KR20190060236A - 화염 측정이 가능한 연소장치 및 그 제어방법 - Google Patents

화염 측정이 가능한 연소장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화염의 전기적 특성을 측정하는 화염전류측정부와 화염의 광학적 특성을 측정하는 화염광세기측정부가 상호보완적으로 기능하여 최적의 공연비를 유지하는 화염 측정이 가능한 연소장치 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 화염 측정이 가능한 연소장치는, 연료와 공기가 연소하여 화염이 발생하는 버너와, 상기 화염의 화염전류값을 측정하는 화염전류측정부와, 상기 화염에서 발생하는 광의 세기를 측정하는 화염광세기측정부와, 상기 화염전류측정부에서 측정된 상기 화염전류값이 기설정된 화염전류값 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하고 상기 화염광세기측정부에서 측정된 상기 광 세기가 기설정된 광 세기 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

Description

화염 측정이 가능한 연소장치 및 그 제어방법{Combustion apparatus capable of flame measurement and the method thereof}
본 발명은 화염 측정이 가능한 연소장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화염의 전기적 특성을 측정하는 화염전류측정부와 화염의 광학적 특성을 측정하는 화염광세기측정부가 상호보완적으로 기능하여 최적의 공연비를 유지하도록 함으로써 최적의 공연비 유지의 내구성과 신뢰성을 높인 화염 측정이 가능한 연소장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
연료가 연소하여 화염과 열에너지를 발생시키는 연소장치에는, 연소에 필요한 연료와 공기가 공급된다.
연소에 공급되는 연료와 공기의 비를 공연비라 하며, 연료와 공기가 완전연소를 위한 최적의 공연비를 유지할 때 연소의 효율이 최고가 된다.
이를 위해 각 연소장치에는 공연비가 최적의 공연비를 이루도록 하는 최적의 공연비 유지 수단이 구비되며, 최적의 공연비 유지 수단에는 화염의 전기적 특성을 이용하는 수단과 광학적 특성을 이용하는 수단 등이 있다.
일반적으로 이용되는 수단으로 화염의 전기적 특성을 이용하는 플래임로드(flame rod)가 있다.
플래임로드는 버너의 분사구 근처의 화염 속에 전극을 두고 여기에 전압을 걸어 흐르는 전류를 측정하는 장치이다.
플래임로드로부터 측정되는 화염으로부터 발생하는 전류값을 화염전류값이라고 하며, 최적의 공연비를 이루는 상태에서의 화염전류값을 화염전류값 기준이라 할 수 있다.
플래임로드를 이용한 최적의 공연비 유지는, 화염전류값을 측정하여 기설정된 화염전류값 기준과 비교하고, 측정된 화염전류값이 화염전류값 기준을 만족하지 않는 경우 공연비를 보정하는 과정으로 이루어진다.
플래임로드는 화염 속에 설치되어 소손되기 쉬워 내구성이 약하다는 단점이 있으며, 플래임로드의 노후로 소손이 진행되면 소손되기 전과 같은 조건의 공연비가 유지되더라도 측정되는 화염전류값이 달라져, 화염전류값 기준을 교정하는 작업이 수행된다.
즉, 플래임로드의 노후가 진행됨에 따라 연소수행시 교정작업의 필요성을 판단하고, 필요시 교정작업을 수행해야 하는 불편함이 있었다.
또한, 화염전류값과 화염전류값 기준을 비교하는 한 가지 수단을 통해 최적의 공기비를 유지함으로써 최적의 공기비 유지에 대한 신뢰도와 정확도가 보장되지 않는 문제점이 있었다.
상기와 같이 화염의 전기적 특성을 이용하여 최적의 공연비를 유지하는 연소장치 및 그 제어방법에 대한 발명으로는 대한민국 공개특허 10-2016-0021496가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두 가지 최적의 공연비 유지 수단이 상호보완적으로 기능함으로써 안정적으로 최적의 공연비를 유지할 수 있는 연소장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 화염전류값 기준 교정을 자체적으로 수행하도록 하여 편의성을 높인 연소장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 화염전류값 기준 교정을 자체적으로 수행하도록 함으로써 최적의 공연비 유지에 있어 내구성을 높인 연소장치 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 화염전류값 기준 교정이 실시간으로 이루어지도록 하여 화염전류값 기준 오류 발생에 즉각적으로 대응함으로써 최적의 공연비를 항시 유지하는 연소장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 화염 측정이 가능한 연소장치는, 연료와 공기가 연소하여 화염이 발생하는 버너와, 상기 화염의 화염전류값을 측정하는 화염전류측정부와, 상기 화염에서 발생하는 광의 세기를 측정하는 화염광세기측정부와, 상기 화염전류측정부에서 측정된 상기 화염전류값이 기설정된 화염전류값 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하고 상기 화염광세기측정부에서 측정된 상기 광 세기가 기설정된 광 세기 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
상기 화염광세기측정부는 상기 화염에서 발생하는 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기를 측정하며, 상기 제어부는 상기 화염광세기측정부에서 측정된 상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기의 비가 상기 광 세기 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하도록 이루어질 수 있다.
상기 화염광세기측정부는, 상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광만을 통과시키는 광학필터와, 상기 광학필터를 통과하는 상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기를 측정하는 광학센서를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광은 이산화탄소(C2) 라디칼의 광과 탄화수소(CH) 라디칼이 발하는 광일 수 있다.
