KR940004184B1

KR940004184B1 - 급탕기의 연소량 제어장치

Info

Publication number: KR940004184B1
Application number: KR1019890012808A
Authority: KR
Inventors: 이쿠로 아다치
Original assignee: 린나이 가부시기가이샤; 나이또오 스스무; 린나이 코리아 주식회사; 강성모
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1989-09-02
Publication date: 1994-05-16
Also published as: KR900005121A; JPH081329B2; JPH0268448A

Abstract

내용 없음.

Description

급탕기의 연소량 제어장치

제1도는 본 발명의 구성을 나타내는 블록도.

제2도는 본 발명이 적용되는 바이패스 혼합식 가스급탕기의 개략 구성도.

제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 급탕기의 연소량제어장치의 개략블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 연소부 13 : 송풍기

15 : 피드포워드 연소량 산출수단

16 : 열교환용량 보정연소량 산출수단

17 : 공연비 보정연소량 산출수단 18 : 비례 보정연소량 산출수단

19 : 적분 보정연소량 산출수단 31 : 열교환기

40 : 제어장치

본 발명은 급탕기의 연소량의 제어를 행하는 급탕기의 연소량 제어장치에 관한 것이다.

연소실에 연소용 공기를 공급하는 송풍기는 질량이 큰 회전체를 구비하고 있기 때문에 회전속도는 급격히 변화할 수 없다. 한편, 연소실에 연료를 공급하는 연료조절기(예컨대 비례밸브)는 밸브체의 질량이 작기 때문에 용이하게 연료의 공급량을 변화시킬 수 잇다. 이 때문에 송풍기와 연료조절기를 독립하여 제어하거나 연료조절기와 송풍기를 동시에 제어하면 연소량이 변화할때에 연료조절기에 의한 연료의 공급량과 송풍기의 풍량이 적합치 않아 공연비의 이상(異常)이 발생한다.

그래서, 송풍기 풍량을 연소량에 따라 제어하고, 연료조절기의 개방도를 송풍기의 풍량과 연소상태(공연비(空然比))에 따라 제어하여 연소량이 변화할 때의 공연비의 이상이 발생하는 것을 방지하는 급탕기가 고안되어 있다(일본국 특개소 62-252826).

그리고, 종래의 연소량은 사용자에 의하여 설정된 설정온도의 탕이 얻어질 수 있도록 설정온도, 입수온도, 수량, 열효율에 의거하여 피드포워드 제어에 의하여 산출되는 것이었다.

그러나, 설정온도가 변경된 경우나, 입수온도, 수량이 변화한 경우 등 피드포워드 제어에 의하여 연소량이 변경되면, 연소로 인하여 얻어진 열과 통과하는 물을 열교환하는 열교환기의　열용량에 의한 잔존열량의 영향에 의하여, 열교환기가 열평형에 이르기까지 사용자가 설정한 출탕온도가 얻어지지 않는다.

또, 공연비의 제어를 연료의 공급량으로 행하기 때문에, 공연비 보정에 의하여 공급되는 연료의 량이 변화하면, 얻어지는 열량이 변화한다. 이 때문에 공연비 보정에 의하여 사용자에 의하여 설정된 출탕온도가 얻어지지 않는 경우가 있었다.

