KR960015462B1 - 기화식 연소기기의 히터제어방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음

Description

기화식 연소기기의 히터제어방법 및 그 장치

제1도는 기화실과 혼합실로 이루어진 버너의 구성도,

제2도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 히터제어 과정을 도시한 플로우챠트,

제3도는 제2도에 따라 구성된 히터제어 장치의 블럭도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실내온도감지부 2 : 기화벽온도감지부

3 : 마이크로 컴퓨터 4 : 위상각제어부

5 : 히터전원공급부 6 : 히터

본 발명은 석유를 기화가스화하여 연료로 사용하는 기화식 연소기기에 관한 것으로, 특히 히터 및 기화벽의 재질특성에 따른 축열의 변화 또는 실내온도의 변화등 외부조건의 변화에 관련하여 히터에 인가되는 전원을 위상각 제어 방식으로 제어함으로써 기화실내의 온도를 항상 일정한 수준으로 유지할 수 있는 기화식 연소기기의 히터제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 기화식 연소기기의 버너구조를 설명하면 다음과 같다.

즉, 제1도에 도시된 바와 같이 기화식 연소기기의 버너는 연료가 기화되는 기화실(21)과 연료를 공기와 혼합시키는 혼합실(22)로 구성되고 이들은 교축구멍(23)을 구비한 혼합판(24)에 의하여 각각 구분되어 있다.

그리고, 상기 기화실(21)을 구성하는 기화벽(25)의 하단 일측에는 송풍팬(26)과 연결되는 에어공급관(27)이 접속되고 이 에어공급관(27)내에는 연료를 공급하는 급유관(28)이 설치되어 있다.

한편, 상기 기화실(21)의 상부 일정한 곳에는 불꽃을 형성하도록 염공(29)이 형성되어 있고, 기화실(21)을 구성하는 기화벽(25)에는 히터(6)가 매설되어 있다. 이 히터(6)주위에는 히터(6)의 발열온도를 감지하는 써미스터(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 연소기기의 히터제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

연료를 기화시키기 위해서는 기화실(21)내에 연료가 기화될 수 있는 온도 분위기를 조성해 주어야 하며, 이러한 기화분위기 조성은 히터(6)를 이용하여 기화벽(25)을 예열함으로써 이루어진다.

따라서, 히터(6)에 전원을 인가하면, 도시하지 않은 써미스터가 기화벽(25)의 예열온도를 감지하고 그 온도가 설정값에 도달하였다고 판단되었을때, 히터(6)에 인가되는 전원을 일시적으로 차단함과 동시에 버너를 점화하도록 되어 있었다.

즉, 제1도에 도시된 바와 같이 히터(6)에 전원을 인가시킬 때, 종래에는 히터(6)에 인접설치된 써미스터(도시하지 않음)가 단순히 기화벽(25)의 온도를 감지하여 도시하지 않은 마이크로 컴퓨터에 인가하면, 현재의 기화벽온도와 마이크로 컴퓨터에 미리 설정된 기화설정온도와 비교하여 상한치에 도달하였다고 마이크로 컴퓨터가 판단하였을 경우, 상기 마이크로 컴퓨터는 히터전원을 오프시켜 히터(6)에 입력되는 전원을 차단한다. 그후, 써미스터에 의해 검출한 기화벽(25)의 온도가 하한설정치에 이르면, 마이크로 컴퓨터는 이를 판단하여 히터전원부를 온시켜서 히터(6)에 전원을 인가하여 재예열동작을 반복해서 행한다.

이와 같이, 종래에는 히터 온도가 상한 설정치와 하한설정치 사이에서 변동되기 때문에, 버너내부에는 일정한 온도의 기화 분위기를 유지할 수 없다는 문제점이 있었다.

