JP2016502640A - 燃焼装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は窒素酸化物の排出量を減少し設定された負荷の全ての領域で安定した燃焼が可能な燃焼装置に関するものであり、空気とガスを予め混合する予混合室と、前記空気とガスの混合気をバーナー側に供給する送風機と、前記バーナーの点火によって燃焼が行われる燃焼室と、前記燃焼室の燃焼熱を利用して水との熱交換が行われる熱交換器と、前記熱交換器を通過した排気ガスが排気される排気ガス排出部と、を具備した燃焼装置において、前記予混合室は空気が通過する入口と出口の間に断面積が狭くなるスロート部を具備したベンチュリ形状に形成され、前記予混合室のスロート部には、燃焼用ガスを供給するガス供給部と、前記熱交換器を通過した排気ガスの一部が前記スロート部を通過する混合気の流量による差圧に比例して流入されるように排気ガス再循環管が連結されることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は燃焼装置に関するものであって、より詳しくは、ベンチュリ構造による差圧を利用して排気ガスの一部を給気側に再循環し火炎温度を下げて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を減少すると共に、設定された負荷による燃料と空気の供給量に比例して排気ガスが給気側に再循環されるようにすることで、高出力から低出力に至る全体の負荷領域で一定の空燃比を維持するようになって安定した燃焼が行われるようにする燃焼装置に関するものである。
一般に、燃焼装置は燃料の燃焼過程で発生する燃焼熱を利用して水を加熱し、加熱した水を配管に沿って循環することで室内暖房用に使用するか温水用に使用するようにする暖房装置に具備される。
図１を参照する。従来の一般的な燃焼装置は空気を供給する送風機１０、前記送風機１０の一側に連結されたガス供給管２１を介してバルブ２２の調節によって燃焼用ガスを供給するガス供給部２０、前記空気とガスの混合気を燃焼するバーナー３０、前記バーナー３０の点火によって混合気の燃焼が行われる燃焼室４０、前記燃焼室４０の燃焼熱を利用して暖房水環水管６１を介して流入されて内部を循環してから暖房水供給管６２を介して供給される水を加熱する熱交換器５０、前記熱交換器５０を通過した排気ガスが排出される煙道７０を含んで構成される。
このような燃焼装置にはバーナーのターンダウン比（Ｔｕｒｎ−Ｄｏｗｎ Ｒａｔｉｏ：ＴＤＲ）が設定される。ターンダウン比とは、ガスの量が可変調節されるガス燃焼装置における「最大ガス消費量対比最小ガス消費量の比」をいう。例えば、最大ガス消費量が３０，０００Ｋｃａｌ／ｈで最小ガス消費量が６，０００Ｋｃａｌ／ｈであればターンダウン比は５：１となる。ターンダウン比は安定した火炎を維持するための最小ガス消費量をどれだけ低く調節できるのかに応じて制限される。
ガス燃焼装置の場合、ターンダウン比が大きいほど暖房及び温水使用時の便利性が増大される。即ち、燃焼初期には速い時間内に目標とする暖房温度に到達するために最大限の火力で燃焼を行うが、目標とする暖房温度の近くに到達すると次第にバーナーに供給するガス両を減らして燃焼を行う。この場合、最小ガス消費量が高くてターンダウン比が小さければバーナーの出力を減らすためにガス量を減少して制御することが難しくなる。
特に、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装置のオン／オフ（Ｏｎ／Ｏｆｆ）が頻繁になって燃焼状態が不安定になり、温度制御時の偏差が大きくなって機器の耐久性が低下する。よって、燃焼装置に適用されるバーナーのターンダウン比を向上する方法が提示されてきた。
それに関する先行技術として、特許文献１には燃焼に必要な空気を供給するための送風機、ガスの供給流量を調節する比例制御バルブ、前記比例制御バルブに連結されて補助バルブの開閉によってガスの供給が行われ、複数個のノズルが並列に連結されたノズル部、前記送風機から供給された空気と前記ノズル部を通過したガスを混合してバーナーの表面に供給するミキシングチェンバー、前記比例制御バルブ及び補助バルブの開閉に応じて送風機の回転数を制御し燃焼に必要な空気量のみを供給するようにする制御部を含んで形成されるガスボイラーの燃焼装置が開示されている。
