KR100282355B1 - 가스연소기 드레프트 튜브의 연소 안정화 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스연소기의 버어너부에 관한 것으로서, 상기 버어너부의 드레프트 튜브를 구성하는 각 스월깃의 구조를 개선하여 상기 드레프트 튜브내로 공급되어 연소실 내로 토출되는 공기와 상기 드레프트 튜브내로 분출되어 연소실 내로 토출되는 가스의 혼합을 적절히 행할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 연소용 공기가 드레프트 튜브를 구성하는 튜브몸체(21) 내로 공급됨과 함께 가스가 노즐(10)을 통해 상기 튜브몸체 내로 토출되고, 상기 튜브몸체에는 연소용 공기와 가스를 서로 혼합하면서 연소실(4) 내로 안내하도록 다수의 슬릿공(22)이 형성되며, 상기 튜브몸체의 각 슬릿공 근접부에는 연소실 내로 안내되는 혼합가스의 토출방향을 결정하도록 스월깃(50)이 형성된 것에 있어서, 상기 각 스월깃은 각 슬릿공을 통한 혼합가스 토출방향이 튜브몸체 내로 공급되는 연소용 공기의 회전 방향에 대하여 역방향을 이루도록 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 가스연소기 드레프트 튜브의 연소 안정화 구조.

Description

가스연소기 드레프트 튜브의 연소 안정화 구조{structure for stability of burning of draft-tube in gas combustor}

본 발명은 가스연소기에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 가스연소기 버어너부를 구성하는 드레프트 튜브의 각 슬릿공을 통해 연소실 내로 토출되는 외부 공기가 가스와 원활히 혼압될 수 있도록 하는 가스연소기 드레프트 튜브의 연소 안정화 구조에 관한 것이다.

일반적으로 가스연소기는 연료인 가스(일반적으로 도시가스(LNG)를 주로 사용)를 연소시킴에 따라 얻어지는 연소열을 이용해 찬공기를 더운공기로 열교환시키면서 실내를 난방하는 난방기기이다.

상기와 같은 가스연소기는 도시한 도 1 및 도 2 와 같이 본체(1)의 전면 하부에 외부 공기가 흡입되는 흡입그릴(2)이 설치되어 있고, 상기 본체의 전면 상부에는 기내에서 열교환된 공기가 토출되는 토출그릴(3)이 장착되어 있다.

상기 본체 내에는 혼합가스가 연소되는 연소실(4)이 설치되어 있고, 상기 본체 내의 하부에는 송풍팬(5a)이 설치된 팬하우징(5)이 고정되어 있다.

또한, 상기 연소실내에는 공기와 가스를 혼합함과 함께 상기 혼합된 가스를 착화하여 화염을 발생시키는 버어너부가 가스공급관(6)에 연결된 상태로 설치되어 있고, 상기 연소실의 상부측에는 상기 버어너부에 의해 연소된 가스가 이동하면서 본체내로 흡입된 찬공기를 그 연소열에 의해 더운공기로 열교환시켜 주는 열교환기(7)가 설치되어 있다.

이 때, 상기 열교환기의 상부에는 본체 내부로 흡입된 찬공기를 연소열에 의해 더운공기로 열교환시키고 난 연소가스를 외부로 배출시켜 주는 가스배출관(8)이 연결되어 있고, 버어너부에는 상기 가스배출관과 일체로 이루어진 상태로 연소에 필요한 외부공기를 공급하도록 공기공급팬을 구비한 공기공급관(9)이 설치되어 있다.

따라서, 기기를 실내의 적소에 지지시킨 상태에서 사용자가 난방모드를 선택하면, 먼저 공기공급관(9) 내에 설치된 공기공급팬(9a)이 콘트롤러(도시는 생략함)의 제어신호를 받아 회전하므로 외부 공기를 흡입하게 되고, 이렇게 흡입된 공기는 공기공급팬(9a)의 회전이 계속되는 동안 버어너부를 통해 연소실(4) 내로 들어간 다음 계속해서 열교환기(7)를 지나 가스배출관(8)을 통해 다시 실외로 빠져나가는 프리 퍼지 과정을 수분동안 수행한다.

