KR930001173B1 - 강제 연소식 연소장치의 제어장치 - Google Patents

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Description

강제 연소식 연소장치의 제어장치

제1도는 본 발명의 구성을 도시하는 블록도.

제2도 내지 제7도는 본 발명의 제1실시예를 도시하는 것으로,

제2도는 바이패스믹싱 방식의 가스급탕기 개략적인 구성도.

제3도는 제어장치의 개략적인 블록도.

제4도는 연소량과 서모커플의 목표출력과의 관계를 도시하는 그래프.

제5도는 공연비와 연소속도를 도시하는 그래프.

제6도는 연소량을 증가시켰을때의 공연비의 변화를 설명하기 위한 타임챠트.

제7도는 연소량을 감소시켰을때의 공연비의 변화를 설명하기 위한 타임챠트.

제8도 및 제9도는 본 발명의 제2실시예를 도시하는 것으로,

제8도는 강제연소식 연소장치의 개략적인 도면.

제9도는 연소량을 증가시켰을때의 공연비의 변화를 설명하기 위한 타임챠트.

제10도는 종래의 제어장치에 의해 공연비의 보정을 하였을때의 실제의 공연비의 변화를 도시하는 타임챠트.

제11도는 공연비와 실화, 및 역화의 관계를 도시하는 타임챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 연소부 13 : 송풍기

20 : 연료공급수단 40 : 제어장치

47 : 공연비 검출수단 55 : 리치제어수단

56 : 린제어수단

본 발명은 연소부에 형성된 불길의 온도에 의해 공연비를 검출하고, 이 검출된 공연비가 적정한 범위의 공연비를 유지하도록 연료의 공급량 또는 연소용 공기량중 최소한 하나를 제어하는 강제연소식 연소장치의 제어장치에 관한 것이다.

연소부에 연료를 공급하는 동시에, 연소부에 공급된 연료를 완전 연소시키는데 필요한 연소용 공기를 강제적으로 연소부에 공급하여, 연소부에서 연료를 연소시키는 종래의 강제연소식 연소장치가 있다.

이 강제연소식 연소장치는 연소부에 강제적으로 공급되는 연소용 공기에 따라서, 연소부에 공급된 연료를 완전연소할 필요가 있다. 이 때문에 공연비가 공기과잉(린)에 있는 적정한 범위로 유지되도록 연료의 공급량, 또는 연소용 공기량중 최소한 하나가 제어장치에 의해 제어된다.

또한, 이 제어장치는 공연비를 검출하기 위한 공연비 검출수단을 필요로 한다.

이 공연비 검출수단으로서, 연소부에 형성되는 불길의 온도로 부터 공연비를 검출하는 것이 있다. 이것은 제5도에 나타낸 바와 같이 대략 공연비 0.9에서 불길의 연소속도가 빠르고, 공연비가 0.9에서 멀어짐에 따라 연소속도가 느리게 되는 것을 이용한 것이다. 이것은 불길의 온도를 검출했을때(이론 공연비보다도 린측에서 연소하고 있다고 가정함), 온도가 상승함에 따라 공연비가 작아지고(공기부족(리치)측으로 이행함),반대로 온도가 하강함에 따라 공연비가 커지는(린측으로 이행함)것이다. 즉, 불길의 온도와 연소량을 비교함으로써 공연비를 검출할 수 있는 것이다.

불길의 온도를 검출하는 수단으로서 예를들면 서모커플(열전대)을 이용하는 것이 있다. 이 서모커플은, 공연비가 변화되고 불길의 온도가 변화되었을때, 가열 또는 냉각되는데 시간을 요한다. 마찬가지로 연소량이 변화되었을때에도 서모커플이 가열 또는 냉각되는데 시간을 요한다. 이 때문에 실제의 연소상태의 변화와 서모커플이 검출한 연소상태의 변화와의 사이에 시간적인 오차가 생기게 된다.

이 때문에 공연비가 변화되거나, 연소량이 변화되면, 실제의 연소상태와, 서모커플이 검출하는 연소상태는 서로 다르게 되어 버린다. 또한 제어장치는 서모커플이 검출하는, 실제의 연소상태와는 다른 검출치에 의해 연료의 공급량이나 또는 연소용 공기의 공급량중 최소한 하나를 제어하고, 공연비를 적정한 범위로 유지하려고 한다. 결과적으로, 제10도에 도시한 바와 같이 실제의 공연비는 목표의 공연비에 오버슈트를 반복하여 수렴된다.

또한, 종래에는 공연비를 리치측으로 이행시키는 속도와, 공연비를 린측으로 이행시키는 속도를 똑같은 속도로 하였다. 즉, 제어장치는 공연비를 제어하기 위해, 연료의 증감속도, 또는 송풍량의 증감속도를 같게 하였다. 그 결과, 종래의 제어장치의 제어에서는 연소상태가 오버슈트에 의해 목표의 공연비로 부터 리치측에 존재하는 시간과, 린측에 존재하는 시간이 기본적으로 같은 길이였다.

제11도는 공연비를 변화시켰을 경우의 서모커플의 출력과, 불길의 상태와의 관계를 나타내는 타임챠트이다. 또한, 도면중 실선 Ⅰ은 공연비를 적정한 값에서 리치측으로 이행시킨 것을, 실선 Ⅱ는 공연비를 적정한 값에서 린측으로 이행시킨 것을 각각 나타낸다.

