KR940011225B1 - 급탕기등의 온도제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

급탕기등의 온도제어장치

제 1 도는 본 발명의 실시예를 나타내는 가스급탕기의 제어장치를 나타내는 기구 블록도.

제 2 도는 본 실시예의 가스급탕기의 구성을 나타내는 개략도.

제 3 도는 본 실시예의 데이타 처리부에서의 유량에 관한 정보처리를 나타내는 흐름도.

제 4 도 및 제 5 도는 본 실시예의 데이타 처리부에서의 주기 정보의 기억상태를 나타내는 영역도.

제 6 도는 본 실시예의 가스급탕기의 조작설명을 위한 타임챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가스급탕기(급탕기등) 12 : 연소기(가열수단)

30 : 열교환기 31 : 물공급관(수로)

33 : 유량센서 40 : 제어장치(온도제어장치)

41 : 데이타 처리부(주기계측부, 주기정보기억부, 평균주기산출부, 유량산출부)

본 발명은 열교환기를 포함하는 수로를 통과하는 유량에 따라 펄스(pulse)를 발생하는 유량센서에서의 펄스신호에 의거해서 가열량을 결정하는 급탕기, 더운물의 급수기능을 부착한 욕조용 보일러 등의 온도 제어장치에 관한 것이다.

열교환기를 통과하는 유량에 의거하여 버너(burner) 등의 가열량을 결정하는 경우, 종래에는 단위시간당 통과하는 유량에 따른수의 펄스신호를 발생하는 유량센서를 형성하여 유량센서에서의 펄스신호의 간격 주기(周期)으로 펄스신호 발생시의 유량치를 역산(逆算)에 의해 산출하고, 이 산출치에 의해 가열량을 결정하고 있다. 그러나, 유량센서는 수류에 의해 홴(fan)을 회전시켜 이 회전수에 따라 펄스신호가 발생하는 것이므로, 유량이 비교적 많아 홴을 안정하게 회전시킬 수 있는 경우에는 안정한 펄스신호가 얻어지지만, 유량이 적을 경우에는 수류가 충분히 홴에 작용하지 않기 때문에 홴의 회전이 안정하지 않다.

따라서, 유량이 일정해도 발생하는 펄스신호는 일정간격으로 발생하지 않아 불안정한 펄스신호가 된다. 이 결과, 유량신호에 의해 펄스신호의 주기에 의거해서 유량을 산출하고, 버너 등의 가열량을 결정하는 온도제어장치에 있어서, 유량이 적을 경우라도 주기가 불안정한 펄스신호가 검출되면, 펄스신호가 발생할 때에 펄스신호로부터 역산에 의해 산출되는 유량치가 변화한다. 이 결과, 이 유량치에 따라서 가열량도 변화하므로 출탕온도가 변화하기 쉽다는 문제가 있다.

본 발명은 유량에 따라 펄스신호를 발생하는 유량센서를 구비한 급탕기등의 온도제어장치에 있어서, 유량이 적을 경우에도 안정된 출탕온도가 얻어지는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 가열수단에 의해 가열되는 열교환기를 포함하는 수로중에 배치되어, 이 수로를 소정의 유량이 통과할 때마다 펄스상의 신호를 발생하는 유량센서를 구비하고, 이 유량센서의 상기 신호에 의거해서 상기 가열수단의 가열량을 결정하는 급탕기등의 온도제어장치에 있어서, 상기 신호가 발생할 때에 상기 신호의 발생간격을 계측해서 주기정보로 하는 주기계측부와, 이 주기계측부에 의해 계측된 상기 주기정보를 계측순으로 기억하는 주기정보 기억부와, 이 주기정보 기억부에 기록된 여러개의 상기 주기정보에서 상기 신호의 발생간격의 평균치를 산출하는 평균주기 산출부와, 이 평균산출부에 의해서 산출된 상기 평균치에 의거하여 상기 수로의 유량치를 산출하는 유량산출부를 가지고, 이 유량산출부에 의해서 산출된 상기 유량치에 의거하여 상기 가열량을 결정하는 것을 기술적 수단으로 한다.

