작동여부를 판단할 수 있으며, 연료밸브(23)에 솔레노이드밸브가 적용된 경우나 고압트랜스(25)의 경우에는 권선부에서 발생되는 자기장을 측정함으로써 정상 작동여부를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 도 2에서와 같이, 전술한 전자기센서(30)외에도 연소실(27)에 설치되어 연소실(27)의 온도를 측정하는 온도센서(41)와 연소가스가 이동 및 배출되는 기류관로(28)에 설치되는 가스센서(42)가 구성되어 난방기의 정상 작동여부를 더욱 정확하게 판단할 수 있도록 하였다.
본 발명에 있어서 전기장 또는 자기장의 측정 및 이를 통한 난방기의 전기 구동계통 부품의 정상 작동여부 판단은 전자기센서(30) 즉, 자기장센서(31), 전기장센서(32) 또는 전자기장센서와 연결된 로거(50)에 의하여 이루어지며, 이러한 로거(50)의 구체적인 구성이 도 3에 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 로거(50)는 후술할 각 구성요소의 제어 및 연산을 수행하는 MCU(Micro-Controller Unit)(51), 기억장치(52), 출력부(53) 및 AD(Analogue to Digital)변환부(59) 등으로 구성되며, MCU(51)에는 측정치 또는 기록치를 원격지로 무선 송신할 수 있는 송신부(54)가 연결될 수도 있다.
MCU(51)에 연결된 송신부(54)를 통하여 무선 송신된 측정치 또는 기록치는 면세유 사용을 관리 감독하는 기관에서 수신하여 해당 난방기의 면세유 부정 사용 또는 전용 등의 단속에 활용될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에 있어서 송신부(54)는 이동통신망이 수신 가능한 신호를 발신하는 장치 즉, 일종의 이동통신망 이동국(移動局, mobile station)으로서, 통상의 이동통신 단말기와 유사한 구성을 가지고 있으나, 단순한 문자열정도의 정보만을 발신하면 되고 음성신호를 전송하거나 착신이 필요하지 않으므로 도 5에서와 같이, 메인칩인 제어부(55), 기저대역처리부(56) 및 RF모듈(Radio Frequency Module)(57) 등의 간소화된 부품으로도 구성될 수 있으며, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 일반적인 이동통신단말기에 구성되는 음성 입, 출력수단, 메모리, 디스플레이 및 키패드가 불필요함은 물론, 제어부(55)에 있어서도 일반적인 이동통신단말기의 메인칩에서는 필수적인 보코더(vocoder)를 비롯한 많은 구성요소가 생략될 수 있으므로, 과도한 제조비용 소요 없이도 구성이 가능하다.
도 3에서와 같이, 자기장센서(31) 또는 전기장센서(32) 등의 전자기센서(30)와 온도센서(41) 및 가스센서(42)는 기본적으로 아날로그 신호를 출력하므로 MCU(51)와의 연결에 있어서 AD변환부(59)를 경유하게되며, 도시되지는 않았지만 MCU(51)에는 실시간클럭(real time clock)이 연결되거나 내장되어 입력되는 측정치에 시계열성(時系列性)을 부여하게 된다.
즉, MCU(51)는 MCU(51)와 연결된 자기장센서(31), 전기장센서(32) 등의 전자기센서(30)나 온도센서(41) 또는 가스센서(42)를 주기적으로 호출하여 측정치를 독취하고, 해당 호출시각과 함께 기억장치(52)에 저장함으로써 측정치의 시계열 자료를 구축하게되며, 이러한 일련의 과정에서 실시간클럭(real time clock)을 적용함으로써, 측정치 자료의 처리는 물론 추후 측정치 또는 기록치의 송신부(54)를 통한 전송에 있어서도 해당 자료의 실제 발생 시각 확인이 가능하게 된다.
