KR100784950B1 - 자연연소식 표면연소버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기와 연료의 혼합기를 화염형성매트를 통해 연소시키는 자연연소식 표면연소버너에 관한 것으로서, 버너헤드부의 하측부에는 혼합기를 공급할 수 있는 벤추리관을 설치하고, 외주면에는 유입된 혼합기가 방사상으로 배출될 수 있게 다공성 화염형성매트를 설치하여, 화염형성매트의 표면에서 혼합기의 연소와 발열이 동시에 일어날 수 있게 할 뿐 아니라, 화염이 버너헤드부의 외주면 전체에 형성될 수 있게 함으로써, 버너의 발열방향이 방사상으로 형성되어 발열효율을 증대시켜 연료사용량을 줄일 수 있게 하고, 일산화탄소 또는 질소산화물 등의 환경오염물질의 배출을 최소화 할 수 있는 자연연소식 표면연소버너에 관한 것이다.

표면연소버너, 벤추리관, 화염형성매트, 연료노즐

Description

자연연소식 표면연소버너{Atmospheric surface combustion burner}

도 1은 본 발명의 자연연소식 표면연소버너의 사시도,

도 2는 도 1의 분해사시도,

도 3은 도 1의 측단면도,

도 4는 본 발명의 벤추리관이 복수로 설치된 제1실시 예의 측단면도,

도 5는 도 4의 버너헤드부의 내측에 수직격리판이 더 구비된 제2실시 예의 측단면도,

도 6은 본 발명의 버너헤드부의 내측에 수평격리판이 더 구비된 제3실시 예의 측단면도,

도 7은 본 발명의 자연연소식 표면연소버너의 사용상태도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 상부캡 2 : 하부캡

3: 혼합기유입공 5 : 유속균일판

10 : 버너헤드부 15 : 수직격리판

16 : 수평격리판 20 : 화염형성매트

30,31,32,33 : 벤추리관 40 : 연료노즐

45 : 노즐고정부재 50 : 연료탱크

55 : 연료공급관 60 : 반사판

65 : 커버 70 : 파일럿화염발생기

75 : 밸브스위치

본 발명은 공기와 연료의 혼합기를 화염형성매트를 통해 연소시키는 자연연소식 표면연소버너에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 혼합기가 유입될 수 있게 벤추리관이 설치된 버너헤드부의 외주면에 화염형성매트를 설치하여 화염이 화염형성매트를 통해 방사상으로 형성될 수 있게 함으로써, 발열효율을 증대시킨 자연연소식 표면연소버너에 관한 것이다.

일반적으로 난방용 히터나 가열용으로 가장 널리 사용되고 있는 가스버너인 분젠버너는 가연성 기체를 연소시키기 전에 공기의 양을 조절하여 혼합시킨 후, 이 혼합기를 연소시킴으로써, 공기의 양을 조절하여 다양한 온도의 화염을 얻을 수 있는 가스버너로서 가열 또는 발열장치로 많이 사용되었다.

상기와 같은 분젠버너를 히터용으로 사용하는 경우에 있어서는, 일방향으로 발생되는 불꽃화염 주변에 다수의 구멍이 천공된 유속균일판을 구비하여 이 유속균일판이 가열되어 발열됨으로써, 히터 역할을 할 수 있게 하였다.

그러나 상기와 같은 구조의 분젠버너는 다음과 같은 문제점들이 있었다.

첫째, 어느 한방향으로 발생되는 화염에 의해 발열되기 때문에 발열방향과 발열면적에 제한이 따르고, 둘째, 상기 유속균일판이 균일하게 가열되지 않고 국부적으로 가열되어 고온 부식에 의한 제품의 손상의 염려가 있었으며, 셋째, 유속균일판이 화염에 의해 간접적으로 가열되어 발열됨으로써, 발열효율이 낮아 연료소비가 많을 뿐 아니라, 상대적으로 긴 화염과 불완전 연소에 의해 일산화탄소나 질소산화물 등의 환경오염물질을 다량 배출하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 버너헤드부의 외주면에 설치된 화염형성매트를 통해 혼합기를 배출, 연소시킴으로써, 화염이 화염형성매트의 전체 면적에 대해 균일하게 형성될 수 있게 할 뿐 아니라, 방사상으로 형성될 수 있게 하여, 발열면적이 넓고 제품의 국부적인 손상을 방지할 수 있게 하며, 또한, 다수의 벤추리관을 통해 보다 많은 공기를 공급하고, 화염형성매트가 직접 발열체 역할을 함으로써, 완전연소에 의한 발열효율의 증대로 일산화탄소나 질소산화물 등의 환경오염물질의 배출을 감소시킬 수 있는 자연연소식 표면연소버너를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부가 비어 있고, 연료와 공기의 혼합기가 외주면을 향해 방사상으로 배출될 수 있게 형성된 버너헤드부와, 상기 버너헤드부의 내측에 혼합기를 공급할 있게 버너헤드부의 하측부와 연통되게 설치되는 벤추리관, 및 상기 벤추리관의 하단에 형성된 혼합기유입관에 설치되는 연료노즐을 포함하여 구성된다.

