KR100480953B1 - 가스탕비기의불완전연소방지장치 - Google Patents

가스탕비기의불완전연소방지장치 Download PDF

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KR100480953B1 KR10-1998-0010431A KR19980010431A KR100480953B1 KR 100480953 B1 KR100480953 B1 KR 100480953B1 KR 19980010431 A KR19980010431 A KR 19980010431A KR 100480953 B1 KR100480953 B1 KR 100480953B1
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도모히토 구스이
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파로마 고교 가부시키 가이샤
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Abstract

본 발명은 열교환기 등에 막힘이 생긴 경우에 기동시나 정상상태에서도 적절히 응답하여 가스 탕비기의 불완전 연소를 방지하는 것에 관한 것이다.
버너 콘트롤러(30)는 버너(20)의 화염구(22) 윗쪽에서 정상적인 연소상태에서는 이 화염구에 생성되는 화염 내에 위치하는 프레임 로드(38)에 전압을 인가하여, 검출된 화염 전류가 소정의 판정치 이하이면 버너에 연료가스를 공급하는 가스 전자 밸브(26)를 닫는다. 내부 몸통 스커트(10)에는, 상단부가 열교환기(12)의 아랫쪽에 있는 연소실로 개구되어 아래쪽으로 연장되는 본체부(13a)와, 그 하단부에 연결되어 하단이 내부 몸통 스커트의 바깥쪽에서 개방된 직경이 큰 관 부분(13c)과, 이 본체부와 직경이 큰 관 부분의 연결부 부근에서 분기되어 프레임 로드를 설치한 화염구를 향하여 개구되는 되돌림관부(13b)로 이루어지는 환류관(13)을 설치한다. 이에 의해, 착화시에 되돌림관부로부터 화염구로 되돌아가는 연소 폐가스의 양은 소량으로 된다.

Description

가스 탕비기의 불완전 연소 방지 장치
본 발명은 내부 몸통 스커트의 윗쪽에 설치한 열교환기를 버너에 의해 가열하도록 한 가스 탕비기(湯沸器)에 사용하는 불완전 연소 방지 장치에 관한 것이다.
이와 같은 종류의 가스 탕비기의 불완전 연소 방지 장치로서는, 예를 들어 일본국 실개소56-72054호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 점화 버너로 가열됨으로써 열기전력을 발생하는 정(正)바이어스 서모커플에 의해 버너에 연료가스를 공급하는 전자 가스 밸브를 열린 상태로 유지하도록 함과 동시에, 연소실 내의 일부에 설치한 역(逆)바이어스 서모커플을 정바이어스 서모커플 회로 내에 직렬로 접속하고, 또한 연소실의 일부에 형성한 연소실 내 압력의 인출구에 설치한 압력 검출관 다른쪽 끝단의 분출구를 정바이어스 서모커플을 바라보게 한 것이 있다.
가스 탕비기를 실내에 설치한 경우에는, 환기 불충분한 상태로 계속 사용하여 실내의 산소농도가 저하하면 불완전 연소상태로 되고, 이것에 따라 점화버너의 화염에 리프트를 생기게 한다. 상술한 불완전 연소 방지 장치에서는 이 리프트에 의해 서모커플의 온도가 저하하여 열기전력이 감소하는 현상을 이용하여, 전자 가스 밸브를 닫아 버너로의 연료가스의 공급을 정지하여 산소 부족에 의한 불완전 연소를 방지하고 있다.
또한, 내부 몸통 스커트의 윗쪽에 설치한 열교환기 등에 막힘이 생겨 연소용공기량이 부족되면 설치 환경 내의 산소 농도가 정상이더라도 불완전 연소를 생기게 하나, 이 경우에는 버너의 화염에 리프트를 생기게 하지 않기 때문에, 상술한 정바이어스 서모커플만으로서는 이와 같은 원인에 의한 불완전 연소를 방지할 수 없다. 그러나 이와 같은 막힘이 생기면 내부 몸통 스커트 내의 압력이 상승함과 동시에 온도가 상승하기 때문에, 상술한 불완전 연소 방지 장치로는 압력 검출관의 분출구로부터 정바이어스 서모커플을 향하여 배기 가스가 분출되어, 정바이어스 서모커플은 냉각되고 또 도화선으로부터 멀어진다. 이에 따라 정바이어스 서모커플의 열기전력은 저하하고, 동시에 역바이어스 서모커플의 역기전력이 증대하여 정바이어스 서모커플의 열기전력을 없애기 때문에, 전자 가스 밸브를 닫아 불완전 연소를 방지하고 있다.
