KR101436867B1 - 공기비례제어식 연소장치와 그 열량 조정방법 - Google Patents

공기비례제어식 연소장치와 그 열량 조정방법 Download PDF

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Abstract

공기비례제어식 연소장치와 그 열량 조정방법이 개시된다. 송풍기의 회전수 제어로 출력 열량을 제어하는 본 발명의 연소장치는 설치장소나 연도 막힘, 계절 등의 변화와 같은 외부 상황 또는 그 상황 변화에 따른 송풍기 회전수 대비 공기 유속의 변화를 보상할 수 있다. 이를 위해, 연소장치는 가스 공급을 차단한 상태에서 기준 회전수(Ref.RPM)로 송풍기를 구동시킨 후에 측정한 풍압(Act.APS)과 기준 풍압(Ref.RPM)에 차이가 있을 경우, 회전수를 가변시키면서 그 차이를 보상하고 가변된 회전수를 새로운 기준 회전수로 적용한다.

Description

공기비례제어식 연소장치와 그 열량 조정방법{Air Proporationality Type Combustion Apparatus and Heat Capacity Controlling Method thereof}
본 발명은 송풍기의 회전수 제어로 출력 열량을 제어하는 공기비례제어식 연소장치에서 외부 상황, 또는 그 상황 변화에 따른 송풍기 회전수 대비 공기 유속을 보상할 수 있는 공기비례제어식(Pneumatic Gas/Air Ratio Control) 연소장치와 그 열량 조정방법에 관한 것이다.
연소장치는 가스와 공기의 혼합공기를 버너가 연소시켜 생성한 열을 열교환기를 통해 보일러 또는 온수기 등에 사용되는 난방수 또는 온수를 가열하는 장치로서, 공기비례제어 방식은 연소장치가 생성하는 열량이 공기의 유속에 의해 결정되는 방식이다.
도 1은 종래의 연소장치에 포함된 연소부의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1의 연소부(100)를 참조하면, 송풍기(Fan)(10)로 공기를 공급하는 공기 배관(11)은 송풍기(10)에 연결되고, 가스가 유동하는 가스배관(13)은 송풍기(10)의 전단에서 공기 배관(11)에 연결됨으로써 송풍기(10)에는 가스와 공기가 혼합된 혼합공기가 유입된다. 혼합공기가 유동하는 공기 배관(11)의 일측에는 다단밸브(15)가 마련되어 송풍기(10)으로 유입되는 혼합공기의 양을 제어한다. 송풍기(10)에 의해 배송되는 혼합공기는 버너(17)로 공급되어 연소되고, 연소과정에서 발생한 열은 열교환기(19)를 통해 연소장치로 공급되는 직수를 가열하여 온수나 난방수를 만든다.
송풍기(10)으로 공급되는 가스의 양은 가스배관(13) 상에 마련된 가스 밸브(21)에 의해 제어된다. 공기의 양은 송풍기(10) 자체의 회전수를 제어함으로써 조정하고, 송풍기(10)에 공급되는 실제 공기의 양은 풍압센서(APS: Air Pressure Sensor)(23)에 의해 비례적으로 계측된다. 앞서 설명한 바와 같이, 공기비례제어 방식의 연소장치의 열량 출력은 혼합 공기의 유속에 의해 결정되고, 그 공기의 유속은 송풍기(10)의 회전수에 의해 제어되는 방식이다.
문제는 공기의 유속이 설치장소(습한 지역과 건조한 지역)나 설치 고도, 연도의 길이에 따라 연소장치마다 달라질 수 있어서 송풍기(10)의 회전수 대비 유속이 연소장치마다 달라질 수 있다는 것이다. 나아가, 동일한 연소장치라 하더라도 연도의 막힘 여부나 계절 등에 따라 유속이 변할 수 있기 때문에, 동일한 연소장치임에도 불구하고 송풍기(10)의 회전수 대비 유속이 계속 달라질 수 있다는 것이다.
따라서 연소장치의 출력 열량을 정확히 제어하기 위해서는 설치시뿐만 아니라, 주기적으로 송풍기(10)의 회전수 대비 유속을 측정하고 보정할 필요가 있다.
[관련 기술 문헌]
대한민국 공개특허 제10-2003-0041366호 공기비례제어 온수기.