제11도의 타임챠트에서 알 수 있듯이, 공연비를 린측으로 이행시키면, 연소속도가 느리게 되고 불길이 치솟게 되어 짧은 시간(이 예에서는 15초)에 실화해 버린다. 또한, 반대로 공연비를 리치측으로 이행시키면, 연소속도가 빨라져서 역화(예를들면 세라믹제 버너의 이면에 불길이 형성되는 것)가 발생하며 이에는 긴 시간(이 예에서는 200초)의 여유가 있다. 즉, 실제의 연소상태는 목표의 공연비에서 리치측에 존재하는 시간이 길어져도 좋지만, 린측에 존재하는 시간이 길어지면 불길이 치솟아 실화되어 버릴 가능성이 높아진다.

따라서, 종래의 제어장치에서는 상술한 바와 같이 실제의 연소상태가 오버슈트에 의해 목표의 연소상태로부터 리치측에 존재하는 시간과, 린측에 존재하는 시간이 기본적으로 같은 길이였기 때문에, 실제의 연소상태가 린측에 존재하는 시간이 길어서 실화될 가능성이 높았다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 제시된 것으로, 그 목적은 실제의 연소상태가 목표의 공연비로 부터 린측에 존재하는 시간을 짧게 하고, 불길이 치솟음에 의해 실화되는 것을 방지할 수 있는 강제연소식 연소장치의 제어장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 강제연소식 연소장치의 제어장치는 제1도의 개략적인 블록도에 도시한 바와 같이, 연료를 연소하는 연소부(11)과, 이 연소부 (11)에 연료를 공급하는 연료공급수단(20)과, 이 연료공급수단(20)에 의해 상기 연소부(11)에 공급되는 연료를 연소시키는데 필요한 연소용 공기를 강제적으로 상기 연소부(11)에 공급하는 송풍기(13)과, 연소부(11)에 형성되는 불길의 온도에 의해 공연비를 검출하는 공연비 검출수단(47)을 구비하며, 이 공연비 검출수단(47)이 검출하는 공연비에 따라서 상기 연료공급수단(20)에 의한 연료의 공급량, 또는 상기 송풍기(13)에 의한 송풍량중 최소한 하나를 보정제어하여, 공연비를 적정한 범위로 유지하는 제어장치(40)을 또한 구비하는 강제연소식 연소장치에 있어서, 상기 제어장치(40)은 마이크로컴퓨터(41)내에 프로그램된 리치제어수단(55) 및 린제어수단(56)을 구비하며, 상기 리치제어수단(55)는 상기 공연비 검출수단(47)이 검출한 연소상태가 목표의 공연비보다 린측에 있을때 연료를 증가시키거나 송풍량을 감소시켜 공연비를 리치측으로 이행시키며, 상기 린제어수단(56)은 상기 공연비 검출수단(47)이 검출한 연소상태가 목표의 공연비보다 리치측으로 있을때 연료를 감소시키거나, 송풍량을 증가시켜 공연비를 린측으로 이행시키며, 상기 리치제어수단(55)에 의한 연료의 증가속도 또는 송풍량 감소속도는 상기 린제어수단(56)에 의한 연료의 감소속도 또는 송풍량의 증가속도 보다 크게되어 연소량이 변화했을때 실제의 공연비가 목표의 공연비보다 린측에 존재하는 시간이 짧아지는 것을 기술적 수단으로 한다.

상기와 같이 구성된 강제연소식 연소장치의 제어장치의 작용을 설명한다.

가). 연소부의 공급되는 연료의 공급량이 증가하거나, 연소용 공기의 공급량이 감소되어 실제의 공연비가 리치측으로 이행하거나 또는 연소량이 증가하여, 불길의 온도가 상승했을 경우의 공연비 제어에 대해 설명한다.

실제의 불길의 온도상승에 수반해서, 공연비 검출수단이 검출하는 불길의 온도도 상승한다. 그런데, 공연비 검출수단으로 검출하는 불길의 온도는 실제의 불길의 온도변화에 대해, 시간지연이 생기기 때문에, 실제온도 보다 낮은 온도를 검출하게 된다.

공연비 검출수단이 실제의 온도보다도 낮은 온도를 검출하면, 제어장치는 실제의 불길의 온도보다 낮은 온도에 의거하여 공연비를 적정한 범위에 유지하려고 한다. 즉, 공연비를 리치측으로 이행시켜, 공연비를 적정한 값으로 되돌리는 리치제어수단이 작동된다.

리치제어수단은 연료의 증가속도를 빠르게 하거나, 또는 송풍량의 감소속도를 빠르게 함으로써, 공연비를 짧은 시간에 리치측으로 이행시킨다. 그 결과, 공연비가 목표공연비로 부터 리치측으로 이행하고 있는 시간이 종래와 비교하여 길어진다.

나). 반대로, 연소부에 공급되는 연료의 공급량이 감소되거나, 연소용 공기의 공급량이 증가하여 실제의 공연비가 린측으로 이행하거나, 또는 연소량이 감소해서 불길의 온도가 강하했을 경우의 공연비 제어에 대해 설명한다.