このような構成によると、ガスが供給されるノズル部を並列に多段配置しバーナーの出力に対応して各ノズル部の開閉を制御することでターンダウン比を向上して、低い出力領域で燃焼安定性を上げることができる利点がある。
しかし、従来の燃焼装置は高い火炎温度で生成された窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの燃焼ガスが熱交換器を経て煙道を介して大気中にそのまま排出されるため、環境に有害で構成部品の寿命を短縮する短所がある。
韓国登録特許第１０−０８０５６３０号
本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、ベンチュリ構造による差圧を利用して排気ガスの一部を給気側に再循環して火炎温度を下げることで窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を減少することができる燃焼装置を提供することにその目的がある。
本発明の他の目的は、設定された負荷に合わせて燃焼と空気が予め混合される割合を単純な機械式構造を介して具現すると共に排気ガスの再循環構造を追加することで、燃焼装置の燃焼効率を上げ、高出力から低出力に至る全体の負荷領域で安定した燃焼が行われて、環境汚染物質を低減する燃焼装置を提供することにある。
上述したような目的を具現するための本発明の燃焼装置は、空気とガスを予め混合する予混合室２００と、前記空気とガスの混合気をバーナー側に供給する送風機１４０と、前記バーナーの点火によって燃焼が行われる燃焼室１６０と、前記燃焼室１６０の燃焼熱を利用して水との熱交換が行われる熱交換器１７０と、前記熱交換器１７０を通過した排気ガスが排気される排気ガス排出部１８０と、を具備した燃焼装置において、前記予混合室２００は空気が通過する入口と出口の間に断面積が狭くなるスロート部を具備したベンチュリ形状に形成され、前記予混合室２００のスロート部には、燃焼用ガスを供給するガス供給部２３０と、前記熱交換器１７０を通過した排気ガスの一部が前記スロート部を通過する混合気の流量による差圧に比例して流入されるように排気ガス再循環管４００が連結されることを特徴とする。
この場合、前記予混合室２００を通過する空気とガスの流れの通路を開閉して混合気の供給流路を調節する混合気調節部３００を更に含んで構成される。
また、前記予混合室２００は仕切り部材２０１を介在して第１通路２１０と第２通路２２０が両側に分割形成され、前記ガス供給部２３０を介して流入された燃焼用ガスは前記第１通路２１０に連結される第１ガス流入口２３１と前記第２通路２２０に連結される第２ガス流入口２３２に供給され、前記排気ガス再循環管４００は、前記第１通路２１０のスロート部に連結される第１排気ガス再循環管４０１と、前記第２通路２２０のスロート部に連結される第２排気ガス再循環管４０２で構成される。
また、前記第１通路２１０の空気及びガスの流れの通路は常時開放状態にあり、前記混合気調節部３００は、前記第２通路２２０を通過する空気の流れの通路と、前記第２ガス流入口２３２を介して前記第２通路２２０に連結されるガスの流れの通路を開閉することを特徴とする。
また、前記第１ガス流入口２３１と第２ガス流入口２３２は前記第１通路２１０の一側面を貫通して形成され、前記第１通路２１０のスロート部には、前記第１ガス流入口２３１から前記第１通路２１０を横切って前記仕切り部材２０１まで延長される第１ガス供給通路２３１ａと、前記第２ガス流入口２３２から前記第１通路２１０を横切って前記仕切り部材２０１を貫通して前記第２通路２２０に連通される第２ガス供給通路２３２ａが具備され、前記第１ガス供給通路２３１ａには前記第１通路２１０の出口側に向かって第１ガス噴出口２３１ｂが形成され、前記仕切り部材２０１を貫通した第２ガス供給通路２３２ａの端部には前記第２通路２２０側に向かって第２ガス連結口２３２ｂが形成されることを特徴とする。
また、前記混合気調節部３００は、前記第２通路２２０を通過する空気の流れの通路を開閉する第１開閉部材３２０と、前記第２ガス連結口２３２ｂを開閉する第２開閉部材３３０を含み、前記第１開閉部材３２０と第２開閉部材３３０の開閉動作は連動して同時に行われることを特徴とする。
また、前記第１開閉部材３２０は、駆動部３１０の回転軸３１１ａに結合されて前記第２通路２２０のスロート部に横方向に配置された本体３２１と、前記本体３２１の外側面に対向するように結合されて前記第２通路２２０のスロート部の開放された横断面に対応する大きさで形成された羽部３２３を含み、前記第２開閉部材３３０は前記第１開閉部材３２０の回転に連動して横方向に往復移動することを特徴とする。
