KR100243899B1 - 가스보일러의 연소제어방법 - Google Patents

가스보일러의 연소제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스보일러의 연소제어방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 초기착화시에 저장된 배기연도의 풍압데이타, 팬구동전압데이타, 및 염전압데이타를 사용하여 버너에서의 연소상태를 파악하고 이에 따라서 팬의 회전수를 변경시켜서 버너에서의 연소상태를 최적으로 제어할 수 있는 가스보일러의 연소제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 가스보일러의 연소제어방법은, 전체 행정을 제어하는 프로그램이 내장된 마이컴(33)으로부터의 제어신호에 따라서 가스출력량을 조정하는 가스밸브(3)와, 버너(8)에서 연소시 발생되는 불꽃의 상태에 따른 전기적신호를 출력하여 마이컴(33)에 입력시키는 적외선센서(5)와, 배기연도(22)의 일측에 설치되어서 풍압을 크기에 비례하는 신호로 검지하는 풍압감지센서(27)와, 연소에 필요한 공기를 공급하며 또한 버너(8)에서 연소된 가스를 배출시키는데 사용되는 팬(21)을 구동하는 팬구동부(23)와, 순환펌프(17)를 포함하는 가스보일러에 있어서, 연소행정이 시작되면 초기착화시의 착화기준풍압(P), 착화시 팬구동전압(V), 및 착화시염전압(F)데이타를 마이컴(33)에 입력,저장하는 제1단계; 착화가 완료되고 정상연소상태가 확인되면 마이컴(33)에서 착화기준풍압(P)과 팬풍압(P1)의 크기를 비교하는 제2단계; 팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 크면 마이컴(33)에서 순풍으로 인식하고 기준치가 착화시염전압(F)보다 커질 때 까지 하강시켜서 팬구동전압(V1)을 고정시키는 제3단계; 팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 적으면 마이컴(33)에서 역풍으로 인식하고 기준치가 착화시염전압(F1)보다 적어질 때 까지 상승시켜서 팬구동전압(V1)을 고정시키며, 팬풍압(P1)과 착화기준풍압(P)이 동일하면 착화시 기준 팬구동전압(V)으로 구동하는 제4단계; 팬구동전압(V1)이 고정된 상태에서 연소중의 염전압(F1)과 기준치를 비교하여 염전압(F1)이 기준치보다 크면 팬구동전압(V1)을 염전압(F1)이 기준치보다 적어질 때 까지 하강시키고, 팬구동전압(V1)이 고정된 상태에서 연소중의 염전압(F1)이 기준치보다 적으면 팬구동전압(V1)을 상승시켜서 정상팬구동전압으로 동작하도록 제어하는 제5단계로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

가스보일러의 연소제어방법
본 발명은 가스보일러의 연소제어방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 초기착화시에 저장된 배기연도의 풍압데이타, 팬구동전압데이타, 및 염전압데이타를 사용하여 버너에서의 연소상태를 파악하고 이에 따라서 팬의 회전수를 변경시켜서 버너에서의 연소상태를 최적으로 제어할 수 있는 가스보일러의 연소제어방법에 관한 것이다.
가스보일러는 청정연료인 가스를 사용함으로서 공해발생요인이 감소하고 또한 취급상의 용이함으로 인하여 사용이 점차 증가하고 있다. 이러한 가스보일러는 LPG 또는 LNG를 사용하고 있으며, 버너에서 연료를 연소시켜서 발생되는 고온의 열을 사용하여 저온의 직수를 고온의 난방수로 변환시킨 후에 실내에 설치된 배관을 통하여 순환시킴으로서 난방을 수행하고 있다. 또한 직수를 고온으로 승온한 후에 부엌이나 화장실에 공급하여 온수를 사용하도록 되어 있다.
도 1은 종래 사용되는 가스보일러의 일구성예로서, 작동상태를 간단히 설명한다. 사용자에 의하여 보일러가 작동되면 팬(21)이 소정시간동안 작동되어서 연소실(6) 내부와 배기연도 내부에 잔류하던 유해가스를 완전히 배출시키는 프리-퍼지(pre-purge)행정이 수행된다. 프리-퍼지행정이 종료된 후에 연료가스(LPG 또는 LNG)는 파이프를 통하여 가스밸브(3)를 통과하면서 소정압력으로 조정된 후에 버너(8)에 공급된다. 연료가 공급되는 상태에서 마이컴(미도시됨)으로부터의 제어신호에 따라서 점화트랜스(7)로부터 발생된 고전압이 점화플러그로부터 방전을 일으키고 가스에 착화되어서 연소가 시작된다.
