KR940004175B1 - 급탕기의 온도제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

급탕기의 온도제어장치

제1도는 본 실시예의 가스연소식 급탕기의 제어장치에 있어서 기능적 구성을 보이는 기능블럭도.

제2도는 본 실시예의 가스연소식 급탕기의 개략을 보이는 개략구성도.

제3도는 본 실시예의 제어장치에 있어서 입수온도의 추정과정을 설명하기 위한 흐름도.

제4도는 본 실시예의 가열량 기억부의 기억에어리어를 보이는 에어리어 맵 (map).

제5도는 본 실시예의 제어장치에 있어서 가열량 출력 정보의 변화를 보이는 타임차트.

제6도는 본 실시예의 수량추정부에 의한 추정 수량의 변화를 보이는 타임차트.

제7도는 본 실시예에 있어서 출탕온도의 변화를 수량에 대하여 표시한 타임차트.

제8도는 본 실시예의 초기수량추정부에 있어서 계시부에 의한 경과시간(tm)과 추정되는 초기수량 Wp₀와의 관계를 보이는 특성도.

제9도는 급탕정지시간이 짧은 경우의 출탕온도의 변화를 수량마다 표시한 타임차트.

제10도는 급탕정지시간이 긴 경우의 출탕온도의 변화를 수량마다 표시한 타임차트.

제11도는 본 실시예에 있어서 수량의 추정과정을 보이는 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 버너군(가열수단) 13 : 열교환기

19 : 수류스위치(수류 검지수단) 25 : 출탕온 서미스터(온도센서)

30 : 제어장치(급탕기의 온도제어장치)

33 : 초기 수량추정부(유량추정수단) 33a : 계시부(계시수단)

본 발명은, 열교환기를 통과하는 물의 유량을 검출하기 위한 유량센서를 설치하지 않은 급탕기의 온도제어장치에 관하여, 특히 열교환기로 유입하는 물의 온도를 검지하는 입수온도센서를 설치하지 않고, 열교환기로부터 유출하는 열수의 온도를 검지하는 유출온도센서만을 갖춘 구조의 간단한 급탕기에 있어서 효과적이다.

급탕기의 구조를 간단히 하고 제조공정을 간략화함과 동시에, 제조 코스트를 저감하기 위하여, 출탕온도 서미스터안으로 피드백 제어하는 온도제어장치에서는 열교환기로의 입수온도를 검지하는 입수온도 서미스터와, 열교환기를 통과하는 물의 유량을 검출하기 위한 유량센서가 설치되어 있지 않기 때문에, 출탕온도 특성의 향상을 도모하기 위한 기능을 갖는 것이 사용되고 있다.

이러한 피드백 제어의 온도제어장치에서는, 급탕개시시에는, 대수량( )을 전제로 하여 가열량을 결정하면, 급탕수량이 적은 경우에 과잉가열이 되어 출탕온도가 지나치게 높아지는 경우가 생길 우려가 있다. 또 재급탕의 경우에는 열교환기내의 물이 여열에 의하여 가열되어 있기 때문에, 거듭 가열되면 과잉 가열이 되어 마찬가지로 출탕온도가 지나치게 높아지는 경우가 있다.

이 때문에, 위험을 피하기 위하여, 급탕수량이 적을 것, 혹은 뒤에 끓음에 따라 열교환기내의 물이 가열되어 있을 것을 전제로 하여, 가열개시 초기에는 가열량은 적제 설정되고, 그후, 피드백 제어계의 시정수에 의한 일정의 시간지체가 따르면서 출탕온도센서에 의한 검지온도에 따라 가열량이 서서히 변경된다.

이와 같이, 종래의 피드백 제어의 급탕기에서는, 가열량을 제어하기 위한 정보가, 출탕온도센서만에 의하여 주어지고, 열교환기를 통과하는 물의 유량에 관한 정보가 없기 때문에, 급탕이 개시되어서 부터 가열량이 적절하게 제어될때까지의 시간이 걸리며, 급탕초기에 적절한 가열량이 주어지지 않는다. 또, 일정의 시간지체가 수반하여 피드백 제어되기 때문에, 재급탕에 있어서, '뒤에 끓음'이 있는 경우에, 여열에 의하여 가열된 온도에 의거, 가열량이 제어되면, 가열량이 부족해져 버리고, 적절한 가열량이 주어질때 까지에 더욱 지체케된다.

