KR102504772B1 - 물 가열기 및 이를 제어하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 물 가열기는, 물을 가열하여 배출하기 위해 연료가스와 공기로부터 연소반응을 통해 화염을 발생시키고, 복수의 운전상태에 따라 각각 선택적으로 작동하는 복수의 버너 유닛을 포함하는 버너; 상기 버너에 상기 공기 및 상기 연료가스를 제공하는 가스제공부; 상기 화염과 인접하게 배치되어, 상기 화염으로부터 염전류를 획득하는 염전류 획득부; 및 상기 가스제공부 및 상기 염전류 획득부와 전기적으로 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는: 상기 버너의 운전상태가 변경되었는지를 확인하고, 상기 버너의 운전상태가 변경된 경우 상기 염전류 획득부가 염전류를 획득하도록 제어해, 획득된 염전류와 상기 버너의 변경된 운전상태에 기초해서 전이이상 여부를 판단한다.

Description

물 가열기 및 이를 제어하는 방법 {WATER HEATING APPARATUS AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 다단 버너를 이용하는 물 가열기 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다.
물 가열기는 열원을 이용해 물을 가열하여 내보내는 장치이다. 이러한 물 가열기의 열원으로, 연료와 산소를 이용하여 연소반응을 일으킴에 따라 다량의 열을 발생시켜 열교환기를 통해 물에 제공하는 버너가 사용될 수 있다.
이러한 버너는 사용자가 원하는 온도의 물을 제공하기 위해, 다양한 열량을 제공할 수 있도록, 다수의 운전상태를 가진 다단버너일 수 있다. 버너 단의 이동은 목표하는 물의 온도와 실제 물의 온도의 차이에 따라 수시로 발생할 수 있다.
이러한 버너의 단 이동이 정상적으로 이루어졌는지를 판단하기 위해, 버너 단의 제어를 실시하는 밸브에 다양한 센서를 배치하여 밸브의 개폐를 판단하는 방법이 있었으나, 각 밸브에 센서가 배치되어야 한다는 점에서 비경제적이라는 문제가 있었다.
또한 만약 노즐의 막힘, 염공의 막힘, 응축수 침투, 기타 이유를 알 수 없는 화염전이 이상 등이 발생할 경우, 이를 판단하기 위해서는 추가적인 장치들을 매 경우에 맞게 배치해야 한다는 문제가 있었다.
이러한 다단 버너의 단 변화시의 이상을 이상전이라고 할 수 있는데, 이상전이가 발생할 경우, 원하는 열량의 제공은 이루어지지 않는 상태에서 연료가스 및 연소가스가 배기구로 유출되어 2차 사고를 발생시킬 수 있다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다단 버너의 전이이상을 확인할 수 있는 물 가열기 및 이를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 물 가열기는, 물을 가열하여 배출하기 위해 연료가스와 공기로부터 연소반응을 통해 화염을 발생시키고, 복수의 운전상태에 따라 각각 선택적으로 작동하는 복수의 버너 유닛을 포함하는 버너; 상기 버너에 상기 공기 및 상기 연료가스를 제공하는 가스제공부; 상기 화염과 인접하게 배치되어, 상기 화염으로부터 염전류를 획득하는 염전류 획득부; 및 상기 가스제공부 및 상기 염전류 획득부와 전기적으로 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는: 상기 버너의 운전상태가 변경되었는지를 확인하고, 상기 버너의 운전상태가 변경된 경우 상기 염전류 획득부가 염전류를 획득하도록 제어해, 획득된 염전류와 상기 버너의 변경된 운전상태에 기초해서 전이이상 여부를 판단하되, 상기 버너의 운전상태가 변경되기 전 획득된 염전류와 상기 버너의 운전상태가 변경된 후 더 획득된 염전류가 서로 동일할 때, 상기 버너의 전이이상이 발생한 것으로 판단하고 상기 버너가 작동을 중단하도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른, 복수의 운전상태에 따라 각각 선택적으로 작동하여 연료가스와 공기로부터 화염을 발생시키는 복수의 버너 유닛을 포함하는 버너를 