KR0148091B1 - 예혼합방식의 고부하,저공해 가정용 가스버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스보일러 등의 가정용 가스연소기기용 버너로 사용되는 버너의 연소표면재질을, 세라믹이나 스테인리스 또는 다공성의 금속섬유직조 조직의 다공체판을 사용한 예혼합방식의 가정용 가스버너에 관한 것으로써, 가스버너의 본체 상면에는 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공체판을 설치하여 다공체판의 표면상에 버너의 주화염이 형성되도록 하고, 연료공급구(1)를 통하여 공급되는 연료가스와 공기유입구(2) 안쪽에 천공된 다수의 노즐구멍으로 분사되는 연료가스가 제1차 혼합실(3)의내부에서 연소용공기와 연료가스가 일정한 비율로 1차 혼합되도록 하고, 제2차 혼합실(4)의 사각측면에 일정하게 천공되어 있는 구멍을 통과하여 제2차 혼합실(4)로 유입되어지도록 하고, 제2차 혼합실(4)로 유입된 혼합가스가 완전한 예혼합가스로 형성되어 일정한 속도로 균일하게 분출되어지도록 한 다음, 버너표면(6)의 직하부에는 연소시에 발생하는 연소소음의 감소효과도 큰 기공율 5-9%인 다공판(5)을 설치하여 예혼합가스가 보다 안정되고 균일하게 버너의 화염이 치우침없이 예혼합가스의 분출속도분포가 일정하게 유지되면서 버너의 연소표면(6)에 공급되고, 가스버너의 연소표면재질을 금속섬유직조 조직인 다공체판을 사용하는 경우 다공판(5)과 버너연소표면(6) 사이에 탄성이 강한 용수철(7)을 설치하여 금속섬유직조 조직인 다공체판이 아래로 쳐지지 않음과 동시에 연소시에 역화현상이 일어나기 어려운 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

예혼합방식의 고부하·저공해 가정용 가스버너

제1도는 본 발명의 가스버너 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연료 공급구 2 : 공기 유입구

3 : 제1차 혼합실 4 : 제2차 혼합실

5 : 다공판 6 : 버너표면

7 : 용수철

본 발명은 가스보일러 등의 가정용 가스연소기기용 버너로 사용되는 버너의 연소표면재질을, 세라믹이나 스테인리스 또는 다공성의 금속석유직조 조직의 다공체판을 사용한 예혼합방식의 가정용 가스버너에 관한 것이다.

지금까지 가정용 가스보일러 등의 가스연소기기에 널리 사용되고 있는 가스버너의 대부분은, 버너의 화염안정성과 역화현상등이 발생할 위험성이 적다는 장점을 지니고 있는 세미분젠식 가스버너를 주로 채용하고 있으나, 이러한 세미분젠식 가스버너는 구조적으로 버너의 화염이 길고, 또 연소에 필요한 공기량이 이론 공기량보다 훨씬 더 많은 량의 과잉공기가 필요하기 때문에 배기가스손실량과 공해물질(NOx, CO, 등)의 배출량이 많을 뿐만 아니라, 가스버너의 설치방향이 모두 상향식으로 제한되어 있기 때문에 연소시에 생생하게 되는 응축열을 이용할 수 없게 되어 가스연소기기의 효율향상과 극대화 등을 기하는 데에는 어느정도 한계성을 지니고 있다는 등의 단점이 있다.

이와같은 단점을 보완하기 위하여, 근래에 직경 50㎛이하의 금속성 섬유조직을 직조로 적충한 후에 진공상태에서 두께가 1-4㎜가 되도록 압축 소결시킨 다공성의 금속섬유직조 조직인 다공체판을 버너의 연소표면재질로 사용하거나 또는 세라믹이나 스테인리스 등을 사용하여 가연성인 예혼합가스를 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공체판 등을 사용한 버너의 연소표면에서 완전연소시킴과 동시에, 그 연소열로서 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공체판인 버너의 연소표면을 가열시킴으로서 버너의 연소표면으로부터 강력하고 균일한 고체복사에너지를 획득할 수 있는 반면에, 연소배기가스의 온도를 저하시킴으로서 배기가스손실량과 공해물질(NOx, CO, 등)의 배출량을 억제시키는 효과를 얻기 위한 구조로 창출됨과 아울러, 연소부하의 범위(턴다운비:TDR)가 기존 일반 가스연소기기의 경우(TDR=20:1)에 비하여 상당히 넓을 뿐만 아니라, 화염안정성도 월등히 우수하고 구조가 간단하여, 가스연소기기의 에너지효율 향상과 소형화를 위한 가정용, 상업용, 산업용 등의 가스버너용 연소표면재질로 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공체판 등을 사용하고 있는 경향에 있다.

