KR102238182B1 - 자기 점검을 수행할 수 있는 점화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 점화 장치는 전원 정류부로부터 DC 전류를 인가받아 일정전압인 제 1 정전압을 생성하는1차전원 동작부; 상기 제 1 정전압을 승압시키는 2차전원 동작부; 상기 승압된 전압에 대응하는 제 1 직류 전압을 생성하는 직류(DC) 전압 동작부; 상기 직류 전압 동작부로부터 인가되는 상기 제 1 직류 전압을 턴-온(turn-on)하여 제 2 직류 전압으로 승압하기 위해 후단으로 에너지를 전달하고, 점화 플러그의 이상 징후를 감지하여 제 1 제어 신호를 생성하는 승압 스파크 동작부; 상기 승압 스파크 동작부로부터 상기 제 1 제어 신호를 수신하여 상기 제 2차전원 동작부를 오프(off)시키도록 하는 제 2 제어 신호를 생성하는 마이컴; 및 상기 제 2 제어신호를 수신하여 상기 제 2차전원 동작부의 동작을 멈추도록 제어하는 전원동작 제어부를 포함하는 방전전압 발생부를 포함할 수 있다.

Description

자기 점검을 수행할 수 있는 점화 장치{IGNITION EXCITER CAPABLE OF PERFORMING SELF-TEST}

본 발명은 점화 장치에 관한 것으로, 마이컴을 구비한 방전전압 발생부에서 자체 점검을 수행할 수 있는 일체형 점화 장치에 관한 것이다.

화력 발전소는 석탄, 중유, 천연가스 등을 태워 얻은 열로 고온고압의 증기를 만들고, 증기 터빈을 회전시켜 발전기를 가동시켜 전기를 생산한다. 따라서 화력발전소에는 보통 대형 보일러 및 가스터빈이 설치되며, 보일러 및 가스터빈에는 천연가스, 경유 등을 점화시키기 위한 점화장치가 구비된다.

이러한 점화장치는 연료의 종류 및 성분에 따라 그 방전 횟수를 설계에 반영하여 제작, 사용해야 하며, 그렇지 않을 경우 점화 불량이 발생할 가능성이 높다. 또한 점화장치 고장, 파손 등으로 인해 점화 불량이 발생하면 해당 장비의 구동실패로 인한 전력 공급 차질이 발생하며, 계통 운영의 예측을 어렵게 만들 수 있다.

따라서 종래에 점화장치의 스파크 정상 동작을 확인하기 위한 방법으로는, 점화장치를 노외로 취외 후 외부에서 스파크 동작을 확인하여야 하였으며, 또한 휴대용 테스트기를 이용하거나 별도의 테스트 장소에서 점화장치를 테스트하여야 했다. 그러나 이러한 종래 방식은 고압 스파크로 인한 안전사고의 위험에 노출될 뿐만 아니라 취외 및 취부 작업으로 인한 별도 인력동원이 수반되며, 또한 스파크 동작 확인을 위한 많은 작업시간이 소요되어 연소기 점화에서부터 계통 연결까지 지연되는 문제점이 존재하였다. 또한 다양한 연료의 사용에 따라 방전 횟수의 적절한 변경이 요구되나, 종래에는 단순히 점화 장치의 성능을 높여 점화 실패를 방지하는 것에 그쳤다는 문제점이 존재하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 여러 점화장치의 상태를 볼 수 있는 점화장치 상태감시 시스템이 개발된 적이 있으나, 현장 수요처에서도 설비관리 매뉴얼 상 점화장치와 별개로 상태감시시스템을 관리하는 것에 부담감을 가지고 느끼고 있고 또한 수요처에서는 점화장치에 성능과 서비스 기능까지 추가하기를 원하는 사항을 점화 장치에 바로 반영하기가 현실적으로 어려웠다.

이러한 제반 문제점들을 해결하기 위해서는 자체 점검(Self-Test) 기능이 포함된 즉, 상태감시 기능을 포함하는 일체형 점화장치(Ignition Exciter)가 요구되나 아직까지 개발된 적이 없었다.

