KR101322108B1

KR101322108B1 - 히팅 장치

Info

Publication number: KR101322108B1
Application number: KR1020127009046A
Authority: KR
Inventors: 페테르 오토; 크리스티안 베케르; 미카엘 푀네르
Original assignee: 베바스토 에스이
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2013-10-28
Also published as: US20120251965A1; EP2502003B1; US9989277B2; DE102009044608A1; CN102741620B; RU2502924C1; WO2011060778A2; RU2012125613A; WO2011060778A3; EP2502003A2; KR20120060228A; CN102741620A

Abstract

히터, 특히 이동용 히터가 제공되며, 이 히터는, 열을 방출하도록 연료를 연소 공기와 반응시키는 연소실, 방출될 열의 적어도 일부를 가열된 난방 매체로 전달하는 열 교환기, 연소실로 연료를 공급하는 연료 급송 매체, 연소실로 연소 공기를 공급하는 연소 공기 송풍기, 열교환기에 난방 매체를 급송하는 난방 매체 송풍기, 연소 공기 송풍기 및 난방 매체 송풍기을 위한 공용 구동 장치, 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 적어도 하나의 센서, 및 연료 급송 장치와 공용 구동 장치를 제어하는 제어기를 구비한다. 이 제어기는 난방 매체의 질량 유량에 따라 연소실로 공급되는 연료의 양과 난방 매체의 양 간의 비를 변화시키도록 구성된다.

Description

히팅 장치{HEATING DEVICE}

본 발명은 히터, 특히 이동용 히터, 및 이러한 종류의 히터를 제어하는 방법에 관한 것이다.

이동용 또는 이동 용례를 위한 히터(이하에서는 모바일 히터로도 칭함)는 특히 차량 분야에서 파크 히터(park heater) 또는 보조 히터로서 이용되고 있다. 파크 히터(또는 파크 히팅 시스템)는 차량 엔진이 정지 상태인 경우는 물론 작동 중인 경우에도 작동할 수 있는 한편, 보조 히터는 차량 엔진이 작동 중인 경우에만 작동할 수 있다.

이러한 종류의 히터에서, 일반적으로 연료를 연소 공기에 의해 반응시켜 가열을 위한 열을 생성한다. 이를 위해 그러한 모바일 히터는 연소실을 구비하고, 그 반응은 연소실 내에서 일반적으로 화염을 수반한 연소 프로세스에서 발생한다. 예를 들면, 디젤, 가솔린 또는 에탄올과 같은 액상 연료나 기상 연료로 그러한 종류의 모바일 히터를 작동시키는 방식이 공지되어 있다.

모바일 히터의 경우, 방출된 열을 히터의 열교환기에서 난방 매체(일반적으로는 엔진의 냉각액)로서의 액체로 전달하는 액체 또는 온수 히터와, 방출된 열을 히터의 열교환기에서 난방 매체로서의 공기로 전달하는 공기 히터 간에 구분 지어져 있다. 공기 히터는 일반적으로 방출된 열이 열교환기에서 난방될 영역으로, 특히 차량의 내부로 공급될 공기에 직접 전달되도록 설계되어 있다.

이러한 종류의 히터가 작동할 수 있도록 하기 위해, 연료와 연소 공기 모두가 연소실로 공급되어야 한다. 연료는 연료 급송 장치, 예를 들면 계량 펌프에 의해 정밀하게 미리 정해진 양으로 연소실에 공급될 수 있다. 연소 공기는 전기 모터에 의해 구동되는 연소 공기 송풍기에 의해 연소실로 공급될 수 있다. 연소실에서의 반응을 위한 공기비(이하에서는 공기율 또는 공기비로서도 지칭함)는 공급된 연소 공기의 양에 대한 공급된 연료의 양의 비로 결정된다. 따라서, 이러한 설정에서의 연소 공기비는 연소 공기 송풍기의 회전 속도와 연료 급송 장치의 급송 속도에 의해 결정된다.

게다가, 히터의 작동을 위해서는 가열될 난방 매체가 열교환기를 통과하게 할 필요가 있다. 공기 히터의 경우, 이는 난방 매체 송풍기에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 목적은 개선된 히터 및 이 히터를 작동시키는 개선된 방법을 제공하는 데에 있다.

그 목적은 청구항 1에 기재한 바와 같은 히터에 의해 달성된다. 그 유리한 실시예는 종속 청구항에 기재되어 있다.