즉, 종래의 피드포워드 제어만으로 연소량을 결정하는 것은 각 오차에 의하여 사용자가 설정한 출탕온도를 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 결점을 없애기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 항상 설정온도에 따른 온도의 탕을 공급할 수 있는 급탕기의 연소량 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 연료의 연소를 행하는 연소부와 이 연소부에 연소용 공기를 공급하는 송풍기와 연료의 연소에 의하여 얻어진 열과 물을 열교환하여 물을 가열하는 열교환기를 구비하는 급탕기에서, 상기 송풍기의 송풍양을 제어함으로써 연소량의 제어를 행하는 급탕기의 연소량 제어장치에 있어서, 제어기에 의해 설정된 온도(Ts)와 입수온도센서에 의하여 검출된 입수온도(Ti)와의 차와, 수량검출 센서에 의하여 검출된 수량(W)과, 열교환기의 열교환효율(l/eff)을 곱하여 출탕온도를 설정온도로 유지하는데 필요로 하는 피드포워드 연소량을 산출하는 피드포워드 연소량 산출수단과 ; 상기 제어기에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 출탕온도센서에 의하여 검출된 출탕온도(To)와의 차와, 상기 열교환기에 미리 설정된 열용량(M)과, 상기 열교환기와 바이패스수로와의 바이패스비에 따른 정수(a)를 곱해서 열교환용량 보정연소량을 산출하는 열교환용량 보정연소량 산출수단과 ; 상기 제어기에 의해 공연비를 보정하였을 경우, 공연비 보정에 따라 증감되는 가스량을 보정해서 공연비 보정연소량(N)의 부호를 반전시켜 공연비 보정 연소량을 산출하는 공연비 보정 연소량 산출수단과 ; 상기 제어기에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 상기 출탕온도 센서에 의해 검출된 출탕온도(To)와의 차와, 상기 수량검출센서에 의해 검출된 수량(W)과, 비례정수(E)를 곱해서 비례보정연소량을 산출하는 비례보정 연소량 산출수단과 ; 상기 제어기에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 상기 출탕온도센서에 의하여 검출된 출탕온도와의 차를 적분해서 적분보정연소량을 산출하는 적분보정 연소량 산출수단을 갖추고 ; 상기 각각의 수단에 의해 산출된 피드포워드 연소량, 상기 열교환용량 보정연소량, 상기 공연비 보정연소량, 상기 비례보정연소량, 상기 적분보정연소량을 가산하여 연소량을 결정해서 급탕기의 연소량을 제어하는 것을 특징으로 하는 기술수단으로 한다.

상기 구성으로 되는 본 발명은 피스포워드 연소량에 비례보정 연소량과 적분보정연소량을 가산한다. 이 결과, 얻어지는 연소량은 피드포워드 연소량과 실제의 연소량과의 오차가 보정된 것이 된다.

상기 피드포워드 연소량과 비례보정연소량과 적분보정연소량을 가산한 연소량에 열교환용량 보정연소량을 가산함으로써, 열교환기의 열용량에 의한 잔존열량분이 보정된다. 이 결과, 열교환기가 열평형에 이르는 도중에 있어서도 사용자가 설정한 출탕온도를 얻을 수 있다.

또, 피드포워드 연소량과 비례보정연소량과 적분보정연소량과 열교환용량 보정연소량을 가산한 연소량에 공연비 보정연소량을 가산함으로써, 공연비 보정에 의하여 증감되는 연료가 미리 연소량으로 보정된다. 이 결과, 공연비 보정에 의하여 연료의 공급량이 변환하여도 사용자가 설정한 출탕온도를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면 피드포워드 연소량과, 열교환용량 보정연소량과, 공연비 보정연소량과, 비례보정연소량과, 적분보정연소량을 가산하여 연소량을 결정하기 때문에 사용자가 설정한 온도의 탕을 안정적으로 공급할 수 있다.

다음에 본 발명을 바이패스 혼합식 급탕기에 적용한 실시예를 도면을 사용하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 구성을 나타내는 블록도이고, 제2도는 본 발명이 작용되는 바이패스 혼합식 급탕기의 개략 구성도이고, 제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 급탕기의 연소량 제어장치의 개략블록도이다.

제1도 내지 제3도에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 가스급탕기는 대별하여 연료의 연소를 행하는 연소부(10)과, 가스공급관(20)과, 물공급 배관(30)과, 제어장치(40)으로 구성되어 있다.

연소부(10)은 세라믹제의 표면 연소식버너(11)이 내부에 설치된 연소 케이스 (12)와, 이 연소케이스(12)내에 연소용의 공기를 공급하는 송풍기(13)으로 구성되며, 송풍기(13)에 의하여 연소케이스(12)내에 도입된　 연소용의 공기는 연소후 연소가스로써 도시를 생략한 배기구로부터 배출된다.

