JP6058155B2 - 給湯器用デュアルベンチュリ - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼機器用デュアルベンチュリに関し、より詳しくは、給湯器のバーナー側に供給されるガス及び空気の量を調節し、ターンダウン比を高められるようにモーターとダンパーを結合し、モーターの駆動によってダンパーが回転してダンパーが空気及びガスの流入口を同時に開放または遮断することにより、効率的な熱量制御が可能な燃焼機器用デュアルベンチュリに関する。
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等の燃焼機器は、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、及び給湯器に区別され、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、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)が用いられる。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した後、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、ガスの量を可変調節可能な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燃焼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がより便利になる。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では、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)の形態で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)を制限する基本的事項は、ガス消費量(Q)と差圧(ΔP)との関係であり、一般に流体の差圧と流量との関係は以下のとおりである。
Figure 0006058155
すなわち、上記の関係式から分かるように流体の流量を2倍に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。したがって、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ということに問題がある。
このようなガス供給圧力を無限に増加できないという問題を解決するために、図1に示すように、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)を高める方法が開示されている。
韓国特願10−2011−84417号
上記特許文献は、本出願人によって先に出願された発明であって、図1を参照すると、空気供給管13の一端側に2つに分岐されるガス供給管12が結合され、前記空気供給管13の内側に、それぞれ別個の分岐機構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の上下運動を通じてガス流路116と空気流路118とを開閉する。これにより、ボイラーを低出力モード及び高出力モードに制御することができ、ターンダウン比を向上可能な流路分離型ガス−空気混合装置を図示する。
しかしながら、上述した流路分離型ガス−空気混合装置の場合、第一に、空気流路118が円筒状からなる1つの流路を分岐機構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、空気の流入量がより多く必要となる場合であっても、空気流路118を拡張することができず、これによって高いターンダウン比を実現することができないという課題がある。
第二に、それぞれのガス流路115、116の面積が同一であり、ガス差圧が生じないことから、ターンダウン比を効率的に高められないという課題がある。
第三に、上述したガス−空気混合装置を製造する場合、射出またはダイカスト加工により製造されるので、製造時に寸法及び精度の誤差が大きくなる。このため、加工時のバリ等の発生により、バリを除去する後工程を追加しなければならないという課題がある。
第四に、燃焼機器の容量に応じて必要な負荷熱量が異なるので、容量に応じてガス−空気混合装置を製造しなければならず、製品設計におけるデザインコストが増えて製造コストが上昇するという課題がある。