상기 버너헤드부는, 상부와 하부가 개방되고 외주면에는 다수의 혼합기배출공이 형성된 원통형태의 유속균일판과, 상기 유속균일판의 상부와 하부에 각각 결합되는 상부캡과 하부캡을 구비하고, 상기 유속균일판의 외주면에 결합되어 혼합기를 배출할 수 있게 설치되는 다공성 화염형성매트를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 화염형성매트는 메탈화이버, 메탈폼, 세라믹화이버, 세라믹판, 세라믹폼, 스텐레스판 중 어느 하나의 다공성소재로 형성될 수 있다.

상기 버너헤드부의 하측부에 결합된 벤추리관은 다수개가 구비될 수 있다.

한편, 본발명의 상기 버너헤드부와 연통된 다수의 벤추리관이 격리되게 내측에 수직격리판이 설치될 수 있다.

또한, 상기 버너헤드부는 상부와 하부의 구역이 격리될 수 있게 내측에 수평격리판을 구비하고, 상기 벤추리관은 상기 버너헤드부의 상부구역과 하부구역에 각각 연통되게 복수로 설치될 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 자연연소식 표면연소버너의 사시도를 나타낸 것이고, 도 2와 도 3은 도 1의 분해사시도와 측단면도를 각각 나타낸 것이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 버너헤드부(10)와, 혼합기가 통과하는 벤추리관(30) 및 연료를 분사하는 연료노즐(40)을 포함하여 구성된다.

한편, 상기 버너헤드부(10)는 상부와 하부가 개방된 원통형태의 유속균일판(5)과, 유속균일판(5)의 상부와 하부에 각각 결합되는 상부캡(1)과 하부캡(2) 및 유속균일판(5)의 외주면에 밀착 결합되는 화염형성매트(20)로 구성된다.

상기 원통형태의 유속균일판(5)은 벤추리관(30)을 통해서 버너헤드부(10)의 내측으로 유입된 혼합기가 배출될 수 있게 다수의 혼합기배출공(5a)이 전체 면에 천공되어 형성된다.

한편, 상부캡(1)과 하부캡(2)은 유속균일판(5)의 상부와 하부에 각각 결합되어 버너헤드부(10)가 밀폐될 수 있게 하며, 이때, 상부캡(1)과 하부캡(2)의 중앙부에는 외측으로 돌출된 보강부(1a,2a)가 각각 형성될 수 있고, 하부캡(2)의 보강부(2a)에는 벤추리관(30)의 상단부가 결합되는 혼합기유입공(3)이 형성된다.

또한, 버너헤드부(10)는 원통형태 이외에 사각형, 반원형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

화염형성매트(20)는 버너헤드부(10)의 유속균일판(5)의 외측면에 밀착 결합되며, 혼합기배출공(5a)을 통해 배출되는 혼합기를 자체의 미세한 다수의 구멍을 통해 외측으로 배출시키게 된다.

이때, 화염형성매트(20)는 유속균일판(5)의 외주면에 용접하여 설치하거나, 나사 등의 고정구를 이용하여 결합시킬 수 있다.

한편, 화염형성매트(20)에서 배출되는 혼합기는 별도로 설치되는 파일럿화염발생기(70)(도7에 도시함)에 의해 점화됨으로써, 화염형성매트(20)의 전체 표면에 화염을 발생시키게 된다.

상기 화염형성매트(20)는 전체 면에 다수의 통공이 형성된 다공성 소재로서, 메탈화이버(metal fiber), 메탈폼, 세라믹화이버, 세라믹판, 세라믹폼, 스텐레스판 등의 소재로 형성될 수 있다.

한편, 벤추리관(30)은 하단부의 직경이 상단부의 직경보다 작은 형태로서 하측에서 상측으로 갈수록 외측으로 상향 경사지게 형성되며, 하단부에는 연료노즐(40)이 설치되는 혼합기유입관(30a)이 형성된다.

벤추리관(30)의 상단부는 버너헤드부(10)의 하부캡(2)에 형성된 혼합기유입공(3)에 결합되며, 하단부에 형성된 혼합기유입관(30a)의 단부에는 연료노즐(40)이 설치되는 노즐고정부재(45)가 결합된다.

노즐고정부재(45)는 양단부가 상향으로 직각되게 절곡된 판 형태로서, 양단의 절곡부의 단부가 벤추리관(30)의 혼합기유입관(30a)의 하단부와 결합되고, 중앙부에는 연료노즐(40)이 관통결합된다.

이때, 노즐고정부재(45)는 혼합기유입관(30a)에 용접시키거나 또는 별도의 고정장치를 이용하여 고정시킬 수도 있다.

혼합기의 유입과 점화과정을 설명하면 다음과 같다.