가스공급배관(20)은 송풍기(13)의 원심식 팬(14)의 내주로 개구한 노즐(21)에 연료의 가스를 공급하는 것으로서, 상류측으로부터 원전자밸브(22), 주전자밸브 (23), 비례밸브(24)가 차례로 설치되어 있다. 비례밸브(24)의 하류는 둘로 분기되어, 한쪽에는 전환용 전자밸브(25), 다른쪽에는 오리피스(26)이 설치되어 있다. 또 원전자밸브(22), 주전자밸브(23) 및 전환용 전자밸브(25)는 통전제어에 의하여 가스공급배관(20)을 개폐하는 것으로서, 비례밸브(24)는 통전량에 따라 개구비가 변화하여, 노즐(21)에 공급되는 가스량을 조절하는 것이다.

물공급배관(30)은 한쪽이 물의 공급원에 접속되고, 다른쪽이 급탕구에 접속되는 것으로서, 버너(11)의 가스연소에 의하여 발생하는 열과 내부를 흐르는 물과를 열교환하여, 내부를 통과하는 물을 가열하는 열교환기(31)과, 이 열교환기(31)을 바이패스 하는 바이패스수로(32)를 구비한다.

열교환기(31)과 바이패스수로(32)와의 분기로의 상류의 물공급배관(30)에는 열교환기(31)과 바이패스수로(32)에 유입되는 수압이 변화해도 유입되는 수량을 일정하게 유지하는 조절밸브와 기능과, 수량을 조절하는 수량조절밸브의 기능이 조합된 전동수량제어장치(33)이 설치되어 있다. 또 바이패스수로(32)에는 바이패스수로(32)를 통과하는 수량을 조절함과 동시에 바이패스수로(32)를 개폐시키는 스로틀밸브(본 발명의 개폐밸브)(34)가 설치되어 있다.

또한, 전동수량제어장치(33)의 스로틀비는 열교환기(31) 및 바이패스수로 (32)에 유입되는 물의 총량을 규제하기 위하여 스로틀밸브(34)와 같거나 스로틀밸브(34)보다 작게 설치되어 있다. 또, 전동수량제어장치(33)과 스로틀밸브(34)는 수량을 조절하는 수단으로서, 수로를 개폐시키는 밸브체를 기어모터를 사용하여 구동하고 있다.

제어장치(40)은 제3도에 도시한 바와같이 마이크로컴퓨터(41), 릴레이회로 (42) 및 구동회로(43)으로 구성되어 있는 것으로서, 사용자에 의하여 조작되는 제어기(44)나 혹은 각종센서의 출력에 따라 버너(11)에 착화를 행하는 스파커(45), 원전자밸브(22), 주전자밸브(23), 비례밸브(24), 전환용전자밸브(25), 전동수량 제어장치(33), 스로틀밸브(34)를 통전제어하는 것이다.

제어장치(40)의 각종센서로는 버너(11)의 불꽃의 검출 및 공연비를 검출하기 위한 화염로드(46) 및 열전대(47), 전동수량제어장치(33) 및 스로틀밸브(34)의 밸브체에 연동하여 개방도를 검출하는 포텐시오메타(48,49), 송풍기(13)의 풍량을 회전속도에 의하여 검출하는 풍량검출센서(50), 열교환기(31) 및 바이패스수로(32)에 유입되는 물의 온도를 검출하는 입수온도센서(51), 열교환기(31)을 통과한 탕의 온도를 검출하는 탕온도센서(52), 열교환기(31) 및 바이패스수로(32)를 통과하고, 혼합된 탕의 온도를 검출하는 출탕온도센서(53), 열교환기(31) 및 바이패스수로(32)에 유입되는 수량을 검출하는 수량검출센서(54)가 있다.