한편 출원인이 인식하고 있는 관련 선행기술로는 한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-2123573호(2020.06.10)인 "점화 장치 상태 감시 시스템"이 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 자기 점검이 가능한 점화 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 사용자 인증 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 자기 점검이 가능한 점화 장치는 전원 정류부로부터 DC 전류를 인가받아 일정전압인 제 1 정전압을 생성하는1차전원 동작부; 상기 제 1 정전압을 승압시키는 2차전원 동작부; 상기 승압된 전압에 대응하는 제 1 직류 전압을 생성하는 직류(DC) 전압 동작부; 상기 직류 전압 동작부로부터 인가되는 상기 제 1 직류 전압을 턴-온(turn-on)하여 제 2 직류 전압으로 승압하기 위해 후단으로 에너지를 전달하고, 점화 플러그의 이상 징후를 감지하여 제 1 제어 신호를 생성하는 승압 스파크 동작부; 상기 승압 스파크 동작부로부터 상기 제 1 제어 신호를 수신하여 상기 제 2차전원 동작부를 오프(off)시키도록 하는 제 2 제어 신호를 생성하는 마이컴; 및 상기 제 2 제어신호를 수신하여 상기 제 2차전원 동작부의 동작을 멈추도록 제어하는 전원동작 제어부를 포함하는 방전전압 발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방전전압 발생부는 외부 기기로부터 방전 횟수 및 방전 전압 중 적어도 하나를 변경할 수 있는 프로그램을 포함하는 정보를 수신하기 위한 인터페이스부를 더 포함하되, 상기 마이컴은 상기 인터페이스부에 수신된 정보를 적용하여 상기 방전 횟수 및 상기 방전 전압 중 적어도 하나를 변경하도록 제어할 수 있다. 상기 마이컴은 상기 방전 횟수 및 방전 전압 중 적어도 하나를 변경하도록 상기 전원동작 제어부를 신호를 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 전원동작 제어부는 상기 제2차 전원 동작부에 상기 방전 횟수 및 방전 전압 중 적어도 하나를 변경하도록 제어할 수 있다.

점화 장치는 상기 점화 장치로부터 출력될 구형파의 개수를 카운트하여 초당 전류의 방전 횟수를 감지하는 고전압 전류 피크 감시부; 및 상기 점화 장치로부터 출력될 구형파의 개수를 카운트하여 초당 전압의 방전 횟수를 감지하는 고전압 레벨 감시부를 포함하는 지능부를 더 포함할 수 있다.

방전전압 발생부는 상기 턴-온(turn-on)된 제 1 직류 전압을 상기 제 2 직류 전압으로 승압하는 제 2 직류 전압 승압부; 및 상기 DC 전압 승압부로부터 인가되는 전압 중 불규칙한 피크를 감쇠하여 상기 점화 플러그로 전달하는 제 2 직류 전압 필터부를 더 포함할 수 있다.

상기 직류 전압 동작부는 주파수 및 듀티비를 조정하는 제 3 제어 신호를 상기 전원동작 제어부로 전달하고, 상기 전원동작 제어부는 상기 제 3 제어 신호에 기초하여 상기 제 2차전원 동작부가 상기 승압된 전압을 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다.

점화 장치는 상기 점화 장치에서 발생되는 초당 방전 횟수, 누적 방전 횟수 및 방전 전압에 관한 정보를 사용자가 시각적으로 인식할 수 있게 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 정전압은 직류 360V, 상기 제 1 직류 전압은 1100V, 상기 제 2 직류 전압은 2200V일 수 있다.

상기 점화 플러그의 이상 징후는 상기 점화 플러그의 단락(short), 개방(open), 상기 점화 장치에서 출력되는 케이블의 합선, 상기 점화장치에서 출력되는 케이블의 단선 및 스파크가 3회 이상 발생하지 않는 경우 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 점화 장치는 방전전압 발생부 내에 마이컴을 구현하여 방전 횟수, 방전 전압을 간편하게 조정하면서 동시에 정밀하게 조정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 점화 장치(100)는 방전전압 발생부 내부에 마이컴을 통해 점화플러그(200)의 이상 등 자체 점검이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 점화 장치(100)는 방전전압 발생부의 마이컴에서 자체 점검 결과에 따른 제어 동작을 수행하므로 작업자의 불필요하고 과도한 점화를 위한 동작을 예방할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 점화 장치는 기존 점화 장치의 수명 보다 상당히 연장되는 효과가 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 점화 장치 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 점화 장치(100)에서 방전전압을 발생시키는 방전전압 발생부(110)를 설명하기 위한 블록도를 예시한 도면이다.
도 3은 승압 스파크 동작부(122)에서의 점검과 관련된 회로도를 예시한 도면이다.
도 4는 마이컴(123)이 방전 횟수, 방전전압을 변경하는 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 점화 장치(100)의 기능을 설명하기 위해 블록도를 예시한 도면이다.
도 6은 지능부(150)의 고전압 펄스 감시부(161)의 기능을 설명하기 위한 회로도를 예시한 도면이다.
도 7은 지능부(150)의 고전압 레벨 감시부(162)의 기능을 설명하기 위한 회로도를 예시한 도면이다.
도 8은 지능부(150)의 고전압 전류 피크 감시부(163)의 기능을 설명하기 위한 회로도를 예시한 도면이다.
도 9는 점화 장치(100)의 상태를 디스플레이 하는 것을 예시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

점화 장치(100)는 제어실(300)의 소정의 교류전압(예를 들어, AC 110V)를 입력 받아 소정의 직류 전압으로 승압/변환(예를 들어, DC 2,000~2,200V로 변환)하며 점화플러그(200)와 연결이 되어 생성되는 스파크(SPARK)를 이용하여 화력 발전소 등에 점화를 시키는 용도로 사용되는 장치이다.