포함하는 물 가열기 제어방법에 있어서, 상기 버너의 운전상태의 변경이 이루어졌는지 확인하는 단계; 상기 버너의 운전상태가 변경된 경우, 상기 버너의 화염으로부터 염전류를 획득하는 단계; 상기 버너의 운전상태가 변경되기 전 획득된 염전류와 상기 버너의 운전상태가 변경된 후 더 획득된 염전류가 서로 동일할 때, 상기 버너의 전이이상이 발생한 것으로 판단하고 상기 버너가 작동을 중단하도록 제어하는 단계; 상기 버너의 운전상태가 변경되기 전 획득된 염전류와 상기 버너의 운전상태가 변경된 후 더 획득된 염전류가 서로 상이할 때, 상기 획득된 염전류와 상기 버너의 변경된 운전상태를 기초로 전이이상의 발생여부를 확인하는 단계; 및 상기 버너의 운전상태가 변경된 후 획득된 염전류와 상기 버너의 변경된 운전상태를 기초로 최초 전이이상이 발생하였다고 판단하는 경우, 획득되는 염전류에 대응되는 산소분율이 상기 버너의 변경된 운전상태가 가지는 정상산소범위의 안에 위치하도록, 상기 버너로 제공되는 상기 공기의 양 및 상기 연료가스의 양 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 다단 버너의 전이이상이 발생하였는지 여부를 염전류 획득을 통해 확인하고 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 일부분을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 제어 흐름을 나타낸 블록선도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기의 룩업테이블의 일부 자료를 그래프로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 일부분을 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 제어 흐름을 나타낸 블록선도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)는, 버너(10), 가스제공부(20), 프로세서(40) 및 염전류 획득부(30)를 포함할 수 있다.
물 가열기(1)는 물을 가열해서 난방수나 사용되기 위한 온수의 형태로 배출하는 장치이다. 따라서 물이 내부로 유입되어 열을 받아 승온된 뒤 배출되는데, 이러한 물이 유입되고 열교환되어 배출되는 배관 등의 구조에 대해서는 설명을 생략한다. 물이 열교환을 하기 위해 배치되는 열교환기(미도시)는 버너(10)의 화염(F)과 인접하게 배치되어, 버너(10)에서 발생하는 열을 전달받아 물에 전달할 수 있다.
버너(10)와 단수조절부(11)
버너(10)는 물을 가열하여 배출하기 위해 연료가스와 공기로부터 연소반응을 통해 화염(F)을 발생시키는 장치이다. 연소반응에서 발생한 열이 물에 전달되어 물 가열기(1)의 작용이 이루어진다. 버너(10)는 복수의 버너 유닛을 포함하는 다단버너(10)이다. 각각의 버너 유닛이 연소가스와 공기를 전달받아 화염(F)을 발생시키는데, 복수의 운전상태에 따라 각각의 버너 유닛이 선택적으로 작동한다. 적은 수의 버너 유닛이 작동할 때의 버너(10)의 발열량보다, 많은 수의 버너 유닛이 작동할 때 버너(10)의 발열량이 더 클 수 있다. 따라서 작동하는 버너 유닛의 개수를 조절함에 따라, 버너(10)의 발열량이 조절될 수 있다.
작동하는 버너 유닛의 개수에 따른 각 운전상태를 단수로 표현할 수 있다. 만약 하나의 버너 유닛이 작동하면, 이러한 운전상태를 1단으로 표현할 수 있고, 2개의 버너 유닛이 작동하면, 이러한 운전상태를 2단으로 표현할 수 있다. 그러나 단수 변화시 새로 작동하는 버너 유닛의 개수가 복수 개일 수도 있다. 예를 들어, 1단에서는 2개의 버너 유닛이 사용되고, 2단에서는 4개의 버너 유닛이 사용되는 경우를 생각할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버너(10)는 총 6개의 운전상태를 가지는 6단 버너일 수 있다. 그러나 그 단수는 이에 제한되는 것은 아니며, 6단 보다 더 많은 단수를 가질 수도 있으며, 필요에 따라 다양한 단수의 다단버너가 사용될 수 있다.
