KR20150045440A - 가열 장치의 조절 방법 및 가열 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가열 장치의 조절 방법 및 가열 장치에 관한 것이며, 상기 가열 장치는 연소실을 포함하고, 연소 공기가 제어 가능한 송풍기에 의해 상기 연소실 내로 도입된다. 여기서, 송풍기 휠의 회전 속도가 검출된다. 본 발명의 과제는 적은 비용으로 공기 체적 유량을 검출을 가능하게 하는 것이다. 본 발명에 따른 방법은 송풍기의 정압 및/또는 파워 소비가 결정되고, 연소 공기의 체적 유량은 정압 또는 파워 소비와 함께 회전 속도를 기초로 결정되는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 가열 장치는 회전 속도 센서와 압력 센서 및/또는 파워 센서를 포함한다.

Description

가열 장치의 조절 방법 및 가열 장치{METHOD FOR REGULATING A HEATING DEVICE, AND HEATING DEVICE}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 가열 장치의 조절 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 실시하기 위한 가열 장치에 관한 것이다.
이러한 가열 장치는 가열 매체를 가열하기 위해 사용되며, 일반적으로 가열 수(heating water)가 사용된다. 가열 장치는 연료, 예를 들면 가스가 연소되는 연소실을 포함한다. 이 경우, 연소 공기는 송풍기를 통해 공급된다. 방출되는 열은 열 교환기 내에서 가열 매체로 전달된다.
깨끗한 연소를 위해, 공급된 연소 공기 체적 및 공급된 연료량의 정확한 비율이 중요하다. 너무 적은 공기가 공급되면, 연료는 불완전 연소될 수 있다. 이로 인해, 특히 일산화탄소 및 탄화수소의 높은 유해 물질 배출이 나타난다. 너무 많은 공기가 공급되면, 연소가 냉각되고, 이것도 증가된 유해 물질 배출을 야기한다.
통상적으로 공급되는 연소 공기량의 제어는 송풍기의 적절한 제어에 의해 이루어진다. 송풍기는 일반적으로 송풍기 휠을 포함하고, 상기 송풍기 휠의 회전 속도는 연소 공기의 체적 유량에, 즉 단위 시간당 체적에 영향을 준다. 이 경우, 체적 유량이 모니터링될 수 있다.
차압 측정에 의해 체적 유량을 결정하는 것은 공지되어 있다. 이를 위해 예를 들면 2개의 상이한 측정점에서 압력을 검출하는 것이 DE 10 159 033 A1에 제시된다. 2개의 측정점 사이에서 속도 차이로 인해 연소 공기의 정압이 부분적으로 동압으로 변환되기 때문에 측정점들 사이에 차압이 측정될 수 있다. 그로부터 공지된 방식으로 체적 유량이 결정될 수 있다. 추가로, 송풍기 휠의 회전 속도가 측정되며 장치 설계를 고려해서 체적 유량이 결정된다. 따라서, 중복(redundant) 제어 시스템이 주어진다.
상기 방법들은 특별한 공기 안내 및 다수의 측정을 필요로 한다. 따라서, 비교적 복잡하므로 비용이 높다. 측정 결과들은 예를 들면 오염에 의해 또는 파라미터 변동에 의해 왜곡될 수 있다. 또한, 드리프트 현상 및 다른 에이징 현상의 문제가 있다.
DE 19 945 562 A2에는 차량 가열 장치의 모니터링 및/또는 조절을 위한 방법이 개시되며, 송풍기의 회전 속도는 연소 공기의 체적 유량을 제어하기 위해 조절된다. 이 경우, 연소실에서의 연소는 압력 센서 또는 음압 센서에 의해 모니터링된다.
DE 10 2005 011 021 A1에는 신선한 공기-배기 가스 라인 시스템의 개별 압력 손실에 따라 송풍기 지원식 가열 장치의 열 출력을 조정하기 위한 방법이 개시되어 있고, 이 경우 송풍기 회전 속도 및 송풍기 출력이 검출된다. 송풍기 회전 속도 대 측정된 송풍기 출력의 비율이 미리 정해질 수 있는 범위 내에 있지 않으면, 에러 메시지가 출력된다.
