KR101157652B1 - 점화장치 및 점화장치의 초과공기계수를 조정하는 방법 - Google Patents

Abstract

점화장치, 특히 가스 버너에 의해 발생된 온도는 λ=1일때, 상기 점화장치에 의해 발생된 온도가 최대에 이르는 식으로 소정의 버너 부하(공기 질량 흐름 비율)에서 초과 공기 계수 λ에 의해 특징지워진 상기 점화장치에 공급된 가스의 양 및 공기의 양간의 상기 혼합 비율에 의존한다. 상기 초과 공기 계수를 조정하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 상기 최대 온도 Tmax는 결정되며, 여기서 상기 초과 공기 계수의 원하는 설정값 λhy는 조정되며 관련된 설정온도 T희망이 측정된다. 상기 초과 공기 계수의 상기 설정값 λhy에서 상기 각각의 공기 질량 흐름 비율들 및 상기 설정 온도 T희망과의 관계를 표현하고 최적의 위생적인 상태로 조정되도록 연소를 허용하는 특성 곡선이 다른 소정의 버너 부하들에서 설정 온도들 T희망 사이에서 결정된 관계로부터 결정될 수 있다. 본 발명의 점화장치는 상기 방법을 수행하기 위해 채택되며 특히 상기 버너 화염의 상기 유효 영역내에서의 상기 온도 센서 뿐만 아니라 공기 전달 지역내에서의 질량 흐름 센서를 포함하여 이루어진다.

Description

점화장치 및 점화장치의 초과공기계수를 조정하는 방법{METHOD FOR ADJUSTING THE EXCESS AIR COEFFICIENT ON A FIRING APPARATUS, AND FIRING APPARATUS}

본 발명은 점화장치, 더욱 상세하게는 팬(fan)을 가진 점화장치에 대한 작동 변수들을 설정하는 방법에 관한 것으로서, 상기 공기 비율(λ)의 값에 의존하며 상기 값 λ₁=1에서 최대(T_최대)값을 가지는 상기 점화장치에 의해 생성된 온도(T실제) 를 설정하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 점화장치, 더욱 상세하게는 상기 방법을 구현하기 위하여 채택된 가스 버너에 관한 것이다.

가정에서, 예를 들면 보일러에 온수를 준비하기 위하여 또는 가열 열을 제공하기 위하여 예를 들면 연속-흐름 히터들과 같은 가스 버너가 사용된다. 각각의 동작 상태에서, 다른 요구사항들이 그 장치에 요구된다. 이것은 보통 버너 부하(Burner load)라고 불리는 버너의 전력 출력 및 상기 버너 화염(burner flame)에 의해 생성된 온도와 특히 관련이 있다.

버너 부하는 실질적으로 가연성 가스의 양 및 가스와 공기간의 혼합비(mix ratio) 설정에 의해 결정된다. 특히 가정에서 사용된 가스 버너를 가지고 공압 가스 조정 밸브를 이용하여 상기 혼합비가 설정된다(공압 구조의 원리). 공압조정과 함께, 압력들 또는 압력차이들은 좁은부분(narrowings) 또는 벤추리 노즐들과 같은 제한적 오리피스들에서 측정된다. 이들 값들은 상기 가스 조정 밸브를 위한 제어값으로서 사용된다. 그러나, 공압 조정(pneumatic regulation)의 단점은 특히 마찰로 인한 히스테리시스 효과와 관련된 민감한 기계적 부품들이 사용되어야 한다는 점이다. 특히 낮은 작동(working) 압력을 가지므로, 따라서 오류들이(inaccuracies) 발생한다. 또한, 멤브레인이 구비된 상기 공압 가스 조정 밸브들을 생산하는 비용은 높은 정밀도를 요구하기 때문에 상당히 많은 비용이 든다. 또한, 상기 공압 결합구조에 있어서, 가스 형태 및 양의 변화들은 유연하게 작용될 수 없다. 그럼에도 불구하고, 상기 가스 공급의 요구에 적합하게 만드는 것이 가능하도록 하기 위하여, 추가 장치들, 예를 들면 노즐들 및 제한 오리피스들은 상기 가스 형태에 의존하도록 제공되어야만 하며, 그러나 이것은 추가적 비용을 의미한다.

전자적 제어를 통해, 그러나 가능한 한 펄스 폭 변조 코일 또는 스테핑 모터를 통해 간단히 제어가능한 가스 조정 밸브가 제어가능한 속도(전자 결합구조)를 가진 팬과 관련된 희망(desired) 공기의 양 및 희망(desired) 가스/공기 혼합 비를 설정하기 위하여 사용될 수 있다.