이 결과, 유량센서를 갖추지 않는 급탕기에서는 급탕개시시의 응답지체가 크고, 특히 재급탕시에는 더욱 응답지체가 커지며, 출탕온도의 상승이 늦다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 유량센서를 감추지 않고 피드백 제어를 행하는 급탕기에 있어서, 재급탕의 경우 출탕온도의 상승 특성이 좋고, 특히 급탕량이 많은 경우에도 상승 특성이 뛰어난 급탕기의 온도제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 열교환기에로의 물의 유입을 검지하는 수류검지수단을 갖추고, 그 수류검지수단의 수류검지상태에 따라서 가열수단에 의한 상기 열교환기의 가열을 개시 및 정지를 제어함과 동시에 상기 열교환기의 유출부에 설치한 온도센서에 검지되는 온도 정보에 의거 상기 가열수단의 가열량을 제어하는 급탕기의 온도제어장치에 있어서, 급탕개시후의 경과시간을 계시하는 계시수단과, 상기 열교환기를 통과하는 물의 유량을 추정하는 유량추정수단을 갖추고, 그 유량추정수단은, 상기 온도센서의 검지온도정보가 소정의 하향구배를 보일때까지의 시간에 의거 상기 유량을 추정하는 것을 기술적 수단으로 한다.

일반으로, 급탕기에서는, 열교환기로의 물의 유일 검지한 다음, 가열이 개시될때까지에 시간 지체가 있다. 가열 수단에 의한 가열의 결과가 출탕온도에 나타날때까지에도 마찬가지로 시간지체가 있다. 따라서, 급탕을 일단 정지한 후에, 다시 급탕을 개시하는 경우에는, 열교환기등의 여열에 의하여 열교환기내의 물이 가열되어 있기 때문에, 열교환기로부터 유출하는 물의 온도는 급탕개시후에 일단 하강하고, 그후 가열개시에 수반하는 온도상승이 나타난다. 따라서, 물의 온도가 하강할때에, 검지온도에는 반드시 하강상태의 일정의 온도구배가 나타난다.

이 하향구배는, 급탕개시에 수반하여 열교환기내를 물이 통과하였을 때에 열교환기의 열이 물에 이동한 결과, 열교환기로 부터 물에 주어지는 열량이 작아짐으로서 초래된다. 따라서, 이 일정의 하향구배가 나타날때까지에 걸리는 시간은, 열교환기의 물이 열에 이동하여 빼앗기는 속도에 따라서, 즉 열교환기를 통과하는 물의 유량에 따라서 변화하게 된다. 이때, 시간이 긴 경우는 유량이 적은 것을 나타내며, 시간이 짧은 경우에는 유량이 많다는 것을 나타낸다.

본 발명은 급탕개시시에, 유량에 따른 검지온도의 일정의 하향구배가 나타날때까지의 시간을 계시하여, 그에 걸린 시간에 따라 유량을 추정한다.

본 발명은, 검지온도의 일정의 하향구배가 나타날때까지의 시간을 계시하고, 그에 의거 유량을 추정한다. 이 일정의 하향구배가 나타나는 것은 재급탕이 행하여졌을 때이며, 통상의 하향구배는 가열개시에 수반하는 온도상승보다도 속히 나타난다. 따라서, 재급탕이 행하여진 경우에는 여열에 의한 가열이 없는 통상의 급탕개시시에 비하여, 조기에 유량의 추정을 행할 수가 있다.

따라서, 가열개시의 조기에 유량에 따라서 가열량을 제어할 수 있기 때문에, 응답지체가 적게되어 출탕온도의 상승특성을 향상시킬수가 있다. 특히, 유량이 많은 경우에는 그 유량에 응한 큰 가열량을 줄일수가 있기 때문에, 대유량의 경우의 출탕온도의 상승이 종래와 비교하여 크게 향상된다.

[실시예]

다음에 본 발명의 급탕기의 온도제어장치를 도시하는 실시예에 의거 설명한다.

