JP2015506456A - 燃焼機器用ガス‐空気混合装置 - Google Patents

Abstract

本発明は燃焼機器用ガス‐空気混合装置に関し、具体的にはボイラーまたは給湯器のような燃焼機器に備えられるバーナーに、ガス及び空気を供給する量を効果的に制御してターンダウン比（Ｔｕｒｎ−Ｄｏｗｎ Ｒａｔｉｏ）を向上させることができ、それによって温水及び暖房の使用の便利さ及びバーナーの耐久性を増大させる燃焼機器用ガス‐空気混合装置に関する。本発明は一側がターボファンと結合され、内側にガス及び空気が流れるように所定の空間が形成されるハウジングと、前記ハウジングの他側に備えられて外側から空気を吸気し、互いに異なる経路を通じて空気が供給されるように第１の空気供給部及び第２の空気供給部とで構成される空気供給部と、前記空気供給部から流入される空気と混合して前記ターボファンへ供給され、互いに異なる経路を通じてガスが供給されるように第１のガス供給部及び第２のガス供給部とで構成されるガス供給部、及び低熱量が必要な際、前記第２の空気供給部及び第２のガス供給部を閉鎖して空気及びガスの流れを遮断する一方、高熱量が必要な際は第２の空気供給部及び第２のガス供給部を開放する開閉手段とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼機器用ガス‐空気混合装置に関し、より詳しくはボイラーまたは給湯器のような燃焼機器に備えられるバーナーに、ガス及び空気を供給する量を効果的に制御してターンダウン比（Ｔｕｒｎ−Ｄｏｗｎ Ｒａｔｉｏ）を向上させ、それによって温水及び暖房の使用の便利さ及びバーナーの耐久性を増大させる燃焼機器用ガス‐空気混合装置に関する。

一般に暖房及び温水の使用を目的として用いられるボイラー及び給湯器のような燃焼機器は、供給される燃料によってオイルボイラー、ガスボイラー、電気ボイラー、及び給湯器とに分かれ、設置用途に合わせて多様に開発され、使用されている。

このような燃焼機器のうち、特にガスボイラー及び給湯器においては一般にガス燃料を燃焼させるため、ブンゼンバーナー（Ｂｕｎｓｅｎ Ｂｕｒｎｅｒ）または予混合バーナー（Ｐｒｅｍｉｘｅｄ ｂｕｒｎｅｒ）を用いており、このうち、予混合バーナー（Ｐｒｅｍｉｘｅｄ ｂｕｒｎｅｒ）の燃焼方式はガスと空気を最適な燃焼状態の混合比で混合させた後、その混合気（空気＋ガス）を炎孔部に供給して燃焼させることになる。

また、燃焼機器の性能はターンダウン比（Ｔｕｒｎ−Ｄｏｗｎ Ｒａｔｉｏ;ＴＤＲ）で評価されるが、ターンダウン比とは、ガスの量が可変調節できるガス燃焼装置における「最大ガス消費量対最小ガス消費量の比」を言う。たとえば、最大ガス消費量が２４，０００ｋｃａｌ／ｈで、最小ガス消費量が８，０００ｋｃａｌ／ｈの場合、ターンダウン比（ＴＤＲ）は３：１になる。ターンダウン比（ＴＤＲ）は、最小ガス消費量の条件において如何に安定した火炎を保持できるかによって制限される。

ガスボイラー及び給湯器の場合、ターンダウン比（ＴＤＲ）が大きいほど暖房及び温水の使用時の便利さが増大する。すなわち、ターンダウン比（ＴＤＲ）が小さく（すなわち、最小ガス消費量が多い場合）、暖房及び温水の負荷が小さい領域でバーナーが作動する場合には燃焼機器のオン／オフ（Ｏｎ／Ｏｆｆ）が頻繁に発生するので、温度制御時の偏差が大きくなり、機器の耐久性が低下する。したがって、このような問題を改善するために、燃焼機器に適用されるバーナーのターンダウン比（ＴＤＲ）を向上させるための様々な方法が開発されてきた。