本発明は、上記の課題を解決するために発明されたものであって、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2段階に制御できるように、開閉手段を備える。この開閉手段は、モーターとダンパーから構成される。モーターの駆動によってダンパーが回転され、第2の空気及びガスの流入口を同時に開放または遮断することで、空気及びガスの量を制御することができる燃焼機器用デュアルベンチュリ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、一実施例において、本発明の燃焼機器用デュアルベンチュリは、一端側がターボファンと結合される排出部が形成され、内側にガス及び空気が流れるように所定空間が形成されるハウジングと、前記ハウジングの内側で第1の隔壁によって区画される空気供給部であって、第1の空気供給部と、中間に開閉孔が形成される第2の空気供給部とに分離形成される空気供給部と、前記ハウジングの一側面に形成され、第2の隔壁によって区画されるガス供給部であって、前記第1の空気供給部と連通する第1のガス供給部と、前記開閉孔によって前記第2の空気供給部と連通する第2のガス供給部とを備えるように形成されるガス供給部と、前記ガス供給部の側面に形成され、1次ガス及び2次ガスが同時に流入するように構成されるガス流入口であって、前記第1のガス供給部側に形成される1次ガス流入口と、第2のガス供給部に形成される2次ガス流入口とを備えるように構成されるガス流入口と、燃焼機器が低熱量を必要とする場合、前記第2の空気供給部に流入する2次空気と、前記第2のガス供給部に流入する前記2次ガスの流れを遮断し、前記燃焼機器が高熱量を必要とする場合、前記第2の空気供給部と前記第2のガス供給部と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の空気供給部の中間に備えられ、前記第2の空気供給部を通じて流入する空気及び第2のガス供給部を通じて流入する前記2次ガスを、モーターの駆動によって回転されるダンパーにより遮断または通過させる開閉部を含む。
一実施例において、前記開閉部は、中心部に形成され、前記モーターのモーター軸と結合される軸孔と、前記軸孔の縁端領域に突出形成される2つ以上の凸部と、前記凸部に対して陥没形成される凹部とを備え、前記凸部と前記凸部とが交互に形成されるダンパーと、前記凸部及び前記凹部にそれぞれ対応するように凸部及び凹部が形成され、前記ダンパーの回転により前記前記凸部及び前記凸部の尖端部が互いに接触することで前進後退する移動体と、前記移動体の一端部に結合され、前記移動体の前進後退運動に応じて前記開閉孔を開閉し、前記第2のガス供給部を通じて流入する前記2次ガスを開放または遮断するバルブと、前記ダンパーと前記移動体との間に備えられ、前記バルブが前記開閉孔を開放した後、遮断するときに、弾性力を以て復元力を有する第1のスプリングと、を含む。
一実施例において、前記バルブは、前記ダンパーが回転することで前記移動体が前記ダンパー側に復帰して開閉孔を遮断するときに、前記移動体が迅速に復帰できるようにするために第1の隔壁に配設される第2のスプリングをさらに含む。
一実施例において、前記バルブは、前記開閉孔と前記バルブとの間の機密性を保持するためのシーリング部材をさらに含む。
一実施例において、前記第1の空気供給部及び第2の空気供給部には、それぞれの内側に燃焼時に必要な熱量負荷に応じて空気の量を調節することができるように脱着が可能な負荷調節用内部ハウジングをさらに含む。
本発明の燃焼機器用デュアルベンチュリによれば、第一に、燃焼機器において必要な高熱量及び低熱量を制御することができるので、燃料費を節減できる効果がある。第二に、第1の空気供給部及び第2の空気供給部に必要な負荷に応じて脱着可能に内側に内部ハウジングを結合している。これにより、異なる負荷に応じて内部ハウジングだけを交換して用いることができる。燃焼機器ごとに必要とする負荷熱量に応じて柔軟に対処することができるので、製品設計、デザイン費用を削減して経済性を高める効果がある。第三に、デュアルベンチュリの部品が簡素化され、製品製作のための設計時間の短縮、製作期間の短縮及び製品の故障時の修理を簡素化する効果がある。第四に、1次ガス及び2次ガスの流入口を別個の構造として分けて構成する必要がないので、デュアルベンチュリの構造を簡素化する効果がある。
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デュアルベンチュリの態様を示す斜視図である。 図2のA−A線断面図である。 図2に備えられるガス供給部の内部模様を示めすための斜視図である。 図3に備えられるダンパーの内部模様を示す斜視図である。 移動体の模様を示す斜視図である。 本発明の燃焼機器用デュアルベンチュリの作動状態を説明するための図である。