본 발명에서는, 유량센서에서 발생하는 펄스상의 신호는, 이것이 발생할 때마다 신호의 간격이 계측되어 주기정보로 되어, 순차적으로 기억된다. 기억된 주기정보는 그 평균치가 산출되어, 그것에 의거한 유량치가 산출되어 가열량이 결정된다. 본 발명에서는 유량센서에서의 신호간격을 나타내는 주기정보가 평균되된 치(値)에 의거하여 유량치가 산출된다.

따라서, 수로를 통과하는 유량이 적을 경우에, 유량센서의 홴의 회전이 불안정하게 되어, 펄스신호의 발생간격이 불안정하게 되어도, 이 평균치의 변화는 펄스신호의 발생간격의 실제 변화보다 작게 된다. 이 결과, 가열량을 결정하기 위해서 산출되는 유량치의 변화가 적게되어, 결정되는 가열량의 변화도 적게 되므로, 출탕온도의 변화가 적게되어 안정하다.

계속해서 본 발명을 실시예에 의거해서 설명한다.

제 2 도에서 나타내는 가스급탕기(1)의 연소기케이스(10)내에는 여러개의 버너(burner)를 배치해서 된 연소기(12)가 배치되고, 연소기케이스(10)의 하방에는 연소기(12)로 연소용 공기를 공급하는 송풍기(13)가 형성되어 있다. 연소기케이스(10)내의 연소기(12)의 상방에는 수로식 열교환기(30)가 형성되어 내부를 통과하는 물(水)은 연소기(12)에 의한 연소열에 의해서 가열된다. 연소기케이스(10)내의 연소기(12)의 주변에는, 연소기(12)를 점화하는 스파커(sparker)(14)가 구비되고, 또 연소기(12)의 착화를 검지하는 프레임로드(15)가 구비되어 있다. 연소케이스(10)의 상방에는 연소 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기구(2)가 형성되어 있다. 연소기(12)의 하방에는 연소기(12)의 버너(11)를 중간부분에서 2조로 분리하여, 제 1 버너군(10A), 제 2 버너군(10B)으로 하여 각각 독립해서 사용하기 위한 2개의 매니포울드(manifold)(노즐을 포함)(16), (16a)가 구비되어 있다. 각 매니포울드(16), (16a)는 연료공급관(20)에는 분기(分岐)하여 형성된 것이므로, 매니포울드(16)에는 매니포울드(16a)와 따로 독립해서 버너군(10A)로의 연료가스 공급을 담당하기 위해, 가열능력절환용의 전자밸브(21)가 형성되어 있다.

연료공급관(20)에는 연료공급을 담당하기 위한 원(元) 전자밸브(22)와, 통전전류에 따라서 하류측의 공급 압력을 조절하는 조정기비례밸브(23)가 상류측으로부터 차례로 형성되어 있다.

열교환기(30)로 물을 인도하는 물공급관(31)에는 기어 모타에 의해 구동되는 전동식 수량제장치(32), 유량에 따른 펄스신호를 발생하는 유량센서(33)와, 입수온도를 검지하는 입수온도 서미스터(thermistor)(34)가 상류측으로부터 차례로 형성되어, 열교환기(30)에서 유출하는 더운물을 도시하지 않는 급탕구로 인도하는 급탕관(35)에는 출탕온도를 검지하는 출탕온도 서미스터(36)와, 더운믈 급수를 행할 경우라도, 급탕구에 구비된 도시하지 않은 수전(水栓)에 의하지 않고서, 급탕을 정지하기 위한 개폐밸브(37)가 형성되어 있다.

이상의 구성으로 되는 가스급탕기(1)는 제어장치(40)에 의해 제어된다.

제어장치(40)는 제 1 도에 나타낸 것같이, 마이크로 콤퓨터에 의해 구성되는 데이타 처리부(41), 온도제어부(42), 연소제어부(43), 서킨스(sequence) 제어부(44)의 각 기능이 형성되어, 제어장치(50)의 조작에 의한 설정온도에 따라 연소기(12)의 연소상태를 제어함과 동시에, 제어장치에 의해 설정 수량의 더운물 급수가 종료되었을 때에 개폐밸브(37)를 닫는다.

데이타 처리부(41)는 유량센서(33), 입수온도 서미스터(34), 출탕온도 서미스터(36), 제어장치(50)에서의 각 검지신호 및 설정온도 신호를 처리하고, 온도제어부(42)에 의해서 필요한 입수온도정보, 출탕온도정보, 유량정보로 함과 동시에, 유량센서(33)에 의한 더운물 급수량 정보를 시컨스제어부(44)에 공급한다.