このような比例制御方式のバーナーにおいてガスを供給するバルブは、電流値で制御される電流比例制御方式バルブ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ ｇａｓ ｖａｌｖｅ）と空気供給時に発生する差圧で制御される空気比例制御方式バルブ（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ ｇａｓ ｖａｌｖｅ）とに大別される。

前記空気比例制御方式バルブは送風機を用いてバーナーの燃焼時に必要な空気を供給するとき発生する差圧によってバーナーへ供給されるガス量を制御し、この際、燃焼に必要な空気とガスはガス‐空気混合装置（Ｇａｓ−ａｉｒ ｍｉｘｅｒ）で混合され、混合気（空気＋ガス）の形態としてバーナーに供給されることになる。

このような空気比例制御バルブを用いるガスバーナーのガス−空気混合装置において、ターンダウン比（ＴＤＲ）を制限する基本的要素は、ガス消費量（Ｑ）と差圧（ΔＰ）との関係にあり、一般に流体の差圧と流量との関係は以下のようである。

すなわち、流体の流量を２倍増加させるためには差圧を４倍に上昇させなければならない。よって、ターンダウン比（ＴＤＲ）を３：１にするためには差圧の比を９：１に、ターンダウン比（ＴＤＲ）を１０：１にするためには差圧の比を１００：１にしなければならないが、この際、ガスの供給圧力を無限に増加させるのは不可能であることに問題がある。

このようなガス供給圧力を無限に増加させられない問題を解決するために、図１に示したように空気及びガスが供給される経路を２つ以上の領域に区画し、各バーナーへ噴射される各ガスの通路を開閉することによって、ガスバーナーのターンダウン比（ＴＤＲ）を高める方法が提示されている。

韓国特許出願第１０−２０１１−００８４４１７号

前記特許文献は、本出願人による先願発明であって、図１を参照すれば、空気供給管１１３の一側に２つに分岐されるガス供給管１１２が結合され、前記空気供給管１１３の内側に別途の分岐器具１７０を備えてロッド１６３に結合されたバルブ体１６１、１６２が電磁石１６５と結合されたロッド１６３の上下動を通じてガス流路１１６及び空気流路１１８を開閉するので、ボイラーを低出力モード及び高出力モードに制御できてターンダウン比を向上させることができる流路分離型ガス-空気混合装置に関する。

しかしながら、前記空気流路１１８の場合、円筒状に形成される１つの流路を分岐器具１７０によって区画して空気の流入量を２段階に調節することで、より多い空気の流入量が必要となる場合に空気流路１１８の拡張が不可能であり、そのために高ターンダウン比を実現できない問題がある。

また、ロッド１６３の上下動の範囲が大きく、それによって行程距離が長くなるので駆動時間及び駆動距離が長くなる問題点がある。

本発明は上述した問題点を解決するために発明されたものであって、ボイラーまたは給湯器のような燃焼機器に流入される空気及びガスの量を制御できるように別途の開閉手段を備え、これによって空気及びガスの量を制御してターンダウン比（ＴＤＲ）を高め、駆動機として耐久性に優れ駆動時間が非常に短いソレノイドバルブの適用が可能となるよう、ソレノイドバルブの短所である短い行程距離（ｓｔｒｏｋｅ）を梃子及びヒンジの原理を用いて克服することによって、高性能と低製造コストを実現する燃焼機器用ガス‐空気混合装置を提供することを目的とする。

上記の技術的課題を達成するための本発明は、一側がターボファンと結合され、内側にガス及び空気が流れるように所定の空間が形成され、第１の流路及び第２の流路とに分岐して形成されるハウジングと、前記第１の流路に互いに異なる経路で流入される第１の空気供給部及び第１のガス供給部と、前記第２の流路に互いに異なる経路で流入される第２の空気供給部及び第２のガス供給部、及び低出力モードで前記第２の空気供給部及び第２のガス供給部へ供給される空気及びガスの流れを遮断する一方、高出力モードでは第２の空気供給部及び第２のガス供給部を開放する開閉手段とを含む。