착화상태의 확인은 연소실(6)의 외측벽에 설치된 적외선센서(5)를 사용하여 감지한다. 즉 적외선센서(5)는 버너(8)에서의 불꽃의 상태, 즉 황염 또는 청염인가에 따라서 발생되는 파장의 변화를 감지하여 완전연소가 되는 청염이면 이에 상응하는 전기신호를 출력하고 마이컴에서는 이 신호를 수신하여 착화가 완료된 것으로 판단하게 된다.
버너(8)에서의 연소에 의하여 생성된 연소열은 연소실(6)의 상부에 설치된 열교환기(9)를 통과하면서 내부에 충만된 난방수를 가열시킨다. 사용자에 의하여 설정된 소정온도로 난방수가 승온되면 순환펌프(17)의 회전력에 의하여 연결된 배관을 통하여 실내를 순환하면서 난방을 수행한다.
도면에는 상세히 설명되지 않았지만 난방수온도를 측정하기 위한 다수의 온도측정센서가 열교환기(9)에 인접한 배관표면에 설치되어 있다. 온수사용시에는 플로우스위치(19)가 연결된 배관내부를 통과하는 직수의 이동상태를 마이컴에서 감지하여 유로를 적정하게 교환시켜 온수를 출탕하게 된다. 연소된 배기가스는 연소실(6) 상부에 설치된 배기후드와 배기구(11)와 연결된 배기연도(22)를 통하여 외부로 배출된다.
그러나 상기와 같은 구성을 가진 종래의 가스보일러에서는 버너에서의 연소중에 소화가 되거나 불완전연소가 발생되는 문제점이 있었다. 즉, 버너에서 연소중에 외부로부터 역풍이나 순풍이 유입되면 역풍감지장치에 의하여 보일러가 소화되거나 또는 순풍의 경우에 과산소공급으로 인하여 연소가 불안전하게 되는 문제점이 있었다. 역풍은 배기연도(22)를 통하여 외부로부터 바람이 유입되어서 배기가스의 배출을 방해하는 것이며, 순풍은 가스보일러의 내부로부터 과도한 공기가 연소실에 유입되어서 과산소연소가 되는 바람을 말한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가스보일러의 연소중에 발생되는 역풍 또는 순풍과 같은 외부요인에 의하여 가스보일러가 소화, 또는 불완전연소가 발생되는 것을 방지하고 최적의 연소상태를 제공할 수 있는 가스보일러의 연소제어방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스보일러의 연소제어방법은, 전체 행정을 제어하는 프로그램이 내장된 마이컴(33)으로부터의 제어신호에 따라서 가스출력량을 조정하는 가스밸브(3)와, 버너(8)에서 연소시 발생되는 불꽃의 상태에 따른 전기적신호를 출력하여 마이컴(33)에 입력시키는 적외선센서(5)와, 배기연도(22)의 일측에 설치되어서 풍압을 크기에 비례하는 신호로 검지하는 풍압감지센서(27)와, 연소에 필요한 공기를 공급하며 또한 버너(8)에서 연소된 가스를 배출시키는데 사용되는 팬(21)을 구동하는 팬구동부(23)와, 순환펌프(17)를 포함하는 가스보일러에 있어서, 연소행정이 시작되면 초기착화시의 착화기준풍압(P), 착화시 팬구동전압(V), 및 착화시염전압(F)데이타를 마이컴(33)에 입력,저장하는 제1단계; 착화가 완료되고 정상연소상태가 확인되면 마이컴(33)에서 착화기준풍압(P)과 팬풍압(P1)의 크기를 비교하는 제2단계; 팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 크면 마이컴(33)에서 순풍으로 인식하고 기준치가 착화시염전압(F)보다 커질 때 까지 하강시켜서 팬구동전압(V1)을 고정시키는 제3단계; 팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 적으면 마이컴(33)에서 역풍으로 인식하고 기준치가 착화시염전압(F1)보다 적어질 때 까지 상승시켜서 팬구동전압(V1)을 고정시키며, 팬풍압(P1)과 착화기준풍압(P)이 동일하면 착화시 기준 팬구동전압(V)으로 구동하는 제4단계; 팬구동전압(V1)이 고정된 상태에서 연소중의 염전압(F1)과 기준치를 비교하여 염전압(F1)이 기준치보다 크면 팬구동전압(V1)을 염전압(F1)이 기준치보다 적어질 때 까지 하강시키고, 팬구동전압(V1)이 고정된 상태에서 연소중의 염전압(F1)이 기준치보다 적으면 팬구동전압(V1)을 상승시켜서 정상팬구동전압으로 동작하도록 제어하는 제5단계로 구성됨을 특징으로 한다.
