KR910004775B1 - 가스 연소식 가열장치의 제어장치 - Google Patents

가스 연소식 가열장치의 제어장치 Download PDF

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린나이 가부시기가이샤
나이로오 스스무
린나이 코리아 주식회사
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Abstract

내용 없음.

Description

가스 연소식 가열장치의 제어장치
제 1 도는 본 발명이 일실시예에 따른 가스급탕기를 나타낸 개략 구성도.
제 2 도는 본 발명에 따른 제어장치를 나타낸 블록도.
제 3 도는 본 발명의 가스급탕기의 연소량과 거버너 비례밸브에의 통전전류와의 관계를 전환용전자밸브가 열린 상태의 경우와 닫힌 상태의 경우에 대해 각기 나타낸 도면.
* 도면이 주요 부분에 대한 부호의 설명
12 : 버너플레이트 15 : 열교환기
20 : 가스관(연료공급로) 21 : 노즐
22 : 전환용전자 밸브(전자밸브) 23 : 바이패스관(바이패스로)
25 : 거버너 비례밸브(비례밸브) 30 : 제어장치
31a : 출탕온 서미스터(온도검출수단) 35 : 온탕설정볼륨(온도설정수단)
본 발명은 열교환기를 통해 유체를 가열하는 가스연소식 가열장치의 제어장치에 관한 것이다.
가스연소식 가열장치에서는 발열량을 증가시키기 위해서는 버너에 연료가스를 분출하는 노즐의 직경을 크게하여 공급량을 많게하는 것을 생각할 수 있지만, 거버너 비례밸브처럼 연료공급량의 2차압을 제어함으로써 연료공급을 행할 경우에는 노즐의 직경이 크면 차압을 낮게 제어할 수 없다. 그래서, 노즐과 거버너 비례밸브와의 사이에 전자밸브와, 노즐보다 직경이 작은 오리피스등을 구비한 바이패스로를 이 전자밸브와 병려로 설치하여 발열량이 적게 필요한 경우에는 전자밸브를 닫아 연료공급압을 조절하는 것이 실개소 61-19320호 공보에 소개되어 있다.
이와 같은 가열장치를 가스급탕기나 가스온풍난방기처럼 물이나 공기를 설정온도로 가열하는 가열장치로서 사용할 경우에는 전환을 했을때에도 설정된 온도가 얻어지도록 연소량을 연속적으로 변화시키는 것이 필요하다. 이때, 연소량을 변화시키기 위한 거버너 비례밸브에는 제조시의 불균일이 있으므로, 조립시에 개개의 급탕기 등에 있어서, 다이어프램의 스프링압과 최대전류치가 조정되어 있다. 그러나, 이 조정은 전환전의 상태에서 행해지며, 전자밸브의 전환시에는 그 비례밸브 전류치를 일정량 변경할 뿐이므로 전자밸브를 전환한 다음에도 설정온도에 대응한 적절한 연소량을 얻기 위해서는 개개의 가열장치에 대해 변경하는 전류치를 일정량 변경하는 것이 아니라, 별개의 전류치를 설정하지 않으면 안되지만 그렇게하면 비례밸브의 통전회로가 복잡해지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결할 수 있도록 전자밸브를 전환했을 경우에도 설정된 온도로 유체를 가열할 수 있는 제어장치를 구비한 간단하게 구성할 수 있는 가열장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 노즐을 통해 연료가스를 공급하는 연료공급로중에 통전 전류에 따라 2차압을 가변하는 비례밸브를 설치하는 동시에, 이 비례밸브의 하류에 밸브가 폐쇄상태일 때 노즐직경보다 작은 직경을 갖는 오리피스를 설치하여 제한된 연료가스를 공급하는 바이패스로를 구비한 버너의 연소로 인해 발생하는 열에 의해 열교환기를 통해 유체를 가열하는 가스연소식 가열장치를 제어하는 제어장치에 있어서, 상기 제어장치는 상기 열교환기를 통해 가열되는 유체의 온도를 설정하는 온도설정수단과 가열된 유체의 온도를 검출하는 온도검출수단을 구비하며, 상기 온도설정수단의 설정온도와 상기 온도검출수단의 검출온도에서 상기 버너의 연소량을 결정하여, 그 결정된 연소량에 따라 상기 전자밸브 및 상기 비례밸브를 제어하며, 상기 전자밸브를 개방상태로 하는 제1제어로서 결정된 연소량이 제1의 연소량보다 큰 연소량의 범위에서 상기 비례밸브를 통전하고 연료가스 압력은 통전전류치와 비례하는 동시에 제1의 연소량으로 되었을 때 상기 전자밸브를 폐쇄상태로 하는 동시에 상기 비례밸브에의 전류를 소정의 전류치만큼 증가시켜, 상기 전자밸브를 폐쇄상태로 하는 제2제어로서 결정된 제2의 연소량보다 작은 연소량의 범위에서 상기 비례밸브를 통전하고, 연료가스압력은 통전전류치와 비례하는 동시에 제2의 연소량으로 되었을때 상기 전자밸브를 개방상태로 하는 동시에 상기 비례밸브로의 전류를 제1제어에 있어서의 전류치로 감소시키는 것을 기술적 수단으로 한다.