상기 기술은 일응 기능을 만족하고 있으나, 서모커플은 어느 정도의 열용량을 가지고 있으므로 가열 및 냉각에 지연이 생기고, 이때문에 응답에 지연을 생기게 하는 문제가 있다. 또한 이 서모커플은 점화 버너에 대한 불착화를 검출하는 기능도 겸용시키고 있지만, 서모커플에 의한 불착화의 검출에는 어느 정도(예를 들어 10초)의 시간 지연을 동반하기 때문에, 불착화의 경우에는 미연소 가스의 방출시간이 길어지는 문제가 있다. 이것을 해소하기 위하여, 버너에 대한 불착화의 검출을 서모커플과는 별도로 설치한 프레임 로드에 의해 화염 전류를 검출하여 행하는 것도 행하여지고 있으나, 서모커플과 프레임 로드의 양쪽을 이용하고 있기 때문에 비용이 상승되는 문제가 있다.
이와 같은 각 문제를 해결하기 위하여, 출원인은 먼저 일본국 특원평8-328522호에 관한 발명을 제안하였다. 이것은 메인버너의 일부인 화염구의 윗쪽에 화염을 검출하는 프레임 로드를 설치함과 동시에, 상단부가 열교환기의 아랫쪽에 있어서 내부 몸통 스커트 내에 개구되고 하부에 프레임 로드를 설치한 화염구를 향하여 개구된 되돌림관부를 구비한 환류관을 설치한 것이다. 이 기술에 의하면, 실내의 산소 농도가 저하한 경우에는 불완전 연소상태로 되어 화염에 리프트를 생기게 하고, 또한 열교환기에 막힘을 생기게 한 경우에는 내부 몸통 스커트 내 상부의 압력이 상승하여 연소 폐가스가 환류관을 통하여 화염구 부근으로 되돌아가기 때문에, 그 화염구에 생기는 화염에 리프트를 생성하고 어떠한 경우에도 프레임 로드를 지나는 화염 전류가 감소하는 현상을 이용하여 가스 전자 밸브를 닫아 불완전 연소를 방지할 수 있다. 또한 시간 지연 없이 불착화를 검출할 수 있다.
이 일본국 특원평8-328522호의 발명에서는, 버너로의 착화시에 내부 몸통 스커트 내의 압력이 순간적으로 증대하여 환류관으로부터 프레임 로드를 설치한 화염구로 되돌아가는 연소 폐가스의 흐름이 급격히 증대해서, 화염에 일시적인 리프트를 생기게 하여 가스 전자 밸브를 닫을 우려가 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 이 기술에서는 도 3에 나타낸 바와 같이, 아래쪽으로 연장되는 환류관(13)의 본체부(13a)의 하단을 외부로 해방하여 그 도중에서 프레임 로드를 설치한 화염구 를 향하여 개구되는 되돌림관부(13b)를 분기시키고, 착화 직후의 순간적인 압력 증대에 의해 환류관(13) 내에 생기는 연소 폐가스의 급격한 흐름을 관성에 의해 주로 본체부(13a) 하단의 개구로부터 외부로 배출시켜, 되돌림관부(13b)로부터 화염구로 향하는 연소 폐가스의 양이 적어지도록 하고 있다.
