KR20060087070A

KR20060087070A - 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를감지하는 보일러 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20060087070A
Application number: KR1020050007856A
Authority: KR
Inventors: 김시환
Original assignee: 주식회사 경동네트웍
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-02
Also published as: US20100255434A1; US20080138750A1; EP1846700A4; US8011921B2; EP1846700B1; WO2006080612A1; CN101111726A; US8109758B2; JP2008528924A; KR100742351B1; EP1846700A1; CN100489413C

Abstract

본 발명은 가스 보일러의 연소 상태를 감지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍량센서(APS:Air Pressure Sensor)와 화염 감지 수단을 이용한 이상 연소 상태를 보다 더 정확하게 감지하는 보일러 및 그 제어방법에 관한 것이다.

본 발명의 제어방법을 살펴보면, (S1) 버너에 공급될 공기량을 팬을 통해 공급하는 공기공급 단계와, (S2) 상기 단계 (S1)을 통해 이루어지는 적정 공기량 체크(check)를 풍량센서를 통해 확인하는 단계와, (S3) 상기 단계 (S2)가 유지되는 상태에서 점화부를 통해 불꽃이 점화되면 그 불꽃의 화염상태를 화염감지수단을 통해 감지하는 단계와, (S4) 상기 단계 (S3)를 통해 감지된 화염의 크기를 해당 전압값으로 변환함과 동시에 그 전압값을 마이컴에 입력하여 기 설정된 목표값과 비교하는 단계와, (S5) 상기 단계 (S4)를 통해 실제 전압값과 기 설정된 목표 전압값의 편차가 기준치 이상이면 상기 마이컴에서 풍량센서의 오동작으로 판단하는 단계와, (S6) 상기 단계 (S5)에서 상기 마이컴이 풍량센서의 오동작으로 판단하면 연소상태 이상으로 에러 메세지를 표시하는 단계;를 포함하여 이루진다. 이와 같은 본 발명은 연소의 상태를 직접 파악하여 풍량센서의 고장을 감지함에 따라 보다 정확한 풍량센서 고장을 감지 할 수 있음은 물론 이를 통해 보다 더 안정적인 보일러의 운전을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러 및 그 제어방법{boiler and control method of unnormal burning situation using air pressure sensor and flame detector}

도 1은 본 발명이 적용되는 가스 보일러의 내부 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 이상 연소 상태를 감지하는 시스템 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 이상 연소 상태를 감지하는 제어방법을 설명하기 위한 제어 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 보일러 20 : 버너

30 : 팬 40 : 풍량센서

50 : 가스공급관 60 : 프레임로드

70 : 적외선센서 80 : 화염감지수단

90 : 제어장치 100 : 마이컴

110 : 메모리 120 : 표시부

본 발명은 보일러의 연소 상태를 감지하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍량센서(APS:Air Pressure Sensor)와 화염 감지수단을 이용한 가스 보일러의 이상 연소 상태를 보다 더 정확하게 감지하고 이를 통해 보일러의 효율성을 증진시키기 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 난방을 목적으로 사용되는 보일러는 공급받는 연료에 따라 기름보일러 및 가스 보일러, 그리고 전기보일러로서 필요한 평수나 설치용도에 맞게 다양하게 개발되어 사용하고 있다. 이러한 보일러들 중 특히, 가스 보일러는 외기의 온도변화에 따라 공기량을 조절하여 항상 일정량의 공기가 공급될 수 있도록 함으로써 정상 연소 상태를 유지하는 것이 매우 중요하다.

이렇게 가스 보일러에 필요한 공기의 적정량을 측정하는 것으로 많이 사용되는 것이 풍량센서(APS:Air Pressure Sensor)이다. 이 풍량센서는 특히, 풍압을 감지하여 마이컴으로 이루어지는 주제어부에 전기적 신호를 인가하여 연소에 필요한 공기량을 제어하는 것으로 중요한 역할을 한다.

그러나, 종래의 경우 상기 풍량센서의 고장 여부를 판단이 적절하지 못하였고 고장이 발생될 경우 신속하게 대처할 수 있는 방법이 없었다.

종래의 경우를 보다 상세하게 살펴보면, 먼저, 풍량센서의 고장을 감지하기 위해 연소 중 팬의 소정 부위에 구비된 홀 센서를 통해 팬의 회전수를 판단하고 그 회전수와 풍량센서의 감지 전압을 비교하여 미리 설정된 값과 비교하여 그 범위가 벗어났을 경우 풍량센서으로 판단하여 연소를 중단하고 에러표시를 발생하였다.