상기에서 프리 퍼지 과정을 수분동안 수행하는 것은, 연소실(4) 내에 남아있는 잔존가스를 외부로 완전히 배출시켜 후술하는 작용에서 연료인 가스가 상기 연소실에서 초기 연소될 때 잔존가스에 의한 연소실의 폭발 위험성을 미연에 차단하기 위함이다.

이와 같이 하여 프리퍼지 과정이 수행되고 나면, 공기공급팬(9a)은 계속해서 회전하면서 외부 공기를 흡입하여 버어너부로 공급함과 동시에 가스공급관(6)에 설치된 가스밸브(6a)가 콘트롤러(도시는 생략함)의 제어신호를 받아 열리므로 연료인 가스가 상기 가스공급관을 통해 버어너부 내부로 공급되고, 이렇게 공급된 공기 및 가스는 버어너부에 의해 적절히 혼합된 상태로 점화되어 결국, 연소실(4) 내에서 화염을 발생시키게 된다.

이렇게 버어너부를 통해 연소실로 분사되는 혼합가스가 착화되면 연소가 행하여 지므로 연소열이 발생되고, 이 때 발생된 연소열은 상기 연소실의 상부에 연결된 열교환기(7)를 가열시킨 다음 열교환기의 일측에 연결된 가스배출관(8)을 통해 실외로 빠져나간다.

한편, 연료인 가스가 연소실(4)에서 연소될 때 본체(1) 내에 고정된 팬하우징(5) 내의 송풍팬(5a)이 모터(도시는 생략함)의 구동력을 받아 회전하므로 송풍력이 발생되고, 이에 따라 실내의 공기가 상기 본체의 전면 하부에 설치된 흡입그릴(2)을 통해 본체(1) 내부로 흡입된 다음 송풍팬의 계속적인 회전에 따라 상기 본체 내의 상부로 이동하고, 이 이동하는 공기는 열교환기(7)를 지나면서 연소열에 의해 열교환되어 더운 공기로 바뀌어진 다음 상기 본체의 전면 상부에 설치된 토출그릴(3)을 통해 실내로 토출되므로 실내가 이 토출되는 더운 공기로 인해 난방이 되는 것이다.

상기와 같은 가스연소기의 각 구성부분중 버어너부는 외부에서 공급된 연소공기와 가스를 서로 혼합하여 연소실로 분사하고, 이렇게 분사되는 혼합가스가 상기 연소실(4)에서 연소되도록 불꽃을 점화시켜 주는등 중요한 역할을 행하게 된다.

이하, 상기 버어너부의 구성 및 작용을 도시한 도 3 및 도 4 를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 버어너부는 크게 가스공급관(6)을 통해 공급되는 가스를 분출시켜 주도록 복수개의 가스분출공(11)이 그 끝단 외주면을 따라 형성된 노즐(10)과, 상기 노즐의 각 가스분출공(11)을 통해 분출되는 가스와 외부로 부터 유입된 공기를 서로 혼합한 후 상기와 같이 혼합된 가스를 연소실(4)내로 안내하는 드레프트 튜브(draft tube)(20)와, 상기 노즐에 그 일단이 고정된 상태로 다른 일단이 상기 드레프트 튜브의 전면을 관통하여 연소실 내로 그 일부가 돌출되도록 설치된 염검지봉(30) 및 점화플러그(40)로 구성된다.

이 때, 상기 드레프트 튜브(20)는 튜브몸체(21)와, 상기 튜브몸체의 전면에 방사상으로 형성된 다수의 슬릿공(22)과, 상기 연소실 내측에 위치한 튜브몸체 전면의 각 슬릿공(22) 외측에 일체로 형성된 스월깃(23)으로 구성된다.

상기에서 각 슬릿공(22)은 노즐(10)에 형성된 각 가스분출공(11)의 가스토출 방향에 대응하도록 방사상으로써 각각 형성되어 있고, 슬릿공(22)에 일체로 된 스월깃(23)은 드레프트 튜브(20) 내로 공급되는 공기의 유동방향에 대하여 순방향을 이루도록 일정각도를 이루면서 형성되어 있다.

이 때, 상기 스월깃은 토출되는 혼합가스가 회전력을 가지도록 함으로써 가스와 공기의 혼합이 잘 되도록 하여 원활한 연소가 이루어지도록 하는 역할을 행하게 된다.

