KR102357244B1 - 버너의 연소 제어 장치 - Google Patents

Abstract

버너(1)의 연소를 제어하는 장치(11)가 개시된다. 이 장치는 연료 유속(Vg)을 측정하는 제1 수단(12); 조연제 유속(Va)을 측정하는 제2 수단(13); 유입 밸브(5)의 개도를 버너(1)로 공급되는 연료의 양의 함수로서 제어하는 제1 조작기 수단(14); 및 조연제 유량 조절기 수단(8)을 버너(1)로 공급되는 조연제의 양의 함수로서 제어하는 제2 조작기 수단(15)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 장치(11)는 상기 제1 조작기 수단(14) 및 제2 조작기 수단(15)을 상기 제1 측정 수단(12)과 상기 제2 측정 수단(13)에 의해 측정된 값들의 함수로서 제어하는 유닛(16)을 포함한다.

Description

버너의 연소 제어 장치{DEVICE FOR CONTROLLING THE COMBUSTION OF A BURNER}

본 발명은 버너의 연소 제어 장치, 그 연소 제어 장치를 포함하는 버너, 및 버너의 연소 제어 방법에 관한 것이다.

바람직하게는, 본 발명은 버너의 연소를 제어하기 위해 연료와 조연제(comburent)의 혼합에 대한 제어를 한정한다.

본 발명은 민간 분야(예를 들면, 열 난방)와 산업 분야(예를 들면, 일반적인 열 생산, 오븐, 공기 가열 등) 모두에 사용되는 버너에 관한 것이다.

더 구체적으로, 본 발명은 비사전혼합식 버너(non-premixed burner), 즉 조연제와 연료의 혼합이 버너 헤드에서 직접 발생하는 버너에 사용된다.

종래 기술에 따르면, 버너는 연료(일반적으로 가스 연료) 유입 도관(inlet duct)과 조연제(일반적으로 공기) 유입 도관을 포함한다. 이 유입 도관들은 버너의 헤드가 존재하는 연소 구역에서 합체된다. 이렇게 해서 연료와 조연제의 혼합이 예를 들어 액체를 가열하기 위한 연소(점화 스파크에 의해 가동된 때)를 수행한다.

통상적으로, 버너는 헤드에 공급되는 가스 양을 조정하기 위하여 연료 유입 도관을 따라 위치된 연료 가스를 조정하기 위한 밸브를 포함한다. 마찬가지로, 버너는 또한 헤드에 공급되는 공기량을 조정하기 위하여 조연제 공기 유입 도관을 따라 위치되며 가변 단면을 갖는 개구도 포함한다.

또한, 가스와 공기 유입 개구부를 조절하기 위한 밸브를 제어하는 두 가지 공지된 기술이 있다.

제1 종래 기술에 따르면, 가스 조절 밸브와 공기 유입 개구부의 움직임은 모두가 기계식이다. 즉, 밸브와 유입부의 조절은 시험하는 동안에 사전에 결정된 공기/가스 비율 곡선에 기초하여 구성된 각각의 가동 캠의 움직임에 의해 달성된다. 상기 캠의 움직임은 제어 유닛에 의해서, 측정된 온도 및 압력 값들(예를 들어, 보일러의 증기에서 측정된 것)의 함수로서 제어된다. 또한, 캠의 움직임은 설치 중에 숙련된 설치 기술자가 수행해야 하는 수동 조정, 즉 공기/가스 변조 조작 중에 최적의 과잉 공기 값이 얻어질 수 있게, 시스템의 버너의 작동 출력에 따라 달라지는 공기/가스 비율 곡선을 구성할 수 있도록 하는 수동 조정을 필요로 한다.

제2 종래 기술에 따르면, 가스 조절 밸브와 공기 유입 개구부의 제어는 모두가 전자식이다. 이 경우, 밸브와 유입부의 조절은 메모리 유닛에 저장된 사전에 결정된 공기/가스 비율 곡선에 기초하여 전자적으로 수행된다. 또한, 이 조정은 가스(fumes)에 포함된 O₂ 및/또는 CO를 측정하는 특정 센서에 의해 측정된 연소 가스 중의 측정치들의 함수로서 수행된다. 이 경우, 제어 유닛(16)은 연소를 과잉 공기 지수 곡선에 따라 최적의 수준으로 유지하도록 구성된다. 또한, 상기 제어 유닛은 과잉 공기 지수가 너무 낮은 값에 도달한 경우에는 버너를 높은 안전성 곡선(O₂를 공기/가스 비율 곡선 상의 대응하는 값보다 적어도 1% 많게 가짐)에서 자동으로 변조시키도록 구성된다.

어느 경우라도, 설치하는 동안에, 숙련 작업자가 가스의 개도를 서서히 증가시키며 O₂ 및/또는 CO의 추세를 관찰하면서, 메모리 유닛에 저장되는 공기/가스 비율 곡선을 수동으로 만들어야 한다.

그러나 이러한 종래 기술들은 몇 가지 단점을 갖는다.

첫 번째 단점은, 두 경우 모두에서, 설치 중에 공기/가스 비율 곡선을 설정/조정하기 위한 숙련 작업자의 개입이 필요하다는 사실과 결부되어 있다. 버너의 올바른(또는 잘못된) 작동은 그 조정에 의존하기 때문에 상기 작업에는 반드시 숙련 작업자가 있어야 한다.

상기 첫 번째 단점과 결부된 두 번째 단점은, 상기 조정이 일단 숙련 작업자에 의해 수행되면 버너의 작동은 설정된 공기/가스 비율 곡선에 기초한다는 것이다. 따라서, 공기 및/또는 가스 변수들의 변동, 또는 예컨대 시간 경과에 따른 기계 부품의 마모와 결부된 버너의 부품들의 작동에 있어서의 변화가 있게 되면, 상기 공기/가스 곡선 세트는 더 이상 적합하지 않은 것이 되므로, 버너가 최적이 아닌 상태에서 작동하게 되는 결과가 초래될 수 있다.

사실상, 버너는 버너를 처음으로 켜는 동안에는 적합한 가스 분석 기기(fumes analysis instrument)를 사용하여 숙련된 기술자에 의해서 공기/가스 비율 곡선을 구성함으로써 제어되지만, 버너가 작동하는 중에는 그렇지 않다. 따라서, 연료 또는 조연제 변수들의 변동은 (설령 연소 가스의 안전성 변수들의 범위 내에 있다 하더라도) 연소 불량을 일으킬 수 있거나, 혹은 필요한 출력 수준에 도달하지 못하게 할 것이다.

대안으로는, 버너를 조정하기 위해서 숙련된 작업자의 개입을 정기적으로 요청하는 것이 필요하다. 그러나 심지어 후자의 해결책은 작업자를 부르는 시간(길어질 수 있음) 및 개입에 관련된 비용으로 인한 고유의 단점을 갖게 된다.

이러한 상황에서, 본 발명의 목적은 상기 단점들을 극복한, 버너의 연소 제어 장치, 버너, 및 버너의 연소 제어 방법을 제공하는 것이다.

더 구체적으로, 본 발명의 목적은 버너 작동 중에 최적의 공기/가스 비율이 유지될 수 있도록 하는 연소 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 버너 작동 중에 공기/가스 비율이 자동으로 제어될 수 있도록 하는 연소 제어 장치를 제공하는 것이다.

끝으로, 본 발명의 또 다른 목적은 버너 작동 중에 공기/가스 비율이 연료와 조연제 변수들의 변화의 함수로서 자동으로 제어될 수 있도록 하는 연소 제어 장치를 제공하는 것이다.

상기에 나타낸 목적들은 본원의 청구범위에 기재된, 버너의 연소 제어 장치, 버너, 및 버너의 연소 제어 방법에 의해 실질적으로 달성된다. 본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면에 예시된 것과 같은 버너의 연소 제어 장치, 버너, 및 버너의 연소 제어 방법의 비제한적이고 비배타적인 바람직한 실시예들을 참조하는 아래의 상세한 설명에서 더 명백해진다.

도 1은 본 발명에 따른 버너의 부분 단면 부등각 투상도이다.
도 2는 도 1의 버너의 부분 단면 측면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 버너의 연소 제어의 블록 다이어그램의 개략도이다.
도 4는 도 1의 버너의 제1 세부의 단면 부등각 투상도이다.
도 5는 도 4에 예시된 제1 세부의 측단면도이다.
도 6은 도 1의 버너의 제2 세부의 단면 부등각 투상도이다.
도 7은 도 6에 예시된 제2 세부의 측단면도이다.
도 8은 도 4에 예시된 제1 세부의 단면 부등각 투상도이다.
도 9는 도 8의 변형 예를 확대한 단면 부등각 측면도이다.
도 10은 도 1의 버너의 대안적 실시예의 측면도이다.
도 11은 도 10의 버너의 대안적 실시예의 부등각 투상도이다.
도 12는 도 11의 버너의 대안적 실시예의 단면 부등각 투상도이다.
도 13은 도 12의 대안적 실시예의 세부를 확대한 단면 부등각 투상도이다.

