KR910005445B1 - Temperature control apparatus for water providing system - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명의 한 실시예를 나타낸 가스급탕기의 제어장치의 기능적 구성을 나타낸 블럭도.1 is a block diagram showing the functional configuration of a control device for a gas water heater showing an embodiment of the present invention.
제2도는 본 실시예의 가스급탕기를 나타낸 개략 구성도.2 is a schematic configuration diagram showing a gas water heater of this embodiment.
제3도 내지 제5도는 각각 본 실시예의 작동 설명을 위한 도면으로서,3 to 5 are views for explaining the operation of the present embodiment, respectively,
제3도는 급탕유량의 변화 및 피드포워드 제어에서의 기준 가열량의 변화를 나타내는 타이밍챠트.3 is a timing chart showing a change in the hot water supply flow rate and a change in the reference heating amount in the feedforward control.
제4도는 본 실시예의 연소기에 있어서의 연소량 변화를 나타내는 타이밍챠트.4 is a timing chart showing changes in the amount of combustion in the combustor of this embodiment.
제5도는 급탕온도의 변화를 나타내는 타이밍챠트.5 is a timing chart showing a change in hot water temperature.
제6도는 열교환기 가상온도(Bn)의 변화를 나타낸 특성도.6 is a characteristic diagram showing the change in the heat exchanger virtual temperature (B n ).
제7도는 과도(過渡)열이동분(Kn)의 변화를 나타낸 특성도.7 is a characteristic diagram showing the change of the transient heat transfer component (K n ).
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
40 : 제어장치 43 : 열량연산수단40: control device 43: calorie calculation means
44 : 보정수단44: correction means
본 발명은 열교환기를 가열하는 가열수단을 제어함으로써, 열교환기로부터 유출되는 탕온도를 소정온도로 제어하는 급탕기의 온도 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature controller of a hot water heater, which controls the hot water flowing out of the heat exchanger to a predetermined temperature by controlling heating means for heating the heat exchanger.
종래의 급탕기에서는 사용자의 필요에 따라 필요한 급탕온도가 얻어지도록 입수온, 입수량 설정온도에 따라서, 버너나 전기히터 등의 가열수단이 피드포워트 제어되고 있다.In a conventional hot water heater, heating means such as a burner or an electric heater is controlled by feedforward in accordance with the water supply temperature and the water supply amount set temperature so as to obtain a required water supply temperature according to the needs of the user.
그러나, 입수량이 변경된 경우나 설정온도가 변경된 경우에 그에 따라서 즉시 연소량이 변경되더라도, 가열되는 물이 통과하는 열교환기에는 그 재질, 형상, 크기 등에 기인하는 열용량에 의한 잔존열량이 있기 때문에, 실제의 가열량은 열교환기가 열평형에 도달할 때까지의 시간이 경과하지 않으면 설정온도로 되지 않고, 여분으로 가열되거나 가열량이 부족되거나 한다. 따라서 이와 같은 변경 후에는 설정온도의 급탕이 행해질 때까지 시간이 걸리게 되는 문제가 있다.However, even if the amount of combustion changes or the set temperature is changed immediately accordingly, even if the amount of combustion changes immediately, the heat exchanger through which the heated water passes has a residual heat amount due to heat capacity due to its material, shape and size. The heating amount of does not become the set temperature unless the time until the heat exchanger reaches the thermal equilibrium does not reach the set temperature, and is heated excessively or the heating amount is insufficient. Therefore, there is a problem that it takes time until the hot water supply of the set temperature is performed after such a change.
본 발명은 수량이나 설정온도가 변경되는 경우에도, 설정온도에 따른 급탕이 신속하게 행하여지는 급탕기의 온도 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a temperature control device for a hot water heater in which hot water supply is performed quickly even when the quantity of water or the set temperature is changed.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 열교환기로 유입하는 물의 온도와, 상기 열교환기를 통과하는 물의 유량으로부터 상기 열교환기에 대한 가열량을 제어하여 상기 열교환기로부터 유출하는 탕온을 설정온도로 제어하는 제어수단을 구비한 급탕기의 온도 제어장치에 있어서, 상기 제어수단은 열교환기의 열용량과 상기 열교환기에서 유출하는 탕수의 온도에 의거하여 상기 열교환기의 온도를 연산하는 연산수단과 이 연산수단에 의하여 연산된 열교환기의 온도에 의거하여 상기 열교환기의 가열량을 보정하는 가열량 보정수단을 구비하는 것을 기술적 수단으로 한다.The present invention provides a control means for controlling the temperature of the water flowing into the heat exchanger and the flow rate of the heat exchanger from the flow rate of the water passing through the heat exchanger to control the hot water flowing out of the heat exchanger to a set temperature in order to achieve the object. In the temperature control device of the hot water heater, the control means is a calculation means for calculating the temperature of the heat exchanger based on the heat capacity of the heat exchanger and the temperature of the hot water flowing out of the heat exchanger and the heat exchanger calculated by the calculation means It is a technical means to provide heating amount correction means which corrects the heating amount of the said heat exchanger based on the temperature of the machine.
