KR100681386B1 - 공연비감지센서를 이용한 연소장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소실내로 공급되는 가스와 공기 압력에 따른 공연비감지센서의 동작을 감지하고 이렇게 감지된 테이터를 제어부에서 인식하여 연소실내로 공급되는 가스와 공기 량을 조절하는 공연비감지센서를 이용한 연소장치에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 보일러의 연소실과; 이 연소실에 연통되는 송풍기 및 전기식 비례제어 가스밸브와; 상기 연소실, 송풍기 및 전기식 비례제어 가스밸브 등에 연결되며 상기 연소실, 송풍기 및 전기식 비례제어 가스밸브에서 유입되는 가스 및 공기의 압력변위에 따라 승하강하는 동작부와, 상기 동작부의 움직이는 거리를 감지하는 거리감지센서를 포함한 공연비감지센서와; 상기 거리감지센서의 테이터를 인식하여 가스 및 공기 량을 조절하는 제어부로 구성된다.
연소실,보일러, 공연비감지센서,송풍기

Description

공연비감지센서를 이용한 연소장치 {Combustion apparatus using air fuel ratio sensor}
도 1은 본 발명에 따른 공연비감지센서를 이용한 연소장치를 보인 개략도.
도 2,3은 본 발명에 따른 연소장치에서 공연비감지센서의 동작상태를 보인 단면도.
도 4,5는 본 발명에 따른 연소장치에서 공연비감지센서의 연소실 압력에 따른 동작상태를 보인 단면도.
도 6은 종래의 비례제어밸브를 보인 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 공연비감지센서 11: 제1하우징 12: 가스압연결구
13: 제2하우징 14:연소실압연결구 15: 제3하우징
16: 송풍기압연결구 17:기밀부재 18: 삽입공
20: 동작부 21: 제1다이어프램 22: 제2다이어프램
23: 상,하연결구 24: 스프링 30: 거리감지센서
40: 제어부 50: 연소실 60: 송풍기
70: 전기식 비례제어 가스밸브
본 발명은 공연비감지센서를 이용한 연소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실 내로 공급되는 가스와 공기의 양을 공연비감지센서에 의한 가스 및 공기 공급압력, 연소실 내부압력 감지를 통해 제어하는 공연비감지센서를 이용한 연소장치에 관한 것이다.
도 6에 도시된 가스밸브는 예혼합식(Premix식) 버너에 사용되는 것으로 이러한 공압식 가스밸브의 작동방법을 간략히 설명하면, 제1솔레노이드 밸브(1) 및 제2솔레노이드 밸브(2)가 열려진 상태에서, 가스의 입구측 압력이 상승시에는 공기량조절변(4)이 상승하게 되고, 이에 따라 공기량조절변(4)의 하부압력이 하강됨에 따라 가스량조절변(3)이 하강되어, 일정한 가스압력으로 연소실로 가스가 공급된다.
그리고, 입구측 가스압 하강시에는 공기량조절변(4)이 하강하고 이에 공기량조절변(4)의 하부 압력이 상승됨에 따라 가스량조절변(3)이 상승되어 가스가 원활하게 공급되어 가스와 공기 량이 일정한 비율로 연소실내로 공급된다.
또한, 공기압력 상승시에는 공기량조절변(4)이 하강하고 이에 가스량조절변(4)의 하부 압력이 상승됨에 따라 가스량조절변(3)이 상승되어 가스 입구측이 상승되어 가스와 공기 압력이 일정한 비율로 연소실내로 공급된다.
또, 공기압력 하강시에는 공기량조절변(4)이 상승되고 이에 가스량조절변(3)의 하부 압력이 떨어져 가스량조절변(3)이 하강되어 출구측 가스압이 하강하여 가스와 공기 량이 일정한 비율로 연소실내로 공급된다.
이러한 종래의 공압식 가스밸브는 팬에 의하여 공급되는 공기압력으로 작동된다.
따라서, 팬에 의하여 공급되는 공기압력을 공압식가스밸브에 공급되는 가스압력과 동일 수준이 되어야 한다. 그래서 팬의 공기압력이 상당히 높아야 하는 단점이 있었다.
또한, 고출력에서의 공연비와 저출력에서의 공연비가 동일하게 된다. 따라서 고출력에서는 공연비를 작게하여 연소효율을 높이고, 저출력에서는 공연비를 크게하여 배기가스의 응축에 의한 열교환기의 부식을 방지하도록 공연비를 출력에 따라 조절할 수 없는 단점이 있었다.