상기 도면들을 참조하면, 도면 부호 1은 본 발명에 따른 버너 전체를 나타낸다.

바람직하게는, 버너(1)는 연소가 일어나는 연소 구역(3)이 한정되어 있는 헤드(2)를 포함한다.

더욱 더 바람직하게는, 버너(1)는 비사전혼합식(연료와 조연제 간의 혼합이 사전에 발생하지 않고 바로 헤드(2)에서 발생)이다.

더 구체적으로, 버너(1)는 공급되는 연료의 양을 조정하기 위한 유입 밸브(inlet valve)(5)가 있는 제1 연료 유입구(fuel inlet)(4)를 포함한다. 바람직하게는, 제1 유입구(4)는 연료 이송 도관(6)에 의해 한정되고, 상기 연료 이송 도관을 따라서 유입 밸브(5)가 위치된다. 연료 이송 도관(6)은 연료를 공급하기 위한 연소 구역(3) 방향으로 연장된다.

유입 밸브(5)는 연료를 차단하며, 연소 구역(3)을 향해 제1 유입구(4)를 통과하는 연료의 양을 조정하도록 구성된다. 유입 밸브(5)는 공지된 유형이고, 아래에서 더 상세히 설명되지 않을 것이다.

연료는 유체이며, 액체 또는 기체 형태일 수 있다는 것을 주지해야 한다. 바람직하게는, 연료는 메탄 또는 GPL 또는 바이오 가스 또는 이 물질들의 조합 또는 연소 시에 여전히 탈 수 있는 것이지만 여기에 명시적으로 언급되지 않은 그 밖의 다른 물질들을 포함한다는 것을 주지해야 한다.

또한, 버너(1)는 연소 구역에 조연제를 공급하기 위하여 연소 구역(3) 방향으로 연장되는 조연제용 제2 유입구(7)를 포함한다. 더 상세하게, 제2 유입구(7)는 연소 구역(3) 쪽으로 공급되는 조연제의 양을 조정하는 수단(8)을 포함한다.

바람직하게는, 제2 유입구(7)는 조연제 이송 도관(9)을 포함하며, 상기 조연제 이송 도관을 따라서 조정 수단(8)이 위치된다. 조연제 이송 도관(9)은 조연제를 공급하기 위한 연소 구역(3) 방향으로 연장된다.

상기 이송 도관(9)은 조연제 유입 단부(30)로부터 시작해서 연장 축(29)을 따라 연장된다.

더 구체적으로, 도 10 내지 도 13에 예시된 실시예에서, 제2 유입구(7)는 조연제를 이송 도관(9)의 연장 축에 대해 반경 방향으로 진입시키도록 구성된, 유입되는 조연제를 편향시키는 요소(31)를 포함한다.

상기 편향기 요소(deflector element)(31)는 캡 형태의 형상으로 형성되고, 조연제 유입 단부(30)에 위치된다. 즉, 제2 유입구(7)는 이송 도관(9) 및 편향기 요소(31)를 포함한다. 편향기 요소(31)는 조연제의 입구를 위한 제2 유입구(7)의 시작 부분을 한정한다.

또한, 편향기 요소(31)는 제2 유입구(7)의 도관과 편향기 요소(31) 사이에 원통형 공기 유입 구역(32)이 형성될 수 있도록 유입 단부(30)의 단면보다 큰 내부 단면을 구비한다. 편향기 요소(31)는 이송 도관(9)의 유입 단부(30)에 조연제의 공급 방향의 역방향을 한정하도록 한 형상으로 형성된 조연제 송입 경로를 한정한다.

편향기 요소(31)는, 연장 축(29)에 대해 반경 방향으로 연장되며 도관을 따라서 유입 단부(30)로부터 멀리 떨어진 위치에 위치되는 적어도 하나의 조연제 유입 통로(33)를 구비한다. 도 12는 상기 유입 통로(33)가 캡 형상의 편향기 요소(31) 상에 위치된 크라운을 따라 연장되며 복수의 관통공에 의해 한정된 것을 나타내고 있다. 한편, 편향기 요소(31)의 나머지 구조는 폐쇄된다.

도 2, 도 12 및 도 13에 예시된 실시예에서, 조정 수단(8)은 공급되는 조연제의 양을 조정하기 위한 조정 가능한 단면을 갖는 개구(35)를 구비한다. 바람직하게는, 상기 조정 수단(8)은 공급되는 조연제의 양의 함수로서 조연제의 전파 방향에 대해 조정 가능한 경사부를 구비한 하나 이상의 셔터(36)를 포함한다.

버너는 연소 구역(3)에 공기를 공급하는 헤드(2)의 방향으로 공기를 공급하는 팬(27)(첨부 도면에서는 보이지 않음)을 포함하는 것이 유리하다는 점을 주지해야 한다. 유리하기로는, 상기 버너는 연소 구역(3)을 향해 공기를 보낼 수 있도록 헤드(2)에 공기를 공급하는 팬(27)으로부터 연장되는 공기 공급 도관을 포함한다. 공기를 공급하는 팬(27)은 전기 모터가 바람직한 모터(28)(도 1 및 도 2에 도시됨)에 의해 움직인다.

첨부 도면에 도시되지 않은 대안적 실시예에서, 상기 조정 수단(8)은 조정 가능한 단면을 갖는 개구(35)뿐만 아니라, 공기를 공급하는 팬(27)의 회전수(rpm)를 조정하는 모듈도 포함한다. 사실상, 공기를 공급하는 팬(27)은 연소 구역(3)을 향해 밀려들어가는 공기의 양을 변화시킬 수 있도록, 출력을 조정할 수 있는 유형의 것이다. 바람직하게는, 팬(27)의 회전수(rpm)를 조정하는 모듈은 팬(27)의 급전기(통상적으로는 인버터로 규정됨)에 작용하도록 구성된다.

이미 부분적으로 언급한 바와 같이, 버너(1)는, 제1 유입구(4)와 제2 유입구(7)가 합체되는 곳이며 연료와 조연제가 혼합되어서 연소가 발생하게 되는 곳인 연소 구역(3)을 갖는다.

또한, 버너(1)는 연소 구역(3)의 상류에 제1 유입구(4)를 따라 위치된 압력 안정화 밸브(10)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 압력 안정화 밸브(10)는 연료 이송 도관(6)을 따라 위치되며, 그 압력 안정화 밸브(10)와 유입 밸브(5) 사이의 연료 압력을 일정하게 유지하도록 구성된다. 압력 안정화 밸브(10)는 공지된 유형이고, 아래에서 더 상세히 설명되지 않을 것이다.

또한, 버너(1)는 본 발명의 목적이기도 한 연소를 제어하기 위한 장치(11)를 포함한다.

더 구체적으로는, 상기 제어 장치(11)는 버너(1)에 공급되는 연료의 유속(Vg)을 측정하는 제1 수단(12)을 포함한다.

상기 제1 측정 수단(12)은 제1 유입구(4)를 따라 사이에 삽입된다. 즉, 제1 측정 수단(12)은 연료 이송 도관(6) 내측에 위치된다.

바람직하게는, 제1 측정 수단(12)은 연료의 유속(Vg)을 측정하도록 구성된 센서(34)를 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 제1 측정 수단(12)의 센서(34)는 순시 측정 방식이다. 즉, 센서(34)는 연료의 유속(Vg)에 관계된 값을 순간적으로 측정하도록 설계된다. 또한, 제1 측정 수단(12)의 센서(34)는 연료 이송 도관(6)의 중심에 위치되는 것이 유리하다.

도 4 및 도 5는 제1 측정 수단(12)의 일 실시예를 보이고 있다. 더 상세하게는, 상기 제1 측정 수단(12)은 연료를 공급하는 방향(18)을 따라 좁아지는 이송 장치(conveyor)(17)를 포함한다. 더욱 더 구체적으로, 이송 장치(17)는 연료 흡입 영역에 위치된 광폭 단부(19)와, 연료 공급 방향(18)을 따라서 상기 광폭 단부(19)의 하류에 위치된 협폭 단부(20)를 포함한다. 상기 협폭 단부(20)는 통로 부분이 좁아짐으로 인해 연료의 속도가 증가하는, 연료 통로용 도관(21)을 내측에 한정한다.

