KR101671642B1 - 연소장치 - Google Patents

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KR101671642B1
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Abstract

(과제) 버너유닛(2)과, 연소 팬(4)과, 가스공급로(5)에 설치된 비례밸브(7)와, 연료가스를 공급하는 버너의 조합을 변경하여 버너유닛 전체의 연소능력을 전환하는 능력전환밸브(8l∼83)를 구비하는 연소장치로서, 요구 연소량이 현시점의 연소능력으로 얻어지는 연소량의 상한을 상회했을 때나 하한을 하회했을 때에 능력 업 제어나 능력 다운 제어를 실행함과 아울러, 능력 업 제어를 실행하고 나서 소정 시간 경과할 때까지, 비례밸브전류는 요구 연소량에 따른 값으로 유지한 채 연소 팬의 회전수를 요구 연소량에 따른 값보다도 낮게 하는 보염 제어를 실행하는 것에 있어서, 보염 제어 중에 발생하기 쉬운 연소능력 사이에서의 헌팅의 발생을 효과적으로 억제할 수 있도록 한다.
(해결 수단) 비례밸브전류의 하한값을 보염 제어 중은, 보염 제어를 실행하고 있지 않을 때보다도 낮게 설정한다.

Description

연소장치{COMBUSTION APPARATUS}
본 발명은 복수의 버너를 가지는 버너유닛과, 버너유닛에 연소용 공기를 공급하는 연소 팬과, 버너유닛에 연료가스를 공급하는 가스공급로에 설치된 비례밸브와, 비례밸브보다도 하류측의 가스공급로의 부분에 설치되어 연료가스를 공급하는 버너의 조합을 변경하여 버너유닛 전체의 연소능력을 복수단으로 전환하는 능력전환밸브와, 연소 팬, 비례밸브 및 능력전환밸브를 제어하는 제어수단을 구비하는 연소장치에 관한 것이다.
이런 종류의 연소장치에 있어서, 제어수단은 연소 팬의 회전수와 비례밸브에 통전하는 비례밸브전류를 요구 연소량에 따라서 가변하는 제어를 실행함과 아울러, 요구 연소량이 현시점의 연소능력으로 비례밸브전류를 상한값으로 했을 때에 얻어지는 버너유닛 전체의 연소량을 상회했을 때에, 연소능력을 1단 높게 하는 능력 업(up) 제어를 실행하고, 요구 연소량이 현시점의 연소능력으로 비례밸브전류를 하한값으로 했을 때에 얻어지는 버너유닛 전체의 연소량을 하회했을 때에, 연소능력을 1단 낮게 하는 능력 다운(down) 제어를 실행하도록 구성된다.
여기서, 비례밸브전류의 하한값과 상한값은 각 단의 연소능력으로 비례밸브전류를 상한값으로 했을 때의 버너유닛 전체의 연소량이 그것보다 1단 높은 연소능력으로 비례밸브전류를 하한값으로 했을 때의 버너유닛 전체의 연소량을 상회하도록 설정되어 있다. 이에 따라, 능력순위로 인접하는 연소능력의 일방에서 얻어지는 연소량의 범위와 타방에서 얻어지는 연소량의 범위가 일부 겹친다(이하, 이 겹치는 연소량의 범위를 겹침 부분이라고 기재한다). 그리고 일단 능력 업 제어가 실행되면, 요구 연소량이 겹침 부분 이상 감소하지 않는 한 능력 다운 제어는 실행되지 않고, 요구 연소량의 미소 변화로 능력 업 제어와 능력 다운 제어가 단시간에 반복되는 현상(헌팅)이 방지된다. 또한, 헌팅이 발생하면, 출탕온도가 불안정하게 되거나, 능력전환밸브의 빈번한 개폐에 의한 소음을 발생하기 때문에, 헌팅은 가능한 한 방지하는 것이 바람직하다.
그런데 능력 업 제어로 새롭게 연료가스를 공급하는 버너에서는, 그 불꽃구멍부 온도가 상승할 때까지 화염 리프트를 발생하기 쉬워진다. 그래서, 능력 업 제어를 실행하고 나서 소정 시간 경과할 때까지 연소 팬의 회전수는 요구 연소량에 따른 값으로 유지한 채 비례밸브전류를 요구 연소량에 따른 값보다도 크게 하는 보염(保炎)증량제어를 실행하도록 한 것도 알려져 있다. 이것에 따르면, 버너로부터 분출되는 혼합기체의 연료농도가 진하게 되어 능력 업 제어로 새롭게 연료가스를 공급하는 버너에서의 화염 리프트를 방지할 수 있다.