따라서, 버어너부를 구성하는 드레프트 튜브(20) 내부로 공기공급팬(9a)의 회전에 의해 외부 공기가 유입됨과 함께 가스공급관(6)으로부터 전달된 가스가 노즐(10)의 각 가스분출공(11)을 통해 분출되는 과정에서 상기 외부 공기와 가스가 서로 혼합된 상태로써 튜브몸체(21)의 전면에 형성된 각 슬릿공(22)의 스월깃(23)에 안내를 받아 연소실(4) 내부로 토출된다.

이 때, 상기 각 스월깃은 각 슬릿공을 통해 토출되는 혼합가스(공기+가스)가 회전하면서 토출될 수 있도록 공급되는 공기와 동일한 방향을 향하도록 형성되어 있음과 함께 동일한 각도로 기울어져 있는데, 이는 드레프트 튜브 내로 공급되는 공기가 그 순방향으로써 원활히 연소실 내로 토출할 수 있도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 혼합가스가 연소실(4) 내로 분사되면 노즐의 상부에 고정된 점화플러그(40)가 작동하여 불꽃을 발생시키므로 상기 연소실 내로 분사되는 혼합가스가 착화되어 연소된다.

이 때, 상기 점화플러그와 함께 노즐(10)의 상부에 고정되어 있는 염감지봉(30)이 착화초기의 불꽃염을 감지하여 콘트롤러(도시는 생략함)에 입력하면 상기 콘트롤러는 입력된 염감지값과 기 입력된 염기준값을 비교하고, 이 비교상태에 이상이 없으면 혼합가스가 정상적으로 착화되었다고 판단하여 점화플러그(40)에 의한 더 이상의 불꽃발생을 중단시키도록 콘트롤러를 제어하게 된다.

한편, 상기와 같은 동작(연소)가 원활히 이루어지기 위해서는 버어너부 내로 공급되는 외부 공기와 가스와의 혼합을 항상 일정하게 유지시켜야 한다.

하지만, 일반적인 드레프트 튜브의 구조로는 공기의 공급이 가스와의 혼합비에 비하여 더욱 많이 이루어짐에 따라 결국, 과도 공기의 공급으로 인해 원활한 연소가 이루어지지 않게 되었다.

이는, 상기 드레프트 튜브의 전면 각 슬릿공에 일체화된 각 스월깃의 혼합가스 유동 안내 방향이 외부 공기가 공급되는 방향과 동일한 순방향을 이루도록 구성되어 있기 때문에 상기 외부 공기는 분사된 가스와 충분한 혼합을 행하지 못한 상태로써 연소실내로 토출되기 때문이다.

즉, 공기공급관에 설치된 공기공급팬의 회전에 따라 드레프트 튜브 내로 공급되는 공기의 운동방향이 시계방향을 이루고 있음을 가정한다면, 상기 각 슬릿공에 일체화된 스월깃 역시 시계방향을 향하도록 이루어져 있음에 따라 노즐의 각 가스분출공을 통해 분출되는 가스의 흐름에 비해 상기 회전기류를 이루면서 각 스월공으로 토출되는 공기의 흐름이 더욱 원활히 이루어지게 되어 결국, 가스의 혼합비에 비해 공기의 혼합비가 월등히 높아지게 되는 것이다.

이에 따라 드레프트 튜브의 각 슬릿공을 통과하게 되는 혼합가스는 전술한 바와 같이 강한 회전력을 지닌 공기에 의해 상기 각 슬릿공에 일체화된 스월깃을 통과하는 과정에서 외곽측(도면상 드레프트 튜브의 전면 중앙에서 부터 외곽측)으로 갈수록 그 유로의 편중이 심하게 발생하게 되어 결국, 화염이 불안정해지게 된 문제가 발생하게 되었다.

한편, 종래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 정류판 등의 각종 구조물을 드레프트 튜브 내부에 구비함으로써 공기의 안정화를 꾀하였다.