도 1은 종래 사용되는 가스보일러의 개략도,
도 2는 도 1의 가스보일러의 부분 블록회로도,
도 3은 본 발명의 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 가스보일러, 3 : 가스밸브,
5 : 적외선센서, 6 : 연소실,
7 : 점화트랜스,8 : 버너,
9 : 열교환기, 11: 배기구,
13: 탱크,15: 온수열교환기,
17: 순환펌프,19: 플로우스위치,
21: 팬,22: 배기연도,
23: 팬구동부,25: 회전수감지부,
27: 풍압감지센서, 29: 표시부,
31: 입력부,33: 마이컴.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 가스보일러의 연소제어방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 방법은 배기연도의 풍압, 팬구동회전수, 및 염전압의 3가지 요소를 사용하여 버너에서의 연소상태를 제어하는 방법이다. 즉 연소실 내부에 설치된 버너에서의 연소에 큰 영향을 미치는 외부교란요인인 역풍이나 순풍에 따라서 팬구동전압(팬회전수)를 변화시킴으로서 연소실에 공급되는 풍량을 능동적으로 제어하여 최적의 연소상태를 제공하는 방법이다.
상기와 같은 본 발명의 방법은 다음과 같은 단계 : 연소행정이 시작되면 초기착화시의 착화기준풍압(P), 착화시 팬구동전압(V), 및 착화시염전압(F)데이타를 마이컴(33)에 입력,저장하는 제1단계; 착화가 완료되고 정상연소상태가 확인되면 마이컴(33)에서 착화기준풍압(P)과 팬풍압(P1)의 크기를 비교하는 제2단계; 팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 크면 마이컴(33)에서 순풍으로 인식하고 기준치가 착화시염전압(F)보다 커질 때 까지 하강시켜서 팬구동전압(V1)을 고정시키는 제3단계; 팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 적으면 마이컴(33)에서 역풍으로 인식하고 기준치가 착화시염전압(F1)보다 적어질 때 까지 상승시켜서 팬구동전압(V1)을 고정시키며, 팬풍압(P1)과 착화기준풍압(P)이 동일하면 착화시 기준 팬구동전압(V)으로 구동하는 제4단계; 팬구동전압(V1)이 고정된 상태에서 연소중의 염전압(F1)과 기준치를 비교하여 염전압(F1)이 기준치보다 크면 팬구동전압(V1)을 염전압(F1)이 기준치보다 적어질 때 까지 하강시키고, 팬구동전압(V1)이 고정된 상태에서 연소중의 염전압(F1)이 기준치보다 적으면 팬구동전압(V1)을 상승시켜서 정상팬구동전압으로 동작하도록 제어하는 제5단계로 구성된다.
도 2는 본 발명의 방법이 수행되는 가스보일러의 부분블럭회로도로서 작동상태를 간단히 설명하면 다음과 같다. 가스밸브(3)는 마이컴(33)으로부터의 제어신호에 따라서 버너에 공급되는 가스량을 조절하며, 적외선센서(5)는 염전압을 측정하여 버너에서의 연소상태를 감지한다.
점화트랜스(7)는 역시 마이컴(33)의 제어신호에 따라서 고전압을 발생시켜 점화플러그에 공급한다. 순환펌프(17)는 난방수를 강제이동시키기 위하여 작동되며, 팬(21)은 팬구동부(23)로부터 인가되는 전압에 따라서 회전수가 변경된다. 팬(21)의 회전수는 회전수감지부(25)에 의하여 측정되어서 마이컴(33)에 입력되며, 마이컴(33)의 내부메모리소자에 저장된다.
