KR100229759B1 - 액체연료 연소장치 - Google Patents

Abstract

연소기의 구조를 복잡하게 하는 일 없이, 소화 직후의 악취를 적게 할수 있는 액체연료 연소장치를 얻는다.

소화 동작시에 액체연료와 연소용 공기의 감소비율을 비슷하게 하는 것으로, 화염의 블로우 오프가 발생하기 어려워지고, 타다 남은 연료를 감소시킨다. 또한 소염(消炎)후, 다시 연소용 송풍기(24)를 가동시킴으로써 연소용 공기로 타다 남은 연료를 배기한다. 또한, 소염시에 대류팬(43)에서 공급되는 대류용 공기를 제로로 하는 것으로, 악취를 연소통내에서 확산시킨 후, 대류팬(43)을 재기동시켜 온풍 분출구(44)로 배기한다.

Description

액체연료 연소장치

본 발명은 기화한 액체연료와 연소용 공기를 미리 혼합하여 연소시키는 액체연료 연소장치에 관한 것이다.

도 11은 예를들면 일본국 특개평 5-14951호 공보에 나타난 종래의 액체연료 연소장치의 단면도이고, 도 11에서 (1)은 액체연료를 기화시키기 위한 방을 형성하는 기화기, (2)는 그 기화기(1)의 측벽에 매설되고 그 기화기(1)를 가열하는 전열 히터이다. (3)은 기화기(1)의 상부에 결합 고정된 조임부, (4)는 그 조임부(3)의 상부에 설치된 버너 헤드, (5)는 그 버너 헤드(4)의 측벽에 설치된 복수의 화염구멍이다. 그리고, (6)은 화염구명(5)의 외주면에 밀착하여 바깥으로 감긴 철망, (7)은 버너 헤드(4)의 상부에 비치된 캡, (8)은 버너 헤드(4) 및 캡(7)을 조임부(3)에 고정하기 위한 특수 나사이다.

(9)는 버너 헤드(4) 내에 설치되고 바닥면에 복수의 구멍을 가지는 혼판이고, 이 혼합판(9)은 기화한 액체연료를 정류한 후 복수의 화염구명(5)으로부터 분출시키는 것이다. (10)은 기화기(1)의 상부에 버너 헤드(4)를 둘러싸도록 부착된 고리형상의 보염(保炎) 링이다.

(11)은 기화기(1)의 측벽에 설치되고 기화기(1) 내에 개구되어 있는 노즐이며, 이 노즐(11)은 연소용 송풍기(도시하지 않음)에 연통한 공기 공급관(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또한, 노즐(11)은 입구부(11a), 테이퍼부(11b) 및 스로트(11c)로 구성되어 있다. (12)는 노즐(11)과 동축상에, 또한 선단부의 연료공급구(2a)가 스로트(11c)로부터 돌출하도록 배치된 연료공급관이며,연료탱크(도시하지 않음)의 액체연료는 연료펌프(도시하지 않음)에 의해 기화기(1)에 공급되도록 구성되어 있다.

이어서 동작시에 대하여 설명한다. 전열 히터(2)에 통전함으로써 액체 연료의 기화에 필요한 온도(200~300℃)까지 기화기(1)가 예열된다.

예열 완료후, 연소용 송풍기로부터 공기 공급관에 보내어진 연소용 공기가 노즐(11)로부터 기화기(1)에 공급된다. 또한, 연료공급관(12)으로부터는 1차 공기비(=공급공기량/이론공기량)가 착화시 최적이 되는 양의 액체연료가 기화기(1)에 공급된다.

공급된 액체연료는 연소용 공기의 흐름에 따라 미립화되고, 예열된 기화기(1)의 내벽면에서 기화한다. 기화한 액체연료는 조임부(3)를 통과할 때에 다시 연소용 공기와 미리 혼합되어 농도분포가 균일해진다. 이후, 기화연료와 연소용 공기의 예혼합기(豫混合氣)는 혼합판(9) 바닥면의 복수개의 구멍을 통과하는 것으로 정류되고, 혼합판(9)의 측벽의 효과로 버너 헤드(4)의 상하방향의 유속분포가 균일하게 된다.