특히, 가스버너용 연소표면재질로 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공체판 등을 사용하고 있는 것중에서 다공성의 금속섬유직조 조직인 다공체판의 소재는 열처리효과에 의하여 버너 뒷면의 온도가 착화온도이하로 낮아지기 때문에, 이를 가스버너의 연소표면재질로 사용하여 예혼합가스를 연소시키는 경우에는 버너화염이 다공체판의 작은 구멍을 통하여 역류할 우려성이 없다는 안전한 소재로 알려져 있어, 다공성의 금속섬유직조 조직인 다공체판을 이용한 가스버너는 역화현상 등에 대한 별도의 대책이 필요로 하지 않는다는 등의 장점이 있다.

그러나, 이와 같이 가스버너의 연소표면재질을 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공체판 등을 사용할 경우에 있어서는 연료가스와 공기를 혼합시켜 주는 예혼합기의 구조가 커지게 되고, 또 구조가 다소 복잡하여 지기 때문에 예혼합기내에서의 압력손실증대로 인하여 송풍저항이 증대하게 될 뿐만 아니라, 또 이로 인하여 연소시에 일부 고부하영역에서 이상소음이 발생하거나 또는 가스버너의 주화염이 불안정해 지는 등의 문제점이 야기되고 있는 경우가 상당히 많다.

또한, 예혼합가스를 연소시키는 가스버너는 화염길이가 짧고 적은 과잉공기량만으로도 연소성능이 좋아지기 때문에, 배기가스 손실량이 적고 공해배출량(NOx, CO, 등)이 적을 뿐만 아니라 버너의 설치방향을 수직이나 또는 하향식으로도 설치가 가능하기 때문에, 배기가스온도를 낮추어, 이때 생성하는 응축수의 잠열을 흡수할 수 있도록 설계하고, 또 저온부식에 견딜 수 있는 내식성재질을 사용할 경우에는 보일러의 효율을 극대화시킬 수 있으나, 기존의 가스연소기기용으로 널리 사용되고 있는 세미분젠식 가스버너에서 예혼합가스를 연소시키는 경우에 있어서는 연소시에 역화현상이 발생할 위험성이 따르는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 선행 기술의 문제점을 보완하여 보다 안전한 설계가 이루어질 수 있도록 구상한 예혼합방식의 고부하·저공해 가정용 가스버너를 제공하는것에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가스버너의 본체 상면에 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공체판을 설치하여 다공체판의 표면상에 버너의 주화염이 형성되도록 하고, 연료공급구(1)를 통하여 공급되는 연료가스와 공기유입구(2) 안쪽에 천공된 다수의 노즐구멍으로 분사되는 연료가스가 제1차 혼합실(3)의 내부에서 연소용 공기와 연료가스가 일정한 비율로 1차 혼합되도록 하고, 제2차 혼합실(4)의 사각 측면에 일정하게 천공되어 있는 구멍을 통과하여 제2차 혼합실(4)로 유입되어지도록 하고, 제2차 혼합실(4)로 유입된 혼합가스가 완전한 예혼합가스로 형성되어 일정한 속도로 균일하게 분출되어지도록 한다음, 버너표면(6)의 직하부에는 연소시에 발생하는 연소소음의 감소효과도 큰 기공율 5-9%인 다공판(5)을 설치하여 예혼합가스가 보다 안정되고 균일하게 버너의 화염이 치우침없이 예혼합가스의 분출속도분포가 일정하게 유지되면서 버너의 연소표면(6)에 공급되고, 가스버너의 연소표면재질을 금속섬유직조 조직인 다공체판을 사용하는 경우 다공판(5)과 버너연소표면(6) 사이에 탄성이 강한 용수철(7)을 설치하여 금속섬유직조 조직인 다공체판이 아래로 쳐지지 않음과 동시에 연소시에 역화현상이 일어나기 어려운 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기와 같은 특징으로 구성되어지는 본 발명은 기존 가스버너의 구조를 제작성이 용이하도록 구상함과 동시에 가스버너내에 있어서 압력강하가 적은 구조가 되도록 하였을 뿐만 아니라, 또 버너화염의 안정성과 균일성을 향상시키고 연소시에 발생하는 소음도 감소시킴과 아울러, 기존 가스버너에 비하여 보다 더 소형인 구조로 고안하여 가스버너의 전체성능이 향상되어지도록 하였으며, 또 연소용 공기나 연료가스가 한쪽으로 치우쳐서 흐르게 되면 부분마다 당량비가 달라지게 되어 결국에는 버너표면의 화염도 치우치게 되는 결과를 초래하게 되어 버너의 연소성능이 나빠지게 되므로, 가능한한 짧은 길이와 적은 공간에서 혼합가스 흐름상에 치우침이 발생되지 않고 연료와 공기가 완전히 혼합되도록 구상하였을 뿐만 아니라, 버너제작시의 제작편리성도 함께 고려한 것으로써,

