KR0161104B1 - 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, 가스버너 본체의 상면에 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공체판을 설치하여 다공체판의 표면상에 주화염이 형성되도록 하고, 제1차 혼합실내에 경사판(4)을 설치하여 연료공급구(1)을 통하여 공급되는 연료가스와 공기구(2)를 통하여 공급되는 연소용 공기가 제1차 혼합실(3) 내부에서 일정한 비율로 잘 혼합된 후 경사판(4)과 1차 혼합실(3)의 상부공간을 통과하여 벤츄리관(7) 외부의 측면공간(5)을 활용하여 유체의 흐름에 변화를 주어 혼합성능을 향상시키고, 이 혼합가스가 벤츄리관 하부의 안정실(6)로 유입된 후 벤츄리관(7)을 통과하여 버너표면(9)의 직하부에 기공율 5-9%의 다공판(8)을 거친 후 예혼합가스가 안정되고 균일하게 치우침없이 분출속도분포가 일정하게 유지되며 버너의 연소표면(9)에 공급되고, 가스버너의 연소표면재질을 금속섬유직조 조직인 다공체판을 사용하는 경우 다공판(8)과 버너연소표면(9) 사이에 탄성이 강한 용수철(10)을 설치하여 금속섬유직조 조직인 다공체판이 아래로 쳐지지 않음과 동시에 연소시에 역화현상이 일어나기 어려운 구조로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

예혼합방식의 고부하·저공해 가정용 가스버너

제1a도는 본 발명의 가스버너 구조도.

제1b도는 본 발명의 일부 구조 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연료 공급구 2 : 공기 유입구

3 : 1차 혼합실 4 : 경사판

5 : 측면 공간 6 : 안정실

7 : 벤츄리관 8 : 다공판

9 : 버너연소표면 10 : 용수철

본 발명은 가스보일러 등의 가정용 가스연소기기용 버너로 사용되어 버너의 연소표면재질을 세라믹이나 스테인리스 또는 다공성의 금속섬유직조 조직의 다공판을 사용한 예혼합방식의 가정용 가스버너에 관한 것이다.

종래에는 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 공기량 보다 훨씬 더 많은량의 과잉공기가 필요하기 때문에 배기 가스손실량과 공개물질(NOx, CO등)의 배출양이 많을 뿐만 아니라, 가스버너의 설치방향이 모두 상향식으로 제한되어 있기 때문에 연소시에 생성하게 되는 응축열을 이용할 수 없게 되어 가스연소기기의 효율향상과 극대화 등을 기하는데에는 어느정도 한계성을 지니고 있다는 등의 단점이 있다.

이와 같은 단점을 보완하기 위하여 근래에 직경 50μm 이하의 금속성 섬유조직을 직조로 적층한 후에 진공상태에서 두께가 1-4mm가 되도록 압축 소결시킨 다공성의 금속섬유조직 조직인 다공판을 버너의 연소표면재질로 사용하거나 또는 세라믹이나 스테인리스등을 사용하여 가연성인 예혼합가스를 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공판 등을 사용한 버너의 연소표면에서 완전연소시킴과 동시에, 그 연소열로서 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직 다공판인 버너의 연소표면을 가열시킴으로서 버너의 연소표면으로부터 강력하고 균일한 고체복사에너지를 획득할 수 있는 반면에, 연소배기가스의 온도를 저하시킴으로서 배기가스손실량과 공해물질(NOx, CO등)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, 화염안 정성도 월등히 우수하고 구조가 간단하여, 가스연소기기의 에너지 효율 향상과 소형화를 위한 가정용, 상업용, 산업용 등의 가스버너용 연소표면재질로 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공판 등을 사용하고 있는 경향에 있다.

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

그러나, 이와같이 가스버너의 연소표면재질을 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공판 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, 이로 인하여 연소시에 일부 고부하영역에서 이상소음이 발생하거나 가스버너의 주화염이 불안정해지는 등의 문제점이 야기되고 있는 경우가 상당히 많다.

