KR920010740B1 - 온도 검지소자에 의한 온도 제어 방법 및 온도 제어장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

온도 검지소자에 의한 온도 제어 방법 및 온도 제어장치

제1도는 본 발명의 실시예의 가스 급탕기에 있어서 제어장치의 처리 스텝을 가리키는 플로챠트.

제2도는 본 발명의 실시예를 가리키는 급탕기의 개략 구성도.

제3도는 본 발명의 작동 설명을 위한 타임 챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

17 : 서미스터(온도 검지소자) 23 : 조절 비례밸브(온도 조절수단)

40 : 제어장치(온도 제어장치) S₁: 스텝 1(제1의 스텝)

S₂: 스텝 2(제1의 스텝) S₃: 스텝 3(제2의 스텝)

S_{4 :}스텝 4(제3의 스텝)

본 발명은, 서미스터, 서모커플등의 온도 검지소자(온도센서)의 검진 신호에 의거 가열량, 열 연소량, 냉방량을 피드백 비례 제어하는 급탕기, 온수기, 온수난방기 혹은 냉방기에 있어서 효과적이다.

예컨대, 급탕기에서는, 열교환기로부터 유출하는 탕온이 목적 온도로 되어 있는지 여부를 서미스터 등의 온도 센서에 의하여 검지하여, 그 검지 결과에 의거, 버너의 발열량을 제어하고 있다.

그러나, 피측정 온도를 검지하기 위한 온도 검지소자로서의 서미스터나 서모커플등에서는 일반적으로 피측정 온도의 변화에 대한 검출 자체가 있다. 이 때문에, 상술한 바와 같이, 탕온을 서미스터등에 의하여 검지하고, 그 검지신호에 응하여 가열량을 피드백 비례제어하는 경우, 일정의 급탕이 행하여지는 경우에는 목적 온도에 대한 출탕온도의 편차에 의거 가열량을 제어하면, 출탕온도는 점차 안정하고, 목적 온도에 응한 출탕 온도가 얻엊나, 급탕량의 변경이나 공급수온의 변화등의 외부 조건 변화에 의하여 베어량의 변경이 필요해진 경우 등에는 서미스터의 “검출지체”(응답지체)의 영향을 크게 받아 검지신호를 그대로 유출하는 더운 물의 온도로서 제어하면, 가열량의 빠른 변경이 안됨과 동시에 실제의 출탕온도에 응한 적당한 제어량으로 가열이 되지 않는다.

즉, 열교환기로부터의 유출온도(출탕온도)를 검지하여 피드백 비례제어하는 경우에는, 수량 변화가 있는 경우에도 탕온이 변화하지 않도록 제어하기 위하여는, 0.1초 이내의 응답성이 필요해지나, 일반적으로 서미스터로서는 응답성을 나타내는 시정수는 0.8 정도이며, 약 1초의 검출지체가 되기 때문에 오버슈트나 언더슈트에 의하여 헌팅이 발생하고, 물을 목적으로 온도에 안정시키는 것이 곤란해진다는 문제가 있다.

본 발명은 온도 검지소자의 검지신호에 응하여 온도 조절수단을 제어하는 온도 제어장치에 있어서, 피 가열체나 냉방의 온도를 빠르게 필요온도로 제어함과 동시에, 급탕량의 변경이나 공급수 온의 변화와 같은 조건 변화가 있는 경우에도 그 영향을 받고 이렇게 안정된 온도 제어를 행할 수 있는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 온도 검출소자에 의하여 피측정 온도를 검지하여, 온도 조절수단을 제어하는 온도 제어장치에 있어서, 상기 온도 검지소자에 의하여 검지된 상기 피측정 온도를 소정시간 마다 판독하는 제1의 스텝과, 그 제1의 스텝에 있어서 판독된 검지온도의 상기 소정시간 마다의 온도차를 구하는 제2의 수텝과, 그 제2의 스텝에 있어서 구해진 상기 온도차에 응하여 상기 피측정 온도를 추정하여, 추정온도를 구하는 제3의 스텝을 구비하고, 그 제3의 스텝에 있어서, 구해진 상기 추정 온도에 의거하여 온도 조절수단을 제어하는 것을 기술적 수단으로 한다.