상기 제어부는, 비정상연소로 판단될시 상기 버너에 공급되는 상기 연료 또는 상기 공기의 양을 조절하도록 할 수 있다.
상기 화염전류측정부는, 상기 화염의 전기적 성질을 이용하여 상기 화염 속에 전극을 두고 전압을 걸어 발생하는 화염전류값을 측정하는 플래임로드일 수 있다.
본 발명의 화염 측정이 가능한 연소장치의 제어방법은, a) 버너에서 연료를 연소하여 화염을 발생시키는 단계와, b) 화염전류측정부에서 상기 화염의 화염전류값을 측정하고, 제어부는 상기 측정된 화염전류값이 기설정된 화염전류값 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는 단계와, c) 화염광세기측정부에서 상기 화염에서 발생하는 광의 세기를 측정하고 제어부는 상기 측정된 광 세기가 기설정된 광 세기 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 화염광세기측정부는, 상기 화염에서 발생하는 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기를 측정하며, 상기 제어부는, 상기 화염광세기측정부에서 측정된 상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기의 비인 광 세기 비가 상기 광 세기 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하도록 할 수 있다.
상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광은 이산화탄소(C2) 라디칼의 광과 탄화수소(CH) 라디칼이 발하는 광일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 화염전류측정부의 상기 화염전류값 측정 가능 여부를 판단하고, 불가능 판단시 상기 화염광세기측정부의 광 세기 측정 가능 여부를 더 판단하여, 불가능 판단시 연소를 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계 c)는, 상기 단계 b)에서 상기 제어부가 정상연소 판단을 하는 경우 수행되도록 할 수 있다.
상기 단계 b)는, 상기 제어부가 비정상연소를 판단하는 경우, 상기 화염전류값이 상기 화염전류값 기준을 만족시키도록 상기 버너에 공급되는 상기 연료 또는 공기의 양을 조절하는 단계를 더 포함하도록 할 수 있다.
상기 단계 b)에서, 상기 제어부가 상기 화염전류값이 상기 화염전류값 기준을 만족시키는 것이 불가능하다고 판단하는 경우, 연소를 정지시키도록 할 수 있다.
상기 단계 c)는, 상기 제어부가 비정상연소를 판단하는 경우, 상기 광 세기가 상기 광 세기 기준을 만족시키도록 상기 버너에 공급되는 상기 연료 또는 공기의 양을 조절하고, 상기 광 세기가 상기 광 세기 기준을 만족시키면, 그때 측정된 화염전류값을 상기 화염전류값 기준에 대입하여 상기 화염전류값 기준을 교정하는 단계를 더 포함하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 화염 측정이 가능한 연소장치 및 그 제어방법에 의하면, 최적의 공연비를 유지하기 위해 상호보완적으로 기능하는 화염전류측정부와 화염광세기측정부를 구비하여 둘 중 하나의 기능이 불능이 되면 다른 하나를 이용하여 최적의 공연비를 유지함으로써 안정적인 연소를 수행하고 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 화염광세기측정부를 이용하여 최적의 공연비가 유지되는 상태에서 연소장치 내부에서 자체적으로 화염전류값 기준 교정이 수행되도록 함으로써 편의성을 높일 수 있다.
또한, 연소장치 내부에서 자체적으로 화염전류값 기준 교정이 수행되도록 함으로써 최적의 공연비 유지에 있어 내구성이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 화염광세기측정부를 이용하는 화염전류값 기준 교정이 실시간으로 이루어지도록 하여 화염전류값 기준 오류 발생에 즉각적으로 대응함으로써 최적의 공연비를 항시 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 화염 측정이 가능한 연소장치의 개략적인 구성도
도 2는 화염전류값과 람다값의 관계도
도 3은 광 세기비와 람다값의 관계도
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 화염 측정이 가능한 연소장치의 제어방법을 보여주는 순서도
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 화염 측정이 가능한 연소장치의 제어방법을 보여주는 순서도
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 화염 측정이 가능한 연소장치(1)에 대해 설명한다.
본 발명에 의한 화염 측정이 가능한 연소장치(1)는, 연료와 공기가 연소하여 화염(F)이 발생하는 버너(30)와, 상기 화염(F)의 화염전류값을 측정하는 화염전류측정부(110)와, 상기 화염(F)에서 발생하는 광의 세기를 측정하는 화염광세기측정부(120)와, 상기 화염전류측정부(110)에서 측정된 상기 화염전류값(C)이 기설정된 화염전류값 기준(C')을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하고, 상기 화염광세기측정부(120)에서 측정된 상기 광 세기가 기설정된 광 세기 기준(R')을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는 제어부(40)를 포함하여 이루어진다.
상기 연소장치(1)는 온수공급 또는 난방을 수행하는 보일러(미도시)에 구비될 수 있다.
상기 보일러에는 열교환기(미도시)가 구비되며, 상기 열교환기에 공급되는 물이 상기 연소장치(1)의 상기 버너(30)에서 발생하는 상기 화염(F)에 의해 가열된 후 온수공급처 또는 난방공급처로 유동하여 온수공급 또는 난방을 수행하도록 할 수 있다.
상기 연소장치(1)에는 상기 버너(30)에 연료를 공급하는 연료공급부(10)와 공기를 공급하는 공기공급부(20)가 구비될 수 있다.