一実施例において、前記開閉手段は、前記第２の流路の内側に備えられるヒンジと、前記ヒンジと結合され、前記第２の流路に備えられる第２の空気供給部及び第２のガス供給部を開閉するように両末端にそれぞれ第１のバルブ体及び第２のバルブ体が結合される回動体と、前記回動体で第１のバルブ体や第２のバルブ体とヒンジとの間に結合されるプランジャー、及び前記プランジャーと結合されてプランジャーの上下動を電気的信号によって制御されるソレノイドバルブとを含み、前期回動体がヒンジを中心に梃子の原理によって回動するように駆動されてプランジャーが短い行程距離で第２の空気及びガス供給部を開閉できるように構成されたことを特徴とする。

一実施例において、前記開閉手段は、第２の空気供給部及び第２のガス供給部を遮断または開放が同時に行われることを特徴とする。

一実施例において、前記第１の及び第２の流路は、その径が相異なることを特徴とする。

一実施例において、前記第１の及び第２の流路は、第２の流路の径が第１の流路の径より大きいことを特徴とする。

本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置によれば、第一に、１つのソレノイドバルブを通じてガス及び空気の流入を開放または遮断することによって製造コストが節減できる効果がある。

第二に、通常、一定の量の燃料を燃焼するためには約１０倍の空気量が必要となる。よって、高出力モードにおいて円滑な空気供給のためには第２の空気供給部の作動時、十分な開放断面積が求められる。このため、梃子及びヒンジの原理を用いてソレノイドバルブの短所である短い行程距離（ｓｔｒｏｋｅ）を克服することによって、耐久性に優れて駆動時間が非常に短いソレノイドバルブの使用を可能にした効果がある。

第三に、１次ガス及び空気が流入される流路及び２次ガス及び空気が流入される流路が分岐してガス及び空気の流入を効果的に制御するので、燃焼機器に必要な火力を適切に調節することができる効果がある。

第四に、流路を２つに分岐し、互いの径を燃焼機器の容量によって異なるように形成することができてターンダウン比を高める効果がある。

第五に、２次側に流入されるガス及び空気を同時に遮断または開放して行程距離を減らすので、不要な動力の浪費を防止できる。

従来技術を説明するための図である。 本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置を概略的に示す模式図である。 図２の作動状態を概略的に示す模式図である。

本発明の理解を助けるために、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して説明する。本発明の実施例は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲は以下詳細に説明する実施例に限定されるものと解釈してはならない。本実施例は当業界において平均的知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供するものである。よって、より明確な説明をするために図面における要素の形状などは部分的に拡大して表現されることもあり得る。各図面において、同じ部材は同じ参照符号を用いて図示したことに留意しなければならない。また、本発明の要旨の理解を 不必要に紛らしかねない公知の機能及び構成に対する詳細な記述は省略する。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明することで、本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置について詳細に説明する。

図２は本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置を概略的に示す模式図であり、図３は図２の作動状態を概略的に示す模式図である。

図２及び図３を参照すれば、本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置は、ターボファン５００を通じてバーナー（図示せず）へ流入されるための空気とガスが混合されて混合ガスが生成する所定の空間が形成されるハウジング３００が備えられる。前記ハウジング３００は第１の流路３００及び第２の流路３２０とに分岐して形成され、ガス及び空気が混合されて排出される出口側はターボファン５００と結合される。

前記第１の流路３１０は互いに異なる経路から流入される第１の空気供給部２１０及び第１のガス供給部２３０が形成される。前記第１の空気供給部２１０及び第１のガス供給部２３０は低出力モードで燃焼機器が駆動されるとき、ガス及び空気が流入される経路として常時開放された状態に保たれる。