MCU(51)와 연결된 기억장치(52)에는 측정치 및 측정치 처리용 프로그램이 수록되는데, 기억장치(52)는 휘발성 여부 및 담당 영역에 따라 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 및 플래시메모리 등으로 구분될 수 있으나, 메모리 기술의 발전으로 인하여 플래시메모리의 예에서와 같이, 휘발성 여부의 경계가 모호한 경우가 많을 뿐 아니라, 기억용량의 효율적인 이용을 위하여 메모리의 이용방식이 다양하게 변형되는 실정이므로, 이러한 물리적인 구분은 의미가 없는 바, 이에 대한 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.
특히, 본 발명에 있어서 기억장치(52)의 일부가 메모리카드 형태의 플래시메모리로 구성될 경우, 면세유 관련 감독 기관의 현장 조사시 메모리카드 리더(reader)를 통하여 기억장치(52)에 수록된 측정치를 간편하게 복사하거나 확인할 수 있을 뿐 아니라 본 발명의 수행에 필요한 프로그램 또는 후술할 측정치 파형의 정상치범위정보 등을 간편하게 입력할 수 있다.
MCU(51)와 연결된 출력부(53)는 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 7-Segment표시기 등으로 구성된 표시수단으로서, 현장에서 사용자가 산출된 가동시간 및 누적된 정상 가동시간 등을 육안으로 확인할 수 있도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 있어서 전자기센서(30)를 통하여 MCU(51)에 주기적으로 입력되는 측정치는 실시간클럭의 시각정보와 합성되어 도 4에서와 같은 파형을 나타내게 되는데, 이러한 측정치 파형은 해당 전자기센서(30)가 부착된 전기 구동계통 부품의 작동상태에 따라 독특한 형태로 형성된다.
즉, 도 4의 상단 도면에서와 같이, 전자기센서(30)가 부착된 전기 구동계통 부품이 정상적인 부하가 작용하는 상태로 정상 작동하는 경우, 음영표시된 정상치범위내에 전자기센서(30) 측정치가 위치하게되지만 부하가 제거되는 등 비정상적으로 작동하는 경우 전자기센서(30) 측정치는 정상치범위를 이탈하게 되고, MCU(51)가 이를 파악하여 비정상 상태로 기록할 수 있는 것이다.
정상치범위는 기억장치(52)에 수치화된 정상치범위 정보로 수록될 수 있으며, 이러한 정상치범위 정보는 난방기 출하시의 시험측정을 통하여 획득될 수 있다.
한편, 전자기센서(30) 측정치의 미세한 변화를 용이하게 검출하기 위하여 도 4의 하단 도면에서와 같이 미분을 실시함으로써 파형을 변환할 수 있는데, 측정치의 미분은 해석적으로 이루어질 수 없으므로 미소(微小)시간변량별 측정치 변화를 산출함으로써 수행되며, 정상 작동여부의 판단은 동 도면에서와 같이 첨부(尖部)의 발생주기 및 크기를 비교함으로써 일층 간편하고 정확하게 이루어질 수 있는 바, 전술한 정상치범위 정보에 비하여 비교적 작은 기억용량으로도 첨부의 발생주기 및 크기를 수록할 수 있으므로 기억장치(52)의 운용측면에서도 유리하다.
이상에서와 같은 본 발명의 로거(50) 및 전자기센서(30)를 통한 난방기의 실제 가동시간 계측방법의 구체적 수행과정을 도 5 및 도 6의 흐름도를 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 5는 전자기센서(30)의 측정치와 기억장치(52)에 수록된 정상치범위 정보를 통한 실제 가동시간 계측방법으로서, 동 계측방법은 MCU(51)가 전자기센서(30)를 독취하여 측정치 및 시각정보를 기억장치(52)에 기록하는 독취단계(S10)로 개시된다.