본 발명의 온도 제어장치에서는 온도 검지소자에 의하여 검지된 피측정온도는 소정시간 마다에 판독되어 판독된 검지온도에 대하여 그 온도차가 구하여지고, 다시 판독된 검지온도의 소정시간에 있어서 온도차(온도변화)에 의거 피측정 온도가 추정되고, 추정온도가 구해진다.

따라서, 예컨대 제3도에 있어서 파선 A의 시간 t1 이전에 가리키는 바와 같이 피측정온도가 안정해 있고, 검지온도가 그다지 변화하지 않는 경우에는 검지온도를 그대로 피측정온도와 추정하여 제어하면 적정한 제어량이 주어진다.

역으로, 외부조건의 변화등이 있고, 피측정온도가, 예컨대 제3도에 있어서 시간 t1에서 파선 A와 같이 변화할 때에는, 온도 검지소자에 의한 검지온도는 실선 B로 가리키는 바와 같이 응답지체하여 변화하기 때문에, 온도 검지소자의 검지온도는 그대로 실제의 피측정온도로 되지 않는다. 그러나, 이와 같은 경우에는 온도 검지소자에 검지되는 온도에는 필히 온도변화가 나타나므로 온도 검지소자의 응답지체를 고려하여 그 온도변화에 의거하여 피측정온도를 추정할 수가 있다.

따라서, 온도 검지소자의 검지온도의 온도차를 구하면 피측정 온도를 추정할 수가 있다.

온도 조절수단을 이와 같이 하여 얻어진 추정온도에 의거 제어된다.

본 발명에서는 온도 검지소자의 검지온도의 온도차에 의하여 피측정온도가 추정되고, 그 추정온도에 의거 온도 조절수단에 제어된다. 따라서, 외부조건 변화 등에 의하여 피측정 온도가 변화하여도 온도 검지소자에 의한 검지의 응답지체의 영향을 받음이 없이 온도 조절수단을 적정하게 제어할 수가 있고, 오버슈트나 언더슈트에 의하여 헌팅이 일어나는 일이 없고, 안정된 온도 제어를 행할 수가 있다.

[실시예]

다음에 본 발명의 온도 검지소자에 의한 온도 제어방법 및 온도 제어장치를 실시예의 의거 설명한다.

제2도에 그 개략을 나타내는 가스급탕기(1)에서는, 급탕기 케이스(10)의 내부에 버너플레이트(11)이 배치되고, 급탕기 케이스(10)에 의하여 연소실(10a)와 혼합실(10b)가 형성되어, 급탕기 케이스(10)의 아래쪽에 연소용 공기를 공급하는 송풍기(12)를 갖추고 있다. 송풍기(12)는 스크롤 케이싱(12a)내에 낱개바퀴(12b)를 갖추고, 모터(도시생략)에 의하여 날개바퀴(12b)를 회전운동한다.

스크롤 케이싱(12a)에는 연료가스를 분출하는 노즐(13)이 설치되어, 급탕기 케이스(10) 및 버너 플레이트(11)은 송풍기(12)에 의하여 공급되는 1차 공기만으로 연소하는 전1차 공기 연소기를 형성하고, 연소가스는 배기구(도시생략)로부터 급탕기 케이스(10)밖에 배출된다.

연소실(10a)내에는 버너 플레이트(11)의 근방에 불꽃방전을 행하는 스파커 전극(14), 불꽃 검지를 위한 화염로드(15)가 각각 마련되어 있다.

또 연소실(10a)내에는, 물공급원(도시생략) 및 급탕구와 각각 접속된 열교환기(16)가 설치되고, 열교환기(16)의 하류에는 가열된 탕수의 온도를 검지하는 서미스터(17)가 구비되어 있다.

그리고, 혼합실(10b)내에는, 송풍기(12)에 의하여 공급되는 혼합기체를 균등하게 버너 플레이트(11)에 공급하기 위하여, 다수의 구멍이 형성된 정류판(整流板(18))이 배치되어 있다.

연료가스를 노즐(13)에 공급하는 연료관(20)에는 상류쪽에서 차례로 원전자밸브(21), 주전자밸브(22), 연료가스의 하류쪽의 압력을 전류치에 따라서 조절하는 조절 비례밸브(23), 연료가스를 차단하기 위한 전자밸브(24)가 각각 설치되고, 전자밸브(24)의 상류와 하류와는 오리피스(25)를 갖춘 바이패스관(20a)에 의하여 연이어 통하게 되어 있다. 오리피스(25)는 좁히는 성능을 높이기 위하여 마련한 것으로서, 전자밸브(24)가 닫혀진 상태인 경우에는, 노즐(13) 대신에 오리피스(25)에 의하여 연료공급량이 제한되고, 연소량이 작아진다.