이송 장치(17)의 측정 센서(34)는 조연제 공급 방향에 대해 횡 방향으로 연장되며, 협폭 단부(20) 내측으로 돌출한다. 더 구체적으로, 측정 센서(34)는 연료의 유속을 직접적으로 측정하도록 구성된다. 바람직하게는, 측정 센서(34)는 열막(hot film) 또는 열선 유형의 풍속계이다.

이송 장치(17)는 제1 유입구(4) 내측에 위치되며, 연료의 대부분이 각각의 이송 장치(17)의 외부를 통과하도록 제1 유입구(4)의 단면보다 작은 내부 통로 단면을 한정한다는 점을 주지해야 한다. 이렇게 해서, 이송 장치의 존재에 영향을 받으며 그 이송 장치 안으로 들어가는 연료 부분은 제1 유입구(4)의 내측을 통과하는 연료에 대해 상대적으로 최소가 된다.

더 구체적으로, 이송 장치(17)는 제1 유입구(4) 내부의 공간의 감소된 부분을 차지하고, 상기 제1 유입구(4) 내부를 통과하는 연료는 일부가 상기 이송 장치(17) 내부로 들어가며 일부(대부분)가 이송 장치와 제1 유입구(4) 사이의 이송 장치(17) 외부를 통과한다.

제1 유입구(4)는 이송 장치(17)가 내부에 있는 도관에 의해 한정됨을 주지해야 한다. 바람직하게는, 이송 장치(17)는 도관에 대한 반경 방향과 및 길이 방향을 따라서 중간 위치에 위치된다.

첨부된 도면에 도시되지 않은 대안적 실시예에서, 이송 장치(17)는 광폭 부분(19) 대신에, 유동의 속도 구배에 기초하여 상이한 크기를 가지며 센서(34) 옆에 있을 것이 요구되는 요소들을 포함한다.

더 구체적으로, 제1 측정 수단의 센서(34)(도 8 및 도 9에 도시됨)는 연료의 공급 방향(18)에 대해 횡 방향으로 연장되는 구멍(22) 내부의 협폭 단부(20)에 위치된다. 바람직하게는, 상기 센서(34)는 연료의 통로에 노출되어 유속을 측정할 수 있도록 연료의 공급 방향(18)에 대해 횡 방향으로 위치되어 통로 도관(21) 내부에 외팔보식으로 돌출된다. 또한, 이송 장치(17)는 앞에서 한정된 광폭 부분(19)으로부터 가장 멀리 떨어진 그 이송 장치의 부분에 마지막 재확장부(23)를 갖는다.

또한, 도 4 및 도 5는, 이송 장치(17)를 타격하는 연료의 흐름이 광폭 단부(19)에 의해 한정된 유입구에서 균일하게 집중되도록 이송 장치(17)를 제1 유입구(4)의 횡 방향 단면에 대해서 중앙 위치(도 1 참조)에 유지시키도록 구성된 지지체(24)를, 제1 측정 수단(12)이 포함하고 있는 것과; 도관의 내벽에 매우 제한적이긴 하지만 있는 거칠기로 인한 난류 효과가 가능한 한 적게 느껴지는 것을 보여주고 있다. 더 구체적으로, 지지체(24)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는, 연료 센서(34)의 경우에 있어서, 지지체(24)는 제1 유입구(4)의 내벽으로부터 돌출하는 날개에 의해 형성된다.

도 8 및 도 9는 이송 장치(17)가 지지체(24)에 의해 제1 유입구(4)의 도관 내측에 장착되어서 그 도관 내측에 연결된 것을 도시하고 있다. 바람직하게는, 도 8 및 도 9에서, 지지체(24)는 센서(34)를 포함하고, 연장부가 다른 파이프의 두 개의 부분들을 서로 대칭인 위치에 지지시킬 수 있도록 직경 방향에서 서로 대향된 그 지지체의 상대 부분들에 플랜지가 형성된다. 이는 이송 장치(17)가 제1 유입구(4) 내부에 자체 지지됨과 동시에 중심 정렬되게 한다.

또한, 장치(11)는 버너(1)에 공급되는 조연제의 유속(Va)을 측정하는 제2 수단(13)을 포함한다.

상기 제2 측정 수단(13)은 제2 유입구(7)를 따라 사이에 삽입된다. 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시예에서, 상기 제2 측정 수단(13)은 조연제를 이송하기 위한 도관(9)을 따라 위치된다. 도 10 내지 도 13에 도시된 제2 실시예에서, 상기 제2 측정 수단(13)은 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이 편향기 요소(31) 내측에 위치된다.

어느 경우라도, 제2 측정 수단(13)은 조연제의 유속(Va)을 측정하도록 구성된 센서(34)를 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 제2 측정 수단(13)의 센서(34)는 순시 측정 방식이다. 즉, 센서(34)는 조연제의 유속(Va)에 관계된 값을 순간적으로 측정하도록 설계된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 측정 수단(13)의 센서(34)는 조연제 이송 도관(9)의 중심에 위치되는 것이 유리하다.

제1 측정 수단(12)의 센서(34)에 대해서 위에서 설명한 바와 같이, 도 6 및 도 7은 제2 측정 수단(13)의 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 더 상세하게, 제2 측정 수단(13)은 조연제의 공급 방향(18)을 따라 축소되는 이송 장치(17)를 포함한다(간결성을 위해, 제1 측정 수단(12)에 대해서 나타낸 것과 동일한 도면 부호를 사용한다). 더욱 더 구체적으로, 이송 장치(17)는 조연제 흡입 영역에 위치된 광폭 단부(19)와, 조연제 공급 방향(18)을 따라서 상기 광폭 단부(19)의 하류에 위치된 협폭 단부(20)를 포함한다. 상기 협폭 단부(20)는 통로 부분이 좁아짐으로 인해 조연제의 속도가 증가하는, 조연제 통로용 도관(21)을 내측에 한정한다.

이송 장치(17)의 측정 센서(34)는 조연제 공급 방향에 대해 횡 방향으로 연장되며, 협폭 단부(20) 내측으로 돌출한다. 더 구체적으로, 측정 센서(34)는 조연제의 유속을 직접적으로 측정하도록 구성된다. 바람직하게는, 측정 센서(34)는 열막 또는 열선 유형의 풍속계이다.

이송 장치(17)는 제2 유입구(7) 내측에 위치되며, 조연제의 대부분이 각각의 이송 장치(17)의 외부를 통과하도록 제2 유입구(7)의 단면보다 작은 내부 통로 단면을 한정한다는 점을 주지해야 한다. 이렇게 해서, 이송 장치의 존재에 영향을 받으며 그 이송 장치 안으로 들어가는 조연제 부분은 제2 유입구(7)의 내측을 통과하는 조연제에 대해 상대적으로 최소가 된다.

더 구체적으로, 이송 장치(17)는 제2 유입구(7) 내부의 공간의 감소된 부분을 차지하고, 상기 제2 유입구(7) 내부를 통과하는 조연제는 일부가 상기 이송 장치(17) 내부로 들어가며 일부(대부분)가 이송 장치와 제2 유입구(7) 사이의 이송 장치(17) 외부를 통과한다.

첨부된 도면에 도시되지 않은 대안적 실시예에서, 이송 장치(17)는 광폭 부분(19) 대신에, 유동의 속도 구배에 기초하여 상이한 크기를 가지며 센서(34) 옆에 있을 것이 요구되는 요소들을 포함한다.

더 구체적으로, 제2 측정 수단(13)의 센서(34)(첨부 도면에는 도시되지 않음)는 조연제의 공급 방향(18)에 대해 횡 방향으로 연장되는 구멍(22) 내부의 협폭 단부(20)에 위치된다. 바람직하게는, 상기 센서(34)는 조연제의 통로에 노출되어 유속을 측정할 수 있도록 조연제의 공급 방향(18)에 대해 횡 방향으로 위치되어 통로 도관(21) 내부에 외팔보식으로 돌출된다.

또한, 이송 장치(17)는 앞에서 한정된 광폭 부분(19)으로부터 가장 멀리 떨어진 그 이송 장치의 부분에 마지막 재확장부(23)를 갖는다.

도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시예에서 이송 장치(17)는 이송 도관(9) 내측에 위치된다는 것을 주지해야 한다.

또한, 도 6 및 도 7은, 이송 장치(17)를 타격하는 조연제의 흐름이 광폭 단부(19)에 의해 한정된 유입구에서 균일하게 집중되도록 이송 장치(17)를 제2 유입구(7)의 횡 방향 단면에 대해서 중앙 위치(도 1 참조)에 유지시키도록 구성된 지지체(24)를, 제2 측정 수단(13)이 포함하고 있는 것과; 도관의 내벽에 매우 제한적이긴 하지만 있는 거칠기로 인한 난류 효과가 가능한 한 적게 느껴지는 것을 보여주고 있다. 더 구체적으로, 지지체(24)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는, 조연제를 위한 센서(34)의 경우에서, 지지체(24)는 제2 유입구(7)의 내벽과 접촉하게 위치된 환형 구조체(25)와, 상기 환형 구조체(25)와 이송 장치(17) 사이에서 연장된 복수의 방사상 핀들(26)을 포함한다.