상기 공개특허는 저가의 AC 송풍기와 가스비례밸브와 풍량센서를 사용하여 풍량에 따라 가스비례밸브를 직접 제어하여 풍량의 모든 범위에 대해서 가스량을 맞출 수 있는 온수기를 개시하고 있으나, 여전히 외부 환경에 대한 보상 기능은 없다.
본 발명의 목적은, 송풍기의 회전수 제어로 출력 열량을 제어하는 공기비례제어식 연소장치에서 송풍기 회전수 대비 공기 유속에 대한 외부 상황의 영향을 보상하여 정확한 열량을 출력할 수 있는 공기비례제어식 연소장치와 그 열량 조정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이상의 송풍기 회전수 대비 공기 유속의 변화를 주기적으로 측정하고 보상함으로써 고정되지 않고 변하는 외부 상황에 따른 유속의 변화를 보상하여 정확한 열량을 출력할 수 있는 공기비례제어식 연소장치와 그 열량 조정방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기비례제어식 연소장치의 열량 조정방법은, 메모리에 상기 연소장치의 출력 열량별 기준 풍압과, 상기 기준 풍압 출력을 위한 기준 회전수가 저장되는 단계; 송풍기로 유입되는 가스 공급을 차단하고 상기 기준 회전수로 상기 송풍기를 구동하고 풍압센서를 이용하여 상기 송풍기로 유입되는 공기의 풍압을 측정하는 송풍기 조정 제1 단계; 상기 측정한 측정값과 상기 기준 풍압의 차이가 임계범위를 벗어날 경우, 상기 측정값이 상기 기준 풍압이 될 때까지 상기 송풍기 회전수를 가변시킨 다음, 상기 가변된 회전수를 상기 기준 회전수로 상기 메모리에 다시 저장하는 송풍기 조정 제2 단계; 및 사용자에 의해 요청된 열량을 출력하기 위해, 상기 송풍기 조정 단계에서 다시 저장된 기준 회전수로 상기 송풍기를 제어하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따라, 상기 송풍기 조정 제1 및 제2 단계는, 상기 송풍기로 유입되는 혼합공기의 양을 제어하는 다단밸브를 모두 개방한 상태에서 수행되는 것이 바람직하다.
다른 실시 예에 따라, , 송풍기 조정 제2 단계에서, 상기 기준 회전수 대비 상기 가변된 회전수의 비율을 나타내는 회전수 변화율이 기 설정된 임계 보정율보다 작으면, 상기 가변된 회전수를 상기 기준 회전수로 다시 저장하지 않고 상기 메모리에 저장된 기준 회전수를 그대로 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기비례제어식 연소장치는, 가스와 공기의 혼합공기를 배송하는 송풍기; 상기 송풍기에 연결된 가스배관 상에 마련되어 상기 송풍기로 유입되는 가스의 양을 제어하는 가스 밸브; 상기 송풍기에 연결된 공기배관 상에 마련되어 상기 송풍기로 유입되는 공기의 풍압을 측정하는 풍압센서; 상기 연소장치의 출력 열량별 기준 풍압과, 상기 기준 풍압 출력을 위한 기준 회전수가 저장된 메모리; 및 사용자에 의해 요청된 열량을 출력하기 위해, 상기 메모리에 저장된 기준 회전수로 상기 송풍기를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 송풍기조정부를 포함한다. 송풍기조정부는, 상기 가스 밸브를 닫고 상기 기준 회전수로 상기 송풍기를 구동한 상태에서 읽어 온 상기 풍압센서의 측정값과 상기 기준 풍압의 차이가 임계범위를 벗어날 경우, 상기 측정값이 상기 기준 풍압이 될 때까지 상기 송풍기 회전수를 가변시킨 다음, 상기 가변된 회전수를 상기 기준 회전수로 상기 메모리에 다시 저장한다.
본 발명의 연소장치는 송풍기의 회전수 제어로 출력 열량을 제어하면서, 송풍기 회전수 대비 공기 유속에 대한 외부 상황의 영향을 보상하여 정확한 열량을 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 연소장치는 이상의 송풍기 회전수 대비 공기 유속의 변화를 주기적으로 측정하고 보상함으로써 고정되지 않고 변하는 외부 상황에 따른 유속의 변화를 보상하여 정확한 열량을 출력할 수 있다.