また、前記第１開閉部材３２０の本体３２１には前記第２開閉部材３３０に向かって突出された第１尖端部３２２ａとその反対方向に凹んだ形状の第１底部３２３ｂが円周方向に沿って９０度間隔に交互に形成され、前記第１尖端部３２２ａと第１底部３２２ｂの間の区間には凹んだ形状の第１傾斜部３２２ｃが形成され、前記第２開閉部材３３０の本体３３１には前記第１尖端部３２２ａと第１底部３２２ｂ及び第１傾斜部３２２ｃに対応する形状の第２尖端部３３２ａと第２底部３３２ｂ及び第２傾斜部３３２ｃが形成され、前記第２開閉部材３３０は弾性部材３５０によって前記第１開閉部材３２０の方に加圧されるように弾性支持されることを特徴とする。
また、前記第２開閉部材３３０には前記第２ガス連結口２３２ｂを密閉する際に気密を維持するための気密部材３４０が結合されることを特徴とする。
また、前記第１開閉部材３２０の第１尖端部３２２ａと前記第２開閉部材３３０の第２尖端部３３２ａ間の接触の際には、前記第１開閉部材３２０の羽部３２３は前記第２通路２２０の横断面と平行する方向に配置されて前記第２通路２２０の空気の流れが遮断されると共に、前記第２開閉部材３３０は前記第２ガス連結口２３２ｂに密着されて前記第２ガス連結口２３２ｂを通過するガスの流れが遮断され、前記第１開閉部材３２０の第１尖端部３２２ａと前記第２開閉部材３３０の第２底部３３２ｂ間の接触、及び前記第１開閉部材３２０の第１底部３２２ｂと第２開閉部材３３０の第２尖端部３３２ａ間の接触の際には、前記第１開閉部材３２０の羽部３２３は前記第２通路２２０の横断面と垂直する方向に配置されて前記第２通路２２０が開放されると共に、前記第２開閉部材３３０は前記第２ガス連結口２３２ｂから離隔されて前記第２ガス連結口２３２ｂが開放されることを特徴とする。
また、前記第２通路２２０のスロート部には前記第２開閉部材３３０と弾性部材３５０が内部に収容されて前記第２開閉部材３３０の往復運動を案内するガイド部材３６０が具備され、前記ガイド部材３６０には前記第２通路２２０の出口側に向かう方向に第２ガス噴出口３６４が形成されることを特徴とする。
また、前記第２開閉部材３３０の本体３３１の縁には前記弾性部材３５０の一端を維持する突出片３３３，３３３ａ，３３３ｂが円周方向に沿って複数個に具備され、前記ガイド部材３６０には前記弾性部材３５０の他端を支持すると共に前記第２ガス連結口２３２ｂの周縁面に密着されるフランジ部３６２が形成されることを特徴とする。
また、前記ガイド部材３６０の内側面には前記複数の突出片３３３，３３３ａ，３３３ｂが水平方向に移動するように案内する複数のガイド溝３６３，３６３ａ，３６３ｂが長さ方向に沿って形成されることを特徴とする。
また、前記ガイド部材３６０のフランジ部３６２と前記第２ガス連結口２３２ｂの周縁面には互いに差し込まれて結合される固定突起３６２ａ，３６２ｂと固定溝が形成されて前記ガイド部材３６０が固定されることを特徴とする。
また、前記予混合室２００は単一通路のベンチュリ形状に構成される。
本発明による燃焼装置によると、ベンチュリ構造による差圧によって供給される熱源に比例して排気ガスの一部が給気側に再循環されるように構成することで、排気ガス差循環装置の構成を機械式に簡単に構成することができるだけでなく排気ガスの再循環によって燃焼温度を下げるようになり、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を減少して構成部品の耐久性を向上し環境にやさしくなる効果がある。
また、設定された負荷に合わせて燃料と空気及び再循環排気ガスの供給量を同時に比例的に制御することで、燃焼装置の燃焼効率を上げ高出力から低出力に至るまでの全ての負荷領域で安定した燃焼システムを具現することができる。
従来の燃焼装置の概略的な構成図である。 本発明の一実施例による燃焼装置の斜視図である。 図２に示した予混合室と送風機の拡大斜視図である。 予混合室と混合気調節部の分解斜視図である。 予混合室と混合気調節部の分解斜視図である。 高出力負荷における予混合室の平面図である。 図６のＡ−Ａ線による断面図である。 図６のＢ−Ｂ線による断面図である。 図６のＣ−Ｃ線による断面図である。 低出力負荷における予混合室の平面図である。 図１０のＤ−Ｄ線による断面図である。 図１０のＥ−Ｅ線による断面図である。 負荷の変動による熱量の相関関係を示すグラフである。 本発明の他の実施例による予混合室の断面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例に関する構成及び作用を詳細に説明する。