그 히터는, 열을 방출하도록 연료를 연소 공기와 반응시키는 연소실; 방출된 열의 적어도 일부를 가열될 난방 매체로 전달하는 열 교환기; 연소실로 연료를 공급하는 연료 급송 장치; 연소실로 연소 공기를 공급하는 연소 공기 송풍기; 난방 매체를 급송하는 난방 매체 송풍기; 연소 공기 송풍기 및 난방 매체 송풍기를 위한 공용 구동 장치; 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 적어도 하나의 센서; 및 연료 급송 장치와 공용 구동 장치를 제어하는 제어기를 구비한다. 이 제어기는 난방 매체의 질량 유량에 따라 연소실로 공급되는 연소 공기의 양과 연료의 양 간의 비를 변화시키도록 구성된다. 연소 공기 송풍기 및 난방 매체 송풍기에 대해 사용되는 "공용 구동 장치"란 용어는, 연소 공기 송풍기의 회전 속도가 난방 매체 송풍기의 회전 속도에 대해 일정한 관계로 되도록 연소 공기 송풍기와 난방 매체 송풍기가 공용 구동 장치에 결합되어 있음을 의미하는 것으로 간주한다. 연소 공기 송풍기와 난방 매체 송풍기는 예를 들면 이들이 공용 샤프트를 통해 공용 구동 장치에 연결되어 동일한 회전 속도를 갖도록 공용 구동 장치에 연결될 수 있다. 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 적어도 하나의 센서는 예를 들면 질량 유량을 직접 측정하는 질량 유량 센서일 수 있지만, 난방 매체의 질량 유량을 단지 간접적으로 검출하는 센서에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들면, 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 적어도 하나의 센서는 히터로부터 난방 매체의 배출 온도를 측정하는 온도 센서에 의해 형성될 수 있다. 측정된 배출 온도로부터, 난방 매체의 질량 유량을 추론할 수 있다. 특히, 그러한 종류의 온도 센서는 측정된 온도가 미리 정해진 한계값을 초과하는 경우에 난방 매체의 질량 유량이 너무 낮다고 결정 내리는 데에 이용될 수 있다. 그러나, 질량 유량의 모니터링은 또한 예를 들면 난방 매체의 유입 온도와 난방 매체의 유출 온도 간의 온도차를 모니터링함으로써 이루어질 수도 있다. 제어기가 연소실로 공급되는 연료의 양과 난방 매체의 양 간의 비를 변화시키도록 구성되기 때문에, 연료의 미리 정해진 급송 속도에서 (공용 구동 장치로 인해) 연소 공기 송풍기의 회전 속도의 변경 및 이에 따른 연소 공기의 질량 유량의 변경(적절한 범위에 걸친 변경)이 가능하다. 따라서, 특정 연소 공기율 λ를 결정하여 이 공기율로 조절한다는 점이 아니라, 다양한 연소 공기율 λ(미리 정해진 범위 내)을 허용한다는 점이다. 이는, 연소 공기 송풍기와 난방 매체 송풍기에 컴팩트하고 저렴한 공용 구동 장치를 이용하면서도 연료 급송 장치의 주어진 급송 속도에서 난방 매체의 질량 유량을 변화시킬 수 있게 한다. 이러한 구성으로 인해, 어떠한 작동 조건 또는 용례라 하더라도 난방 매체 송풍기를 높은 송풍기 출력으로 작동시킬 필요가 없어진다. 이러한 식으로 평균 전력 소모를 상당히 감소시킬 수 있으며, 난방 매체에 의해 야기되는 유동 소음으로 인한 평균 소음 레벨을 감소시킬 수 있다. 난방 매체의 질량 유량에 따른 변경은 예를 들면 측정된 질량 유량에 기초하여 직접적인 방식으로 수행되거나(예를 들면, 센서가 질량 유량을 직접 측정하는 경우), 난방 매체의 질량 유량에 대한 추론을 가능하게 하는 측정 신호, 예를 들면 히터의 출구에서의 난방 매체의 측정 온도(배출 온도) 또는 난방 매체의 유입 온도(열교환기의 상류측의 온도)와 난방 매체의 배출 온도 간의 온도차와 같은 측정 신호에 기초하여 간접적인 방식으로 수행될 수도 있다. "질량 유량"이란 용어는 단위 시간당 난방 매체의 질량을 의미한 것으로 한다. 이 제어기는 바람직하게는 난방 매체의 질량 유량에 따라 연소실로 공급되는 연료의 양과 연소실로 공급되는 연소 공기의 양 간의 비를 변화시키도록 구성된다.

하나의 실시예에 따르면, 제어기는 연료 급송 장치의 급송 속도는 일정하게 유지한 채 난방 매체의 질량 유량에 따라 공용 구동 장치의 회전 속도를 변경시키도록 구성된다. 난방 매체의 질량 유량에 따라 공용 구동 장치의 회전 속도를 변경함으로써, 난방 매체 송풍기는 각각의 작동 상태 또는 각각의 용례의 실제 환경에 부합하는 송풍기 출력으로 작동할 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 제어기는 난방 매체의 질량 유량이 너무 낮은 경우에 공용 구동 장치의 회전 속도를 증가시키도록 구성된다. 이 실시예에서, 난방 매체의 질량 유량은 회전 속도를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 이 경우, 연료 급송 장치의 급송 속도의 변경을 필요로 하지 않는다. 특히, 이 실시예에서 공용 구동 장치(이에 따른 난방 매체 송풍기)가 항시 미리 정해진 회전 속도 범위(연료의 각각의 급송 속도에 대해 미리 정해진 범위)의 하한에 상응하는 회전 속도로 작동할 수 있으며, 이 회전 속도는 난방 매체의 모니터링된 질량 유량이 너무 낮은 경우에만 증가된다. 따라서, 난방 매체 송풍기는 필요한 송풍기 출력으로 항시 작동하며, 이에 따라 연료 소모는 감소하고 소음 레벨은 낮아진다. 질량 유량이 너무 낮은 지의 여부의 평가는 예를 들면 측정된 질량 유량을 미리 설정된 설정값과 비교함으로써 이루어질 수 있다. 질량 유량의 모니터링이 온도 센서에 의해 이루어지는 경우, 예를 들어 측정 온도가 미리 설정된 설정값을 초과하는 경우에 너무 낮은 유량으로 추론될 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 제어기는 연료 급송 장치의 급송 속도에 대해 특정된 회전 속도 범위 내에서 공용 구동 장치의 회전 속도를 변경시키도록 구성된다. 이 경우, 급송 속도에 따른 회전 속도 구간이 가능한데, 즉 급송 속도에 따라 회전 속도 범위의 상한과 하한이 미리 정해진다. 다시 말해, λ 작동 특성 곡선보다는 λ 작동 특성 필드가 정해진다. 특정 회전 속도 범위를 정하는 것은, 연소 공기율 λ가 제한된 범위 내에서만 변화하도록 보장하여, 히터가 연소 프로세스 및 배출물 제한의 측면에서 항시 허용 가능한 범위 내에 있도록 보장한다.

