KR101526189B1 - 보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법 - Google Patents

Abstract

DC 12V를 사용하여 전원 노이즈에 의한 부품의 파손을 방지하는 보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법에 관한 것으로, 입력 전압을 구형파로 형성하여 출력하는 입력회로, 상기 입력 회로에서 출력된 입력 전압을 증폭하는 증폭회로, 화염 검지를 위해 전압을 충전하는 시정수 설정부, 상기 시정수 설정부에서 충전 전압에 의해 상기 증폭회로에서의 증폭 전류를 제한하는 전류 제한부, 상기 전류 제한부의 동작에 따라 상기 마이컴으로 출력 전압을 출력하는 출력회로를 포함하는 구성을 마련하여, 서지 노이즈에 의해 부품이 소손되는 불량을 방지할 수 있다.

Description

보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법{Fire detection apparatus in a boiler and voltage controll method thereof}

본 발명은 보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법에 관한 것으로, 특히 DC 12V를 사용하여 전원 노이즈에 의한 부품의 파손을 방지하는 보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법에 관한 것이다.

보일러는 사용자의 요구에 따라서 가스, 석탄, 기름 등과 같은 연소 연료를 공급해서 점화를 발생시키고, 또는 연소 연료의 공급을 차단해서 소화를 시킨다. 이와 같은 점화와 소화를 주기능으로 수행하는 보일러는 가정용 보일러와 같은 소형 보일러와 공장 및 발전소 등에서 사용되고 있는 중/대형 산업용 보일러로 구분된다.

보통, 소형 보일러는 연소 연료의 공급 및 차단에 따라 발생되는 화염의 점화상태 또는 소화상태만을 감지하여 보일러에서 요구하는 기능을 수행하는 것이 가능하다. 그러나 중/대형 산업용 보일러의 경우는, 버너화염 유무를 판정하는 것은 물론이고, 화염의 세기 및 화염주파수(불꽃 명멸 현상) 상태와 비례한 아날로그전류신호를 출력하여 버너가 안정하고 효율적으로 운전되도록 하고 완전연소를 지향하는 것이 요구된다.

한편, 중/대형 산업용 보일러는 다수개의 버너를 장착하게 되는데, 같은 높이에 있으며 일직선상에 놓여있는 대향한 버너의 화염과 자기버너의 화염을 정확하게 구별하는 것이 대단히 중요하다. 이것은 자기 버너 화염이 소화되었을 때, 대향한 버너의 화염이 자기 버너 화염을 감지하기 위한 화염감지센서 바로 앞에서 활활 타오르더라도, 자기 버너 화염이 소화되었음을 감지하여 연료공급을 중단해야하고, 만일 그렇지 못했을 때는 불완전연소의 결과를 초래할 뿐만 아니라, 연료 과잉공급으로 보일러가 폭발하는 위험이 발생할 수 있기 때문이다.

이러한 보일러는 화염 발생 여부를 감지하는 화염 감지봉이 설치되는데, 상기 화염발생 여부를 감지하는 회로구성이 복잡할 뿐만 아니라 제조비용이 고가라는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 버너에서 발생된 화염의 빛을 감지하기 위한 센서, 정전류로 변환하여 출력하는 화염 감지부, 상기 화염 감지부의 신호를 수신하여 전압신호로 변환하는 전류/전압변환수단, 상기 전류/전압변환수단의 출력을 입력하여 DC신호로 변환하는 적분수단, 상기 전류/전압변환수단의 출력을 이용해서 화염신호의 주파수를 검출하는 주파수검출수단, 화염의 특성 및 화염의 세기에 따른 신호의 레벨 및 정상 화염 판정 여부를 위한 기준 값을 설정하는 스위치 조작 수단, 시스템 각종 오동작을 판단하는 제어수단, 각종 시스템 동작상태신호를 표시하는 LCD 디스플레이수단을 구비한 화염감지시스템에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 화염이 발생함에 따라 교류전원에 의한 펄스전압을 발생시키는 화염감지 펄스 발생부, 상기 펄스전압 발생을 위한 스위칭을 수행하는 스위칭부 및 상기 스위칭에 의해 공급되는 펄스전압과 기준전압을 비교하여 아날로그데이터를 출력하는 비교부를 포함하는 보일러의 교류 전원을 이용한 화염감지회로에 대해 개시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0497936호(2005.06.20 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0361148호(2002.11.01 등록)

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 도 1에 도시된 바와 같이, AC 220V 파형을 이용하여 화염을 검지하므로, 전원 노이즈의 영향으로 부품이 소손되든가 또는 화염 검지 불량이 발생한다는 문제가 있었다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, AC 200V 파형(60Hz 사인파)는 콘덴서C29를 거쳐 입력되고, 트랜지스터Q9는 이미터 쪽이 교류이므로 직류적으로는 GND와 같은 준위가 형성되어 트랜지스터Q9는 구동하지 않는다.