제어장치(40)은 마이크로 컴퓨터(이하 “마이콘”이라 한다)를 중심으로 하는 것으로서, 사용자에 의하여 조작되고 출탕온도를 설정하기 위한 컨트롤로(50)과, 안전회로(도시생략)을 갖추고, 점화제어 및 연소제어를 행한다.

점화 제어에서는 열교환기(16)의 상루에 설치된 수류스위치(도시생략)부터의 통수신호에 의하여 송풍기(12)를 완(緩) 점화 제어시켜서 프리파지를 행하고, 송풍기(12)의 작동이 확인되면, 스파커 전극(14)에 의하여, 불꽃방전을 행하고, 원전자밸브(21) 및 주전밸브(22)를 함께 열린상태로 함과 동시에, 조절 비례밸브(23)을 완점화 제어하여 점화를 행한다.

점화작동으로 착화하면, 화염로드(15)에 의하여 불꽃 검지되고, 착화 검지후에 연소상태가 안정하기 위한 소정시간이 경과하면 설정온도 등에 의거 연소량의 제어가 행하여진다.

연소량의 제어는 서미스터(17)의 온도신호에 의거 피드백 비례 제어를 행하고, 열교환기(16)이 물을 목적온도로 가열하기 위하여 필요한 연소량 Q를 결정한다.

여기서는 급탕량이 변경된 경우에, 출탕온도의 변화를 가능한한 적게하기 위하여, 연소량 Q를, 컨트롤로(50)에 의한 설정온도 Tset와 서미스터(17)의 저항치에서 얻어지는 온도신호에 의거 다음과 같이 결정하고 있다.

일반적으로, 서미스터(17)에 의하여 검지되고 판독되는 검지온도 T(t)는, 열교환기(16)에서 유출하는 실제의 탕온도 T out에 대하여 응답지체가 있고, 급탕량이 변경되어서, 예컨대 제3도에 있어서, 시간(t1)에 탕온 T out가 파선 A를 나타내듯이 탕온 To로부터 탕온 Ta에로 변화하였다고 하면, 서미스터(17)의 응답지체는, 일반적으로

의 관계로 표시된다(τ는 서미스터의 시정수). 여기서, 각치를 시간 스텝 t의 점화식에 고쳐서 나타내면, 실제의 탕온 T out는,

검지온도 T(t)는

로 되고, 또 서미스터(17)에 의한 검지온도에 의한 온도차 ΔTn는,

이기 때문에, 전식을 탕온 T out n에 대하여 정리하면,

의 관계가 얻어지기 때문에, 이것을 금회의 탕온 T out n으로서의 추정치로 한다.

여기서, exp^t/τ-1은 통상 1보다 큰 정수가 되고, 시간스텝 t가 t=0.1[초]의 경우에는, 정수 r=(exp^t/τ-1)^-1은 r=10 정도로 된다.

따라서, 본 실시예에서는, 추정 탕온 T out Tn을 전회의 시간 스텝 t의 검지온도 Tn-1과, 온도차 ΔTn으로부터

에서 구하고, 이것을 탕온 T out로 간주하여, 피드백 비례제어에 있어서 연소량 Q를,

로 결정한다.

즉, 본 실시예에서는, 제1도에서 도시한 대로, 소정의 시간 t(0.1ch)를 계시(計時)하는 스텝 1과, 시간 Δt마다 서미스터(17)에 의한 검지온도 T(t)를 판독하는 스텝(2)와, 전회의 검지온도 Tn-1과 금회의 검지온도 Tn과의 온도차 ΔTn을 구하는 스텝(3)과, 온도차 Tn에 의거 추정량은 T out n을 산출하는 스텝(4)로부터 비드백 비례제어에 있어서 연소량 Q를 결정하게 된다.

또, 이 연소량 Q에 응하여 송풍기(12)를 제어하고, 송풍기(12)의 모터의 회전수를 검출하여 송풍기(12)의 작동에 맞추어서 전자밸브(24) 및 조절 비례밸브(23)을 제어한다.

이상의 구성으로된 본 실시예의 가스급탕기(1)은, 다음과 같이 작동한다.