물 가열기(1)는, 각 버너 유닛으로 연료가스와 공기를 제공하는 것을 조절하는 장치인 단수조절부(11)를 더 포함할 수 있다. 단수조절부(11)는 전기적 신호에 따라 제어되어 개폐가 조절되는 복수의 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 복수의 솔레노이드 밸브는 각 버너 유닛에 배치되어, 작동시켜야 하는 버너 유닛에 대응되는 솔레노이드 밸브는 개방되고, 작동을 중단시켜야 하는 버너 유닛에 대응되는 솔레노이드 밸브는 폐쇄되는 방식으로 제어될 수 있다.
도 1에는 솔레노이드 밸브가 4개 배치되는 것으로 설명되었다. 이러한 4개의 솔레노이드 밸브를 이용해 6단 버너의 운전상태들을 설명할 수 있다. 예시적으로, 1단의 운전상태는 제1 솔레노이드 밸브만이 개방되는 상태일 수 있고, 2단의 운전상태는 제2 솔레노이드 밸브만이 개방되는 상태일 수 있고, 3단의 운전상태는 제1 및 제2 솔레노이드 밸브만이 개방되는 상태일 수 있고, 4단의 운전상태는 제1, 제2 및 제3 솔레노이드 밸브만이 개방되는 상태일 수 있고, 5단의 운전상태는 제1, 제2 및 제4 솔레노이드 밸브만이 개방되는 상태일 수 있고, 6단의 운전상태는 4개의 솔레노이드 밸브 모두가 개방되는 상태일 수 있다. 그러나 다양한 다단 버너가 사용될 수 있으므로, 배치되는 솔레노이드 밸브의 개수와 각 운전상태를 달성하기 위한 솔레노이드 밸브들의 조합은 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 변경이 가능하다.
물 가열기(1)는 버너(10)로 제공되는 공기와 연료가스를 혼합하여 혼합가스를 생성하기 위한 믹서(12)를 더 포함할 수 있다. 믹서(12) 대신 매니폴드가 공기와 연료가스의 혼합을 위해 사용될 수도 있다.
버너(10)에는 착화를 위한 점화 플러그(미도시)가 배치될 수 있다. 점화 플러그의 작동에 의해 연료가스와 공기에 착화가 이루어져 버너 유닛에서 화염(F)이 발생할 수 있다.
이미 작동하고 있는 버너 유닛과 인접한 버너 유닛으로 화염(F)이 번져나가는 방식으로 화염(F)의 전이가 일어나 단 변화가 이루어질 수 있다. 후술할 프로세서(40)와 물 가열기(1) 제어방법은 이러한 단 변화시의 화염(F) 전이에 이상이 생긴 경우를 전이이상으로 판단할 수 있다.
염전류 획득부(30)
염전류는 화염(F)으로부터 획득할 수 있는 이온으로부터 발생하는 이온화 전류이다. 버너(10)에서 발생하는 화염(F)으로부터 염전류를 획득하는 염전류 획득부(30)를 물 가열기(1)가 포함한다. 염전류 획득부(30)는 화염(F)에 의해 발생하는 이온의 양에 따라 달라지는 전기적 신호를 발생시키는 이온 프로브일 수 있다.
가스제공부(20) - 팬(22)과 연료밸브(21)
가스제공부(20)는 버너(10)에 공기 및 연료가스를 제공하는 구성요소이다. 가스제공부(20)는 팬(22)과 연료밸브(21) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
팬(22)은 버너(10)로 공기를 압송하는 장치이다. 따라서 팬(22)을 제어함에 따라, 버너(10)에 제공되는 공기의 양을 조절할 수 있다. 공기 중에 산소가 포함되어 있으므로, 팬(22)을 제어함에 따라 연소에 사용되는 혼합가스에서의 전체 질량 대비 산소가 차지하는 질량의 비율인 산소분율을 조절할 수 있다.
연료밸브(21)는 버너(10)로 전달되는 연료가스의 양을 조절하기 위해 개도가 조절되도록 마련되는 밸브이다. 따라서 연료밸브(21)의 개도가 제어됨에 따라, 버너(10)에 제공되는 연료가스의 양을 조절할 수 있고, 혼합가스에서의 산소분율을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 팬(22)과 연료밸브(21)를 이용하여 혼합가스의 산소분율을 조절할 수 있으나, 팬(22)과 연료밸브(21)가 아닌 다른 기계요소가 사용되어 버너(10)에 제공되는 공기의 양과 연료가스의 양을 제어할 수 있다면, 마찬가지로 사용이 가능하다.