또한, 히터 및 기화벽은 발열상태에서 히터(6)에 전원이 공급이 차단되더라도 히터(6)에서 발열되는 온도와 기화벽의 재질특성상 일정시간 동안은 축적된 열(축열)을 계속 발열하여 기화실내의 온도를 전원차단시점의 온도보다 일정치 이상의 온도까지 유치할 수 있고, 또한 소화된 상태에서는 히터에 전원 공급이 다시 이루어지더라도 히터 및 기화벽의 축열때문에 기화실내의 온도가 전원공급 시점의 온도보다 일정치 이하의 온도까지 냉각하게 되므로, 기화분위기의 불안정으로 연료의 불완전 연소가 이루어진다. 이와 같이 기화 조건이 불량하여 불완전연소가 이루어질 경우 기름냄새를 뛴 흰연기가 발생하는 등 쾌적한 난방 실시가 어렵다고 하는 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 히터(6)에 공급되는 전원을 위상제어하여 기화실내부 온도를 항상 일정하게 유지하여 연소기기의 연소를 안정하게 연소시킬 수 있는 기화식 연소기기의 히터제어 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 히터에 인가되는 전원의 위상각을 제어하는 위상각 제어부를 별도로 구성함으로써 외부조건의 변동에 따라 히터(6)에 공급되는 전원의 크기를 변화시켜 기화실 내부 온도를 일정하게 유지할 수 있는 기화식 연소기기의 히터 제어장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기화식 연소기기의 히터제어방법은 기화실과 혼합실로 이루어진 버너와 이 버너의 기화실 주변에 히터가 장착된 기화기의 히터제어방법에 있어서, 기화기의 난방용량에 관련하여 연료가 최적의 상태로 기화될 수 있도록 마이크로 컴퓨터내에 기화벽 예열온도조건, 실내온도변화에 따른 기화벽 온도변화율 및 히터 및 기화벽의 축열에 의한 온도변화율을 상기 마이크로 컴퓨터에 설정하는 단계와, 히터로 전원을 공급함과 아울러 기화벽의 실제온도를 감지하고 상기 기화벽의 실제온도가 Tt-Tx≤Th<Tt인 범위에 있는지를 판단하는 단계와, 상기 단계에서 기화벽의 실제온도가 상기온도의 범위이면 히터로 인가되는 전원의 위상각을 제어하고, 그 반대의 경우에는 히터로 전원공급이 계속해서 이루어지는 전 단계의 과정이 반복 수행되도록 하는 단계와, 상기 마이크로 컴퓨터내에 미리 설정된 상기 기화벽 예열온도 및 기화벽의 온도변화율에 따라 히터에 인가되는 전원의 위상각을 제어하여 기화벽의 실제온도가 기화벽의 예열온도와 같은지의 야부를 판단하는 단계와, 기화벽의 실제온도가 기화벽의 예열온도와 같은 경우에 연소 매개체에 의한 연소를 시작하는 단계와, 상기 단계에서 연소를 시작함과 더불어 매개변수에 의한 PID 제어를 통하여 히터로 인가되는 전원의 위상각을 설정하고 이에따라 히터로 인가되는 전원의 위상각을 제어하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 기화식 연소기기의 히터제어장치는 히터(6)에 의해 예열된 기화벽의 온도를 감지하는 기화벽온도감지부(2)와, 온도센서를 이용하여 실내온도를 감지하는 실내온도감지부(1)와, 기화벽의 예열온도와 실내온도변화에 따른 기화벽온도변화율 및 히터 및 기화벽의 축열에 의한 기화벽의 온도변화율이 프로그램되고 이들 설정값과 상기 기화벽온도감지부 및 실내온도감지부에서 입력되는 온도데이터와 비교하여 전원의 위상각제어량에 상응하는 제어신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터(3)와, 상기 마이크로 컴퓨터에서 판단한 결과에 따라 전원의 위상각을 제어하는 위상각제어부(4)와, 상기 위상각제어부에 연결되어 위상각이 가변된 전원을 히터에 공급하는 히터전원공급부(5)로 구성된 것을 특징으로 한다.

다음에, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

기화식 연소기기는 난방면적에 따라 그 용량이 결정되고 이 연소기기의 용량에 따라 적정한 히터에 의한 예열 온도가 결정된다.

이러한 기화식 연소기기를 이용한 초기 난방시에는 실내온도와 연소기버너의 기화실 온도는 거의 일치하게 되므로 연소기 버너에 장착된 히터에 전원을 공급하더라도 기화실내부의 온도를 연료의 기화 조건에 맞게 급격히 높히는 어렵다.

즉, 히터는 전원공급에 따라 급격히 가열되게 되나 냉각된 분위기를 지속되어온 기화실내의 온도는 기화벽의 열흡수의 정도를 고려해볼때 서서히 높아지게 된다.

초기 난방시와는 달리 재차 난방을 실시하는 경우에는 다소의 차이가 있다고 볼 수 있으나 이러한 현상은 초기나 재차 난방시에도 동일하게 나타나는 것이다.

따라서, 기화실내의 기화분위기를 최적의 상태로 유지시켜 주기 위해서는 실내온도에 의한 기화벽온도 변화율을 설정하고 이 기화벽온도 변화율에 따라 히터의 발열량을 변화시킬 필요가 있다. 이와 같은 히터의 발열량은 히터에 입력되는 전원이 위상각을 제어함으로써 가능하게 된다.