사용자가 수전(水銓)(도시생략)을 조작하여 급탕을 개시하면 소정의 시퀀스로 연소가 개시되고, 화염로드(15)로 불꽃 검지되면, 서미스터(17)에 의하여 검지되는 탕온에 의거 연소량 Q가 결정되고, 그에 따라서 조절 비례밸브(23)등이 제어되고, 필요한 온도 To에 가열된다.

급탕중에, 예컨대 제13도에 도시한대로, 시간(t1)에 사용자에 의하여 급탕량이 변경되고, 급탕량이 감소하면, 출탕온도 T out는, 파선 A로 표시한 대로, 시간 t1에 있어서 크게 상승하고, 온도 Ta를 나타낸다.

이때, 서미스터(17)에 의하여 검지되는 검지온도 T(t)는, 탕온의 변화에는 쫓아가지 못하고, 실선 B에서 표시한 대로 완만하게 변환한다.

이 때문에, 소정시간(0.1초) 경과한 시간(t2)에 있어서 출탕온도 T out가, 온도 Ta임에도 불구하고, 서미스터(17)의 검지온도 T(t)는 온도(Tb)를 나타낸다.

그러나, 본 실시예에서는, 피드백 비례제어를 위한 연소량 Q는 시간(t2)의 검지온도(Tb)와 시간(t1)의 온도변화 하는 이전의 검지온도(To)와의 온도차 T2=Tb-To에 의거,

로 구해지는 추정온도 T out2를 실제의 온도 To로 간주하여 제어한다. 이 추정온도 T out2는, 제3도에 있어서 파선 A로 표시되는 실제의 탕온 Ta에 매우 가까운 값이기 때문에, 적정한 제어량으로 연소시킬 수가 있다.

이상과 같이, 본 실시예의 가스급탕기에서는, 시미스터의 검지온도의 변화에 의거 실제의 탕온을 추정하고, 연소량을 실제의 탕온에 가까운 추정온도에 의거 변경할 수 있기 때문에, 서미스터의 응답지체의 영향을 적게할 수 있다. 따라서, 오버슈트나 언더슈트에 의하여 헌팅이 일어나는 일이 없고, 안정된 연료제어를 행할 수가 있다.

이상의 실시예에서는, 서미스터를 온도 검지소자로 하는 가스급탕기를 설명하였으나, 온수난방기, 온풍난방기 등의 다른 연소기라도 되고, 가열원은 가스, 석유 등에 의한 연소기기에 한정되지 않고, 전기 가열에 의한 것도 된다.

또, 온도 검지소자로서는, 서미스터에 한정되지 않고, 서모커플 등의 다른 온도 검지소자를 써도 된다.

이상에서는 가열수단을 갖춘 것에 대하여 설명하였으나, 냉방기 등의 냉각수단을 갖춘 온도 제어장치에 있어서도 동일의 효과가 얻어진다.

Claims (2)

1. 온도 검지소자에 의하여 피측정(被測定)온도를 검지하여, 온도 조절수단을 제어하는 온도 제어방법에 있어서, 상기 온도 검지소자에 의하여 검지된 상기 피측정 온도를 소정시간마다 판독하는 제1의 스텝과, 그 제1의 스텝에 있어서 판독된 검지온도의 상기 소정시간 마다의 온도차를 구하는 제2의 스텝과, 그 제2의 스텝에 있어서 구해진 상기 온도차에 응하여 상기 피측정 온도를 추정하여 추정온도를 구하는 제3의 스텝을 구비하고, 그 제3의 스텝에 있어서, 구해진 상기 추정온도에 의거하여 온도 조절수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 검지소자에 의한 온도제어방법.
2. 온도 검지소자에 의하여 피측정 온도를 검지하여, 온도 조절수단을 제어하는 온도제어 장치에 있어서, 상기 온도 검지소자에 의하여 검지된 상기 피측정 온도를 소정시간 마다 판독하는 제1의 스텝과, 그 제1의 스텝에 있어서 판독된 검지온도의 상기 소정시간마다의 온도차를 구하는 제2의 스텝과, 그 제2의 스텝에 있어서 구해진 상기 온도차에 응하여 상기 피측정온도를 추정하여 추정온도를 구하는 제3의 스텝을 구비하고, 그 제3의 스텝에 있어서 구해진 상기 추정온도에 의거하여 온도 조절수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 검지소자에 의한 온도제어장치.

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