하나의 실시예에 따르면, 제어기는 회전 속도 범위의 하한에 해당하는 회전 속도로 공용 구동 장치를 작동시키고 난방 매체의 질량 유량이 너무 낮은 경우에만 그 회전 속도를 증가시키도록 구성된다. 이 경우, 난방 매체 송풍기가 요구되는 양을 초과하지 않는 적정한 송풍기 출력으로 항시 작동하도록 보장한다.

하나의 실시예에 따르면, 제어기는, 난방 매체의 질량 유량이 너무 낮고 공용 구동 장치의 회전 속도가 회전 속도 범위의 상한에 상응하는 경우 연료 급송 장치의 급송 속도를 감소시키도록 구성된다. 이 경우, 과도하게 낮은 질량 유량으로 인한 히터 또는 그 하류측 구성 요소들의 과열의 발생을 특히 신뢰할만한 방식으로 방지할 수 있다. 특히, 회전 속도를 처음에는 항시 가능한 한 낮게 선택하고, 난방 매체의 질량 유량이 너무 낮은 동안은 그 회전 속도를 연속적으로 증가시키고, 상한에 도달한 경우에만 연료 급송 장치의 급송 속도를 감소시킨다면, 불리한 조건에서도 히터에서의 열 출력을 조급하게 낮출 필요 없이 난방될 영역 내로 열을 신뢰성 있게 도입할 수 있어 유리하다.

하나의 실시예에 따르면, 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 적어도 하나의 센서는 가열된 난방 매체의 온도를 검출하는 온도 센서이다. 이러한 종류의 온도 센서는 비싸지 않은 가격으로 제공될 수 있다. 난방 매체의 과도하게 낮은 유량은 난방 매체의 측정된 온도를 기준 온도와 비교함으로써 신뢰성 있게 검출할 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 난방 매체의 온도를 검출하는 온도 센서는 열교환기의 상류측에 마련된다. 이 경우, 난방 매체의 질량 유량은 난방 매체의 유입 온도와 난방 매체의 배출 온도 간의 온도차와 연료 급송 장치의 급송 속도로부터 신뢰성 있게 결정할 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 히터는, 방출되는 열이 열교환기에서 가열될 난방 매체로서 공기로 전달되는 공기 히터로서 구성된다.

상기한 목적은 청구항 10에 기재한 바와 같은 히터를 작동시는 방법에 의해서도 달성된다. 그 유리한 실시예는 그 종속 청구항으로부터 명백해질 것이다.

그 방법은, 열을 방출하도록 연료와 연소 공기를 반응시키는 연소실, 연소실로 연료를 공급하는 연료 급송 장치, 연소실로 연소 공기를 공급하는 연소 공기 송풍기, 및 가열될 난방 매체를 급송하는 난방 매체 송풍기를 구비한 히터를 작동시키도록 구성된다. 이러한 구성에서, 연소 공기 송풍기와 난방 매체 송풍기는 공용 구동 장치에 의해 구동된다. 그 방법은, 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 단계, 및 난방 매체의 질량 유량에 따라 연소실로 공급되는 연료의 양과 난방 매체의 양 간의 비를 변화시키는 단계를 구비한다. 이러한 방법에 의해 히터와 관련하여 앞서 설명한 이점들이 달성된다. 특히, 난방 매체 송풍기의 평균 동력 소모의 감소와 소음 레벨의 감소가 달성된다.

하나의 실시예에 따르면, 그 방법은, 연료 급송 장치의 급송 속도는 일정하게 유지한 채 난방 매체의 질량 유량에 따라 공용 구동 장치의 회전 속도를 변경하는 단계를 구비한다. 이 경우, 히터는 해당 작동 조건에 부합하는 난방 매체 송풍기 출력으로 작동될 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 그 방법은, 난방 매체의 질량 유량이 너무 낮은 경우에 공용 구동 장치의 회전 속도를 증가시키는 단계를 구비한다. 이는 난방 매체 송풍기가 적절한 질량 유량을 유지하기에 충분한 낮은 회전 속도로 항시 작동하도록 보장한다. 질량 유량이 너무 낮은 레벨로 떨어지는 경우, 이는 신뢰성 있게 상쇄될 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 난방 매체의 질량 유량은 가열된 난방 매체의 온도를 기준값과 비교함으로써 모니터링된다. 이 경우, 난방 매체의 질량 유량의 모니터링이 특히 저렴한 비용으로 신뢰성 있게 이루어진다.