예혼합기는 버너 헤드(4)의 화염구멍(5) 위에서 점화장치(도시하지 않음)에 의해 착화되어, 1차 화염(14) 및 2차 화염(15)을 형성한다. 또 연소개시 후는 보염 링(10)등에 의해 화염으로부터 열 회수가 행해짐으로써 기화기(1)가 가열되기 때문에 전열히터(2)로의 입력은 불필요해진다.

그런데, 이러한 연소장치의 소화시에는 연료펌프와 연소용 송풍기로의 전압의 인가를 동시에 해제한다. 이 경우에는 연료펌프는 거의 순간적으로 정지하는데 비하여, 연소용 송풍기는 전압의 인가를 정지하더라도 그 타성 때문에 서서히 회전수를 감소시켜 수초후에 정지한다.

따라서, 연료의 감소는 도 12의 실선으로 나타내는 바와 같이 상당히 빠르고, (T_o)시에 연료펌프로의 통전을 정지하면 기화 때문에 약간은 지연되는데 발열량은 (T₁)시에 제로가 된다.

한편, 연소용 공기의 감소는 연료와 비교하면 느리고, 파선과 같이 (T₂)시에 공급이 정지된다. 이런 종류의 연소기에서는 소화의 (T_o)시에서 (T)시까지는 연소용 공기와 연료의 비율, 즉 1차 공기비가 가연범위에 있기 때문에 연소는 계속되지만, (T)시 이후가 공기과잉이 되기 때문에 화염은 블로우오프(blow off)를 발생한다. 이와 같이, 이 양자의 감속도의 불균형에 의해 소화시의 1차 공기비가 순간적으로 증가하여 화염이 꺼지기 때문에, 도 12의 사선부의 타다 남은 연료가 실내에 배출된다. 이때, 타다 남은 연료의 일부가 연소장치의 고온부에 접촉하여 부분 산화하고, 알데히드 등의 물질이 생성되기 때문에, 자극을 동반하는 불쾌한 냄새가 난다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 일본국 실공평 3-45010호 공보와 같이, 소화시의 1차 공기비를 일정하게 하고, 연소량을 통상 연소 이하까지 극력 적게 하는 방법을 생각하게 되었다. 도 13은 상기 실용신안공보의 실시예에 기재된 기화관방식의 연소기이다. 이 도 13에서는 기화기 히터(2)로 기화된 연료가 노즐(31)로부터 버너(32)에 분출되고, 화염입구(6)에서 외부로 나와 연소에 이른다. 이 경우에, 연소용 공기는 기화연료가 노즐(31)로부터 분출할 때에, 이젝터효과로 주위로부터 빨아들인다.

이러한 구성으로 연소량을 변화시키는데에는 펌프(21)에 의한 연료의 송유량을 변화시킨다. 한편, 연소용 공기는 이젝터효과로 빨아들여지기 때문에, 노즐(31)로부터 분출하는 연료에 비례하여 증감한다. 따라서, 소화시에 연소량을 감소시키면 1차 공기비가 거의 일정한 채로 화염이 작아지고, 버너(32) 표면에 접근한다. 화염이 버너(32)에 근접하면 화염으로부터 버너(32)로의 열 이동량이 증가하고 화염이 냉각되어 소염(消炎)한다. 그리고, 화염이 없어진 시점 혹은 그것에 가까운 시점에서 솔레노이드 밸브(33)를 닫는다.