또, 종래의 공압식 가스밸의 구조가 복잡하여 제조원가가 상승되는 문제점이 있었다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 가스와 공기 비율을 출력에 따라 최적화하여 불완전 연소에 의한 일산화탄소 발생을 원천적으로 방지함과 동시에 과잉공기의 유입을 억제하여 보일러의 연소효율을 향상시키고, 전기식비례제어 가스밸브와 송풍압력이 상대적으로 낮은 팬을 사용하는 기존의 보일러에 적용할 수 있어 제품의 호환성이 높은 공연비감지센서를 이용한 연소장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
삭제
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 보일러의 연소실과; 이 연소실에 연통되는 송풍기 및 전기식 비례제어 가스밸브와; 상기 연소실, 송풍기 및 전기식 비례제어 가스밸브 등에 연결되며 상기 연소실, 송풍기 및 전기식 비례제어 가스밸브에서 유입되는 가스 및 공기의 압력변위에 따라 승하강하는 동작부와, 상기 동작부의 움직이는 거리를 감지하는 거리감지센서를 포함한 공연비감지센서와; 상기 감지센서의 테이터를 인식하여 가스 및 공기 량을 조절하는 제어부로 구성된다.
그리고, 상기 공연비감지센서는 일측에 가스가 유입되는 가스압연결구가 형성된 제1하우징과, 상기 제1하우징의 상부에 장착되며, 연소실의 압력을 유입하는 연소실압연결구가 형성된 제2하우징과, 상기 제2하우징의 상부에 장착되며, 송풍기 내부의 압력을 유입하는 송풍기압연결구가 형성되고 상부에 삽입공이 형성된 제3하우징과, 상기 제1,2,3 하우징 사이에 설치되며, 유입되는 가스 및 송풍기과 연소실 각각의 압력변위에 따라 일정한 거리로 승하강하는 동작부와, 상기 동작부의 움직이는 거리를 감지하는 거리감지센서로 구성된다.
또한, 상기 제1하우징과 제1다이어프램 사이 및 상기 제3하우징과 제2다이어프램 사이에 일정한 복원력을 갖는 스프링이 구비된 것을 특징으로 한다.
또, 상기 거리감지센서는 제1하우징과 제3하우징 중에 선택적으로 설치되는 특징으로 한다.
그리고 상기 제2하우징에는 내주면에 일정하게 경사진 경사부(19)가 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 공연비감지센서를 이용한 연소장치를 보인 개략도이고, 도 2,3은 본 발명에 따른 연소장치에서 공연비감지센서의 동작상태를 보인 단면도이고, 도 4,5는 상기 공연비감지센서의 연소실 압력에 따른 동작상태를 보인 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연소장치는 보일러의 연소실(50)과, 이 연소실(50)에 연통되는 송풍기(60) 및 전기식 비례제어 가스밸브(70)와, 상기 연소실(50), 송풍기(60) 및 전기식 비례제어 가스밸브(70)에 연결되며 상기 연소실(50), 송풍기(60) 및 전기식 비례제어 가스밸브(70)에서 유입되는 압력에 따라 승하강하는 동작부(20) 및 이 동작부(20)의 움직이는 거리를 감지하는 거리감지센서(30)를 구비한 공연비감지센서(10)와, 상기 거리감지센서(30)에 의한 신호 입력에 따라 상기 송풍기(60)를 통한 공기 공급 및 상기 가스밸브(70)를 통한 가스 공급을 조절하는 제어부(40)로 구성된다.
상기 공연비감지센서(10)는 제1,2,3하우징(11,13,15)의 내부에 동작부(20)가 구비된 구조로 이루어진다.
상기 제1하우징(11)은 상부가 개방된 내부 공간 일측에 가스밸브(70)를 통해 연소실(50)로 공급되는 가스 압력이 전달될 수 있도록 가스압연결구(12)가 형성된다.
상기 제2하우징(13)은 제1하우징(11)의 상부에 결합되며, 상하부가 개방된 내부 공간 일측에 연소실(50) 내부압력이 전달될 수 있도록 연소실압연결구(14)가 형성된다.
상기 제3하우징(15)은 제2하우징(13)의 상부에 결합되며, 하부가 개방된 내부 공간 일측에 송풍기(60)를 통해 연소실(50)로 공급되는 공기 압력이 전달될 수 있도록 송풍기압연결구(16)가 형성되고 상부에 삽입공(18)이 형성된다.
한편, 상기 제1,2,3하우징(11,13,15)의 연결부 사이에는 기밀을 유지하도록 기밀부재가 개재되는 것이 바람직하다.
상기 동작부(20)는 상기 제1하우징(11)과 제2하우징(13) 사이에 제1다이어프램(21)이 결합되고, 상기 제1다이어프램(21)의 저면과 제1하우징(11)의 내측면 사이에 스프링(24)이 설치되며, 상기 제2하우징(13)과 제3하우징(15) 사이에 제2다이어프램(22)이 결합되고, 상기 제1다이어프램(21)과 제2다이어프램(22) 사이에 상,하연결구(23)가 설치되며, 상기 제2다이어프램(22)의 상면과 제3하우징(15)의 내측면 사이에 스프링(24)이 설치된다.