図２を参照する。本発明の一実施例による燃焼装置は、外部の空気が流入される給気口１１０、前記給気口１１０を介して流入される空気の供給流路を形成すると共に前記空気の供給流路と分離されて排気ガスの排出流路を形成し空気を予熱する給気予熱部１２０、前記給気予熱部１２０を通過した空気が移動される給気供給管１３０、前記給気供給管１３０を介して流入された空気と燃焼用ガス及び再循環された排気ガスが予め混合される予混合室２００、前記予混合室２００内部の空気とガスが流れる通路の断面積を調節して混合気の供給流路を調節する混合気調節部３００、前記混合気をバーナー側に送り出す送風機１４０、前記送風機１４０から送り出されて混合気供給管１５０を介して供給される混合気がバーナーの点火によって燃焼される燃焼室１６０、前記燃焼室１６０から発生した燃焼熱を利用して内部を循環する水を加熱する熱交換器１７０、前記熱交換器１７０で熱交換を経た排気ガスが通過する排気ガス排出部１８０、前記給気予熱部１２０を通過しながら空気と熱交換された排気ガスが排出される煙道１９０、前記排気ガス排出部１８０を通過する排気ガスの一部が予混合室２００に再循環されて流入される排気ガス再循環管４００を含んで構成される。
図３を参照する。前記予混合室２００は送風機１４０の入口側に連結設置され、予混合室２００の内部空間は仕切り部材２０１を介在してその両側に第１通路２１０と第２通路２２０に分割形成され、空気が流入される入口と混合気が送風機１４０側に排出される出口の間の中間部には断面積が狭くなるスロート部を具備したベンチュリ形状に形成されている。
即ち、前記予混合室２００は空気の入口と出口の断面積は広く形成され、入口と出口からその中間のスロート部に行くほど断面積が次第に狭くなる形状に形成されている。
前記予混合室２００のスロート部の一側には燃焼用ガス供給管（図示せず）に連結されるガス供給部２３０が具備され、前記スロート部の他側には混合気調節部３００が具備される。前記第１通路２１０のスロート部には第１排気ガス再循環管４０１が連結され、前記第２通路２２０のスロート部の前方には第２排気ガス再循環管４０２が連結されている。
前記ガス供給部２３０には、第１通路２１０に連結される第１ガス供給口２３１と第２通路２２０に連結される第２ガス供給口２３２が形成されている。
前記予混合室２３０の第１通路２１０は空気とガスの流れの通路が常に開放された状態に構成され、第２通路２２０の空気とガスの流れの通路は混合気調節部３００の作動によって燃焼負荷が設定された負荷以上であれば開放され、設定された負荷未満であれば遮断されるように構成されている。
前記排気ガス再循環管４００，４０１，４０２は熱交換を終えた排気ガスの一部が予混合室２００に再循環されて流入される流れの通路を形成するものであって、排気ガス再循環管４００の流入部は熱交換器１７０を通過してから位置する排気ガス排出部１８０と煙道１９０の間の任意の位置に連結設置される。
前記予混合室２００で予め混合された空気と燃焼用ガス及び再循環された排気ガスの混合気は送風機１４０に具備されたファン（ｆａｎ）の回転によって送風機１４０に吸入されてから混合気排出口１４１を介して混合気供給管１５０に供給される。
このように予混合室２００をベンチュリ形状に構成し、スロート部の一側にガス供給部２３０，２３１，２３２と排気ガス再循環管４００，４０１，４０２が連結された構成によると、前記スロート部を通過する空気の流速は入口と出口の流速に比べて相対的に速く圧力は低くなって入口及び出口とスロート部の間に差圧が発生し、送風機１４０の回転数制御によって空気の流量を調節すると、圧力差によって低い圧力のスロート部の内部に流入されるガスと排気ガスの流量も同じく一定な空燃比になるように比例的に制御することができる。
以下、図４と図５及び図７を一緒に参照して予混合室２００及び混合気調節部３００の構成及び結合関係をより詳細に説明する。
まず図７を参照する。予混合室２００の内部は仕切り部材２０１によって両側に区画された第１通路２１０と第２通路２２０が設けられ、前記第１通路２１０の中間部と第２通路２２０の中間部はそれぞれ入口と出口に比べて断面積が狭いスロート部が形成されている。前記第１通路２１０のスロート部の一側面には第１ガス流入口２３１とその上側に離隔された位置に第２ガス流入口２３２が形成されている。
