KR20000073184A - 연소제어장치를 갖는 보일러 - Google Patents

Abstract

보일러의 화염의 연소상태를 정확하게 탐지하기 위해 광 트랜지스터를 설치한 연소제어장치가 개시되어 있다. 보일러의 연소제어장치는 연소가스와 공기의 혼합에 의해 화염을 발생시키는 버너와, 상기 화염의 파장을 감지하기 위한 광 트랜지스터로 구성된다. 연소실 커버가 상기 버너와 상기 광 트랜지스터 사이에 설치된다. 상기 화염으로부터 방출되는 열로부터 상기 광 트랜지스터를 보호하고 상기 화염의 광원을 정상적으로 인식하기 위해 상기 광 트랜지스터와 동일선상에 위치하는 상기 연소실 커버의 일측부에 내열창이 장착된다. 또한, 제어부가 상기 광 트랜지스터에 의해 전달된 신호에 따라 상기 버너에 유입되는 공기의 양을 제어하기 위해 상기 보일러의 제어장치에 설치된다.

Description

연소제어장치를 갖는 보일러{BOILER WITH BURNING CONTROL APPARATUS}

본 발명은 연소제어장치를 갖는 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소시 화염의 파장을 탐지하는 광 트랜지스터를 구비한 연소제어장치를 갖는 보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러의 연소를 제어하기 위하여 화염을 탐지하는 다양한 방식들이 알려져 있다.

미국 특허 제 3,727,073호는 화염 센서 제어회로를 개시하고 있다. 이 발명은 버너용 제어장치에 사용되는데, 전자 증폭기에 신호를 보내서 프레임 로드 탐지신호에 반응하는 다중 릴레이를 작동시키는 프레임 로드 탐지기를 사용하고 있다.그러나, 화염이 생성될 때, 프레임 로드에 흐르는 전류의 세기는 아주 약하다(약 300μA). 따라서, 장기간 사용할 때 프레임 로드가 부식이나 습기에 의해 탐지력이 떨어져서 오동작될 수 있다. 또한, 화염의 온도가 높은 경우에는 프레임 로드가 열화되어 단락되는 문제점이 발생하였다.

또한, 기름보일러에 주로 사용되는 황화카드뮴(CdS) 탐지방식이 있는데, 이는 화염의 조도를 탐지하여 그 조도에 비례하여 저항치를 제공함으로써 보일러의 연소를 제어하였다. 즉, 조도가 크면 저항치가 작고, 조도가 낮으면 저항치가 크다. 그러나, 이러한 황화카드뮴 탐지방식은 가시광선 대역에 민감하기 때문에 버너로부터 발생되는 화염뿐만 아니라 일반적인 광원(햇빛 및 전구에 의한 빛)에 대해서도 반응하여 오동작되는 문제점이 있다. 또한, 기름이 연소될 때 생기는 이물질들이 상기 황화카드뮴 센서를 오염시켜 탐지력을 감소시킬 수 있다.

미국 특허 제 2,911,540호는 화염에 대해 전기적으로 민감한 황화카드뮴소자와 같은 광전도소자를 구비하는 화염탐지장치를 개시하고 있다.

또한, 상기에 언급된 바와 같은 일반적인 방식이외에도, 적외선 센서를 이용하는 탐지방식이 있다. 그러나, 이방식은 적외선 센서가 고가이기 때문에 널리 사용되지 않고 있다. 아울러, 적외선 센서는 보일러의 고온에 의해 쉽게 열화됨으로써 출력신호가 일정하지 않고 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 저가의 정밀한 탐지장치가 요구되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1목적은 화염의 연소상태를 정확하게 탐지하여 연소 가스를 최적으로 연소시키는 연소제어장치를 갖는 보일러를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2목적은 보일러를 장기간 사용하여도 센서의 오동작의 가능성이 작고 비용이 적게 드는 광 트랜지스터가 설치된 연소제어장치를 갖는 보일러를 제공하는 것이다.

상기의 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 따른 연소 제어장치를 갖는 보일러는 연소시 화염을 발생시키는 버너;

상기 버너의 화염으로부터 방출되는 파장을 탐지하는 광 트랜지스터;

상기 화염의 열로부터 상기 광 트랜지스터를 보호하기 위하여 상기 버너와 상기 광 트랜지스터 사이에 설치된 연소실 커버; 및

상기 화염의 파장을 통과시키기 위해 상기 광 트랜지스터와 동일선상에 위치하는 상기 연소실 커버의 일측부에 장착된 내열창을 포함한다.