본 발명에서는 열교환기로의 유입온도의 유입수량에 의거하여 열교환기로의 가열량이 제어되고, 설정온도의 급탕이 행해진다. 이 가열량의 제어에서는 연산수단에 의하여 열교환기의 열용량과 열교환기에서 유출하는 탕수의 온도에 의거하여 열교환기의 온도가 연산되고, 연산된 열교환기의 온도에 의거하여 가열량이 보정된다. 따라서 유입온도나 유입수량이 변화하는 경우나 설정온도의 변경이 있을 경우에는 변경시의 열교환기의 온도에 의거하여 가열량이 보정되기 때문에 열교환기에 축적되어 있는 열량에 의한 영향이 출탕온도에 나타나는 일이 적고, 열교환기의 열량에 의한 과잉가열이나 가열부족이 없게 되어 신속하게 설정온도의 출탕이 행해진다.In the present invention, the amount of heating to the heat exchanger is controlled based on the amount of inflow water at the inflow temperature to the heat exchanger, and the hot water supply at the set temperature is performed. In the control of the heating amount, the calculation means calculates the temperature of the heat exchanger based on the heat capacity of the heat exchanger and the temperature of the hot water flowing out of the heat exchanger, and corrects the heating amount based on the calculated temperature of the heat exchanger. Therefore, when the inflow temperature, the inflow water amount changes, or the set temperature is changed, the heating amount is corrected based on the temperature of the heat exchanger at the time of change, so that the influence of the heat accumulated in the heat exchanger may appear at the tapping temperature. There is no excessive heating and lack of heating due to the heat amount of the heat exchanger, and the tapping of the set temperature is performed quickly.
다음에 본 발명을 도면에 나타낸 실시예에 의거하여 설명한다.Next, the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.
제2도에 개략적으로 나타낸 본 실시예의 가스급탕기는 연소기(10)와 연료관(20), 수관(30)과 제어장치(40)로 구성된다.The gas water heater of this embodiment shown schematically in FIG. 2 is composed of a
연소기(10)는 본 발명의 가열수단이고, 급탕기 케이스(1)내에 설치된 버너판(11)과 연소용 공기는 공급하는 송풍기(12)로 구성되고, 버너는 노즐(13)에서 공급되는 연료가스를 송풍기(12)에 의하여 공급되는 연소용 공기만으로 연소하는 전일차 공기연소를 행하고, 연소가스는 도시없는 배출구에서 배출된다. 버너판(11)근방의 상방에는 점화장치의 스파커(14) 화염검지를 위한 플레임로드(15) 및 더머커플(16)이 각각 설치된다.The
연료관(20)은 연료가스를 노즐(13)에 공급하는 것이며, 그의 상류측으로부터 순차로 원전자밸브(21), 주전자밸브(22)가 그리고 버너판(11)에 대한 연료공급량을 조절하는 비례밸브(23)가 각각 설치되고, 비례밸브(23)의 하류에서 분기되고, 분기된 한쪽의 연료관(20)에는 연료를 차단하여 연소량을 조절하기 위한 변환용 전자밸브(24)가 구비되고, 다른쪽에는 버너판(11)으로의 연료공급량을 제한하기 위한 오리피스(25)가 구비된다.The
수관(30)은 도시없는 물공급원과 급탕구와 각각 접속되는 공급관(31) 및 급탕관(31a)과 이들을 연통하는 열교환기(32) 및 바이패스관(32a)으로 구성되고, 공급관(31)에서 공급되는 물의 일부는 열교환기(32)를 통과하고, 나머지 부분은 바이패스관(32a)을 통과하여 급탕관(31a)으로 유도되고, 열교환기(32) 및 바이패스관(32a)과의 합류 부에는 바이패스밸브(33)가 설치되고, 열교환기(32)에 의하여 가열되는 물과, 바이패스관(32a)에 의해 가열되지 않고, 유도되는 물과의 비율을 적절히 조절하여 혼합한다.The