제2도에 도시하는 가스 열소식 급탕기(1)의 연소기 케이스(10)내에는, 복수의 버너군(11)이 설치되고 있다. 연소기 케이스(10)의 아래쪽에는 바너군(11)에 연소용 공기를 공급하기 위한 송풍기(12)가 설치되고 있다. 연소기 케이스(10)내의 버너군(11)의 위쪽에는 수관식의 열교환기(13)이 설치되고, 내부를 통과하는 물은 버너군(11)에 의한 연소열로 인하여 가열된다. 연소기 케이스(10)내의 버너군(11)의 근방에는, 버너군(11)을 점화하는 스파커(14)와, 버너군(11)의 착화를 검지하는 화염로드(15)가 갖추어지고 있다. 또, 연소기 케이스(10)의 위쪽에는 연소 배( )가스를 외부로 배출하기 위한 배기구(2)가 설치되어 있다.

버너군(11)의 아래쪽에는, 연료가스를 공급하기 위한 노즐관(16)이 준비되고, 노즐관(16)에는 버너군(11)의 각 버너에 각각 대응하여 연료가스를 분출하는 복수의 연료 분출구(16a)가 설치되어 있다.

노즐관(16)으로 연료가스를 유도하는 연료관(20)에는 통전시에 연료가스를 통과시키는 2개의 전자밸브(21,22), 통전전류에 응하여 공급압력을 제어함으로서, 연료가스의 공급량을 조절하는 가바나 비례밸브(23)이 상류쪽으로부터 각각 설치되고 있다.

물공급원(도시생략)으로부터 열교환기(13)으로 물을 이뜨는 물공급관(17)에는 급탕수량을 조절하기 위한 전동식 수량제어장치(18), 열교환기(13)을 통과하는 물을 검지하는 수류스위치(19)가 상류쪽으로부터 차례로 구비되고, 또 열교환기 (13)으로부터 유출하는 온수를 급탕구(도시생략)로 이끄는 급탕관(17a)에는, 열교환기(13)으로부터 유출하는 열수의 출탕온도(Tout)를 검지하는 출탕온 서미스터 (25)가 준비되어 있다.

제어장치(30)은, 마이크로 컴퓨터를 중심으로 하는 제어회로를 가지며, 수류스위치(19)의 통수검지상태에 따라 소정의 시퀀스로 연소의 개시 및 정지를 행함과 동시에, 제1도에 도시하는 기능구성에 의하여, 출탕온 서미스터(25)만을 센서로 하여 출탕수의 온도제어를 행한다.

여기서는 열교환기(13)으로의 입수온도 서미스터와 열교환기(13)을 통과하는 물의 수량을 검출하기 위한 유량센서가 설치되어 있지 않기 때문에, 제어장치(30)은, 출탕온 서미스터(25)의 검지온도(T)에 의거 입수온도(Tin)와 수량(W)을 각각 추정한다. 일수온 추정부(31)는 출탕온 서미스터(25)의 검지온도(T)에 의거 입수온도(Tin)을 추정하고, 그것을 메모리(31a)에 기억한다.

다음에 입수온도(Tin)의 추정방법을 제3도에 따라 설명한다.

수류스위치(19)에 의하여 급탕의 개시가 검지되었을 때에(스텝 1에 있어서 YES), 출탕온 서미스터(25)의 검지온도(T)가 변화하고 있는 경우에는, 재급탕인 것임이 생각된다. 따라서, 검지온도(T)에 온도구배가 있는 경우에는(스텝 2에 있어서 NO), 입수온도(Tin)의 추정을 행하지 않는다.

급탕의 개시가 검지되었을 때에, 온도구배가 검출되지 않을 경우에는(스텝 2에 있어서 YES), 출탕온 서미스터(25)의 검지온도(T)와, 이미 메모리(31a)에 입수온도(Tin)으로서 기억되고 있는 기억온도(Tmem)과 비교하여 검지온도(T)가 기억온도(Tmem)보다도 낮은 경우에는(스텝 3에 있어서 YES), 검지온도(T)를 새로운 입수온도(Tin)으로서 추정하고(스텝 4), 메모리(31a)의 기억내용을 갱신한다(스텝 5).

검지온도(T)가 기억온도(Tmem)보다 높은 경우에는(스텝 3에 있어서 NO), 기억온도(Tmem)에 검지온도(T)의 온도정보의 일부를 받아들여서 새로운 입수온도 (Tin)을 추정하고(스텝 6), 그것을 기억온도(Tmem)으로한다(스텝 5).

스텝(6)에서는, 새로운 추정온도(Tin)은 기억온도(Tmem)의 온도정보의 일부와 검지온도(T)의 온도정보의 일부로부터 Tin=(a×Tmem÷b×T)/(a+b)에 의하여 새로운 입수온도(Tin)이 연산된다.