마지막에 서술한 기술에서는, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 되돌림관부(13b)에 대한 분기부에서 본체부(13a) 하단의 개구까지의 거리(L)(도 3참조)가 그 작용에 큰 영향을 미치게 한다. 도 5a 및 도 6a는 (가스탕비기를 냉각상태에서 기동한 경우의) 콜드 스타트(cold start)시에 있어서의 점화 개시부터의 경과시간에 대한 화염 전류의 변화를 나타내고, 도 5b 및 도 6b는 정상상태에 있어서의 연소 폐가스 통로(예를 들어 열교환기의 핀부분)의 통로 면적의 폐색율에 대한 화염 전류의 변화를 나타내는 것이다. 상술한 거리(L)을 크게[예를 들어 본체부(13a)의 내경이 11.5mm 에 대하여 거리(L)가 55mm) 하면, 정상상태에서는 도 5b에 나타낸 바와 같이 이 폐색율이 40% 이하인 곳에서 화염 전류는 판정치(IO)까지 저하하여 가스전자밸브를 닫고, 이 작동은 적절하게 된다. 그러나 콜드 스타트시의 착화 직후에 생기는 화염 전류의 극소치는 도 5a에 나타내는 바와 같이 이 폐색율이 실용상 아직 지장이 없는 20% 정도에서도 판정치(IO)에 접근하고 가스 전자 밸브를 닫아 가스 탕비기의 작동을 정지시키게 된다.
이것은 되돌림관부(13b)에 대한 분기부로부터 아랫쪽이 되는 본체부(13a)의 저항이 크기 때문에 착화 직후에 있어서의 되돌림관부(13b)쪽으로의 연소 폐가스의 흐름이 많아지기 때문이라고 생각된다. 그래서 이 부분의 저항을 감소시키기 위하여 거리(L)을 작게[예를 들어 상술한 예에서 거리(L)가 15mm] 하면, 콜드 스타트시의 착화 직후에 생기는 화염 전류의 극소치는, 도 6a에 나타낸 바와 같이 연소 폐가스 통로의 통로 면적의 폐색율이 40% 이하인 곳에서 판정치(IO)까지 저하하여 가스 전자 밸브를 닫게 되어 이 작동은 적절하게 된다. 그러나 정상상태에서는 도 6b에 나타낸 바와 같이 이 폐색율이 40%를 훨씬 넘어서도 화염 전류는 판정치(IO)까지 저하하지 않고, 따라서 가스 전자 밸브는 닫히지 않아 가스 탕비기는 불완전 연소인 채로 작동을 계속하게 된다.
본 발명은 환류관의 형상을 고안함으로써, 정상시에는 소정의 폐색율로 화염 전류를 소정의 판정치까지 저하시켜 가스 전자 밸브를 닫고, 또한 콜드 스타트시에 착화 직후에 생기는 화염 전류의 극소치가 지나치게 낮아지지 않도록 하여, 이와 같은 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 가스 탕비기의 불완전 연소 방지 장치는 내부 몸통 스커트와; 상기 내부 몸통 스커트의 윗쪽에 연속하여 설치한 열교환기와; 내부 몸통 스커트의 하부에 설치한 버너를 구비하여 이루어지고, 열교환기 내를 지나는 급수를 버너에 의해 가열하도록 한 가스 탕비기에 관한 것이며, 버너의 화염구의 일부의 윗쪽에서 정상적인 연소상태에 있어서 이 화염구에 생성되는 화염 내에 위치하는 프레임 로드와; 이 프레임 로드에 전압을 인가하여 이 프레임 로드를 지나는 화염 전류를 검출하여 이 화염 전류가 소정의 판정치 이하이면 버너에 연료가스를 공급하는 가스 전자 밸브를 닫는 버너 콘트롤러와; 상단부가 열교환기의 아랫쪽에서 내부 몸통 스커트 내로 개구되고, 하부에 프레임 로드를 설치한 화염구를 향하여 개구된 연소 폐가스의 되돌림관부를 가지는 환류관을 구비하고, 이 환류관은 그 상단부로부터 대략 똑바로 아래쪽으로 연장되는 본체부와; 이 본체부의 하단부에 연속하여 설치되어 그 하단이 내부 몸통 스커트의 바깥쪽에서 개방된 직경이 큰 관 부분과; 본체부와 직경이 큰 관 부분의 연결부 부근에서 분기된 되돌림관부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
되돌림관부는 환류관의 본체부와 직경이 큰 관 부분의 연결부 부근에서 분기되어 있고 이 분기부보다도 아랫쪽이 되는 환류관의 저항은 작다. 착화 직후의 순간적인 압력 증대에 의해 환류관 내에 생기는 연소 폐가스의 흐름은 급격하고, 관성에 의해 본체부의 하단으로부터 직경이 큰 관 부분을 통하여 외부로 배출되나, 분기부보다 아랫쪽에서는 거의 저항을 받는 일이 없기 때문에, 되돌림관부로부터 프레임 로드를 설치한 화염구를 향하여 흐르는 연소 폐가스의 양은 소량이다. 따라서 이 경우에는 그 화염구에 생기는 화염의 리프트는 소량이고, 검출되는 화염 전류의 감소도 소량이다. 한편 정상상태에서는, 연소 폐가스 통로의 통로면적의 폐색율의 증대에 따른 내부 몸통 스커트 내의 압력의 증대에 의한 환류관의 본체부로부터 직경이 큰 관 부분으로 향하는 연소 폐가스의 흐름은 평온하고, 직경이 큰 관 부분 내에 고온이고 밀도가 작은 연소 폐가스가 고여 되돌림관부로의 분기부 부근의 압력을 높이고, 되돌림관부를 통하여 프레임 로드를 설치한 화염구를 향하여 흐르는 연소 폐가스의 양은 폐색율의 증대에 따라 증대한다. 따라서 이 경우에는 그 화염구에 생기는 화염의 리프트는 폐색율의 증대에 따라 증대하고, 검출되는 화염 전류는 이것에 따라 감소한다.