이러한 구성의 연소기에서는 연료와 연소용 공기를 각각 독립으로 가변할 수 없기 때문에, 솔레노이드 밸브(33)를 닫은 시점에서 연료와 연소용 공기의 양쪽 공급이 정지하고, 소염시의 버너(32) 내의 혼합기는 배기되지 않아, 타다 남은 그대로가 된다. 따라서, 이 경우에는 타다 남은 연료는 도 12의 것과 비교하여 조금은 감소되는데, 이 타다 남은 혼합기가 그후 서서히 버너(32)로부터 외부로 확산되기 때문에, 불쾌한 냄새가 장시간 계속해서 발생한다.

또한, 소화시의 악취의 다른 개선방법으로서, 일본국 실공소 61-30035호 공보 및 실공소 62-29809호 공보에 나타나 있는 것과 같은 소화시에 연소용 공기의 일부를 벗어나게 하고, 소화시 화염의 블로우 오프를 발생하기 어렵게 하는 방법이 강구되었다. 구체적으로는 상기 실공소 62-29809호 공보의 경우에는 연소용 공기의 송풍로 도중에 밸브를 설치하여, 소화시에 연소용 공기의 일부를 외부로 도망가게 하는 것이다. 이 경우의 소화시의 연료와 연소용 공기의 모습은 도 14와 같이 된다. 소화 초기의 (T_o)시에 연소용 공기를 파선과 같이 감소시키기 때문에, 블로우 오프가 생기는 1차 공기비가 되는 시각(T)이 늦어지고, 도 12의 것과 비교하여 작은 연소량까지 블로우 오프가 발생되지 않게 된다. 따라서 타다 남은 연료가 약간 감소한다.

그러나, 이들의 경우는 연소용 송풍기 및 연료펌프의 정지방법이 종래와 같기 때문에, 연소용 공기 및 연료가 제로가 될 때까지의 시간(도 14의 (T_o~T₁)사이 및 (T_o~T₂)사이)이 종래와 동일하며,사선부의 타다 남은 연료의 저감효과는 작고, 소화 직후에 자극을 동반하는 냄새가 장시간 계속된다.

이와 같은 방법에서는 사선부의 타다 남은 연료를 적게 하기 위해서는 외부로 벗어나게 하는 연소용 공기의 비율을 많게 하면 좋지만, 이 경우는 연소용 공기가 감소한 시점에서 연료 과잉상태가 되기 때문에, 황염(黃炎)이나 그을음의 발생이 있다. 또한, 이들 실시예에서는 연소용 공기를 벗어나게 하기 위한 기구가 필요해지기 때문에, 연소기 주변의 구조가 복잡해진다.

종래의 액체연료 연소장치는 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 소화시에 배출되는 악취를 효율적으로 저감시킬 수 없는 문제점이 있으며, 또한 연소장치가 대형화· 고비용화하는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 이상과 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 연소기의 구조를 복잡하게 하지 않으며, 넓은 연소량의 범위에서 소화 직후의 냄새가 적고, 악취가 장시간 계속되지 않는 액체연료 연소장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

제1도는 본 발명의 실시예 1을 나타내는 액체연로 연소장치의 구성도.

제2도는 본 발명의 실시예 1에서 연소용 공기 감소의 모습을 나타내는 설명도.

제3도는 본 발명의 실시예 1에서의 연소용 송풍기에 브레이크를 가하는 경우의 전원파형도.

제4도는 본 발명의 실시예 1에서의 소화후의 연소용 공기를 재공급하는 경우의 연소용 공기 증가의 모습을 나타내는 설명도.

제5도는 본 발명의 실시예 1과 종래 장치의 악취배출을 나타내는 설명도.

제6도는 본 발명의 실시예 2를 나타내는, 소화후의 연소용 공기의 재공급을 늦춘 경우의 연소용 공기 증가의 모습을 나타내는 설명도.

제7도는 본 발명의 실시예 3을 나타내는, 소화후의 연소용 공기의 증가 속도를 작게 한 경우의 연소용 공기 증가의 모습을 나타내는 설명도.

제8도는 본 발명의 실시예 4를 나타내는 석유 팬히터의 단면도.

제9도는 발명의 실시예 4에서의 소화후의 대류용 공기의 감소 및 증가의 모습을 나타내는 설명도.