프로세서(40)
프로세서(40)는, 물 가열기(1)가 포함하는 다른 구성요소들을 제어하는 구성요소이다. 프로세서(40)는 FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit)이나 CPU(Central Processing Unit)과 같은 마이크로프로세서(40)를 포함할 수 있으나, 포함하는 연산장치의 종류는 이에 제한되지 않는다.
또한 프로세서(40)는 각 구성요소들의 제어를 위한 명령을 프로세서(40)에서 생성하기 위한 기초가 되는 복수의 제어명령(instruction)을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서(40)가 메모리로부터 제어명령을 수신하고 각 구성요소를 제어하기 위한 전기적 신호를 수신한 제어명령을 기초로 생성하도록, 프로세서(40)는 프로그램될 수 있다. 메모리는 HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 휘발성 매체, 비휘발성 매체 등과 같은 데이터 스토어일 수 있으나, 그 종류는 이에 제한되지 않는다.
프로세서(40)는 가스제공부(20)와 전기적으로 연결되어 버너(10)로 공급되는 공기의 양 및 연료가스의 양 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 프로세서(40)는 팬(22)과 전기적으로 연결되어 팬(22)을 제어해, 버너(10)에 제공되는 공기의 양을 조절할 수 있다. 프로세서(40)는 연료밸브(21)와 전기적으로 연결되어 연료밸브(21)를 제어해, 버너(10)에 제공되는 연료가스의 양을 조절할 수 있다.
프로세서(40)는 염전류 획득부(30)와 전기적으로 연결되어, 염전류 획득부(30)의 작동을 제어할 수 있고, 염전류 획득부(30)가 획득한 염전류를 전기적 신호의 형태로 전달받을 수 있다.
프로세서(40)는 단수조절부(11)에 전기적으로 연결되어, 버너(10)의 운전상태를 변경할 수 있다. 따라서 프로세서(40)는 솔레노이드 밸브에 전기적으로 연결되어, 그 개폐를 조절함에 따라 버너(10)의 단수를 조절할 수 있다. 프로세서(40)는 사용자로부터 설정 온도나 설정 단수 등의 입력을 받아, 이를 제어에 이용할 수 있다.
물 가열기(1)는 컨버터(41)를 더 포함할 수 있다. 컨버터(41)는 프로세서(40)와 염전류 획득부(30)의 전기적인 연결을 매개하도록 배치되어, 염전류 획득부(30)가 획득한 염전류를 전달받아 프로세서(40)가 연산에 사용할 수 있는 전기적 신호의 형태로 변환해 프로세서(40)에 전달할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 프로세서(40)가 가스제공부(20)를 제어하고, 가스제공부(20)에서 믹서(12)로 소정의 양의 공기와 연료가스를 제공하고, 믹서(12)에서 혼합을 통해 형성된 혼합가스가 단수조절부(11)를 통해 버너(10)로 제공되어 화염(F)을 발생시키면, 화염(F)으로부터 염전류 획득부(30)가 염전류를 획득해 컨버터(41)를 통해 전기적 신호의 형태로 프로세서(40)에 피드백을 줄 수 있다. 프로세서(40)는 전달받은 염전류를 이용하여 상술한 제어를 다시 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 제어방법을 나타낸 순서도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)의 룩업테이블의 일부 자료를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 더 참조하여 발명의 일 실시예에 따른 물 가열기(1)와 그 제어방법에 대해 설명한다. 도 4의 그래프에서, 가로축은 산소분율을 퍼센트(%) 단위로 나타낸 것이고, 세로축은 획득되는 염전류를 마이크로암페어(㎂) 단위로 나타낸 것이다.
물 가열기(1)의 작동 중, 프로세서(40)는 버너(10)의 운전상태가 변경되는지를 확인할 수 있다(S10). 여기서 버너(10)의 운전상태의 변경이 일어났는지를 확인한다는 것은, 실제로 버너(10)가 변경된 운전상태를 따라 운전되고 있는지를 의미하는 것이 아니라, 프로세서(40)가 인지하는 버너(10)의 운전상태가 변화하였는지를 의미하는 것이다.