소정양의 공기를 통해, 상기 가스와 공기의 혼합비는 상기 가스가 가능한 한 완전하고 깨끗하게 연소하는 식으로 설정된다. 상기 가스와 공기 사이의 혼합비를 특징짓기 위하여 상기 공기비율 λ가 보통 사용된다. 이것은 실제 공급된 공기의 양 대 최적의 화학양론적 연소를 위하여 이론적으로 요구된 공기의 양의 비로서 정의된다. 상기 배출 가스 값들(CO,CO2)을 최적화 하기 위하여, 가스 버너들은 보통 초과 공기를 가지고 작동된다. 위생적으로 최적의 연소를 위한 상기 공기 비율 λs를 위한 바람직한 값은 1.3이다. 전자적 결합구조를 가진 가스 버너가 동작시, 다른 버너 부하들을 통해 상기 공기비율λ는 항상 가능한 한 희망(desired) 공기 비율 λs에 가까와야만 한다는 것이 확실해야만 한다. 더욱이, 상기 동작 조건들은 상기 장치가 시동된 후에 변할 수 있고 또한 상기 연소 조정의 변수들은 대응적으로 채택되어야만 한다.

유럽특허 출원 제 EP 770 824 B1호에는 이온화 전극의 도움을 통해 측정(calibration) 사이클은 상기 이온화 전극의 상기 전기적으로 희망하는 값을 조정하기 위하여 수행되는 것을 설명하고 있다. 이런식으로, 예를 들면, 마모 및 찢어짐, 굽힘 및 오염으로 인해 발생하는 이온화 전극과 가스 버너사이의 열적 연결에 대한 변화들은 균등하게 된다.

상기 이온화 전극으로부터의 신호를 거점으로 하는 이런 방법을 통해 λ=1을 위한 이온화 신호를 정확하게 결정하는 것이 가능하다. 그러나, 상기 공기비율에 대한 상기 희망하는 값은 정확하게 설정될 수 없는데, 예를 들면 상기 장치의 특성 라인(characteristic line)은 고려되지 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은 요구된 버너 부하들에 대해 간단하고 신뢰할만하게 상기 연소를 위한 변수들이 설정될 수 있도록 하는 방법을 명시하는 간단한 방법을 제공하고자 하는 것이다. 또한 상기 방법이 구현될 수 있는 적당한 장치를 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

상기 목적은 상기 주요 청구항에 따른 방법 및 청구항 6항에 의한 장치에 의해 상기 따른 장치에 의한 방법에 의해 달성된다.

점화장치 특히 팬을 가진 가스 버너에 동작 변수들을 설정하는 방법에 있어서,

상기 공기 비율(λ)의 값에 의존하며 상기 값 λ₁=1에서 최대(T_최대)값을 가지는 상기 점화장치에 의해 생성된 온도(T실제)는 다음과 같은 단계들에 구현된다:

. 소정 공기 질량 흐름(mL)을 제어하고(controlling)

. 상기 온도(T_최대)에 대응하는 가스 질량 흐름(M_GTmax)을 확립하고(establishing)

. 원하는 위생적인 연소를 위한 상기 질량비(λ_hy)에 대한 바라는 값을 정의하고(defining);

가스 질량 흐름(mGTmax)의 일정한 공급과 함께 상기 인자(λhy)에 의해 상기 공기 질량 흐름(mL)을 증가시켜 희망하는 위생적인 연소를 제어한다.

결과적인 실제 온도는 기록된다.

임의적으로 설정되거나 혹은 최후 설정된 공기 및 연료간의 혼합비를 시작으로, 단위 시간당 공급된 일정량의 공기와 함께 단위 시간당 공급된 연료의 양은 연속적으로 또는 단계적으로 변한다. 상기 버너 화염의 유효 영역내에서 측정된 상기 온도를 확립하고 기록함으로써 단위시간당 공급된 연료의 양은 상기 측정된 온도가 최대에 도달하는 식으로 설정된다. 따라서 단위시간당 공급된 공기의 양은 상기 인자 λhy에 의해 증가되며, 상기 공기 질량 흐름 센서를 이용하여 이전 설정된 연료의 양을 유지한다. 이런 식으로, 다른 가스 품질을 가진 상기 원하는 버너 부하를 위하여, 상기 가스 버너상에 배치된 상기 센서들의 설정 및 특징들을 변화시킴으로써, 위생적으로 최적인 연소를 위한 상기 원하는 값의 공기 비율은 정확하고, 안전하고 신뢰할만하게 설정된다.