그러나 보염증량제어 중은 비례밸브전류의 하한값이 증가 보정되어 능력 업 후의 연소능력으로 얻어지는 연소량의 하한이 비례밸브전류의 하한값 증가분량만큼 커진다. 그로 인해, 보염증량제어 중은 겹침 부분이 작아져서 헌팅이 발생하기 쉬워진다.
그래서, 종래, 특허문헌 1에 의해, 최대의 연소능력 이외의 소정의 연소능력과 그것보다 l단 높은 연소능력의 사이에서의 능력 다운 제어에서 능력 업 제어까지의 경과시간이 소정의 설정시간 이하로 되었을 때에, 보염증량제어를 금지하도록 한 것이 알려져 있다. 보염증량제어를 금지하면, 능력 업 후의 연소능력으로 얻어지는 연소량의 하한은 능력 업 제어 직후부터 보염증량제어 종료 후의 비교적 낮은 값으로 유지되어 겹침 부분이 커지고, 헌팅의 발생을 억제할 수 있다.
그런데 종래, 능력 업 제어를 실행하고 나서 소정 시간 경과할 때까지 상기보염증량제어에 대신하여 비례밸브전류는 요구 연소량에 따른 값으로 유지한 채 연소 팬의 회전수를 요구 연소량에 따른 값보다도 낮게 하여 버너로부터 분출되는 혼합기체의 연료 농도를 진하게 하는 보염 제어를 실행하는 것도 알려져 있다. 이에 따르면, 비례밸브전류의 하한값이 보염 제어로 증가 보정되는 일이 없고, 보염 제어 중도 겹침 부분은 작아지지 않는다.
그러나 보염 제어로 연소 팬의 회전수를 낮게 하면, 연소에 기여하지 않고 피가열물에 이르는 잉여공기량이 적게 되어 열효율이 비교적 높아지고, 연소량의 변화에 대한 피가열물의 가열량의 변화폭이 비교적 커진다. 그로 인해, 보염 제어 중은 겹침 부분이 작아지지 않아도 헌팅이 발생하기 쉬워진다.
특허문헌 1: 일본국 특개2013-245887호 공보
본 발명은 이상의 점에 감안하여 보염 제어 중의 헌팅의 발생을 억제할 수 있도록 한 연소장치를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 복수의 버너를 가지는 버너유닛과, 버너유닛에 연소용 공기를 공급하는 연소 팬과, 버너유닛에 연료가스를 공급하는 가스공급로에 설치된 비례밸브와, 비례밸브보다도 하류측의 가스공급로의 부분에 설치되어 연료가스를 공급하는 버너의 조합을 변경하여 버너유닛 전체의 연소능력을 복수단으로 전환하는 능력전환밸브와, 연소 팬, 비례밸브 및 능력전환밸브를 제어하는 제어수단을 구비하는 연소장치로서, 비례밸브에 통전하는 비례밸브전류의 하한값과 상한값은 각 단의 연소능력으로 비례밸브전류를 상한값으로 했을 때의 버너유닛 전체의 연소량이 그것보다 1단 높은 연소능력으로 비례밸브전류를 하한값으로 했을 때의 버너유닛 전체의 연소량을 상회하도록 설정되고, 제어수단은 연소 팬의 회전수와 비례밸브전류를 요구 연소량에 따라서 가변하는 제어를 실행함과 아울러, 요구 연소량이 현시점의 연소능력으로 비례밸브전류를 상한값으로 했을 때에 얻어지는 버너유닛 전체의 연소량을 상회했을 때에, 연소능력을 1단 높게 하는 능력 업 제어를 실행하며, 요구 연소량이 현시점의 연소능력으로 비례밸브전류를 하한값으로 했을 때에 얻어지는 버너유닛 전체의 연소량을 하회했을 때에, 연소능력을 1단 낮게 하는 능력 다운 제어를 실행하고, 능력 업 제어를 실행하고 나서 소정 시간 경과할 때까지 비례밸브전류는 요구 연소량에 따른 값으로 유지한 채 연소 팬의 회전수를 요구 연소량에 따른 값보다도 낮게 하는 보염 제어를 더 실행하도록 구성되는 것에 있어서, 비례밸브전류의 하한값을 보염 제어 중은 보염 제어를 실행하고 있지 않을 때보다도 낮게 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 보염 제어 중은 비례밸브전류의 하한값이 낮아지기 때문에, 겹침 부분이 그 부분만큼 커진다. 이에 따라, 보염 제어 중에 발생하기 쉬운 헌팅을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태의 연소장치의 구성을 나타내는 모식도.