그러나 팬의 회전수는 보일러의 설치조건(연도의 길이)에 따라 다르고, 연소 시 외풍에 의해 팬의 회전수가 변함에 따라 풍량센서의 고장을 판단하는 회전수의 범위가 커지게 되고 이로 인해 정확한 풍량센서의 고장을 판단하기가 어려웠다.

결국, 풍량센서의 고장으로 연소에 필요한 적정 공기 량을 공급하지 못함으로서 연소가 불안정함에 따라 일산화탄소(Co)가 과다하게 배출되거나, 화염의 상태가 나빠지게 되는 결과를 초래하였다.

이로 인해, 보일러의 온도제어가 어려웠고 필요 이상의 가스가 소비되는 문제점이 있었다. 종래 이러한 문제점들은 보일러 전체의 효율을 저하시키는 문제점으로 지적되고 있는 실정이다.

본 발명은 풍량센서(APS:Air Pressure Sensor)와 화염감지수단을 이용하여 이상 연소 상태를 보다 더 정확하게 감지할 수 있는 보일러 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은;

소정 공간으로 밀폐된 버너와, 상기 버너의 일측에 장착되어 연소에 필요한 공기를 공급하는 팬과, 상기 팬의 소정 부위에 구비되어 상기 공급 공기량을 감지하는 풍량센서와, 상기 버너의 저면부에 마련되어 불꽃을 점화시키는 점화부와, 상기 버너에 마련되어 상기 불꽃의 화염을 감지하는 화염감지수단 및; 상기 풍량센서 및 화염감지수단의 전기 신호를 입력받아 각종 제어신호를 출력하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 화염감지수단은; 상기 버너의 일측에 마련되어 상기 불꽃과 직접 접촉됨에 따라 그 불꽃의 크기를 감지하는 프레임로드인 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임로드는 전도성이 좋은 금속재질인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 화염감지수단은 상기 버너의 타측에 마련되어 상기 불꽃의 화염을 감지하는 적외선센서 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 적외선 센서는 불꽃의 크기에 따라 그 출력 전압값을 달리하는 포토트랜지스터인 것을 특징으로 한다.

본 발명이 적용되는 보일러의 화염 이상 연소 상태를 감지하는 방법은;

(S1) 버너에 공급될 공기량을 팬을 통해 공급하는 공기공급 단계와, (S2) 상기 단계 (S1)을 통해 이루어지는 적정 공기량 체크(check)를 풍량센서를 통해 확인하는 단계와, (S3) 상기 단계 (S2)가 유지되는 상태에서 점화부를 통해 불꽃이 점화되면 그 불꽃의 화염상태를 화염감지수단을 통해 감지하는 단계와, (S4) 상기 단계 (S3)를 통해 감지된 화염의 크기를 해당 전압값으로 변환함과 동시에 그 전압값을 마이컴에 입력하여 기 설정된 목표값과 비교하는 단계와, (S5) 상기 단계 (S4)를 통해 실제 전압값과 기 설정된 목표 전압값의 편차가 기준치 이상이면 상기 마이컴에서 풍량센서의 오동작으로 판단하는 단계와, (S6) 상기 단계 (S5)에서 상기 마이컴이 풍량센서의 오동작으로 판단하면 연소상태 이상으로 에러 메세지를 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단계 (S3)는; (S3a) 상기 화염감지수단이 불꽃과 직접 접촉하는 프레임로드 방식으로 선택되는 단계와, (S3a) 상기 화염감지수단이 상기 불꽃의 열 량을 통해 감지하는 적외선센서 방식으로 선택되는 단계와, (S3c) 상기 단계 (S3a) 또는 (S3a) 중에 어느 하나의 방식을 선택하거나 두 방식 모두를 동시에 사용하는지 여부를 사용자가 판단하여 프로그램을 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단계 (S3c) 이후에 사용자는 화염의 열량(kcal), 전류(mA), 전압(V), 연소중단(공기과잉), 연소중단(공기부족)에 해당하는 설정값을 테이블화하여 상기 마이컴에 입력하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단계 (S5)는; (S5a) 상기 화염감지수단을 통해 검출된 신호가 사용자가 설정한 열량 대비 폭표 값과의 허용오차 범위에 해당되는지의 여부를 판별하는 단계와, (S5b) 상기 단계 (S5a)를 통한 판별결과 허용오차 범위에 해당되면 정상 운전되는 단계와, (S5c) 상기 단계 (S5b)를 통한 판별결과 허용오차 범위에 해당되지 않으면 일정 시간(time)동안 계속 그 허용오차 범위 내에 해당되는가를 판별하되, 설정 시간(time)이 지나도 목표값에 해당되지 않는 것으로 판단되면 연소를 중단하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 가스 보일러의 내부 단면도로서, 이하에서는 공기량 제어를 통해 안정적인 연소 상태를 제어하기 위해 필요한 장치 즉, 본 발명에 적용되는 핵심 장치들을 중심으로 설명하기로 한다.