하나의 실시예에 따르면, 난방 매체의 질량 유량은 가열된 난방 매체의 온도가 기준값을 초과하는 경우에 너무 낮은 것으로서 추론된다. 이 경우, 난방 매체의 질량 유량은 매우 간단하면서도 효율적인 방식으로 모니터링된다.

난방 매체의 질량 유량이 가열 전의 난방 매체의 온도와 가열된 난방 매체의 온도를 모니터링함으로써 모니터링되는 경우, 그 질량 유량은 신뢰성 있게 모니터링될 수 있다. 모니터링은 히터의 다른 기능들에도 이용될 수 있는 센서에 의해 수행될 수 있다.

다른 이점 및 개선점은 첨부 도면을 참조한 이하의 실시예들에 대한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 하나의 실시예에 따른 히터의 개략도이다.
도 2는 그 실시예에서 특성 작동 구간을 나타내는 개략도이다.
도 3은 그 실시예에서 제어 기능을 예시하는 개략적 흐름도이다.

이하에서 도 1 내지 도 3을 참조하여 하나의 실시예에 대해 설명한다. 도 1에 개략적으로 도시한 히터(1)는 공기 히터로서 구성되는데, 다시 말해 본 실시예에서 가열될 난방 매체가 공기로 이루어진다. 본 실시예에 따른 히터(1)는 모바일 히터로서, 특히 자동차용 히터로서 구성된다. 히터(1)는 예를 들면 파크 히터나 보조 히터에 의해 형성될 수 있다.

히터(1)는 연료를 연소 공기와 반응시켜 가열용 열을 방출시키는 연소실(10)을 구비한다. 본 실시예에서, 연료는 예를 들면 자동차의 엔진에도 이용될 수 있는 연료, 특히 가솔린이나 디젤로 이루어질 수 있다. 그러나, 다른 연료도 가능하다. 연료는 화살표(12)로 개략적으로 도시한 바와 같이 연료 급송 장치(11)에 의해 연소실(10)에 공급된다. 연료 급송 장치(11)는 예를 들면 공지의 방식으로 계량 펌프에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 다른 연료 급송 장치도 역시 가능하다. 연소 공기는 화살표(14)로 개략적으로 도시한 바와 같이 연소 공기 송풍기(13)(도 1에서는 개략적으로 도시)에 의해 연소실(10)에 공급된다.

연소실(10)에서 생성된 고온의 연소 배출 가스는 화살표(16)로 개략적으로 도시한 바와 같이 열교환기(15)를 통과한다. 이 열교환기(15)에서, 방출된 열의 적어도 대부분이 연소 배출 가스로부터, 마찬가지로 화살표(17)로 개략적으로 도시한 바와 같이 열교환기(15)를 통과해 유동 경로를 따라 지나가는 난방 매체로 전달된다. 냉각된 연소 배출 가스는 화살표(18)로 개략적으로 도시한 바와 같이 배출 가스 출구로부터 방출된다. 가열된 난방 매체는 도 1에서 화살표(19)로 개략적으로 도시한 바와 같이 적절한 배관 시스템을 통해 난방될 영역에 공급되며, 이 영역은 예를 들면 차량의 내부에 의해 형성될 수 있다.

열교환기(15)를 거쳐 난방될 영역에 이르는 유동 경로를 따른 난방 매체의 질량 흐름은 난방 매체 송풍기(20)에 의해 생성된다. 난방 매체 송풍기(20)와 연소 공기 송풍기(13)는 공용 구동 장치(21)에 의해 구동된다. 공용 구동 장치(21)는 예를 들면 전기 모터로 이루어질 수 있다. 도시한 실시예에서, 난방 매체 송풍기(20)와 연소 공기 송풍기(13)는, 난방 매체 송풍기(20)의 회전 속도가 연소 공기 송풍기(13)의 회전 속도에 대해 일정한 관계를 갖도록 공용 구동 장치에 결합된다. 연소 공기 송풍기(13)와 난방 매체 송풍기(20)는 예를 들면 이들 모두가 동일한 회전 속도를 갖도록 공용 구동 장치(21)에 결합될 수 있지만, 상이한 회전 속도도 역시 가능하다. 그러한 결합은 예를 들면 공용 구동 샤프트에 의해 실현될 수 있다.

난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 센서(22)가 난방 매체의 유동 경로에 배치된다. 센서(22)는 예를 들면 난방 매체의 질량 유량을 측정하는 센서로 이루어질 수 있다. 난방 매체의 질량 유량을 직접 측정하는 그러한 종류의 센서는 도 1에 도시한 바와 같이 열교환기로부터 나온 후의 난방 매체의 유동 경로 내에 뿐만 아니라, 유동 경로의 다른 지점에, 특히 예를 들면 열교환기로 유입되기 전의 난방 매체의 유동 경로 내에 배치될 수 있다. 그러나, 도시한 실시예에서 센서(22)는 열교환기(15)의 하류측의 가열된 난방 매체의 유동 경로 내에 배치된 온도 센서로 이루어진다. 이 온도 센서는 가열된 난방 매체의 온도를 측정한다. 이러한 식으로, 난방 매체의 질량 유량이 아래에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 간접적으로 모니터링된다.