前記第１ガス流入口２３１から第１通路２１０を横切って仕切り部材２０１まで第１ガス供給通路２３１ａが具備され、前記第１ガス供給通路２３１ａには第１通路２１０の出口側に向かって第１ガス噴出口２３１ｂが形成されている。
前記第２ガス流入口２３２から第１通路２１０を横切って仕切り部材２０１を貫通して第２通路２２０に連通される第２ガス供給通路２３２ａが具備され、前記仕切り部材２０１を貫通した第２ガス供給通路２３２ａの端部には第２通路２２０側に向かって第２ガス連結口２３２ｂが形成されている。
前記第１ガス供給通路２３１ａと第２ガス供給通路２３２ａは上下に離隔されて並んで配置され、第１通路２１０の内壁と第１ガス供給通路２３１ａ及び第２ガス供給通路２３２ａの間の離隔された空間を介して空気の流れの通路が設けられ、第１通路２１０には空気の流れの通路とガスの流れの通路が常時開放された状態になる。
前記混合気調節部３００は、第２通路２２０を通過する空気の流れの通路を開閉する第１開閉部材３２０と前記第２ガス連結口２３２ｂを開閉する第２開閉部材３３０を含み、前記第１開閉部材３２０と第２開閉部材３３０の開閉動作は連動して同時に行われるように構成される。
前記第１開閉部材３２０は、駆動部３１０の回転軸３１１ａに結合されて第２通路２２０のスロート部に横方向に配置された本体３２１と前記本体３２１の外側面に１８０度間隔に結合された羽部３２３を含む。前記羽部３２３は第２通路２２０のスロート部の開放された横断面に対応する大きさに形成され、前記羽部２３２が前記スロート部の横断面と平行して横方向に位置すると第２通路２２０の空気の流れの通路を塞ぐようになり、羽部３２３がスロート部の横断面に対して垂直に立てられて位置すると第２通路２２０の内側面と離隔された空間を介して空気の流れの通路が開放される。
前記駆動部３１０はモータ３１１と、その回転軸３１１ａが貫通して前記モータ３１１を予混合室２００の一側に固定するために予混合室２００の一側面に形成された締結孔２５０に挿入されて結合されるブラケット３１２を含む。前記回転軸３１１ａは第１開閉部材３２０の本体３２１に形成された回転軸結合溝３２１ａに差し込まれて結合され、モータ３１１の駆動の際に第１開閉部材３２０が回転するようになる。
前記第２開閉部材３３０は第１開閉部材３２０の回転に連動して横方向に往復移動されて第２ガス供給口２３２の第２連結口２３２ｂを開閉するように構成されている。また、前記第２開閉部材３３０には前記第２ガス連結口２３２ｂの密閉の際に気密を維持するための気密部材３４０が具備されている。
前記第１開閉部材３２０の本体３２１には第２開閉部材３３０に向かって突出された第１尖端部３２２ａとその反対方向に凹んだ形状の第１底部３２２ｂが円周方向に沿って９０度間隔に交互に形成され、前記第１尖端部３２２ａと第１底部３２２ｂの間の区間には凹んだ形状の第１傾斜部３２２ｃが形成された第１カム形状部３２２が具備される。
前記第２開閉部材３３０の本体３３１には前記第１尖端部３２２ａと第１底部３２２ｂ及び第１傾斜部３２２ｃに対応する形状の第２尖端部３３２ａと第２底部３３２ｂ及び第２傾斜部３３２ｃが形成された第２カム形状部３３２が具備される。そして、前記第２開閉部材３３０は弾性部材３５０によって前記第１開閉部材３２０の方に加圧されるように弾性支持されている。前記第１開閉部材３２０が回転する際、第１カム形状部３２２と第２カム形状部３２２が位置する位相に応じて第２開閉部材３３０は第２ガス連結口２３２ｂに向かうか離隔される方向に往復運動する。
また、前記第２通路２２０のスロート部には第２開閉部材３３０と弾性部材３５０が内部に収容されて前記第２開閉部材３３０の往復運動を案内するガイド部材３６０が具備され、前記ガイド部材３６０には前記第２通路２２０の出口側に向かう方向に第２ガス噴出口３６４が形成されている。
前記第２開閉部材３３０の本体３３１の縁には前記弾性部材３５０の一端を支持する突出片３３３，３３３ａ，３３３ｂが円周方向に沿って複数に具備され、前記ガイド部材３６０には前記弾性部材３５０の他端を支持すると共に前記第２ガス連結口２３２ｂの周縁面に密着されるフランジ部３６２が形成されている。
また、前記ガイド部材３６０の内側面には前記複数の突出変３３３，３３３ａ，３３３ｂが水平方向に往復移動するように案内する複数のガイド溝３６３，３６３ａ，３６３ｂが長さ方向に沿って形成され、前記ガイド部材３６０のフランジ部３６２と前記第２ガス連結口２３２ｂの周縁面には互いに差し込まれて結合される固定突起３６２ａ，３６２ｂと固定溝（図示せず）が形成されて前記ガイド部材３６０が仕切り部材２０１に正位置状態で固定される。