제10도는 본 발명의 실시예 4와 종래 장치의 악취배출을 나타내는 설명도.

제11도는 종래의 액체연료 연소장치의 연소기부분을 나타내는 단면도.

제12도는 종래의 액체연료 연소장치에서 소화시의 연료 및 연소용 공기 감소의 모습을 나타내는 설명도.

제13도는 종래의 다른 연소기 예를 나타내는 단면도.

제14도는 종래의 연소기에서의 연료 및 연소공기 감소의 모습을 나타내는 설명도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 기화실 4 : 버너헤드

12 : 연료공급관(연소용 공기송풍 경로)

21 : 연료펌프(연료공급수단)

22 : 연료탱크 24 : 연소용 송풍기

25 : 제어회로 42 : 연소통

43 : 대류팬

본 발명은 연소기의 구조를 복잡하게 하지 않으며, 넓은 연소량의 범위에서 소화 직후의 냄새가 적고, 악취가 장시간 계속되지 않는 액체연료 연소 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관련된 액체연료 연소장치는 소화 동작시에 액체연료 공급량의 감소와 연소용 공기공급량의 감소비율을 비슷해지도록 연료공급수단 및 연소용 송풍기중 적어도 어느 한쪽을 제어하는 동시에, 소염후, 연소용 송풍기를 재기동하도록 제어회로를 구성한 것이다.

또한, 본 발명은 소화 동작시에 상기 연소용 송풍기의 제어에 의한 연소용 공기의 감소에 수반하여, 상기 대류 팬을 제어하여 급속 정지시키고, 대류용 공기를 감소시켜 제로로 하는 동시에, 소정 시간후, 재기동시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예 1을 도면에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 액체연료 연소장치를 나타내는 구성도이다. 또한, 도 11에 나타내는 종래예와 동일 또는 상당부분에는 동일부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 1에 있어서, (21)은 종래예에서도 이용된 액체연료를 공급하는 연료펌프(연료공급수단)이며, 이 연료펌프(21)의 한쪽 끝은 연료탱크(22) 안에 위치하고, 다른 끝은 연료공급관(12)에 접속되어 있다.

또한, (23)은 노즐(11)에 접속되고 연소용 공기를 공급하는 공기공급관(연소용 공기공급 경로), (24)는 연소용 송풍기이다. (25)는 연료펌프(21)와 연소용 송풍기(24)를 제어하기 위해 설치된 제어회로이다.

이어서 동작에 대해 설명한다. 연소개시(착화)의 동작은 종래예와 거의같다. 기화기(1)가 소정 온도(200~300℃)까지 가열되면, 연소용 송풍기(24)가 회전하여, 연소에 필요한 공기량이 기화기(1)에 공급된다. 점화장치(도시하지 않음)를 작동시킨 후, 연료펌프(21)에서 액체연료의 공급을 개시한다.

기화기(1) 내에 분출된 액체연료는 기화면에서 기화하고, 연료용 공기와 혼합되어 예혼합기가 된다. 이 예혼합기는 조임부(3) 및 혼합판(9)을 통화하고 버너 헤드(4)의 화염구멍(5)부분에서 착화되어 1차화염(14) 및 2차화염(15)을 형성한다. 연소된 가스는 대류팬(도시하지 않음)으로부터의 공기와 혼합하여 실내 난방 등에 이용된다.

소화시에 사용자가 전원스위치(도시하지 않음)를 오프시켜 소화동작을 행하면, 제어회로(25)는 연료펌프(21)로의 전압의 인가를 정지한다. 이 경우의 연료펌프(21)의 정지방법은 종래와 같으며 연료의 감소는 도 2의 실선과 같이(T_o~T₁)시간에서 제로가 된다. 이것은 종래예의 도 12와 같은 감소속도이다.