상기 광 트랜지스터는 기준 출력값을 일정하게 세팅하기 위한 가변저항을 더 구비한다.

도 1은 본 발명에 따른 보일러의 연소 제어장치의 개략도;

도 2는 본 발명에 따른 보일러의 연소 제어장치의 회로도; 및

도 3은 본 발명의 광 트랜지스터의 최적의 응답곡선도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 버너 20 : 연소실 커버

25 : 내열창 30 : 광 트랜지스터

35 : 가변저항 40 : 제어부

100: 보일러

F : 화염 W : 파장

R1 : 가변저항 R2 : 저항

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 보일러의 연소제어장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 보일러의 연소제어장치의 회로도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보일러(100)는 연소가스와 공기의 혼합에 의해 화염(F)을 발생시키는 버너(10)와, 상기 화염(F)의 불꽃파장을 탐지하기 위한 광 트랜지스터(30)로 구성된다. 그리고, 연소실 커버(20)가 상기 버너(10)와 상기 광 트랜지스터(30) 사이에 설치된다.

상기 화염(F)의 열이 상기 광 트랜지스터(30)로 전달되는 것을 차단하면서 상기 화염(F)의 광원을 정상적으로 인식하기 위해, 내열창(25)이 상기 연소실 커버(20)중 상기 화염(F)와 상기 광 트랜지스터(30)의 동일선상에 설치된다. 이러한 내열창(25)은 투명한 재질로 이루어져 화염(F)의 파장을 그대로 통과시키고, 고온에서도 물성이 변하지 않도록 내열성을 갖는 재질로 이루어져 있다. 내열창(25)의 대표적인 실시예로는 운모판이 적당하지만, 상기의 특성을 갖는 다른 재질을 사용할 수도 있다. 또한, 제어부(40)가 상기 광 트랜지스터(30)의 출력 신호에 따라 상기 버너(10)에 유입되는 공기의 양을 제어하기 위해 상기 보일러의 제어장치(100)에 설치된다.

광 트랜지스터(30)들은 특성이 서로 다르기 때문에, 부품 공용화를 위해 그들의 자체 특성차를 줄일 필요가 있다. 그러므로, 가변 저항(35)이 상기 광 트랜지스터(30)에 일체로 설치되어, 특성차에 따라 가변저항(35)의 저항값을 변경시킨다.

상기 광 트랜지스터(30)는 컬렉터(36)와 에미터(37)을 갖는다. 컬렉터(36)는 전압VCC(5V)에 연결되고, 에미터(37)는 접지된다. 또한, 저항(R2)와 콘덴서(C1)는 제어부(40)를 보호하기 위해 제어부(40) 주위에 설치되어 있다. 저항(R2)는 제어부(40)에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 것이고, 콘덴서(C1)는 제어부(40)의 노이즈를 제거하기 위한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 보일러의 연소 제어장치의 작용에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 광 트랜지스터의 최적의 응답곡선도이다.

도 3에서 수평축은 파장(nm)을 나타내고, 수직축은 민감도(sensitivity)를 나타내며, 빗금친 영역은 최적의 연소가 이루어지는 대역을 나타낸다.

본 발명에 따른 보일러의 연소제어장치에 있어서, 연소가스와 혼합된 공기에 의해 보일러(100)의 버너(10)에 화염(F)이 형성되면, 광 트랜지스터(30)은 연소실 커버(20)의 내열창(25)를 통해 방출된 화염(F)의 파장(W)을 탐지한다.

상기 연소제어장치는 상기와 같이 탐지된 파장의 변화에 따른 전류변화를 탐지하는 방식으로 역풍시 발생하는 황염이나 정상연소시 발생하는 청염의 파장변화에 따라 광 트랜지스터(30)의 전류값이 변하고 그로인해 저항(R2)에 걸리는 전압이 변화한다. 따라서, 제어부(40)로 입력되는 전압이 1.3V<V<4.2V 이면 정상연소로 판단하고, V≤1.3V 이면 풍량부족으로 간주하며, V≥4.2V 이면 풍량과잉으로 간주한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 화염(F)의 파장(W)이 약 1,200nm이상이면, 화염(F)는 풍량이 과잉으로 공급되고 있는 청염인 상태이다. 풍량이 과잉으로 공급되면, 화염의 상태는 불안정하여 늘어짐 현상(Lifting)을 일으키게 되고 열량도 낮아진다. 따라서, 제어부(40)는 버너(10)에 공급되는 풍량의 감소를 통해 연소가 최적의 연소대역에서 이루어질 수 있도록 제어한다.