첨부도면은 본 발명을 가스 순간 탕비기에 적용한 경우의 실시 형태를 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 가스 순간 탕비기의 연소실(14)을 형성하는 내부 몸통 스커트(10)의 윗쪽에는 전열관(12a)과 핀(12b)으로 이루어지는 열교환기(12)가 설치되고, 아랫쪽에는 메인버너(20)가 설치되어 있다. 전열관(12a)의 입구쪽은 내부 몸통 스커트(10)의 바깥쪽에 감겨져 있는 예열관(11)을 거쳐 급수관(15)에 접속되고, 출구쪽에 접속된 급탕관(16)에는 급탕전(17)이 설치되어 있다. 급수관(15)에는 급수량이 소정량을 넘으면 로드(18a)를 이동시켜 후술하는 수압 응동 밸브(28) 및 수류 스위치(31)를 작동시키는 다이아프램을 사용한 수측제어기(18)가 설치되어 있다. 도시생략하였으나 수측제어기(18)에는 급수관(15)으로부터 열교환기(12)로의 유량을 수동 조절하여 온수 배출 온도를 조절하는 수동 밸브가 설치되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이 메인 버너(20)는 3개의 버너유닛(2l)을 연결한 것으로, 가스 전자 밸브(26), 능력 조정 밸브(27) 및 수압 응동 밸브(28)를 직렬로 설치한 가스공급관(25)을 거쳐 연료가스가 공급되고 있다. 가스 전자 밸브(26)는 버너 콘트롤러(30)로부터 작동 코일(26a)에 주어지는 전류에 의해 개폐 제어되는 것이며, 능력 조정 밸브(27)는 수동에 의해 조정함으로써 메인 버너(20)로의 가스공급량을 조정하여 탕비기의 온수 배출 능력을 바꾸는 것이다. 수압 응동 밸브(28)는 열교환기(12)에 소정량 이상의 급수가 있으면 열리도록 상술한 수측제어기(18)의 로드(18a)에 의해 개폐되는 것이다. 수압 응동 밸브(28)가 열리면 대략 동시에 로드(18a)에 설치한 캠(18b)은 수류 스위치(31)를 온(ON)으로 한다.
각 버너 유닛(21)은 판금제로, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 각각 2열로 배치된 다수의 화염구(22)를 가지고 있으며, 각 화염구(22)는 칸막이판(22a)에 의해 구획되어 있다. 열교환기(12)의 아랫쪽에 있어서 내부 몸통 스커트(10)의 측벽에 설치한 구멍을 거쳐 상단부가 연소실(l4)의 상부로 개구된 환류관(13)의 본체부(13a)는 내부 몸통 스커트(10)의 측벽의 바깥쪽을 따라 똑바로 아래쪽으로 연장되고, 그 하단부에 연결된 직경이 큰 관 부분(13c)의 하단의 개구를 거쳐 가스 탕비기 내의 대기중으로 해방되어 있다. 직경이 큰 관 부분(13c)에 연결되는 본체부(13a)의 하단부에서 분기된 되돌림관부(l3b)는 내부 몸통 스커트(10)의 하부에 형성한 노치를 통과하여 프레임 로드(38)가 삽입되는 화염을 형성하는 화염구(22)를 향하여 비스듬히 개구되어 있다. 이 프레임 로드(38)는 그 끝단부가 정상적인 연소상태에 있어서 화염구(22)에 생성되는 화염 내로 들어가는 높이가 되도록 절연체(38a)에 의해 지지되어 있다.