본 실시예에서 사용되는 유량센서(33)는 물공급관(31)에 의해서 형성된 수로중간에 배치되어 통과하는 물에 의해 회전하는 홴을 형성하고, 이 홴에 4개의 자석(磁石)을 고착하여 홴의 회전에 따라 이동하는 자석의 위치벼화에 의한 자석변화를 홀(Hall)IC등의 자기검출 소자에 의해서 외부로부터 검출하여 펄스신호를 출력하는 것이므로, 홴이 1회전하는 동안에 4펄스를 발생하고, 통과하는 유량에 대해서는 예를들면, 10펄스/리터의 펄스신호를 발생하는 것이다. 그러나, 상기의 특성을 갖는 유량센서(33)에는 통과유량이 10리터/분 이하의 적은 경우에는 홴의 회전을 안정하게 하지 못하고, 최저 검출유량은 2.3리터/분으로 되어 있다. 따라서, 통과유량이 2.3리터∼10리터/분의 경우에는 실제의 통과유량이 일정해도, 유량센서(33)에서는 일정한 간격으로 펄스신호가 발생되지 않을 경우가 있다.

때문에, 본 실시예의 데이타 처리부(41)에는 유량센서(33)에서의 펄스신호 처리에 있어서, 제 3 도에 나타낸 것과같이, 1) 주기계측 2) 주기정보기억 3)평균주기산출 4) 유량산출 5) 유량인식의 처리를 함에 의해서, 출탕온도의 안정화를 도모하고 있다.

1) 주기계측

유량센서(33)에서 펄스신호가 발생할 때에 펄스신호가 발생한 시간 t(n)와 전화펄스신호가 발생한 시간 t(n-1)와의 간격을, 펄스신호의 주기정보 T(n)로서 계측한다.

2) 주기정보기억

주기계측에 의해서 계측된 펄스신호의 주기정보 T(n)를 마이크로 콤퓨터의 레지스터(Register) 또는 메모리의 기억장치에 순차적으로 기억한다. 여기에는 유량센서(33)의 홴이 1회전하는 사이에 4개의 펄스신호가 발생하는 것으로부터 후술하는 주기정보의 평균화할 때의 유효성을 고려해서, 3회전까지의 4개의 주기정보 T(n-3), T(n-2), T(n-1), T(n)를 차례로 기억한다. 또 기억한 각 주기정보는 새로운 주기정보가 기억될 때에 차례로 교체시켜 가장 오래된 주기정보를 삭제한다. 따라서, 시간 t(n)에 있어서, 제 4 도에서 나타낸 것같이 4개의 주기정보 T(n), T(n-1), T(n-2), T(n-3)이 기억되어 있는 경우에는 다음의 펄스신호가 발생한 시간 t(n+1)에는 제 5 도에 나타낸 것같이 새로운 주기정보 T(n-1)가 기억됨과 동시에, 3개의 주기정보 T(n), T(n-1), T(n-2)는 각각 교체되어 기억되고, 주기정보 T(n-3)은 삭제된다.

3) 평균주기산출

유량센서(33)에서 펄스신호가 발생하여 주기정보 T(n)가 계측되었을 때, 기억되어 있는 4개의 주기정보 T(n-3), T(n-2), T(n-1), T(n)을 다음식에 의해 펑균치를 산출하고, 펄스신호가 발생했던 시간 t(n)에 있어서, 유량산출을 위한 평균주기정보 PQ(n)로 한다.

PQ(n)={T(n-3)+T(n-2)+T(n-1)+T(n)}/4

여기서, T(n), T(n-1), T(n-2), T(n-3)은 각각 현재의 주기정보, 1회 앞의 주기정보, 2회 앞의 주기정보, 3회 앞의 주기정보이다.

4) 유량산출

산출된 평균주기정보 PQ(n)에 의거해서, W(n)={PQ(n)+b}/Q+C에 의해서 유량치 W(n)[리터/분]을 계산한다.