수량추정부(32)는 정상시에 있어서, 열교환기(13)을 통과하는 수량(WP₁)을 추정한다.

일반적으로, 열교환기(13)로부터 유출하는 열수의 온도상승(△T)는, 물이 열 교환기로 유입하여 유출할때까지에 버너군(11)에 의하여 가열된 결과이다. 지금, 단위시간당 수량(Wu)의 물이, 열교환기(13)를 통과하기 위하여 시간(t)이 필요하다고 하면, 이때, 열교환기로부터 유출하는 열수의 온도상승(△T)에 관여한 총 가열량(Q_T)는, 일반적으로, 예컨대, 단위시간당의 가열량(Qu)와 가열시간(t)(열교환기를 통과하기 위하여 필요한 시간(t))과의 거곱으로 나타낼수가 있다. 즉,

로 나타낸다.

여기서 Qu×t는, 가열시간(t)중의 단위시간당의 가열량(Qu)의 적산을 가리키는 것이다.

따라서, 총 가열량(Q_T)을 시간(t₁)부터 시간(t_n)까지의 가열시간(t)중에 가열량이 변화하여, 단위시간당의 가열량이 일정이 아닌 경우를 포함하여 표시하면,

로 된다.

여기서, Q_n, Q_n-1,+Q_n-2, …Q₂,Q₁는, 각 단위시간 t_n, t_n-1,…,t₂, t₁에 있어서, 가열량을 가리킨다.

또, 버너군(11)에 의한 총 가열량(Q_T)는, 열교환기(13)의 용적에 응한 열교환기(13)내의 전수량(U)의 온도상승(△T)에 작용한 것으로 간주할 수 있기 때문에,

로 된다. 따라서, 식 2와 식 3에서,

이 결과, 시간을 소급하여 각 단위시간 마다의 가열량을 적산하였을 때, 열교환기내(13)의 전수량(U)에 대하여 △T의 온도상승을 부여한 총가열량(Q_T)에 상당할만한 가열량이 얻어지기 까지의 단위시간의 합계를 구하면, 그것을 가열시간(t)로 할수가 있다.

또한, 이 가열시간(t)는, 열교환기(13)내를 물이 통과하기 위하여 요한 시간이며, 열교환기내의 전수량(U)와 수량(W)와의 사이에는

의 관계가 있음으로서,

에 의하여 수량(W)를 구할수가 있다.

이경우, 가열의 응답지체에 수반하는 지체시간의 정수를 가미하여도 좋다.

수량추정부(32)에서는 출탕온도 서미스터(25)의 검지온도(T)와, 입수온도 추정부(31)의 추정되고, 메모리(31a)에 기억되어 있는 입수온도(Tin)으로부터 온도상승(△T)을 구하고, 다시, 열교환기(13)내의 전수량(U)로부터 위식 ③에 의하여 총가열량(Q_T)를 산출한다.

한편, 후술하는 온조( )제어부(34)에 의한 소정 단위시간(△t)마다의 가열량 출력정보(△Q)를 제4도에 도시하는 가열기억부(32a)의 에어리어(E1), 에어리어(E2), …, 에어리어(Ex)에 순차 연속하여 기억하고, 그것을 소정시간 축적하고, 소정시간을 경과한 정보에 대하여는 새로운 정보가 주어질때마다 순차 삭제한다.

즉, 예컨대 온도제어부(34)에 의한 소정단위시간(△t)마다의 가열량 출력정보(△Q)가 제5도에 도시한대로, 시간과 함께, …△Q_n-4, △Q_n-3, △Q_n-2, △Q_n-1, △Q_n△Q_n+1, △Q_n+2,… 와 같이 변화하고 있는 경우, 시각 t_n에는, 가열량기억부(34)에서는, 제4a도에 도시한대로 에어리어(E1)에는 시각 t_n에 있어서 △Q_n이 에어리어 (E2)에는 시각 △t_n-1에 있어서 △Q_n-1이, 에어리어(E3)에는 시각 △t_n-2에 있어서 △Q_n-2가 에어리어(E4)에는 시각 △t_n-3에 있어서 △Q_n-3이, 이하 에어리어(Ex)까지, 시각 △t_n보다 앞의 각 가열량 출력정보 △Q가 각각의 에어리어(E)에 대응하여 기억되고 있다

그리고, 다음의 시각△t_n-1에는, 제4b도의 도시한대로, 시각 △t_n+1에 있어서 가열량 출력정보 △Q_n+1에 에어리어(E1)에 기억되고, △Q_n이 에어리어 E2에 △Q_n-1이 에어리어(E3)에, △Q_n-2가 에어리어(E4)에 … 이하 같은 모양으로 에어리어(E_X)까지, 각 시각 △t에 있어서 각 에어리어(E)의 가열량출력정보 △Q가 각각 시프트 되어서 기억케된다.