또한, 히터와 기화벽은 전원의 공급으로 발열되는 히터에 의해 가열된 상태에서 그 전원의 공급을 차단하더라도 그 재질특성상 축열이 존재하여 기화실내로 열이 방열된다.

이하, 본 발명의 일실시예에 의한 기화식 연소기기의 히터제어방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

즉, 제2도에 도시된 바와 같이 스텝 S1에서 먼저 연소기기의 난방용량에 관련하여 연료가 기화될 수 있는 기화실내부온도를 일정하게 유지할 수 있는 기화벽예열온도(Tt)조건을 설정하고, 이와 아울러 히터(6)와 기화벽의 재질특성상 그 자체가 갖고 있는 축열에 의한 온도변화율과, 실내온도변화에 따라 기화벽온도의 변화율을 실험에 의하여 설정한 후, 이들의 조건, 즉 설정된 기화벽예열온도(Tt) 조건과 히터(6)와 기화벽의 축열에 의한 기화벽의 온도가 상승하는 상승온도(Tx) 및 실내온도변화에 따른 기화벽 온도변화율을 마이크로 컴퓨터(3)에 입력하여 마이크로 컴퓨터(3)에 미리 제어프로그램을 셋팅한다.

그후, 스텝 S2에서 히터(6)로의 전원공급과 함께 기화벽에 설치된 기화벽온도감지부(2)를 이용하여 기화벽의 실체온도(Th)를 감지하여 마이크로 컴퓨터(3)에 입력시킨다. 다음에 스텝S3으로 나아가서 마이크로컴퓨터(3)는 미리 설정된 기화벽예열온도(Tt) 및 히터(6)와 기화벽의 축열에 의한 기화벽의 상승온도(Tx)와 기화벽온도감지부(2)에 의해서 감지된 기화벽의 실제온도(Th)를 비교판단한다.

즉, 기화벽 실제온도(Th)가 설정된 기화벽예열온도(Tt)에서 기화벽의 상승온도(Tx)를 감한 온도보다 높고, 설정된 기화벽예열온도(Tt)보다 낮은지 여부를 판단하여, NO일 경우에는 스텝 S2로 복귀하여 스텝S2 이하의 동작을 반복해서 행하고, 스텝 S3의 판단결과, YES일 경우에는 스텝 S4로 나아간다.

다음에, 스텝 S4로 나아가서 히터(6)에 공급되는 전압을 낮추기 위하여 마이크로 컴퓨터(3)에서 출력되는 제어신호에 따라 위상제어부(4)에서 히터로 입력되는 전원전압의 위상각을 제어한다.

그후, 스텝 S5로 나아가서 기화벽 실제온도(Th)와 설정된 기화벽 예열온도(Tt)와 같은지 여부를 판단한다. 상기 스텝 S5에서 판단한 결과, 기화벽 실제온도(Th)와 설정된 기화벽온도(Tt)와 같지 않을 경우에는 스텝 S4로 복귀하여 스텝 S4 이하의 동작을 반복해서 행한다.

한편, 스텝 S5에서 기화벽 실제온도(Th)와 설정된 기화벽예열 온도(Tt)가 같을 경우(YES일 경우)에는 스텝 S6으로 나아가서 연소매개체에 의한 연소, 즉 이그나이터에 의해 점화되어 기화된 가스를 연소시킨다.

그후, 스텝 S7로 나아가서 기화실내의 기화온도를 항상 일정하게 유지시키기 위하여 히터(6)의 발열량을 기화벽온도감지부(2)에 의해 감지하고, 실내온도의 변화를 실내온도감지부(1)에 의해 감지하여, 이들 감지한 온도를 마이크로 컴퓨터(3)에 입력하여 마이크로 컴퓨터(3)로부터 위상각제어부(4)에 제어신호, 즉 비례, 적분, 미분제어(PID제어)신호를 출력한다.

그후, 스텝 S8로 나아가서 마이크로 컴퓨터(3)로부터 출력되는 PID 제어신호를 받은 위상각제어부(4)에서 히터(6)에 입력되는 전원위상각을 설정함과 동시에, 설정된 위상각제어신호를 히터전원공급부(5)에 출력하고 스텝 S9로 나아가서 히터전원공급부(5)에서 출력되는 위상각이 제어되는 전원을 히터(6)에 인가하여 기화실내의 온도를 항상 일정하게 유지시켜서 완전연소가 이루어지도록 제어한다.