여기서, a, b는 평균주기정보 PQ(n)의 치가 사전에 설정되어 있고 주기고정치 T1 이하에 있을까, 주기고정치 T1 이상에 있을까에 의해서 각각 결정되는 정수이고, 또 C는 유량치의 보정을 하기 위해 형성되는 도시하지 않는 가변저항기를 조정함에 의해 공급되는 ±1.0[리터/분]∼1.0[리터/분]의 사이의 유량보정치이다.

5) 유량인식

유량인식을 산출된 유량치 W(n)과 앞에서 인식되었던 유량인식치 WK(n-1)과의 차이를 구하고, │ (n)-WK(n-1) │＞WK(n-1)×d의 시기에는 WK(n)=W(n)로서, 현재의 유량인식치 WK(n)을 결정한다. 여기서 d는, 앞에서 인식되었던 유량인식치 WK(n-1)에 대해서는 산출되었던 유량치 W(n)의 변화 비율이 어느정도의 경우에 이 산출된 유량치 W(n)을 유량인식치 WK(n)로 할까를 판단하기 위한 유량인식 판단치이고, 예를들면, d=30/100로서 공급되는 것이다. 또, 유량인식치 WK(n)에 대해서는 예를들면, WQ(n)=WK(n)/100에서 공급되는 변수 WQ(n)의 앞의 치 WQ(n-1)로 산출되었던 유량치 W(n)과의 차를 구하고, │W(n)-WQ(n-1) │＜{WQ(n-1)×d}의 시기에는 WK(n)=WK(n-1)+{W(n)-WK(n-1)}×e로서, 현재의 유량인식치 WK(n)을 결정한다. 여기서 e는, 앞에서 산출되었던 유량인식치 WK(n-1)에, 앞에서 인식되었던 유량인식치 WK(n-1)와 산출되었던 유량치 W(n)과의 차를 어느 비율만 받아들여서 가산할까를 결정하기 위한 유량인식 가산치이고, 예를들면, e=5/100로서 공급되는 것이다.

이상의 유량인식 처리에 의해서 유량치 W(n)의 큰 변화는 곧 받아드리게 되고, 작은 변화는 조금씩 받아드리는 것이 된다. 이 유량인식치 WK(n)은 유량에 관한 최종적인 정보로서 온도제어부(42)에 공급된다. 그외, 각 서미스터에 의한 검지정보에 대해서도 서미스터의 응답 우려를 고려해서 각각의 처리가 이행되고, 각각의 검지온도정보로서 온도제어부(42)로 공급된다. 온도제어부(42)는 데이타 처리부(41)에서 처리되었던 각 정보에 의거해서 필요한 가열량을 산출한다. 또 산출되는 가열량이 연소기(12)에 의한 가열능력을 초월했을 경우에는 전동식 수량제어장치(32)를 구동하여 열교환기(30)로의 유입수량을 제어한다.

연소제어부(43)는 온도제어부(42)에서의 산출가열량에 따라 송풍기(13)를 구동함과 동시에, 송풍기(13)의 회전수에 의해서 검출하고, 송풍기(13)의 작동상태에 따라서 조정기비례밸브(23)를 연속적으로 제어함과 동시에, 필요에 의해서 전자밸브(21)를 개폐하고, 제 1 버너군 10A로의 연료공급을 제어한다.

시컨스제어부(44)에는 유량센서(33)에서의 펄스신호에 의해 검출되는 유량인식치 WK(n)에 의거해서, 단위시간내의 유량이 소정의 유량 이상으로 되었을 때, 소정의 시컨스에서 점화제어를 행함과 동시에, 프레임로드(15)에 의해서 연소기(12)의 착화가 검지되면, 온도제어부(42)에 의한 온도조절 제어를 개시하게 한다. 또, 제어장치(50)에 의해서 더운물 급수설정이 이행되었을 경우에는 유량센서(33)의 펄스신호의 수를 적산해서 급탕수량을 산출하고, 급탕수량이 설정수량에 도달한 경우에, 개폐밸브(37)을 구동해서 급탕관(35)를 폐쇄해서 급탕을 정지한다.

이 경우에는 상기의 3) 평균조기산출과 똑같이 해서 산출되었던 평균조기정보 PQ(n)의 치를 소정의 유량 계산식 절환을 위한 주기고정치 T2와 비교해서, 평균조기정보 PQ(n)의 치를 따랐던 유량계산식에 의해서 유량적산치가 산출된다.