도 2는 버너유닛 전체의 연소량과 팬 회전수의 관계를 나타내는 연소 특성 라인을 각 단의 연소능력에 대해서 나타낸 그래프.
도 1은 급탕용 열원기로 이루어지는 본 발명의 실시형태의 연소장치를 나타내고 있다. 이 연소장치는 연소하우징(1)을 구비하고 있다. 연소하우징(1)의 하부와 상부에는 각각 버너유닛(2)과 급탕용의 열교환기(3)가 수납되어 있으며, 또한, 연소하우징(1)의 하면에는 버너유닛(2)에 연소용 공기를 공급하는 연소 팬(4)이 접속되어 있다. 그리고 버너유닛(2)으로부터의 연소가스에 의해 열교환기(3)의 상류측의 급수관(3a)으로부터의 물을 가열하고, 열교환기(3)의 하류측의 출탕관(3b)에 소정의 설정온도로 가열된 온수가 출탕되도록 하고 있다. 열교환기(3)를 통과한 연소가스는 연소하우징(1)의 상부에 개방 설치한 배기구(1a)에서 외부로 배출된다.
버너유닛(2)은 제 1 내지 제 3의 3개의 버너(21, 22, 23)를 가지고 있다. 본 실시형태에서는 합계 15개의 단위 버너(2a)를 병설하여 3개의 단위 버너(2a)로 제 1 버너(21), 5개의 단위 버너(2a)로 제 2 버너(22), 나머지의 7개의 단위 버너(2a)로 제 3 버너(23)를 구성하고 있다. 또한, 각 버너(21, 22, 23)를 각 소정 개수의 단위 버너(2a)로 구성하지 않고, 소정 개수의 단위 버너(2a)와 마찬가지의 연소능력을 지니는 각 1개의 버너로 각 버너(21, 22, 23)를 구성하는 것도 가능하다.
버너유닛(2)에 연료가스를 공급하는 가스공급로(5)에는 전자개폐밸브로 이루어지는 메인밸브(6)와, 그 하류측의 비례밸브(7)가 끼워 설치되어 있다. 또, 비례밸브(7)의 하류측의 가스공급로(5)의 부분은 제 1 버너(21)에 이어지는 제 1 분기로 (51)와, 제 2 버너(22)에 이어지는 제 2 분기로(52)와, 제 3 버너(23)에 이어지는 제 3 분기로(53)로 분기되어 있다. 이들 제 1 내지 제 3 분기로(51, 52, 53)에는 각각 전자개폐밸브로 이루어지는 제 1 내지 제 3 능력전환밸브(81, 82, 83)가 끼워 설치되어 있다. 그리고 제 1 내지 제 3 능력전환밸브(81, 82, 83)의 개폐로 연료가스를 공급하는 버너의 조합을 변경하여 버너유닛(2) 전체의 연소능력을 복수단으로 전환하도록 하고 있다.
구체적으로 설명하면, 제 l 능력전환밸브(81)를 개방하여 제 1 버너(21)에만 연료가스를 공급함으로써, 버너유닛(2) 전체의 연소능력을 가장 낮은 제 1 단의 능력(단위 버너 3개 분량의 능력)으로 전환하고, 제 2 능력전환밸브(82)를 개방하여 제 2 버너(22)에만 연료가스를 공급함으로써, 버너유닛(2) 전체의 연소능력을 제 2 단의 능력(단위 버너 5개 분량의 능력)으로 전환하며, 제 1과 제 2의 양쪽 능력전환밸브(81, 82)를 개방하여 제 l과 제 2의 양쪽 버너(21, 22)에 연료가스를 공급함으로써, 버너유닛(2) 전체의 연소능력을 제 3 단의 능력(단위 버너 8개 분량의 능력)으로 전환하고, 제 1과 제 3의 양쪽 능력전환밸브(81, 83)를 개방하여 제 1과 제 3의 양쪽 버너(21, 23)에 연료가스를 공급함으로써, 버너유닛(2) 전체의 연소능력을 제 4 단의 능력(단위 버너 10개 분량의 능력)으로 전환하며, 제 1 내지 제 3 능력전환밸브(81, 82, 83)를 개방하여 제 1 내지 제 3 버너(21, 22, 23)에 연료가스를 공급함으로써, 버너유닛(2) 전체의 연소능력을 가장 높은 제 5 단의 능력(단위 버너 15개 분량의 능력)으로 전환하도록 하고 있다.
