JP2015511304A - 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、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、前記ハウジングの一側に形成され、前記ターボファンと接する排出部と、前記排出部の他側に備えられて外側から空気を吸気し、第１の隔壁によって区画される第１の空気供給部及び第２の空気供給部と、前記第１の空気供給部及び第２の空気供給部から流入される空気と混合されて前記排出部に排出され、第２の隔壁によって区画される第１のガス供給部と、上部に所定のに突出する突出部が形成され、前記突出部と同じ高さで形成される第２のガス供給部、及び第２のガス供給部及び低出力モード時、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ガス及び空気の流れを遮断する一方、高出力モード時には第２の空気供給部及び第２ガス供給部にガス及び空気が流れるように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予め最適な燃焼状態の混合比に混合させた後、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（ＴＤＲ）とはガスの量が可変調節できるガス燃焼装置においての「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供給によって発生する差圧によってバーナーへ供給されるガス量が制御され、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）の形態でバーナーに供給されることとなる。

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、上記の関係式で分かるように、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こと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それぞれ２つ以上の領域に区画し、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）を高める方法が開示されている。

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-空気混合装置が開示されている。

しかしながら、前記の空気流路１１８においてロッド１６３の上下動の範囲が大きく、そのため行程距離が長くなることから駆動時間及び駆動距離が長くなるという問題点がある。

また、空気流路１１８に別途の分岐器具１７０を介して使用するので、製作の煩雑さ及び機器故障時において脱着が困難であるという問題がある。

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、そ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を高める燃焼機器用ガス‐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るハウジングと、前記ハウジングの一側に形成され、前記ターボファンと接する排出部と、前記排出部の他側に備えられて外側から空気を吸気し、第１の隔壁によって区画される第１の空気供給部及び第２の空気供給部と、前記第１の空気供給部及び第２の空気供給部から流入される空気と混合して前記排出部へ排出され、第２の隔壁によって区画される第１のガス供給部と、上部に所定の長さに突出する突出部が形成され、前記突出部と同じ高さで形成される第２のガス供給部、及び低出力モード時、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ガス及び空気の流れを遮断する一方、高出力モード時には第２の空気供給部及び第２のガス供給部にガス及び空気が流れるように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のガス供給部の上段と接してガスの進入を遮断するバルブ体と、前記バルブ体と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、前記プランジャーを上下動させて前記バルブ体が開閉されるようにするラッチソレノイドバルブとを含む。

一実施例において、前記プランジャー及びバルブ体は、その間に備えられ、前記バルブ体を弾性で支持する第１のスプリングをさらに含む。

一実施例において、前記第２の空気供給部及び第２のガス供給部は、２次空気及び２次ガスの流動方向が互いに一致するように形成されることを特徴とする。

一実施例において、前記バルブは、ラッチソレノイドバルブまたは一般ソレノイドバルブのいずれかで構成されることを特徴とする。

本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置によれば、第一に、ＴＤＲを高めることで燃焼機器で必要とするガスと空気の量が既存の方式に比べてより大幅に調節することが可能であり、これによって流量の変動時により微細に熱量制御が可能となって温水の温度変化幅を低減することができる効果がある。

第二に、駆動部の構造が簡素であり、耐久性の優れるラッチソレノイドバルブを適用して、前記ラッチソレノイドバルブと結合されるバルブ体が接する第２のガス供給部及び突出部を形成することによって、ラッチソレノイドバルブの行程距離を減らすと共に、ラッチソレノイドバルブの故障率を最小化できる効果がある。

第三に、ガス及び空気が一つのボディを通して流入される構造に形成されて、故障時の修理が容易かつ製作コストを最小化することができる効果がある。

第四に、２次空気及び２次ガスの流動方向を一致させて構造を簡素化して、製作時間およびコストの節減および維持補修が容易な効果がある。

従来技術を示すための図である。 本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置を示す概略的断面図である。 図２の作動状態を示す断面図である。 本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置の変形例を示す断面図である。