상기 설계와 관련하여서는, 가스의 양에 있어서의 증가와 불가피하게 관련된 상기 공기 양에 있어서의 증가를 위해 가능하게 될 것이다. 이런 경우, 적합한 설계를 통해 형성된 혼합 형상(mix geometry)은 무시할만한 값으로 가스의 양에 있어서의 증가를 감소시킬 수 있을 것이다.

그러나, 상기 가스 질량 흐름에서 질량 흐름 센서들을 사용하여, 임의의 구조적인 채택없이 제어 장치는 상기 가스 밸브를 적당하게 조작함으로써 T_최대와 함께얻어진 값 mGTmax로 상기 가스 질량 흐름을 재설정할 수 있다.

최종적으로, 계산에 의해 상기 증가된 가스 질량 흐름을 확립하고 대응적으로 상기 공기비율 λhy를 더높게 설정하는 것이 가능하다. 상기 계산된 값에 의해 상기 가스의 양을 줄이는 것이 또한 고려될 수 있으나, 이것은 매우 정밀한 밸브를 요구한다.

특히 연소 가스의 양에 있어서 변동(fluctuations)이 있을 때 상기 가스 비율의 재조정은 위생적으로 최적 연소를 보장하기 위하여 수행되어야만 한다. 상기 공기 비율의 재조정은 여기서 구현될 수 있는데, 예를 들면, 주기적 시간 간격에서 부하 변화가 있을 때, 동작이 시작되었을 때 또는 상기 장비가 서비스되었을 때이다.

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본 발명의 목적의 특징 및 장점들에 대한 더욱 상세한 설명은 특히 이하에 설명되는 실시예로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 점화장치를 나타낸 것이다;

도 2는 본 발명에 따른 방법을 명확하게 하기 위한 특징을 나타낸 것이다;

도 3은 본 발명에 따른 방법을 명확하게 하기 위한 또 다른 특징을 나타낸 것이다.

도 1 은 공기 L 및 가스 G의 혼합물이 혼합되고 연소된 가스 버너를 나타낸다.

상기 가스 버너는 제어가능한 속도를 가진 팬(9)로부터 흡입된 연소 공기(L)를 이용하는 공기 공급부(1)를 가진다. 질량 흐름 센서(2)는 흡입된 상기 공기(L)의 질량 흐름을 측정한다. 상기 질량 흐름 센서(2)는 측정 오류를 피하기 위하여 가능한 가장 얇은 층을 그 주위에 생성하는 식으로 배치된다. 특히, 상기 질량 흐름 센서는 바이패스(도시안됨)내에 흐름 정류기(flow rectifier)를 사용하여 배치될 수 있다. 상기 질량 흐름 센서 및 제어가능한 속도를 가진 팬(9)의 도움으로, 상기 혼합 지역(8)으로의 공기의 공급은 정확하게 제어될 수 있다.

가스의 공급을 위하여, 가스 공급부(4)는 가스 공급 라인에 부착되도록 제공된다. 상기 가스 공급부는 적당한 설계의 질량 흐름 센서와 함께 제공될 수 있다. 밸브(6)를 이용하여, 예를 들면 스테핑 모터를 가진 제어 장치가 갖춰진 펄스 폭 변조되거나 혹은 전자적으로 제어된 밸브를 이용하여, 상기 혼합 지역(8)으로의 라인(7)을 통한 가스의 흐름이 제어된다. 상기 혼합 지역(8)에 있어서 상기 공기(L)와 가스(G)의 혼합이 일어난다. 상기 팬(9) 통풍기는 상기 공기(L) 및 상기 가 스(G) 둘 다를 흡수하기 위하여 조정가능한 속도로 구동된다.

소정의 공기 질량 흐름을 가지고 상기 밸브(6)는 상기 공기/가스 혼합물이 상기 혼합지역(8)으로의 상기 원하는 혼합 비율을 가지고 통과하는 식으로 충분히 개방된다. 상기 공기 비율(λ)은 위생적으로 최적의 연소가 발생되는 식으로 설정된다.

상기 공기/가스 혼합은 상기 팬(9)으로부터 상기 버너 부품(11)까지 라인(10)을 경유하여 흐른다. 여기서, 상기 혼합은 소정의 열 출력을 방출하도록 상기 버너 화염(13)을 통과하고 공급한다.