연소장치는 또한, 연소 팬(4), 메인밸브(6), 비례밸브(7) 및 능력전환밸브 (81, 82, 83)를 제어하는 제어수단인 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 컨트롤러(9)를 구비하고 있다. 컨트롤러(9)는 급탕 부하에 따른 요구 연소량(설정온도의 온수를 출탕하는데에 필요한 연소량)을 연산하고, 이 요구 연소량에 맞추어서 제 1 내지 제 3의 능력전환밸브(81, 82, 83)를 개폐 제어하여 버너유닛(2) 전체의 연소능력을 전환하며, 전환한 연소능력으로 요구 연소량에 동일한 연소량이 얻어지고, 또한, 이 연소량에 따른 적절한 양의 공기가 공급되도록 연소 팬(4)의 회전수와 비례밸브 (7)에 통전하는 비례밸브전류를 요구 연소량에 따라서 가변하는 제어를 실행한다.
또한, 연소 팬(4)의 회전수를 요구 연소량에 따른 목표 회전수가 되도록 피드백 제어하고, 연소 팬(4)의 회전수를 검출하여, 이 검출 회전수에 비례하도록 비례밸브전류를 가변하는, 소위 팬 선행 제어를 실행해도 좋다. 이 경우라도, 비례밸브전류는 간접적이지만, 요구 연소량에 따라서 가변 제어되는 것으로 되어, 본 발명에 포함된다.
도 2는 각 단의 연소능력으로 얻어지는 연소량과 연소 팬(4)의 회전수(팬 회전수)의 관계를 나타내는 연소 특성 라인을 나타내고 있으며, 이 연소 특성 라인은 제 1 단의 능력에서는 라인 L1, 제 2 단의 능력에서는 라인 L2, 제 3 단의 능력에서는 라인 L3, 제 4 단의 능력에서는 라인 L4, 제 5 단의 능력에서는 라인 L5가 된다, 여기서, 팬 회전수의 하한값(Nmin)에 대응하는 비례밸브전류의 하한값과 팬 회전수의 상한값(Nmax)에 대응하는 비례밸브전류의 상한값은 각 단의 연소능력으로 비례밸브전류를 상한값으로 했을 때의 버너유닛(2) 전체의 연소량이 그것보다 1단 높은 연소능력으로 비례밸브전류를 하한값으로 했을 때의 버너유닛(2) 전체의 연소량을 상회하도록 설정되고, 능력순위로 인접하는 연소능력 사이에서 겹침 부분(W)을 갖게 된다.
그리고 컨트롤러(9)는 요구 연소량이 현시점의 연소능력으로 비례밸브전류를 상한값[팬 회전수를 상한값(Nmax)]으로 했을 때에 얻어지는 버너유닛(2) 전체의 연소량을 상회했을 때에, 연소능력을 l단 높게 하는 능력 업 제어를 실행하고, 요구 연소량이 현시점의 연소능력으로 비례밸브전류를 하한값[팬 회전수를 하한값 (Nmin)]으로 했을 때에 얻어지는 버너유닛(2) 전체의 연소량을 하회했을 때에, 연소능력을 1단 낮게 하는 능력 다운 제어를 실행한다. 이것에 따르면, 일단 능력 다운 제어가 실행되면, 요구 연소량이 겹침 부분(W) 이상 증가하지 않는 한 능력 업 제어는 실행되지 않고, 또, 일단 능력 업 제어가 실행되면, 요구 연소량이 겹침 부분(W) 이상 감소하지 않는 한 능력 다운 제어는 실행되지 않으며, 요구 연소량의 미소 변화로 능력 업 제어와 능력 다운 제어가 단시간에 반복되는 현상(헌팅)이 억제된다.
컨트롤러(9)는 또한, 능력 업 제어로 새롭게 연료가스를 공급하는 버너에서의 화염 리프트를 방지하기 위해, 능력 업 제어를 실행하고 나서 소정 시간(예를 들면, 90초) 경과할 때까지, 비례밸브전류는 요구 연소량에 따른 값으로 유지한 채 팬 회전수를 요구 연소량에 따른 값보다도 낮게 하는 보염 제어를 실행하고, 버너로부터 분출되는 혼합기체의 연료 농도를 진하게 한다. 도 2의 라인 L2′는 제 1 단의 연소능력에서 제 2 단의 연소능력으로의 능력 업 제어 후의 보염 제어를 실행하고 있는 동안의 연소 특성 라인을 나타내고 있다.