상기 연료는 공기 속에서 용이하게 연소하여 열을 발생하는 기체나 액체 또는 고체일 수 있다. 일반적으로 고체연료로는 석탄 및 석탄을 가공한 코크스 또는 연탄 등이 이용되고, 액체연료로는 중유 또는 등유 등이 이용되며, 기체연료로는 함유된 성분에 따라 석탄가스, 일산화탄소, 수소, 메탄 등을 주성분으로 하는 석탄 가스계와, 프로판, 부탄 등의 포화 탄화수소 및 프로필렌, 부틸렌 등의 불포화 탄화수소를 주체로 하는 석유 가스계와, 자연에 존재하는 메탄을 주성분으로 하는 천연가스계, 도시 가스나 LPG와 같은 가공 가스계 등이 이용된다.
상기 버너(30)에서 연료가 연소되며 상기 화염(F)이 발생하며, 연료가 완전연소되기 위해서는 충분한 양의 산소 공급이 필요하다.
상기 버너(30)에 공급되는 연료와 공기의 비율인 공연비는 람다값(λ, lambda)으로 나타낼 수 있으며, 연료가 완전연소되는 최적의 공연비(O)를 만족하는 최적의 람다값(λ')을 이용하여 상기 공연비가 최적의 공연비(O)를 유지하도록 할 수 있다.
상기 최적의 공연비(O)는 연료의 종류와 공기 중의 산소량 등의 요인의 따라 달라질 수 있으며, 일반적으로 상기 최적의 람다값(λ')은 상기 람다값(λ)이 1 내지 1.4일 때로 형성된다.
상기 제어부(40)는, 상기 람다값(λ)이 상기 최적의 람다값(λ')을 만족하여 상기 공연비가 상기 최적의 공연비(O)를 이루는 경우 정상연소임을 판단하며, 상기 람다값(λ)이 상기 최적의 람다값(λ')을 만족하지 않는 경우 비정상연소임을 판단할 수 있다.
비정상연소임이 판단되는 경우, 상기 제어부(40)는, 상기 버너(30)에 공급되는 연료 또는 공기의 공급량을 조절하여 상기 람다값(λ)이 상기 최적의 람다값(λ')을 만족하도록 함으로써 상기 공연비가 상기 최적의 공연비(O)를 이루도록 보정할 수 있다.
기체연료를 이용하는 연소장치(1)의 경우, 상기 연료공급부(10)와 상기 공기공급부(20)로부터 공급되는 기체연료와 공기를 수용하여 혼합하는 예혼합부(미도시)가 더 구비될 수 있으며, 상기 예혼합부에서 균등하게 혼합된 혼합기체를 상기 버너(30)에 공급함으로써 안정적인 연소를 제공하도록 할 수 있다.
상기 화염전류측정부(110)와 상기 화염광세기측정부(120)는, 상기 제어부(40)가 상기 람다값(λ)을 실시간으로 파악하기 위해 구비되며, 상호보완적으로 기능하는데 그 특징이 있다.
상기 화염전류측정부(110)는, 전기적 성질을 가지는 상기 화염(F)으로부터 발생하는 화염전류값(C)을 측정하며, 상기 화염(F) 속에 전극을 두고 전압을 걸어 발생하는 전류를 측정하는 플래임로드일 수 있다.
상기 화염전류값(C)은, 도 2의 그래프에 O로 표시된 지점에서 상기 최적의 람다값(λ')을 만족하여 상기 최적의 공연비(O)를 이루게 된다.
이때의 상기 화염전류값(C)을 화염전류값 기준(C')이라 하며, 상기 제어부(40)는 실시간으로 측정되는 상기 화염전류값(C)을 수신하여 기설정된 화염전류값 기준(C')과 비교함으로써 정상연소 여부를 판단할 수 있다.
비정상연소임이 판단되는 경우, 상기 제어부(40)는, 실시간으로 측정되는 상기 화염전류값(C)을 지속적으로 수신하며 동시에 상기 버너(30)에 공급되는 연료 또는 공기의 공급량을 조절하여 상기 화염전류값(C)이 상기 화염전류값 기준(C')을 만족하도록 제어할 수 있다.
상기 화염광세기측정부(120)는, 상기 화염(F)의 광학적 성질을 이용하여 상기 화염(F)으로부터 발생하는 광의 세기를 측정한다.
상기 화염광세기측정부(120)는, 상기 화염(F)에서 발생하는 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기를 측정하도록 구비될 수 있으며, 상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기를 측정하는 광학센서(120-1,120-2)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 화염(F)과 상기 광학센서 (120-1,120-2) 사이에는 특정 파장영역의 광만 통과시키는 광학필터(미도시)가 구비되어, 상기 화염(F)에서 발생하는 광 중 상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광만이 상기 광학센서(120-1,120-2)에 감지되도록 할 수 있다.
상기 화염(F)이 발생하는 연소실(미도시) 외곽에는 상기 화염(F)을 관찰할 수 있도록 화염감시창(미도시)이 구비되며, 상기 광학필터는 상기 화염감시창에 부착되어 구비될 수 있다.
이때, 상기 광학센서(120-1,120-2)는 상기 연소실 외부에 위치하며, 상기 광학필터를 사이에 두고 상기 화염(F)의 반대편에 위치하도록 한다.
상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광은, 연료가 연소되며 발생하는 이산화탄소(C2) 라디칼의 광과 탄화수소(CH) 라디칼의 광일 수 있다.