또한, 화염(F)의 파장(W)이 약 780nm 근처이면, 화염(F)은 풍량이 부족하게 공급되고 있는 황염인 상태이다. 풍량이 부족하면, 화염은 불완전연소되어 인체에 해로운 일산화탄소(CO)를 배출하게 된다. 따라서, 제어부(40)는 버너(10)에 공급되는 풍량의 증가를 통해 연소가 최적의 연소대역에서 이루어질 수 있도록 제어한다.

아울러, 상기 광 트랜지스터(30)는 가변저항(R1)을 조절함으로써 기준출력값을 일정하게 세팅할 수 있다. 즉, 광원에 대한 정확한 출력을 얻기 위해 광 트랜지스터의 컬렉터 부분에 가변저항을 삽입하고 그 가변저항을 조절함으로써 그 출력값을 보정하는 방법으로서, 광 트랜지스터의 특성에 맞는 발광부를 일정거리에 이격시켜 설치한 후 발광부에 일정한 전류를 흐르게 하면 방출되는 광원은 동일하다고 볼 수 있다. 이때, 수광부인 광 트랜지스터의 출력값이 특성에 따라 각기 다른 출력을 내보내게 된다. 따라서, 광 트랜지스터의 컬렉터 부분의 가변저항을 조절하여 동일한 출력값으로 가변저항의 값을 세팅한 후 이를 보일러에 장착함으로써 보다 정확한 제어를 할 수 있게 된다.

광 트랜지스터(30)는 버너(10)의 화염(F)으로부터 방출되는 파장을 탐지하고, 상기 탐지된 파장변화에 따른 신호를 제어부(40)로 전달하고, 상기 전달된 신호에 따라 상기 제어부가 보일러의 풍량을 제어한다. 이때, 탐지된 파장이 최적의 연소대역보다 클경우에는 풍량을 감소시키고, 탐지된 파장이 최적의 연소 대역보다 작을 경우에는 풍량을 증대시킨다.

상기에 언급된 바와 같이, 본 발명은 광 트랜지스터를 이용하여 화염의 연소상태를 정확하게 탐지하기 위한 보일러의 연소제어장치로서, 광 트랜지스터는 가시광선 파장대역에서 차단되는 특성 때문에 일반 광원은 탐지하지 않고 화염의 파장만을 탐지함으로써 오동작의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 화염의 연소상태를 정확하게 판단할 수 있다. 또한, 보일러의 연소제어장치의 부품수를 줄일 수 있고 저가의 부품들을 사용할 수 있기 때문에, 보일러 자체의 원가를 크게 절감할 수 있다.

광 트랜지스터(30)가 화염(F)의 파장을 측정하는 동안, 화염(F)의 열도 동시에 주변으로 전달된다. 그러나, 화염(F)의 빛이 내열창(25)을 통과하면서 화염(F)의 파장만이 광 트랜지스터(30)에 도달하고 고온의 열은 내열창(25)에 의해 방열됨으로써 광 트랜지스터(30)에 전달되지 않는다. 이로 인해 광 트랜지스터(30)는 화염(F)의 파장을 측정하면서도 자체 온도가 상승하지 않아 특성이 변하거나 고장나지 않는다.

이상, 본 발명을 상기한 실시예를 들어 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고, 당업자의 통상의 지식의 범위 내에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

Claims (3)

1. 연소시 화염을 발생시키는 버너;

   상기 화염의 빛으로부터 파장을 탐지하는 광트랜지스터;

   상기 버너와 상기 광 트랜지스터 사이에 설치된 연소실 커버; 및

   상기 연소실 커버중 상기 화염과 상기 광 트랜지스터의 동일선상에 설치되어, 상기 화염의 열이 상기 광 트랜지스터로 전달되는 것을 차단하면서 상기 화염의 파장을 통과시키는 내열창을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소제어장치를 갖는 보일러.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광 트랜지스터는,

   기준 출력값을 교정하는 가변저항을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연소제어장치를 갖는 보일러.
3. 제 1항에 있어서, 상기 내열창은 운모판인 것을 특징으로 하는 연소제어장치를 갖는 보일러.