本発明の理解のために、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更することができ、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ではない。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。したがって、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を部分的に拡大して表現している場合もある。各図面において、同じ部材には同じ参照符号を付して図示する。また、公知の機能及び構成に関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デュアルベンチュリについて詳細に説明する。
図2は本発明の燃焼機器用デュアルベンチュリを示す斜視図であり、図3は図2のA-A線の断面図であり、図4は図2に備えられるガスハウジングの内部模様を示すための斜視図であり、図5(a)は図3に備えられるダンパーの内部模様を示す斜視図であり、図5(b)は移動体の模様を示す斜視図であり、図6は本発明の燃焼機器用デュアルベンチュリの作動状態を説明するための図面である。
図2乃至図6を参照すると、本発明の燃焼機器用デュアルベンチュリは、その一端側にターボファン(図示せず)と結合される排出部300が形成され、内側にガス及び空気が流れるように所定空間が形成されるハウジング500が備えられる。
前記ハウジング500の内側に第1の隔壁130により区画され、第1の空気供給部110と第2の空気供給部120とに分離される空気供給部100が形成される。
一方、図3及び図4に示すように、ガス供給部610が、前記ハウジング500の一側面に形成され、第2の隔壁613により区画される。第1のガス供給部611は前記第1の空気供給部110と連通し、第2のガス供給部612は開閉孔121によって前記第2の空気供給部120と連通するように形成される。すなわち、前記ガス供給部610は一体に形成され、第2の隔壁613によって1,2次ガスが完全に分離されるため、従来の1,2次ガス流路をそれぞれ別途に設計する必要がなく、製造コストが節減する。
また、前記ガス供給部610の側面に1次ガス及び2次ガスが同時に流入するように構成される。1次ガス流入口601は前記第1のガス供給部611側に形成され、2次ガス流入口602は第2のガス供給部612側に形成されるように構成されるガス流入口600が形成される。
一方、第2の空気供給部120の中間には開閉手段400が結合される。前記開閉手段400は、第2の空気供給部120と第2のガス供給部612を通じて流入する空気及びガスの流れを遮断する一方、高熱量が必要な場合には、第2の空気供給部120と第2のガス供給部612を開放させるようにして、燃焼機器から要求される熱量負荷に応じて熱量を調節することができる。
前記開閉手段400に対して図3乃至図6を参照してより詳細に説明する。前記第2の空気供給部120の中間に備えられ、前記第2の空気供給部120及び前記第2のガス供給部612を通じて流入する空気及びガスをモーター410の駆動によって回転されるダンパー430により遮断または通過させる開閉部420が構成される。
前記開閉部420には、中心部に軸孔431が形成され、かつ前記モーター410のモーター軸411と結合され、前記軸孔431の縁端領域に突出形成される2つ以上の凸部432と、前記凸部432に対して相対的に陥没形成される凹部433とが交互に形成されるダンパー430が備えられる。
また、前記ダンパー430の凸部432と凹部433にそれぞれ対応するように、凸部442と凹部443が形成された移動体440が備えられる。この移動体440は、前記ダンパー430の回転により前記それぞれの凸部432,442の尖端部が互いに接触して前進後退するように構成されている。
一方、前記移動体440の一端部には、前記移動体440の前進後退運動に応じて前記開閉孔121を開閉して、第2の空気供給部120及び前記第2のガス供給部612を通じて流入する空気及びガスを開放または遮断するバルブ444が結合される。
また、前記ダンパー430と移動体440との間には、第1のスプリング451が介在する。第1のスプリング451は、その弾性力を以て、前記バルブ444が開閉孔121を開放した後、遮断されるときに復元力を発揮する。
一方、前記バルブ444は、前記ダンパー430が回転して前記移動体440がダンパー430側に復帰して開閉孔121が遮断されるとき、移動体440が迅速に復帰できるようにするために第1の隔壁130に配設される第2のスプリング452をさらに備えることができる。
また、前記バルブ444は、前記開閉孔121とバルブ444との間に機密性を保持するためにシーリング部材445をさらに備えることができる。したがって、燃焼機器の低熱量駆動の際に、2次ガスの供給を完璧に遮断することができる。