한편, 공급관(31)에는 상류로부터 수량제어밸브(34), 수류센서(35) 및 입수온 더미스터(36)가 그리고 열 교환기(32)의 하류에는 열교환 더미스터(37)가 그리고 급탕기(31a)에는 출탕은 더미스터(38)가 각각 구비된다.On the other hand, the water
또한 바이패스밸브(33) 및 수량제어밸브(34)는 각각 구비되어 있는 기어모터에 의하여 구동되고 그 개방도 검출을 위해 포텐쇼메터가 구비되어 있고, 또한 수류센서(35)는 공급관(31)내를 통과하는 수류에 의하여 회전되는 도시없는 날개차의 회전수에 따른 수의 펄스신호를 출력한다.In addition, the
제어장치(40)는 마이크로 컴퓨터와 구동회로에 의해 구성되며, 마이크로 컴퓨터는 기능부로서 제1도의 표시와 같이 작동 시컨스를 관장하는 시컨스 제어부(41), 기준가열량 결정부(42), 열량연산부(43), 보정부(44), 연소제어부(45), 수량제어부(46)를 가지며, 그밖에 제어장치(40)는 사용자에 의하여 조작되는 컨트롤러(47)를 구비한다. 시컨스 제어부(41)는 수류센서(35)에 의한 통신신호와 컨트롤러(47)로부터의 조작신호에 의거하여 소정의 시컨스에 의해 점화작동을 행하여 연소를 개시함과 동시에 이상 연소시, 능력부족시 등에는 사전 설정된 조건하에서 연소가 행해질 경우에, 연소기(10) 전체의 작동이나 연료공급을 정지한다.The control device 40 is constituted by a microcomputer and a driving circuit, and the microcomputer is a function unit, as shown in FIG. 1, a
기준가열량 결정부(42)는 컨트롤러(47)에 의해 설정된 설정온도와 입수온 더미스터(36), 수류센서(35)로 부터의 신호에 의거하여 피드포워드 제어로서의 시각(n)에 있어서의 기준가열량(FFn)을 결정한다.The reference heating
여기서는 기준가열량(FFn)는 설정온도(Tset), 입수온도(Tin), 입수량(W), 열효율(eff)로부터 FFn=(Tset-Tin)×W/eff로 결정된다.Here standard moving heat (FF n) is a set temperature (T set), to obtain temperature (T in), is determined from the input quantities (W), the thermal efficiency (eff) to the FF n = (T set- T in ) × W / eff .
열량연산부(43)는 연소개시후에 소정시간에 경과한 후에 연소량의 능력제어가 개시될 때에, 열교환기 더미스터(37)에 의한 검출온도에 의거하여 열교환기(32)의 열량을 연산하고, 열교환기(32)의 온도의 초기치로 한다.The calorific
여기서는 시각(n)에 있어서는 열교환기(32)의 가상온도(Bn)의 초기치(Bo)를 열교환기(32)로부터의 출탕온도(Te)에 의거하여 Bo=e×Te+f에 의하여 구하고(e, f는 열교환기의 열용량에 의거하는 정수), 점화시, 재점화시의 출탕온도의 급상승 특성을 향상시킨다.Here, at time n , the initial value B o of the virtual temperature B n of the
보정부(44)는 연소기(10)의 연소량을 열량 연산부(43)의 연산결과에 의거하여 보정하기 위한 기능부이다.The
여기서는 기준가열량 결정부(42)에 의한 기준가열량(FFn)의 변화량을 감시하고, 연산된 열교환기(32)의 온도의 초기치(Bo)와 기준가열량(FFn)의 변화구배로부터 열교환기(32)의 온도를 소정의 단위시간(Δt)(예를들어 0.5초) 주기에 의해 시각(n)에서의 열교환기(32)의 가상온도(Bn)[C]를 축차적으로 구한다.Here, the change amount of the reference heating amount FF n by the reference heating
Bn=An+(Bn-1-An)×bB n = A n + (B n -1-A n ) × b
여기서 b는 시간정수이고, 또한 열교환기(32)의 정상상태에 있어서의 가상온도(An)[C]는 기준가열량(FFn)에 의하여Where b is the time constant and the virtual temperature (A n ) [C] in the steady state of the heat exchanger (32) is determined by the reference heating amount (FF n ).
An=c×FFn+dA n = c × FF n + d
에 의하여 구한다. 여기서 c, d는 모두 정수이다.Obtain by Where c and d are both integers.