도 1은 점화 장치 시스템을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 점화 장치 시스템은 본 발명에 따른 점화 장치(100), 점화 플러그(200), 제어실(300), 교류입력 전원부(400)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 점화 장치(100)는 방전전압 발생부(110) 및 지능부(150)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지능부(150)는 감시부(160), 상태감시 제어부(170), 정전압부(180) 및 교류전압 절체부(190)을 포함할 수 있다.

감시부(160)는 고전압 펄스 감시부(161), 고전압 레벨 감시부(162) 및 고전압 전류 피크 감시부(163)을 더 포함할 수 있다. 감시부(160)는 방전전압 발생부(110)에서 발생되어 출력되는 고전압 신호에 대해 감시를 수행하는 구성요소이다. 감시부(160)의 역할에 대한 자세한 설명은 도 5와 관련하여 후술하기로 한다. 감시부(160)는 감시 혹은 점검한 결과에 기초하여 제어 신호를 생성하여 상태감시 제어부(170)(예를 들어, CPU)로 전달하고, 상태감시 제어부(170)는 상기 수신한 제어 신호에 기초하여 교류 전압 절체부(190)의 동작을 제어할 수 있다.

점화 장치(100)는 점화 장치 시스템의 제어실(300)로부터 제어 신호를 직접 받아서 발전소나 가스터빈을 가동할 수 있다. 교류입력 전원부(400)는 점화 장치(100)의 정전압부(180)로 교류입력 전원을 공급할 수 있다. 정전압부(180)는 교류 입력 전원을 공급받아 정전압으로 교류 전압을 교류 전압 절체부(190)로 공급할 수 있다. 교류 전압 절체부(190)는 제어실(300)의 교류 제어 신호를 수신하여 점화 장치(100)의 방전전압 발생부(110)에 교류 전원을 공급한다. 점화 장치(100)의 방전전압 발생부(110)는 교류 전원을 입력받은 후 방전전압을 발생시키기 위한 동작을 수행한다. 점화 장치(100)의 방전전압 발생부(110)의 자세한 설명은 후술하기로 한다.

점화 장치(100)는 제어실(300)의 AC 110V를 입력 받아 DC 2,000~2,200V로 변환하며 점화플러그(200)와 연결이 되어 생성되는 스파크(SPARK)를 이용하여 화력 발전소 등에 점화를 시키는 용도로 사용이 되는데, 예를 들어, 점화 장치(100)의 스파크(방전) 횟수는 예를 들어 초당 3회, 6회, 10회, 24회 등일 수 있다. 이 경우 방전 간격은 각각 330ms, 167ms, 100ms, 42ms가 될 것이다.

점화 플러그(200)는 점화 장치(100)에서 출력되는 고전압 신호를 입력받아 점화시켜 발전소나 가스터빈을 구동시킨다. 점화 플러그(200)의 점화가 이루어지지 않을 경우 가스터빈의 구동에 문제가 생길 수 있기 때문에, 점화 플러그(200)의 이상 유무를 점검할 필요가 있고, 본 발명에서는 점화 장치(100)가 이러한 점검 기능을 수행할 수 있다.

이와 같이, 점화 장치 시스템은 교류 입력 전원을 공급받은 점화 장치(100)가 방전전압 발생부(110)에서 방전전압을 발생하여 고전압 신호를 점화플러그(200)에 공급해 주어, 점화플러그(200)에서 점화시켜 발전소나 가스터빈을 구동시킬 수 있게 하는 시스템을 말한다.

도 2는 본 발명에 따른 점화 장치(100)에서 방전전압을 발생시키는 방전전압 발생부(110)를 설명하기 위한 블록도를 예시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 방전전압 발생부(110)는 라인 필터(LINE FILTER)(111), 전원 정류부(112), SMPS전원부(일 예로서, SMPS 24V 전원부)(113), CPU 전원 공급부(마이컴 전원 공급부)(114), 팬(FAN) 동작부(115), 전압 제어부(저,고전압 제어부)(116), 전원동작 제어부(1차, 2차전원 제어회로 동작부)(117), 1차전원 동작부(118), 2차전원 동작부(119), 제 1 직류(DC) 전압 동작부(120)(예, DC 1100V 동작부) SCR 드라이버(121), 승압 스파크 동작부(122), 마이컴(CPU 제어부)(123), 제 2 직류전압 승압부(일 예로서 DC 2.2KV 승압부)(124) 및 제 2 직류전압 필터부(일 예로서, DC 2.2KV)(125)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 방전전압 발생부(110)는 교류전압 절체부(190)로부터 교류전압(예를 들어, AC100 ~ 220V /주파수 60Hz)을 인가받는다. 라인 필터(LINE FILTER)(111)는 회로 승압 동작시 SMPS(Switched Mode Power Supply)에서 발생된 노이즈를 외부로 방출되는 것을 감소하거나 제거하는 역할을 수행한다. 전원 정류부(112)는 교류인 사인파를 다이오드 등을 통과시켜 평활된 DC(Direct Current) 전류(직류)를 출력한다. 전원 정류부(112)에서 출력된 DC 전류는 SMPS 24V 전원부(113)로 공급된다. SMPS 24V 전원부(113)는 직류전압 24V (DC 24V)를 출력하여 마이컴 전원 공급부(CPU 전원 공급부)(114)로 공급한다.