이하 본 발명을 첨부도면에 연계하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 본 발명의 가스버너 구조도로써, 연료공급구(1), 공기 유입구(2), 제1차 혼합실(3), 제2차 혼합실(4), 다공판(5), 버너표면(6) 및 용수철(7)로 구성되어 지며, 연료공급구(1)를 통하여 공급되는 연료가스는 공기유입구(2)의 안쪽에 천공되어 있는 다수의 노즐구멍으로부터 분사되어지며, 송풍기로부터 공급되는 연소용 공기는 공기유입구(2)로부터 유입되어 연소용 공기와 연료가스가 일정한 비율로 혼합되어지도록 유체의 흐름상에 변화를 줄 뿐만 아니라, 또 일종의 챔버역활을 할 수 있도록 설계되어진 제1차 혼합실(3)의 내부에서 연소용 공기와 연료가스가 일정한 비율로 1차 혼합되어진 다음에, 제2차 혼합실(4)의 사각측면에 일정하게 천공되어 있는 구멍을 통과하여 제2차 혼합실(4)로 유입되어지도록 구상하고, 제2차 혼합실(4)로 유입되어진 혼합가스는 완전한 예혼합 가스로 형성되어진 후에 일정한 속도로 균일하게 분출되어지도록 구상함과 동시에, 버너표면(6)의 직하부에는 연소시에 발생하는 연소소음의 방지효과가 큰, 기공율 5-9%인 다공판(5)을 설치하므로서 예혼한가스가 보다 더 안정되고 균일하게, 또 버너의 연소표면상에서 화염이 어느 한쪽으로 치우침없이 예혼합가스의 분출속도분포가 일정하게 유지되도록 설계하였다.

여기서, 가스버너의 연소표면재질을 금속섬유직조 조직의 다공체판으로 사용할 경우에는 소화시에 연소표면재질이 열변형을 일으켜 중앙부위가 아래로 쳐지게 되므로 다공판(5)과 버너표면(6) 사이에 탄성이 강한 용수철(7)을 설치하여 금속섬유직조 조직의 다공체판이 열변형으로 인하여 아래로 쳐지지 않도록 구상하였다.

일반적으로, 예혼합가스를 사용하는 연소기에 있어서는 버너의 표면이 천공되어진 형태인 것을 주로 사용하고 있는 경우에는 단위면적당 고부하상태로 연소되어지도록 유도하기 위하여 버너의 연소표면소재로 사용되고 있는 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직의 다공체판이 천공되어진 형태의 다공판을 주로 사용하고 있기 때문에 연소시에 소음이 발생하게 되는 문제점이 초래될 수 있으므로, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로서 버너의 연소표면으로부터 분출되는 혼합연료가스의 분출속도분포를 일정하게 유지 해 주는 효과가 있을 뿐만 아니라 연소소음의 감소에도 많은 효과가 나타나도록 다공판(5)을 특수하게 설계 제작하였다.

상술한 바와 같은 본 발명은 종래의 가스버너에 비하여 압력강하 및 열손실이 적은 구조가 되도록 설계하고, 또 버너화염의 안정성과 균일성을 향상시킴과 아울러 종래의 가스버너의 형상보다도 더욱 소형인 구조로 설계함과 동시에 연소시에 역화하기 힘들고, 또 가공성도 용이하다는 등의 잇점이 있을 뿐만 아니라, 전체적으로 버너의 제반성능이 크게 향상됨과 동시에 화염이 안정됨으로 인하여 연소시에 발생하는 연소소음도 크게 감소될 수 있도록 구상하였으며, 단위면적당 입열부하가 1,500KW/㎡이하의 예혼합방식의 가스연소기에 더욱 적합하며, 상업용 또는 산업용으로 그 응용이 가능한 것이다.

Claims (1)

1. 가스버너 본체 상면에 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직의 다공체판을 설치하여 다공체판의 표면상에 버너의 주화염이 형성되도록 하고, 연료공급구(1)를 통하여 공급되는 연료가스와 공기유입구(2) 안쪽에 천공된 다수의 노즐구멍으로 분사되는 연료가스가 제1차 혼합실(3)의 내부에서 연소용공기와 연료가스가 일정한 비율로 1차 혼합되도록 하고, 제2차 혼합실(4)의 사각측면에 일정하게 천공되어 있는 구멍을 통과하여 제2차 혼합실(4)로 유입되어지도록 하고, 제2차 혼합실(4)로 유입된 혼합가스가 완전한 예혼합가스로 형성되어 일정한 속도로 균일하게 분출되어지도록 한 다음, 버너표면(6)의 직하부에는 연소시에 발생하는 연소소음의 감소효과도 큰 기공율 5-9%인 다공판(5)을 설치하여 예혼합가스가 보다 안정되고 균일하게 버너의 화염이 치우침없이 예혼합가스의 분출속도분포가 일정하게 유지되면서 버너의 연소표면(6)에 공급되고, 가스버너의 연소표면재질을 금속섬유직조 조직인 다공체판을 사용하는 경우 다공판(5)과 버너연소표면(6) 사이에 탄성이 강한 용수철(7)을 설치하여 금속섬유직조 조직인 다공체판이 아래로 쳐지지 않음과 동시에 연소시에 역화현상이 일어나기 어려운 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 예혼합방식의 고부하 저공해 가정용 소형 가스버너.