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

본 발명은 상기와 같은 선행기술의 문제점을 보완하여 안전한 설계가 이루어질 수 있도록 구상한 예혼합방식의 고부하·저공해의 가정용 가스버너를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가스버너 본체의 상면에 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직인 다공판을 설치하여 다공판의 표면상에 주화염이 형성되도록 하고, 1차 혼합실내에 경사판(4)을 설치하여 연료공급구(1)을 통하여 공급되는 연료가스와 공기구(2)를 통하여 공급되는 연소용 공기가 1차 혼합실(3) 내부에서 일정한 비율로 잘 혼합된 후 경사판(4)과 1차 혼합실(3)의 상부공간을 통과하여 벤츄리관(7) 외부의 측면 공간(5)을 활용하여 유체의 흐름에 변화를 주어 혼합성능을 더욱 향상시키고 이 혼합가스가 벤츄리관(7) 외부의 측면공간(5)을 활용하여 유체의 흐름에 변화를 주어 혼합성능을 더욱 향상시키고, 이 혼합가스가 임의 방향으로 치우침없이 벤츄리관(7) 내부로 유입되도록 하기 위하여 제1b도와 같이 측면과 상면에 직사각형의 공기 유통 구멍이 뚫린 직사각형의 안정실(6)을 두어 혼합가스가 측면구멍으로 유입되어 상부 구멍을 거친후 벤츄리관(7)을 통과하고 버너연소표면의 직하부에 기공을 5-9%의 다공판(8)을 거친후 예혼합가스가 안정되고 균일하게 치우침없이 분출속도분포가 일정하게 유지되며 버너의 버너연소표면(9)에 공급된다.

가스버너의 연소표면재질은 금속섬유조직 조직인 다공판을 사용하는 경우 다공판(8)과 버너연소표면(9) 사이에 탄성이 강한 용수철(10)을 설치하여 금속섬유직조 조직인 다공판이 아래로 쳐지지 않음과 동시에 연소시에 역화현상이 일어나기 어려운 구조로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기와 같이 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 전체 성능이 향상되어지도록 하였으며, 또 연소용 공기나 연료가스가 한쪽으로 치우쳐서 흐르게 되면 부분마다 당량비가 달라지게 되어 결국에는 버너연소표면의 화염도 치우치게 되는 결과를 초래하게 되어 버너의 연소성능이 나빠지게 되므로, 가능한한 짧은 길이와 적은 공간에서 혼합가스 흐름상에 치우침이 발생되지 않고 연료와 공기가 완전히 혼합되도록 구성하였을뿐만 아니라, 버너제작시의 제작편리성도 함께 고려한 것이다.

이하 본 발명을 첨부도면에 연계하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 가스버너 구조도로써, 연료공급구(1), 공기유입구(2), 1차 혼합실(3), 경사판(4), 측면공간(5), 측면과 상면에 직사각형 구멍이 뚫린 안정실(6), 벤츄리관(7), 다공판(8), 버너연소표면(9) 및 용수철(10)로 구성되어지며, 연료공급구(1)를 통하여 공급되는 연료가스는 1차 혼합실(3)에 수평으로 설치된 가스관의 상부에 뚫린 다수의 노즐구멍(11)으로 분사되고 송풍기로부터 공급되는 연소용 공기는 공기유입구(2)로부터 유입되어 1차 혼합실(3) 내부에서 연소용 공기와 연료가스가 일정한 비율로 1차 혼합되도록 하고, 연소용 공기와 연료가스의 혼합가스가 충분히 잘 혼합되도록 하여 혼합성능을 향상시키기 위해 경사판(4)을 설치하여 혼합가스인 유체가 단면의 수축 팽창을 하도록 흐름상에 변화를 준다.