또한, SMPS 24V 전원부(113)는 DC 15V를 출력하여 전원동작 제어부(117)로 공급할 수 있다. 전원 정류부(112)에서 출력된 DC 전류는 전압 제어부(116)로도 공급되고, 전압 제어부(116)는 AC(Alternating Current)는 AC 전압 최저 및 최고 범위 내에서 (예, AC전압 최저 87V, AC 전압 최고 245V)는 동작하며 그 외 전압 부분은 회로 안정을 위해 부동작 제어를 수행한다(즉, 회로 안정을 위해 동작하지 않도록 제어함).

전원동작 제어부(117)는 마이컴(123)으로부터 제어 신호를 수신하거나 제 1 직류 전압 동작부(120)으로부터 피드백되는 제어 신호에 따라 1차전원 동작부(118), 2차전원 동작부(119)의 동작을 제어/조정할 수 있다.

팬 동작부(115)는 마이컴 전원 공급부(114)로부터 직류 전압(예를 들어, DC 24V)를 공급받고, 연속 스파크 동작시 반도체 저항 등의 발열 부품의 온도를 낮추기 위한 동작을 수행한다. 마이컴(123)은 팬(FAN) 동작부(115)의 동작을 제어하는 신호를 팬 동작부(115)로 전달할 수 있다. 팬 동작부(115)는 마이컴(123)의 제어에 따라 동작한다.

1차전원 동작부(118)는 입력 전압이 들어올 때 회로 및 스파크 동작에 영향을 주지 않게 직류 일정전압(예를 들어, DC 360V)를 만들어 2차전원 동작부(119)로 공급한다. 2차전원 동작부(119)는 점화 장치(100)의 동작 전압이 평균 소정 전압(예를 들어, 2200V)이므로 2차전압을 1100V로 상승(혹은 승압)시키는 역할을 수행한다.

제 1 직류전압 동작부(120)는 2차전원 동작부(119)에서 발생된 전압이 1100V이나 맥류 파형이므로 다이오드 등을 거쳐서 DC 1100V를 생성하여 출력한다.

SCR(Silicon-Controlled Rectifier Thyristor) 드라이버(121)는 지정된 전압이 상승하면 승압 스파크 동작부(122)의 SCR을 턴-온(turn on) 시키는 제어부의 역할을 수행한다.

승압 스파크 동작부(122)는 SCR 드라이버(121)의 제어에 따라 DC 1100V가 턴-온되어 2200V로 승압을 위해 후단으로 에너지를 전달하는 역할을 수행한다. 또한, 승압 스파크 동작부(122)는 스파크 회수, 점화 플러그 등의 점검하는 역할을 수행한다.

도 3은 승압 스파크 동작부(122)에서의 점검과 관련된 회로도를 예시한 도면이다.

승압 스파크 동작부(122)는 스파크 발생을 감지할 수 있다, 승압 스파크 동작부(122)는 점화플러그(200)에 스파크 발생시 1차측에 흐르는 전류를 감지하고 2차측의 전압신호로 변환되어 스파크가 동작했다는 신호를 마이컴(123)으로 전달할 수 있다.

그리고, 승압 스파크 동작부(122)는 점화플러그(200)의 이상 징후를 점검 혹은 감지할 수 있다. 점화플러그(200)의 이상 징후에는 점화플러그(200)의 단락(short), 점화플러그(200)의 개방(open), 점화 장치(100)에서 출력되는 케이블의 합선, 점화장치(100)에서 출력되는 케이블의 단선, 스파크가 소정 횟수 이상(예를 들어, 3회 이상) 발생하지 않는 경우 등이 있을 수 있다.

도 3을 참조하면, 승압 스파크 동작부(122)는 점화플러그(200)의 합선 또는 출력 케이블 합선이 발생하면 고압 콘덴서 충방전 저항 R33 양단(310)의 전압의 증가하게 되는데 R33저항 양단(310)의 전압 증가를 감지하여 마이컴(123)으로 제어 신호를 전달한다. 마이컴(123)은 승압 스파크 동작부(122)로부터 수신한 제어 신호에 따라 전원동작 제어부(특히, 2차전원 제어부)(117)에 SMPS OFF 하여 동작을 멈추도록 하는 제어 신호를 전달할 수 있다.

이때, 마이컴(123)은 내부 연산프로그램의 (방전 횟수) 설정치에 따라 전원동작 제어부(특히, 2차전원 제어부)(117)에 SMPS OFF 하여 동작을 멈추는 제어를 수행할 수 있다. 전원동작 제어부(117)는 마이컴(123)의 제어 신호에 따라 2차전원 동작부(119)가 동작하지 않도록 제어할 수 있다.