그리고, 열교환기(32)의 정상상태에 있어서의 가상온도(An)와 시각(n)에 있어서의 열교환기(32)의 가상온도(Bn)에 의거하여 비정상상태의 시각(n)에 있어서의 과도열이동분(Kn)을Then, based on the virtual temperature A n in the steady state of the
Kn=d×(An-Bn-1)K n = d × (A n -B n -1)
로 계산하고, 이 과도열이동분(Kn)을 보정치로 하여 연소기(10)의 보정연소량을 결정하고, 과도열이동분(Kn)이 계산되는 동안을 보정시간으로 한다.The amount of correction combustion of the
따라서, 열교환기(32)가 가상온도(An1)의 정상상태에 있어서 예를 들어 입수량이 감소하면 시각(n)에 있어서의 열교환기(32)의 가상온도(Bn)는 제6도의 표시와 같이 2차 변화하여 순차로 정상상태의 가상온도(Bn)에 접근하고, 이에 수반하여, 과도열이동분(Kn)은 제 7도의 표시와 같이 점차적으로 감소한다.Therefore, when the
연소제어부(45)는 기준가열량 결정부(42)에 의하여 결정되고, 보정부(44)에 의하여 보정된 연소량에 따라 연소기(10)의 송풍기(12), 비례밸브(23), 변환용 전자밸브(24)를 제어한다. 여기서는 상기와 같이 보정부(44)에 의하여 연소량의 보정이 행하여지기 때문에, 사용자에 의하여 급탕수량이 변경되거나 설정온도가 변경되어 그에 수반하여 연소량의 변경을 필요로하는 경우에는 변경전의 열교환기(32)에 축적된 과잉열량 혹은 부족열량에 의거하여 새로운 연소량과 그 출력시간이 결정되므로 연소량이 과잉이거나 부족이거나 하는 일이 없으며, 열교환기(32)에서 유출하는 탕수의 온도를 신속하게 변경시킬수 있다.The
그리고 더머커플(16)의 출력에 의하여 공연비의 보정제어가 행하여진다.Then, the control of the air-fuel ratio is performed by the output of the
수량제어부(46)는 기준가열량 결정부(42)의 결정연소량에 따라서 수량제어밸브(34)를 제어함과 동시에 출탕은 더미스터(38)의 검지신호에 의거하여 바이패스밸브(33)를 제어한다.The water
컨트롤러(47)는 급탕기의 운전을 개시함과 동시에 사용자의 목적에 따른 출탕온도를 설정한다. 그리고 설정된 온도를 표시하기 위한 액정표시부나 연소기(10)의 연소중임을 표시하는 연소램프가 구비되어 작동상태를 사용자에게 알린다.The controller 47 starts the hot water heater operation and sets the tapping temperature according to the user's purpose. And a liquid crystal display for displaying the set temperature or a combustion lamp to indicate that the combustion of the
그리고 제어장치(40)에서는 열교환 더미스터(37)의 검지신호에 의한 피드백 제어도 아울러 행하고, 열교환기(32)에서 유출하는 탕온이 소정의 조건으로 된 경우에 연소기(10)의 연소량이 수정된다.In addition, the control device 40 also performs feedback control by the detection signal of the
이상의 구성으로 된 가스급탕기는 다음과 같이 작동한다.The gas water heater with the above structure operates as follows.
사용자가 컨트롤러(47)에 의해 출탕온도를 설정하고 운전스위치를 넣고, 도시없는 수도전을 조작하면 소정의 시컨스에 의해 점화가 행해지고, 연소기(10)의 연소가 개시됨과 동시에 도시없는 급탕구로부터 유출한다.When the user sets the tapping temperature by the controller 47, the operation switch is turned on, and the tap water is operated without a city, ignition is performed by a predetermined sequence, and the combustion of the combustor 10 starts, and at the same time, it flows out of the tap without water. do.
소정시간이 경과하면 점화초기의 연소량에서 컨트롤러(47)의 설정온도에 따른 연소량 제어가 개시되고, 입수온, 입수량, 설정온도에 의거하여 기준가열량이 결정된다.When a predetermined time has elapsed, the combustion amount control according to the set temperature of the controller 47 is started from the combustion amount of the ignition initial stage, and the reference heating amount is determined based on the obtained water temperature, the obtained water quantity and the set temperature.