또한 매개변수의 변화(예를들면; 난방으로 인한 실내온도의 변화)가 생길 경우에는 상기의 단계(S7-S9)를 계속해서 반복수행하여 완전연소가 이루어지도록 제어된다.

예를들면 실내온도가 평상시보다 낮아 히터(6)의 발열량이 주위로 발산되는 율이 높아지면 실내온도조건이 변수로 작용하므로, 전원의 위상각을 히터에 흐르는 전류의 위상각과 일치하도록 PlD 제어를 하여 히터의 발열량을 높혀주고, 반대로 실내온도가 평상시보다 높아 히터(6)와 기화벽의 축열이 주위로 발산되는 율이 낮아지면, 전원의 위상각과 히터(6)에 흐르는 전류의 위상각을 서로 어긋나도록 제어하여 히터의 발열량을 낮추는 것이다.

이와 같이 히터(6)의 발열량과 실내온도조건, 히터(6)와 기화벽의 축열변화 및 기화벽 실제온도(Th)와, 설정된 기화벽 예열온도(Tt)를 매개변수로 하여 마이크로 컴퓨터(3)에 미리 셋팅된 프로그램에 따라 이들 데이터값을 비교판단하고, 그후 마이크로 컴퓨터(3)에서 판단한 결과에 따라 히터(6)에 인가되는 전원의 위사각을 제어함으로써 항상 일정한 온도의 기화분위기를 조성할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 기화식 연소기기의 히터제어장치는 제3도에 도시한 바와 같이 써미스터등의 온도센서를 이용하여 실내온도를 감지하는 실내온도감지부(1)와, 히터(6)의 발열온도를 감지하도록 히터(6)와 절연상태로 배치되어 기화벽내에 매설된 기화벽온도감지부(2)와, 상기 실내온도감지부(1) 및 기화벽온도감지부(2)에 의해 감지된 실내온도 및 기화벽온도를 받아서 미리 셋팅된 히터제어프로그램에 따라 연소기기의 연소를 제어하는 마이크로 컴퓨터(3)와, 상기 마이크로 컴퓨터(3)로부터 출력되는 PID 제어신호를 받아 히터(6)에 인가되는 전원의 위상각을 제어하는 위상각 제어부(4)와, 상기 위상각 제어부(4)에서 제어된 위상각에 따라 상기 히터(6)에 위상각이 제어된 전원을 인가하는 히터전원공급부(5)로 구성되어 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 기화식 연소기기의 히터제어장치의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

사용자가 도시되지 않은 연소기기의 파워스위치를 온시키면, 마이크로 컴퓨터(3)로부터 출력되는 히터제어신호를 받은 위상각제어부(4)에 의해 히터전원공급부(5)로부터 히터(6)에 위상각이 제어된 전원이 공급되고, 상기 히터(6)의 발열로 제1도에 도시된 기화실(21) 내부의 온도가 서서히 상승하게 된다.

이때, 기화벽의 온도는 기화벽온도감지부(2)에 의해 감지되고, 동시에 실내의 온도는 실내온도감지부(1)에 의해 감지되며, 이들 감지된 온도데이터는 마이크로 컴퓨터(3)에 각각 입력되어 마이크로 컴퓨터(3)에 미리 셋팅된 프로그램에 따라 비교판단된 후 마이크로 컴퓨터(3)에서 전원의 위상제어신호를 위상각제어부(4)에 출력한다.

상기 설명에 있어서, 위상각제어부(4)를 구동하기 위하여 마이크로 컴퓨터(3)에 미리 셋팅된 프로그램은 기화실내부에의 적절한 기화분위기를 유지할 수 있는 설정된 기화벽예열온도 및 히터(6)와 기화벽의 재질특성상 그 자체가 갖고 있는 축열에 의한 온도변화량 그리고 실내온도변화에 따라 함께 변화하는 기화벽온도의 가변량등이 마이크로 컴퓨터(3)에 미리 프로그래밍되어 있어 주위환경의 변화에 따라 기화벽의 발열온도를 정하고 그 목표치와 현재 기화벽의 발열온도와 비교함으로써 히터(6)에 인가되는 전원의 위상각을 제어하는 제어신호를 위상각제어부(4)에 공급하게 되는 것이다.

그후, 상기 위상각제어부(4)는 마이크로 컴퓨터(3)에서 출력되는 제어신호에 따라 히터전원공급부(5)에 인가되는 전원을 비례, 적분, 미분(PID) 제어하고, 이와 같이 PID제어에 의해 위상각이 제어된 전원을 히터(6) 에 공급한다.