상기 이산화탄소(C2) 라디칼의 광은 470nm 및 520nm 파장대로 이루어지며, 상기 탄화수소(CH) 라디칼의 광은 350nm 및 430nm 파장대로 이루어진다.
기체연료를 이용하는 경우 상기 화염(F)의 색은, 공기가 과잉이면 탄화수소(CH)의 광 세기가 커져 보라색을 띄게 되며, 연료의 비율이 증가함에 따라 이산화탄소(C2)의 광 세기가 커져 청색이 강해지고, 연료가 과잉이면 녹색을 띄게 된다.
즉, 상기 이산화탄소(C2) 라디칼의 광 세기(A-C2)와 상기 탄화수소(CH) 라디칼의 광 세기(A-CH)는 상기 공연비에 따라 달라지며, 상기 이산화탄소(C2) 라디칼의 광 세기(A-C2)와 상기 탄화수소(CH) 라디칼의 광 세기(A-CH)의 비인 광 세기비(R, A-C2/A-CH)는 도 3의 그래프에 O로 표시된 지점에서 상기 최적의 람다값(λ')을 만족하여 상기 최적의 공연비(O)를 이루게 된다.
이때의 상기 광 세기비(R)을 광 세기 기준(R')이라 하며, 상기 제어부(40)는 실시간으로 측정되는 상기 이산화탄소(C2) 라디칼의 광 세기(A-C2)와 상기 탄화수소(CH) 라디칼의 광 세기(A-CH)로부터 상기 광 세기비(R)를 연산하고 기설정된 광 세기 기준(R')과 비교하여 정상연소 여부를 판단할 수 있다.
비정상연소임이 판단되는 경우, 상기 제어부(40)는, 실시간으로 측정되는 상기 이산화탄소(C2) 라디칼의 광 세기(A-C2)와 상기 탄화수소(CH) 라디칼의 광 세기(A-CH)를 지속적으로 수신하며 동시에 상기 버너(30)에 공급되는 연료 또는 공기의 공급량을 조절하여 상기 광 세기비(R)가 상기 광 세기 기준(R')을 만족하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 상기 연소장치(1)는, 상기 화염전류측정부(110)와 상기 화염광세기측정부(120) 중 어느 하나의 기능이 정지된 경우 다른 하나의 기능을 통해 상기 제어부(40)가 상기 최적의 공연비(O)를 유지하도록 이루어져, 상기 최적의 공연비(C)를 항시 유지하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 연소장치(1)는, 상기 화염광세기측정부(120)를 이용하여 상기 화염전류측정부(110)가 정상적으로 기능하는지 여부를 판단하도록 이루어질 수 있다.
상기 제어부(40)는, 일차로 상기 화염전류측정부(110)를 통해 상기 공연비의 보정 및 정상연소 여부 판단을 수행하고, 이차로 상기 화염광세기측정부(120)를 통해 정상연소 여부 판단을 수행한다.
상기 제어부(40)는, 상기 이차 수행에서 상기 공연비의 보정 없이 정상연소임이 판단되는 경우 최종적으로 정상연소임을 판단함으로써 판단의 신뢰도와 정확도를 높게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 연소장치(1)는, 상기 화염광세기측정부(120)를 이용하여 상기 화염전류값 기준(C')을 교정하도록 이루어질 수 있다.
상기 제어부(40)는, 일차로 상기 화염전류측정부(110)를 통해 상기 공연비의 보정 및 정상연소 여부 판단을 수행하고, 이차로 상기 화염광세기측정부(120)를 통해 정상연소 여부 판단을 수행한다.
상기 제어부(40)는, 상기 이차 수행에서 비정상연소임이 판단되는 경우 상기 화염전류값 기준(C')에 오류가 발생한 것을 확인할 수 있으며, 상기 화염광세기측정부(120)를 통해 상기 공연비의 보정을 수행한 후 이때 측정되는 상기 화염전류값(C)을 기존의 상기 화염전류값 기준(C')에 대입하는 교정을 할 수 있다.
즉, 상기 화염광세기측정부(120)를 통해 상기 공연비가 상기 최적의 공연비(O)로 보정된 상태에서 측정되는 상기 화염전류값(C)을 상기 화염전류값 기준(C')에 대입함으로써 상기 화염전류측정부(110)의 노후에 따른 상기 화염전류값 기준(C') 교정을 자체적으로 수행할 수 있다.
상기 화염광세기측정부(120)에 의한 상기 화염전류값 기준(C') 교정은 사용자가 수동으로 상기 화염전류값 기준(C')을 교정하지 않아도 되는 편의를 제공할 수 있다.
또한, 상기 화염전류값 기준(C') 오류 발생에 즉각적으로 대응하여 상기 최적의 공연비(C)를 항시 유지하도록 할 수 있다.
또한, 높은 내구성을 가지고 상기 최적의 공연비(C)가 유지되는 연소장치를 제공할 수 있다.
도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 화염측정이 가능한 연소장치의 제어방법에 대해 설명한다.
단계 S1은, 연소 단계이다.
제어부(40)의 연소 신호에 의해 버너(30)에 연료와 공기가 공급되며, 연료가 연소하여 화염이 발생한다.
단계 S2는, 화염전류측정부(110)에서 화염전류값(C) 측정이 가능한지 여부를 판단하는 단계이다.