승압 스파크 동작부(122)는 점화플러그(200)가 없는 상태(open) 또는 점화 장치(100)의 출력 케이블 합선이 발생하면 고압 콘덴서 충방전 저항 R36, R37 양단(320)의 전압이 증가하게 되는데 저항 R36, 저항R37 양단(320)의 전압 증가를 감지하여 마이컴(123)으로 점검 결과에 대한 제어 신호를 전달한다. 마이컴(123)은 승압 스파크 동작부(122)로부터 수신한 제어 신호에 따라 전원동작 제어부(특히, 2차전원 제어부)(117)에 SMPS OFF 하여 동작을 멈추도록 하는 제어 신호를 전달할 수 있다.

이때, 마이컴(123)은 내부 연산프로그램의 (방전 횟수) 설정치에 따라 전원동작 제어부(특히, 2차전원 제어부)(117)에 SMPS OFF 하여 동작을 멈추는 제어를 수행할 수 있다. 전원동작 제어부(117)는 마이컴(123)의 제어 신호에 따라 2차전원 동작부(119)가 동작하지 않도록 제어할 수 있다. 마이컴(123)은 내부의 연산프로그램이 스파크(방전) 회수 초당 6회 설정 혹은 초당 24회 설정에 따라 전원동작 제어부(특히, 2차전원 제어부)(117)에 SMPS ON/OFF 시키는 제어 신호를 전달할 수 있다.

방전 횟수 조정과 관련하여 기존에는 작업자들이 점화플러그(200)에 스파크가 튀지 않으면 점화될 때까지 계속 방전전압 발생부(110)에서 방전전압을 발생하도록 점화 시스템을 운영하였기 때문에 점화장치가 빈번하게 고장나는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에서는 방전전압 발생부(110)의 내의 마이컴(123)이 승압 스파크 동작부(122)로부터 수신한 점화플러그(200)의 이상 징후를 감지한 제어 신호를 수신하여 2차전원 동작부(119)가 동작하지 않도록 제어하도록 하였기 때문에, 점화 장치 시스템 및 방전전압 발생부(110)를 무리하고 불필요하게 동작 및 운용할 필요가 없고 또한 무리하게 점화플러그(200)에 스파크를 발생시켜 점화할 필요가 없게 되어 점화 장치(200)의 수명을 상당히 연장시킬 수 있는 효과가 발생한다.

이와 같이, 본 발명에서는 방전전압 발생부(110) 내에서 스파크의 발생 여부, 점화플러그(200)의 이상 여부를 자체적으로 감지/점검할 수 있고, 마이컴(123)이 방전전압의 발생 등을 자체적으로 제어할 수 있게 되어 본 발명에 따른 점화 장치(110)는 기존 점화 장치 보다 수명시간이 길어지고 성능도 업그레이드된다.

점화 정치(100)에는 스위치로 형태로 방전 횟수가 초당 6회 혹은 24회로 기설정되어 있을 수 있다. 그러나, 점화 장치(100)는 수요처의 니즈에 따라 또는 연료상태에 따라서 점화 장치(100)에 기 설정된 방전 횟수(예를 들어, 초당 6회 혹은 24회)를 변경해야 할 경우가 생긴다. 기 설정된 방전 횟수를 변경하기 위해, 기존 점화 장치에는 출력 계통에 가변 저항(예를 들어, 제 1 직류 전압 동작부(120)와 승압 스파크 동작부(122))에 가변 저항들이 연결됨)을 사용하였다. 작업자는 이 가변 저항을 조정함으로써 방전 횟수를 변경할 수 있었다.

그러나, 이러한 기존 방식의 방전 횟수 변경은 점화 장치의 판넬을 다 뜯어야만 가능하였고, 판넬을 뜯은 후에도 오실로스코프와 고압 프로브를 이용하여 드라이버로 돌리면서 가변저항을 조정할 수밖에 없어서 작업에 시간이 많이 소요되는 등 여러 어려움이 있었다. 이러한 어려움에도 불구하고 작업자들이 미세 조정을 통해 방전 횟수를 변경하더라도 출력 계통의 가변저항 은 점화 장치의 진동 등으로 흔들릴 수도 있어서 원하는 방전전압 횟수로 설정하고 그 방전전압 횟수를 지속적으로 유지하기가 매우 어려웠다.즉, 진동 등의 요인으로 가변저항이 변하게 되고 그 결과 방전전압 횟수도 규칙적이지 못하고 설정한 횟수에 비교하여 오류가 발생하는 경우가 대부분이었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 방전전압 발생부(110) 내부에 있는 마이컴(123)을 이용할 것을 제안한다. 마이컴(123)은 인터페이스(140)(단자 등)를 통해 외부 기기(일 예로서, PICKit3)로부터 방전 횟수, 방전 전압 중 적어도 하나를 변경할 수 있는 프로그램을 포함하는 정보를 수신할 수 있다. 마이컴(123)은 인터페이스부(140)로부터 수신된 정보를 CPU 내부 연산 처리 등을 통해 마이컴(123)에 적용하여 방전 횟수를 변경하여 설정한다. 예를 들어, PICKit3기기로부터 수신한 프로그램에 의해 방전 횟수가 예를 들어 초당 10회 혹은 22회 설정되어 있다면, 마이컴(123)도 수신한 프로그램에 따라 방전 횟수를 초당 10회 혹은 22회로 변경하여 설정한다.