도 10 내지 도 13에 도시된 제2 실시예에서, 이송 장치(17)가 편향기 요소(31) 내측에 위치된다. 더 구체적으로, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제2 측정 수단(13)은 유입 통로(33)와 유입 단부(30) 사이에 위치된다. 이렇게 해서, 조연제의 흐름의 일부가 (벤투리 효과에 의해) 원통형 구역(32)으로부터 유입 단부(30)를 통과하여 센서(34)를 타격한다. 바람직하게는, 제2 측정 수단(13)은 이송 도관의 외측면에 연결되지만 상기 원통형 구역(32)의 내측에 있다. 이송 장치(17)는 유입 통로(33)로부터 이송 도관(9)의 유입 단부를 향하는 조연제의 진입 방향과 정렬된다. 이렇게 해서, 제2 측정 수단(13)은 유입 통로(33)로부터 유입되는 조연제의 움직임에 최대한도까지 영향을 미친다.

상기 제1 유속 측정 수단(12)과 상기 제2 유속 측정 수단(13)은 각각의 측정 신호를 생성하도록 구성된다는 것을 주지해야 한다. 상기 측정 신호는 볼트 또는 암페어로 표시되는 전기 신호 형태인 것이 바람직하다.

또한, 장치(11)는, 제1 측정 수단(12)과 제2 측정 수단(13)에 작동 가능하게 연결되며 각각의 측정 신호들을 수신하도록 구성된 제어 유닛(16)을 포함한다.

즉, 상기 제어 유닛(16)은 조연제의 유속(Va) 및 연료의 유속(Vg)을 상기 각각의 측정 신호들의 함수로서 측정하도록 구성된다.

첨부 도면에 도시되지 않은 대안적 실시예에서, 제1 측정 수단(12) 및/또는 제2 측정 수단(13)은 각각의 센서(34)가 삽입되어 있는 적어도 두 개의 이송 장치(17)를 포함한다. 유리하기로는, 여러 개의 이송 장치들(17)(그리고 더 많은 센서들)이 있게 되면, 센서들 중 적어도 하나가 고장 나거나 혹은 적어도 하나의 이송 장치(17) 안의 공기 흐름이 막힌 경우에, 제어 장치(11)의 더 높은 작동 안전성을 얻을 수 있다. 이 경우, 제어 유닛(16)은 동일한 유형(공기 또는 가스)의 측정 수단(12, 13)의 센서들로부터 여러 측정 신호들을 수신하도록 구성되며, 센서(34)의 손상/고장을 점검하거나 이송 장치의 막힘을 점검할 수 있게 상기 신호들을 서로 비교하도록 구성된다.

추가적으로 또는 대안적으로, 제어 유닛(16)은 동일한 유형(공기 또는 가스)의 측정 수단(12, 13)의 센서들로부터 수신한 측정 신호들을 비교하도록 구성되며, 측정의 정확도를 높이기 위해 측정된 유속 값을 조정(예를 들면, 평균)할 수 있게 상기 신호들을 서로 비교하도록 구성된다.

어느 경우에서도, 동일한 유형(공기 또는 가스)의 측정 수단(12, 13)의 이송 장치들(17)은 상이한 지점에서 각각의 유속을 측정할 수 있도록 상이한 구역에 위치된다.

연료의 유속(Vg)을 측정하는 수단은 안정화 밸브(10)와 밸브(5) 사이에 장착된다.

제1 측정 수단(12)의 센서(34)와 제2 측정 수단(13)의 센서(34)는 유량 또는 유량과 관련된(수학 공식에 의해 관련된) 속도와 같은 그 밖의 양들을 측정하도록 구성된다.

또한, 장치(11)는 유입 밸브(5)의 개도를 버너(1)로 공급되는 연료의 양의 함수로서 제어하는 제1 조작기 수단(operator means)(14)을 포함한다. 즉, 밸브의 제1 조작기 수단(14)은 제1 유입구(4) 안을 통과하는 연료의 양을 제어할 수 있게 한다. 다시 말해, 밸브의 제1 조작기 수단(14)은 연료 이송 도관(6) 안을 통과하는 연료의 양을 제어할 수 있게 한다.

상기 제1 조작기 수단(14)은 밸브(5)에 기계식으로 연결되어서 밸브를 동작시킨다는 것도 주지해야 한다. 바람직하게는, 상기 제1 조작기 수단(14)은 도 3에 도시된 바와 같이 서보 제어기를 포함한다.

또한, 장치(11)는 조연제의 통과를 제어하기 위해 조연제의 양을 조정하는 수단(8)의 제2 조작기 수단(15)을 포함한다. 즉, 밸브의 제2 조작기 수단(15)은 제2 유입구(7) 안을 통과하는 조연제의 양을 제어할 수 있게 한다. 다시 말해, 밸브의 제2 조작기 수단(15)은 연료 이송 도관(9) 안을 통과하는 조연제의 양을 제어할 수 있게 한다.

바람직하게는, 제2 조작기 수단(15)은 움직여서 기울일 수 있는 셔터(36)에 기계식으로 연결된다. 바람직하게는, 상기 제2 조작기 수단(15)은 도 3에 도시된 바와 같이 서보 제어기를 포함한다.

조연제의 양을 조정하는 수단(8)이 공기를 공급하기 위한 팬(27)의 회전수(rpm)를 조정하는 모듈을 포함하는 경우, 제2 조작기 수단(15)은 생성되는 공기 흐름을 조정하는 팬(27)의 급전기(바람직하게는, 인버터)에 연결된다. 더 구체적으로, 조작기 수단(15)은 유입되는 조연제의 흐름과 제2 유입구(7)의 개도 간의 관계를 갖는 사전에 결정된 곡선의 함수로서 셔터(36)와 팬(27)에 대해 작용하도록 구성된다.

즉, 조작기 수단(15)은 팬(27)에 의해 생성된 공기 흐름과 셔터(36)의 개도를 모두 제어할 수 있도록 팬(27)의 공급부와 셔터(36) 사이에 연결된다. 바람직하게는, 상기 제어 수단(15)은 제어 유닛을 포함한다. 이 경우, 상기 제어 유닛은 버너에 공급되는 연료의 양을 조정하기 위한 조작기 수단(14)도 제어하고 관리한다.

또한, 바람직한 일 실시예에서, 조작기 수단(15)은, 우선 셔터(36)의 개도를 (거의 완전한 개방에 도달할 때까지) 제어하고 후속해서 공기 공급이 최적화될 수 있게 팬(27)의 회전수(rpm) 증가를 제어하도록 구성된다. 대안 적으로, 팬(27)의 회전수(rpm)와 셔터(36)의 개도의 비가 제어 유닛(16)의 설정과 관련된 다른 방식으로 제어될 수 있다.

상기 제어 유닛(16)은 상기 제2 조작기 수단(14)과 상기 제2 조작기 수단(15)에, 이들을 제1 측정 수단(12)과 제2 측정 수단(13)에 의해 측정된 값들의 함수로서 작동시킬 수 있게, 연결된다. 즉, 제어 유닛(16)은 측정 신호들을 수신하고 제1 조작기 수단(14) 및 제2 조작기 수단(15)을 각각 제어하기 위한 제어 신호들을 생성시키도록 구성된다.

더 구체적으로, 조정 가능한 단면을 갖는 개구(35)는 개방 동작을 나타내는 개방 신호를 생성하도록 구성된다. 제어 유닛(16)은 개방 신호를 수신하고, 상기 개방 신호의 내용을 상기 제2 측정 수단(13)에 의해 측정된 조연제의 유속(Va)의 추세와 비교하되 조연제의 흐름이 조정 가능한 단면을 갖는 개구(35)의 동작에 일치하는지 여부를 점검할 수 있도록 하는 방식으로 비교하도록 구성된다. 즉, 개방 신호가 상기 개구의 단면 증가를 나타내는 경우에, 조연제의 흐름이 결국에 증가하면, 이는 조연제의 흐름이 조정 가능한 단면을 갖는 개구(35)의 움직임과 일치하거나, 혹은 일치하지 않는다는 것을 의미한다. 반면에, 개방 신호가 상기 개구(35)의 단면 감소를 나타내는 경우에, 조연제의 흐름이 결국에 감소하면, 이는 조연제의 흐름이 조정 가능한 단면을 갖는 개구(35)의 움직임과 일치한다는 것을 의미한다.