상기 화염전류측정부(110)는 단선 또는 전압 인가 불능 등의 원인으로 화염전류값(C) 측정이 불가능할 수 있으며, 이 경우 화염광세기측정부(120)에서 후술하는 단계 S6을 수행한다.
단계 S3은, 상기 화염전류측정부(110)에서 상기 화염전류값(C)을 측정하는 단계이다.
측정된 상기 화염전류값(C)은 상기 제어부(40)로 송신된다.
단계 S4는, 상기 화염전류값(C)이 기설정된 화염전류값 기준(C')을 만족하는지 여부를 판단하는 단계이다.
상기 제어부(40)가 상기 화염전류값(C)이 기설정된 화염전류값 기준(C')을 만족한다고 판단하는 경우, 상기 단계 S1로 돌아가 연소 상태를 유지하고 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행한다.
상기 제어부(40)가 상기 화염전류값(C)이 기설정된 화염전류값 기준(C')을 만족하지 않는다고 판단하는 경우, 후술하는 단계 S5를 수행한다.
단계 S5는, 연료 또는 공기의 공급량을 조절하는 단계이다.
상기 제어부(40)는, 실시간으로 측정되는 상기 화염전류값(C)을 지속적으로 수신하며 동시에 상기 버너(30)에 공급되는 연료 또는 공기의 공급량을 조절하여, 상기 화염전류값(C)이 상기 화염전류값 기준(C')을 만족하도록 제어할 수 있다.
본 단계를 통해 공연비가 최적의 공연비(O)로 보정되며, 상기 단계 S1로 돌아가 연소 상태를 유지하고 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행한다.
단계 S6은, 화염광세기측정부(120)에서 광 세기 측정이 가능한지 여부를 판단하는 단계이다.
상기 화염전류측정부(110)는 단선 또는 전압 인가 불능 등의 원인으로 화염전류값(C) 측정이 불가능할 수 있으며, 이 경우 화염광세기측정부(120)에서 후술하는 단계 S10을 수행한다.
단계 S7은, 상기 화염광세기측정부(120)에서 상기 광 세기를 측정하는 단계이다.
상기 화염광세기측정부(120)는 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기를 측정하도록 구비될 수 있다.
상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광은, 연료가 연소되며 발생하는 이산화탄소(C2) 라디칼의 광과 탄화수소(CH) 라디칼의 광일 수 있다.
측정된 이산화탄소(C2) 라디칼의 광 세기(A-C2)와 탄화수소(CH) 라디칼의 광 세기(A-C2)는 상기 제어부(40)로 송신된다.
단계 S8은, 상기 측정된 광 세기의 비(R)가 기설정된 광 세기 기준(R')을 만족하는지 여부를 판단하는 단계이다.
상기 제어부(40)는 측정된 상기 이산화탄소(C2) 라디칼의 광 세기(A-C2)와 탄화수소(CH) 라디칼의 광 세기(A-C2)의 비인 광 세기비(R)를 연산하여 상기 광 세기 기준(R')과 비교한다.
상기 제어부(40)가 상기 광 세기비(R)가 기설정된 광 세기 기준(R')을 만족한다고 판단하는 경우, 상기 단계 S1로 돌아가 연소 상태를 유지하고 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행한다.
상기 제어부(40)가 상기 광 세기비(R)가 기설정된 광 세기 기준(R')을 만족하지 않는다고 판단하는 경우, 후술하는 단계 S9를 수행한다.
단계 S9는, 연료 또는 공기의 공급량을 조절하는 단계이다.
상기 제어부(40)는, 실시간으로 측정되는 상기 이산화탄소(C2) 라디칼의 광 세기(A-C2)와 탄화수소(CH) 라디칼의 광 세기(A-C2)를 지속적으로 수신하며 동시에 상기 버너(30)에 공급되는 연료 또는 공기의 공급량을 조절하여, 상기 광 세기비(R)가 기설정된 광 세기 기준(R')을 만족하도록 제어할 수 있다.
본 단계를 통해 공연비가 최적의 공연비(O)로 보정되며, 상기 단계 S1로 돌아가 연소 상태를 유지하고 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행한다.
단계 S10은, 연소를 정지시키고 본 발명의 연소장치(1)의 제어를 종료하는 단계이다.
상기 제어부(40)는 연소 정지 신호를 보내 상기 버너(30)에 연료와 공기가 공급되는 것을 중지시킬 수 있으며, 연료와 공기가 유동하는 밸브를 잠그고 안전 차단을 할 수 있다.
본 실시예에 따른 제어방법에 의하면, 상기 단계 S2에서 상기 화염전류값(C) 측정이 불가능하다고 판단되고, 상기 단계 S6에서 상기 광 세기 측정이 불가능하다고 판단되는 경우, 상기 제어부(40)에 의해 연소가 정지된다.
또한, 본 실시예에 따른 제어방법에 의하면, 상기 단계 S2에서 상기 화염전류값(C) 측정이 가능하다고 판단되는 경우, 상기 단계 S3과 단계 S4를 수행하고 상기 단계 S1로 돌아가 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행하거나, 상기 단계 S3과 단계 S4와 단계 S5를 수행하고 상기 단계 S1로 돌아가 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행하게 된다.
즉, 상기 화염전류측정부(110)만을 이용하여 상기 공연비를 상기 최적의 공연비(O)로 보정하는 역할을 수행하며, 상기 제어부(40)는 상기 버너(30)에 공급되는 연료량과 공기량 및 상기 화염전류값(C)을 바탕으로 상기 공연비를 보정하게 된다.