도 1은 종래의 연소장치에 포함된 연소부의 일 예를 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 연소장치의 블록도, 그리고
도 3은 본 발명의 연소장치의 열량 조정방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 연소장치(200)는 연소부(100)와, 메모리(201) 및 제어부(210)를 포함한다. 도 2의 연소장치(200)는 본 발명의 설명에 필수적인 것이 아닌 것은 생략하였으며, 당연히 사용자 인터페이스 등을 더 구비할 수 있다.
연소부(100)는 도 1에 예시적으로 도시된 구조 이외에도 다른 구조의 연소부도 가능하며, 다만 공기비례제어 방식이 적용되어 송풍기(10)의 회전수 제어를 통해 연소장치(200) 전체의 출력 열량이 제어되는 것이면 족하다.
메모리(201)에는 출력 열량별 기준 풍압(Ref.APS)과, 기준 풍압(Ref.APS) 출력을 위한 기준 회전수(Ref.RPM) 정보가 기록된 연소 테이블이 저장된다. 앞서 설명한 바와 같이, 연소장치(200)의 출력 열량은 공기비례제어 방식에 따라 공기의 유속, 즉 풍압센서(23)로 측정하는 풍압으로 제어한다. 여기서, 기준 풍압(Ref.APS)은 해당 출력 열량을 내기 위한 공기의 유속에 해당하는 풍압이고, 기준 회전수(Ref.RPM)는 해당 풍압을 내는 것으로 기 설정된 송풍기(10)의 회전수이다.
그 밖에도, 메모리(201)에는 출력 열량별 최고 임계 회전수(Max. RPM)가 저장된다. 최고 임계 회전수(Max. RPM)는 아래에서 설명될 송풍기 조정과정에서 기준 회전수(Ref.RPM)가 보정될 수 있는 최고치로서 출력 열량별로 정해진다.
제어부(210)는 연소제어부(211)와 송풍기조정부(213)를 포함하여, 본 발명의 연소장치(200)의 전반적인 동작뿐만 아니라 본 발명의 특징적인 송풍기 조정기능을 수행한다.
연소제어부(211)는 사용자에 의해 요청된 열량을 출력하기 위해, 메모리(201)로부터 해당 열량에 매핑된 기준 회전수(Ref.RPM)를 읽어 와, 송풍기(10)를 기준 회전수(Ref.RPM)로 구동한다. 물론, 제어방식에 따라 연소제어부(211)는 기준 회전수(Ref.RPM)로부터 산술적으로 추가 계산된 회전수를 적용할 수 있으나, 제어의 기준은 해당 열량에 매핑된 기준 회전수(Ref.RPM)가다.
송풍기조정부(213)는 본 발명의 특징적인 송풍기 조정 기능을 수행한다. 송풍기조정부(213)의 동작은 도 3을 기준으로 설명한다.
본 발명의 송풍기 조정 기능은 기 설정된 기준 회전수(Ref.RPM)로 송풍기(10)를 구동하더라고 해당 기준 풍압(Ref.APS)이 나오지 않고 결과적으로 원하는 열량이 출력되지 않는 문제를 해결하는 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 공기의 유속이 설치장소(습한 지역과 건조한 지역), 설치 고도, 연도의 길이, 연도의 막힘 여부 또는 계절 등에 따라 연소장치마다 달라지고 동일한 연소장치라 하더라도 일정하게 유지되지 않고 변하게 되므로, 이를 주기적으로 보정하여 기준 회전수(Ref.RPM)를 계속 수정하는 기능이다. 송풍기 조정 기능이 수행되는 중에는 연소제어부(211)는 동작하지 아니한다.
<송풍기 조정 모드; S301>
도 3을 참조하면, 송풍기조정부(213)는 기 설정된 송풍기 조정모드에 진입하는지 여부를 판단한다. 송풍기 조정모드에 진입하면, 이하의 송풍기 조정단계가 수행된다. 송풍기 조정모드 진입은 연소장치(200)가 최초 설치된 때에만 수행할 수도 있으나, 실시 예에 따라서는 주기적으로, 예컨대 30일 주기로 실시하여 외부 환경의 변화를 보상할 필요도 있다.