일예를들면, 주위조건이 히터(6)의 발열을 높히도록 요구하면, 즉 실내의 온도가 낮으면 히터(6)에 공급되는 전압인가시간을 늘림과 동시에 전압치가 높도록 상기 위상각 제어부(4)가 작동되며, 반대로 실내의 온도가 높으면 히터(6)에 공급되는 전압인가시간을 단축시킴과 동시에 전압치를 낮추도록 위상 제어한다.

이와 같이, 현재 주위조건에 따라 히터예열온도를 변화시킴으로써 기화실내부의 기화분위기를 최적의 상태로 유지할 수 있고, 따라서 연소기기를 최상의 조건에서 연료를 기화시킴으로써 쾌적한 난방을 이룰 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 기화식 연소기기의 히터제어방법 및 그 장치는 주위의 온도 변화에 따라 기화벽실체온도를 마이크로 컴퓨터에서 판단한 후, 그 판단된 결과에 따라 히터에 인가되는 전원의 위상각을 제어함으로써 주위의 온도변화에 따른 적절한 기화분위기를 유지하여 연료의 완전연소를 이룰 수 있다고하는 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 기화실과 혼합실로 이루어진 버너와 이 버너의 기화실 주변에 히터가 장착된 기화기의 히터제어방법에 있어서, 기화기의 난방용량에 관련하여 연료가 최적의 상태로 기화될 수 있도록 마이크로 컴퓨터내에 기화벽 예열온도조건, 실내온도변화에 따른 기화벽 온도변화율 및 히터 및 기화벽의 축열에 의한 온도변화율을 상기 마이크로 컴퓨터에 설정하는 단계와, 히터로 전원을 공급함과 아울러 기화벽의 실제온도를 감지하고 상기 기화벽의 실제온도가 Tt-Tx≤Th<Tt인 범위에 있는지를 판단하는 단계와, 상기 단계에서 기화벽의 실제온도가 상기 온도의 범위이면 히터로 인가되는 전원의 위상각을 제어하고, 그 반대의 경우에는 히터로 전원공급이 계속해서 이루어지는 전 단계의 과정이 반복 수행되도록 하는 단계와, 상기 마이크로 컴퓨터내에 미리 설정된 상기 기화벽 예열온도 및 기화벽의 온도변화율에 따라 히터에 인가되는 전원의 위상각을 제어하여 기화벽의 실제온도가 기화벽의 예열온도와 같은지의 여부를 판단하는 단계와, 기화벽의 실제온도가 기화벽의 예열온도와 같을 경우에 연소매개체에 의한 연소를 시작하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 기화식 연소기기의 히터 제어방법.
2. 제1항 있어서, 연소 매개체에 의한 연소를 시작하는 단계 다음으로 상기 마이크로 컴퓨터내에 미리 설정된 상기 기화벽 예열 온도조건, 히터와 기화벽의 축열에 의한 온도 변화율, 및 실내온도의 변화에 따른 기화벽이 온도변화율에 따라 히터에 인가되는 전원의 위상각을 비례, 미분, 적분(PID)제어하는 동작이 반복 수행되는 단계를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화식 연소기기의 히터 제어방법.
3. 기화기의 히터 제어 장치에 있어서, 기화벽 온도를 감지하는 기화벽온도감지부와, 온도센서를 이용하여 실내온도를 감지하는 실내온도감지부와, 설정된 기화벽 예열 온도조건과 실내온도변화에 따른 기화벽 온도 변화율 및 히터와 기화벽의 축열에 의한 온도변화율이 프로그램되고 이들 설정값과 상기 기화벽 온도감지부 및 실내온도감지부에서 입력되는 온도데이터와 비교하여 전원의 위상각제어량에 상응하는 제어신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터와, 상기 마이크로 컴퓨터에서 판단한 결과에 따라 히터로 인가되는 전원의 위상각을 제어하는 위상각제어부와, 상기 위상각제어부에 연결되어 위상각이 가변된 전원을 히터에 공급하는 히터전원공급부로 구성된 것을 특징으로 하는 기화기의 히터제어장치.
4. 제1항에 있어서, 기화벽의 실제온도와 기화벽의 예열온도가 같은지 여부를 판단하는 단계에서 다를 경우에는, 전원전압의 위상각을 제어하는 동작이하의 과정이 반복수행되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 기화식 연소기기의 히터제어방법.