또한, 본 실시예에 따른 제어방법에 의하면, 상기 단계 S2에서 상기 화염전류값(C) 측정이 불가능하다고 판단되고, 상기 단계 S6에서 상기 광 세기 측정이 가능하다고 판단되는 경우, 상기 단계 S7과 단계 S8를 수행하고 상기 단계 S1로 돌아가 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행하거나, 상기 단계 S7과 단계 S8와 단계 S9를 수행하고 상기 단계 S1로 돌아가 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행하게 된다.
즉, 상기 화염광세기측정부(120)만을 이용하여 상기 공연비를 상기 최적의 공연비(O)로 보정하는 역할을 수행하며, 상기 제어부(40)는 상기 버너(30)에 공급되는 연료량과 공기량 및 상기 측정된 광 세기를 바탕으로 상기 공연비를 보정하게 된다.
이와 같이, 상기 화염전류측정부(110)와 상기 화염광세기측정부(120)는 상호보완적으로 기능하며, 어느 하나의 기능이 정지된 경우 다른 하나의 기능을 통해 상기 제어부(40)가 상기 최적의 공연비(O)를 유지하도록 이루어져, 상기 최적의 공연비(C)를 항시 유지하도록 할 수 있다.
도 5를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 화염측정이 가능한 연소장치의 제어방법에 대해 설명한다.
단계 S11은, 연소 단계로, 상기 제 1실시예의 단계 S1에 대한 서술과 같다.
단계 S12는, 화염전류측정부(110)에서 화염전류값(C)을 측정하는 단계로, 상기 제 1실시예의 단계 S3에 대한 서술과 같다.
단계 S13은, 상기 화염전류값(C)이 기설정된 화염전류값 기준(C')을 만족하는지 여부를 판단하는 단계로, 상기 제 1실시예의 단계 S4에 대한 서술과 같다.
단, 상기 제어부(40)가 상기 화염전류값(C)이 상기 화염전류값 기준(C')을 만족한다고 판단하는 경우, 후술하는 단계 S17을 수행한다.
또한, 상기 제어부(40)가 상기 화염전류값(C)이 기설정된 화염전류값 기준(C')을 만족하지 않는다고 판단하는 경우, 후술하는 단계 S14를 수행한다.
단계 S14는, 연료 또는 공기의 공급량을 조절하는 단계로, 상기 제 1실시예의 단계 S5에 대한 서술과 같다.
단, 본 실시예에서는 본 단계에 의한 연료 또는 공기의 공급량 조절로 인해 보정된 공연비가 최적의 공연비(O)가 아닐 경우를 포함하므로, 본 단계를 수행한 후 후술하는 단계 S15를 수행한다.
단계 S15는, 상기 화염전류값(C)이 기설정된 화염전류값 기준(C')을 만족하는지 여부를 판단하는 단계로, 상기 제 1실시예의 단계 S4에 대한 서술과 같다.
단, 상기 제어부(40)가 상기 화염전류값(C)이 상기 화염전류값 기준(C')을 만족한다고 판단하는 경우, 상기 단계 S1로 돌아가지 않고 후술하는 단계 S17을 수행하며, 상기 후술하는 단계 S17 이하의 단계에서 본 단계를 통해 보정된 공연비가 최적의 공연비(O)인지 여부를 확인할 수 있게 된다.
또한, 상기 제어부(40)가 상기 화염전류값(C)이 기설정된 화염전류값 기준(C')을 만족하지 않는다고 판단하는 경우, 후술하는 단계 S16를 수행한다.
단계 S16은, 연소를 정지하고 본 발명의 연소장치(1)의 제어를 종료하는 단계로, 상기 제 1실시예의 단계 S10에 대한 서술과 같다.
단계 S17은, 상기 화염광세기측정부(120)에서 상기 광 세기를 측정하는 단계로, 상기 제 1실시예의 단계 S7에 대한 서술과 같다.
단계 S18은, 상기 측정된 광 세기의 비(R)가 기설정된 광 세기 기준(R')을 만족하는지 여부를 판단하는 단계로, 상기 제 1실시예의 단계 S8에 대한 서술과 같다.
상기 제어부(40)가 상기 광 세기비(R)가 기설정된 광 세기 기준(R')을 만족한다고 판단하는 경우, 상기 단계 S11로 돌아가 연소 상태를 유지하고 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행한다.
또한, 상기 제어부(40)가 상기 광 세기비(R)가 기설정된 광 세기 기준(R')을 만족하지 않는다고 판단하는 경우, 후술하는 단계 S19를 수행한다.
단계 S19는, 연료 또는 공기의 공급량을 조절하는 단계로, 상기 제 1실시예의 단계 S9에 대한 서술과 같다.
단, 본 단계를 수행하는 경우는 상기 화염전류측정부(110)에서 보정된 공연비가 상기 최적의 공연비(O)가 아닌 경우이므로, 본 단계를 수행한 후 후술하는 단계 S20을 수행하여 상기 화염전류값 기준(C')을 교정하게 된다.
단계 S20은, 상기 화염전류값 기준(C')을 교정하는 단계이다.