또한, 가열 와이어 센서에 의해 질량 유량을 검출하는 것은 공지되어 있다. 그러나, 이는 비교적 많은 비용을 필요로 하고 민감하다. 이 경우 종종 드리프트 현상이 나타난다.
본 발명의 과제는 선행 기술의 단점을 없애고 특히, 적은 비용으로 가열 장치의 조절을 가능하게 하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 제시된다.
청구항 제 1 항에 따라 송풍기의 정압 및/또는 파워 소비가 결정되고, 연소 공기의 체적 유량은 상기 정압 및/또는 상기 파워 소비와 함께 회전 속도에 의해 결정된다. 회전 속도 검출은 가변적으로 제어 가능한 송풍기에서 일반적으로 이루어진다. 추가로, 송풍기의 정압 및/또는 파워 소비를 검출하기 위한 단 하나의 센서만이 제공되면 된다. 이는 매우 적은 비용으로 구현될 수 있다. 이러한 센서는 대량 생산품으로서 매우 경제적으로 구매 가능하다.
바람직하게는 압력 계수 및/또는 파워 계수용 기준 값들이 기준 송풍기에서의 체적 유량 계수에 따라 결정되고, 상기 기준 값들은 체적 유량의 결정시 고려된다. 압력 계수(H)는 송풍기 휠의 중력 가속도(g), 회전 속도(N), 직경(D) 및 정압(h)에 의해 결정되며, 하기 식에 따라 계산된다:
Figure pct00001
중력 가속도(g)는 상수이며 송풍기 휠의 직경은 공지된, 불변 값이기 때문에, 정압 및 회전 속도의 측정 후 압력 계수가 결정될 수 있다.
파워 계수(P)는 파워 소비(W), 연소 공기의 밀도(ρ), 회전 속도(N), 직경(D)에 따라 결정되고, 하기 식에 따라 계산된다:
Figure pct00002
연소 공기의 밀도는 근사적으로 일정한 것으로 간주될 수 있다. 정확도를 높이기 위해, 밀도가 추가로 검출될 수 있다. 송풍기 휠의 직경은 일정하다. 회전 속도 및 파워 소비의 검출에 의해, 파워 계수가 간단히 계산될 수 있다.
압력 계수 및 파워 계수의 2차 함수인 체적 유량 계수(F)는 체적 유량
Figure pct00003
, 회전 속도(N) 및 직경(D)에 따라 결정되고, 하기 식에 따라 계산된다:
Figure pct00004
측정된 회전 속도 및 측정된 파워 소비 또는 결정된 정압을 기초로 각각 계산된 압력 계수 또는 파워 계수에 대해, 기하학적으로 유사한 송풍기에서 얻어졌고 예를 들면 특성 곡선의 형태로 저장된 기준값을 기초로, 체적 유량 계수가 결정된다. 그로부터, 비교적 간단히 체적 유량이 상기 식(3)에 따라 결정된다. 체적 유량은 비교적 적은 비용으로 결정될 수 있다. 동작 신뢰도를 높이기 위해, 체적 유량은 경우에 따라 2개의 방법으로 동시에 결정된다. 즉, 한편으로는 파워 소비의 측정에 의해 그리고 다른 한편으로는 정압의 검출에 의해 결정된다. 체적 유량을 충분한 정확도로 결정하기 위해, 레이놀즈 수가 충분히 커야하며 점성의 영향이 작아야 한다. 이는 일반적으로 주어진다.