실제의 불길의 온도강하에 수반해서, 공연비 검출수단이 검출하는 불길의 온도도 강하한다. 그런데, 공연비 검출수단으로 검출하는 불길의 온도 실제 불길의 온도변화에 대해, 시간지연이 생기기 때문에, 실제의 온도보다 높은 온도를 검출한다.

공연비 검출수단이 실제의 불길온도보다도 높은 온도를 검출하면, 제어장치는 실제의 불길온도보다 높은 온도에 의거하며 공연비를 적정한 범위로 유지하려고 한다.

즉, 공연비를 린측으로 이행시켜 공연비를 적정한 값으로 되돌리는 린제어수단이 작동한다.

린제어수단은 연료의 감소속도를 느리게, 또는 송풍량의 증가속도를 느리게 함으로써, 공연비를 천천히 린측으로 이행시킨다. 이 결과, 공연비가 목표공연비에서, 린측으로 이행하고 있는 시간을 종래와 비교하여 짧게 억제할 수 있다.

본 발명은 이상에 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 다음에 기재하는 것과 같은 효과를 얻게 된다.

공연비 검출수단에 의해, 공연비를 리치측으로 이행시킬때에는 리치측으로 이행하는 시간이 길어지고, 반대로 공연비를 린측으로 이행시킬때에는 린측으로 이행하는 시간이 짧아진다.

이 때문에 목표의 공연비에서 린측에 존재하는 시간을 짧게하여, 불길이 치솟음에 의해 실화되는 것을 방지할 수 있다. 또한 반대로 리치측에 존재하는 시간은 종래보다 길어지지만 리치측에 존재하는 것에 의한 결함(예를들면 실화나 역화)이 발생하기에는 긴 시간의 여유가 있기 때문에, 리치측에 존재하는 시간이 종래보다 조금 길어져도 결함은 생기지 않는다.

[실시예]

이후로 본 발명의 강제연소식 제어장치를 도면에 도시한 일실시예에 의거하여 설명한다.

[제1실시예]

제2도에 본 발명을 적용하는 바이패스 믹싱방식의 가스급탕기의 개략적인 도면이 도시되어 있다.

이 가스급탕기는 대별하여 가스를 연소하는 연소부(11)을 구비한 연소통로 (10)과, 가스공급배관(20)과, 물배관(30)과, 제어장치(40)으로 구성되어 있다.

연소통로(10)은 세라믹제의 표면연소식 버너(12)를 내부에 배설하고 있다. 이 버너(12)의 상류에는 가스공급배관(20)에서 공급되는 가스를 버너(12)의 상면의 연소부(11)에서 연소시키는데 필요한 연소용의 공기를 강제적으로 연소부(11)로 공급하는 송풍기(13)이 부착되어 있다. 또한, 연소통로(10)의 하류에는 연소부(11)에서 발생한 연소가스를 배출하는 배기구(도시생략)가 설치되어 있다.

가스공급배관(20)은 본 발명의 연료공급수단이며, 송풍기(13)의 원심식팬 (14)의 내부원주부에 개통된 노즐(21)로 연료의 가스를 공급한다. 또한, 노즐(21)로 부터 유출된 가스는 송풍기(13)이 발생시키는 공기류에 의해 연소용 공기와 교반되어, 연소부(11)에 공급된다. 가스공급배관(20)에는 상류측으로부터 원전자밸브(22), 주전자밸브(23),비례밸브(24)가 순서대로 설치되어 있다. 비례밸브(24)의 하류는 둘로 분기되며, 일측에는 전환용 전자밸브(25), 타측에는 오리피스(26)이 설치되어 있다. 또한, 원전자밸브(22), 주전자밸브(23) 및 전환용 전자밸브(25)는 통전제어에 의해 가스공급배관(20)을 개폐하는 것이며, 비례밸브(24)는 통전량에 따라 개방비가 변화하여 노즐(21)에 공급되는 가스량을 조절하는 것이다.

물배관(30)은 일측으로 물의 공급원에 접속되며, 타측으로 급탕구에 접속되는 것이며, 가스의 연소에 의해 발생하는 열과 내부를 흐르는 물사이에서 열교환을 하며, 내부를 통과하는 물을 가열하는 열교환기(31)과, 이 열교환기(31)을 바이패스하는 바이패스 수로(32)를 구비한다.

열교환기(32)과 바이패스 수로(32)와의 분기로의 상류의 물배관(30)에는 열교환기(31)과 바이패스 수로(32)에 유입하는 수압이 변화해도, 유입하는 수량을 일정하게 유지하는 제어밸브의 기능과, 수량을 조절하는 수량조절밸브의 기능이 조합된 전동수량제어장치(33)이 설치되어 있다. 또한, 바이패스 수로(32)에는 바이패스 수로(32)를 통과하는 수량의 조절, 및 바이패스 수로(32)의 개폐가 가능한 교축밸브(34)가 설치되어 있다.

또한, 전동수량제어장치(33)의 교축비율을 열교환기(31) 및 바이패스 수로 (32)에 유입하는 물의 총량을 규제하기 위해, 교축밸브(34)와 같거나, 교축밸브(34)보다 작게 설정된다. 또한, 전동수량제어장치(33)과 교축밸브(34)는 수량을 조절하는 수단으로서, 수로를 개폐할 수 있는 밸브를 전동장치와 연결된 모터를 사용하여 구동한다.