그러면 송풍기(12)가 그 가열량에 따라서 제어되고 가열량에 따른 연소용 공기가 공급됨과 동시에 송풍기(12)의 회전수가 검출되고, 그 검출회전수에 따라서 비례밸브(23)로 전류가 통전된다. 그리고 공급관(31)에서 공급되는 물이 열교환기(32)와 바이패스관(32a)으로 분할되어 각각 유입하고, 열교환기(32)에서 가열된 물과 가열되지 않고 바이패스관(32a)을 통과한 물은 바이패스밸브(33)에서 그 비율이 조절되어 혼합되고 급탕된다.Then, the
급탕이 계속되어 열교환기(32)의 열평형이 얻어지면 열교환 더미스터(37)에 의하여 열교환기(32)로부터의 유출온도가 검지되고, 그 온도와 사전에 계산된 열교환기(32)의 열용량에 의거하여 열교환기(32)의 온도가 연산되어 초기치로 취하게 된다.When hot water supply is continued and thermal equilibrium of the
그 후에, 제3도의 표시와 같이 시각(t1)에서 사용자에 의하여 유량이 V1으로부터 V2로 변경되면 이에 수반하여 기준가열량도 제3도의 표시와 같이 q1으로부터 q2로 변경된다. 그리고 보정부(44)에서는 열교환기(32)의 온도의 초기치와 변화된 기준가열량에 의거하여 연소기(10)의 보정연소량과 보정시간이 연산되고, 연소제어부(45)에서 보정된 가열량에 따라서 연소기(10)를 제어한다.Thereafter, when the flow rate is changed from V 1 to V 2 by the user at time t 1 as shown in FIG. 3, the reference heating amount is also changed from q 1 to q 2 as shown in FIG. 3. In the
그 결과 연소기(10)의 연소량은 제4도의 표시와 같이 Q1에서 Q2로 단시간에 변경되고 그 후에 보정 후(44)의 보정시간에 따라 다시 연소량은 Q2에서 Q3로 차례로 변경된다. 따라서 열교환기(32)로부터 유출하는 급탕온도는 제5도의 표시와 같이 크게 변화하는 일 없이, 설정온도에 따라서 거의 일정한 온도(T1)을 나타낸다.As a result, the combustion amount of the
그리고, 시각(t2)에서 재차 급탕량이 변경되고, 유량이 V3로 되면 이에 수반하여 기준가열량은 q3로 변경되나, 같이하여 연소기(10)의 연소량은 Q3에서 Q4로 단시간에 변경되고, 다시 Q5로 차례로 변경된다. 이 결과, 열교환기(32)로부터의 유출온도는 설정온도에 따른 온도(T1)로 할 수가 있다.Then, the hot water supply amount is changed again at time t 2 , and when the flow rate is V 3 , the reference heating amount is changed to q 3 , but the combustion amount of the
이상과 같이 본 발명에 의하면 급탕량이 사용자에 의하여 변경되고, 연소량이 변경될 경우에 연소기의 연소량은 열교환기의 온도에 의거하여 보정되기 때문에 과잉으로 가열되거나, 가열량이 부족하거나 하는 일 없이 설정온도에 따른 급탕을 행할 수 있다.As described above, according to the present invention, when the amount of hot water is changed by the user, and the amount of combustion is changed, the amount of combustion of the combustor is corrected based on the temperature of the heat exchanger, so that it is heated to the set temperature without excessive heating or lack of heating amount. Hot water supply can be performed.
본 실시예에서는 설정온도가 일정이고, 급탕량이 변경되는 경우에 대하여 설명하였으나, 유량이 일정이고 설정온도가 변경되는 경우에 있어서도 그에 따라 연소량이 변경되는 경우에는 동일하게 연소량의 보정이 행하여지기 때문에, 급탕온도를 새로이 설정한 설정온도로 신속하게 보정할 수가 있다.In the present embodiment, the case where the set temperature is constant and the amount of hot water supply is explained, but even when the flow rate is constant and the set temperature is changed, when the combustion amount is changed accordingly, the combustion amount is similarly corrected. The hot water supply temperature can be quickly corrected to the newly set temperature.
이상의 실시예에서는 전일차 공기연소식의 버너를 사용한 가스급탕기에 대하여 설명하였으나, 분젠식 버너나 석유버너, 전기히터 등의 가열수단으로 하여도 좋다.In the above embodiment, the gas water heater using the burner of the primary air combustion type has been described, but may be a heating means such as a Bunsen burner, an oil burner, or an electric heater.
Claims (1)
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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KR900005256A (en) | 1990-04-13 |
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