본 발명에서는 온도설정수단에 의한 설정온도 및 온도검출수단에 의해 검출되는 유체의 온도에 따라 연소량이 결정되며, 전자밸브가 개방상태일 때 비례밸브에는 제1제어가 행해지고, 전자밸브가 폐쇄상태일 때에는 제2제어가 행해진다. 제1제어일 때 결정된 연소량이 제1의 연소량까지 저하되면 전자밸브는 폐쇄상태로 되고 비례밸브에는 소정의 전류치가 증가되어 제2제어로 변경된다. 따라서, 전자밸브가 개방상태에서 폐쇄상태로 되기 때문에 버너로 향하는 연료가스가 바이패스에 의해 제한되어도 비례밸브에 의해 제어되는 2차압이 상승하기 때문에 개방상태일때와 같이 연료를 버너에 공급할 수 있다.
이때, 비례밸브의 불균일성에 의해 버너에 공급되는 연료공급량이 제1제어의 경우와 다르면, 그 연료가스에 따른 연소에 의해 열교환기로 가열되는 유체의 온도가 변화한다. 그러나, 이 변화는 온도검출수단에 의해 검출되어 그에 따라 결정되는 연소량이 변경되기 때문에 연료공급량이 보정되어 적정한 연소량이 얻어진다. 그 결과 유체는 설정온도로 가열된다. 제2제어에서는 결정된 연소량이 제1의 연소량보다 큰 제2의 연소량 이하의 범위에서 비례밸브가 제어된다.
제2제어시 결정된 연소량이 제2의 연소량으로 증가하면, 전자 밸브는 개방상태로 되어 비례밸브는 제1제어로 변경된다. 이때, 비례밸브로의 전류치는 제1제어에 있어서의 전류치의 감소된다. 따라서, 전자밸브가 개방상태로 되어도 역시 제어된다.
본 발명에서는 제1제어에서 제2제어에의 전환에 의해 연료가스의 공급량이 변화되어도, 연소에 의해 가열되는 유체의 온도가 검출되며, 또 전자밸브가 폐쇄상태인 제2제어에서는 개방상태에서 폐쇄상태로 전환되는 제1의 연소량보다 큰 제2의 연소량 이하의 범위에서 제어된다. 이 때문에, 예를들어 전자밸브의 전환에 의해 연료공급량이 변화되었을 경우에는 열교환기에서 가열되는 유체의 온도가 변화하지만, 온도검출수단에 의해 그 온도가 검출되고 그 온도에 따라 새로이 연료량이 결정되기 때문에 유체를 설정온도로 가열할 수 있다. 이때, 유체의 온도가 저하되더라도 제2제어에서는 제1제어에서 제어 가능한 제1의 연료량보다 큰 제2의 연소량으로 되도록 비례밸브를 제어할 수 있기 때문에 확실하게 전환시의 연소량을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 가스연소식 가열장치의 제어장치를 첨부된 도면에 나타낸 실시예에 의해 상세히 설명한다.
제1의 가스급탕기(1)는 연소기(10)와, 가스관(20)과, 제어장치(30)로 구성된다.
연소기(10)의 연소기 케이스(11)내의 하부에는 세라믹으로 형성된 버너플레이트(12)가 설치되어 있으며, 이 버너플레이트(12)에는 다수의 출화구(12a)가 구비되어 있다. 이 버너플레이트(12)의 윗쪽에는 점화기인 스파커(13)와, 불길검지수단으로서 서모커플(14)이 근접해서 설치되며, 다시 윗쪽에는 도시하지 않은 물공급관과 연결된 열교환기(15)가 설치되고, 이 열교환기(15)에는 전열면적을 증가시키는 핀들(15a)이 구비되어 있다.
연소기 케이스(11)의 아래쪽에는 버너케이스(16)가 연소기케이스(11)를 막듯이 설치되고, 버너케이스(16)는 연소기케이스(11) 및 버너플레이트(12)와 함께 본 발명의 버너를 형성하고 있다. 버너케이스(16)에는 연소용 공기를 공급하는 송풍기(17)가 송풍기 케이스(18)에 의해 연결되며, 버너플레이트(12)와 버너케이스(16) 사이에는 연소기케이스(11)내의 혼합공기를 균등하게 분산하는 다공판(19)이 설치되어 있다.