제어장치(40)은 제3도에 도시한 바와 같이, 마이크로컴퓨터(41), 릴레이회로 (42) 및 구동회로(43)으로 구성된 것이며, 사용자에 의해 조작되는 콘트롤러(44)나 각종 센서의 출력에 따라 버너(42)를 점화시키는 스파커(45), 원전자밸브(22), 주전자밸브(23), 비례밸브(24), 전환용 전자밸브(25), 전동수량제어장치(33), 교축밸브(34)를 통전제어하는 것이다.

제어장치(40)의 각종 센서는 버너(12)의 불길을 검출하는 화염로드(46), 버너 (12)의 불길의 온도를 검출함으로써 공연비를 검출하는 본 발명의 공연비 검출수단인 서모커플(47), 전동수량제어장치(33) 및 교축밸브(34)의 밸브체에 연동하여 밸브체의 개방도를 검출하는 전위차계(48),(49), 송풍기(13)의 회전속도를 검출하는 회전속도센서(50), 열교환기(31) 및 바이패스 수로(32)의 상류의 물의 온도를 검출하는 입수온도센서(51), 열교환기(31)을 통과한 탕온을 검출하는 온도센서(52), 열교환기(31) 및 바이패스 수로(32)를 통과하여, 혼합된 탕온을 검출하는 출탕온도센서(53), 열교환기 (31) 및 바이패스 수로(32)에 유입하는 수량을 검출하는 수량검출센서(54)를 구비한다.

다음에 컴퓨터(41)에 의한 연소제어에 대해 간단히 설명한다.

본 실시예의 연소제어는 팬선행형이다.

본 실시예의 팬선행형은 제어장치(40)에서 결정되는 연소량에 따라, 송풍량이 얻어지도록 송풍기(13)의 회전속도를 결정하고, 송풍기(13)의 회전속도로부터의 송풍량에 따른 가스가 가스연소부(11)에서 얻어지도록 비례밸브(24)의 개방도나 전환용 전자밸브(25)의 개폐를 결정한다. 또한 서모커플(47)이 검출하는 불길의 온도에 의거하여 연소부(11)에 공급되는 가스량을 보정하여 공연비를 일정하게 유지시키는 것이다. 또한, 서모커플(47)이 검출하는 불길의 온도에 의거하여 송풍기(13)의 회전속도를 보정하여 가스의 공급량이 변화되지 않도록 설치하는 것이 양호하다.

구체적으로는 사용자가 급탕구에 접속된 수도꼭지를 조작하여, 물배관(30)에 물의 흐름이 생기면, 수량검출센서(54)가 물의 흐름을 검출하여, 연소가 개시된다. 연소개시후의 연소량은 콘트롤러(44)에 의해 설정된 설정온도가 얻어지도록 각종 센서에 의해 얻어진 수량, 입수온도, 열교환기(31)을 통과한 탕온, 혼합된 탕온(출탕온도)등에 따라 결정된다. 송풍기(13)이 결정된 연소량에 따른 풍량을 버너(12)에 공급하도록 전압이 제어된다. 또한 송풍기(13)의 회전속도나 버너(12)의 불길의 온도에 따른 가스량이 얻어지도록, 비례밸브(24) 및 전환용 전자밸브(25)가 통전제어된다. 또한 연소량은 열교환기(31)을 통과한 탕온이 연소에 의해 발생된 물(배수된 물)을 열교환기(31)에 부착하지 않은 온도(예를들면 60℃)이상으로 유지되도록 결정된다.

다음에 컴퓨터(41)에 의한 수량제어에 대해 간단히 설명한다.

교축밸브(34)는 입수온도, 설정온도, 열교환기(31)을 통과한 탕온, 출탕온도로부터 산출된 적절한 개방도로 고정된다. 또한 이러한 고정은 바이패스 수로(32)를 흐르는 유량이, 열교환기(31)을 흐르는 수량의 2배가 되도록 설정되어 있다. 즉, 비아패스 수로(32)와 열교환기(31)과의 유통저항의 비율은 교축밸브(34)에 의해 약 2 : 1로 된다. 또한, 교축밸브(34)의 개방도를 고정시키는 것은 입수량이 적을 경우나, 출탕온도를 저하시킬 경우에 해제되며, 출탕온도에 따라 산출된 개방도가 되도록 교축밸브(34)가 통전제어된다.

한편, 전동수량제어장치(33)은 출탕온도가 얻어지는데 필요한 최대유량을 넘지 않도록 통전제어된다.

다음에, 컴퓨터(41)내에 프로그램된 리치제어수단(55), 린제어수단(56)에 대해 설명한다.

상기와 같이, 연소부(11)에 있어서의 공연비는 서모커플(47)의 출력에 따라, 가스의 공급량을 변화시켜 제어하고 있다.

서모커플(47)의 기전력은 제4도에 도시한 바와 같이 연소량에 대응하고 있다.