풍압감지센서(27)는 배기연도에 설치되어서 통과하는 풍압의 세기에 따른 전기신호를 출력하여 마이컴(33)에 입력시킨다. 표시부(29)는 보일러의 작동상태를 표시하는 부분이며, 입력부(31)는 사용자가 보일러의 작동을 제어하기 위한 온도데이타, 시간설정데이타등을 입력하는 부분이다.
본 발명의 방법에 의한 가스보일러의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
사용자에 의하여 보일러가 작동된 후에 착화행정이 완료되고 정상연소상태가 확인되면 마이컴(33)에서는 착화시 측정된 기준풍압데이타(P), 팬구동전압데이타(V), 및 염전압데이타(F)를 내부 메모리소자에 입력,저장한다. 연소상태의 확인은 적외선센서(5)로부터 입력되는 전기신호를 마이컴(33)에서 비교하여 확인하는 것으로서 연소상태가 황염이면 불완전연소, 청염이면 완전연소로 인식하게 된다. 물론 이러한 착화상태의 판단은 마이컴(33)이 적외선센서(5)로부터 입력되는 전압(또는 전류)값을 사용하여 수행한다.
이러한 상태에서 마이컴(33)은 풍압감지센서(27)로부터 입력되는 현재의 상태에서의 팬풍압(P1)을 측정한다. 측정된 팬풍압(P1)은 마이컴(33)에 의하여 착화기준풍압(P)과 비교된다. 이러한 비교목적은 착화기준풍압(P)시의 풍압을 정상상태로 간주하고 이것보다 팬풍압(P)이 크면 순풍발생, 적으면 역풍발생으로 판단하기 위한 것이다.
비교결과, 팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 큰 순풍으로 판단되면 이것은 과도한 공기가 유입되는 것을 의미하므로 풍량을 감소시키기 위하여 팬회전수를 감소시킨다. 이것은 팬구동전압(V1)을 하강시켜서 달성할 수 있으며, 전압하강은 염전압을 측정하여 확인된다.
즉 전압하강에 따라서 팬(21)의 회전수가 감소하고 이에 따라서 공기량이 감소하며, 착화시염전압(F)이 기준치보다 같거나 적어질 때 까지 전압하강이 계속되며 팬구동전압(V1)은 특정값에 고정된다.
또한 비교결과, 팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 적은 역풍으로 판단되면 이것을 공기량이 부족한 것을 의미하므로 풍량을 증가시키기 위하여 마이컴(33)에서는 팬회전수를 증가시킨다. 이것은 팬구동전압(V1)을 상승시켜서 달성될 수 있으며, 전압상승도 역시 염전압(F1)을 측정하여 검지된다.
즉 전압상승에 따라서 팬(21)의 회전수가 증가하고 이에 따라서 공기량이 증가하며, 착화시염전압(F)이 기준치보다 같거나 커질 때 까지 전압상승이 계속되며 팬구동전압(V1)은 특정값에 고정된다.
이러한 과정은 역풍 또는 순풍을 감지하고 각각에 대하여 선택적으로 대처하기 위한 것으로서, 다시 말하면 역풍으로 감지되는 경우에는 공기량을 증대시키기 위하여 구동팬전압값(V1)을 상승시키기 위한 기준이 되며, 순풍으로 감지되는 경우에는 공기량을 감소시키기 위하여 구동팬전압값(V1)을 하강시키는 기준을 선택하기 위해서이다.
상기와 같이 순풍 또는 역풍에 대하여 염전압에 대한 팬구동전압이 결정되면 마이컴(33)에서는 전압값을 각각에 대하여 고정시킨다. 고정시킨 상태에서 마이컴(33)은 지속적으로 염전압을 적외선센서(5)를 사용하고 측정하고 기준치와 비교한다. 상기 염전압기준치는 정상연소상태에서의 염전압의 전압값을 표시하는 것으로서, 청염상태에서의 값이 된다. 상기와 같이 팬구동전압값이 고정된 상태에서는 염전압 기준치를 기준으로 하여 염전압의 변화를 감시한다.