가스관(20)은 도시생략된 연료가스공급원과 연결된 본 발명의 연료공급로이며, 연료가스를 분사하는 노즐(21)이 송풍기케이스(18)에 설치되어 있다.
노즐(21)은 가스관(20)에서 공급되는 연료가스를 제한하는 조리개 기능을 가지고 있으며, 본 실시예에서는 직경이 10mm의 것을 사용하고 있다.
노즐(21)의 상류의 가스관(20)에는 전환용 전자밸브(22)가 설치되고, 다시 가스관(20)에는 이 전환용 전자밸브(22)의 상류측과 하류측을 연통하는 바이패스관(23)이 설치되어 각기 접속부(23a), (23b)로 접속되어 있다. 전환용 전자밸브(22)는 본 발명의 전자밸브이며, 후술하는 제어장치(30)에 개방상태 또는 폐쇄상태로 된다. 바이패스관(23)은 전호나용 전자밸브(22)가 폐쇄상태일 때 연료가스를 통과시키는 것으로서 바이패스관(23)에는 노즐(21)을 통과하는 연료가스를 제한하게 되는 오리피스(24)가 구비되어 있다. 오리피스(24)는 노즐(21)보다 직경이 작게된 것으로서, 본 실시예에서는 7mm의 것을 사용하고 있다. 접속부(23a)의 상류의 가스관(20)에는 거버너 비례밸브(25)가 설치되며, 거버너 비례밸브(25)를 통과한 연료가스의 압력은 거버너 비례밸브(25)에 통전된 전류치와 비례하도록 되어 있다. 거버너 비례밸브(25)에서는 이와같이 통전전류에 따라 그 2차측의 압력을 조절하는 것이며, 그 구조상, 통상으로는 2차압을 낮은 압력으로 조절할 수 없으며, 낮은 2차압으로 되는 소량의 연료가스를 공급할 수 없다. 그러나, 본 실시예에서는 오리피스(24)의 직경이 노즐(21)의 직경보다 작고, 개구면적이 작기 때문에 전환용 전자밸브(22가 개방상태일 때에는 거버너 비례밸브(25)에 의해 제어되는 2차압을 오리피스(24)에 의해 제한되어 높아지게 되는 오리피스(24)와의 사이의 가스관(20)내에서 생기는 연료가스의 압력으로 할 수 있다. 따라서, 연료가스를 오리피스(24)를 통해 노즐(21)에 공급할 경우에는 거버너 비례밸브(25)로 제어가 가능한 높은 가스압을 오리피스(24)에 가할 수 있고, 또 공급되는 연료가스를 반대로 오리피스(24)에 의해 제한되기 때문에 오리피스(24)에 가해지는 가스압이 높음에도 불구하고, 그 공급량을 적게할 수 있다.
가스관(20)에는 다시 이 거버너 비례밸브(25)의 상류에 주전자밸브(26)가 설치되어 있다. 거버너 비례밸브(25)는 가스압이 가해지기 전에 통전이 행해지면, 거버너 비례밸브(25)의 개방 정도가 본래 제어되는 것보다 커져서 다량의 연료가스가 거버너 비례밸브(25)를 통과해 버리기 때문에 착화시에 역화(逆火)가 발생하기 쉽지만, 본 실시예에서는 거버너 비례밸브(25)의 상류에 이 주전자밸브(26)를 설치하고, 점화기인 스피커(13)의 동작을 검지하고 나서 먼저 상기 주전자 밸브(26)를 통전하고, 그후에 미소시간 지연한 후에 거버너 비례밸브(25)를 통전함으로써 점화가 지연된다. 주전자밸브(26)의 상류에는 원전자밸브(27)가 설치되며, 이 원전자 밸브는 가스급탕기(1)의 동작중에만 개방상태로 되는 것으로, 이상 연소시 등에는 폐쇄된다.
본 실시예의 제어장치(30)는 제 2 도에 도시한 바와 같이 온도회로(31), 송풍기회로(32), 비례밸브회로(33), 제어회로(34)로 구성되며, 사용자에 따라 조작되는 온탕설정볼륨(35)과 작동스위치(36)를 구비한 본 발명의 제어장치이다.