이후, MCU(51)가 도 4의 상단 도면에서와 같이 기억장치(52)에서 정상치범위 정보를 인출하여 전자기센서(30)의 측정치와 비교하는 비교단계(S20a)가 수행되며, 전자기센서(30)의 측정치가 정상치범위에 포함될 경우 가동시간을 누적하는 누적단계(S30a)를 통하여 난방기의 실제 가동시간이 계측된다.
한편, 비교단계(S20a)에서 측정치가 정상치범위에 포함되지 않는 경우 즉, 부정사용으로 의심되는 경우에는 해당 가동시각 및 측정치 등을 이상치(異常値)로서 분류하여 기록함으로써, 추후 정밀 분석이나 난방기의 부정사용 시간의 산출시 활용할 수 있다.
도 6은 전자기센서(30) 측정치의 미분치와 기억장치(52)에 수록된 정상첨부범위 정보를 통한 실제 가동시간 계측방법으로서, 도 5 실시예의 독취단계(S10)와 동일한 과정이 일단 수행되고, MCU(51)가 전자기센서(30) 측정치의 시간변화율을 연산하여 미분치를 산출하는 미분단계(S11)가 수행된다.
이후, MCU(51)가 기억장치(52)에서 정상첨부범위 정보를 인출하여 미분치와 비교하는 비교단계(S20b)가 수행되며, 미분치가 정상첨부범위에 포함될 경우 가동시간을 누적하는 누적단계(S30b)를 통하여 난방기의 실제 가동시간이 계측된다.
이상에서와 같은 본 발명을 통하여, 연료의 연소가 수반되는 난방기의 실제 가동시간을 정확하게 측정 및 기록할 수 있으며, 난방기의 기기 조작을 통한 연료 소모량 부정 계측을 효과적으로 방지할 수 있다.
10 : 콘트롤러(controller)
15 : 전류계
21 : 연료탱크
22 : 연료펌프
23 : 연료밸브
24 : 버너
25 : 고압트랜스
26 : 송풍기
27 : 연소실
28 : 기류관로
30 : 전자기센서
31 : 자기장센서
32 : 전기장센서
41 : 온도센서
42 : 가스센서
50 : 로거(logger)
51 : MCU(Micro-Controller Unit)
52 : 기억장치
53 : 출력부
54 : 송신부
55 : 제어부
56 : 기저대역처리부
57 : RF모듈
59 : AD변환부
S10 : 독취단계
S11 : 미분단계
S20 : 비교단계
S30 : 누적단계

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 난방기의 가동시간 계측장치로서 난방기의 전기 구동계통 부품에 장착되는 전자기센서(30)와 이 전자기센서(30)가 연결되는 로거(50)로 구성되되, 로거(50)에는 AD변환부(59)를 통하여 전자기센서(30)가 연결되고 각 구성요소의 제어 및 연산을 수행하는 MCU(Micro-Controller Unit)(51)와, MCU(51)와 연결되어 측정치 및 측정치 처리용 프로그램이 수록되는 기억장치(52)와, MCU(51)와 연결되어 MCU(51)에 의하여 산출된 가동시간을 출력하는 출력부(53)가 구성된 난방기의 실제 가동시간 계측장치를 통한 실제 가동시간 계측방법에 있어서,
    기억장치(52)에는 전자기센서(30) 측정치 미분치의 정상첨부범위 정보가 수록되고,
    MCU(51)가 전자기센서(30)를 독취하여 측정치 및 시각정보를 기억장치(52)에 기록하는 독취단계(S10)와;
    MCU(51)가 전자기센서(30) 측정치의 시간변화율을 연산하여 미분치를 산출하는 미분단계(S11)와;
    MCU(51)가 기억장치(52)에서 정상첨부범위 정보를 인출하여 미분치와 비교하는 비교단계(S20b)와;
    미분치가 정상첨부범위에 포함될 경우 가동시간을 누적하는 누적단계(S30b)가 포함됨을 특징으로 하는 난방기의 실제 가동시간 계측장치를 통한 실제 가동시간 계측방법.
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