上述の第1の空気供給部110及び第2の空気供給部120は、それぞれの内側に、燃焼時に必要な熱量負荷に応じて空気の量を調節することができるように、脱着可能な負荷調節用内部ハウジング112、122をさらに備えることができる。すなわち、熱量負荷に応じて多様な体積からなる内部ハウジング112、122が脱着可能に構成される。
したがって、容量の小さい燃焼機器を製作する場合、別個のデュアルベンチュリを設計することなく、上述の第1の空気供給部110及び第2の空気供給部120の内側の、燃焼機器に必要な体積の小さい内部ハウジング112、122だけを交換することができるので、経済性が高くなる。
以下、上記のように構成される本発明の燃焼機器用デュアルベンチュリの作動状態について説明する。
先ず、給湯器において1次ガスと1次空気のみが供給される作動は、図3に示すように、前記開閉部420のダンパー430が、第2の空気供給部120の空気及びガスが流れる方向に対して水平に回転して第2の空気供給部120を遮断する。同時に、移動体440の凹部443とダンパー430の凸部432とが、移動体440の凸部442とダンパー430の凹部433とが、互いに当接した状態になる。この際、前記移動体440のバルブ444が前記開閉孔121を遮断しているため、2次ガスの流入が遮断され、前記ダンパー430が前記第2の空気供給部120に水平になるように回転した状態であるため、2次空気の流入が遮断される。この場合、前記ガス流入口600には1次及び2次ガスが同様に流入されるが、前記バルブ444が第2の空気供給部120に形成される開閉孔121を遮断しているため、2次ガスの流入も遮断される。
したがって、前記第1のガス供給部611及び第1の空気供給部110のみを通じて空気とガスが混合された混合気がターボファンへ流入するので、燃焼機器を低熱量に駆動することができる。
一方、燃焼機器を高熱量に駆動するためには、図6に示すように前記モーター410に電源を印加して前記ダンパー430を90度回転させると、ダンパー430が前記第2の空気供給部120の長手方向と一致するように回転される。
同時に、前記ダンパー430が回転すると、内側に形成される凸部432及び凹部433も共に回転するので、前記ダンパー430及び移動体440それぞれの凸部432,442(尖端部)が互いに当接し、前記ダンパー430の回転により移動体440が押されて前進することになる。
この際、移動体440の後端に結合されたバルブ444が、前記シーリング部材445から離間すると、第2のガス供給部612を通じて流入された2次ガスが前記開閉孔121へ流入し、この2次ガスは前記第2の空気供給部120へ流入される2次空気と混合される。これによって、上述の第1の空気供給部110及び第1のガス供給部611を通じて流入する空気及びガスを混合し、より多い混合気が生成してターボファンへ流入されるので、燃焼機器を高熱量に駆動することができる。ここで、前記ダンパー430及び移動体440の間に第1のスプリング451が介在するので、その弾性力によってそれぞれの凸部432,442は互いに接触を保持することができる。
その後、再び燃焼機器を低熱量に駆動するためには、前記モーター410を駆動してダンパー430を更に90度回転させれば、図3に示す状態となり第2の空気供給部120及び開閉孔121が遮断され燃焼機器が低熱量に駆動することになる。ここで、前記第1の隔壁130及び移動体440の間には第2のスプリングが介在するので、ダンパー430が回転して第2の空気供給部120が閉鎖される際、移動体440及びダンパー430の各凸部432、442及び凹部433,443がそれぞれ噛合うように復元力を高める。
以上で説明した本発明の燃焼機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、より多様な変形例及び均等な他の実施例が可能であることが分かるであろう。また、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は明らかである。本発明の技術的保護範囲は、添付の特許請求範囲の技術的思想に基づいて定められるべきであり、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例と均等例、及び代替例をも含むものとして理解されるべきである。
100 空気供給部
110 第1の空気供給部
112 内部ハウジング
120 第2の空気供給部
121 開閉孔
122 内部ハウジング
130 第1の隔壁
300 排出部
400 開閉手段
410 モーター
411 モーター軸
420 開閉部
430 ダンパー
431 軸孔
432 凸部
433 凹部
440 移動体
442 凸部
443 凹部