되돌림관부(13b)는 본체부(13a)에 연결되는 근원부를 제외하고, 단면형상이 가로가 긴 직사각형이 되도록 변형되며, 그 중심면의 높이는 화염구(22)를 형성하는 버너 유닛(21)의 상단과 일치하고 있다. 환류관(13)의 치수의 일례를 들면, 본체부(13a)는 내경이 11.5mm, 길이가 166mm이고, 그 하단부에는 내경이 23mm이고 길이가 44 mm인 직경이 큰 관 부분(13c)이 동축적으로 연결되며, 되돌림관부(13b)는 본체부(13a) 하단부에서 직경이 큰 관 부분(13c)의 상단으로부터 12mm 정도 위가 되는 위치로부터 분기되어 있다.
버너 콘트롤러(30)는 열교환기(12)에 소정량 이상의 급수가 이루어져 수류 스위치(31)가 온이 되면, 미리 정해진 시퀀스(sequence)에 따라서 작동 코일(26a)에 전류를 흘려 가스 전자 밸브(26)를 열고, 점화 장치(도시생략)를 작동시켜 메인 버너(20)로부터 분출하는 연료가스에 착화하여 가스 탕비기를 작동시키는 것이다. 버너 콘트롤러(30)는 또, 프레임 로드(38)에 소정의 전압을 인가하여 프레임 로드(38)를 지나는 화염 전류를 검출하고 이 화염 전류가 소정의 판정치 이하이면 작동 코일(26a)로의 전류를 정지하여 가스 전자 밸브(26)를 닫아 가스탕비기를 정지시킨다.
이어서, 상기 실시 형태의 작동에 대한 설명을 한다. 급탕전(17)을 열어 급수관(15)을 지나는 급수가 소정량을 넘으면, 수압 응동 밸브(28)가 열림과 동시에 수류 스위치(31)가 온이 되어 버너 콘트롤러(30)는 작동을 개시하며, 가스 전자 밸브(26)를 열어 메인 버너(20)로부터 분출하는 연료 가스에 착화하고, 연소가 안정하는 작은 시간 경과 후 프레임 로드(38)를 지나는 화염 전류를 검출하고 나서 점화장치의 작동을 정지한다. 검출된 화염 전류가 소정의 판정치 이하이면 착화 미스 또는 어떠한 원인에 의해 연소상태가 불량이라고 판단하여, 작동 코일(26a)에 대한 전류를 정지하여 가스 전자 밸브(26)를 닫아 메인 버너(20)로의 연료가스의 공급을 정지하여 가스 탕비기의 작동을 정지시킨다.
메인 버너(20)에 정상적으로 착화된 경우는 프레임 로드(38)를 지나는 화염 전류는 소정의 판정치 이상이므로, 가스 전자 밸브(26)는 열린 채로 가스 탕비기는 작동을 계속하고 열교환기(12)를 지나는 급수는 메인 버너(20)에 의해 가열되어 급탕전(17)으로부터 온수 배출된다. 급탕전(17)을 닫으면 수압 응동 밸브(28)가 닫힘과 동시에 수류 스위치(31)가 오프로 되어, 가스 탕비기는 작동을 정지한다. 작동상태에 있어서 가스 탕비기가 설치된 환경의 공기중의 산소 농도가 저하하거나, 또는 연소용 공기의 통로에 막힘을 생기게 하여 연소용 공기량이 부족하거나 하면 불완전 연소를 발생한다. 이하에 각각의 경우의 작동에 관하여 설명한다.