온도회로(31)는 열교환기(15)의 하류에 출탕온 서미스터(31a)를 구비하고 있으며, 이 출탕온서미스터(31a)는 열교환기(15)에 의해 가열되는 물의 온도를 검출하는 본 발명의 온도검출수단으로 되어 있다. 그리고 온도회로(31)는 본 발명의 온도설정수단인 탕온설정볼륨(35)의 설정상태와 출탕온서미스터(31a)로부터의 신호에 의해 필요한 연소량을 계산해서 결정한다.
송풍기회로(32)는 온도회로(31)에서 결정된 연소량에 따라 송풍기(17)를 구동하는 동시에 그 구동상태에서 송풍기(17)의 회전수를 검출하는 회전수 검출회로를 구비하고 있다.
비례밸브회로(33)는 송풍기 회로(32)에서 검출된 송풍기(17)의 회전수에 의해 거버너 비례밸브(25)를 구동하는 회로이다. 본 실시예에서는 온도회로(31)에 의해 결정된 연소량에 따라 선택되는 제 1 제어와 제 2 제어와의 두가지 제어가 행해지며, 제 1 제어는 제 3 도의 실선 A에 나타낸 바와 같이 결정된 연소량이 Q1보다 큰 범위에서, 제 2 제어는 실선 B에 나타낸 것처럼 결정된 연소량이 Q2보다 작은 범위에서 각기 검출된 송풍기(17)의 회전수와 소정의 관계 로 결정되는 전류치를 거버너 비례밸브(35)에 통전한다. 여기서 Q2는 Q1보다 크게 설정되어 있다. 또, 제 1 제어와 제 2 제어상태의 어떤 경우에도 도시하지 않은 증폭회로에서 증폭된 서모커플(14)의 출력에 의해 통전전류가 보정되고, 송풍기(17)에 의해 공급되는 연소용공기와 거버너 비례밸브(25)에 의해 조절되는 연료가스가 소망의 공기와 연료의 비로 되도록 제어된다.
제어회로(34)는 작동스위치(36)의 조작에 의해 작동을 개시하면, 시퀀스제어로서 주전자밸브(26), 원전자밸브(27)의 각각의 개폐 및 스파커(13), 송풍기(17), 비례밸브회로(33)를 소정의 타이밍으로 제어한다.
또, 제어회로(34)는 온도회로(31)에 의해 결정되는 연소량에 따라 전환용 전자밸브(22)를 개폐한다. 이러한 개폐작동은 거버너 비례밸브(25)의 제어와 동기하여 행해지며, 전환용전자밸브(22)가 개방상태일때를 제 1 제어, 전환용전자밸브(22)가 폐쇄상태일때를 제 2 제어로 하고 있다.
다음에 이상의 구성으로 이루어진 본 실시예의 가스급탕기의 작동을 설명한다.
사용자가 작동스위치(36)를 조작하여 도시하지 않은 물레버를 조작하면 수류스위치에 의해 제어장치(30)가 작동한다. 그러면 제어회로(34)에 의해 소정의 시퀸스로 연소가 개시되어 탕온설정볼륨(35)과 출탕온서미스터(31a)에 의해 연소량이 결정되며, 연소에 의해 열교환기(15)내의 물이 가열된다.
지금 결정된 연소량이 제 3 도에 도시한 바와 같이, 제 2 제어에 있어서의 최대연소량 Q2보다 큰 Q3였다고 하면, 제 1제어가 행해져서 전환용 전자밸브(22)는 개방상태로 되어 거버너 비례밸브(25)에는 전류치 Ia가 통전된다.
연소후, 수온이 상승하거나 설정온도가 변경되거나 하여 연소량이 Q1으로 결정되었다고 하면 제 1제어에서 제 2제어로 전환되고, 전환용 전자밸브(22)는 개방상태로 되어 거버너 비례밸브(25)에의 통전전류는 최소전류치 Imin에서 전류치 i만큼 증가되어 Ib로 된다. 이 증가된 전류치 i는 거버너 비례밸브(25)의 특성에서 미리 계산되어 결정된 값이기 때문에 통상은 제2제어를 나타내는 실선 B상의 점에 표시되는 연소량으로서 계속해서 Q1으로 할 수 있다.
그러나, 제 1제어에서 제 2제어에의 전환시, 예를 들어 거버너 비례밸브(25)가 불균일성에 의해 파선 D에 나타낸 특성이었다고 하면, 소정의 전류치 i를 증가했을 경우에는 연소에 의해 얻어지는 연소량은 Q0로 되어버려 Q1을 유지할 수 없게 된다. 그런데, 본 발명에서는 열교환기(15)에서 가열되는 물의 온도는 출탕온으로서 출탕온서미스터(31a)에 의해 검출되며, 그 검출 결과에 의거하여 새로 연소량이 결정되어 증가하기 때문에 거버너 비례밸브(25)의 통전전류가 증가되어 전류치 Ic까지 증가된다. 따라서, 얻어지는 연소량은 제1제어의 경우와 같이 Q1으로 된다.