그후, 같은 모양으로, 가장 새로운 가열량출력정보(△Q)가 항상 에어리어 (E1)에 기억되고, 에어리어(E_X)의 기억 정보가 삭제되도록 하여, 소정 단위시간 (△t)마다의 가열량 출력정보(△Q)가 연속하여 기억 축적된다.

수량추정부(32)에서는, 이와 같은 기억된 가열량 출력정보 △Q를 새로운 정보로부터 차례로 곱셈하고, 위식 ②에 의하여, 산출된 총가열량(Q_T)와 같아졌을 때의 소정 단위시간 △t의 합계를 열교환기(13)으로부터 유출하는 물의 가열시간(t)로서 구한다.

이 가열시간(t)에 의거, 위 식 ⑥에서 열교환기(13)을 통과하는 물의 수량(W)을 산출한다.

그리고 여기서 추정되는 수량(WP₁)는, 가열시간(t)에 있어서 평균의 수량(W)로서의 수치이며, 급탕수(W)가 순차적으로 변경되고 있는 경우에는 각 시각에 있어서 수량(W)을 나타낼수가 없다.

또, 상기의 수량추정부(32)는, 기억축적된 가열량 출력 정보 △Q를 새로운 정보로부터 차례로 적산하였을 때, 총가열량(Q_T)와 같아지게 되는 경우만이 유효한 가열시간(t)가 구해지는 것이다. 따라서, 예컨대, 급탕초기에는, 총가열량(Q_T)와 같아질때까지 가열량 출력정보 △Q를 곱셈하려하여도, 급탕개시이전에는 소급할 수 없기 때문에, 추정되는 수량(WP₁)은, 실제의 수량(W)보다 훨씬 큰 값을 나타낸다. 이 상태를 표시하면 제6도와 같이 된다. 이 제6도에서는, 예컨대 실선 C가 대수량의 경우를, 실선 D가 소수량의 경우를 각각 나타낸다.

여기서, 수량추정부(32)의 추정에 의한 수량(WP₁)이, 실제의 수량(W)에 대신하는 것으로서 유효한 수량(wc),(wd)을 각각 나타내는 것은 급탕개시후, 각각 시간(tc), 시간(td)를 경과하였을 때이다, 이 때문에, 급탕개시로부터, 이들 시간(tc), 시간(td)를 각각 경과할때까지는 수량(WP₁)에 의거한 온도제어에서는, 적절한 가열량(Q)를 결정할 수가 없다.

그래서, 본 실시예에서는, 급탕초기에 한하여는 상기의 수량추정부(32)에 대신하여 초기수량추정부(33)에 의하여 열교환기(13)을 통과하는 수량(WP)를 추정하고 있다.

여기서는, 급탕이 개시되었을 때에, 전회의 급탕에 의한 영향이 있는 경우와, 없는 경우, 즉, 열교환기(13)등의 여열의 영향이 있는 경우(이하, '재급탕'이라함)와 없는 경우(이하 '초기급탕'이라함)에 의하여 추정방법을 바꾸고 있다.

초기급탕에서는 급탕개시후의 출탕온도(Tout)는 제7도에 도시한대로, 그 수량(W)에 응한 변화로 나타내고, 예컨대, 대수량의 경우에는 실선 E에 표시하는 바와 같이 비교적 속히 상승하고, 소수량의 경우에는, 실선 F로 도시하는대로, 대수량의 경우와 비교하여, 상승함이 느리다.

초기수량추정부(33)은, 열교환기(13)에 대하여 주어진 열량이 출탕온도 (Tout)의 변화로서 나타나는 시간이, 이와 같이 통과하는 수량(W)에 따라서 상이함에 의거하여 초기수량(WP₀)를 추정한다.