한편, 연소용 공기에 관해서는 예를들면 연소용 송풍기(24)의 구동전원이 교류인 경우에는 구동회로를 제어회로(25)안에서 절환하고, 교류전원을 도 3으로 나타내는 반파정류(半波整流)하는 등의 수단에 의해 연소용 송풍기(24)에 브레이크를 걸어 공기유량을 감소시킨다. 이때의 연소용 공기의 유량은 도 2의 파선으로 나타내는 바와 같이, 도12의 종래예와 비교하여 단시간에 제로가 된다.

따라서, 연소용 공기가 연료의 감소속도와 거의 같아지도록(T₁=T₂)접근하는 것으로 1차 공기비가 일정한 채로 연소량이 감소된다.

그리고, 연소량이 작아짐에 따라 1차 화염(14)이 버너 헤드(4)에 근접하기 때문에 1차 화염(14)이 버너 헤드(4)로 냉각되고, 이 냉각량이 연소량을 상회한 시점(도 2의 시가(T))에서 화염이 소염된다. 이 경우의 타다 남은 연료는 도 2의 사선으로 나타내는 부분이며, 도 12의 종래예와 비교하여 상당히 적어 진다.

더욱이, 화염이 꺼진 시점(T점)에 있어서 연소용 송풍기(24)를 재기동 시켜 연소용 공기를 공급한다. 이 경우의 연소용 공기의 유량은 도 4로 나타내는 파선과 같이 된다. 이것에 의해 버너 헤드(4) 내에 약간 남은 미연소량은 연소용 공기로 배기되어, 자극을 동반하는 불쾌한 냄새가 적고 악취가 장시간 계속되지 않아 상당히 유효하다.

이 경우의 대표적인 악취측정 결과가 도 5이다. 도 5에서는 악취의 대소를 나타내는 지표인 탄화수소(Hydrocarbon=HC) 농도를 나타내고 있다. 종래의 소화방법에서는 도 12로 나타낸 바와 같은 다량의 타다 남은 연료가 있기 때문에 탄화수소는 도 5의 파선과 같이 소화 직후에 고농도를 나타내는 것과 비교하여 본 실시예 1에 의한 소화방법에서는 도 2로 나타낸 바와 같이, 타다 남은 연료가 상당히 적고, 소화 직후에 배출되는 악취는 도 5의 실선(A)부분으로 나타내는 바와 같이 극히 적으며, 종래비 1/5정도까지 저하한다.

단, 이 경우에는 타다 남은 연료가 제로가 되어 있지 않은데, 소화직후에 연소용 송풍기(24)를 재기동시킴으로써 연소용 공기가 기화기(1)에 공급되므로, 기화기(1) 내에 약간 잔류한 연료를 곧 확산시키기 때문에 이 연소용 송풍기(24)의 재기동 직후에 배출되는 악취는 도 5의 실선 (B)부분으로 나타내는 바와 같이 적고 종래비 1/3정도까지 저하한다.

도 4에서는 연소용 송풍기(24)의 재기동을 화염이 꺼진 시점(T점)에서 행하는 경우에 대해 설명했는데 도 6으로 나타내는 바와 같이 연소용 송풍기(24)의 재기동을 화염이 꺼진 시전(T점)으로부터 수초후(T_2,T₃점)에 행한 경우라도, 상기 실시예 1과 같은 효과가 얻어지는 것 이외에, 도5중 실선 (B)부분을 시간적으로 뒤쪽으로 비켜 놓을 수 있기 때문에 (A)부분과의 간격을 둘수 있어 보다 악취를 엷게 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 7로 나타내는 바와 같이 연소용 송풍기(24)의 재기동시에 기동속도를 제어함으로써 연소용 공기의 증가속도를 바꾸도록 해도 되며, 이 경우는 도 5중 실선 (B)부분의 상승 구배를 완만하게 하여, 상기 실시예 1과 같은 효과를 얻을 수 있다.