하지만, 이도 역시 많은 구조물로 인한 각종 소음 및 재료비의 상승을 초래하였고, 또한 각 구조물 및 드레프트 내부의 각 구성부품간의 적절한 조합을 위해 그 제조공정이 더욱 복잡해지게 되어 조립시간이 증가하게 된 문제점 역시 발생하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 버어너부의 드레프트 튜브를 구성하는 각 스월깃의 구조를 개선함으로써 상기 드레프트 튜브내로 공급되어 연소실 내로 토출되는 공기와 상기 드레프트 튜브내로 분출되어 연소실 내로 토출되는 가스의 혼합을 적절히 행할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면 연소용 공기가 드레프트 튜브를 구성하는 튜브몸체 내로 공급됨과 함께 가스가 노즐을 통해 상기 튜브몸체 내로 토출되고, 상기 튜브몸체에는 연소용 공기와 가스를 서로 혼합하면서 연소실 내로 안내하도록 다수의 슬릿공이 형성되며, 상기 튜브몸체의 각 슬릿공 근접부에는 연소실 내로 안내되는 혼합가스의 토출방향을 결정하도록 스월깃이 형성된 것에 있어서,상기 각 스월깃은 각 슬릿공을 통한 혼합가스 토출방향이 튜브몸체 내로 공급되는 연소용 공기의 회전 방향에 대하여 역방향을 이루도록 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 가스연소기 드레프트 튜브의 연소 안정화 구조가 제공된다.

도 1 은 일반적인 가스연소기의 외형을 나타낸 사시도

도 2 는 일반적인 가스연소기의 구조를 나타낸 종단면도

도 3 의 도 2 의 “A”부를 확대하여 나타낸 확대도

도 4 는 일반적인 드레프트 튜브의 전면을 나타낸 상태도

도 5 는 본 발명에 따른 드레프트 튜브의 전면을 나타낸 상태도

도 6 은 도 5 의 Ⅰ-Ⅰ선을 단면하여 나타낸 상태도

도 7 은 본 발명 및 종래 일반적인 구성에 따른 과도 공기비와 열 방출비를 비교하여 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20. 드레프트 튜브 21. 튜브몸체

22. 슬릿공 50. 스월깃

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도 5 및 도 6 을 참조로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 는 본 발명에 따른 버어너부의 외형을 나타낸 사시도이고, 도 6 은 본 발명에 따른 버어너부의 종단면도로서, 본 발명의 구성중 일부는 종래의 구성에서 언급한 바 있으므로 중복되는 부분은 그 설명을 생략하고, 동일한 구조에 한해서는 종래와 동일한 부호를 부여키로 한다.

우선, 본 발명은 드레프트 튜브(20)의 전면에 일체로 형성된 각 스월깃(50)을 튜브몸체(21) 내로 공급되는 공기의 회전 방향에 대하여 역방향을 이루도록 토출방향을 형성한다.

즉, 공기공급팬(9a)의 회전에 의해 드레프트 튜브(20) 내로 공급되는 공기의 기류방향이 시계방향을 이루면 상기 드레프트 튜브에 형성된 각 스월깃(50)의 토출방향은 반시계방향을 이루도록 형성하고, 이와는 반대로 공기공급팬(9a)의 회전에 의해 드레프트 튜브(20) 내로 공급되는 공기의 기류방향이 반시계방향을 이루면 상기 드레프트 튜브에 형성된 각 스월깃(50)의 토출방향은 시계방향을 이루도록 형성한다.

이는, 공기공급팬(9a)의 회전방향에 따라 각 스월깃(50)의 혼합가스 토출방향을 달리 구성함으로써 가능하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 작용 설명에 있어서, 가스연소기의 일반적인 동작은 기 전술한 바 있음에 따라 그 상세한 설명은 생략하고, 외부 공기와 가스가 혼합되어 연소실내로 토출되는 과정에 관해서만 더욱 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 공기공급팬(9a)의 회전에 따라 공기공급관(9) 내로 흡입된 외부 공기는 상기 공기공급팬의 회전에 의해 시계방향(혹은, 반시계방향)으로 회전력을 가지면서 상기 공기공급관을 따라 드레프트 튜브(20)의 튜브몸체(21) 내로 공급된다.

이와 같이 공급된 공기는 상기 튜브몸체의 전면에 형성된 각 슬릿공(22)을 통해 연소실(4) 내로 토출되는 과정에서 상기 튜브몸체 내에 설치된 노즐(10)의 각 가스분출공(11)을 통해 분출되는 가스와 혼합된다.