以下、前記のように構成された本発明の作用を説明する。
図６乃至図９を参照する。設定された負荷が高出力状態である場合、第１開閉部材３２０の羽部３２３は第２通路２２０の横断面と垂直な方向に立てられるように配置されて第２通路２２０を介した空気の流れの通路が開放され、それと同時に第１尖端部３２２ａと第２尖端部３３２ａが９０度間隔に位相差が発生する。この際に前記第１開閉部材３２０の第１尖端部３２２ａと前記第２開閉部材３３０の第２底面３３２ｂが互いに接触すると共に前記第１開閉部材３２０の第１底部３２２ｂと第２開閉部材３３０の第２尖端部３３２ａが互いに接触され、第２開閉部材３３０は弾性部材３５０の弾性力によって第２ガス連結口２３２ｂから離隔される方向に移動されて第２ガス連結口２３２ｂを開放するようになる。よって、第１通路３２０だけでなく第２通路３３０を介しても空気とガス及び再循環された排気ガスが流入されて混合される。
この場合、第１通路２１０を介して空気が流入されて第１通路２１０のスロート部を通過すると、前記スロート部から発生する差圧によって第１ガス供給口２３１を介して流入された燃焼用ガスは第１ガス供給通路２３１ａを通過して第１ガス噴出口２３１ｂを介して第１予混合室２１１に噴出され、それと同時に第１排気ガス再循環管４０１を介して流入される排気ガスの一部と混合されて第１通路２１０の出口に向かって排出される。
それと同時に第２通路２２０を介して空気が流入されて第２通路２２０のスロート部を通過すると、前記スロート部から発生する差圧によって第２ガス供給口２３２を介して流入された燃焼用ガスは第２ガス供給通路２３２ａと第２ガス連結口２３２ｂ及び第２ガス噴出口３６４を介して第２予混合室２２１に噴出され、それと同時に第２排気ガス再循環管４０２を介して流入される排気ガスの一部と混合されて第２通路２２０の出口を介して排出される。
図１０乃至図１２を参照する。設定された負荷が低出力状態である場合、第１開閉部材３２０の羽部３２３は第２通路２２０の横断面方向に水平に配置されて第２通路２２０を介した空気の流れが遮断され、それと同時に第１開閉部材３２０の第１尖端部３２２ａと第２開閉部材３３０の第２尖端部３３２ａが同じ位相に位置されて互いに接触するようになる。この際第２開閉部材３３０は弾性部材３５０の弾性力に耐えて第２ガス連結口２３２ｂ側に移動されて第２開閉部材３３０に結合された気密部材３４０によって第２ガス連結口２３２ｂが塞がれる。
よって、空気とガス及び再循環された排気ガスが第１通路３２０を介してのみ供給され、第２通路２２０を介した空気とガス及び排気ガスの供給は遮断される。この場合、第１通路２１０を介して空気が流入されて第１通路２１０のスロート部を通過すると、前記スロート部から発生する差圧によって第１ガス供給口２３１を介して流入された燃焼用ガスは第１ガス供給通路２３１ａを通過して第１ガス噴出口２３１ｂを介して第１予混合室２１１に噴出され、それと同時に第１排気ガス再循環管４０１を介して流入される排気ガスの一部と混合されて第１通路２１０の出口を介して排出される。
図１３は負荷の変動による熱量の相関関係を示すグラフである。設定された負荷が低出力（１段）であれば第１通路２１０のみが開放され、高出力（２段）であれば第１通路２１０と第２通路２２０が全て開放され、送風機１４０の回転数を制御することで燃焼負荷に対応して均一な空燃比を有する空気と燃焼用ガス及び再循環された排気ガスの混合気を供給することで設定された熱容量が得られる。
前記のように本発明の一実施例では予混合室２００を２段に区画されたベンチュリ構造で構成するが、第１通路２１０は常時開放状態に構成し第２通路２２０は燃焼負荷領域に応じて高出力の際にのみ開放されるように構成すると共に、排気ガスの一部を再循環して空気と燃焼用ガス及び排気ガスが混合された混合気を均一は空燃比で供給することで火炎の温度を下げ、窒素酸化物の排出量を大幅に減らし、完全燃焼によって燃焼効率を向上するだけでなく、高出力から低出力負荷に至る全ての負荷領域で安定した燃焼システムを具現することができる。