또한, 제5도에 도시한 바와 같이, 공연비가 변화하면 연소속도가 변화한다. 그리고, 목표의 공연비보다도 리치측으로 이행하면 연소속도가 빨라져서 불길의 온도가 높아지며, 반대로 린측으로 이행하면 연소속도가 늦어져서 불길의 온도가 낮아진다. 이 때문에, 연소량에 따른 기전력이 얻어지도록 가스량을 보정제어함으로써, 공연비를 적정한 값으로 유지할 수 있다.

또한, 본 실시예의 제어장치(40)의 마이크로컴퓨터(41)은 서모커플(47)로 검출한 불길의 온도, 즉 기전력이 연소량에 따른 기전력보다 낮을때, 연소상태가 목표의 공연비보다도 린측으로 이행하고 있다고 판단하여, 리치제어수단(55)를 작동시킨다. 이 리치제어수단(55)은 공연비를 리치측으로 이행시키는 것이며, 본 실시예에서는 비례밸브(24) 및 전환용 전자밸브(25)를 제어하여, 가스의 공급량을 증가시키는 것이다. 그리고 이 증가속도는 후술하는 린제어수단(56)에 의한 감소속도에 비해 빠르며, 그 증가속도는 예를들어 500kcal/s로 제한되어 있다.

반대로 마이크로컴퓨터(41)는 서모커플(47)로 검출한 불길의 온도, 즉 기전력이 연소량에 따른 기전력보다 높을때 연소상태가 목표의 공연비보다도 리치측으로 이행하고 있다고 판단하여 린제어수단(56)을 작동시킨다. 이 린제어수단(56)은 공연비를 린측으로 이행시키는 것이며, 본 실시예에서는 비례밸브(24) 및 전환용 전자밸브(25)를 제어하여 가스의 공급량을 감소시키는 것이다. 그리고 이 감소속도는 상술한 리치제어수단(55)에 의한 증가속도에 비해 느리며, 그 감소속도는 예를들어 30kcal/s로 제한되어 있다.

한편 서모커플(47)은 불길의 온도변화에 의해 가열 또는 냉각되어도 급격히 온도가 변화하지 않는다. 이 때문에 공연비가 변동하거나 연소량이 변화하여, 실제의 불길의 온도가 변화하면, 서모커플(47)이 검출하는 불길의 온도는 실제의 불길의 온도와의 사이에 시간적인 오차를 발생시킨다.

다음에 공연비 보정의 작동을 간단히 설명한다.

A) 수량검출센서(54)가 검출하는 수량이 증가한 직후나 콘트롤러(44)의 설정온도가 고온측으로 설정된 직후 등, 연소량이 증가한 직후의 제6도의 시간 a-b에 나타낸 바와 같이, 서모커플(47)이 검출하는 온도가 실제 불길의 온도에 따르지 않고 늦어진다.

즉, 서모커플(47)의 검출속도의 지연에 의해, 서모커플(47)은 실제 불길의 온도보다 낮은 온도에 해당하는 기전력을 출력한다. 이 때문에 마이크로컴퓨터(41)은 연소상태가 목표 공연비보다도 린측으로 이행하고 있다고 판정하여, 리치제어수단(55)을 작동시킨다. 이 리치제어수단(55)의 작용에 의해 급속히 가스의 공급량을 증가시킨다. 이 가스의 공급량이 급격히 증가하는 것에 의해, 공연비가 재빨리 리치측으로 이행하여 연소속도가 짧은 시간에 빨라지는 동시에, 실제의 연소량도 짧은 시간에 증가한다. 이 결과 실제의 불길의 온도가 급속히 상승한다.

실제의 불길의 온도상승에 따라서, 서모커플(47)의 기전력이 송풍기(13)의 회전속도에 따라 설정된 기전력을 넘어 버린다(시간 b).

시간 a-b의 사이에, 실제의 공연비는 리치의 상태로 되어 있었기 때문에, 서모커플(47)은 오버슈트하여, 송풍기(13)의 회전속도에 따라 설정된 기전력보다 높은 기전력을 출력한다(시간b-c). 이 때문에 마이크로컴퓨터(41)은 연소상태가 목표 공연비보다도 리치측으로 이행하고 있다고 판정하여 린제어수단(56)을 작동시킨다. 이 린제어수단(56)의 작용에 의해, 천천히 가스의 공급량을 감소시킨다. 가스의 공급량이 감소됨으로써 공연비가 린측으로 천천히 이행하여 연소속도가 서서히 느려지게 되는 동시에 , 실제의 연소량도 천천히 감소된다. 이 결과, 실제의 불길의 온도가 장시간에 걸쳐서 하강한다.

실제의 불길온도의 하강에 수반해서, 서모커플(47)의 기전력이 송풍기(13)의 회전속도에 따라 설정된 기전력을 밑돌게 되어버린다(시간 c).

시간 b-c의 후반은 실제의 공연비가 린의 상태로 되어 있었기 때문에, 서모커플(47)은 다시 오버슈트되어, 송풍기(13)의 회전속도에 따라 설정된 기전력보다 낮은 기전력을 출력한다(시간 c-d). 이 때문에 마이크로컴퓨터(41)은 연소상태가 목표 공연비보다도 린측으로 이행하고 있다고 판정하여, 리치제어수단(55)를 작동시킨다.

상기 리치제어수단(55)과 린제어수단(56)이 교대로 작용하여 실제의 공연비가 목표 공연비의 오버슈트를 반복하여, 실제의 공연비가 목표 공연비에 수렴된다.