상기 단계 S19에서 상기 공연비가 상기 최적의 공연비(O)로 보정된 상태이므로, 상기 제어부(40)는 상기 단계 S19가 수행된 이후 측정된 상기 화염전류값(C)을 상기 화염전류값 기준(C')에 대입함으로써 상기 화염전류값 기준(C')을 교정할 수 있다.
본 단계를 수행한 후 상기 단계 S11로 돌아가 연소 상태를 유지하고 상기 단계 S2 이하의 단계를 다시 수행한다.
상기 제어부(40)에 아래 표 1과 같이 초기설정값이 입력된 경우를 예로 들어 상기 화염전류값 기준(C')의 교정 과정에 대해 설명하겠다.
<표 1 - 초기설정>
목표 연료량 목표 공기량 화염전류값 기준(C') 광 세기 기준(R')
20 10 30 40
상기 표 1에 기재된 목표 연료량과 목표 공기량은, 최적의 공연비(O)를 만족하도록 초기 설정된 연료의 양과 공기의 양이다.
상기 화염전류값 기준(C')의 교정은, 상기 단계 S13 또는 단계 S15에서 상기 화염전류값(C)이 상기 화염전류값 기준(C')을 만족하여 정상연소임이 판단되고, 상기 단계 S18에서 상기 광 세기비(R)가 상기 광 세기 기준(R')을 만족하지 않아 정상연소 아님이 판단되는 경우에 수행된다.
상기 화염전류측정부(110)의 기능에 이상이 없는 경우, 상기 단계 S18에서 상기 광 세기비(R)가 상기 광 세기 기준(R')을 만족하여 정상연소로 판단될 것이므로, 상기 단계 S18을 수행하는 때에 측정되는 연료량과 공기량과 상기 화염전류값(C)과 광 세기비(R)은 상기 표 1에 기재된 목표 연료량과 목표 공기량과 화염전류값 기준(C') 및 광 세기 기준(R')과 같을 것이다.
상기 화염전류측정부(110)의 기능에 이상이 발생한 경우, 상기 단계 S14에서 상기 화염전류값(C)이 상기 표 1에 기재된 화염전류값 기준(C')을 만족하도록 상기 버너(30)에 공급되는 연료 또는 공기의 양을 조절하게 되며, 상기 단계 S17과 S18에서 상기 광 세기를 측정하여 상기 화염전류측정부(110)의 정상연소 판단을 검토하게 된다.
이때 상기 연료량과 공기량과 상기 화염전류값(C)과 광 세기비(R)는 아래 표 2와 같이 측정될 수 있다.
<표 2 - 화염전류측정부의 공기비 보정>
현재 연료량 현재 공기량 화염전류값(C) 광 세기비(R)
20 20 30 50
상기 표 1과 상기 표 2를 비교하여 보면, 상기 단계 S14에서 상기 버너(30)에 공급되는 공기량을 10 증가시켜 상기 화염전류값(C)이 상기 표 1에 기재된 화염전류값 기준(C')을 만족하도록 보정한 것을 알 수 있다.
즉, 상기 화염전류값(C)이 20으로 측정되는 경우, 공급되는 공기량을 10에서 20으로 10만큼 증가시킴으로써 상기 화염전류값(C)이 표 1에 나타난 상기 화염전류값 기준(C')인 30을 만족하도록 보정할 수 있다.
그런데 상기 보정으로 상기 광 세기비(R)가 40에서 50으로 10만큼 증가하여, 표 1에 나타난 상기 광 세기 기준(R')을 만족하지 않게 되었음을 알 수 있다.
즉, 상기 화염전류값(C)이 상기 화염전류값 기준(C')을 만족하도록 보정된 상기 공연비는 상기 최적의 공연비(O)를 이루지 않고 있다는 것을 알 수 있다.
따라서 상기 단계 S19에서 상기 화염광세기측정부(120)를 이용하여 상기 버너(30)에 공급되는 연료 또는 공기의 양을 조절하는 단계가 수행되며, 이때의 연료량과 공기량과 상기 화염전류값(C)과 광 세기비(R)는 아래 표 3과 같이 측정될 수 있다.
<표 3 - 화염광세기측정부의 공기비 보정>
현재 연료량 현재 공기량 화염전류값(C) 광 세기비(R)
20 10 20 40
상기 표 2와 상기 표 3을 비교하여 보면, 상기 단계 S18에서 상기 버너(30)에 공급되는 공기량을 10 감소시켜 상기 광 세기비(R)가 상기 광 세기 기준(R')을 만족하도록 보정한 것을 알 수 있다.
즉, 공급되는 공기량을 20에서 10으로 10만큼 감소시킴으로써 상기 광 세기비(R)가 표 1에 나타난 상기 광 세기 기준(R')인 40을 만족하도록 보정할 수 있다.
이때, 상기 보정으로 상기 화염전류값(C)이 30에서 20으로 10 감소한 것을 알 수 있다.
상기 화염전류값(C) 20은 상기 광 세기비(R)가 상기 광 세기 기준(R')을 만족하도록 보정함으로써 상기 공연비가 상기 최적의 공연비(O)를 이루게 된 상태에서의 화염전류값(C)이므로, 상기 화염전류값 기준(C')의 정의와 일치한다.
따라서, 상기 단계 S20에서 상기 표 1에 기재된 화염전류값 기준(C') 대신 새로 보정된 화염전류값(C)을 상기 화염전류값 기준(C')으로 설정함으로써 교정을 완료할 수 있다.