前記実施例では予混合室２００が第１通路２１０と第２通路２２０の２段に区画されたベンチュリ構造を例に挙げているが、本発明は図１４に示したように予混合室２００が単一通路のベンチュリ構造に構成されてスロート部にガス供給部２３０と排気ガス再循環管４００が連結されるように構成されてもよく、この場合にもスロート部を通過する空気とガスの差圧に比例して排気ガスが再循環され流入及び混合されて空気と燃焼用ガス及び排気ガスが混合された混合気を均一な空燃比で供給することができる。
１０ 送風機
２０ ガス供給部
２１ ガス供給管
２２ バルブ
３０ バーナー
４０ 燃焼室
５０ 熱交換器
６１ 暖房水環水管
６２ 暖房水供給管
７０ 煙道
１１０ 給気口
１２０ 給気予熱部
１３０ 給気供給管
１４０ 送風機
１５０ 混合気供給管
１６０ 燃焼室
１７０ 熱交換器
１８０ 排気ガス排出部
１９０ 煙道
２００ 予混合室
２０１ 仕切り部材
２１０ 第１通路
２１１ 第１予混合室
２２０ 第２通路
２２１ 第２予混合室
２３０ ガス供給部
２３１ 第１ガス供給口
２３１ａ 第１ガス供給通路
２３１ｂ 第１ガス噴出口
２３２ 第２ガス供給口
２３２ａ 第２ガス供給通路
２３２ｂ 第２ガス連結口
３００ 混合気調節部
３１０ 駆動部
３１１ モータ
３１１ａ 回転軸
３１２ ブラケット
３２０ 第１開閉部材
３２１ 本体
３２１ａ 回転軸結合溝
３２２ 第１カム形状部
３２２ａ 第１尖端部
３２２ｂ 第１底部
３２２ｃ 第１傾斜部
３２３ 羽部
３３０ 第２開閉部材
３３１ 本体
３３２ 第２カム形状部
３３２ａ 第２尖端部
３３２ｂ 第２底部
３３２ｃ 第２傾斜部
３３３ 突出片
３４０ 気密部材
３５０ 弾性部材
３６０ ガイド部材
３６１ 本体
３６２ フランジ部
３６２ａ，３６２ｂ 固定突起
３６３ ガイド溝
３６４ 第２ガス噴出口
４００ 排気ガス再循環管
４０１ 第１排気ガス再循環管
４０２ 第２排気ガス再循環管

Claims (15)

  1. 空気とガスを予め混合する予混合室２００と、前記空気とガスの混合気をバーナー側に供給する送風機１４０と、前記バーナーの点火によって燃焼が行われる燃焼室１６０と、前記燃焼室１６０の燃焼熱を利用して水との熱交換が行われる熱交換器１７０と、前記熱交換器１７０を通過した排気ガスが排気される排気ガス排出部１８０と、を具備した燃焼装置において、
    前記予混合室２００は空気が通過する入口と出口の間に断面積が狭くなるスロート部を具備したベンチュリ形状に形成され、
    前記予混合室２００のスロート部には、燃焼用ガスを供給するガス供給部２３０と、前記熱交換器１７０を通過した排気ガスの一部が前記スロート部を通過する混合気の流量による差圧に比例して流入されるように排気ガス再循環管４００が連結されることを特徴とする、
    燃焼装置。
  2. 前記予混合室２００を通過する空気とガスの流れの通路を開閉して混合気の供給流路を調節する混合気調節部３００を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
  3. 前記予混合室２００は仕切り部材２０１を介在して第１通路２１０と第２通路２２０が両側に分割形成され、前記ガス供給部２３０を介して流入された燃焼用ガスは前記第１通路２１０に連結される第１ガス流入口２３１と前記第２通路２２０に連結される第２ガス流入口２３２に供給され、前記排気ガス再循環管４００は、前記第１通路２１０のスロート部に連結される第１排気ガス再循環管４０１と、前記第２通路２２０のスロート部に連結される第２排気ガス再循環管４０２で構成されることを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。
  4. 前記第１通路２１０の空気及びガスの流れの通路は常時開放状態にあり、前記混合気調節部３００は、前記第２通路２２０を通過する空気の流れの通路と、前記第２ガス流入口２３２を介して前記第２通路２２０に連結されるガスの流れの通路を開閉することを特徴とする請求項３に記載の燃焼装置。
  5. 前記第１ガス流入口２３１と第２ガス流入口２３２は前記第１通路２１０の一側面を貫通して形成され、前記第１通路２１０のスロート部には、前記第１ガス流入口２３１から前記第１通路２１０を横切って前記仕切り部材２０１まで延長される第１ガス供給通路２３１ａと、前記第２ガス流入口２３２から前記第１通路２１０を横切って前記仕切り部材２０１を貫通して前記第２通路２２０に連通される第２ガス供給通路２３２ａが具備され、前記第１ガス供給通路２３１ａには前記第１通路２１０の出口側に向かって第１ガス噴出口２３１ｂが形成され、前記仕切り部材２０１を貫通した第２ガス供給通路２３２ａの端部には前記第２通路２２０側に向かって第２ガス連結口２３２ｂが形成されることを特徴とする請求項４に記載の燃焼装置。