한편, 개방 신호가 상기 개구(35)의 단면 증가(또는 감소)를 나타내는 경우에, 조연제의 흐름이 결국에 감소(또는 증가, 또는 일정하게 유지)하면, 이는 조연제의 흐름이 조정 가능한 단면을 갖는 개구(35)의 움직임과 일치하지 않는다는 것을 의미한다.

조연제의 흐름이 조정 가능한 단면을 갖는 개구(35)의 움직임과 일치하지 않으면, 제어 유닛(16)은 경보 신호를 생성하도록 구성된다.

바로 위에서 설명한 것과 유사하게, 유입 밸브(5)는 당해 밸브의 개방 동작을 나타내는 개방 신호를 생성하도록 구성된다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 개방 신호를 수신하고, 상기 개방 신호의 내용을 상기 제1 측정 수단(12)에 의해 측정된 연료의 유속(Vg)의 추세와 비교하되 연료의 흐름이 밸브(5)의 동작에 일치하는지 여부를 점검할 수 있도록 하는 방식으로 비교하도록 구성된다. 즉, 개방 신호가 상기 밸브의 개방을 나타내는 경우에, 연료의 흐름이 결국에 증가하면, 이는 연료의 흐름이 밸브의 움직임과 일치한다는 것을 의미한다. 반면에, 개방 신호가 상기 밸브(5)의 폐쇄를 나타내는 경우에, 연료의 흐름이 결국에 감소하면, 이는 연료의 흐름이 밸브(5)의 움직임과 일치한다는 것을 의미한다.

한편, 개방 신호가 상기 밸브의 개방(또는 폐쇄)을 나타내는 경우에, 연료의 흐름이 결국에 감소(또는 증가, 또는 일정하게 유지)하면, 이는 연료의 흐름이 밸브의 움직임과 일치하지 않는다는 것을 의미한다.

연료의 흐름이 밸브(5)의 움직임과 일치하지 않으면, 제어 유닛(16)은 경보 신호를 생성하도록 구성된다.

조연제 유속을 측정하는 제2 측정 수단(13)이 조연제의 공급 방향에서 조정 수단(8)의 상류에 위치된다는 것도 주지해야 한다.

더 구체적으로, 조연제 유속을 측정하는 제2 측정 수단(13)은 조연제의 공급 방향에서 팬(27)의 상류에 위치된다.

이렇게 해서, 측정 수단(13)은 팬(27)이 일으키는 난류에 의한 영향과 조정 수단(8)의 움직임에 의한 영향을 최소로 받는다. 또한, 측정 수단은 교체가 필요할 경우에 더욱 쉽게 제거된다.

마찬가지로, 연료의 유속을 측정하기 위한 제1 수단(12)도 유입 밸브(5)의 움직임에 의한 영향을 최소로 받도록 해서 연료 공급 방향에서 유입 밸브(5)의 상류에 위치된다.

본 발명에 따르면, 제어 유닛(16)은 제1 조작기 수단(14)을 제어하는 제1 피드백 검사 및 제2 조작기 수단(15)을 제어하는 제2 피드백 검사를 수행하도록 구성된다. 제1 피드백 검사를 하는 동안에, 제어 유닛(16)은

- 연료의 이상적인 유속 값(Vgr)(볼트 또는 암페어 값에 대응함)을 버너(1)에 대해서 사전에 결정된 화력 값(Wr)의 함수(함수 K(Wr))로서 생성하고;

- 제1 측정 수단(12)을 통해 버너(1)로 공급되는 연료의 유속(Vg)(볼트 또는 암페어 값에 대응함)을 측정하고;

- 측정된 연료 유속 값(Vg)을 상기 이상적인 유속 값(Vgr)과 비교하여, 대응하는 오프셋 값(εg)을 상기 측정된 유속 값(Vg)과 상기 이상적인 유속 값(Vgr) 간의 차이의 함수로서 생성하고;

- 상기 측정된 연료 유속 값이 상기 이상적인 연료 유속 값(Vgr)에 근사하도록 하는 방식으로, 유입 밸브(5)의 개도를 상기 생성된 오프셋 값(εg)의 함수(함수 G(εg))로서 조정하기 위해, 상기 제1 조작기 수단(14)을 제어하도록, 구성된다.

연료의 이상적인 유속(Vgr)을 사전에 결정된 화력 값(Wr)의 함수로서 생성하는 단계는, 작업자에 의해 선택될 수 있는(또는 설비의 에너지 요구에 기초하여 변조기(R(tc, pc))에 의해 공급될 수 있는) 복수의 화력 값(Wr)과 대응하는 이상적인 연료 유속 값(Vgr)과의 관계를 제공하는 출력/유량 방정식을 이용하여 수행된다는 것을 주지해야 한다. 사전에 결정된 화력 값(Wr)은 바람직하게는 변조기(R(tc, pc))(이 또한 버너의 일부를 형성함)에 의해서, 버너가 장착되어 있는 장치에서 측정된 값들의 함수로서 계산된다(예를 들어, 보일러의 경우, 물의 온도 값(tc) 또는 증기의 압력 값(pc)은 변조기가 계산한 화력 값(Wr)에 기초하여 측정된다). 어느 경우라도, 화력 값(Wr)은 사용자가 요구하는 열량에 따라 달라진다. 바람직하게는, R(tc, pc) 변조기는 제어 장치(11) 내에 구현된다.

또한, 제어 유닛(16)은 사용되는 연료의 종류에 따라 달라지는 사전에 결정되는 발열량에 대한 출력/유량 방정식을 저장하는 메모리 모듈을 포함한다.

또한, 이상적인 유속 값(Vgr)은 전기 양인 것이 바람직하다.

또한, 측정된 순간 연료 유속 값(Vg)과 이상적인 유속(Vgr)과의 비교는 적합한 비교 모듈을 이용하여 수행된다.

또한, 제어 유닛(16)은 이상적인 유속 값(Vgr)이 측정된 유속 값(Vg)보다 크면 유입 밸브(5)의 개도를 증가시키도록, 그리고 이상적인 유속 값(Vgr)이 측정된 유속 값(Vg)보다 작으면 유입 밸브(5)의 개도를 감소시키도록 구성된다는(함수 G(εg)) 것을 주지해야 한다.

언급한 바와 같이, 제어 유닛(16)은 다음 작동들을 수행함으로써, 즉

- 제2 측정 수단(13)을 통해 버너(1)로 공급되는 조연제의 유속(Va)(볼트 또는 암페어 값에 대응함)을 측정하고;

- 조연제의 이상적인 유속 값(Var)(볼트 또는 암페어 값에 대응함)을 측정된 연료 유속의 함수로서 생성시키되, 이상적인 조연제 유속(Var)과 연료 유속(Vg) 간의 관계를 나타내는 값들(H(Vg))의 사전에 결정된 곡선에 따라서 생성시키고;

- 측정된 연소 공기 유속 값(Va)을 상기 이상적인 조연제 유속 값(Var)과 비교하여, 대응하는 오프셋 값(εa)을 상기 측정된 유속 값(Va)과 상기 이상적인 유속 값(Var) 간의 차이의 함수로서 생성하고;

- 상기 측정된 조연제 유속 값(Va)이 상기 이상적인 조연제 유속 값(Var)에 근사하도록 하는 방식으로, 제2 유입구(7) 안으로 유입되는 조연제를 상기 생성된 오프셋 값(εa)의 함수(함수 F(εa))로서 조정하기 위해, 상기 제2 조작기 수단(15)을 제어함으로써, 상기 제2 조작기 수단(15)에 대한 제2 피드백 검사를 수행하도록 구성된다.

조연제의 이상적인 유속 값(Var)을 측정된 연료 유속의 함수로서 생성시키는 단계는 이상적인 조연제 유속(Var)과 연료 유속(Vg) 간의 관계를 나타내는 사전에 결정된 곡선(함수 H(Vg))을 사용하여 수행된다는 것을 주지해야 한다. 값들의 곡선은 바람직하게는 상기 제어 유닛(16)의 메모리 모듈에 저장된다.

또한, 조연제의 이상적인 유속 값(Var)은 전기 양인 것이 바람직하다.

또한, 측정된 조연제 유속 값(Va)과 이상적인 유속(Var)과의 비교는 적합한 비교 모듈을 이용하여 수행된다. 또한, 제어 유닛(16)은 이상적인 유속 값(Var)이 측정된 유속 값(Va)보다 크면 조연제 통로를 증가시키도록, 그리고 이상적인 유속 값(Var)이 측정된 유속 값(Va)보다 작으면 조연제 통로를 감소시키도록 구성된다는(함수 F(εg)) 것을 주지해야 한다.