前記第２の流路３２０も第１の流路３１０と同じく、互いに異なる経路から流入される第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０が形成される。前記第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０は高出力モードで燃焼機器が駆動されるとき、ガス及び空気が流入される経路として後述の開閉手段４００によって開閉される。

以下、上記の開閉手段４００について説明する。

前記開閉手段４００は、前記第２の流路３２０の内側に備えられるヒンジ４０１と、前記ヒンジ４０１と結合され、前記第２の流路３２０に備えられる第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部を開閉するように両末端にそれぞれ第１のバルブ体４１１及び第２のバルブ体４１２が結合される回動体４０２が備えられる。

前記回動体４０２の途中にはプランジャー４０４の一端部がヒンジ４０５によって結合されて、前記プランジャー４０４が上下動するとき前記ヒンジによって容易に回動される。前記プランジャー４０４の他端部には前記プランジャー４０４の上下動を電気的信号によって制御するソレノイドバルブ４０３が結合される。

したがって、前記ソレノイドバルブ４０３に伝達される電気的信号によって前記プランジャー４０４が上下動される。より詳しく説明すれば、前記プランジャー４０４が上昇する際、図３に示すように、前記第２の空気供給部２２０を遮断していた第１のバルブ体４１１と、第２のガス供給部２４０を遮断していた第２のバルブ体４１２が遮断を解除して前記第２の流路３２０へガス及び空気が流入する。

すなわち、上記の開閉手段４００の回動体４０２が梃子の役割をすることになり、前記ヒンジ４０１を基準に回動体４０２の長い方は第２の空気供給部２２０側に、短い方は第２のガス供給部２４０側に位置するようにして、燃焼機器で高出力モードに切り替えられる際、より多い量の空気が供給されるようにするためである。よって、前記開閉手段４００は第２の空気及びガス供給部２２０、２４０を同時に開閉する機能をするので、バルブの役割を果たすことになる。

一方、上記の第１の流路３１０と第２の流路３２０の径は相異に形成される。好ましくは前記第１の及び第２の流路３１０、３２０は、第２の流路３２０の径が第１の流路３１０の径より大きく形成されるのがターンダウン比を高められる。

たとえば、前記第１の流路３１０及び第２の流路３２０の径の比率を５：５にすることもできるが、第１の流路３１０の径より第２の流路３２０の径を大きくすればターンダウン比をさらに高めることができる。

以下、上記のように構成される本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置の作動状態について説明する。

図２に示すように、低出力モード時には前記開閉手段４００のプランジャー４０４が下降した状態になって前記第１のバルブ体４１１と第２のバルブ体４１２が前記第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０の入口を塞いでガス及び空気が遮断された状態になる。従って、前記第１の空気供給部２１０及び第１のガス供給部２３０だけへ１次空気及びガスが第１の流路３１０へ流入されてターボファン５００へと伝達されるので低出力モードで、燃焼機器が駆動される。

その後、燃焼機器を高出力モードに切り替えれば、前記ソレノイド弁４０３に電気的信号が印加され、それによって前記プランジャー４０４は上部へ上昇するようになる。そうすると、前記回動体はヒンジ４０１によって回動され、前記第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０の入口をそれぞれ塞いでいた第１のバルブ体４１１及び第２のバルブ体４１２の遮断が解除されるので、第２の空気及びガスが第２の流路３２０へ流入されてガス及び空気が混合される。

その後、燃焼機器が再び低出力モードに切り替える場合は、前記ソレノイドバルブ４０３の電源供給を遮断すれば、前記プランジャー４０４は前記回動体４０２及びバルブ体４１１、４１２、そのものの重さ及びソレノイドバルブ４０３の内側に構成されるスプリング４０６の弾性力によって下降するようになって、前記第１のバルブ体４１１及び第２のバルブ体４１２が前記第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０の入口を塞ぐので、２次空気とガスが遮断される。