  6. 前記混合気調節部３００は、前記第２通路２２０を通過する空気の流れの通路を開閉する第１開閉部材３２０と、前記第２ガス連結口２３２ｂを開閉する第２開閉部材３３０を含み、前記第１開閉部材３２０と第２開閉部材３３０の開閉動作は連動して同時に行われることを特徴とする請求項５に記載の燃焼装置。
  7. 前記第１開閉部材３２０は、駆動部３１０の回転軸３１１ａに結合されて前記第２通路２２０のスロート部に横方向に配置された本体３２１と、前記本体３２１の外側面に対向するように結合されて前記第２通路２２０のスロート部の開放された横断面に対応する大きさで形成された羽部３２３を含み、前記第２開閉部材３３０は前記第１開閉部材３２０の回転に連動して横方向に往復移動することを特徴とする請求項６に記載の燃焼装置。
  8. 前記第１開閉部材３２０の本体３２１には前記第２開閉部材３３０に向かって突出された第１尖端部３２２ａとその反対方向に凹んだ形状の第１底部３２３ｂが円周方向に沿って９０度間隔に交互に形成され、前記第１尖端部３２２ａと第１底部３２２ｂの間の区間には凹んだ形状の第１傾斜部３２２ｃが形成され、前記第２開閉部材３３０の本体３３１には前記第１尖端部３２２ａと第１底部３２２ｂ及び第１傾斜部３２２ｃに対応する形状の第２尖端部３３２ａと第２底部３３２ｂ及び第２傾斜部３３２ｃが形成され、前記第２開閉部材３３０は弾性部材３５０によって前記第１開閉部材３２０の方に加圧されるように弾性支持されることを特徴とする請求項７に記載の燃焼装置。
  9. 前記第２開閉部材３３０には前記第２ガス連結口２３２ｂを密閉する際に気密を維持するための気密部材３４０が結合されることを特徴とする請求項８に記載の燃焼装置。
  10. 前記第１開閉部材３２０の第１尖端部３２２ａと前記第２開閉部材３３０の第２尖端部３３２ａ間の接触の際には、前記第１開閉部材３２０の羽部３２３は前記第２通路２２０の横断面と平行する方向に配置されて前記第２通路２２０の空気の流れが遮断されると共に、前記第２開閉部材３３０は前記第２ガス連結口２３２ｂに密着されて前記第２ガス連結口２３２ｂを通過するガスの流れが遮断され、前記第１開閉部材３２０の第１尖端部３２２ａと前記第２開閉部材３３０の第２底部３３２ｂ間の接触、及び前記第１開閉部材３２０の第１底部３２２ｂと第２開閉部材３３０の第２尖端部３３２ａ間の接触の際には、前記第１開閉部材３２０の羽部３２３は前記第２通路２２０の横断面と垂直する方向に配置されて前記第２通路２２０が開放されると共に、前記第２開閉部材３３０は前記第２ガス連結口２３２ｂから離隔されて前記第２ガス連結口２３２ｂが開放されることを特徴とする請求項８に記載の燃焼装置。
  11. 前記第２通路２２０のスロート部には前記第２開閉部材３３０と弾性部材３５０が内部に収容されて前記第２開閉部材３３０の往復運動を案内するガイド部材３６０が具備され、前記ガイド部材３６０には前記第２通路２２０の出口側に向かう方向に第２ガス噴出口３６４が形成されることを特徴とする請求項８に記載の燃焼装置。
  12. 前記第２開閉部材３３０の本体３３１の縁には前記弾性部材３５０の一端を維持する突出片３３３，３３３ａ，３３３ｂが円周方向に沿って複数個に具備され、前記ガイド部材３６０には前記弾性部材３５０の他端を支持すると共に前記第２ガス連結口２３２ｂの周縁面に密着されるフランジ部３６２が形成されることを特徴とする請求項１１に記載の燃焼装置。
  13. 前記ガイド部材３６０の内側面には前記複数の突出片３３３，３３３ａ，３３３ｂが水平方向に移動するように案内する複数のガイド溝３６３，３６３ａ，３６３ｂが長さ方向に沿って形成されることを特徴とする請求項１２に記載の燃焼装置。
  14. 前記ガイド部材３６０のフランジ部３６２と前記第２ガス連結口２３２ｂの周縁面には互いに差し込まれて結合される固定突起３６２ａ，３６２ｂと固定溝が形成されて前記ガイド部材３６０が固定されることを特徴とする請求項１２に記載の燃焼装置。
  15. 前記予混合室２００は単一通路のベンチュリ形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
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