B) 수량검출센서(54)가 검출하는 수량이 감소된 직후나, 콘트롤러(44)의 설정온도가 저온측으로 설정된 직후 등, 상기의 예와는 반대로 연소량이 감소된 직후에는 제7도의 시간 e-f에 나타낸 바와 같이 서모커플(47)이 검출하는 온도가, 실제의 불길의 온도에 따르지 않고 지연된다.

즉, 서모커플(47)의 검출속도의 지연에 의해, 서모커플(47)은 실제의 불길의 온도보다 높은 온도에 해당하는 기전력을 출력한다. 이 때문에 마이크로컴퓨터(41)은 연소상태가 목표 공연비보다도 리치측으로 이행하고 있다고 판정하여, 린제어수단(56)을 작동시킨다. 이 린제어수단(56)의 작용에 의해, 가스의 공급량을 천천히 감소시킨다. 이 가스의 공급량이 천천히 감소됨으로써, 공연비가 목표 공연비보다 천천히 린측으로 이행하여, 연소속도가 서서히 느리게 되는 동시에, 실제의 연소량도 천천히 감소된다. 이 결과, 실제의 불길의 온도도 천천히 감소된다. 이 결과, 실제의 불길의 온도도 천천히 하강한다.

실제의 불길의 온도하강에 수반해서, 서모커플(47)이 기전력이, 송풍기(13)의 회전속에 따라 설정된 기전력보다 저하되어 버린다(시간 f).

시간 e-f 사이에, 실제의 공연비는 린의 상태로 되어 있었기 때문에, 서모커플 (47)은 린측으로 오버슈트하여, 송풍기(13)의 회전속도에 따라 설정된 기전력보다 낮은 기전력을 출력한다(시간 f-g). 이 때문에 마이크로컴퓨터(41)은 연소상태가 목표 공연비보다도 린측으로 이행하고 있다고 판정하여, 리치제어수단(55)를 작동시킨다.

이 리치제어수단(55)의 작용에 의해, 가스의 공급량이 재빨리 증가된다. 가스의 공급량이 증가함으로써, 공연비가 리치측으로 재빨리 이행하여, 연소속도가 짧은 시간에 빨라지는 동시에, 실제의 연소량도 재빨리 증가한다. 이 결과, 실제의 불길의 온도도 재빨리 상승한다.

실제의 불길온도의 상승에 수반해서 서모커플(47)의 기전력이 송풍기(13)의 회전속도에 따라 설정된 기전력을 상회해 버린다(시간 g). 즉 시간 f-g의 후반에 실제의 공연비는 리치의 상태로 되어 있었기 때문에, 서모커플(47)은 다시 오버슈트하여, 송풍기(13)의 회전속도에 따라 설정된 기전력보다 높은 기전력을 출력한다(시간 g-h). 이 때문에 마이크로컴퓨터(41)은 연소상태가 목표 공연비보다도 리치측으로 이행하고 있다고 판정하여, 린제어수단(55)를 작동시킨다.

즉, 상기 린제어수단(56)과 리치제어수단(55)가 교대로 작용하여 실제의 공연비가 오버슈트를 반복하여 목표 공연비에 수렴한다.

상기에 나타낸 바와 같이, 연소량이 변화했을때, 실제의 공연비는 목표 공연비에 대해 오버슈트를 반복하여 목표 공연비에 수렴된다. 이 오버슈트를 반복할때, 실제의 공연비는 목표 공연비보다 리치측으로 이행하는 시간이 길어지며, 반대로 린측으로 이행하는 시간이 짧아진다.

즉, 실제의 공연비가 목표 공연비에서 린측에 존재하는 시간을 짧게할 수 있다. 이 때문에 불길이 치솟음에 의해 실화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 반대로 리치측으로 존재하는 시간은 종래보다 길어지지만, 리치측에 존재하는 것에 의해 역화가 발생하는 데는 긴시간의 여유가 있기 때문에, 리치측에 존재하는 시간이 종래보다 길어져도 역화는 생기지 않는다.

또한, 오버슈트에 의해 공연비가 변화하지만, 그 변화 하는 범위는 적정한 공연비의 범위내로 되어 연소에 부적합한 결함은 생기지 않는다.

또한, 상기 실시예에서는 연소량이 변화했을때를 예시하였으나, 가스공급량이 변화하거나 또는 연소용 공기량이 변화했을 경우에도, 상기와 같은 작동에 의해, 실제의 공연비가 오버슈트를 반복하여, 목표 공연비에 수렴하게 된다. 그리고,오버슈트를 반복할때, 실제의 공연비는 목표 공연비보다 리치측으로 이행하는 시간이 길어지며, 반대로 린측으로 이행하는 시간은 짧아진다. 이 때문에, 목적 공연비에서 린측으로 존재하는 시간을 짧게 할 수 있어서,불길이 치솟음에 의해 실화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 연소중에 가스의 공급량이 변화하는 요인으로서는 동일한 가습공급배관에 접속된 다른 가스기기의 사용량의 변화나, 가스의 공급압의 변동등을 생각할 수 있다. 또한, 송풍기의 회전속도가 일정해도 연소중에 연소용 공기의 공급량이 변화하는 요인으로서는 세라믹제 버너(12)가 점화초기의 저온상태에서 고온(상온)으로 이행할때 생기는 송풍량의 변화나, 연소용의 공기를 연소통로(10)내로 취입하는 개구부에 공기의 저항물이 놓인 경우등을 생각할 수 있다.