화염 검지로 인해 CN16으로 염전류(6uA 정도)가 흐르면 콘덴서C30에 (-)쪽 파형만 충전되며, 이에 따라 트랜지스터Q9의 이미터 쪽이 (-)전위가 형성되므로 트랜지스터Q9가 턴온(Turn-on)되고, 비교기U5의 출력이 +5V로 출력되므로 마이컴에서 화염을 인식하게 된다.

그러나 도 1에 도시된 바와 같은 회로에서는 저항R55, R56이 AC 200V와 함께 들어오는 서지 노이즈에 의해 소손되는 경우가 발생하게 된다는 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 전원 노이즈에 의한 부품의 파손을 방지하는 보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 보일러의 화염 검지를 정확하게 실현할 수 있는 보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치는 마이컴에서 보일러의 화염 상태를 검출하도록 입력 전압을 공급하는 장치로서, 입력 전압을 구형파로 형성하여 출력하는 입력회로, 상기 입력 회로에서 출력된 입력 전압을 증폭하는 증폭회로, 화염 검지를 위해 전압을 충전하는 시정수 설정부, 상기 시정수 설정부에서 충전 전압에 의해 상기 증폭회로에서의 증폭 전류를 제한하는 전류 제한부, 상기 전류 제한부의 동작에 따라 상기 마이컴으로 출력 전압을 출력하는 출력회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치에 있어서, 상기 출력회로의 출력 전압을 제한하는 전압 제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치에 있어서, 상기 입력회로는 DC 12V를 입력받아 구형파를 형성하는 OP 앰프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치에 있어서, 상기 증폭회로는 상기 DC 12V의 구형파를 AC 70V의 삼각파로 증폭하는 트랜스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치에 있어서, 상기 시정수 설정부는 하나의 저항과 다수의 콘덴서로 이루어진 RC 직렬회로로 구성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치에 있어서, 상기 저항의 용량은 200Ω이고, 상기 다수의 콘덴서는 제1 내지 제3 콘덴서로 이루어지고, 상기 제1 및 제2 콘덴서의 용량은 0.1㎌이고, 상기 제3 콘덴서의 용량은 1.0㎌인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치에 있어서, 상기 전류 제한부는 화염 검지부로부터의 염전류에 의한 상기 제3 콘덴서의 충전 상태에 따라 턴온되는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치에 있어서, 상기 전압 제한부는 상기 출력회로에서의 출력 전압을 5V로 제한하는 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전압 제어방법은 마이컴에서 보일러의 화염 상태를 검출하도록 입력 전압을 제어하는 방법으로서, (a) DC 12V의 입력 전압을 구형파로 형성하여 출력하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 출력된 입력 전압을 AC 70V의 삼각파로 증폭하는 단계, (c) 화염 검지에 따라 상기 AC 70V의 삼각파를 5V로 마이컴으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 전압 제어방법에 있어서, 상기 단계 (c)는 화염 검지에 따라 실행되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법에 의하면, DC 12V의 전원을 사용하는 것에 의해 공급 전원에 의한 장치 내의 부품 파손을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법에 의하면, 각각의 부품이 노이즈에 강하게 작동하므로 화염의 상태를 정확하게 감지할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 종래의 보일러의 화염 검출장치의 일 예를 나타내는 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치의 블록도,
도 3은 도 2에 도시된 보일러의 화염 검출장치의 회로도.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치의 블록도 이고, 도 3은 도 2에 도시된 보일러의 화염 검출장치의 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치는 마이컴(100)에서 보일러의 화염 상태를 검출하도록 입력 전압을 공급하는 장치로서, 입력 전압을 구형파로 형성하여 출력하는 입력회로(10), 상기 입력 회로(10)에서 출력된 입력 전압을 증폭하는 증폭회로(20), 화염 검지를 위해 전압을 충전하는 시정수 설정부(30), 상기 시정수 설정부(30)에서 충전 전압에 의해 상기 증폭회로(20)에서의 증폭 전류를 제한하는 전류 제한부(40), 상기 전류 제한부(40)의 동작에 따라 마이컴(100)으로 출력 전압을 출력하는 출력회로(50) 및 상기 출력 회로부의 출력 전압을 제한하는 전압 제한부(60)를 포함하는 구성을 마련한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 입력회로(10)는 DC 12V를 입력받아 구형파를 형성하는 OP 앰프(11)를 포함한다.

또 상기 증폭회로(20)는 상기 OP 앰프(11)에서 출력된 DC 12V의 구형파를 AC 70V의 삼각파로 증폭하는 트랜스(21)를 포함한다.

또한 상기 시정수 설정부(30)는 하나의 저항R45과 다수의 콘덴서(C21,C22,C23)로 이루어진 RC 직렬회로로 구성되며, 상기 저항R45의 용량은 200Ω이고, 상기 다수의 콘덴서(C21,C22,C23)는 제1 콘덴서C21, 제2 콘덴서C22, 제3 콘덴서C33로 이루어지고, 상기 제1 콘덴서C21의 용량은 0.1㎌이고, 제2 콘덴서C22의 용량은 0.1㎌이고, 상기 제3 콘덴서C23의 용량은 1.0㎌인 것을 사용한다.