삭제
그리고, 상기 제2다이어프램(22)의 단면적을 제1다이어프램(21)의 단면적보다 크게 하여 낮은 송풍기 압력에서도 공연비감지가 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 상기 제2하우징(13)은 내주면이 하측으로 갈수록 좁아지도록 경사지게 형성되어 제2다이어프램(22)의 승강 위치에 따라 제3하우징(15) 내부 압력이 작용되는 제2다이어프램(22)의 상하 면적이 변화되도록 구성된다.
상기 거리감지센서(30)는 제3하우징(15)의 삽입공(18)을 통해 결합되어 제3하우징(15)의 내부에 배치되며, 상기 동작부(20)의 승하강되는 거리를 감지하여 제어부(40)로 신호를 전달하는 것이다.
상기 거리감지센서(30)는 제1하우징(11)과 제3하우징(15) 중에 선택적으로 설치됨은 물론이다.
삭제
상기 제어부(40)는 상기 거리감지센서(30)에 의해 입력된 신호에 따라 원하는 출력 및 공연비에 맞게 송풍기(60) 및 가스밸브(70)의 작동을 조절한다.(일반적인 방법을 채택한다)
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스밸브(70)를 통해 연소실(50)로 공급되는 가스 양이 증가되면, 상기 제1하우징(11) 내부의 가스 압력(P1)이 상승하게 되어 상기 제1다이어프램(21)이 상승되고, 이에 함께 상기 상,하연결구(23) 및 제2다이어프램(22)도 상승된다.
이 과정에서 상기 동작부(20)는 상기 제2다이어프램(22) 상부에 설치된 스프링(24)에 의해 하향 복원력을 받는다.
이때, 상기 거리감지센서(30)는 상기 제2다이어프램(22)의 상승된 거리를 감지하여 제어부(40)로 신호를 입력하고, 입력된 신호에 따라 상기 제어부(40)에서 가스밸브(70)를 제어하여 연소실(50) 내부로 공급되는 가스량을 감소시킴으로써, 가스와 공기가 일정비율의 양으로 공급되도록 한다. 또한, 경우에 따라, 상기 가스밸브(70)를 제어하는 대신 상기 송풍기(60)를 제어하여 보다 많은 양의 공기가 연소실(50)로 공급되도록 하거나, 상기 가스밸브(70)와 송풍기(60)를 동시에 제어하여 가스와 공기의 공급비율을 유지시킬 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 송풍기(60)의 회전수가 증가하는 등의 이유로 연소실(50)로 공급되는 공기의 양이 증가하면, 상기 제3하우징(15) 내부의 공기 압력(P3)이 상승하게 되고, 이에 따라 상기 제2다이어프램(22)이 하강되면서 상기 상,하연결구(23)와 제1다이어프램(21)도 함께 하강된다.
이 과정에서 상기 동작부(20)는 상기 제1다이어프램(21) 하부의 스프링(24)에 의해 상향 복원력을 받는다.
이때, 상기 거리감지센서(30)는 상기 제2다이어프램(22)의 하강된 거리를 감지하여 제어부(40)로 신호를 입력하고, 입력된 신호에 따라 상기 제어부(40)에서 송풍기(60)를 제어하여 연소실(50) 내부로 공급되는 공기량을 감소시킴으로써, 가스와 공기가 일정비율의 양으로 공급되도록 한다. 또한, 이 경우에도, 상기 송풍기(60) 대신 상기 가스밸브(70)를 제어하거나 양측을 동시에 제어하여 가스와 공기의 공급비율을 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 공연비감지센서를 이용한 연소장치는 상기와 같이 공기 또는 가스 공급량의 증감에 따라 송풍기 또는 가스밸브(70)의 작동을 제어하여 공연비가 일정 상태로 유지되도록 할 수 있을 뿐 아니라, 상기 연소실(50)의 내부 압력, 즉 보일러의 작동 출력에 따라 연소실(50) 내부로 공급되는 공기와 가스의 비율이 최적화되도록 조절할 수 있다.