먼저, 연소용 공기의 통로에 막힘은 없으나 충분한 환기를 하지 않고 가스 탕비기의 사용을 계속하는 등에 의해 주위의 공기중의 산소 농도가 저하한 경우에 있어서의 불완전 연소 방지 작용에 대한 설명을 한다. 주위의 산소 농도가 점차로 감소함에 따라 메인 버너(20)의 화염구(22)에 생성되는 화염에 리프트가 생겨 화염의 근원부에 생기는 미연소 가스 부분의 길이가 점차로 증대한다. 이에 따라 정상적인 연소상태에서는 연소하고 있는 화염 내에 있던 프레임 로드(38)의 끝단부가 점차로 미연소 가스 부분 내로 이동하기 때문에, 화염 전류는 점차로 감소하여 그 값이 소정의 판정치(IO) 이하로 되면 버너 콘트롤러(30)는 작동 코일(26a)에 대한 전류를 정지하고 가스 전자 밸브(26)를 닫아 메인 버너(20)로의 연료 가스의 공급을 정지하여 가스 탕비기의 작동을 정지시킨다. 이 판정치(IO)는 예를 들어 1μA이고, 그 때의 비율 CO/CO2의 값은 예를 들어 0.035이다. 공기중의 산소 농도가 저하한 경우의 불완전 연소의 방지는 이와 같이 하여 이루어진다. 또한 이 경우에는 환류관(13)을 지나는 연소 폐가스의 흐름은 실질적으로 생기지 않는다.
이어서, 공기중의 산소 농도는 정상이나, 내부 몸통 스커트(10)의 윗쪽에 설치한 열교환기(12)의 핀(12b)에 연소생성물 등에 의한 막힘이 생겨 공기의 흐름이 나쁘게 되어 연소용 공기량이 부족한 경우의 불완전 연소 방지 작용에 대한 설명을 한다. 이와 같은 막힘 등에 의한 연소 폐가스 통로의 통로 면적의 폐색율이 증대함에 따라서 내부 몸통 스커트(10)와 열교환기(12)와 메인 버너(20) 사이에 형성되는 연소실(14) 내의 상부의 압력이 점차로 상승하나, 환류관(13)을 설치하고 있지 않은 종래의 것에서는 열교환기(12) 등의 막힘에 의해 불완전 연소가 생기더라도, 화염구(22)에 생기는 화염은 거의 리프트하지 않는다. 그러나 도 1에 나타내는 바와 같은 환류관(13)을 설치한 상기 실시 형태에서는 이와 같은 폐색율이 증대하여 연소실(14) 내 상부의 압력이 상승함에 따라서 실선의 화살표에 나타낸 바와 같이 환류관(13)의 본체부(13a)로부터 되돌림관부(13b)를 통하여 프레임 로드(38)를 설치한 화염구(22) 부근으로 되돌아가는 연소실(14) 내 상부의 연소 폐가스는 이 폐색율이 증대함에 따라서 점차로 증가한다. 이에 따라 그 화염구(22) 부근의 연소용 공기의 산소 농도가 감소하기 때문에 그 화염구(22)에 생성되는 화염은 점차로 리프트하여 화염의 근원부에 생기는 미연소 가스 부분의 길이가 점차로 증대한다. 이에 따라, 상술한 경우와 같이 정상적인 연소상태에서는 연소하고 있는 화염 내에 있던 프레임 로드(38)의 끝단부가 점차로 미연소 가스 부분 내로 이동하기 때문에, 도 4b에 나타낸 바와 같이 프레임 로드(38)를 지나는 화염 전류는 점차로 감소한다. 버너 콘트롤러(30)는 이 화염 전류의 값이 소정의 판정치(IO) 이하로 되면 작동 코일(26a)에 대한 전류를 정지하고, 메인 버너(20)로의 연료가스의 공급을 정지하여 가스 탕비기의 작동을 정지시킨다.