상기 전류 제한부(40)는 화염 검지부(200)로부터의 염전류에 의한 상기 제3 콘덴서C23의 충전 상태에 따라 턴온되는 트랜지스터Q3를 포함한다.

또한 상기 전압 제한부(60)는 상기 출력회로(50)에서의 출력 전압을 5V로 제한하는 제너 다이오드ZD1를 포함한다.

다음에 본 발명에 따른 마이컴에서 보일러의 화염 상태를 검출하도록 입력 전압을 제어하는 방법 및 도 3에 도시된 각각의 회로에 대해 구체적으로 설명한다.

본 발명에서는 도 1에 도시된 종래의 기술에서 적용한 AC 200V대신 DC 12V를 OP 앰프(11)를 이용하여 5KHz의 12V 구형파를 형성한다. 상기 DC 12V는 예를 들어 옥내 트랜스를 거쳐 공급되며, 상기 OP 앰프(11)의 단자 7로 공급된다.

상기 OP 앰프(11)의 단자 3은 저항R41을 통해 접지되고, 단지 2는 콘덴서C20을 통해 접지되며, 단자 6은 접지 단자로 사용된다.

상기 OP 앰프(11)의 단자 6에서의 출력 파형은 저항R45와 콘덴서C21을 거쳐 트랜스(21)의 단자 1로 인가되며, 트랜스(21)의 단자 2를 통해 AC 70V 5KHz의 삼각파로 출력된다,

상기 트랜스(21)의 출력 전압은 콘덴서C22와 저항 R46을 거쳐 입력된 AC70V 5KHz의 삼각파로서 교류이므로, 직류적으로 0V가 되는 것과 같게 된다.

화염 검지부(200)에서의 화염 검지로 콘덴서C22와 저항 R46의 접속 라인에 염전류가 흐르면 콘덴서C23에 (-)쪽 파형만 충전되고, 출력회로인 OP 앰프(51)를 통해 +5V가 출력되어 화염을 인식할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 상기 OP 앰프(51)에서의 출력 전압이 5V를 초과하는 경우, 이 초과한 전압은 제너 다이오드ZD1에 의해 차단되어 마이컴(100)에는 정확한 5V의 전압이 공급되게 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 DC를 사용하므로 AC 200V와 함께 들어오는 서지 노이즈에 의해 부품이 소손되는 불량을 방지할 수 있다.

또한 도 3에서 각각의 구성 요소에 연결된 저항 및 콘덴서는 통상의 전압 공급회로에 마련되는 구성이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 보일러의 화염 검출장치 및 그 전압 제어방법을 사용하는 것에 의해 서지 노이즈에 의해 부품이 소손되는 불량을 방지할 수 있다.

10 : 입력회로
20 : 증폭회로
30 : 시정수 설정부
40 : 전류 제한부
50 : 출력회로

Claims (10)

1. 마이컴에서 보일러의 화염 상태를 검출하도록 입력 전압을 공급하는 장치로서,
   입력 전압을 구형파로 형성하여 출력하는 입력회로,
   상기 입력 회로에서 출력된 입력 전압을 증폭하는 증폭회로,
   화염 검지를 위해 전압을 충전하는 시정수 설정부,
   상기 시정수 설정부에서 충전 전압에 의해 상기 증폭회로에서의 증폭 전류를 제한하는 전류 제한부,
   상기 전류 제한부의 동작에 따라 상기 마이컴으로 출력 전압을 출력하는 출력회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 화염 검출장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 출력회로의 출력 전압을 제한하는 전압 제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 화염 검출장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 입력회로는 DC 12V를 입력받아 구형파를 형성하는 OP 앰프를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 화염 검출장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 증폭회로는 상기 DC 12V의 구형파를 AC 70V의 삼각파로 증폭하는 트랜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 화염 검출장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 시정수 설정부는 하나의 저항과 다수의 콘덴서로 이루어진 RC 직렬회로로 구성된 것을 특징으로 하는 보일러의 화염 검출장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 저항의 용량은 200Ω이고, 상기 다수의 콘덴서는 제1 내지 제3 콘덴서로 이루어지고, 상기 제1 및 제2 콘덴서의 용량은 0.1㎌이고, 상기 제3 콘덴서의 용량은 1.0㎌인 것을 특징으로 하는 보일러의 화염 검출장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 전류 제한부는 화염 검지부로부터의 염전류에 의한 상기 제3 콘덴서의 충전 상태에 따라 턴온되는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 화염 검출장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 전압 제한부는 상기 출력회로에서의 출력 전압을 5V로 제한하는 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러의 화염 검출장치.
9. 마이컴에서 보일러의 화염 상태를 검출하도록 입력 전압을 제어하는 방법으로서,
   (a) DC 12V의 입력 전압을 구형파로 형성하여 출력하는 단계,
   (b) 상기 단계 (a)에서 출력된 입력 전압을 AC 70V의 삼각파로 증폭하는 단계,
   (c) 화염 검지에 따라 상기 AC 70V의 삼각파를 5V로 마이컴으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 화염 검지에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는 전압 제어방법.
    

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