삭제
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보다 상세하게 설명하면, 연소 출력이 감소되어 상기 연소실(50)로부터 전달된 압력(P2), 즉 제2다이어프램(22) 하측에 작용되는 압력(P2)이 감소될 경우, 상부에 작용되는 압력(P3)에 의해 제2다이어프램(22)의 전체 면적 중에서 상대적으로 넓은 부분이 제2하우징(13)의 경사진 내벽면에 밀착되므로, 동일한 압력(P3)이 작용될 때 이 압력(P3)이 하향력으로 작용되는 제2다이어프램(22)의 면적이 좁아져, 도 4에 도시된 바와 같이 제2다이어프램(22)이 상대적으로 상측에 위치된 지점에서 힘의 평형이 이루어지게 된다. 이에 따라, 상기 거리감지센서(30)에 의해 감지되는 제2다이어프램(22)의 거리가 상대적으로 가까워지게 되어 연소실(50)로 공급되는 공기압력이 상대적으로 작은 것으로 인식되므로, 상기 제어부(40)에 의해 송풍기(60)의 공기 공급량이 증가되도록, 또는 가스밸브(70)를 통한 가스 공급량이 감소되도록 조절이 이루어져 연소실(50)로 공급되는 가스에 대한 공기의 공급비율이 높아지게 된다. 따라서, 연소출력이 낮은 경우, 과잉공기비가 증가되어 배기가스의 노점온도가 높아지게 되므로, 결로에 의한 열교환기의 부식을 방지할 수 있다.
이와 반대로, 연소출력이 증가되어 상기 연소실(50)의 압력이 증가될 경우, 압력(P2)의 증가에 따라 제2다이어프램(22)에서 제2하우징(13) 내벽면에 밀착되는 면적이 감소하게 되므로, 압력(P3)에 의해 제2다이어프램(22)에 작용되는 하향력이 증가되어 제2다이어프램(22)이 상대적으로 하측에 위치된 지점에서 평형이 이루어지게 된다. 이에 따라, 상기 거리감지센서(30)에 의해 공기압력이 상대적으로 큰 것으로 인식되므로, 상기 제어부(40)에 의해 송풍기(60)의 공기 공급량이 감소되도록, 또는 가스밸브(70)를 통한 가스 공급량이 증가되도록 조절이 이루어져 연소실(50)로 공급되는 가스에 대한 공기의 공급비율이 낮아지게 된다. 따라서, 연소출력이 높은 경우, 과잉공기비가 감소되어 보다 높은 연소효율을 얻을 수 있다.
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따라서, 본 발명의 공연비감지센서를 이용한 연소장치에 의하면, 연소실로 공급되는 가스와 공기의 비율을 최적화하여 불완전 연소에 의한 일산화탄소 발생을 방지할 수 있고, 전기식 비례제어 가스밸브와 송풍압력이 상대적으로 낮은 송풍기를 사용하는 기존의 보일러에 적용할 수 있어 제품의 호환성이 뛰어나며, 특히, 고출력 작동시에는 공연비를 낮게 하여 연소효율을 높게 하고, 저출력 작동시에는 공연비를 크게 하여 배기가스의 노점온도를 높임으로써 보일러의 수명을 연장하는 효과가 있다.
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Claims (6)

  1. 보일러의 연소실과; 상기 연소실에 각각 공기 및 가스를 공급하는 송풍기 및 가스밸브와; 상기 송풍기 및 가스밸브에 의한 공기와 가스의 공급비 검출을 위한 공연비감지센서와; 상기 공연비감지센서에 의해 입력된 신호에 따라 상기 송풍기와 가스밸브 중 적어도 하나의 작동을 제어하여 연소실에 대한 가스와 공기 공급 비율을 조절하는 제어부를 포함하며,
    상기 공연비감지센서는, 상기 가스밸브에 의해 공급되는 가스압력이 전달되는 가스압연결구가 형성된 제1하우징과, 상기 제1하우징에 결합되는 제2하우징과, 상기 제2하우징에 결합되며 송풍기에 의해 공급되는 공기압력이 전달되는 송풍기압연결구가 형성된 제3하우징과, 상기 제1하우징과 제2하우징 사이에 설치된 제1다이어프램과, 상기 제2하우징과 제3하우징 사이에 설치된 제2다이어프램과, 상기 제1다이어프램과 제2다이어프램 사이에 연결 설치된 상,하연결구와, 상기 제3하우징에 장착되어 상기 제2다이어프램의 승강 위치를 검출하는 거리감지센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공연비감지센서를 이용한 연소장치.
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  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1하우징과 제1다이어프램 사이 및 상기 제3하우징과 제2다이어프램 사이에 일정한 복원력을 갖는 스프링이 더 구비된 것을 특징으로 하는 공연비감지센서를 이용한 연소장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2하우징의 제1다이어프램과 제2다이어프램 사이에는 연소실의 압력이 전달되는 연소실압연결구가 형성되며, 상기 제2하우징의 내주면에는 상기 연소실압연결구를 통해 전달되는 연소실의 내부 압력에 따라 제2다이어프램의 전체 면적 중 제2하우징 내주면에 밀착되는 면적이 증감되도록 경사면이 형성되어 연소실 내부 압력에 따라 상기 제2다이어프램의 평형 위치가 변화되도록 된 것을 특징으로 하는 공연비감지센서를 이용한 연소장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 거리감지센서는 제1하우징과 제3하우징 중 적어도 일측에 선택적으로 설치된 것을 특징으로 하는 공연비감지센서를 이용한 연소장치.
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