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で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符し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紛らわすものとしかねない公知の機能及び構成に対しては詳細な記述は省略する。

以下、添付の図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‐空気混合装置を示す概略的断面図で、図３は図２の作動状態を示す断面図であり、図４は本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置の変形例を示す断面図である。

図２及び図４を参照すれば、本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置は、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５００が備えられ、前記ハウジング５００の一側は空気とガスが混合した混合ガスが排出される排出部３００が形成される。前記排出部３００はターボファン（図示せず）と接して前記第１及び第２の空気供給部２１０、２２０及び第１及び第２のガス供給部２３０、２４０から供給される空気とガスが混合された混合ガスが前記ターボファンによってバーナーへ伝達される。

前記排出部３００の他側は空気が吸気され、第１の隔壁２０１によって区画されて下部に第１の空気供給部２１０が、その上部に第２の空気供給部２２０が円筒状に形成される。

前記第２の空気供給部２２０と排出部３００の中間部の下部にはガスが供給され、第２の隔壁２０２によって区画されて右側は第１のガス供給部２３０が、その左側には第２のガス供給部２４０が円筒状に形成される。前記第２のガス供給部２４０はその尖端部が突出されて第２のガス及び第２の空気の流動方向と一致するように形成され、空気とガスとが円滑に混合すると共に、前記開閉手段４００の行程距離を最小化するための突出部２２１が形成される。

前記突出部２２１には第２のガス及び第２空気の流入を遮断または開放するために後述する開閉手段４００に備えられるバルブ体４０１が接するようになる。前記バルブ体４０１が接しやすくするために、前記第２のガス供給部２４０も前記突出部２２１と同じ高さに突出するのが望ましい。

以下、前記第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０の空気及びガスの流入を制御する開閉手段４００についてみてみる。

前記開閉手段４００は、前記第２のガス供給部２４０と突出部２２１の上段と接してガスの進入を遮断するバルブ体４０１と、前記バルブ体４０１と結合されるプランジャー４０２及び、前記プランジャー４０２と結合され、前記プランジャーソレノイドバルブ４０２を上下動させて前記バルブ体４０１が開閉されるようにするバルブとで構成される。

一方、前記バルブはラッチソレノイドバルブ４０３または一般ソレノイドバルブ４０３ａのいずれかで構成することができる。

前記ラッチソレノイドバルブ４０３は、その内側にはコイルが備えられて瞬間的に通電されると磁力によりプランジャー４０２が作動して第２のスプリング４０７の力に抗してプランジャー４０２が上昇し、この際コイルに持続的に通電をしなくても永久磁石４０８がプランジャー４０２を引き留める。同時にバルブ体４０１は上昇して第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０が開放されるので、第２のガス及び空気がハウジング５００の内部へ流入される。

また、前記コイルの極性を反対にして通電すれば磁力が永久磁石の力を打ち消してプランジャー４０２が第２のスプリング４０７の力により下降するようになると共に、バルブ体４０１が前記突出部及び第２のガス供給部２２１、２４０と接するようになるので第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０が閉鎖されて第２の空気及びガスが遮断される。

一方、前記一般ソレノイドバルブ４０３ａは、前記ラッチソレノイドバルブ４０３が適用される実施例とその構成が同じである。ただ、バルブの形態がラッチソレノイドバルブの代わりにソレノイドバルブ４０３ａが適用される。

具体的に説明すれば、図４に示すように、前記一般ソレノイドバルブ４０３ａに伝達される電気的信号によってプランジャー４０２が上昇し、電気的信号を遮断すると内側に備えられるスプリング４０７の弾性力によって前記プランジャー４０２は下降する形態に作動される。

一方、前記バルブ体４０１は、その下部面に前記第２のガス供給部２２０との接触の気密性を高めるための密着部材４０５がさらに備えられる。

また、バルブ体４０１とプランジャー４０２との間には前記バルブ体４０１を弾性により支持する第１のスプリング４０４が介在され、前記プランジャー４０２の両側には前記バルブ体４０１の上下動を案内するためのロッド４０６が備えられる。