센서(22), 공용 구동 장치(21) 및 연료 급송 장치(11)는 히터의 작동을 제어하도록 구성된 제어기(23)에 해당 연결 라인에 의해 연결된다. 제어기(23) 및 연료 급송 장치(11)는 연료 급송 장치(11)가 상이한 급송 속도로 작동할 수 있도록, 다시 말해 단위 시간당 상이한 양의 연료를 연소실에 급송할 수 있도록 구성된다. 이는 연료 급송 장치(11)가 계량 펌프로 이루어진 경우에는 예를 들면 클록 주파수를 제어함으로써 실현할 수 있다.

연소 공기 공급원 및 연소 공기 송풍기(13)는 단위 시간당 연소실(10)에 공급되는 연소 공기가 연소 공기 송풍기(13)의 회전 속도에 의해 결정되도록 구성된다. 따라서, 연소실(10)에서의 반응 프로세스의 연소 공기율 λ가 연소 공기 송풍기(13)의 회전 속도와 연료 급송 장치(11)의 급송 속도에 의해 결정된다. 연료 급송 장치(11)의 미리 정해진 급송 속도에서 특정 연소 공기비 λ가 존재하도록 보장하기 위해, 연소 공기 송풍기(13)는 미리 정해진 회전 속도를 가져야 한다. 그러한 관계는 공급되는 연소 공기의 정해진 공기 밀도에 대해서만 관계가 있고 연소 공기율 λ은 공기 밀도를 감소시킴에 따라 낮은 값쪽으로(즉, 보다 농후한 연소 혼합물 쪽으로) 이동할 것이라는 점을 유념해야 할 것이다. 알려진 바와 같이, 공기 밀도의 감소는 특히 해수면으로부터의 절대 높이에 따라 발생한다.

난방 매체 송풍기(20)와 연소 공기 송풍기(13)가 공용 구동 장치(21)에 결합되기 때문에, 공용 구동 장치(21)의 회전 속도의 변화는 항시 난방 매체의 질량 유량의 변화는 물론 연소 공기의 질량 유량의 변화도 야기한다. 따라서, 연료 급송 장치(11)의 미리 정해진 급송 속도(그리고, 일정한 연소 공기 밀도)에서, 공용 구동 장치의 회전 속도의 변화는 연소 공기율 λ의 변화를 야기한다. 연료 공급 장치(11)의 주어진 급송 속도에서 미리 정해진 특정한 연소 공기율 λ가 얻어지는 경우, 이는 연소 공기 송풍기(13)의 필요한 회전 속도[이에 따른 공용 구동 장치(21)의 회전 속도]를 바로 결정할 수 있다. 난방 매체 송풍기(20)도 역시 공용 구동 장치(21)에 의해 구동되기 때문에, 이는 또한 난방 매체의 질량 유량을 결정한다.

도 2에서는 연료 급송 장치(11)의 급송 속도를 수평축(x축) 상에 나타내고 공용 구동 장치의 회전 속도를 수직축(y축) 상에 나타내고 있는 개략도를 도시하고 있다. 공지의 히터의 경우, 연소 공기 송풍기용 구동 장치의 회전 속도는 연료 급송 장치의 급송 속도에 따라 조절되어, 그 시스템이 가능한 최선의 연소 프로세스를 위해 연소 공기율 λ의 특정한 공칭값으로 조절되도록 한다. 이 경우에, 도 2에서 파선으로 나타낸 라인 KL이 얻어진다. 따라서, 이러한 식의 조절은 연료 급송 장치(11)의 각각의 (허용 가능한) 급송 속도에 대해 공용 구동 장치(21)의 상응하는 미리 정해진 회전 속도를 초래하고, 나아가서는 난방 매체 송풍기(20)의 미리 정해진 회전 속도를 초래한다.

반면, 본 실시예에 있어서, 제어기(23)는 미리 정해진 λ 특성 곡선에 맞게 조절하는 것이 아니라, 도 2에 점선으로 도시한 λ 작동 특성 필드 KF에 맞게 조절하도록 설정된다. 다시 말해, 본 실시예는, 공용 구동 장치(21)[이에 따른 연소 공기 송풍기(13)]이 연료 급송 장치(11)의 주어진 급송 속도에서 수직 방향으로의 작동 특성 필드 KF의 대응 크기에 상응하는 회전 속도 범위 내의 회전 속도로 작동할 수 있는 상황을 허용한다. 따라서, 미리 정해진 범위 내에서 다양한 λ가 발생하는 상황이 허용된다. 도 2에서 화살표(P)로 개략적으로 도시한 바와 같이 미리 정해진 급송 속도에서 허용되는 공용 구동 장치(21)의 다양한 회전 속도로 인해, 미리 정해진 범위 내에서 난방 매체 송풍기(20)의 회전 속도를 변화시킬 가능성도 존재한다. 따라서, 연료 급송 장치(11)의 미리 정해진 급송 속도(이 속도가 히터 내에서 내부 열 출력을 대략적으로 결정)에서, 얻어지는 난방 매체의 질량 유량을 미리 정해진 범위 내에서 증가 또는 감소시킬 가능성이 존재한다. 연료 급송 장치(11)의 급송 속도는 예를 들면 난방될 영역의 목표 온도, 사용자에 의해 입력된 열 출력의 설정값, 난방될 공간의 목표 온도와 지배적인 실제 온도 간의 차이 등에 의해 정해질 수 있다.