온도 센서(12), 예를 들면 열전소자(thermoelement)는 상기 버너 부품(11)상에 배치된다. 이러한 열전소자의 도움으로 실제 온도는 상기 공기 비율의 원하는 값 λh를 설정하기 위하여 이하 설명된 방법을 실행할 때 측정된다. 이런 예에서, 상기 온도 센서(12)는 상기 버너 부품(11)의 표면상에 배치된다. 그러나, 또한 상기 화염(13)의 상기 유효영역내에 다른 지점에 상기 센서를 배치하는 것은 고려할만하다. 상기 열전 소자의 기준 온도는 상기 화염(13)의 상기 유효 영역의 외측 지점 예를 들면 상기 공기 공급라인(1)에서 측정된다.

상기 공기 및/또는 가스 흐름을 제어하고 조정하는 장치(도시안됨)는 상기 온도센서(12) 및 상기 질량 흐름센서(2)로부터 입력 데이터를 접수하고 상기 밸브(6) 및 상기 팬(9) 드라이브에 제어 신호를 방출한다. 상기 밸브(6)의 개방 및 상기 팬(9) 통풍기의 속도는 상기 공기 및 가스의 바람직한 공급이 제공되는 식으로 설정된다.

제어는 이하 설명되는 방법이 구현됨으로써 발생한다. 특히, 상기 제어 장치는 상기 방법을 구현하기 위하여 설정된 대응하는 데이터 처리 장치 뿐만 아니라 특징들 및 원하는 값들을 저장하기 위한 저장 장치를 가진다.

본 발명에 따른 상기 방법은 도 2에 도시된 특징을 이용하여 설명된다. 이 도면에서 상기 측정된 온도는 상기 공기 비율(λ)에 의존하는 것으로 도시된다.

과정의 시작에서, 상기 팬의 속도 및 상기 가스 밸브의 개방을 이용하여, 특정 공기 비율(λo)는 예를 들면 최후 설정 값에 대응하여 설정된다. 이런 경우 λo는 상기 최대 온도 Tmax가 주어진 상기 값 λ1 이상에 놓여진다. 일정한 공기 질량 흐름 mL1을 가지고 공급된 연소가능한 가스의 상기 질량 흐름을 증가시킴으로써, λ는 감소되게된다.상기 가스 질량 흐름에 대한 변화는 단계들에 있어서 구현될 수 있는데 예들 들면, 상기 가스 밸브의 상기 스테핑 모터의 단계들이 변한다. 각각의 단계에서, 상기 실제 온도 T실제는 상기 버너 화염의 지역내에 배치된 상기 온도센서(12)에 의해 결정된다. 적당한 반복적 방법을 사용함으로써, 상기 가스 밸브의 개방은 상기 최대 온도 Tmax가 설정될 때 까지 변한다.

제 2 방법 단계에서, 상기 공기 질량 흐름 mL1은 상기 공기 비율의 원하는 값 λhy에 의해 증가되며, 상기 가스 밸브의 개방을 유지된다. 상기 새로운 공기 질량 흐름 mhy=λhy=mL1을 가져온다. 상기 공기 비율은 상기 요구된 희망하는 값 λhy에 대해 정확하게 설정되며 연소는 위생적으로 적합한 방식으로 발생한다. 상기 원하는 공기 비율 λhy의 설정후에 상기 대응하는 온도 T_희망이 측정된다.

부하 변화를 통해, 즉, 상기 버너 부하에 대한 필요한 변화를 통해, 상기 방법은 일반적으로 다시 구현된다. 상기 방법은 또한 상기 가스 버너의 스위칭 온(ON)후에 구현되거나 주기적 시간 간격으로 반복된다. 이런식으로 상기 가스 버너는 적당한 범위를 통해 일정하게 동작되는 것이 보장된다.

상기 방법이 각각의 부하 변화를 통해 재-구현되는 것을 방지하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같은, 제 2 특성 라인(characteristic line)이 확립될 수 있다. 도 3에서, 도 2에 설명된 것처럼 확립된 상기 희망하는 온도 T희망이 도시되며, 상기 버너 부하에 직접적으로 비례하는 상기 공기 질량 흐름 mL1에 의존한다. 상기 공기비율 λhy의 희망하는 값은 만약 상기 버너 화염의 상기 유효 영역에서 측정된 상기 온도 T실제가 도 3으로부터 독취된 상기 원하는 온도 T희망에 대응한 다면 정확하게 특정한 버너 부하를 가지고 설정된다. 상기 소정의 희망하는 값 T희망에 대한 상기 실제의 온도 T실제의 조정은 자동적으로 소정의 버너 부하를 가진 상기 최적의 공기 비율의 설정을 이끈다.