유리하기로는, 상기 제1 피드백 점검 및 제2 피드백 점검은 연소가 최적의 한도 내에 유지되고 있는지 여부를 제어하여, 연료 추가와 관련하여서는 이상적인 연료 유속 값(Vg)에, 그리고 공기의 추가와 관련하여서는 이상적인 조연제 유속 값(Va)에 근접시킨다. 이렇게 해서, 시스템은 자체적으로 조정해서, 연료의 유속 값(Vg) 및/또는 조연제의 유속 값(Va)의 변동에도 불구하고 연소를 일정하게 유지한다.

사실상, 제1 피드백 점검은 연료 유속 값(Vg)을 설정된 화력(Wr)의 함수로서 사전에 계산된 최적의 유속 값에 근접하게 유지하는 경향이 있는 반면, 제2 피드백 점검은 조연제 유속 값(Va)을 측정된 연료 유속 값의 함수로서 계산된 최적의 유속 값에 근접하게 유지하는 경향이 있다. 이렇게 해서, 시스템은 자체적으로 조정된다. 바람직하게는, 각각의 피드백 점검은 비례-적분-미분(PID) 제어 형태의 제어를 한정한다.

또한, 장치(11)는 제1 유입구(4)에 위치되고 연료의 온도를 측정하도록 구성된 제1 온도 센서를 포함한다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 온도 신호(T1)를 수신하도록 제1 온도 센서에 연결되어 있고, 연료의 이상적인 유속(Vgr)을 측정된 온도 값(T1)의 함수로서 결정하도록 구성된다.

즉, 이상적인 연료 유속 값(Vgr)의 생성에, 측정된 온도 값(T1)이 고려된다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 이상적인 연료 유속 값(Vgr)을 사전에 결정된 수학식들에 따라 측정된 온도 값(T1)의 함수로서 변화시킨다.

또한, 장치(11)는 제2 유입구(7)에 위치되고 조연제의 온도를 측정하도록 구성된 제2 온도 센서를 포함한다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 온도 신호(T2)를 수신하도록 제2 온도 센서에 연결되어 있고, 조연제의 이상적인 유속(Var)을 측정된 온도 값(T2)의 함수로서 결정하도록 구성된다.

즉, 이상적인 조연제 유속 값(Var)의 생성에, 측정된 온도 값(T2)이 고려된다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 이상적인 조연제 유속 값(Var)을 사전에 결정된 수학식들에 따라 측정된 온도 값(T2)의 함수로서 변화시킨다.

상기 장치(11)는, 상기 온도 센서 외에도, 제1 유입구(4)에 위치되고 연료의 압력(Pr)을 측정하도록 구성된 압력 센서(Pr)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(16)은 이상적인 연료 유속 값(Vgr)을 측정된 압력 값(Pr)의 함수로서 결정하도록 구성된다. 즉, 이상적인 연료 유속 값(Vgr)의 생성에 측정된 압력 값(Pr)이 고려된다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 이상적인 연료 유속 값(Vgr)을 사전에 결정된 수학식들에 따라 측정된 압력 값(Pr)의 함수로서 변화시킨다.

또한, 장치(11)는 제2 유입구(7)에 위치되고 유입되는 조연제의 압력(Pa)을 측정하도록 구성된 조연제 압력 센서(Pa)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(16)은 이상적인 조연제 유속 값(Var)을 측정된 조연제 압력 값(Pa)의 함수로서 결정하도록 구성된다.

즉, 이상적인 조연제 유속 값(Var)의 생성에, 조연제의 측정된 대기압 값(Ph)도 고려될 수 있다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 이상적인 조연제 유속 값(Var)을 사전에 결정된 수학식들에 따라 측정된 압력 값(Pr)의 함수로서 변화시킨다.

또한, 상기 장치(11)는 제2 유입구(7)에 위치되고 외부 대기압(pH)을 측정하도록 구성된 대기압 센서(pH)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(16)은 이상적인 연료 유속 값(Vgr) 및/또는 이상적인 조연제 유속 값(Var)을 측정된 대기압 값(Ph)의 함수로서 결정하도록 구성된다. 즉, 이상적인 연료 유속 값(Vgr) 및/또는 조연제 유속 값(Var)의 생성에, 측정된 대기압 값(Ph)도 고려될 수 있다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 이상적인 연료 유속 값(Vgr) 및/또는 조연제 유속 값(Var)을 사전에 결정된 수학식들에 따라 측정된 대기압 값(Pr)의 함수로서 변화시킨다.

또한, 상기 장치(11)는 제2 유입구(7)에 위치되고 조연제의 습도를 측정하도록 구성된 제1 습도 센서(Uma)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(16)은 이상적인 조연제 유속 값(Var)을 측정된 습도 값(Uma)의 함수로서 결정하도록 구성된다. 즉, 이상적인 조연제 유속 값(Var)의 생성에, 측정된 습도 값(Uma)이 고려될 수 있다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 이상적인 조연제 유속 값(Var)을 사전에 결정된 수학식들에 따라 측정된 습도 값(Uma)의 함수로서 변화시킬 수 있다.

또한, 장치(11)는 제1 유입구(4)에 위치되고 연료의 습도를 측정하도록 구성된 제2 습도 센서(Umg)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(16)은 이상적인 연료 유속 값(Vgr)을 측정된 습도 값(Umg)의 함수로서 결정하도록 구성된다. 즉, 이상적인 연료 유속 값(Vgr)의 생성에, 측정된 습도 값(Umg)도 고려될 수 있다. 더 구체적으로, 제어 유닛(16)은 이상적인 연료 유속 값(Vgr)을 사전에 결정된 수학식들에 따라 측정된 습도 값(Umg)의 함수로서 변화시킨다.

또한, 제어 유닛(16)은 추가적으로,

- 측정된 조연제 유속 값(Va)과 측정된 연료 유속 값(Vg) 간의 비율[C(Va/Vg)]을 한정하고;

- 상기 비율[C(Va/Vg)]을 사전에 결정된 범위의 안전 연소 값들과 비교하고;

- 상기 비율[C(Va/Vg)]이 상기 사전에 결정된 안전 연소 값들의 범위를 벗어난 경우에는, 버너(1)를 끄기 위해 유입 밸브(5)가 닫히게 제1 조작기 수단(14)을 제어하도록 구성된다.

유리하게도, 이 제어는 예를 들어 CO, NOX 등과 같은 유해 가스가 발생하지 않게 연소를 사전에 결정된 값들의 범위 내에 유지시킬 수 있게 한다.

조연제 유속 값(Va)과 연료 유속 값(Vg) 사이의 비율[C(Va/Vg)]은 "과잉 공기 지수"라고도 알려져 있으며 λ(람다) 기호로 표시된다는 점을 주지해야 한다. 과잉 공기 지수 λ가 사전에 결정된 최적 범위 근방에 유지되는 경우에는(실질적으로는 기체 연료에 대한 규정 "UNI EN 676" 및 액체 연료에 대한 규정 "UNI EN 267"에서 권장되는 값 근방으로 한정되고, 바람직하게는 약 1.16임), 버너(1)와 버너에 결합되는 장치(예컨대, 보일러) 간의 결합이 올바르고 버너(1)가 제대로 설치되었다면, 연소는 유해 가스를 일으키지 않는다는 것도 또한 알려져 있다.

따라서, 제어 유닛(16)은 조연제의 측정된 유속 값(Va)과 연료의 측정된 유속 값(Vg) 간의 비율을 상기 사전에 결정된 최적 범위와 비교하도록 구성된다. 산출된 비율[C(Va/Vg)]이 상기 사전에 결정된 최적 범위 내에 유지되는 경우, 이는 연소가 유해 가스를 일으키지 않으며, 상기 상대적인 기준 규정에 따라 사용 분야에서 작동한다는 것을 의미한다. 상기 산출된 비율[C(Va/Vg)]이 상기 사전에 결정된 최적 범위를 벗어난 경우, 제어 유닛(16)은 제1 조작기 수단(14)에 대해서 버너(1)가 꺼질 수 있게 유입 밸브(5)를 닫도록 하는 작용을 할 수 있게 구성된다.

전술한 제어 장치는 이미 설치된 버너에 추가될 조립체 키트의 일부를 형성할 수 있음을 주지해야 한다.

본 발명은 또한 전술한 유형의 버너(1)의 연소를 제어하는 방법에도 관한 것이다. 그 제어 방법은 전술한 내용으로부터 직접 도출되며, 전술한 내용은 그 전체가 아래의 기재에 포함된다.

더 구체적으로, 상기 제어 방법은 연료의 이상적인 유속 값(Vgr)을 버너(1)에 대해서 사전에 결정된 화력 값(Wr)의 함수로서 생성하는 단계를 포함한다. 이상적인 유속 값(Vgr)을 생성하는 단계는 버너(1)의 화력(Wr)과 이상적인 연료 유속 값(Vgr) 간의 관계를 갖는 출력/유량 방정식의 함수[K(Wr)]로서 수행된다.