이상의 구조를 구성으로 되는 본 실시예의 가스급탕기(1)는 다음과 같이 작동한다.

제어장치(50)에 형성된 도시하지 않는 운전스위치를 조작하면, 제어장치(40)가 운전대기 상태가 된다. 사용자가 수전을 열어, 물공급관(31)으로부터 물이 유입하여 급탕이 개시되면, 유량센서(33)에서는 통과하는 유량에 따른 펄스신호가 발생한다. 펄스신호에 의거해서 유량인식치 WK(n)가 산출되어, 이것이 소정의 유량이상이면, 송풍기(13)가 구동되어 프리퍼어지(prepurge)하고, 송풍기(13)의 회전수가 소정의 회전수에 도달하면 스파커(sparker)(14)에서 점화방전 함과 동시에, 원 전자밸브(22), 커버너 비례밸브(23), 전기밸브(21)의 순으로 각각 시간차에 따라서 각 밸브가 열리게 되고, 연료가스가 연소기(12)로 공급되어 점화된다.

프레임로드(15)에 의해서 착화가 검지되면, 온도제어가 개시되고, 유량센서(33), 입수온도 서미스터(34), 출탕온도 서미스터(36)의 각 검지정보 및 제어장치(50)에 의한 설정온도에 의거하여 가열량이 산출되고, 열교환기(30)를 통과하는 물은, 목적한 온도로 가열하여 급탕관(35)에서 유출한다. 급탕중에 사용자가 수전을 조작하여 급탕유량이 적게 된 경우에는, 이것에 따라 유량센서(33)의 홴의 회전이 불안정하게 된다. 이 경우, 예를들면, 실제의 유량이 일정함에도 관계치않고, 유량센서(33)에서의 펄스신호의 주기가 제 6 도에 나타낸 것처럼 일정하게 되지 않게 되면, 주기정보 T(n)은 이것에 따라서 일정하지 않게 된다. 그러나 평균 주기정보 PQ(n)은 주기정보 T(n)이, 이 이전의 3개의 주기정보 T(n-1), T(n-2), T(n-3)과 평균화되어서 산출되고, 이 평균주기정보 PQ(n)에 의거해서 유량치 W(n)이 산출되기 때문에, 불안정한 주기로 펄스신호가 발생해도 안정된 유량치 W(n)을 얻게 된다.

또, 본 실시예에는 재차 유량인식치 WK(n)을 구하고 있기 때문에, 산출된 유량치 W(n)의 작은 변화에 대해서는, 그 영향을 받기 어렵게 되고, 가열량의 변동도 적게 되어, 안정된 출탕온도가 얻어지게 된다. 반대로, 실제로 유량이 크게 변화한 형태의 경우에는 이 변화를 빠르게 받아들일 수 있기 때문에 변화된 유량에 따른 가열량을 빠르게 공급할 수 있다. 따라서, 출탕온도를 빠르게 목표온도로 접근시킬 수 있다.

본 실시예에서는 가스급탕기를 나타냈지만, 석유 등 다른 연료에 의한 것이나, 전기가열에 의한 것에도 좋다.

Claims (1)

1. 가열수단에 의해서 가열되는 열교환기를 포함하는 수로중에 배치되어, 이 수로를 소정의 유량이 통과 할 때마다 펄스상의 신호를 발생하는 유량센서를 구비하고, 이 유량센서에서의 상기 신호에 의거해서 상기 가열수단의 가열량을 결정하는 급탕기등의 온도제어장치에 있어서, 상기 신호가 발생할 때에 상기 신호의 발생간격을 계측해서 주기정보로 하는 주기계측부와 이 주기계측부에 의해 게측된 상기 주기정보를 계측순으로 기억하는 주기정보기억부와, 이 주기정보기억부에 기억된 여러개의 상기 주기정보에서 상기 신호의 발생간격의 평균치를 산출하는 평균주기산출부와, 이 평균주기산출부에 의해서 산출된 상기 평균치에 의거해서 상기 수로의 수량치를 산출하는 유량산출부를 가지고, 각 유량산출부에 의해서 산출된 상기 유량치에 의거해서 상기 가열량을 결정하는 것을 특징으로 하는 급탕기등의 온도제어장치.

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