또, 풍량검출센서(50)은 송풍기(13)의 모터에 연동되는 회전체를 구비하고 이 회전체의 회전에 따른 펄스신호를 발생한다. 또, 수량검출센서(54)는 물의 흐름에 따라서 회전하는 회전체를 구비하고 이 회전체의 회전에 따른 펄스신호를 발생한다. 그리고 마이크로컴퓨터(41)은 풍량검출센서(50), 및 수량검출센서(54)가 발생하는 펄스신호의 간격으로부터 송풍기(13)의 회전속도나 회전체의 회전 속도를 검출하여 풍량이나 수량을 검출한다.

다음에 마이크로컴퓨터(41)에 의한 연소제어 및 수량제어에 대하여 간단하게 설명한다.

사용자가 급탕구에 접속된 수도꼭지를 조작하여 물공급배관(30)에 물의 흐름을 발생시키면 수량검출센서(54)내의 회전체가 회전하여 연소가 개시된다. 연소개시후의 연소량은 제어기(44)에 의하여 설정된 설정온도가 얻어지도록 각종 센서에 의하여 얻어진 수량, 입수온도, 열교환기(31)를 통과한 탕의 온도, 혼합탕온(출탕온도)등에 의해 결정된다. 그리고 송풍기(13)은 연소량에 따른 풍량을 버너(11)에 공급하도록 전압이 제어된다. 즉 연소량과 송풍기(13)의　인가전압(풍량)은 비례관계에 있다. 그리고 송풍기(13)의 회전속도나 버너(11)의 불꽃온도에 따른 가스량이 얻어지도록 비례밸브(24) 및 전환용 전자밸브(25)가 통전제어된다. 또, 연소량은 열교환기(31)을 통과한 탕의 온도가 연소에 의하여 발생한 물(배수)이 열교환기 (31)에 부착하지 않는 온도(예컨대 60℃) 이상으로 유지되도록 설정된다.

스로틀밸브(34)는 입수온도, 설정온도, 열교환기(31)을 통과한 탕온도, 출탕온도로부터 산출된 적절한 개방도로 고정된다. 또 이 고정은 바이패스수로 (32)를 흐르는 유량이 열교환기(31)을 흐르는 수량의 2배가 되도록 설정되어 있다. 즉 바이패스수로(32)와 열교환기(31)과의 흐름저항의 비는 스로틀밸브(34)에 의하여 약 2 : 1이 된다. 또, 스로틀밸브(34)의 개방도의 고정은 입수량이 적은 경우나, 혹은 출탕온도를 저하시키는 경우에 해제되어, 입수량, 출탕온도에 따라 산출된 개방도가 되도록 스로틀밸브(34)가 통전제어된다.

또, 전동수량제어장치(33)은 출탕온도가 얻어지는데 필요한 최대유량을 초과하지 않도록 통전 제어된다.

다음에, 연소량의 제어장치에 대하여 상술한다.

연소량(Q)는 피드포워드 연소량(FF)와, 열교환용량 보정연소량(K)와, 공연비 보정연소량(T)와, 비례보정연소량(P)와, 적분보정연소량(I)를 가산하는 것으로서,

Q = FF + K + T + P + 1

의 식으로 표시된다.

또, 피드포워드 연소량(FF)는 피드포워드 연소량 산출수단(15)에 의하여 산출되고, 열교환용량 보정연소량(K)는 열교환용량 보정연소량 산출수단(16)에 의하여 산출되고, 공연비 보정연소량(T)는 공연비 보정연소량 산출수단(17)에 의하여 산출되고, 비례보정연소량(P)는 비례보정연소량 산출수단(18)에 의하여 산출되고, 적분 보정연소량(I)는 적분보정연소량 산출수단(19)에 의하여 산출된다. 그리고 이들 본 발명의 피드포워드 연소량 산출수단(15), 열교환용량 보정연소량 산출수단 (16), 공연비보정연소량 산출수단(17), 비례보정연소량 산출수단(18), 적분보정연소량 산출수단(19)는 각각 마이크로컴퓨터(41)에 내장된 것으로서, 각각 독립하여 연산을 행하는 것이다.