이 때, 상기 공기가 각 슬릿공(22)을 통과할 때 상기 각 슬릿공에 일체화된 스월깃(50)에 저항을 받게 되는데, 이는 상기 각 슬릿공을 통과하는 공기의 기류 방향과 상기 각 슬릿공에 일체화된 스월깃(50)의 혼합가스 토출방향이 서로 대칭된 방향을 이루고 있으므로 대항력이 발생되기 때문이다.

이에 따라 연소실(4) 내로 토출되는 공기의 흐름이 원활히 이루어지지 못하게 되어 각 슬릿공(22)의 스월깃(50) 토출측에서 난류를 발생하면서 정체하게 되는 구간(R)을 형성하게 되는데, 이 때에는 튜브몸체(21)내 설치된 노즐(10)의 각 가스분출공(11)을 통해 계속적으로 가스가 분출되고 있음에 따라 상기 분출하는 가스가 상기 난류를 형성하는 공기와 만나게 되어 혼합되면서 연소실(4) 내로 토출된다.

즉, 각 슬릿공(22)의 혼합가스 토출측에는 공기의 유동방향과 상기 공기의 유동방향에 대향되는 방향을 이루도록 형성된 각 스월깃(50)으로 인한 공기분출 속도분포가 균일하게 이루어지게 되어 결국, 가스와 공기의 혼합성능이 향상되므로 연소 안정폭이 커지게 된다.

이는, 도시한 도 7 을 참조하여 보면 더욱 확연히 알 수 있다.

도 7 은 과잉 공기 비에 대한 열 방출 비를 각 화염의 상태에 따라 나타낸 그래프로써, 본 발명에 따른 구성을 적용한 경우 종래보다 많은 양의 공기가 공급된다 하더라도 화염의 소화가 잘 이루어지지 않게 되고, 또한 황염(불꽃이 최대로 강한 상태)의 발생 역시 본 발명에 따른 구성을 적용한 경우 종래보다 적은 양의 공기가 공급된다 하더라도 원활히 이루어질 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 전체 화염영역(화염이 유지되는 영역)(도면상 “H”구간(①-④구간))이 일반적인 구성 즉, 공기의 유동방향과 각 스월깃의 혼합가스 토출방향을 서로 동일하게 형성하였을 때의 전체 화염영역(도면상 “h”구간(①'-④'구간)) 보다 광범위하게 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

또한, 화염이 정상적인 상태로써 안정적으로 유지되는 영역(도면상 “R”구간(②-③구간) 및 도면상 “r”구간(②'-③'구간)) 역시 본 발명에 따른 구성이 일반적인 종래 구성보다 더욱 광범위하게 이루어지고 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 버어너부의 드레프트 튜브를 구성하는 각 스월깃의 구조를 개선함으로써 연소실 내로 토출되는 가스와 공기와의 혼합비가 적절히 이루어질 수 있게 됨에 따라 연소실 내로의 공기 분출속도 분포가 균일하게 형성되어 결국, 안정적인 화염을 유지할 수 있게 된 효과가 있다.

또한, 종래 상기와 같이 공기와 가스의 혼합비를 적절하게 유지하기 위해 사용하는 별도의 구조가 필요없게 됨에 따라 재료비의 절감 및 그 조립시간을 대폭 단축할 수 있는 효과 역시 있다.

Claims (1)

1. 연소용 공기가 드레프트 튜브를 구성하는 튜브몸체 내로 공급됨과 함께 가스가 노즐을 통해 상기 튜브몸체 내로 토출되고, 상기 튜브몸체에는 연소용 공기와 가스를 서로 혼합하면서 연소실 내로 안내하도록 다수의 슬릿공이 형성되며, 상기 튜브몸체의 각 슬릿공 근접부에는 연소실 내로 안내되는 혼합가스의 토출방향을 결정하도록 스월깃이 형성된 것에 있어서,

   상기 각 스월깃은 각 슬릿공을 통한 혼합가스 토출방향이 튜브몸체 내로 공급되는 연소용 공기의 회전 방향에 대하여 역방향을 이루도록 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 가스연소기 드레프트 튜브의 연소 안정화 구조.