아래에서 설명하는 제어 프로세스는 연속 작동 또는 정상 작동 상태에서의 히터(1)의 작동에 관한 것이지, 특정 경우에 시동된 직후의 히터의 시동 프로세스에 관한 것은 아니라는 점을 유념해야 할 것이다.

제어 프로세스는 도 2 및 도 3을 참조하여 아래에서 설명한다. 본 실시예에 따르면, 제어기(23)는 공용 구동 장치(21)가 처음에는 연료 급송 장치(11)의 미리 정해진 급송 속도에 대해 최저 허용 회전 속도로 항시 작동하도록 공용 구동 장치(21)를 제어한다. 이러한 최저 허용 회전 속도는 작동 특정 필드 KF의 해당 하한 UG에 의해 결정된다. 단계 S1에서, 제어기(23)는 센서(22)의 신호를 검출한다. 단계 S2에서, 제어기(23)는 센서(22)의 신호를 체크하여, 난방 매체의 충분한 질량 유량이 달성되는 지의 여부를 결정한다. 센서(22)가 난방 매체의 질량 유량을 직접 측정하는 경우, 제어기(23)는 결정된 질량 유량과 설정값을 비교한다. 센서(22)가 온도 센서로 이루어진 도시한 실시예로 구현된 경우에는 히터(1)로부터 나오는 가열된 난방 매체의 온도를 제어기(23)에 저장된 기준값과 비교한다. 측정된 온도가 기준값을 초과하는 경우, 제어기(23)는 난방 매체의 기존의 질량 유량이 히터(1)에서 방출된 열을 난방될 공간으로 소산시키기에는 충분하지 않은 것으로 추론한다. 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 것에 대해 전술한 2가지 가능성 대신에 또는 이에 추가하여, 난방 매체의 질량 유량을 추론할 수 있게 하는 하나 이상의 다른 센서에 의해 모니터링이 이루어질 수도 있다.

제어기(23)가 단계 S2에서 난방 매체의 질량 유량이 충분하다("예")고 결론 내린 경우, 단계 S3에서 공용 구동 장치의 회전 속도가 이미 하한 UG(도 2 참조)에 상응하지는 지의 여부를 결정하는 체크가 이루어진다. 회전 속도가 이미 하한 UG에 상응하는 경우, 제어기(23)는 단계 S1로 되돌아간다. 회전 속도가 하한 UG보다 높은 경우, 제어기는 단계 S3에서 회전 속도(예를 들면, 미리 정해진 양만큼)를 낮추고, 그 후에만 단계 S1로 되돌아간다.

제어기(23)가 단계 S2에서 난방 매체의 질량 유량이 너무 낮다("아니오")고 결론 내린 경우, 즉, 난방을 위해 방출된 열의 불충분한 양이 난방될 영역으로 급송되고 있는 경우, 단계 S4에서 공용 구동 장치(21)의 회전 속도가 연료 급송 장치(11)의 기존의 급송 속도에 대한 작동 특성 필드 KF에서의 상한 OG보다 낮은 지의 여부를 결정하는 체크가 이루어진다. 공용 구동 장치(21)의 회전 속도가 상한 OG보다 낮은 경우("예"), 그 회전 속도는 단계 S5에서 증가되며(예를 들면, 미리 정해진 양만큼), 그 후에 제어기(23)는 단계 S1로 되돌아간다.

제어기(23)가 단계 S4에서 회전 속도가 이미 상한 OG에 상응하다("아니오")고 확정하는 경우, 단계 S6에서 연료 급송 장치(11)의 급송 속도를 감소시키고, 그 후에 제어기(23)는 단계 S1로 되돌아간다.

전술한 방식의 히터(1)의 제어는, 공용 구동 장치(21)가 연료 급송 장치(11)의 모든 급송 속도에서의 난방 매체의 충분한 질량 유량에 대해 필요한 송풍기 출력으로 난방 매체 송풍기(20)를 항시 작동시키도록 보장한다. 이는 난방 매체 송풍기(20)가 항시 가능한 최저 송풍기 출력으로 작동됨을 의미한다. 이러한 식으로, 모든 가능한 용례 및 작동 조건에 대해 평균한 히터(1)의 평균 전력 소모가 현저히 감소하여, 난방 매체의 유동에 의해 야기되는 소음 레벨이 최저치로 감소한다.

허용된 작동 특성 필드 KF는 제어기에 저장된다. 작동 특성 필드는, 히터가 작동 특성 필드 KF에 의해 허용되는 모든 상태에서 연소 프로세스 및 배출물 제한(그을음, CO 등)에 관한 허용된 특성을 나타내도록 선택된다. 연소 공기율 λ의 변동에 대한 모든 가능한 추가적인 영향이 작동 특성 필드 KF를 정할 때에 고려되어야 한다.

상한 OG 이하의 공용 구동 장치의 회전 속도들이 전술한 방식의 히터(1)의 제어에서 허용되기 때문에, 히터(1)에서 제공되는 열 출력은 미리 정해진 λ 특성 곡선에 맞게 조절되는 히터와 비교할 때에 불리한 조건(예를 들면, 난방 매체의 유동 경로에서의 유동 저항의 레벨이 높은 경우)들의 경우에도 난방될 영역 내로 보다 효율적으로 급송될 수 있다.