또한, 마이컴(123)은 PICKit3기기로부터 수신한 프로그램에 따라 특정 전압으로 방전 전압을 변경하여 설정할 수도 있다. 이와 같이, 방전 횟수 변경을 위해 출력 계통의 가변 저항을 조정하지 않게 됨으로써 작업자의 시간 소요와 불편을 덜 수 있다. 또한, 마이컴(123)을 통해 방전 횟수를 변경함으로써 방전 횟수를 처음 설정한 횟수를 그대로 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 마이컴(123)을 이용함으로써 출력 계통에 가변저항들을 연결할 필요가 없어 회로도 더 간편하게 구현할 수 있게 된다. 예를 들어, 제 1 직류전압 동작부(120)와 승압 스파크 동작부(122) 간에 가변저항들로 연결할 필요가 없게 된다.

마이컴(123)은 기존에 설정된 스위치(예, 토글 스위치, 혹은 복수의 스위치(제 1 및 제 2스위치) 등)에서 방전 횟수를 조정할 수 있다. 제 1 및 제 2 스위치가 있는 경우에는 마이컴(123)은 각 스위치 별로 방전 횟수를 조정할 수 있다.

마이컴(123)은 변경된 방전 횟수, 방전전압 설정에 따른 제어 신호를 전원동작 제어부(117)로 전달한다. 전원동작 제어부(117)는 변경된 방전 횟수, 방전전압으로 출력될 수 있도록 2차전원 동작부(119)를 제어할 수 있다.

도 4는 마이컴(123)이 방전 횟수, 방전전압을 변경하는 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.

도 4를 참조하면, 점화 장치(100)의 방전 횟수 등을 변경하기 위해서는 점화 장치(100)의 전원을 OFF 된 상태에서 작업을 진행할 필요가 있다. 외부기기(예, PICKit 3)로 다운받은 프로그램을 도 4에 도시된 바와 같이 점화 장치(100)의 인터페이스부(140)에 해당하는 다운로드 포인트에 5개핀을 접촉하여 PICKit 3의 마이크로 스위치를 누르면 마이컴(123)에 변경된 프로그램이 다운로드된다. 이때, 5개핀을 접촉할 때는 극성에 주의하여야 할 필요가 있다.

이와 같이, 점화 장치(100)의 방전전압 발생부(110) 내에 마이컴(123)을 구현함으로써 방전 횟수, 방전 전압을 변경하는 것이 간편하게 되었고, 동시에 변경된 방전 횟수, 방전 전압을 이후에도 정밀하게 유지할 수 있어서 기존 점화장치와 비교해 볼 때 본 발명에 따른 점화 장치(100)의 성능이 상당히 향상된다.

제 2 직류전압 승압부(일 예로서 DC 2.2KV 승압부)(124)는 턴-온된 DC1100V L-C배전압 공진으로 2200V로 만드는 역할을 수행한다. 제 2 직류전압 필터부(일 예로서, DC 2.2KV)(125)는 2200V로 승압되어 인가되는 전압 중 불규칙한 피크 전압 감쇠하여 점화플러그(200)로 전달한다.

또한, 제 1 직류 전압 동작부(120)는 승압 동작시 SMPS 2차측의 전압이 일정하도록 저항 분압 방식을 적용하여, 레퍼런스 전압 2.5V를 1차측으로 전달하는 궤환 신호를 전원제어 동작부(117)로 제공할 수 있다. 그리고, 제 1 직류 전압 동작부(120)는 주파수 및 듀티비를 조정하여 2차전압 동작부(119)이 일정전압(예를 들어, 1100V)이 유지되도록 반도체인 FET 소자를 제어한다. 제 1 직류 전압 동작부(120)는 주파수 및 듀티(duty)비를 조정하는 제어 신호를 전원동작 제어부(117)로 전달하고, 전원동작 제어부(117)은 상기 수신한 제어 신호에 따라 2차전원 동작부(119)가 일정전압 1100V로 유지되도록 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 점화 장치(100)의 기능을 설명하기 위해 블록도를 예시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 점화 장치(100)는 방전전압 발생부(110), 지능부(150), 인터페이스부(140) 및 디스플레이부(145)를 포함할 수 있다.

방전전압 발생부(110)에 대한 자세한 사항은 전술한 바 있다. 이하 지능부(150)에 대해 간략히 설명한다. 지능부(150)는 감시부(160), 상태감시 제어부(170), 정전압부(180) 및 교류 입력전압 변환부(190)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 감시부(160)는 고전압 펄스 감시부(HV voltage monitor)(161), 고전압 레벨 감시부(162) 및 고전압 전류 피크 감시부(163)을 포함할 수 있다.