[제2실시예]

제8도에 제2실시예의 개략적인 구성도를 도시하였다. 본 실시예는 린제어수단 (56)에 의해 공연비를 린측으로 이행시킬때, 처음에는 빨리 린측으로 이행시키고, 나중에 느린 속도로 린측으로 이행시키는 것이다.

본 실시예의 강제연소식 연소장치도, 상기 실시예와 같이, 제어장치(40)에 의해 결정된 연소량에 따른 회전속도로 송풍기가 구동되고, 송풍기(13)의 회전속도 및 서모커플(47)이 검출하는 불길의 온도에 의해 비례밸브(24)의 개방도가 결정되는 팬선행형의 것이다.

린제어수단(56)은 상기 실시예와 같이, 서모커플(47)의 검출온도가 목표온도를 넘으면 공연비가 리치라고 판단하여 비례밸브(24)의 통전량의 감산을 시작하는 것으로, 본 실시예의 린제어수단(56)은 린측으로의 이행속도를 변화시키고자 린 이행속도 전환수단(57)을 구비한다.

이 린 이동속도 전환수단(57)은 카운트수단(58)과 급속 이행수단(59)와, 저속 이행수단(60)을 포함한다. 그리고, 카운트 수단(58), 급속 이행수단(59) 및 저속 이행수단(60)을 포함하는 린 이동속도 전환수단(57)은 제어장치(40)의 마이크로컴퓨터 (41)에 프로그래밍된 것이다.

카운트 수단(58)은 서모커플(47)의 검출온도가 목표온도를 넘어, 비례밸브 (24)의 통전량을 감산이 시작되면, 그 감산된 통전량의 총량을 카운트하는 것이다.

급속 이행수단(59)은 카운트 수단(58)이 카운트하는 감산량의 총량이 소정치에 달하기까지 비례밸브(24)에의 통전량의 감산속도를 빠르게 하는 것이다. 이 감산속도의 구배는 리치제어수단(55)에 의한 비례밸브 통전량의 가산속도의 구배보다도 예를들어 2/3 정도 완만하게 설정되어 있다. 즉, 공연비기 리치측으로 이행하는 속도보다도 린측으로 이행하는 속도쪽이 약간 느리게 설정되어 있다.

저속 이행수단(60)은 카운트 수단(58)이 카운트한 감산량의 총량이 소정치에 달하면, 비례밸브 통전량의 감산속도를 느리게 하는 것이다. 구체적인 일례를 들면 급속 이행수단(59)에 의한 비례밸브 통전량의 감산속도를 1/10 정도로 저하시킨 것이다. 이 결과, 카운트 수단(58)이 카운트한 감산량의 총량이 소정치에 달하면, 공연비가 린측으로 이행하는 속도가 매우 느려진다.

다음에는, 상기 작동을 제9도의 타임챠트를 이용하여 간단히 설명한다.

제어장치(40)의 작용에 의해 연소량이 증가한 직후는 제9도의 시간 a1-b1에 나타낸 바와 같이 서모커플(47)이 검출하는 온도가, 실제의 불길의 온도에 따르지 않고 지연된다.

그 결과 서모커플(47)은 서모커플(47)의 검출속도의 지연에 의해, 실제의 불길의 온도보다 낮은 온도에 해당하는 기전력을 출력한다. 이 때문에 마이크로컴퓨터(41)은 연소상태가 목표의 공연비보다도 린측으로 이행하고 있다고 판정하여, 리치제어수단 (55)을 작동시킨다. 이 리치제어수단(55)은 급속히 가스의 공급량을 증가시킨다. 이러한 가스의 공급량의 급속한 증가에 의하여, 공연비가 재빨리 리치측으로 이행하여 실제의 불길의 온도가 급속히 상승한다.

실제의 불길의 온도상승에 수반해서 서머커플(47)의 기전력이 송풍기(13)의 회전속도에 따라 설정된 기전력을 초과한다(시간 b1)

시간 a1-b1의 사이에, 실제의 공연비는 리치의 상태로 되어 있었기 때문에, 서모커플(47)은 오버슈트하여, 송풍기(13)의 회전속도에 따라 설정된 기전력보다 높은 기전력을 출력한다(시간 b1-d1). 서모커플(47)의 기전력이, 설정 기전력을 넘으면 (b1), 카운트 수단(58)에 의해 비례밸브 통전량의 감산량의 총량이 카운트되기 시작하는 동시에, 급속 이행수단(59)가 작동하다. 급속 이행수단(59)는 비례밸브(24)의 개방도를 재빨리 빠른 속도로 작게하는 것이기 때문에, 실제의 공연비가 급속히 린측으로 이행한다. 이 결과, 재빨리 실제의 공연비가 목표 공연비에 가까와진다.

또한, 카운트 수단(58)이 카운트한 감산량이 총량이 소정치에 달하면(시간 c1), 급속 이행수단(59)대신, 저속 이행수단(60)이 작동된다. 이 저속 이행수단(60)은 비례밸브(24)의 개방도를 느린 속도로 작게하는 것이기 때문에, 실제의 공연비가 천천히 린측으로 이행하여, 실제의 불길이 느린속도로 치솟음으로 향하게 된다.