여기서는, 가열에 의하여 주어진 소정의 열량을 나타내는 것으로서, 급탕개시후의 검지온도(T)의 온도상승(△T)를 곱셈한 곱셈값(P)(검지온도(T)에 관한 시간에 대한 적분치)를 구하고, 이 곱셈값(P)가 소정 곱셈값(P₀)로 될때까지의 경과시간 (tm)을, 계시부(33a)에 의하여 계시하고 수량(P₀)을 추정한다.

이 소정곱셈값(P₀)는 연소개시와 동시에 열교환기(13)에 주어지는 열량의 합계를 나타내는 것이며, 여기서는 실제로 열교환기(13)을 통과하는 수량(W)의 상이를 분명히 검출하도록 하기 위하여, 연소 개시후의 비교적 단시간의 가열량에 상당하는 값이 설정되고 있다. 그를 위한 경과시간(tm)은 제7도에 있어서는, 예컨대, 대수량의 경우에는 시간(te)에서, 소수량의 경우에는 시간(tf)에서 각각 표시되는 것이다.

이결과 각각의 수량(W)에 있어서 출탕온도가 안정 하기전의 비교적 조기에, 경과시간(tm)의 개시를 종료할 수 있다. 특히 대수량의 경우에는 제7도에 도시한대로, 소수량의 경우에 출탕온도가 안정하는 시간(td)에 대하여 훨씬 속히 계시가 끝나고, 그결과 대수량인 것을 검출할 수가 있다.

수량(P₀)는, 제8도에 도시한대로 경과시간(tm)에 따라서 각각 추정된다.

그리고, 제7도에 있어서 시간(tc,td)는 각각 제6도에 있어서 시간(tc,td)와 같은 시간을 나타내는 것이며, 또, 제7도에 있어서 각각의 수량에 있어서 계시를 종료하는 각 시간(te,tf)는 제6도에 있어서의 시간(te,tf)와 같은 시간을 나타내는 것이다.

따라서, 참고상 설명하면 여기서 명백한 바와 같이, 이들의 시간(te,tf)는 수량추정부(32)에 있어서 추정되는 수량(WP₁)이 어느 일정의 수량치(W_x)를 나타낼때까지의 시간인 것을 알수 있다.

또한 초기수량추정부(33)에서는, 재급탕시에 있어서 수량(W)의 추정을 보다 빠르게 행하기 위하여 가열 개시에 수반하는 온도상승이 나타나기전의 검지온도(T)의 하향 구배(G)에 의하여 급탕초기에 있어서 수량(W)를 추정하고 있다.

여기서는 급탕이 정지되어서부터 재급탕이 행하여질때까지의 시간이 짧은 경우와 긴경우에 따라서 각각 상이한 추정방법을 쓰고 있다.

급탕중지 시간이 짧은 경우에는 열교환기(13)내의 물의 온도는 거의 같기 때문에 이때는 제9도에 도시한 대로 출탕온도(Tout)는 시간과 함께 저하하고, 그때의 하향구배(G)는, 수량(W)에 따라 다르며 하향구배(G)가 클수록 수량(W)가 많고, 하향구배(G)가 작을수록 수량(W)가 적다. 따라서 여기서는 급탕 금지후의 초기시간 (to)를 경과한때의 검지온도(T)의 하향구배(G)에 따라서 수량(W)를 추정하고, 재급탕시의 초기수량(WP_O2)로 하고 있다.

또, 급탕의 정지한 다음부터의 경과시간이 긴경우에는, 열교환기(13)의 내부일수록 물이 온도가 높고, 출탕온 서미스터(25)로 검지되는 검지온도(T)는 제10도에 도시한대로 급탕개시후에 일단 상승한 후에 하강한다. 이 때문에 초기시간(to)후의 하향구배(G)가 예컨대 소수량의 경우에는 얻을 수 없기 때문에 상기와 같이 초기수량(WP_O2)를 추정할 수가 없는 경우가 있다. 그러나, 그러한 경우에도 열교환기(13)등의 여열에 의하여 가열된 물의 유출함으로서 하향구배(G)는 반드시 나타난다.

그래서, 급탕정지시간 길어진 경우에는 급탕개시후에 소정의 하향구배(Go)가 나타날때까지의 시간(tr)을 계시하고, 이 계시시간(tr)에 의거하여 수량(W)를 추정하고, 초기수량(WO_O1)로 한다.