이 작용을 더욱 상세하게 설명하면, 이와 같은 정상상태에 있어서는 폐색율의 증대에 따른 내부 몸통 스커트(10) 내의 압력의 증대에 의한 환류관(13)의 본체부(13a)로부터 직경이 큰 관 부분(13c)으로 향하는 연소 폐가스의 흐름은 평온하고, 직경이 큰 관 부분(13c) 내에는 주위의 외기보다도 고온이고 밀도가 작은 연소폐가스가 고인다. 이에 따라 외기로 개구되는 직경이 큰 관 부분(13c)의 하단에서 위로 진행함에 따라 직경이 큰 관 부분(13c) 및 본체부(13a) 내와 외기와의 압력차는 증대한다. 이 압력차에 의해, 연소실로부터 환류관(13)의 본체부(13a)로 흐르는 연소 폐가스는, 상당량이 되돌림관부(13b)를 통하여 프레임 로드(38)를 설치한 화염구(22)를 향하여 흐르고, 나머지가 직경이 큰 관 부분(13c)의 하단으로부터 외부로 배출된다. 이 되돌림관부(13b)를 지나는 연소 폐가스의 양은 폐색율의 증대에 따라 증대하고, 검출되는 화염 전류는 이것에 따라 감소하며, 이것이 소정의 판정치(IO) 이하로 되면 버너 콘트롤러(30)가 가스 탕비기의 작동을 정지시키는 것이다. 이 판정치(IO)는 본 실시예에서는 1μA이나, 환류관(13)의 형상치수 특히 되돌림관부(13b)로의 분기부에서 직경이 큰 관 부분(l3c)의 하단까지의 치수를 조정함으로써, 가스 탕비기의 작동을 정지시키는 열교환기(12)의 핀(12b)의 폐색율을 적당히 선택할 수 있다. 열교환기(12)에 막힘이 생긴 경우의 불완전 연소의 방지는 이와 같이 하여 이루어진다.
이어서, 버너로의 착화에 의해 내부 몸통 스커트(10) 내의 압력이 순간적으로 증대함으로써 환류관(13)으로 되돌아가는 연소 폐가스에 의한 화염 전류의 변화에 대하여 설명한다. 도 4a는 연소 폐가스 통로의 통로 면적의 폐색율이 각각 다른 경우에 있어서의 콜드 스타트시의 화염 전류의 시간적 변화를 나타낸 도면이고, 가스 탕비기의 작동개시시에 연료가스에 착화되면 급격히 증가하고 나서, 폐색율이 0%인 경우를 제외하고 일단 감소하며, 다시 증가하여 정상상태의 값으로 수렴한다. 도 3의 경우에 있어서의 같은 변화를 나타낸 도 5a에 비하여 도 4a에서는 일단 감소할 때의 극소치가 커져 있어 폐색율이 30% 가까이로 될 때까지는 이 극소치가 판정치(IO)에 달하여 버너 콘트롤러(30)가 가스 탕비기의 작동을 정지시키는 일은 없다.
이와 같이 화염 전류의 극소치가 커지는 것은, 되돌림관부(13b)는 환류관(13)의 본체부(13a) 하단부의 직경이 큰 관 부분(13c)로의 연결부 부근에서 분기되어 있고, 이 분기부로부터 아랫쪽이 되는 환류관(13)의 저항은 작기 때문이라고 생각된다. 착화 직후의 순간적인 압력 증대에 의해 환류관(13) 내에 생기는 연소 폐가스의 흐름은 급격하며, 관성에 의해 본체부(13a)의 하단으로부터 직경이 큰 관 부분(13c)을 통하여 외부로 배출되나, 분기부보다 아랫쪽에서는 거의 저항을 받는 일이 없기 때문에, 되돌림관부(13b)로부터 프레임 로드(38)를 설치한 화염구(22)를 향하여 흐르는 연소 폐가스의 양은 소량이다. 따라서, 프레임 로드(38)를 설치한 화염구(22)에 생기는 화염의 일시적 리프트는 적어지고, 화염 전류가 일시적으로 감소할 때의 극소치가 커지기 때문이라고 생각된다.
이 극소치는 직경이 큰 관 부분(13c)의 내경을 크게 함으로써, 또는 직경이 큰 관 부분(13c)의 상부로부터 되돌림관부(13b)를 분기함으로써 더욱 크게 할 수 있다. 한편, 되돌림관부(13b)를 흐르는 연소 폐가스의 비율은 외기로 개구되는 직경이 큰 관 부분(13c)의 하단에서 되돌림관부(13b)로의 분기부까지의 거리가 커질수록 많아진다. 따라서 이들의 치수를 바꿈으로써 정상상태 및 착화 직후의 각각에 있어서 가스 탕비기가 작동을 정지할 때의 폐색율을 조정할 수 있다.