바람직하게는 송풍기의 파워 소비는 전기 송풍기 모터에 의해 소비되는 전력으로부터 결정되고, 효율이 고려된다. 전력 소비를 검출하는 것은 송풍기 휠의 기계적 파워를 결정하는 것보다 적은 비용을 필요로 한다. 이 경우, 기계적 파워는 부하 및 모터 속도에 의존하는 효율과 전력에 따라 결정된다. 상기 효율은 예를 들면 테스트에 의해 결정되어 제어부에 저장될 수 있다. 전력 소비와 기계적 파워 사이의 관계는 다음과 같이 표시되고, 하기 식에서 ηe 는 예를 들면 모터 속도와 부하에 의존하는 효율을 나타낸다:
Figure pct00005
바람직하게, 정압은 유동 방향으로 볼 때 송풍기 후방에서 검출된다. 송풍기의 스위치 오프 시에, 실제 공기압이 검출될 수 있는 한편, 작동 중에는 연소 공기의 정압이 비교적 정확히 측정될 수 있다.
상기 과제는 청구항 제 6 항의 특징을 포함하는 방법을 실시하기 위한 가열 장치에 의해 해결된다.
상기 가열 장치는 가열 매체, 특히 가열 수의 가열을 위해 사용되고, 연소실을 포함하며, 연소실 내에는 송풍기를 통해 연소 공기가 그리고 공급 라인을 통해 연료가 공급될 수 있다. 가열 장치는 회전 속도 센서 및 압력 센서 및/또는 파워 센서를 포함한다. 연소 공기의 체적 유량의 측정에 의해, 연소가 양호하게 조절될 수 있다. 특히, 공급된 연소 공기 체적은 공급된 연료량에 따라 조정될 수 있다. 따라서, 최적의 연소가 보장된다.
본 발명에 의해, 선행 기술의 단점이 나타나지 않고 특히, 적은 비용으로 가열 장치의 조절이 가능해진다.
이하, 본 발명이 도면과 관련한 여러 실시예로 상세히 설명된다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 가열 장치의 개략도.
도 2는 제 2 실시예에 따른 가열 장치의 개략도.
도 3은 파워 계수 특성 곡선 및 압력 계수 특성 곡선을 나타낸 다이어그램.
도 1에는 송풍기(1), 버너, 열 교환기(3), 배출 채널(4) 및 배출 관(5)을 포함하는 가열 장치가 개략적으로 도시된다. 연소 공기는 송풍기(1)에 의해 가열 장치의 연소실 내로 송출된다. 연소실 내에 버너(2) 및 열 교환기(3)가 배치된다. 연료, 예를 들면 가스가 버너(2)로 송출된다. 그러나, 이는 도시되지 않는다. 송풍기(1)에 에너지 공급을 위해, 송풍기는 공급 인터페이스(1.2)를 포함한다.
열 교환기(3) 내에는 버너에서 방출되는 열이 가열 매체, 예를 들면 가열 수(heating water)로 전달된다.
깨끗한 그리고 배출 가스가 적은 연소를 위해, 공급되는 연소 공기 체적이 공급되는 연료량에 따라 조정되어야 한다. 체적 유량은 송풍기(1)의 회전 속도에 의해 실질적으로 영향을 받는다. 송풍기 휠의 회전 속도는 예를 들면 홀 센서로서 형성된 회전 속도 센서(1.1)에 의해 검출된다. 송풍기(1)와 버너(2) 사이의 연소 공기의 정압은 압력 센서(1.3)에 의해 검출된다.
압력 센서(1.3) 및 회전 속도 센서(1.1)는 제어부(6)와 연결되고, 상기 제어부는 송풍기 휠의 회전 속도 및 정압에 대한 검출된 값을 기초로 체적 유량을 계산한다. 이를 위해, 제어부(6)는 압력 계수, 파워 계수 및 체적 유량 계수에 대한 기준값들이 특성 곡선의 형태로 저장된 메모리를 포함한다. 상기 기준값들은 기준 송풍기에서 검출되어 유사한 기하학적 치수를 가진 송풍기에 적용될 수 있다. 체적 유량의 결정은 회전 속도 및 정압의 검출에 의해 비교적 간단하게 이루어질 수 있다.