만약 버너(10)의 운전상태가 변경되지 않았다면, 별도로 확인하여야 할 내용이 없이 동일하게 버너(10)의 연소가 유지될 수 있다(S70).
버너(10)의 운전상태가 변경된 경우, 프로세서(40)는 염전류 획득부(30)가 염전류를 더 획득하도록 제어할 수 있다. 프로세서(40)는 버너(10)의 운전상태가 변경되기 전 획득된 염전류와 버너(10)의 운전상태가 변경된 후 더 획득된 염전류가 서로 동일한지 판단할 수 있다(S20). 만일 전후의 염전류가 상이한 경우, 다음 판단 단계(S30)로 진행할 수 있다. 만일 전후의 염전류가 동일한 경우, 프로세서(40)는 버너(10)의 전이이상이 발생한 것으로 판단하고 버너(10)가 작동을 중단하도록 제어할 수 있다(S80). 또한 프로세서(40)는 스피커, LED, 디스플레이 장치 및 통신 장치 등에 전기적으로 연결되어, 사용자에게 전이이상 및 버너(10) 작동의 중단이 이루어졌음을 다양한 형태로 알릴 수 있다.
버너(10)의 운전상태가 변경된 경우, 프로세서(40)는 염전류 획득부(30)가 염전류를 획득하도록 제어할 수 있다. 프로세서(40)는 염전류 획득부(30)가 획득한 염전류와 버너(10)의 변경된 운전상태에 기초해서 전이이상 여부를 판단할 수 있다(S40). 전이이상 여부는 최초 전이이상 여부의 판단과 최종 전이이상 여부의 판단이 이루어짐에 따라 결정될 수 있다.
프로세서(40)는 정상전류범위(R2)를 이용하여 전이이상 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(40)는 획득된 염전류가 버너(10)의 변경된 운전상태에서 가질 수 있는 소정의 정상전류범위(R2) 내에 위치하는지를 확인하여 전이이상 여부를 판단할 수 있다. 여기서 정상전류범위(R2)는, 버너(10)의 변경된 운전상태가 가질 수 있는 정상산소범위(R1)를 만족하는 상태의 화염(F)으로부터 획득되는 염전류의 범위일 수 있다. 즉 정상전류범위(R2)는 정상산소범위(R1)에 종속적인 범위일 수 있다. 후술할 정상산소범위(R1)는 각 단에 대해서 상이할 수 있고, 각 단에서 형성되는 산소분율-염전류 관계는 상이할 수 있으므로, 정상전류범위(R2) 역시 각 단에 대해서 상이할 수 있다.
획득된 염전류가 정상전류범위(R2) 내에 있는 경우, 전이이상이 발생하지 않은 것으로 판단하여, 연소상태를 유지(S70)할 수 있다. 그러나 전이이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 다음 단계(S50)로 이동하여 이상상태에 대한 검증을 한 번 더 거칠 수 있다.
프로세서(40)는 정상산소범위(R1)를 이용하여 전이이상 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(40)는 획득된 염전류에 대응되는 산소분율이 버너(10)의 변경된 운전상태에서 가질 수 있는 소정의 정상산소범위(R1)의 안에 위치하는지를 확인하여 전이이상 여부를 판단할 수 있다. 여기서 정상산소범위(R1)란, 실험적으로 해당 버너(10)에서 이산화탄소나 질산화물(NOx) 등의 유해가스의 배출이 제한되되 물의 가열에 충분한 열량을 낼 수 있도록 얻어지는 최적의 산소분율의 범위를 의미한다.
획득된 염전류에 대응되는 산소분율이 정상산소범위(R1) 내에 있는 경우, 전이이상이 발생하지 않은 것으로 판단하여, 연소상태를 유지(S70)할 수 있다. 그러나 전이이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 다음 단계(S50)로 이동하여 이상상태에 대한 검증을 한 번 더 거칠 수 있다.