도 3에 도시된 특징을 이용하여, 기본적 조건들은 중대하게 변화하지 않는 특정한 시간 주기에서, 상기 장치는 버너 부하 즉 다른 동작 상태들의 변화를 가지고 상기 방법의 재-구현없이 동작될 수 있다. 그러나, 상기 특징은 또한 예를 들면, 상기 장치가 서비스 될 때 상기 이용가능한 가스 품질 및 상기 시스템내에서 불안정한 성질들에 대해 적합하게 하기 위하여 시간 간격들 또는 특정한 경우들에서 재결정되어야만 한다.

도 3에서, 특정한 버너 부하에 대응하는 공기 질량 흐름 mL에 의존하는 상기 희망는 온도 T희망이 도시된다. 만약 상기 부하가 상기 공기 질량 흐름 mL1 및 mL2에 따라 동작 상태 1에서 동작 상태 2로 변할 때, 상기 가스 버너의 온도는 상기 온도 T_희망2가 설정되도록 조정된다. 또한, 상기 공기/가스 혼합은 상기 가스 밸브(6)를 조정함으로써 약화되거나 강화된다.

도 3에 따른 상기 제 2 특징을 총제적으로 재결정하는 대신에, 만약 요구된다면, 특정한 출력을 가진 개개의 값들이 또한 기록될 수 있고 상기 특 성(characteristic)내에 미리 포함된 값들을 대체한다. 특정한 부하를 가진 현재 측정된 값에 따른 상기 특성을 전체적으로 바꾸는 것 또한 고려할 만하다.

상기 방법의 구현은 위생적으로 최적의 연소가 달성되는 동작 모드를 이끈다.

Claims (9)

1. 특정 공기 비율의 값에 의존하는 점화 장치에 의해 실제 온도가 생성되며, 상기 특정 공기 비율의 값이 1일 때 최대 동작온도를 가지며, 팬을 가진 가스 버너인 점화장치에 동작 변수들을 설정하는 방법에 있어서,

   소정 공기 질량 흐름(mL)을 제어하고;

   상기 최대 온도에 대응하는 가스 질량 흐름을 확립하고;

   원하는 위생적인 연소를 위한 상기 위생적인 공기 비율에 대한 희망하는 값을 정의하고;

   상기 가스 질량 흐름의 일정한 공급을 유지하면서 상기 원하는 위생적인 연소를 위한 위생적 공기 비율에 대한 희망하는 값에 의해 상기 소정의 공기 질량 흐름을 변화시켜 상기 원하는 위생적인 연소를 제어하며;

   원하는 공기 비율에 대응하는 다른 공기 질량 흐름에서 원하는 온도를 측정하고;

   상기 원하는 공기 비율에서 공기 질량 흐름 및 원하는 온도사이의 상관관계를 나타내는 특성 라인을 확립하고;

   상기 특성 라인을 사용하여 제1 공기 질량 흐름에서 특정한 버너 부하에 대응하는 제1의 원하는 온도로 상기 실제 온도를 조정하고;

   부하 변화가 생길 때 상기 특성 라인을 사용하여 상기 제1 공기 질량 흐름과 다른 제1 공기 질량 흐름에서 상기 제1의 원하는 온도와 다른 제2의 원하는 온도로 상기 실제 온도를 조정하는 단계들을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 점화장치의 동작변수 설정방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 위생적인 공기 비율에 대한 상기 위생적인 희망하는 값에 대응하는 상기 공기 질량 흐름은 상기 팬의 통풍기 속도 변화에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 점화장치의 동작변수 설정방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 공기 질량 흐름 또는 상기 가스 질량 흐름은 질량 흐름 센서에 의해 각각 측정되는 것을 특징으로 하는 점화장치의 동작변수 설정방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 최대온도에 대응하는 상기 가스 질량 흐름은 상기 최대 온도에 대응하는 값에 대한 상기 가스 질량 흐름의 반복적인 근사값에 의해 확립된 것을 특징으로 하는 점화장치의 동작변수 설정방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 위생적인 공기 비율의 원하는 값은 1.3인 것을 특징으로 하는 점화장치의 동작변수 설정방법.
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