이상의 실시 형태는 점화전에 의해 메인 버너에 직접 착화하는 방식의 가스 탕비기에 본 발명을 적용한 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명은 파일럿 버너에 의해 메인 버너에 착화하는 방식의 가스 탕비기에 적용하는 것도 가능하며, 그 경우에는 프레임 로드를 파일럿 버너에 설치하고, 환류관(13)의 되돌림관부(13b)는 이 파일럿 버너를 향하도록 하여도 된다. 또한 본 발명은 상기 실시 형태와 같이 선(先)멈춤식의 가스 탕비기에 한정되지 않고 원(元)멈춤식의 가스 탕비기에 적용하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 정상상태에서는 검출되는 화염 전류는 연소 폐가스 통로의 통로 면적의 폐색율의 증대에 따라 감소하고, 이것이 소정의 판정치 이하로 되면 가스 전자 밸브를 닫아 버너로의 연료가스의 공급을 정지하기 때문에, 가스 탕비기의 불완전 연소를 방지할 수 있다. 또한 착화 직후에는 내부 몸통 스커트 내의 순간적인 압력 증대에 의해 생기는 화염 전류의 감소는 소량이기 때문에, 착화 직후의 일시적인 화염 전류의 감소에 의해 가스 전자 밸브를 닫고 가스 탕비기의 작동을 정지시키는 일은 없게 된다. 또 버너로의 착화가 이루어지지 않은 경우에는 즉시 이것에 응답하여 버너로의 연료가스의 공급을 정지하기 때문에 불착화인 경우의 미연소 가스의 방출시간을 짧게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 가스 탕비기의 불완전 연소 방지 장치의 일 실시 형태의 전체구조를 나타내는 도,
도 2는 도 1의 2-2선으로 나타내는 부분확대 평면도,
도 3은 선원기술에 있어서의 환류관의 하부구조의 일례를 나타내는 도,
도 4는 도 1에 나타낸 실시 형태의, 작동 개시부터의 화염 전류의 시간적 변화 특성 및 폐색율에 대한 화염 전류의 변화 특성을 나타내는 도,
도 5는 도 3에 나타낸 선원기술의 어느 수치예에 있어서의 도 4에 대응하는 특성도,
도 6은 도 3에 나타낸 선원기술의 다른 수치예에 있어서의 도 4에 대응하는 특성도이다.
※부호의 설명
10 : 내부 몸통 스커트 12 : 열교환기
13 : 환류관 13a : 본체부
13b : 되돌림관부 13c : 직경이 큰 관 부분
20 : 버너(메인 버너) 22 : 화염구
26 : 가스 전자 밸브 26, 30 : 버너 콘트롤러
38 : 프레임 로드

Claims (1)

  1. 내부 몸통 스커트와, 이 내부 몸통 스커트의 윗쪽에 연속하여 설치된 열교환기와, 상기 내부 몸통 스커트의 하부에 설치된 버너를 구비하여 이루어지며, 상기열교환기 내를 지나는 급수를 상기 버너에 의해 가열하도록 한 가스 탕비기에 있어서,
    상기 버너의 화염구의 일부의 윗쪽으로 정상적인 연소상태에서 동 화염구에 생성되는 화염 내에 위치하는 프레임 로드와, 이 프레임 로드에 전압을 인가하여 동 프레임 로드를 지나는 화염 전류를 검출하여 이 화염 전류가 소정의 판정치 이하이면 상기 버너에 연료가스를 공급하는 가스 전자 밸브를 닫는 버너 콘트롤러와, 상단부가 상기 열교환기의 아랫쪽에서 상기 내부 몸통 스커트 내에 개구되어 하부에 상기 프레임 로드를 설치한 상기 화염구를 향하여 개구된 연소폐가스의 되돌림관부를 가지는 환류관을 구비하고, 이 환류관은 상기 상단부에서 똑바로 아래쪽으로 연장되는 본체부와, 이 본체부의 하단부에 연속하여 설치되어 그 하단이 상기한 내부 몸통 스커트의 바깥쪽에서 해방된 직경이 큰 관 부분과, 상기 본체부와 직경이 큰 관 부분의 연결부 부근에서 분기된 상기 되돌림관부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 탕비기의 불완전 연소 방지 장치.
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