상기 화염전류값 기준(C')의 교정이 완료된 후 갱신된 설정값은 아래 표 4에 나타난 바와 같다.
<표 4 - 갱신된 설정값>
목표 연료량 목표 공기량 화염전류값 기준(C') 광 세기 기준(R')
20 10 20 40
본 발명의 연소장치(1)는, 상기와 같은 과정을 통해 자체적으로 화염전류값 기준(C') 교정을 수행함으로써 높은 편의성과 최적의 공연비 유지의 높은 내구성을 제공할 수 있다.
또한, 상기 화염전류값 기준(C') 교정이 실시간으로 이루어지며 오류 발생에 즉각적으로 대응함으로써 최적의 공연비를 항시 유지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
1 : 연소장치 F : 화염
10 : 연료공급부 20 : 공기공급부
30 : 버너 40 : 제어부
110 : 화염전류측정부 120 : 화염광세기측정부
120-1,120-2 : 광학센서 O : 최적의 공연비
λ : 람다값 : λ' : 최적의 람다값
C : 화염전류값 : C' : 화염전류값 기준
R : 광 세기비 : R' : 광 세기 기준

Claims (14)

  1. 연료와 공기가 연소하여 화염이 발생하는 버너;
    상기 화염의 화염전류값을 측정하는 화염전류측정부;
    상기 화염에서 발생하는 광의 세기를 측정하는 화염광세기측정부;
    상기 화염전류측정부에서 측정된 상기 화염전류값이 기설정된 화염전류값 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하고, 상기 화염광세기측정부에서 측정된 상기 광 세기가 기설정된 광 세기 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는 제어부;
    를 포함하는 화염 측정이 가능한 연소장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화염광세기측정부는, 상기 화염에서 발생하는 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기를 측정하며;
    상기 제어부는, 상기 화염광세기측정부에서 측정된 상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기의 비가 상기 광 세기 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는;
    것을 특징으로 하는 화염 측정이 가능한 연소장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화염광세기측정부는,
    상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광만을 통과시키는 광학필터;
    상기 광학필터를 통과하는 상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기를 측정하는 광학센서;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화염 측정이 가능한 연소장치
  4. 제2항과 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광은 이산화탄소(C2) 라디칼의 광과 탄화수소(CH) 라디칼이 발하는 광인 것을 특징으로 하는 화염측정이 가능한 연소장치
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 비정상연소로 판단될시 상기 버너에 공급되는 상기 연료 또는 상기 공기의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 화염 측정이 가능한 연소장치
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화염전류측정부는, 상기 화염의 전기적 성질을 이용하여 상기 화염 속에 전극을 두고 전압을 걸어 발생하는 화염전류값을 측정하는 플래임로드인 것을 특징으로 하는 화염 측정이 가능한 연소장치
  7. a) 버너에서 연료를 연소하여 화염을 발생시키는 단계;
    b) 화염전류측정부에서 상기 화염의 화염전류값을 측정하고, 제어부는 상기 측정된 화염전류값이 기설정된 화염전류값 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는 단계;
    c) 화염광세기측정부에서 상기 화염에서 발생하는 광의 세기를 측정하고, 제어부는 상기 측정된 광 세기가 기설정된 광 세기 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 화염측정이 가능한 연소장치의 제어방법
  8. 제7항에 있어서,
    상기 화염광세기측정부는, 상기 화염에서 발생하는 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기를 측정하며;
    상기 제어부는, 상기 화염광세기측정부에서 측정된 상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광 세기의 비인 광 세기 비가 상기 광 세기 기준을 만족하는지 비교하여 정상연소 여부를 판단하는;
    것을 특징으로 하는 화염 측정이 가능한 연소장치
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 두 종류의 특정 파장영역의 광은 이산화탄소(C2) 라디칼의 광과 탄화수소(CH) 라디칼이 발하는 광인 것을 특징으로 하는 화염측정이 가능한 연소장치의 제어방법
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 화염전류측정부의 상기 화염전류값 측정 가능 여부를 판단하고, 불가능 판단시 상기 화염광세기측정부의 광 세기 측정 가능 여부를 더 판단하여, 불가능 판단시 연소를 정지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화염측정이 가능한 연소장치의 제어방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 단계 c)는, 상기 단계 b)에서 상기 제어부가 정상연소 판단을 하는 경우 수행되는 것을 특징으로 하는 화염측정이 가능한 연소장치의 제어방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 단계 b)는, 상기 제어부가 비정상연소를 판단하는 경우,
    상기 화염전류값이 상기 화염전류값 기준을 만족시키도록 상기 버너에 공급되는 상기 연료 또는 공기의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화염측정이 가능한 연소장치의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단계 b)에서, 상기 제어부가 상기 화염전류값이 상기 화염전류값 기준을 만족시키는 것이 불가능하다고 판단하는 경우, 연소를 정지시키는 것을 특징으로 하는 화염측정이 가능한 연소장치의 제어방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 단계 c)는, 상기 제어부가 비정상연소를 판단하는 경우,
    상기 광 세기가 상기 광 세기 기준을 만족시키도록 상기 버너에 공급되는 상기 연료 또는 공기의 양을 조절하고;
    상기 광 세기가 상기 광 세기 기준을 만족시키면, 그때 측정된 화염전류값을 상기 화염전류값 기준에 대입하여 상기 화염전류값 기준을 교정하는;
    단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화염측정이 가능한 연소장치의 제어방법.
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