포드포워드 연소량(FF)는 제어기(44)에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 입수 온도센서(51)에 의하여 검출된 입수온도(Ti)와의 차와, 수량검출센서(54)에 의하여 검출된 수량(W)와, 열교환기(31)의 열교환효율(I/eff)을 피드포워드 연소량 산출수단(15)에서 곱하여 산출된다.

이것은 FF=(Ts-Ti)W/eff 식으로 표시된다.

열교환용량 보정연소량(K)는 제어기(44)에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 출탕온도센서(53)에 의하여 검출된 출탕온도(To)와의 차(Ts-To)와, 사용되는 열교환기 (31)에 따라 미리 설정된 열용량(M)과, 열교환기(31)과 바이패스수로(32)와의 바이패스 비에 따른 정수(a)를 열교환용량 보정연소량 산출수단(16)에서 곱하여 산출된다.

이것은 K=a(Ts-To)M의 식으로 표시된다.

또, 이 열교환용량 보정연소량(K)의 산출은 제어기(44)에 의해 설정된 설정온도(Ts)가 얻어지는데 필요한 열교환기(31)의 가상온도(Te)를 산출하고, 이 가상온도(Te)와 탕온도센서(52)에 의하여 검출된 탕온도(Tm)과의 차와, 열용량(M)을 곱하여 산출하여도 같다. 또, 이것은 K=(Te-Tm)M의 식으로 표시된다.

공연비 보정연소량(T)는 상기 제어기(44)에 의해 공연비를 보정하였을 경우, 공연비 보정에 따라 증감되는 가스량을 보정해서 공연비 보정에 의한 보정연소량 (N)의 부호를 반전시킨 것으로서, 공연비 보정연소량 산출수단(17)에서 반전시킨 것이다.

이것은 T=-N의 식으로 표시된다.

비례보정연소량(P)의 산출은 제어기(44)에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 출탕온도센서(53)에 의하여 검출된 출탕온도(To)와의 차와, 수량검출센서(54)에 의하여 검출된 수량(W)와, 비례정수(E)를 비례보정연소량 산출수단(19)에서 곱하여 산출된다.

이것은 P=E(Ts-To)W의 식으로 표시된다.

또, (Ts-To)W는 수량의 변화에 따른 편차치를 나타낸다. 또, 본 실시예에서는 E=0.8전후가 적절하다.

적분보정연소량(I)의 산출은 제어기(44)에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 출탕온도센서(53)에 의하여 검출된 출탕온도(To)와의 차(Ts-To)를 적분보정연소량 산출수단(19)에서 적분한 것이다.

이것은 In=I_n-1+bWn(Ts-To)의 식으로 표시된다. 여기에서, b×Wn은 적분정수를 나타내고, In는 금회 산출하는 적분보정연소량이고, I_n-1은 전회 산출한 적분보정연소량이다. 적분보정연소량(I)의 변화량을 유량(Wn)에 비례시킴으로써, 피드백에 필요한 시간지연이 보정되어, 적분보정연소량(I)가 수량전체에 걸쳐서 균일하게 평가될 수 있다. 또 적분보정연소량(I)을 FF치와 변화비의 적(積)으로 하고, 한번 연산한 적분치를 합리적으로 평가한 후에 변화에 대응시켜도 된다.

연소량, Q=FF+K+T+P+I의 식중, P+I는 출탕온도로부터 연소오차를 보정하는 것으로, FF+P+I로 함으로써 피드포워드에 의하여 구해진 연소량의 오차를 억제할 수 있다.

또, 상기 FF+P+I에 열교환용량 보정연소량(K)를 가산함으로써 열교환기(31)의 열용량에 의한 잔존열량분이 보정되기 때문에, 열교환기(31)의 열평형에 이르는 도중에 있어서도 사용자가 설정한 출탕온도를 사용자에게 공급할 수 있다.