본 발명의 가스 보일러(10)는 소정 공간으로 밀폐된 버너(20)와, 상기 버너 (20)의 일측에 장착되어 연소에 필요한 공기를 공급하는 팬(30)과, 상기 팬(30)의 소정 부위에 구비되어 상기 공기 공급량을 감지하는 풍량센서(APS)(40)가 구비된다. 상기 버너(20)의 저면부에는 가스공급관(50)에 연결되어 연소시 불꽃(22)을 점화시키는 점화부(26)가 구비된다. 한편, 상기 버너(20)에는 화염 감지 수단(80)이 마련된다. 상세하게 설명하면, 상기 버너(20)의 일측에는 상기 점화부(26)로부터 일정 간격 위로 배치되게 장착되어 상기 불꽃(22)과 직접 접촉되어 화염을 감지하는 제1감지수단인 프레임로드(60)가 배치되고 타측에는 제2감지수단인 적외선 센서(70)가 배치되되, 상기 적외선 센서(70)는 상기 프레임로드(60)와 대략 평행한 위치에 배치시켜 상기 불꽃의 화염을 정확하게 감지토록 한다.

상기 프레임로드(60)는 전도율이 좋은 통상의 금속막대를 사용하며, 상기 적외선 센서(70)는 화염의 열량에 따라 그 해당 출력값을 달리 하는 포토트랜지스를 사용함이 바람직하다. 한편, 본 발명이 적용되는 가스 보일러(10)의 모든 제어는 제어장치(90)를 통해 이루어진다.

도 1과 도2를 참조하면, 본 발명의 보일러는 버너(20)의 일측에 구비되어 불꽃(22)의 화염을 감지하는 제1감지수단인 금속 막대 형상의 프레임로드(60)와, 상기 버너(20)의 타측에 구비되어 불꽃의 화염을 보다 더 정확하게 감지하는 제2감지수단인 적외선센서(70)와, 버너(20)에 공급되는 공기량을 감지하는 풍량센서(40)와, 상기 풍량센서(40)와, 프레임로드(60) 및 적외선센서(70)의 전기적 신호를 입력받아 사용자로부터 설정된 데이터값과 비교 연산하여 각종 제어신호를 출력하는 마이컴(100)과, 상기 마이컴(100)의 출력부에는 제어신호를 입력받아 회전하는 팬 (30)과, 불안정한 연소 시 이상신호를 알리기 위한 표시부(120)가 구성된다. 또한 상기 마이컴(100)을 통한 각종 연산 제어 값을 저장하는 메모리(110)가 구성된다.

이하, 상기 화염감지수단인 프레임로드와 적외선 센서의 동작을 보다 더 구체적으로 설명한다.

상기 프레임로드(60)는 금속 막대 형상을 가지며 화염이 전류를 한 방향으로 흐르게 하는 특성을 이용한 것으로, 이는 화염이 금속막대를 통해 전류를 한 방향으로 흐르게 하여 불꽃의 유무를 직접 감지한다. 결국, 화염의 크기(금속막대에 접촉하는 화염의 크기)에 따라 전류량이 다르게 되어 이를 통해 상기 마이컴(100)의 입력 전압을 상이하게 하여 불안정한 연소 상태임을 감지하게 된다.

즉, 풍량센서(40)의 고장으로 공기가 과잉공급 되면, 화염의 크기가 작게 되고, 금속막대를 통한 화염의 전류가 작아지게 됨에 따라 상기 마이컴(100)으로 입력되는 전압이 작아지게 된다. 반대로, 공기가 부족하게 되면 화염이 길어지게 되고, 이에 따라 화염의 전류가 커지게 되어 상기 마이컴(100)으로의 입력 전압이 커지게 된다. 이렇게 함으로써, 상기 풍량센서(40)의 고장 여부를 보다 더 정확하게 판단할 수 있게 되는 것이다.