연소중에 외부로부터의 영향(그것이 역풍이거나 순풍이거나에 관계없이)에 의하여 염전압이 기준치보다 커지면 마이컴(33)에서는 기준치보다 염전압을 낮추기 위하여(즉 연소에 필요한 공기가 과다공급되는 것을 방지하기 위하여) 팬구동전압을 하강시키게 된다. 이러한 하강상태는 기준치와 같은 팬구동전압이 될 때 까지 계속된다.
만일, 적외선센서(5)를 통하여 측정된 염전압이 기준치보다 적으면 마이컴(33)에서는 기준치보다 염전압을 상승시키기 위하여(즉 연소에 필요한 공기를 충분히 공급하기 위하여) 즉시 팬구동전압을 상승시킨다. 이러한 상승상태는 기준치와 같은 팬구동전압이 될 때 까지 계속된다. 염전압과 기준치가 동일한 값이면 마이컴(33)에서는 팬구동전압을 일정하게 유지시켜서 연소행정을 수행하게 된다.
상기와 같이 팬구동전압(V1)을 변경하여 풍량을 조정하는 본 발명의 방법에 의한 연소행정이 수행되는 도중에, 보일러의 동작정지신호가 입력되면 마이컴(33)에서는 버너에서의 연소를 정지시키고 팬(21)과 순환펌프(17)를 계속하여 작동시키는 포스트-퍼지행정을 수행한다. 이것은 종래의 제어방법에 의한 것과 본질적으로 동일한 것이다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 가스보일러의 연소중에 발생되는 역풍 또는 순풍과 같은 외부요인에 의하여 가스보일러가 소화, 또는 불완전연소가 발생되는 것을 방지하고 최적의 연소상태를 제공할 수 있는 이점이 있는 것이다.
본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (1)

  1. 전체 행정을 제어하는 프로그램이 내장된 마이컴(33)으로부터의 제어신호에 따라서 가스출력량을 조정하는 가스밸브(3)와, 버너(8)에서 연소시 발생되는 불꽃의 상태에 따른 전기적신호를 출력하여 마이컴(33)에 입력시키는 적외선센서(5)와, 배기연도(22)의 일측에 설치되어서 풍압을 크기에 비례하는 신호로 검지하는 풍압감지센서(27)와, 연소에 필요한 공기를 공급하며 또한 버너(8)에서 연소된 가스를 배출시키는데 사용되는 팬(21)을 구동하는 팬구동부(23)와, 순환펌프(17)를 포함하는 가스보일러에 있어서,
    연소행정이 시작되면 초기착화시의 착화기준풍압(P), 착화시 팬구동전압(V), 및 착화시염전압(F)데이타를 마이컴(33)에 입력,저장하는 제1단계;
    착화가 완료되고 정상연소상태가 확인되면 마이컴(33)에서 착화기준풍압(P)과 팬풍압(P1)의 크기를 비교하는 제2단계;
    팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 크면 마이컴(33)에서 순풍으로 인식하고 기준치가 착화시염전압(F)보다 커질 때 까지 하강시켜서 팬구동전압(V1)을 고정시키는 제3단계;
    팬풍압(P1)이 착화기준풍압(P)보다 적으면 마이컴(33)에서 역풍으로 인식하고 기준치가 착화시염전압(F1)보다 적어질 때 까지 상승시켜서 팬구동전압(V1)을 고정시키며, 팬풍압(P1)과 착화기준풍압(P)이 동일하면 착화시 기준 팬구동전압(V)으로 구동하는 제4단계; 및
    팬구동전압(V1)이 고정된 상태에서 연소중의 염전압(F1)과 기준치를 비교하여 염전압(F1)이 기준치보다 크면 팬구동전압(V1)을 염전압(F1)이 기준치보다 적어질 때 까지 하강시키고, 팬구동전압(V1)이 고정된 상태에서 연소중의 염전압(F1)이 기준치보다 적으면 팬구동전압(V1)을 상승시켜서 정상팬구동전압으로 동작하도록 제어하는 제5단계로 구성됨을 특징으로 하는 가스보일러의 연소제어방법.
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