프로세서(40)는 룩업테이블을 호출(S30)하고 이용하여 염전류로부터 산소분율을 산출할 수 있다. 룩업테이블은, 버너(10)의 운전상태와 산소분율의 변화에 따라 획득될 수 있는 염전류를 서로 대응시킨 테이블이다. 따라서 프로세서(40)는 룩업테이블을 이용해서, 염전류 획득부(30)가 획득한 염전류에 대응되는 산소분율을 산출할 수 있다. 룩업테이블은, 동일한 버너(10)의 운전상태 내에서도, 버너(10)의 출력별로 산소분율의 변화에 따라 획득될 수 있는 염전류를 서로 대응시킨 테이블일 수 있다.
도 4에서 룩업테이블의 예시에 대해 확인할 수 있다. 도 4에는 1단에서의 자료들(G11, G12), 2단에서의 자료들(G21, G22), 3단에서의 자료들(G31, G32) 및 6단에서의 자료들(G61, G62)을 확인할 수 있다. 각각의 운전상태에 대해, 버너(10)가 최대 출력으로 작동할 때의 자료(G11, G21, G31, G61)와, 버너(10)가 최소 출력으로 작동할 때의 자료(G12, G22, G32, G62)를 도시하였고, 그 사이에 위치하는 버너(10)의 출력에서의 자료들은 도시되지는 않았지만, 각각의 운전상태에서 버너(10)가 최소 출력으로 작동할 때의 자료(G12, G22, G32, G62)와 최대 출력으로 작동할 때의 자료(G11, G21, G31, G61) 사이에 위치할 수 있다.
또한 도 4의 룩업테이블에서는 1단, 2단, 3단 및 6단에서의 자료들만이 표시되었으나, 3단과 6단 사이의 4단과 5단의 운전상태 역시 본 발명의 일 실시예에 따른 버너(10)가 가질 수 있으며, 이러한 운전상태들에 대한 자료 역시 룩업테이블이 포함할 수 있다.
도 4에서는 6단의 운전상태에서 버너(10)가 가질 수 있는 정상산소범위(R1)와, 정상산소범위(R1)에 대응되는 정상전류범위(R2)가 도시되어 있다. 다른 운전상태에서는 이와 상이한 정상산소범위(R1) 및 이에 대응되는 정상전류범위(R2)를 가질 수 있다. 그러나 정상산소범위(R1)와 정상전류범위(R2)가 그래프에 표시된 것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 6단으로 버너(10)의 운전상태의 전이가 이루어진 후 획득된 염전류가 80㎂인 경우, 정상전류범위(R2) 및 정상산소범위(R1)를 만족할 수 있어, 전이이상이 발생하지 않았다고 볼 수 있다. 그러나 동일한 상황에서 획득된 염전류만이 40㎂로 상이할 경우, 그래프에서 확인할 수 있는 6단의 자료(G61, G62) 및 생략된 중간의 자료들 중, 정상전류범위(R2)와 정상산소범위(R1)를 만족할 수 있는 자료가 존재하지 않는다. 따라서 최초 전이이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
프로세서(40)는 버너(10)의 운전상태가 변경된 후 획득된 염전류와 버너(10)의 변경된 운전상태를 기초로 최초 전이이상이 발생하였다고 판단하는 경우, 염전류 획득부(30)가 획득할 염전류에 대응되는 산소분율이 버너(10)의 변경된 운전상태가 가지는 소정의 정상산소범위(R1)의 안에 위치하도록, 가스제공부(20)가 버너(10)로 제공하는 공기의 양 및 연료가스의 양 중 적어도 하나를 조절하도록 제어할 수 있다(S50). 따라서 현재 버너(10)에 제공되는 혼합가스에서의 산소분율이 변화할 수 있다.
최초 전이이상이 발생했다고 판단된 상태에서, 프로세서(40)는, 염전류 획득부(30)가 획득한 염전류에 대응되는 산소분율이 소정의 정상산소범위(R1)의 하한값보다 작을 경우, 공기의 양을 증가시키는 제어 및 연료가스의 양을 감소시키는 제어 중 적어도 하나의 제어를 수행할 수 있다. 반대로, 염전류 획득부(30)가 획득한 염전류에 대응되는 산소분율이 소정의 정상산소범위(R1)의 상한값보다 클 경우, 프로세서(40)는 공기의 양을 감소시키는 제어 및 연료가스의 양을 증가시키는 제어 중 적어도 하나의 제어를 수행할 수 있다.