실제의 불길의 온도하강에 수반하여, 서모커플(47)의 기전력은 시간 d1으로 설정된 기전력을 밑돌게 된다. 시간 c1-d1의 후반은 실제의 공연비가 린의 상태로 되어 있었기 때문에, 서모커플(47)의 출력은 린측으로 오버슈트한다. 그러면 리치제어수단 (55)이 작동하여, 비교적 빠른 속도로 비례밸브(24)를 개방한다. 그러면 실제의 공연비가 리치측으로 이행하여, 실제의 불길이 역화를 향해 작아져 간다.

그후, 리치제어수단(55)과 린 제어수단(56)이 교대로 작용하여, 실제의 공연비가 목표 공연비의 오버슈트를 반복하여 실제 공연비가 목표 공연비에 수렴된다. 그리고, 두번째로 리치측에 오버슈트할때는 오버슈트 시간이 짧기 때문에, 급속 이행수단(59)에서 저속 이행수단(60)으로 전환되기 전에 리치제어수단(55)이 작동된다.

또한 본 실시예는 치솟음에 의한 실화를 억제하는 동시에, 리치측으로 오버슈트하고 있는 시간을 짧게 할 수 있다. 즉 실제의 공연비와 목표 공연비와의 차를 작게하고, 실제의 연소상태를 제1실시예와 비교하여 이상적인 연소상태로 근접시킬 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는 감산량의 총량을 카운트하여 린측으로 이행하는 속도를 전환하였지만, 타이머를 사용하여 전환해도 좋다.

[변형례]

공연비 검출수단에 서모커플을 사용한 예를 나타냈지만, 불길의 온도를 검출할 수 있는 것이라면, 다른 온도 검출수단을 사용해도 된다.

리치제어수단이나 린제어수단을 마이크로컴퓨터에 프로그래밍하여 실시한 예를 나타냈지만, 마이크로컴퓨터를 사용함이 없이, 예를들면 연산증폭기 등을 조합한 불연속의 회로에 의해 리치제어수단이나 린제어수단을 구성해도 된다.

연소제어방식을 팬선행형으로 하였지만, 연료의 공급량의 선행형(예를들어 비례밸브 선행형)이나, 송풍량과 연료의 공급량을 독립해서 제어하는 독립형 등,다른 연소제어방식으로 본 발명을 적용해도 된다.

리치측으로 이행하는 속도와 린측으로 이행하는 속도를, 연료의 공급량의 증감에 의해서만 제어한 실시예를 기재하였지만 연소용 공기의 공급량의 증감을 조합하거나, 또는 연소용 공기의 공급량의 증감에 의해서만 리치측으로 이행하는 속도와 린측으로 이행하는 속도를 제어해도 된다.

또한, 바이패스 수로를 구비한 급탕기를 예시하였지만, 바이패스 수로를 구비하지 않은 급탕기는 물론, 연소식의 난방장치 등 다른 강제연소식 연소장치에 본 발명을 적용해도 된다.

또한, 연료로 가스를 사용한 예를 나타냈지만, 등유나 중유 등 액체연료를 사용한 연소장치에 적용해도 된다.

Claims (1)

1. 연료를 연소하는 연소부(11)과, 상기 연소부(11)에 연료를 공급하는 연료 공급수단(20)과, 상기 연료 공급수단(20)에 의해 상기 연소부(11)에 공급되는 연료를 연소시키기 위해 필요한 연소용 공기를, 강제적으로 상기 연소부(11)에 공급하는 송풍기(13)과, 연소부(11)에 형성되는 불길의 온도에 의해 공연비를 검출하는 공연비 검출수단(47)을 구비하며, 상기 공연비 검출수단(47)이 검출하는 공연비에 따라 상기 연료공급수단(20)에 의한 연료의 공급량, 또는 상기 송풍기(13)에 의한 송풍량중 최소한 하나를 보정 제어하여, 공연비를 적정한 범위로 유지하는 제어장치(40)을 또한 구비하는 강제연소식 연소장치에 있어서, 상기 제어장치(40)은 마이크로컴퓨터(41)내에 프로그램된 리치제어수단(55) 및 린제어수단(56)을 구비하며, 상기 리치제어수단 (55)는 상기 공연비 검출수단(47)이 검출한 연소상태가 목표의 공연비보다 린측에 있을때 연료를 증가시키거나 송풍량을 감소시켜 공연비를 리치측으로 이행시키며, 상기 린제어수단(56)은 상기 공연비 검출수단(47)이 검출한 연소상태가 목표의 공연비보다 리치측에 있을때 연료를 감소시키거나, 송풍량을 증가시켜 공연비를 린측으로 이행시키며, 상기 리치제어수단(55)에 의한 연료의증가속도 또는 송풍량의 감소속도는 상기 린제어수단(56)에 의한 연료의 감소속도 또는 송풍량의 증가속도 보다 크게되어 연소량이 변화했을때 실제의 공연비가 목표의 공연비보다 린측에 존재하는 시간이 짧아지는 것을 특징으로 하는 강제연소식 연소장치의 제어장치.

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