도 6은 지능부(150)의 고전압 펄스 감시부(161)의 기능을 설명하기 위한 회로도를 예시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 고전압 펄스 감시부(161)는 점화 장치(100)에서 출력되는 고전압 출력 단자(HV-OUT)을 직접 연결하여 출력 전압에는 영향을 주지 않고 현재 출력되는 전압을 측정하기 위해 여러 개의 분압 저항을 거쳐 2000V를 1/1000배로 다운시킨다(2V로 낮춤).

고전압 펄스 감시부(161)는 2000V 출력의 경우 2V로 내리고 U18 Isolation AMP를 거쳐 고전압의 노이즈를 제거한 뒤 U15 OP-AMP [1:1]를 거쳐 연산부(170)(예를 들어, CPU)에 2V의 전압을 공급하게 된다. 감시부(160)로부터 연결된 연산부(예, CPU)(170)에서는 입력된 2V의 전압을 아날로그-디지털 변환기(A/D convertor)를 거쳐 내부에서 2V X 1000을 하여 2000V로 표현 혹은 산출하게 된다.

도 7은 지능부(150)의 고전압 레벨 감시부(162)의 기능을 설명하기 위한 회로도를 예시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 고전압 레벨 감시부(162)는 점화 장치(100)에서 출력되는 HV-OUT을 직접 연결하여 출력 전압에는 영향을 주지 않고 현재 출력되는 전압의 방전 횟수를 측정하기 위해 여러 개의 분압 저항을 거쳐 1/500 배로 전압으로 다운시킨다. 고전압 레벨 감시부(162)는 2000V 출력의 경우 4V로 내리고 U27 OP-AMP [1:1] 을 거쳐 U26-D의 8번 핀에 입력이 되고 U26-D의 9번 기준 전압 0.3V 보다 높아 U26의 14번 핀으로 출력이 된다. 출력된 파형은 U21-A를 거치면서 5ms의 구형파로 변환이 되어 포토 커플러를 통해 연산부(예, CPU)(170)에 인가된다. 연산부(예, CPU)(170)에서는 5ms의 구형파 개수를 카운트하여 전압의 방전 횟수를 산출한다.

도 8은 지능부(150)의 고전압 전류 피크 감시부(163)의 기능을 설명하기 위한 회로도를 예시한 도면이다.

고전압 전류 피크 감시부(163)는 점화 장치(100)에서 출력되는 HV-OUT 케이블이 전류 센서를 통과하여 출력이 되고 점화플러그(200)가 연결이 되어 있을 때 방전에 의한 스파크 발생 시 전류가 생성이 되고 전류 센서에서는 전압으로 변환하여 연산 증폭기(OP-AMP)에 공급하게 된다.

고전압 전류 피크 감시부(163)는 OP-AMP U16의 7번 출력이 U16의 2번 입력에 공급이 될 때 R75와 C59에 의해 5ms의 구형파로 변환이 되며 OP-AMP U16의 1번 출력이 연산부(예, CPU)(170)에 인가된다. 연산부(예, CPU)(170)는 5ms의 구형파 개수를 카운트하여 전류의 방전 횟수로 표현하여 산출할 수 있다.

이와 같이, 연산부(예, CPU)(170)는 초당 방전 횟수, 방전전압, 누적 방전 횟수 등을 산출할 수 있다. 그리고, 연산부(예, CPU)(170)는 산출된 방전전압에 기초하여 방전전압에 대한 상태도 산출할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 점화 장치(100)의 상태를 디스플레이 하는 것을 예시한 도면이다.

상술한 바와 같이, 연산부(예, CPU)(170)는 초당 방전 횟수, 방전전압, 누적 방전 횟수, 방전전압 상태 등을 산출하여, 산출된 정보를 디스플레이부(145)로 전달한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(145)는 사용자 혹은 작업자가 점화 장치(100)의 현재 상태를 시각적으로 용이하게 알 수 있도록 초당 방전 횟수, 방전전압, 누적 방전 횟수, 방전전압 상태를 디스플레이한다. 사용자는 디스플레이(145)에 도시된 정보를 확인하여 점화 장치(100)의 상태를 파악할 수 있다. 방전전압 발생부(110)에서 자체 발생 전압이 낮은 경우(예를 들어, 2000V 출력이나 1000V만 출력되는 경우)에는 점화 장치(100)를 교환하는 것을 고려할 수 있다.

또한, 1초에 10회 방전을 설정하였는데 1초에 5회만 방전될 경우에는 마이컴(123)을 통해 방전 횟수를 늘릴 수 있고, 그럼에도 조정이 되지 않는 경우에는 점화 장치(100)을 교환하는 것을 고려할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 점화 장치(110)는 방전전압 발생부(110) 내부에 마이컴(123)을 구현하여 방전 횟수, 방전 전압을 간편하게 조정하면서 동시에 정밀하게 조정할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 점화 장치(100)는 방전전압 발생부(110) 내부에 마이컴(123)을 통해 점화플러그(200)의 이상 등 자체 점검이 가능해졌다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 점화 장치(100)는 자체 점검 기능을 가지고 있어서, 방전전압 발생부(110)의 마이컴(123)에서 자체 점검 결과에 따른 제어 동작을 수행하므로 작업자의 불필요하고 과도한 점화를 위한 동작을 예방할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 점화 장치(100)는 기존 점화 장치(100)의 수명보다도 상당히 연장되는 효과가 있다.