프로세서(40)는 가스제공부(20)에 대한 제어가 이루어져 버너(10)에 제공되는 혼합가스의 산소분율이 변화한 후, 염전류 획득부(30)가 염전류를 더 획득하도록 제어할 수 있다. 새로 획득된 염전류를 기초로, 프로세서(40)는 여전히 전이이상이 발생한 것으로 볼 수 있어, 최종 전이이상이 일어난 상황인지를 확인할 수 있다(S60).
프로세서(40)는 만약 새로 획득된 염전류가 정상전류범위(R2)에 속하거나, 이에 대응되는 산소분율이 정상산소범위(R1)의 안에 위치하면, 전이이상 상태를 해소하고 현재 상태를 유지하면서 연소가 이루어지도록 할 수 있다(S70). 그러나 프로세서(40)는 새로 획득된 염전류가 여전히 정상전류범위(R2)의 밖에 위치하거나, 이에 대응되는 산소분율이 여전히 정상산소범위(R1)의 밖에 위치할 때, 염공 막힘 등의 이유로 단순히 제어를 통해 해결할 수 없는 버너(10)의 최종 전이이상이 발생한 것으로 판단하고, 버너(10)가 작동을 중단하도록 제어할 수 있다(S80). 버너(10)의 작동을 중단함과 함께, 사용자에게 현재 물 가열기(1)의 상태를 알릴 수 있다.
이러한 물 가열기(1)와 그 제어방법을 통해, 염전류를 획득하는 것으로 전이이상이 발생했는지 여부를 경제적이고 간편하게 확인할 수 있으며, 전이이상을 제어적인 수단을 통해 해결할 수 있으며, 제어적인 수단으로 해결이 되지 않는 경우에는 물 가열기(1)의 작동을 중단시켜 2차 사고의 발생을 방지할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 물 가열기
10 : 버너
11 : 단수조절부
12 : 믹서
20 : 가스제공부
21 : 연료밸브
22 : 팬
30 : 염전류 획득부
40 : 프로세서
41 : 컨버터
F : 화염
G11, G12, G21, G22, G31, G32, G61, G62 : 자료
R1 : 정상산소범위
R2 : 정상전류범위

Claims (12)

  1. 물을 가열하여 배출하기 위해 연료가스와 공기로부터 연소반응을 통해 화염을 발생시키고, 복수의 운전상태에 따라 각각 선택적으로 작동하는 복수의 버너 유닛을 포함하는 버너;
    상기 버너에 상기 공기 및 상기 연료가스를 제공하는 가스제공부;
    상기 화염과 인접하게 배치되어, 상기 화염으로부터 염전류를 획득하는 염전류 획득부; 및
    상기 가스제공부 및 상기 염전류 획득부와 전기적으로 연결되는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는:
    상기 버너의 운전상태가 변경되었는지를 확인하고, 상기 버너의 운전상태가 변경된 경우 상기 염전류 획득부가 염전류를 획득하도록 제어해, 획득된 염전류와 상기 버너의 변경된 운전상태에 기초해서 전이이상 여부를 판단하되,
    상기 버너의 운전상태가 변경되기 전 획득된 염전류와 상기 버너의 운전상태가 변경된 후 더 획득된 염전류가 서로 동일할 때, 상기 버너의 전이이상이 발생한 것으로 판단하고 상기 버너가 작동을 중단하도록 제어하는, 물 가열기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 획득된 염전류가 상기 버너의 변경된 운전상태에서 가질 수 있는 소정의 정상전류범위 내에 위치하는지를 확인하여 전이이상 여부를 판단하는, 물 가열기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정상전류범위는, 상기 버너의 변경된 운전상태가 가질 수 있는 정상산소범위를 만족하는 상태의 화염으로부터 획득되는 염전류의 범위인, 물 가열기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 획득된 염전류에 대응되는 산소분율이 상기 버너의 변경된 운전상태에서 가질 수 있는 소정의 정상산소범위의 안에 위치하는지를 확인하여 전이이상 여부를 판단하는, 물 가열기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는:
    상기 버너의 운전상태와 산소분율의 변화에 따라 획득될 수 있는 염전류를 서로 대응시킨 테이블인 룩업테이블을 이용하여, 상기 염전류 획득부가 획득한 염전류에 대응되는 산소분율을 산출하는, 물 가열기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 룩업테이블은,
    상기 버너의 출력별로 산소분율의 변화에 따라 획득될 수 있는 염전류를 서로 대응시킨 테이블인, 물 가열기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는:
    상기 버너의 운전상태가 변경된 후 획득된 염전류와 상기 버너의 변경된 운전상태를 기초로 최초 전이이상이 발생하였다고 판단하는 경우, 상기 염전류 획득부가 획득할 염전류에 대응되는 산소분율이 상기 버너의 변경된 운전상태가 가지는 소정의 정상산소범위의 안에 위치하도록, 상기 가스제공부가 상기 버너로 제공하는 상기 공기의 양 및 상기 연료가스의 양 중 적어도 하나를 조절하도록 제어하는, 물 가열기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는, 최초 전이이상이 발생하였다고 판단하는 경우:
    상기 염전류 획득부가 획득한 염전류에 대응되는 산소분율이 소정의 정상산소범위의 하한값보다 작을 경우, 상기 공기의 양을 증가시키는 제어 및 상기 연료가스의 양을 감소시키는 제어 중 적어도 하나의 제어를 수행하고,
    상기 염전류 획득부가 획득한 염전류에 대응되는 산소분율이 소정의 정상산소범위의 상한값보다 클 경우, 상기 공기의 양을 감소시키는 제어 및 상기 연료가스의 양을 증가시키는 제어 중 적어도 하나의 제어를 수행하는, 물 가열기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가스제공부는,
    상기 버너로 전달되는 연료가스의 양을 조절하기 위해 개도가 조절되도록 마련되는 연료밸브와, 상기 버너로 공기를 압송하는 팬 중 적어도 하나를 포함하는, 물 가열기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는:
    최초 전이이상이 발생하였다고 판단하여 상기 가스제공부가 상기 버너로 제공하는 상기 공기의 양 및 상기 연료가스의 양 중 적어도 하나의 양을 조절하도록 제어한 뒤 상기 염전류 획득부가 염전류를 더 획득하도록 제어하고,
    더 획득된 염전류에 대응되는 산소분율이 상기 정상산소범위의 밖에 위치할 때, 상기 버너의 최종 전이이상이 발생한 것으로 판단하고 상기 버너가 작동을 중단하도록 제어하는, 물 가열기.
  11. 삭제
  12. 복수의 운전상태에 따라 각각 선택적으로 작동하여 연료가스와 공기로부터 화염을 발생시키는 복수의 버너 유닛을 포함하는 버너를 포함하는 물 가열기 제어방법에 있어서,
    상기 버너의 운전상태의 변경이 이루어졌는지 확인하는 단계;
    상기 버너의 운전상태가 변경된 경우, 상기 버너의 화염으로부터 염전류를 획득하는 단계;
    상기 버너의 운전상태가 변경되기 전 획득된 염전류와 상기 버너의 운전상태가 변경된 후 더 획득된 염전류가 서로 동일할 때, 상기 버너의 전이이상이 발생한 것으로 판단하고 상기 버너가 작동을 중단하도록 제어하는 단계;
    상기 버너의 운전상태가 변경되기 전 획득된 염전류와 상기 버너의 운전상태가 변경된 후 더 획득된 염전류가 서로 상이할 때, 상기 획득된 염전류와 상기 버너의 변경된 운전상태를 기초로 전이이상의 발생여부를 확인하는 단계; 및
    상기 버너의 운전상태가 변경된 후 획득된 염전류와 상기 버너의 변경된 운전상태를 기초로 최초 전이이상이 발생하였다고 판단하는 경우, 획득되는 염전류에 대응되는 산소분율이 상기 버너의 변경된 운전상태가 가지는 정상산소범위의 안에 위치하도록, 상기 버너로 제공되는 상기 공기의 양 및 상기 연료가스의 양 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함하는, 물 가열기 제어방법.
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