게다가, 전술한 방식의 히터(1)의 제어는 제어기(23)가 추가적인 공기 밀도 센서 또는 고도 센서를 사용하지 않고도 공기 밀도에서의 변화를 보상하도록 보장한다. 연소 공기의 공기 밀도가 감소함에 따라, 연료 공급 장치(11)의 주어진 공급 속도 및 공용 구동 장치(21)의 주어진 회전 속도에 대해 연소 공기비 λ가 떨어진다. 하지만, 그와 동시에, 난방 매체의 밀도도 마찬가지로 감소함으로 인해 난방 매체의 질량 유량이 떨어지고, 그 결과, 방출된 열도 더 이상 충분한 정도로 난방될 공간으로 운반되지 않는다. 그 결과, 공용 구동 장치(21)의 회전 속도가 전술한 제어에 의해 증가되고, λ 값도 연소 공기 송풍기의 회전 속도의 증가로 인해 다시 증가한다.

따라서, 낮은 전력 소모와 낮은 소음 레벨을 갖는 동시에 연소 공기의 공기 밀도의 변화를 자동적으로 보상할 수 있는 컴팩트하고 저렴한 히터를 이용할 수 있게 된다.

전술한 실시예의 수정예에서, 난방 매체의 질량 유량의 모니터링이 아래에서 설명하는 바와 같이 2개의 온도 센서에 의해 이루어진다. 그 수정예가 다른 양태에서는 전술한 실시예와 완전히 일치한다는 점에서 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 데에 있어서의 차이점만을 아래에서 설명한다. 그 수정예에 따르면, 센서(22)는 마찬가지로 열교환기(15)로부터 나오는 동안 또는 그 후의 가열된 난방 매체의 온도(배출 온도)를 측정하는 온도 센서로서 구성된다. 그러나, 열교환기(15)로 유입되기 전에 또는 그 동안의 난방 매체의 온도(유입 온도)를 측정하는 온도 센서(24)가 도 1에 파선으로 도시한 바와 같이 추가로 마련된다. 추가적인 온도 센서(24)도 마찬가지로 제어기(23)에 연결되어, 이 제어기가 측정된 온도값을 판독할 수 있도록 된다. 제어기(23)는 센서(22)에 의해 측정된 온도(배출 온도)와 온도 센서(24)에 의해 측정된 온도(유입 온도) 간의 온도차 ΔT를 결정한다. 제어기(23)는 또한 연료 급송 장치(11)의 급송 속도에 대한 이용 가능 정보를 갖고 있다. 따라서, 연소실(10)에서의 반응 프로세스의 효율을 알고 있다면, 단위 시간당 방출되는 열의 양

를 연료 급송 장치(11)의 급송 속도로부터 구할 수 있다. 난방 매체의 비열 c를 알고 있다면, 질량 유량

은 이하의 식을 이용하여 그러한 변수들로부터 결정할 수 있다.

수정예에 있어서 결정된 질량 유량이 충분하다거나 너무 낮은 지의 여부의 평가가 또한 제어기에 저장된 기준값과 결정된 값을 비교함으로써 이루어진다. 기준값보다 낮은 경우, 질량 유량은 너무 낮다. 수정예에 있어서 제어기(23)에 의한 히터의 제어도 역시 전술한 실시예와 관련하여 설명한 방식으로 수행된다.

연소 공기 송풍기의 회전 속도를 연료 급송 장치의 해당 급송 속도에 따라 조절하여 미리 정해진 일정한 연소 공기비 λ가 얻어지도록 히터를 제어하는 경우와 비교할 때에, 전술한 히터 및 이 히터를 작동시키기 위한 전술한 방법은 다수의 이점을 갖는다. 연소 공기 송풍기와 난방 매체 송풍기가 공용 구동 장치에 의해 결합되는 경우, 미리 정해진 λ 특성 곡선에 맞게 조절할 경우에 히터의 개발 중에 난방 매체 송풍기의 치수 설정은, 난방 매체 송풍기의 각각의 회전 속도가 연료 급송 장치의 급송 속도에 따라 미리 정해진다는 점에서 고려되는 모든 작동 상태 및 용례에 대해 난방 매체의 충분한 질량 유량이 달성되도록 이루어져 할 것이다. 따라서, 난방 매체 송풍기는 생성된 열 출력이 난방될 영역으로 도입되도록, 다시 말해 난방 매체의 충분한 질량 유량이 모든 조건 하에서 달성되도록 보장하게 설계되어야 할 것이다. 작동 중에 달성되는 난방 매체의 질량 유량은 특히 난방 매체의 유동 경로에서의 유동 저항의 수준에 좌우되며, 이는 상이한 용례(예를 들면, 상이한 차량)들에서 현저하게 다르다. 게다가, 달성되는 난방 매체의 질량 유량은 또한 작동, 공차 및 특정 용례와 관련된 상당한 변동을 겪게 된다.