그런데 상기 겹침 부분(W)은 연소능력이 낮아질수록 작아진다, 또, 보염 제어로 팬 회전수를 낮게 하면, 연소에 기여하지 않고 열교환기(3)에 이르는 잉여 공기량이 적게 되어 열효율이 비교적 높아지고, 연소량의 변화에 대한 급탕 온도의 변화폭이 비교적 커진다. 그로 인해, 제 2 단의 연소능력으로의 능력 업 때의 보염 제어 중은 겹침 부분(W)이 비교적 작아지는 것과 더불어서 헌팅이 발생하기 쉬워진다.
그래서, 본 실시형태에서는 비례밸브전류의 하한값을 제 2 단의 연소능력으로의 능력 업 때의 보염 제어 중은 보염 제어를 실행하고 있지 않을 때보다도 소정값만큼 낮게 설정하고 있다. 이에 따르면, 도 2의 라인 L2′의 하한이 A점에서 A′점으로 변위한다. 그로 인해, 보염 제어 중은 제 l 단의 연소능력과 제 2 단의 연소능력 사이의 겹침 부분이 W에서 W′로 증가하여 헌팅을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.
또한, 비례밸브전류의 하한값을 낮게 하면, 화염이 버너 상단의 불꽃구멍에 가까워져 버너가 과열될 우려가 있다. 그러나 보염 제어는 능력 업 제어 개시 당초의 소정 시간만 실행되기 때문에, 비례밸브전류의 하한값을 보염 제어 중에만 낮게 한다면, 버너가 과열될 일은 없다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 겹침 부분(W)이 헌팅을 발생하기 쉬워질수록 작아지는 것은 제 1 단과 제 2 단의 연소능력 사이뿐이기 때문에, 제 2 단의 연소능력으로의 능력 업 때의 보염 제어 중에만 비례밸브전류의 하한값을 낮게 하고 있지만, 제 3 단 내지 제 5 단의 연소능력으로의 능력 업 때의 보염 제어 중에도 비례밸브전류의 하한값을 낮게 하도록 해도 좋다.
또, 상기 실시형태는 급탕용의 열교환기(3)를 가지는 급탕용 열원기로 이루어지는 연소장치에 본 발명을 적용한 것이지만, 난방용이라고 하는 급탕 이외의 용도의 연소장치라도, 연료가스를 공급하는 버너의 조합에 의해 연소능력을 전환하는 것이라면, 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.
2: 버너유닛 21, 22, 23: 버너
4: 연소 팬 5: 가스공급로
7: 비례밸브 81, 82, 83: 능력전환밸브
9: 컨트롤러(제어수단)

Claims (1)

  1. 복수의 버너를 가지는 버너유닛과, 버너유닛에 연소용 공기를 공급하는 연소 팬과, 버너유닛에 연료가스를 공급하는 가스공급로에 설치된 비례밸브와, 비례밸브보다도 하류측의 가스공급로의 부분에 설치되어 연료가스를 공급하는 버너의 조합을 변경하여 버너유닛 전체의 연소능력을 복수단으로 전환하는 능력전환밸브와, 연소 팬, 비례밸브 및 능력전환밸브를 제어하는 제어수단을 구비하는 연소장치로서,
    비례밸브에 통전하는 비례밸브전류의 하한값과 상한값은 각 단의 연소능력으로 비례밸브전류를 상한값으로 했을 때의 버너유닛 전체의 연소량이 그것보다 1단 높은 연소능력으로 비례밸브전류를 하한값으로 했을 때의 버너유닛 전체의 연소량을 상회하도록 설정되고,
    제어수단은 연소 팬의 회전수와 비례밸브전류를 요구 연소량에 따라서 가변하는 제어를 실행함과 아울러, 요구 연소량이 현시점의 연소능력으로 비례밸브전류를 상한값으로 했을 때에 얻어지는 버너유닛 전체의 연소량을 상회했을 때에, 연소능력을 1단 높게 하는 능력 업 제어를 실행하며, 요구 연소량이 현시점의 연소능력으로 비례밸브전류를 하한값으로 했을 때에 얻어지는 버너유닛 전체의 연소량을 하회했을 때에, 연소능력을 1단 낮게 하는 능력 다운 제어를 실행하고, 능력 업 제어를 실행하고 나서 소정 시간 경과할 때까지, 비례밸브전류는 요구 연소량에 따른 값으로 유지한 채 연소 팬의 회전수를 요구 연소량에 따른 값보다도 낮게 하는 보염 제어를 더 실행하도록 구성되는 것에 있어서,
    비례밸브전류의 하한값을 보염 제어 중은, 보염 제어를 실행하고 있지 않을 때보다도 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 연소장치,
KR1020150116723A 2014-08-19 2015-08-19 연소장치 KR101671642B1 (ko)

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