이와 다른 방법으로 적외선센서 즉, 포토트랜지스터의 경우는 다음과 같다.

먼저, 상기 포토트랜지스터를 이용하여 풍량센서(40)의 고장 상태를 감지하는 방법을 구현하기 위해서 각 열량 별로 연소를 중단해야 될 정도의 화염 상태의 과잉 공기 및 공기 부족 상태의 전압값을 테이블 화하여 상기 마이컴(100)에 입력한 후, 연소 중 해당되는 전압(정상 운전값이 아닌 값)이 입력되었을 시 연소를 중 단함과 동시에 상기 풍량센서(40)의 이상으로 판단하여 에러를 표시하는 방법으로 제어된다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 화염 감지 제어 방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

먼저, 보일러(10)가 정상으로 운전되는지의 여부를 마이컴(100)에서 확인하게 된다.(200) 보일러의 여러 가지 동작 사항 중에서도 특히, 풍량센서(40)가 정상으로 동작하고 있는지 여부를 물어서 정상동작이 아니라고 판단되면, 연소를 중단함(300)과 동시에 에러표시(310)를 하면 되고, 정상동작으로 판단되면, 연소 상태가 정상으로 이루어지고 있는지(230) 여부를 물어서 연소상태가 정상이면 정상운전(200)으로 판단하고 만약, 정상이 아니라고 판단되면, 설정시간 동안 유지되는가? 여부를 판단한다.(240) 즉, 소정의 시간동안 정상이 아닌 상태인지를 확인한 후 연소를 중단함(300)과 동시에 에러표시(310)를 한다.

더욱 상세하게 설명하면, 보일러(10)가 연소를 하기 위해 소정의 절차를 통해 연소가 이루어진 후, 먼저 풍량센서(40)가 마이컴(100)에 저장된 열량별 풍량센서의 기준값을 비교하여 정상동작인지 아닌지 판단한다.(210) 만약 정상이 아닌 경우 소정의 시간동안 그 상태가 계속 유지되면(220), 연소를 중단함과 동시에 에러표시를 하게 된다. 정상동작이면 연소상태를 감지하는 프레임로드(60)나 적외선센서(70)에 의해 미리 설정된 열량 대비 연소상태 기준값을 비교하게 된다. 연소상태 기준값은 공기과잉 또는 공기부족에 따라 연소상태를 유지할 수 있는 기준값으로서 그 값에서 벗어나게 되면 정상이 아니라고 판단하게 된다. 따라서 마이컴(100)에 미리 설정된 연소상태 기준값을 비교하여 정상인지 아닌지를 판단하게 된다. 정상동작으로 판단되면 정상적으로 운전됨은 당연하며, 정상동작이 아니면 설정 시간(time)동안(예를 들어 5초) 계속 연소상태 기준값을 벗어나는 것으로 유지가 되면 연소를 중단(300)하게 되며, 설정 시간(time)내에 검출값의 변화로 연소상태 기준값의 범위 내에 해당되면 정상운전 되는 것으로 판단하게 된다.

결국, 연소상태 기준값은 상기 마이컴(100)에 설정한 데이터 값에 해당됨과 동시에 일정 시간(time)이 지날 때까지도 기준값으로 부터의 허용범위를 벗어나면 풍량센서(40)의 오동작으로 판별함과 아울러 연소를 중단(300)하게 되는 것이다.

한편, 사용자는 상기 프레임로드(60) 방식과 적외선센서(70)를 이용하는 방식 중에 어느 하나를 선택하여 적용할 수 있고 두개의 방식 모두를 동시에 사용하여 풍량센서(40)의 이상 여부를 보다 더 정확하게 감지함에 따라 보일러의 효율성을 보다 높게 증진시킬 수 있는 것이다.

이와 같이, 화염감지수단인(80) 프레임로드(60) 또는 적외선 센서(70)를 통해 풍량센서(40)의 오동작을 정확하게 판별함에 따라 종래 홀 센서를 이용한 팬의 회전수 검출로 풍량센서의 오동작을 판별할 때 보다 더 정확한 데이터를 검출할 수 있게 된다.