上述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のバルブ体４０１が前記第２のガス供給部２４０及び突出部２２１と接した状態になって、前記第１の空気供給部２１０及び第１のガス供給部２３０でだけ第１のガス及び空気だけが混合されてターボファンに流入される。ここで前記第１のガスは前記第１のガス供給部２３０の途中に形成される通穴２３１を通じて排出される。

その後、高出力モード時には図３に示すように、前記ラッチソレノイドバルブ４０３に通電すると磁力によって前記プランジャー４０２が作動されて第２のスプリング４０７の力に抗しながら上部に上昇するようになる。それによって前記バルブ体４０１は上部に上昇して第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０が開放されることから、第２の空気及びガスがハウジング５００の内部へと流入される。

再び低出力モードに切替えようとする場合、図２に示すように、前記ラッチソレノイドバルブ４０３の極性を反対にして電圧を印加するようになると磁力が永久磁石４０８の力を打ち消してプランジャー４０２が第２のスプリングの力によって下降するようになる。よって、前記バルブ体４０１が 下降して突出部２２１と接するようになり、それによって第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０が閉鎖されるので第２の空気及びガスが遮断される。

以上で説明した本発明の燃焼機器用ガス‐空気混合装置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態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よっ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。

２０１ 第１の隔壁
２０２ 第２の隔壁
２１０ 第１の空気供給部
２２０ 第２の空気供給部
２２１ 突出部
２３０ 第１のガス供給部
２４０ 第２のガス供給部
３００ 排出部
４００ 開閉手段
４０１ バルブ体
４０２ プレンジャー
４０３ ラッチソレノイドバルブ
４０４ 第１のスプリング
４０５ 密着部材
４０６ ロッド
４０７ 第２のスプリング
４０８ 永久磁石

Claims (5)

1. 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５００と、
   前記ハウジング５００の一側に形成され、前記ターボファンと接する排出部３００と、
   前記排出部３００の他側に備えられて外側から空気を吸気し、第１の隔壁２０１によって区画される第１の空気供給部２１０及び第２の空気供給部２２０と、
   前記第１の空気供給部２１０及び第２の空気供給部２２０から流入される空気と混合して前記排出部３００へ排出され、第２の隔壁２０２によって区画される第１のガス供給部２３０と、上部に所定の長さに突出する突出部２２１が形成され、前記突出部２２１と同じ高さで形成される第２のガス供給部２４０、及び
   低出力モード時、前記第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０を閉鎖してガス及び空気の流れを遮断する一方、高出力モード時には第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０にガス及び空気が流れるように開放する開閉手段４００とを、
   含むことを特徴とする給湯器用空気及びガス混合バルブ。
2. 前記開閉手段４００は、
   前記第２のガス供給部２４０及び突出部２２１の上段と接してガスの進入を遮断するバルブ体４０１と、
   前記バルブ体４０１と結合されるプランジャー４０２、及び
   前記プランジャー４０２と結合され、前記プランジャー４０２を上下動させて前記バルブ体４０１が開閉されるようにするバルブ４０３、４０３ａとを、含むことを特徴とする請求項１に記載の給湯器用空気及びガス混合バルブ。
3. 前記プランジャー４０２及びバルブ体４０１は、
   その間に備えられ、前記バルブ体４０１を弾性で支持する第１のスプリング４０４をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の給湯器用空気及びガス混合バルブ。
4. 前記第２の空気供給部２２０及び第２のガス供給部２４０は、
   ２次空気及び２次ガスの流動方向が互いに一致するように形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の給湯器用空気及びガス混合バルブ。
5. 前記バルブは、
   ラッチソレノイドバルブ４０３または一般ソレノイドバルブ４０３ａのいずれかで構成されることを特徴とする、請求項２に記載の給湯器用空気及びガス混合バルブ。

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