상기 방법은, 후속해서, 제1 측정 수단(12)을 통해 버너(1)로 공급되는 연료의 유속(Vg)을 측정하는 제1 측정 단계를 포함한다.

또한, 상기 방법은, 측정된 연료 유속 값(Vg)을 상기 이상적인 유속 값(Vgr)과 비교하여, 대응하는 오프셋 값(εg)을 상기 측정된 유속 값(Vg)과 상기 이상적인 유속 값(Vgr) 간의 차이의 함수로서 생성하는 후속 단계를 포함한다.

상기 방법은, 후속해서, 상기 측정된 연료 유속 값(Vg)이 상기 이상적인 연료 유속 값(Vgr)에 근사하도록 하는 방식으로, 유입 밸브(5)의 개도를 상기 생성된 오프셋 값(εg)의 함수(함수 G(εg))로서 조정하는 단계를 포함한다. 더 구체적으로, 상기 이상적인 유속(Vgr)이 측정된 유속 값(Vg)보다 큰 경우에는, 유입 밸브(5)의 개도를 증가시킨다. 상기 이상적인 유속 값(Vgr)이 측정된 유속 값(Vg)보다 작은 경우에는, 유입 밸브(5)의 개도를 감소시킨다.

또한, 본 발명은, 위에 열거한 단계들과 동시에, 조연제의 이상적인 유속 값(Var)을 측정된 연료 유속(Vg)의 함수로서 생성시키되, 이상적인 조연제 유속(Va)과 연료 유속(Vg) 간의 관계를 나타내는 값들(H(Vg))의 사전에 결정된 곡선에 따라서 생성시키는(함수 H(Vg)) 단계를 포함한다. 값들의 곡선(H(Vg))이 버너(1)의 종류의 함수로서 사전에 결정되고, 이상적인 조연제 유속 값(Var)과 연료 유속(Vg) 간의 최적의 이상적인 비율을 한정한다.

상기 방법은, 후속해서, 버너(1)로 공급되는 조연제의 유속(Va)을 제2 유속 측정 수단(13)을 사용하여 측정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 방법은 측정된 연소 공기 유속 값(Va)을 상기 이상적인 조연제 유속 값(Var)과 비교하여, 대응하는 오프셋 값(εa)을 상기 측정된 유속 값(Va)과 상기 이상적인 유속 값(Var) 간의 차이의 함수로서 생성하는 단계를 포함한다.

끝으로, 상기 방법은 상기 측정된 조연제 유속 값(Va)이 상기 이상적인 조연제 유속 값(Var)에 근사하도록 하는 방식으로, 제2 유입구(7) 안으로 유입되는 조연제를 상기 생성된 오프셋 값(εa)의 함수로서 조정하는 단계를 포함한다. 즉, 상기 이상적인 유속(Var)이 측정된 유속 값(Va)보다 큰 경우에는, 공급되는 조연제의 양을 증가시킨다. 상기 이상적인 유속(Var)이 측정된 유속 값(Va)보다 작은 경우에는, 공급되는 조연제의 양을 감소시킨다.

본 발명은 미리 설정한 목적들을 달성한다.

더 구체적으로, 본 발명에 따른 장치에 의해 구현된 버너의 제어는 연소를 조연제 유속 및 연료 유속의 연속적인 순시 측정에 의해서 그리고 이중 피드백 점검 시스템을 통해서 자동으로 조절할 수 있게 한다. 더 구체적으로, 상기 제어 시스템은, 측정된 연료 유속 값을, 요구되는 출력의 함수로서 사전에 계산된 유속 값에 근접하게 유지할 수 있게 하며; 조연제 유속을, 상기 측정된 연료 유속의 함수로서 계산된 최적의 유속 값에 근접하게 유지할 수 있게 한다. 이렇게 해서, 시스템은 자체적으로 조정된다.

따라서, 연소가 최적 수준으로 유지되고 자체적으로 조정되기 때문에, 특히 시동하는 중에 공기/가스 비율 곡선을 설정하기 위한 숙련된 작업자가 더 이상 있을 필요가 없게 된다. 즉, 상기 제어 장치는 조연제 및 연료를 조정하기 위한 숙련인에 의한 초기 설정 및 정기적 설정을 모두 회피할 수 있게 한다.

또한, 연료/조연제 비율 곡선은 최적의 연소를 유지할 수 있도록 하기 위해 이미 공장에서 미리 설정되어 있기 때문에, 외부 작업자가 가스 분석 기기를 사용하는 필요성도 없어진다.

게다가, 본 발명은 또한 조정 셔터(36) 상류의 조연제와 헤드에 있는 조연제의 압력 차이를 측정하기 위해 많은 버너에 제공되고 있는 공기 차동 압력 스위치를 제거하는 것도 가능하게 한다. 사실상, 유속 센서가 존재함으로써, 차동 압력 스위치를 사용하지 않아도 조연제의 존재 또는 부재를 결정할 수 있게 된다(이에 따라, 셔터(36)가 막혔는지 혹은 정상 작동하는지 여부를 직접적으로 점검할 수 있다). 이렇게 해서, 본 발명은 버너에 높은 안전성을 제공하는데, 왜냐하면 작업자(부정확한 조정을 할 수 있거나, 혹은 압력 스위치를 멋대로 변경할 수 있음)가 압력 스위치를 수동으로 조정하는 동안에도, 본 발명에 따른 제어 장치는 센서에 의해 수행되는 측정에 기초하므로 압력 스위치의 수동 교정(calibration)을 필요로 하지 않기 때문이다.

또한, 상기 제어 장치는 특정 위치의 조연제 및/또는 연료에 존재하는 변수들의 함수로서 자체적 조정을 하고, 이에 의해, 연소에 영향을 줄 수 있는 특정의 장소적 요인들(예컨대, 공기가 더 희박한 높이에 설치한 경우)의 의존도에 결부된 문제들이 해결된다.

또한, 상기 버너는 어떠한 사용자의 장치에라도 쉽게 설치할 수 있게 내부 제어를 갖춘 통합된 단일 시스템을 한정한다.

끝으로, 본 발명에 따른 버너는 공장을 떠날 때에 규정을 준수하도록 사전 설정되므로 버너의 안전을 위한 기준 규정에 자연히 적합해진다는 점을 주지해야 한다.

또한, 본 발명은 비교적 쉽게 구현할 수 있으며 본 발명을 실행하는 비용은 비교적 낮다는 점을 주지해야 한다.

Claims (32)