또, 상기 FF+K+P+I에 공연비 보정연소량(T)를 가산함으로써, 공연비보정에 의하여 증감되는 가스가 미리 연소량으로 보정되므로, 공연비 보정에 의하여 가스의 공급량이 변화하여도 사용자가 설정한 출탕온도를 사용자에게 공급할 수 있다.

이상, 연소량은 Q=FF+K+T+P+I로 함으로써 사용자가 설정한 출탕온도를 항상 안정하게 공급할 수 있다.

또, 연소량(Q)는 급탕기의 능력에 따라서 최대 연소량과 최소연소량이 제한되지만, 연소량(Q)가 최대 연소량과 최소연소량의 범위외인 경우에서도 각 피드포워드 연소량(FF), 열교환용량 보정연소량(K), 공연비 보정연소량(T), 비례보정연소량(P), 적분보정연소량(I)의 각각의 계산은 마이크로컴퓨터(41)에 의하여 실행된다.

또, 연소량에 따른 전압을 송풍기에 인가하기 위하여 연소량의 산출을 직접, 전압의 산출로 하여도 된다. 즉, 송풍기에 인가되는 전압은, 피드포워드에 의하여 구해진 전압과, 열교환용량 보정에 의하여 구해진 전압과, 공연비 보정에 의하여 구해진 전압과, 비례보정에 의하여 구해진 전압과, 적분보정에 의하여 구해진 전압을 가산하여 구한 것이다.

또, 바이패스수로를 구비한 급탕기를 예로 들었으나, 바이패스수로를 갖지 않는 급탕기에 본 발명을 적용하여도 된다.

또, 연료에 가스를 사용한 예를 들었으나 등유나 중유 등 액체연료를 사용한 급탕기에 적용하여도 된다.

Claims

연료의 연소를 행하는 연소부와, 이 연소부에 연소용 공기를 공급하는 송풍기와, 연료의 연소에 의하여 얻어진 열과 물을 열교환하여 물을 가열하는 열교환기를 구비하는 급탕기에서, 상기 송풍기의 송풍량을 제어함으로써 연소량의 제어를 행하는 급탕기의 연소량 제어장치에 있어서, 제어기에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 입수온도센서에 의하여 검출된 입수온도(Ti)와의 차와, 수량검출센서에 의하여 검출된 수량(W)와, 열교환기의 열교환효율(l/eff)을 곱하여 출탕온도를 설정온도로 유지하는데 필요로 하는 피드포워드 연소량을 산출하는 피드포워드연소량 산출수단과 ; 상기 제어기에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 출탕온도센서에 의하여 검출된 출탕온도(To)와의 차와, 상기 열교환기에 미리 설정된 열용량(M)과, 상기 열교환기와 바이패스수로와 바이패스비에 따른 정수(a)를 곱해서 열교환용량 보정연소량을 산출하는 열교환용량 보정연소량 산출수단과 ; 상기 제어기에 의해 공연비를 보정하였을 경우, 공연비 보정에 따라서 증감되는 가스량을 보정해서 공연비 보정 연소량(N)의 부호를 반전시켜 공연비 보정 연소량을 산출하는 공연비 보정 연소량 산출수단과 ; 상기 제어기에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 상기 출탕온도센서에 의하여 검출된 출탕온도(To)와의 차와, 상기 수량검출센서에 의해 검출된 수량(W)와, 비례정수(E)를 곱해서 비례보정연소량을 산출하는 비례보정 연소량 산출수단과 ; 상기 제어기에 의해 설정된 설정온도(Ts)와 상기 출탕온도센서에 의하여 검출된 출탕온도와의 차를 적분해서 적분보정연소량을 산출하는 적분보정연소량 산출수단을 갖추고 ; 상기 각각의 수단에 의해 산출된 피드포워드 연소량, 상기 열교환용량보정연소량, 상기 공연비 보정연소량, 상기 비례보정연소량, 상기 적분보정연소량을 가산하여 연소량을 결정해서 급탕기의 연소량을 제어하는 것을 특징으로 하는 급탕기의 연소량 제어장치.