온도제어부(34)는 컨트롤러(40)에 의하여 설정된 목표온도(tset), 출탕온 서미스터(25)에 의하여 검지된 출탕온도(Tout), 입수온도 추정부(41)로 추정된 입수온도(Tin), 수량추정부(32) 및 초기수량추정부(33)에 의하여 각각 추정되는 수량 (WP₂), 초기수량(WO_OO),(WP_O)로 부터 가열량(Q)를 결정한다.

여기서는, 급탕개시직후는 수류 스위치(19)의 작동 개시수량(Ws)를 열교환기 (13)을 통과하는 수량(W)으로하고, 추정된 입수온도(Tin), 컨트롤러(40)의 목표온도(Tset)에 의거 가열량(Q)를 결정한다.

그후, 초기 수량추정부(33)에 의하여 추정된 초기수량(WP_OO),(WP_O1),(WP_O2)를 수량(W)로서 가열량(Q)를 결정하고, 이들의 초기수량(WP_OO),(WP_O1),(WP_O2)에 의거 결정되는 시간(tp)이 경과하면 수량추정부(32)에 의하여 추정되는 수량(WP₁)를 수량 (W)로하여 가열량(Q)를 결정한다.

또, 출탕온 서미스터(25)의 검지온도(T)가 일정온도로 상승하면, 검지온도 (T)에 의거 피드백 제어를 행한다.

이 피드백 제어에 있어서는, 전술의 수량추정부(32)에 의하여 추정된 수량 (WP₁)에 의거 피드백 제어계의 시정수를 그때마다 설정함으로서, 안정된 온도제어를 행하고, 헌팅등이 일어나지 않도록 하고 있다. 따라서 수량변화에 수반하여 피드백 제어계의 시정수가 변화한 경우에도, 안정된 온도제어가 된다.

그리고, 온도제어부(34)의 가열량(Q)는 가열량 출력정보(△Q)로 하고, 소정단위시간(△Q)마다에 전술한 가열량 기억부(34)에로 순차 기억된다.

구동부(35)는 온도제어부(34)의 가열량(Q)에 의거, 송풍기(12) 및 제어 비례밸브(23)을 구동제어한다. 여기서는 온도제어부(34)에 의한 가열량(Q)에 의거한 전압을 송풍기(12)에 인가하여 구동하고, 검출된 송풍기(12)의 회전수에 의거 제어비례밸브(23)으로의 전류치를 통전 제어한다.

또한, 제어장치(30)에서는, 급수량이 가열능력을 초과하지 않게하기 위하여, 출탕온 서미스터(25)의 검지온도(T)에 의거 전동식 수량제어장치(18)의 열려진 정도를조절하여 통과유량을 제한한다.

그리고, 사용자에 의하여 목표온도(Tset)를 임의로 설정할수가 있는 컨트롤러(40)은 급탕의 사양에 따라 설치되고, 컨트롤러(40)이 설치된 경우에는, 사용자의 조작에 따라서 목표온도(tset)가 설정되고, 컨트롤러(40)이 설치되지 않은 경우에는 일정온도(예컨대 60℃)가 목표온도(tset)로 삼게된다.

다음에, 이상의 구성으로 이루어지는 본 실시예의 가스연소식 급탕기(1)에 있어서 온도제어에 대하여, 수량(W)의 추정을 중심으로 하여 제11도를 참고로 설명한다.

사용자가 급탕관(17a)의 하류에 설치한 급탕전(도시생략)을 열면, 물공급관 (17)내를 물이 통과하여 열교환기(13)내로 유입한다.

수류스위치(19)에 의하여 급탕이 검지되면(스텝 (11)에 있어서, YES), 소정의 시퀀스로 점화제어가 행하여져서 연소가 개시된다. 이때, 출탕온도(Tout)가 변화하지 않는 경우에 한하여 출탕온 서미스터(25)의 검지온도(T)에 응하여 입수온도(Tin)이 추정되고 메모리(31a)의 기억온도(Tmem)이 경신된다.

또, 이때 예컨대 급탕정지시간에 의하여 재급탕인지 여부가 판별되고, 재급탕의 경우에는(스텝 12에 있어서 YES), 급탕정지시간이 기는지 여부가 판별된다(스텝 13).