したがって、上記のような１つのソレノイドバルブ４０３によって第２の空気及びガス供給部２２０、２４０の開閉を制御でき、これによって燃焼機器から出力される火力を容易に調節することができる。さらに、前記ソレノイドバルブ４０３を通じてプランジャー４０４の上下動を調節するので、既存のモーターを用いてガス及び空気流路を制御する方法より駆動時間が非常に短いので、空気及びガスの流入及び遮断の制御が容易であるため、燃焼機器の性能を高めることができる。

また、ハウジング３００の流路を２ヶ所に分岐形成するのでターンダウン比をさらに高めることができる。たとえば、ターンダウン比を高めるためには、第１の流路３１０に比べ第２の流路３２０の径を大きく形成すればターンダウン比は高まる。それによって前記回動体４０２の２次空気が流入される入口側の長さを長く構成すれば同じ行程（ｓｔｒｏｋｅ）でもガス及び空気の流入の開閉を制御することができる。

以上で説明した本発明の給湯器用デュアルベンチュリの実施例は例示のものに過ぎず、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、より多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かる。そのため、本発明は上述の詳細な説明で言及される形のみに限定されるものではないことが分かる。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は添付の特許請求範囲の技術的思想に基づいて定められなければならない。また、本発明は添付の請求範囲によって定義される本発明の精神とその範囲内に含まれるあらゆる変形物と均等物、及び代替物を含むものとして理解されるべきである。

２１０ 第１の空気供給部
２２０ 第２の空気供給部
２３０ 第１のガス供給部
２４０ 第２のガス供給部
３００ ハウジング
４００ 開閉手段
４０１、４０５ ヒンジ
４０２ 回動体
４０３ ソレノイドバルブ
４０４ プランジャー
４１１ 第１のバルブ体
４１２ 第２のバルブ体
５００ ターボファン

Claims (5)

1. 一側がターボファン５００と結合され、内側にガス及び空気が流れるように所定の空間が形成され、第１の流路３１０及び第２の流路３２０に分岐して形成されるハウジング３００と、
   前記第１の流路３１０に互いに異なる経路で流入される第１の空気供給部２１０及び第１のガス供給部２３０と、
   前記第２の流路３２０に互いに異なる経路で流入される第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０、及び
   低出力モードで前記第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０へ供給される空気及びガスの流れを遮断する一方、高出力モードでは第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０を開放する開閉手段４００とを、
   含むことを特徴とする燃焼機器用ガス‐空気混合装置。
2. 前記開閉手段４００は、
   前記第２の流路３２０の内側に備えられるヒンジ４０１と、
   前記ヒンジ４０１と結合され、前記第２の流路３２０に備えられる第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０を開閉するように両末端にそれぞれ第１のバルブ体４１１及び第２のバルブ体４１２が結合される回動体４０２と、
   前記回動体４０２で第１のバルブ体４１１や第２のバルブ体４１２とヒンジ４０１との間に結合されるプランジャー４０４、及び
   前記プランジャー４０４と結合されてプランジャー４０４の上下動を電気的信号によって制御されるソレノイドバルブ４０３とを含み、
   前記回動体４０２がヒンジ４０１を中心に梃子の原理によって回動するように駆動されてプランジャー４０４が短い行程距離で第２の空気及びガス供給部２２０、２４０を開閉するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼機器用ガス‐空気混合装置。
3. 前記開閉手段４００は、
   第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０を遮断または開放が同時に行われることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼機器用ガス‐空気混合装置。
4. 前記第１の及び第２の流路３１０、３２０は、
   その径が相異なることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼機器用ガス‐空気混合装置。
5. 前記第１の及び第２の流路３１０、３２０は、
   第２の流路３２０の径が第１の流路３１０の径より大きいことを特徴とする請求項４に記載の燃焼機器用ガス‐空気混合装置。

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