일정한 λ 특성 곡선에 맞게 조절하는 경우에, 고려되는 모든 조건 하에서 난방 매체의 충분한 질량 유량을 보장하기 위해서는 난방 매체 송풍기를 높은 송풍기 출력을 제공하도록 설계하여, 가장 불리한 조건의 경우에 난방 매체의 충분한 질량 유량을 달성할 수 있도록 해야 할 것이다. 그러나, 그러한 구조로 인해, 히터는 대부분의 작동 상태 및 용례에서 요구되는 것보다 상당히 높은 난방 매체 송풍기의 송풍기 출력으로 작동될 것이다. 이는 바람직하지 못하게 높은 동력 소모를 초래함은 물론, 난방 매체의 유동 소음으로 인한 바람직하지 못하게 높은 소음 레벨을 야기할 것이다. 연소실에 공급되는 연료의 양과 연소실에 공급되는 연소 공기의 양 간의 상이한 비(즉, 상이한 연소 공기비 λ)가 허용되는 전술한 해법에서, 그러한 단점들은 발생하지 않는다.

Claims

히터로서,
열을 방출하도록 연료를 연소 공기와 반응시키는 연소실(10);
방출된 열의 적어도 일부를 가열될 난방 매체로 전달하는 열 교환기(15);
상기 연소실(10)로 연료를 공급하는 연료 급송 장치(11);
상기 연소실(10)로 연소 공기를 공급하는 연소 공기 송풍기(13);
난방 매체를 급송하는 난방 매체 송풍기(20);
상기 연소 공기 송풍기(13) 및 난방 매체 송풍기(20)를 위한 공용 구동 장치(21);
상기 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 적어도 하나의 센서(22); 및
상기 연료 급송 장치(11)와 공용 구동 장치(21)를 제어하는 제어기(23)
를 포함하는 히터에 있어서,
상기 제어기(23)는 난방 매체의 질량 유량에 따라 연소실로 공급되는 연료의 양과 난방 매체의 양 간의 비를 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 제어기는 연료 급송 장치(11)의 급송 속도는 일정하게 유지한 채 난방 매체의 질량 유량에 따라 공용 구동 장치(21)의 회전 속도를 변경시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 제어기(23)는 난방 매체의 질량 유량이 질량 유량의 기준값보다 낮은 경우에 공용 구동 장치(21)의 회전 속도를 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 제어기(23)는 연료 급송 장치(11)의 급송 속도에 대해 미리 정해진 회전 속도 범위(KF) 내에서 공용 구동 장치(21)의 회전 속도를 변경시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히터.
제4항에 있어서, 상기 제어기(23)는 회전 속도 범위(KF)의 하한(UG)과 동일한 회전 속도로 공용 구동 장치(21)를 작동시키고 난방 매체의 질량 유량이 질량 유량의 기준값보다 낮은 경우에만 그 회전 속도를 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히터.
제4항에 있어서, 상기 제어기(23)는, 난방 매체의 질량 유량이 질량 유량의 기준값보다 낮고 공용 구동 장치(21)의 회전 속도가 회전 속도 범위(KF)의 상한(OG)에 동일한 경우 연료 급송 장치(11)의 급송 속도를 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 적어도 하나의 센서(22)는 가열된 난방 매체의 온도를 검출하는 온도 센서인 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 난방 매체의 온도를 검출하는 온도 센서(24)가 열교환기(15)의 상류측에 마련되는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 히터(1)는, 방출되는 열이 열교환기(15)에서 가열될 난방 매체로서 공기로 전달되는 공기 히터로서 구성되는 것을 특징으로 하는 히터.
히터를 작동시키는 방법으로서, 히터(1)는,
열을 방출하도록 연료를 연소 공기와 반응시키는 연소실(10);
상기 연소실(10)로 연료를 공급하는 연료 급송 장치(11);
상기 연소실(10)로 연소 공기를 공급하는 연소 공기 송풍기(13);
가열될 난방 매체를 급송하는 난방 매체 송풍기(20)를 구비하며,
상기 연소 공기 송풍기(13)와 난방 매체 송풍기(20)는 공용 구동 장치(21)에 의해 구동되며,
상기 방법은,
- 난방 매체의 질량 유량을 모니터링하는 단계; 및
- 난방 매체의 질량 유량에 따라 연소실로 공급되는 연료의 양과 난방 매체의 양 간의 비를 변화시키는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 작동 방법.
제10항에 있어서,
- 상기 연료 급송 장치(11)의 급송 속도는 일정하게 유지한 채 난방 매체의 질량 유량에 따라 공용 구동 장치(21)의 회전 속도를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 작동 방법.
제10항에 있어서,
- 난방 매체의 질량 유량이 질량 유량의 기준값보다 낮은 경우에 공용 구동 장치(21)의 회전 속도를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 작동 방법.
제10항에 있어서, 상기 난방 매체의 질량 유량은 가열된 난방 매체의 온도를 기준값과 비교함으로써 모니터링되는 것을 특징으로 하는 히터의 작동 방법.
제13항에 있어서, 상기 난방 매체의 질량 유량은 가열된 난방 매체의 온도가 온도의 기준값을 초과하는 경우에 질량 유량의 기준값보다 낮은 것으로서 추론하는 것을 특징으로 하는 히터의 작동 방법.
제10항에 있어서, 상기 난방 매체의 질량 유량은 가열 전의 난방 매체의 온도와 가열된 난방 매체의 온도를 모니터링함으로써 모니터링되는 것을 특징으로 하는 히터의 작동 방법.
제1항에 있어서, 상기 히터는 이동용 히터인 것을 특징으로 하는 히터.
제10항에 있어서, 상기 히터는 이동용 히터인 것을 특징으로 하는 히터의 작동 방법.