444 バルブ
451 第1のスプリング
452 第2のスプリング
500 ハウジング
600 ガス流入口
601 1次ガス流入口
602 2次ガス流入口
610 ガス供給部
611 第1のガス供給部
612 第2のガス供給部
613 第2の隔壁

Claims (6)

  1. 一端側がターボファンと結合される排出部300が形成され、内側にガス及び空気が流れるように所定空間が形成されるハウジング500と、
    前記ハウジング500の内側で第1の隔壁130によって区画される空気供給部100であって、第1の空気供給部110と、中間に開閉孔121が形成される第2の空気供給部120とに分離形成される空気供給部100と、
    前記ハウジング500の一側面に形成され、第2の隔壁613によって区画されるガス供給部610であって、前記第1の空気供給部110と連通する第1のガス供給部611と、前記開閉孔121によって前記第2の空気供給部120と連通する第2のガス供給部612とを備えるように形成されるガス供給部610と、
    前記ガス供給部610の側面に形成され、1次ガス及び2次ガスが同時に流入するように構成されるガス流入口600であって、前記第1のガス供給部611側に形成される1次ガス流入口601と、第2のガス供給部612に形成される2次ガス流入口602とを備えるように構成されるガス流入口600と、
    燃焼機器が低熱量を必要とする場合、前記第2の空気供給部120に流入する2次空気と、前記第2のガス供給部612に流入する前記2次ガスの流れを遮断し、前記燃焼機器が高熱量を必要とする場合、前記第2の空気供給部120と前記第2のガス供給部612とを開放する開閉手段400と、を含み、
    前記開閉手段400は、
    中心部に形成された軸孔431を通じてモーター410と結合され、前記軸孔431の縁端領域に突出形成される2つ以上の凸部432と、前記凸部432に対して陥没形成される凹部433とを備え、前記凸部432と前記凹部433とが交互に形成され、前記モータ410の駆動によって回転しながら第2の空気供給部120を通じて流入する空気を遮断または通過させるダンパー430と、
    前記凸部432及び前記凹部433にそれぞれ対応するように凸部442及び凹部443が形成され、前記ダンパー430の回転により前記凸部432及び前記凸部442の尖端部が互いに接触することで前進後退する移動体440と、
    前記移動体440の一端部に結合され、前記移動体440の前進後退運動に応じて前記開閉孔121を開閉し、前記第2のガス供給部612を通じて流入する前記2次ガスを開放または遮断するバルブと、
    前記ダンパー430と前記移動体440との間に備えられ、前記バルブ444が前記開閉孔121を開放した後、遮断するときに、弾性力を以て復元力を有する第1のスプリング451と、を含むことを特徴とする燃焼機器用デュアルベンチュリ。
  2. 前記開閉手段400は、前記第2の空気供給部120の中間に備えられ、前記第2の空気供給部120を通じて流入する空気及び第2のガス供給部612を通じて流入する前記2次ガスを、前記ダンパー430により遮断または通過させる開閉部420を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃焼機器用デュアルベンチュリ。
  3. 前記バルブ444は、前記ダンパー430が回転することで前記移動体440が前記ダンパー430側に復帰して開閉孔121を遮断するときに、前記移動体440が迅速に復帰できるようにするために第1の隔壁130に配設される第2のスプリング452をさらに含むことを特徴する請求項に記載の燃焼機器用デュアルベンチュリ。
  4. 前記バルブ444は、前記開閉孔121と前記バルブ444との間の機密性を保持するためのシーリング部材445をさらに含むことを特徴とする請求項に記載の燃焼機器用デュアルベンチュリ。
  5. 前記バルブ444は、前記開閉孔121の閉鎖時に外側から供給されるガス圧力により前記開閉孔121を加圧して閉鎖するように、前記開閉孔121の外側に設けられることを特徴とする請求項または請求項に記載の燃焼機器用デュアルベンチュリ。
  6. 前記第1の空気供給部110及び前記第2の空気供給部120には、それぞれの内側に燃焼時に必要な熱量負荷に応じて空気の量を調節し、容量別にTDR(Turn−Down Ratio:ターンダウン比)を変更できるように脱着可能な負荷調節用内部ハウジング112、122をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の燃焼機器用でデュアルベンチュリ。
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