1. 버너(1)의 연소 제어 장치(11)로서,
   상기 버너가, 공급되는 연료의 양을 조정하기 위한 유입 밸브(5)를 갖는, 연료를 위한 제1 유입구(4); 및 공급되는 조연제의 양을 조정하기 위한 조연제 유량 조절기 수단(regulator means)(8)을 구비하는, 조연제를 위한 제2 유입구(7)를 포함하고,
   상기 연소 제어 장치(11)가,
   사용 시에 버너(1)로 공급되는 연료의 유속(Vg)을 측정하는 제1 측정 수단(12);
   사용 시에 버너(1)로 공급되는 조연제의 유속(Va)을 측정하는 제2 측정 수단(13);
   유입 밸브(5)의 개도를 버너(1)로 공급되는 연료의 양의 함수로서 제어하는 제1 조작기 수단(14); 조연제 유량 조절기 수단(8)을 버너(1)로 공급되는 조연제의 양의 함수로서 제어하는 제2 조작기 수단(15); 및
   상기 제1 조작기 수단(14)과 상기 제2 조작기 수단(15)을 제1 측정 수단(12)과 제2 측정 수단(13)에 의해 측정된 값들의 함수로서 제어하는 제어 유닛(16)을 포함하고,
   상기 제어 유닛(16)이 다음 작동들을 수행함으로써, 즉
   - 조연제의 이상적인 유속 값(Var)을 측정된 연료 유속(Vg)의 함수로서 생성시키되, 이상적인 조연제 유속(Va)과 연료 유속(Vg) 간의 관계를 나타내는 값들(H(Vg))의 사전에 결정된 곡선에 따라서 생성시키고;
   - 버너(1)로 공급되는 조연제의 유속(Va)을 측정하고;
   - 측정된 연소 공기 유속 값(Va)을 상기 이상적인 조연제 유속 값(Var)과 비교하여, 대응하는 오프셋 값(εa)을 상기 측정된 유속 값(Va)과 상기 이상적인 유속 값(Var) 간의 차이의 함수로서 생성하고;
   - 상기 측정된 조연제 유속 값(Va)이 상기 이상적인 조연제 유속 값(Var)에 근사하도록 하는 방식으로, 제2 유입구(7) 안으로 유입되는 조연제를 상기 생성된 오프셋 값(εa)의 함수로서 조정하기 위해, 상기 제2 조작기 수단(15)을 제어함으로써, 상기 제2 조작기 수단(15)에 대한 제2 피드백 검사를 수행하도록 구성되고,
   상기 제어 유닛(16)이 다음 작동들을 수행함으로써, 즉
   - 연료의 이상적인 유속 값(Vgr)을 버너(1)에 대해서 사전에 결정된 화력 값(Wr)의 함수로서 생성하고;
   - 버너(1)로 공급되는 연료의 유속(Vg)을 측정하고;
   - 측정된 연료 유속 값을 상기 이상적인 유속 값(Vgr)과 비교하여, 대응하는 오프셋 값(εg)을 상기 측정된 유속 값(Vg)과 상기 이상적인 유속 값(Vgr) 간의 차이의 함수로서 생성하고;
   - 상기 측정된 연료 유속 값이 상기 이상적인 연료 유속 값(Vgr)에 근사하도록 하는 방식으로, 유입 밸브(5)의 개도를 상기 생성된 오프셋 값(εg)의 함수로서 조정하기 위해, 상기 제1 조작기 수단(14)을 제어함으로써, 상기 제1 조작기 수단(14)에 대한 제1 피드백 검사를 수행하도록 구성된,
   버너의 연소 제어 장치에 있어서,
   제1 측정 수단(12)과 제2 측정 수단(13)은, 광폭 단부(19)로부터 유속 측정 센서(34)가 장착되는 협폭 단부(20)까지 연료 또는 조연제 공급 방향을 따라서 각각 연장되는, 각각의 연료 및 조연제 이송 장치(17)를 포함하고; 상기 제1 측정 수단(12)은 연료의 유속(Vg)을 직접적으로 측정하도록 구성된 하나의 측정 센서(34)를 포함하고, 상기 제2 측정 수단(13)은 조연제의 유속(Va)을 직접적으로 측정하도록 구성된 다른 하나의 측정 센서(34)를 포함하며, 각 측정 센서(34)는 열막 또는 열선 유형의 풍속계이고;
   상기 이송 장치들(17)은 각각의 제1 유입구(4) 및 제2 유입구(7) 내측에 위치되고, 각각의 유입구(4, 7)의 단면보다 작은 내부 통로 단면을 형성하되 연료 또는 조연제의 대부분이 각각의 이송 장치(17) 외부를 통과하도록 형성한 것을 특징으로 하는 버너의 연소 제어 장치(11).
2. 청구항 1에 있어서,
   제1 측정 수단(12)과 제2 측정 수단(13)이 각각의 지지체(24)를 포함하고, 지지체 각각은 이송 장치(17)를 유입구(4, 7)의 횡단부에 대해서 중심 위치에 유지시킬 수 있도록 하기 위해 이송 장치(17)와 각각의 유입구(4, 7) 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 버너의 연소 제어 장치(11).
3. 청구항 1에 있어서,
   각각의 이송 장치(17)가 조연제 또는 연료의 공급 방향을 따라 광폭 단부(19)로부터 측정 센서(34)가 위치하는 협폭 단부(20)까지 연장된 것을 특징으로 하는 버너의 연소 제어 장치(11).
4. 청구항 3에 있어서,
   각 이송 장치(17)의 측정 센서(34)가 조연제 또는 연료 공급 방향에 대해 횡 방향으로 연장되며, 협폭 단부(20) 내측으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 버너의 연소 제어 장치(11).
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어 유닛(16)은, 추가적으로,
   - 측정된 조연제 유속 값(Va)과 측정된 연료 유속 값(Vg) 간의 비율[C(Va/Vg)]을 한정하고;
   - 상기 비율[C(Va/Vg)]을 사전에 결정된 범위의 안전 연소 값들과 비교하고;
   - 상기 비율[C(Va/Vg)]이 상기 사전에 결정된 안전 연소 값들의 범위를 벗어난 경우에는, 버너(1)를 끄기 위해 유입 밸브(5)가 닫히게 제1 조작기 수단(14)을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 버너의 연소 제어 장치(11).
6. 공급되는 연료의 양을 조정하기 위한 유입 밸브(5)가 있는 제1 연료 유입구(4);
   공급되는 조연제의 양을 조정하는 조연제 유량 조절기 수단(8)을 포함하는 제2 조연제 유입구(7); 및
   상기 제1 유입구(4)와 상기 제2 유입구(7)가 합체되는 곳이며 연료와 조연제가 혼합되어서 연소가 발생하게 되는 곳인 연소 구역(3)을 포함하는,
   버너(1)에 있어서,
   청구항 1에 따른 제어 장치(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 버너(1).
7. 청구항 6에 있어서,
   연료의 유속(Vg)을 측정하는 측정 수단이 연소 구역(3) 근처에서 제1 유입구(4) 내측에 장착되고, 조연제의 유속(Va)을 측정하는 측정 수단이 연소 구역(3) 근처에서 제2 유입구(7) 내측에 장착된 것을 특징으로 하는 버너(1).
8. 청구항 6에 있어서,
   제1 유입구(4)와 제2 유입구(7)는 각각의 이송 도관(6, 9)에 의해 한정되고, 각 이송 장치(17)는 각각의 도관(6, 9) 내측에 위치되며, 이송 장치(17)를 유입구(4, 7)의 횡단부에 대해 중앙 위치에 유지시키기 위해 이송 장치(17)와 도관 사이에 연결된 지지체(24)에 의해서 상기 도관에 연결된 것을 특징으로 하는 버너(1).
9. 청구항 6에 있어서,
   조연제 유량 조절기 수단(8)은 공급되는 조연제의 양을 조정할 수 있도록 조정 가능한 개구(35)를 구비하고;
   상기 개구(35)는 조정 가능한 단면을 구비하며 개방 동작을 나타내는 개방 신호를 생성하도록 구성되고; 제어 유닛(16)이 개방 신호를 수신하고, 상기 개방 신호의 내용을 조연제의 유속(Va)의 추세와 비교하되 조연제의 유속이 조정 가능한 단면을 갖는 개구(35)의 동작에 일치하는지 여부를 점검할 수 있도록 하는 방식으로 비교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 버너(1).
10. 청구항 9에 있어서,
    조연제 유속(Va)을 측정하는 제2 측정 수단(13)이 조연제(Va)의 공급 방향에서 조정 수단(8)의 상류에 위치된 것을 특징으로 하는 버너(1).
11. 청구항 6에 있어서,
    공기를 연소 구역(3)에 공급하기 위하여 공기를 연소 구역의 방향으로 공급하는 팬(27)을 포함하고;
    조연제 유속(Va)을 측정하는 제2 측정 수단(13)이 조연제(Va)의 공급 방향에서 팬(27)의 상류에 위치된 것을 특징으로 하는 버너(1).
12. 청구항 6에 있어서,
    유입 밸브(5)는 당해 유입 밸브(5)의 개방 동작을 나타내는 개방 신호를 생성하도록 구성되고; 제어 유닛(16)이 상기 개방 신호를 수신하고, 상기 개방 신호의 내용을 제1 측정 수단(12)에 의해 측정된 유속 값(Vg)의 추세와 비교하되 연료의 흐름이 상기 밸브(5)의 동작에 일치하는지 여부를 점검할 수 있도록 하는 방식으로 비교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 버너(1).
13. 청구항 6 내지 청구항 12 중 어느 한 청구항에 있어서,
    제2 유입구(7)가, 조연제 유입 단부(30)로부터 연장 축(29)을 따라서 연장되는 이송 도관(9)을 포함하고; 당해 버너(1)가, 조연제를 연장 축(29)에 대해 반경 방향으로 도입하도록 구성된, 유입되는 조연제를 편향시키는 편향기 요소(31)를 포함하고; 상기 제2 측정 수단(13)이 상기 편향기 요소(31) 내측에 위치된 것을 특징으로 하는 버너(1).
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 편향기 요소(31)는 조연제 유입 단부(30)에 위치된 캡의 형태의 형상으로 형성되며, 이송 도관(9)과 편향기 요소(31) 사이에 원통형 공기 유입 구역(32)이 형성되도록 상기 유입 단부의 단면보다 큰 내부 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 버너(1).
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 편향기 요소(31)는, 연장 축(29)에 대해 반경 방향으로 연장되며 이송 도관(9)을 따라서 유입 단부(30)로부터 멀리 떨어진 위치에 위치되는 적어도 하나의 조연제 유입 통로(33)를 구비하는 것을 특징으로 하는 버너(1).
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