거버너 비례밸브(25)의 특성이 전환전 보다도 반대로 큰 연소량으로 될 경우에도 역시 새로 연소량이 결정되기 때문에 역시 Q1으로 된다.
특히, 본 실시예에서는 제2제어에서 얻어지는 최대연소량은 실선 B 및 파선 D로 각기 나타낸 바와같이 Q2, Q4로 되어 전환용 전자밸브(22)가 개방상태에 있어서의 최소연소량 Q1보다 크기 때문에 제2제어에의 전환시에 소정의 전류치 i를 통전했을 때 얻어지는 연소량이 전환전 보다 작아졌을 경우에도 출탕온서미스터(31a)로부터의 신호에 의해 연소량이 증가되면 반드시 Q1으로 할 수 있다.
전환용 전자밸브(22)가 폐쇄상태인 제2제어일 때, 결정되는 연소량이 제2제어에 있어서의 최대연소량인 Q2또는 Q4로 되면, 제1제어로 전환된다. 이때, 거버너 비례밸브(25)의 통전전류는 제1제어에 있어서의 전류치로 되돌려지기 때문에 계속해서 그 연소량을 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 전환용 전자밸브(22)를 닫아 거버너 비례밸브(25)로의 전류치를 변경했을 경우에 소정 전류치를 거버너 비례밸브(25)에 증가시켰을 때, 거버너 비례밸브(25)의 불균일성에 의해 전환전과 같은 연소량이 얻어지지 않는 일이 있어도 전환후에 출탕온 서미스터에 의한 검출신호에 의해 연소량이 새로 결정되기 때문에 전환전과 같은 연소량을 얻을 수 있다. 또, 전환후에 행해지는 제어의 최대연소량은 전환전의 최소연소량보다 크기 때문에, 전환에 의해 연소량이 작아졌을 경우에도 전환후에 확실히 그 연소량을 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 열교환기내를 유체로서의 물이 통과하는 급탕기에 대해 설명했지만, FF식의 온풍난방기와 같이 열교환기의 외측을 공기가 가열장치에서도 적용된다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않을뿐 아니라 본 발명의 취지와 범주를 벗어나지 않고도 다양하게 개조될 수 있다.

Claims (1)

  1. 노즐(21)을 통해 연료가스를 공급하는 연료공급로인 가스관(20)중에 통전전류에 따라 2차압을 가변하는 거버너 비례밸브(25)를 설치하는 동시에, 이 비례밸브의 하류에 연료 공급로를 차단하는 전자밸브(22)와 이 전자밸브가 폐쇄상태일 때 노즐직경보다 작은 직경을 갖는 오리피스(24)를 설치하여 제한된 연료가스를 공급하는 바이패스로(23)를 구비한 버너의 연소로 인해 발생하는 열에 의해 열교환기를 통해 유체를 가열하는 가스연소식 가열장치를 제어하는 제어장치(30)에 있어서, 상기 제어장치는 상기 열교환기를 통해 가열되는 유체의 온도를 설정하는 온도설정수단인 탕온설정볼륨(35)과, 가열된 유체의 온도를 검출하는 온도검출수단인 출탕온 서미스터(31a)을 구비하며, 상기 온도설정 수단(35)의 설정온도와 상기 온도검출수단(31a)의 검출온도에서 상기 버너의 연소량을 결정하여, 그 결정된 연소량에 따라서 상기 전자밸브(22) 및 상기 비례밸브(25)를 제어하며, 상기 전자밸브(22)를 개방상태로 하는 제1제어로서 결정된 연소량이 제1의 연소량보다 큰 연소량의 범위에서 상기 비례밸브(25)를 통전하고, 연료가스 압력은 통전전류치와 비례하는 동시에 제1의 연소량으로 되었을 때 상기 전자밸브(22)를 폐쇄상태로 하는 동시에 상기 비례밸브(25)로의 통전전류를 소정의 전류치만큼 증가시켜, 상기 전자밸브(22)를 폐쇄상태로 하는 제2제어로서 결정된 제2연소량보다 작은 연소량의 범위에서 상기 비례밸브(25)를 통전하고, 연료가스 압력은 통전전류치와 비례하는 동시에 제2의 연소량으로 되었을 때 상기 전자밸브(22)를 개방상태로 하는 동시에 상기 비례밸브(25)로의 전류를 제1제어에 있어서의 전류치로 감소시키는 것을 특징으로 하는 가스연소식 가열장치의 제어장치.
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