급탕정지시간이 긴 경우에는(스텝 13에 있어서 YES), 시간(tr)의 계시가 개시되고(스텝 14), 소정의 하향구배(Go)가 나타나면(스텝 15에 있어서 YES), 계시가 종료하고(스텝 16), 계시된 시간(tr)에 의거 초기 수량(WP_O1)이 추정된다(스텝 17).

급탕정지시간이 짧은 경우에는(스텝 13에 있어서 NO), 계시부(33a)에 의하여 계시가 개시된다(스텝 18). 초기시간(to)가 경과하면(스텝 19에 있어서 YES), 그때의 하향구배(G)에 의거, 초기수량(WP_O2)가 추정된다(스텝 20).

재급탕이 아닌 경우에는(스텝 12에 있어서 NO), 급탕개시후의 계시가 개시되고(스텝 21), 출탕온 서미스터(25)의 검지온도(T)의 소정단위시간(△t)마다의 온도상승 △t가 곱셈되어서 곱셈값(P)가 산출된다(스텝 22).

재급탕이 아닌 경우에는(스텝 12에 있어서 NO) 급탕개시후의 계시가 개시되고(스텝 21), 출탕온 서미스터(25)의 검지온도(T)의 소정단위시간(△t)마다의 온도상승(△T)가 곱셈되어서, 적산치(P)가 산출된다(스텝 22).

곱셈값(P)가 소정 곱셈값(po) 이상이 되면(스텝 23에 있어서 YES), 경과시간 (tm)의 계시가 종료하고(스텝 24), 계시된 경과시간(tm)에 의거 초기수량(WP_OO)가 추정된다(스텝 25).

초기수량(WP_OO),(WP_O1),(WP_O2)가 추정되면 각 초기수량에 의거하여, 초기시간 (tp)가 설정된다(스텝 26).

초기시간(tp)가 경과하면(스텝 27), 수량추정부(32)에 의하여 추정된 수량 (WP₁)에 의한 제어가 개시되고(스텝 28), 이후, 수량(WP₁)에 의하여 가열량(Q)가 결정된다.

여기서 구하여진, 수량(WP₁)은, 피드백 제어에 있어서 시정수로서 이용되기 때문에, 예컨대 유량변화에 의하여 출탕온도가 변화한 경우에, 그 유량변화에 응한 시정수에 의하여 가열량(Q)를 보정할 수 있기 때문에 가열량의 보정에 따르는 헌팅등이 발생하기 어렵다.

급탕전을 닫고 급탕을 정지하면(스텝 29에 있어서 YES), 연소가 정지한다.

이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 급탕초기에 속히 수량이 추정되기 때문에, 적절한 가열량이 결정된다. 특히 재급탕의 경우에는, 통상의 급탕개시의 경우보다 조기에 수량이 추정되기 때문에 수량이 많을수록, 추정된 수량에 의거 속히 온도제어가 개시된다. 따라서, 출탕온도의 상승이 종래의 경우와 비교하여 향상된다.

또, 본 실시예에서는 센서로서는 출탕온 서미스터가 설치되어있을 뿐이며 열교환기의 유입부에 센서가 설치되어 있지 않기 때문에 급탕기의 구조가 간단하게 되어, 제조공정이 간략화됨과 동시에 단순한 피드백 제어의 급탕기의 동등의 구조이면서도 매우 안정된 피드 포워드 제어에 가까운 출탕온도 특성이 얻어진다.

이상의 실시예에서는 가스를 연료로하는 가스버너를 사용하였으나, 석유등의 타의 연료에 의한 버너라도 좋다. 또, 가열원은 버너에 한정되지 않고 전기 가열에 의한 급탕기라도 된다.

Claims (1)

1. 열교환기에로의 물의 유입을 검지하는 수류검지수단을 갖추고, 그 수류검지수단의 수류검지수단에 따라서 가열수단에 의한 상기 열교환기의 가열의 개시 및 정지를 제어함과 동시에 상기 열교환기의 유출부에 설치한 온도센서에 검지되는 온도 정보에 의거 상기 가열수단의 가열량을 제어하는 급탕기의 온도제어장치에 있어서, 급탕개시후의 경과시간을 계시하는 계시수단과, 상기 열교환기를 통과하는 물의 유량을 추정하는 유량추정수단을 갖추고, 그 유량추정수단은 상기 온도센서의 검지온도정보가 소정의 하향구배를 보일때까지의 시간에 의거 상기 유량을 추정하는 것을 특징으로 하는 급탕기의 온도제어장치.

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