이어서 본 발명의 실시예 4에 대해 설명한다. 이 경우도 기본구성은 상기 실시예 1과 같은데 제어회로(25)의 제어가 일부 다르며, 소화시에 도 8안에 나타내는 대류팬(43)을 제어하여 대류용 공기의 공급량을 도 9의 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 제어한다. 즉, 소화동작시에 액체연료 공급량의 감소에 대응하여 연소용 공기의 공급량을 감소시키는 동시에 대류팬(43)에 브레이크를 걸어 소염하는 (T)시에 대류용 공기의 공급량을 소정 시간 제로로 유지한 후, (T₄)시에 대류팬(43)을 재기동시킨다.

이와 같이 대류용 공기의 공급량을 변화시키면, 도 5중 실선 (A)로 나타낸 소염시에 발생하는 악취중 (A)부분은 도 8안에 나타난 연소통(42) 내로 확산된 후, 케이싱(41) 위쪽 공간으로 확산되기 때문에, 온풍 분출구(44)로부터 배출되는 악취는 도 10중 실선으로 나타낸 (A₁)부분과 같이 감소된다. 그후, 연소용 송풍기(24)의 재기동에 의해 발생되는 도 5중 실선 (B)부분의 배출 피크는 대류팬(43)의 재기동에 의한 대류공기에 의해 온풍 분출구(44)로부터 배출되기 때문에 도 10중 (B₁)부분과 같이 변화한다. 이것에 의해 소화 직후에 배출되는 악취는 (A₁)부분에서 종래비 1/10정도, (B₁)부분에서 1/5도까지 저감된다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면 소화동작시에 액체연료 공급량의 감소에 대응하여 연소용 공기의 공급량을 감소시키는 동시에 화염의 소염후, 연소용 송풍기를 재기동시켜 기화기 내에 공기를 공급하도록 했기 때문에 소화를 행하는 연소량에 관계없이 소화동작중의 혼합기 농도가 가연범위에 있고, 종래와 같은 화염의 블로우 오프가 발생하지 않으며, 화염은 연소량이 극히 작아진 시점에서 소염하여 타다 남은 연료를 감소시킬 수 있다. 또한 약간 타다 남은 연료도 효율적으로 배기할 수 있기 때문에, 연소기의 구조를 복잡하게 하지 않으며 저비용으로 소화 직후에 자극을 동반하는 냄새를 적게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 소화동작시에 액체연료 공급량의 감소에 대응하여 연소공기의 공급량을 감소시키는 동시에, 대류팬을 소염시에 정지시키는 것으로, 배출된 악취를 연소통안에서 확산시킨 후에, 대류팬을 재기동시키도록 했기 때문에, 연소기의 구조를 복잡하게 하지 않고 저비용으로 소화직후의 자극을 동반하는 악취를 적게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 액체연료를 공급하는 펌프 등의 연료공급수단과, 연소용 공기를 공급하는 연소용 송풍기와, 상기 연소용 송풍기와 상기 연료공급수단을 제어하는 제어회로와, 공급된 액체연료를 기화시키는 기화기와, 기화한 액체연료와 연소용 공기의 예혼합기를 연소시키는 버너 헤드와, 상기 버너 헤드에 형성되는 화염을 덮도록 배치된 연소통과, 연소가스를 실내에 확산시키는 대류 팬을 갖는 액체연료 연소장치에 있어서, 상기 제어회로는 소화동작시에 상기 연소용 송풍기 및 상기 연료공급수단을 제어하고, 연소용 공기와 액체연료의 감소비율을 비슷하게 하여 소염시키는 동시에, 소염후, 상기 연소용 송풍기를 재기동시키는 것을 특징으로 하는 액체연료 연소장치.
2. 제1항에 있어서, 소화동작시에 상기 연소용 송풍기의 제어에 의한 연소용 공기의 감소에 수반하여, 상기 대류 팬을 제어하여 급속 정지시키고, 대류용 공기를 감소시키는 동시에, 소정 시간후, 재기동시키는 것을 특징으로 하는 액체연료 연소장치.