아울러, 홀센서를 쓰지 않을 수 있어 그 만큼 단가가 낮아지고 상기 기술을 수행하기 위해 별도로 장치를 추가할 필요 없이 현재 사용하고 있는 화염감지 장치인 프레임로드(60) 또는 적외선센서(70)를 그대로 이용함으로써 원가절감의 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일 실시 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 미친다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 종래 사용했던 홀 센서를 사용하지 않음으로써 원가를 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 연소의 상태를 직접 파악하여 풍량센서의 고장을 감지함에 따라 보다 정확한 풍량센서 고장을 감지 할 수 있음은 물론 이를 통해 더욱 안정적인 보일러의 운전을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

소정 공간으로 밀폐된 버너와,

상기 버너의 일측에 장착되어 연소에 필요한 공기를 공급하는 팬과,

상기 팬의 소정 부위에 구비되어 상기 공급 공기량을 감지하는 풍량센서와,

상기 버너의 저면부에 마련되어 불꽃을 점화시키는 점화부와,

상기 버너에 마련되어 상기 불꽃의 화염을 감지하는 화염감지수단 및;

상기 풍량센서 및 화염감지수단의 전기 신호를 입력받아 각종 제어신호를 출력하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러.
제1항에 있어서,

상기 화염감지수단은;

상기 버너의 일측에 마련되어 상기 불꽃과 직접 접촉됨에 따라 그 불꽃의 크기를 감지하는 프레임로드인 특징으로 하는 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러.
제2항에 있어서,

상기 프레임로드는 전도성이 좋은 금속재질인 것을 특징으로 하는 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러.
제1항에 있어서,

상기 화염감지수단은;

상기 버너의 타측에 마련되어 상기 불꽃의 화염을 감지하는 적외선센서 인 것을 특징으로 하는 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러.
제4항에 있어서,

상기 적외선 센서는 불꽃의 크기에 따라 그 출력 전압값을 달리하는 포토트랜지스터인 것을 특징으로 하는 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러.
(S1) 버너에 공급될 공기량을 팬을 통해 공급하는 공기공급 단계;

(S2) 상기 단계 (S1)을 통해 이루어지는 적정 공기량 체크(check)를 풍량센서를 통해 검출하는 단계;

(S3) 상기 단계 (S2)가 유지되는 상태에서 점화부를 통해 불꽃이 점화되면 그 불꽃의 화염상태를 화염감지수단을 통해 지속적으로 감지하는 단계;

(S4) 상기 단계 (S3)를 통해 감지된 화염의 크기를 해당 전압값으로 변환함과 동시에 그 전압값을 마이컴에 입력하여 기 설정된 목표값과 비교하는 단계;

(S5) 상기 단계 (S4)를 통해 실제 전압값과 기 설정된 목표 전압값의 편차가 기준치 이상이면 상기 마이컴에서 풍량센서의 오동작으로 판단하여 연소를 중단하는 단계;

(S6) 상기 단계 (S5)에서 상기 마이컴이 풍량센서의 오동작으로 판단되면 연소상태 이상으로 에러 메세지를 표시하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러의 제어방법.
제6항에 있어서,

상기 단계 (S3)는;

(S3a) 상기 화염감지수단이 불꽃과 직접 접촉하는 프레임로드 방식으로 선택되는 단계;

(S3a) 상기 화염감지수단이 상기 불꽃의 열량을 통해 감지하는 적외선센서 방식으로 선택되는 단계;

(S3c) 상기 단계 (S3a) 또는 (S3a) 중에 어느 하나의 방식을 선택하거나 두 방식 모두를 동시에 사용하는지 여부를 사용자가 판단하여 프로그램을 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러의 제어방법.
제7항에 있어서,

상기 단계 (S3c) 이후에 사용자는 화염의 열량(kcal), 전류(mA), 전압(V), 연소중단(공기과잉), 연소중단(공기부족)에 해당하는 설정값을 테이블화하여 상기 마이컴에 입력하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러의 제어방법.
제6항에 있어서,

상기 단계 (S5)는;

(S5a) 상기 화염감지수단을 통해 검출된 신호가 사용자가 설정한 열량 대비 폭표 값과의 허용오차 범위에 해당되는지의 여부를 판별하는 단계;

(S5b) 상기 단계 (S5a)를 통한 판별결과 허용오차 범위에 해당되면 정상 운전으로 판별하는 단계;

(S5c) 상기 단계 (S5b)를 통한 판별결과 허용오차 범위에 해당되지 않으면 일정 시간(time)동안 계속 그 허용오차 범위 내에 해당되는가를 판별하되, 설정 시간(time)이 지나도 목표값(기준값)에 해당되지 않는 것으로 판단되면 연소를 중단하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍량센서와 화염감지수단을 통해 이상 연소 상태를 감지하는 보일러의 제어방법.