또, 벤츄리관(7) 외부의 측면공간(5)을 활용하여 유체의 흐름에 변화를 주어 혼합성능을 더욱 향상시키고, 이 혼합가스가 임의 방향으로 치우침없이 벤츄리관(7) 내부로 유입되도록 하기 위하여 제1b도와 같은 직사각형의 안정실(6)을 두어 혼합가스가 측면구멍으로 유입되어 상부 구멍을 거친후 벤츄리관(7)을 통과하여 버너연소표면으로 유출되므로서 연료가스와 연소용 공기가 완전히 혼합될 뿐만 아니라 일정한 속도로 균일하게 분출되어진다.

버너연소표면(9)의 직하부에 연소시의 연소소음 방지 효과도 큰 기공을 5-9%의 다공판(8)을 설치하여 예혼합가스가 더욱 안정되고 균일하게 치우침없이 분출속도분포가 일정하게 유지되며 버너연소표면(9)에 공급된다.

여기서, 가스버너의 연소표면재질을 금속섬유직조 조직의 다공판으로 사용할 경우에는 소화시에 연소표면재질이 열변형을 일으켜 중앙부위가 아래로 쳐지게 되므로 다공판(8)과 버너연소표면(9) 사이에 탄성이 강한 용수철(10)을 설치하여 금속섬유직조 조직의 다공판이 열변형으로 인하여 아래로 쳐지지 않는다.

이때, 벤츄리관(7)의 최소단면적은 연료가스의 분출속도가 정상적인 운전범위에서 5∼15m/s가 되도록 구성함과 동시에, 버너연소표면(9)에서 분출되는 연료가스의 분출속도가 버너의 모든 표면에 걸쳐서 균일하게 분출되어질 수 있다.

일반적으로, 예혼합가스를 사용하는 연소기에서 버너표면이 구멍뚫린 형태인 것을 사용하는 경우에는 단위면적당의 고부하연소를 유도하기 위하여 버너표면소재인 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 다공판이 구멍뚫린진 형태인 것을 사용하였기 때문에 연소시에 소음이 발생하는 문제가 초래될 수 있으므로 본 발명에서는 이를 해결하기 위한 방법으로서 버너의 표면으로부터 연료가스의 분출속도 분포를 일정하게 해주는 효과가 있을 뿐만 아니라 소음감소에도 많은 효과가 나타나도록 다공판(8)을 채택하였다.

상술한 바와같은 본 발명은 종래의 가스버너에 비하여 압력강하 및 열손실이 적은 구조가 되도록 구성하고, 또 버너화염의 안정성과 균일성을 향상시킴과 아울러 종래의 가스버너의 형상보다도 더욱 소형으로 구성함으로서 제작비를 줄일 수 있으며 동시에 역화되지 않고, 또 제작시 가공도 용이하다는 등의 잇점이 있을 뿐만 아니라, 버너의 전체성능이 크게 향상되고 화염의 안정에 의하여 연소소음도 크게 감소될 수 있어 가정용, 상업용 및 산업용에 있어서도 그 활용 효과가 기대되는 것이다.

Claims (1)

1. 가스버너 본체의 상면에 세라믹이나 스테인리스 또는 금속섬유직조 조직 다공판(8)을 설치하고 그 아래에 벤츄리관(7)을 설치하며 1차 혼합실(3) 옆에 측면공간(5)이 형성되게 경사판(4)을 설치하고 경사판(4)의 옆이며 공기구(2)의 상단에는 노즐구멍(11)이 형성된 연료공급구(1)를 설치하고 벤츄리관(7) 하부에는 측면과 상면에 직사각형 구멍이 뚫린 안정실(6)을 설치하며 상기한 금속섬유직조 조직 다공판(8)과 버너연소표면(9) 사이에 탄성이 강한 용수철(10)을 설치한 것을 특징으로 하는 예혼합방식의 고부하·저공해 가정용 소형 가스버너.