<송풍기 조정 제1 단계; S303, S305>
송풍기 조정모드에 해당하는 경우, 송풍기조정부(213)는 먼저 가스 밸브(21)를 닫아 송풍기(10)로 유입되는 가스 공급을 차단하고, 다단밸브(15)는 모두 연다. 다단밸브(15)는 완전 개방하는데, 2단 밸브인 경우에 2단 개방을 실시하고, 3단 밸브인 경우에는 3단 개방한다. 다만, 본 발명의 연소부(100)에 반드시 다단밸브(15)가 적용되어야 하는 것은 아니며, 실시 예에 따라 다단밸브(15)를 대신하여 1단 밸브가 적용될 수도 있다. 이에 따라, 송풍기(10)로는 혼합공기가 아닌 공기만 공급되며, 송풍기조정부(213)의 회전수 제어에 따른 송풍기(10)의 배송 능력을 체크할 수 있다(S303).
송풍기조정부(213)는 메모리(201)에 저장된 기준 회전수(Ref.RPM) 중 하나로 송풍기(10)를 구동하면서, 풍압센서(23)가 측정한 풍압(Act. APS)을 읽어 온다(S305).
<송풍기 조정 제2 단계; S307 내지 S321>
송풍기조정부(213)는 S305 단계에서 측정한 풍압(Act. APS)이 기준 풍압(Ref.APS)과 동일하거나 유사한지 여부를 판단하고(S307), 측정 풍압(Act. APS)과 기준 풍압(Ref.APS)의 차이가 임계범위 내에 있으면 정상상태로 판단한다(S309).
S307 단계의 판단결과, 측정 풍압(Act. APS)과 기준 풍압(Ref.APS)의 차이가 임계범위를 벗어나면, 연도의 상황이나, 계절 등의 환경이 기존의 기준 회전수(Ref.RPM)가 설정된 때와 달라졌음을 의미한다. 따라서 송풍기조정부(213)는 풍압센서(23)에서 읽어 온 측정 풍압(Act. APS)이 기준 풍압(Ref.APS)과 임계범위 내에서 일치하도록 송풍기(10)를 구동시키는 회전수를 계속 가변시킨다(S311, S313).
다시 측정 풍압(Act. APS)과 기준 풍압(Ref.APS)의 차이가 임계범위 내에서 일치하면 기준 회전수에 대한 보정값(현재의 회전수)이 정해진 것으로 보고, 송풍기조정부(213)는 보정에 따른 '회전수 변화율'이 '열량보정 임계 보정율'보다 큰 값인지 여부를 판단한다. 여기서, '회전수 변화율'은 기준 회전수 대비 보정값(S313 단계에서 정해진 현재 회전수)의 비율을 말하는 것으로, 예컨대 기준 회전수가 100이고, 보정값(현재 회전수)이 120이면, 회전수 변화율은 120%가 된다. '열량보정 임계 보정율'은 일정 범위를 넘는 보정만 적용하기 위한 임계값으로서 보정을 적용할 회전수 변화율의 최소값으로 정한다. 예컨대 '열량보정 임계 보정율'이 103%인 경우, 회전수 변화율이 103%미만이 되면 열량 보정을 적용하지 않고 중지한다(S315).
S315 단계의 판단결과, 회전수 변화율이 열량보정 임계 보정율 이상이면, 기준 회전수에 대한 보정이 필요한 것으로 보고, 메모리(201)에 저장된 기준 회전수(Ref.RPM)를 현재의 회전수로 보정함으로써 송풍기 보정을 완료한다(S317).
S315 단계의 판단결과, 회전수 변화율이 열량보정 임계 보정율 미만이면, 기준 회전수에 대한 보정이 불필요한 것으로 보고, 메모리(201)에 저장된 기준 회전수(Ref.RPM)를 그대로 유지하고 보정을 수행하지 아니한다.
또한, 만약 S311 및 S313 단계가 진행되면서 해당 출력열량의 최고 임계 회전수(Max. RPM)가 적용된 상태에서도 측정 풍압(Act. APS)과 기준 풍압(Ref.APS)의 차이가 다시 임계범위 내에서 일치하지 않으면, 송풍기조정부(213)는 기준 회전수에 대한 보정이 불가능한 것으로 판단한다. 따라서, 송풍기조정부(213)는 연소장치(200)의 최고 임계 회전수(Max. RPM)를 해당 열량 제어를 위한 회전수로 적용하여 메모리(201)의 기준 회전수(Ref.RPM)를 변경한다(S319).
이상의 방법으로 본 발명의 연소장치의 열량 보정 방법이 수행된다. 연소제어부(211)는 사용자로부터 요청된 열량을 출력하기 위해, 도 3의 송풍기 조정방법에 의해 다시 저장된 기준 회전수(Ref.RPM)로 송풍기(10)를 제어하게 된다. 따라서, 계절이 바뀌거나 사용에 따라 연도가 점점 막히는 등의 상황 변화가 있더라도, 연소장치(200)는 사용자가 요청한 열량을 그대로 출력할 수 있게 된다.