도 2는 도 1에 비해 약간 변형된 실시예를 도시한다. 동일한 그리고 서로 상응하는 부품들은 동일한 도면 부호로 표시된다.
회전 속도 센서(1.1)에 의한 송풍기 휠의 회전 속도의 검출과 더불어, 이 실시예에서는 파워 소비가 파워 센서에 의해 측정되어 제어부(6)에 제공된다. 이 경우, 송풍기(1)의 모터에 공급되는 전력의 측정이 이루어진다. 상기 파워 및 회전 속도를 기초로, 제어부는 송풍기(1)를 통해 버너(2) 내로 또는 연소실 내로 안내되는 체적 유량을 계산한다.
도 3은 압력 계수(H)가 제 1 특성 곡선으로 그리고 파워 계수(P)가 제 2 특성 곡선으로 각각 체적 유량 계수(F)에 대해 도시된 다이어그램이다. 상기 특성 곡선은 기준값들로부터 검출된 특성 곡선이다.
회전 속도 및 정압의 검출에 의해, 상기 식(1)에 따라 압력 계수를 결정하는 것이 가능하다. 도 3에 따른 특성 곡선으로부터 체적 유량 계수가 판독될 수 있고 그로부터 상기 식(3)에 의해 체적 유량이 계산된다.
상응하는 방식으로, 회전 속도 및 소비된 파워의 검출에 의해 상기 식(2)에 따라 파워 계수가 검출될 수 있고, 도 3의 특성 곡선을 기초로 해당 체적 유량 계수가 결정된다. 이로부터 상기 식(3)에 따라 체적 유량이 계산될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 가열 장치는 적은 비용으로 체적 유량의 검출을 가능하게 한다. 이 경우, 단 2개의 센서, 즉 회전 속도 센서 및 압력 센서 또는 회전 속도 센서 및 파워 센서만이 필요하다. 또한, 계산은 고정적으로저장된 값들 및 종속성에 의해 이루어진다. 따라서, 체적 유량의 결정은 낮은 에러 빈도만을 갖는다. 결과적으로, 깨끗하고 배출 가스 적은 연소가 보장될 수 있다.
1 송풍기
1.1 회전 속도 센서
1.3 압력 센서
1.4 파워 센서

Claims (6)

  1. 가열 장치의 조절 방법으로서, 상기 가열 장치는 연소실을 포함하고, 연소 공기가 송풍기 휠을 가진 제어 가능한 송풍기에 의해 상기 연소실 내로 도입되고, 상기 송풍기 휠의 회전 속도가 검출되는, 가열 장치의 조절 방법에 있어서,
    상기 송풍기의 정압 및/또는 파워 소비가 결정되고, 상기 연소 공기의 체적 유량은 상기 정압 또는 상기 파워 소비와 함께 상기 회전 속도를 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 가열 장치의 조절 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 압력 계수 및/또는 파워 계수에 대한 기준 값들이 체적 유량 계수에 따라 결정되고, 상기 기준 값들은 상기 체적 유량의 결정시 고려되는 것을 특징으로 하는 가열 장치의 조절 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 값들은 압력 계수 특성 곡선 및/또는 파워 계수 특성 곡선의 형태로 저장되는 것을 특징으로 하는 가열 장치의 조절 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송풍기의 상기 파워 소비는 전기 송풍기 모터에 의해 소비되는 전력으로부터 결정되고, 효율이 고려되는 것을 특징으로 하는 가열 장치의 조절 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정압은 유동 방향으로 볼 때 상기 송풍기 후방에서 검출되는 것을 특징으로 하는 가열 장치의 조절 방법.
  6. 가열 매체, 특히 가열 수를 가열하기 위한 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 가열 장치로서, 연소실을 포함하고, 송풍기(1)를 통해 연소 공기가 그리고 공급 라인을 통해 연료가 상기 연소실 내로 공급될 수 있는, 가열 장치에 있어서,
    상기 가열 장치는 회전 속도 센서(1.1) 및 압력 센서(1.3) 및/또는 파워 센서(1.4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
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