본 발명에 제안한 자체 점검(Self-Test) 기능이 포함된 상태감시 기능을 포함하는 일체형 점화장치(Ignition Exciter)은 상술한 여러 면에서 기존의 점화 장치보다 성능 및 효과가 우수하다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다. 소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체 (magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (10)

1. 방전전압 발생부를 포함하되,
   상기 방전전압 발생부는,
   전원 정류부로부터 DC(Direct Current) 전류를 인가받아 일정전압인 제 1 정전압을 생성하는 1차전원 동작부;
   상기 1차전원 동작부의 출력인 상기 제 1 정전압을 승압시키는 2차전원 동작부;
   상기 승압된 전압에 대응하는 제 1 직류 전압을 생성하는 직류(DC) 전압 동작부;
   상기 직류 전압 동작부로부터 인가되는 상기 제 1 직류 전압을 턴-온(turn-on)하여 제 2 직류 전압으로 승압하기 위해 후단으로 에너지를 전달하고, 소정의 횟수 이상 스파크가 발생하지 않는 경우를 포함하는 점화 플러그의 이상 징후를 감지한 후, 상기 점화 플러그의 이상 징후에 대한 제 1 제어 신호를 생성하는 승압 스파크 동작부;
   상기 승압 스파크 동작부로부터 수신한 상기 제 1 제어 신호에 기초하여 상기 점화 플러그에 이상이 있다고 판단되면 상기 제 2차전원 동작부를 오프(off)시키도록 하는 제 2 제어 신호를 생성하는 마이컴; 및
   상기 마이컴으로부터 상기 제 2 제어신호를 수신하여 상기 제 2차전원 동작부의 동작을 멈추도록 제어하는 전원동작 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기 점검이 가능한 점화 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 방전전압 발생부는 외부 기기로부터 방전 횟수 및 방전 전압 중 적어도 하나를 변경할 수 있는 프로그램을 포함하는 정보를 수신하기 위한 인터페이스부를 더 포함하되,
   상기 마이컴은 상기 인터페이스부에 수신된 정보를 적용하여 상기 방전 횟수 및 상기 방전 전압 중 적어도 하나를 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 자기 점검이 가능한 점화 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 마이컴은 상기 방전 횟수 및 방전 전압 중 적어도 하나를 변경하도록 상기 전원동작 제어부를 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는, 자기 점검이 가능한 점화 장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 전원동작 제어부는 상기 제2차 전원 동작부에 상기 방전 횟수 및 방전 전압 중 적어도 하나를 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 자기 점검이 가능한 점화 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 방전전압 발생부의 외부에 구비된 지능부를 더 포함하되,
   상기 지능부는,
   상기 점화 장치로부터 출력될 구형파의 개수를 카운트하여 초당 전류의 방전 횟수를 감지하는 고전압 전류 피크 감시부; 및
   상기 점화 장치로부터 출력될 구형파의 개수를 카운트하여 초당 전압의 방전 횟수를 감지하는 고전압 레벨 감시부, 자기 점검이 가능한 점화 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 방전전압 발생부는,
   상기 턴-온(turn-on)된 제 1 직류 전압을 상기 제 2 직류 전압으로 승압하는 제 2 직류 전압 승압부; 및
   상기 DC 전압 승압부로부터 인가되는 전압 중 불규칙한 피크를 감쇠하여 상기 점화 플러그로 전달하는 제 2 직류 전압 필터부를 더 포함하며,
   상기 자기 점검이 가능한 점화 장치는 발전소용 점화 장치에 해당하는, 자기 점검이 가능한 점화 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 방전전압 발생부는,
   상기 직류 전압 동작부는 주파수 및 듀티비를 조정하는 제 3 제어 신호를 상기 전원동작 제어부로 전달하고,
   상기 전원동작 제어부는 상기 제 3 제어 신호에 기초하여 상기 제 2차전원 동작부가 상기 승압된 전압을 일정하게 유지하도록 제어하는, 자기 점검이 가능한 점화 장치.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 점화 장치에서 발생되는 초당 방전 횟수, 누적 방전 횟수 및 방전 전압에 관한 정보를 사용자가 시각적으로 인식할 수 있게 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는, 자기 점검이 가능한 점화 장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 정전압은 직류 360V, 상기 제 1 직류 전압은 1100V, 상기 제 2 직류 전압은 2200V인 것을 특징으로 하는, 자기 점검이 가능한 점화 장치.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 점화 플러그의 이상 징후는 상기 점화 플러그의 단락(short), 개방(open), 상기 점화 장치에서 출력되는 케이블의 합선 및 상기 점화장치에서 출력되는 케이블의 단선 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기 점검이 가능한 점화 장치.

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