<실시 예>
실시 에에 따라, 도 3의 송풍기 보정방법은 연소장치(200)의 최고 출력 열량에 매핑된 최고 기준 풍압(Max.Ref.APS)을 기준으로 할 수 있다. 이에 따라 보정된 최고 기준 풍압(Max.Ref.APS)을 기초로 각 출력 열량별 기준 풍압(Ref.APS)를 비례적으로 재조정할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (6)

  1. 공기비례제어식 연소장치에 있어서,
    가스와 공기의 혼합공기를 배송하는 송풍기;
    상기 송풍기에 연결된 가스배관 상에 마련되어 상기 송풍기로 유입되는 가스의 양을 제어하는 가스 밸브;
    상기 송풍기에 연결된 공기배관 상에 마련되어 상기 송풍기로 유입되는 공기의 풍압을 측정하는 풍압센서;
    상기 연소장치의 출력 열량별 기준 풍압과, 상기 기준 풍압 출력을 위한 기준 회전수가 저장된 메모리; 및
    사용자에 의해 요청된 열량을 출력하기 위해, 상기 메모리에 저장된 기준 회전수로 상기 송풍기를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 가스 밸브를 닫고 상기 기준 회전수로 상기 송풍기를 구동한 상태에서 읽어 온 상기 풍압센서의 측정값과 상기 기준 풍압의 차이가 임계범위를 벗어날 경우, 상기 측정값이 상기 기준 풍압이 될 때까지 상기 송풍기 회전수를 가변시킨 다음, 상기 가변된 회전수를 상기 기준 회전수로 상기 메모리에 다시 저장하는 송풍기조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기비례제어식 연소장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송풍기로 유입되는 혼합공기의 양을 제어하는 다단밸브를 더 포함하고,
    상기 송풍기조정부의 동작은 상기 다단밸브를 모두 개방한 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 공기비례제어식 연소장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차이가 상기 임계범위를 벗어남에 따라 상기 측정값이 상기 기준 풍압이 될 때까지 상기 송풍기 회전수를 가변시킨 경우라도, 상기 기준 회전수 대비 상기 가변된 회전수의 비율을 나타내는 회전수 변화율이 기 설정된 임계 보정율보다 작으면, 상기 가변된 회전수를 상기 기준 회전수로 다시 저장하지 않고 상기 메모리에 저장된 기준 회전수를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 공기비례제어식 연소장치.
  4. 공기비례제어식 연소장치의 열량 조정방법에 있어서,
    메모리에 상기 연소장치의 출력 열량별 기준 풍압과, 상기 기준 풍압 출력을 위한 기준 회전수가 저장되는 단계;
    송풍기로 유입되는 가스 공급을 차단하고 상기 기준 회전수로 상기 송풍기를 구동하고 풍압센서를 이용하여 상기 송풍기로 유입되는 공기의 풍압을 측정하는 송풍기 조정 제1 단계;
    상기 측정한 측정값과 상기 기준 풍압의 차이가 임계범위를 벗어날 경우, 상기 측정값이 상기 기준 풍압이 될 때까지 상기 송풍기 회전수를 가변시킨 다음, 상기 가변된 회전수를 상기 기준 회전수로 상기 메모리에 다시 저장하는 송풍기 조정 제2 단계; 및
    사용자에 의해 요청된 열량을 출력하기 위해, 상기 송풍기 조정 단계에서 다시 저장된 기준 회전수로 상기 송풍기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기비례제어식 연소장치의 열량 조정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 송풍기 조정 제1 및 제2 단계는,
    상기 송풍기로 유입되는 혼합공기의 양을 제어하는 다단밸브를 모두 개방한 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 공기비례제어식 연소장치의 열량 조정방법.
  6. 제4항에 있어서,
    송풍기 조정 제2 단계에서,
    상기 기준 회전수 대비 상기 가변된 회전수의 비율을 나타내는 회전수 변화율이 기 설정된 임계 보정율보다 작으면, 상기 가변된 회전수를 상기 기준 회전수로 다시 저장하지 않고 상기 메모리에 저장된 기준 회전수를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 공기비례제어식 연소장치의 열량 조정방법.
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