벤추리관(30)의 하단에 설치된 연료노즐(40)을 통해 연료가 분사될 때, 연료노즐(40) 주위의 공기압은 떨어지게 되고, 따라서 혼합기유입관(30a)과 연료노즐(40)과의 사이에 형성되는 틈을 통해 외부의 공기가 벤추리관(30) 내측으로 유입되게 된다.

따라서, 유입된 공기는 연료와 함께 벤추리관(30)을 통과하면서 균일하게 혼합되게 되고, 이 혼합기는 버너헤드부(10)의 유속균일판(5)에 형성된 혼합기배출공(5a)과 화염형성매트(20)를 통과하면서 방사상으로 배출되게 된다.

이때, 혼합기는 파일럿화염발생기(70)에 의해 점화되어 전체 외주를 따라 방 사상으로 화염을 형성하게 됨으로써, 넓은 면적을 가열할 수 있게 되는 것이다.

도 4는 본발명의 버너헤드부(10)에 연료노즐(40)이 설치된 벤추리관(30,31)을 복수로 구비한 제1실시예를 나타낸 것이고, 도 5는 도 4의 버너헤드부(10)의 내부 구역을 격리시킨 제2실시 예를 나타낸 것이다.

상기 제1,2실시 예는 벤추리관(30,31)을 복수로 구비하고, 버너헤드부(10)의 내부 구역을 복수의 격리구역으로 형성한 것 이외에는 도 1의 구성과 동일하므로 변경된 구성에 대해서만 설명한다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 버너헤드부(10)는 하부캡(2)에 벤추리관(30,31)이 이격되게 2개가 설치되어 각각의 혼합기유입관(30a,31a)을 통해 혼합기가 유입됨으로써, 보다 많은 공기와 연료를 유속균일판(5)의 혼합기배출공(5a)을 통해 외부로 배출시킬 수 있게 된다.

따라서, 화염형성매트(20)는 화염형성시 높은 열량 방출이 가능하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 버너헤드부(10)의 내측에는 수직격리판(15)을 설치하여 벤추리관(30,31)과 연통된 구역을 격리시킬 수 있게 되어 있다.

따라서, 발열방향이나, 발열면적을 구분하여 버너헤드부(10)의 특정구역만 발열될 수 있게 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 버너헤드부(10)의 내부 구역을 상부구역과 하부구역으로 격리시킨 제3실시 예를 나타낸 것으로서, 이외의 구성은 도 4의 구성과 동일하므로 변경된 구성에 대해서만 설명한다.

도시된 바와 같이, 버너헤드부(10)의 내측에는 상부와 하부구역을 격리시킬 수 있게 중앙부에 수평격리판(16)이 설치된다.

이때, 하나의 벤추리관(32)은 하부구역을 관통하여 상부구역과 연통될 수 있게 수평격리판(16)과 결합되며, 다른 하나의 벤추리관(33)은 하부구역과 연통되게 설치된다.

따라서, 혼합기는 필요에 따라 벤추리관(32,33)의 혼합기유입관(32a,33a)을 통해 버너헤드하우징(10)의 상부와 하부구역을 구분하여 유입될 수 있게 됨으로써,버너헤드부(10)의 상부와 하부의 특정구역만 화염을 형성하여 발열될 수 있게 할 수 있다.

도 7은 본발명인 자연연소식 표면연소버너를 일반적인 히터에 적용한 사용상태도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 히터의 연료탱크(50)는 상부에 형성된 연료공급관(55)을 통해 본 발명의 연료노즐(40)과 연결되며, 버너헤드부(10)의 상부는 화염형성매트(10)의 발열효과를 높이기 위한 반사판(60)이 설치된다.

한편, 버너헤드부(10)의 하부에는 커버(65)가 설치되며, 이때, 커버(65)에는 파일럿화염발생기(70)와 연료공급을 제어하는 밸브스위치(75)가 설치된다.

따라서, 파일럿화염발생기(70)는 밸브스위치(75) 조작에 의해 연료공급관(55)으로 부터 연료를 공급받아 화염형성매트(20)에서 배출되는 혼합기를 점화시키는 파일럿화염을 발생시키게 되고, 이 파일럿화염에 의해 화염형성매트(20)의 표면에서 배출되는 혼합기가 점화되어 발열하게 되는 것이다.

이상, 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불 과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 버너헤드부의 외주면에 설치된 화염형성매트를 통해 혼합기를 배출, 연소시킴으로써, 화염이 방사상으로 균일하게 형성되어 발열될 수 있게 할 수 있어 발열면적이 넓을 뿐 아니라, 제품의 국부적인 고온가열에 의한 손상을 방지할 수 있어 제품의 유지 보수 비용을 절감할 수 있고, 또한, 보다 많은 공기의 공급으로 완전연소가 될 수 있을 뿐 아니라, 화염형성매트가 직접 발열체 역할을 하게 됨으로써, 발열효율을 증대시키게 되어 에너지효율의 증대로 인한 연료비 절감은 물론 일산화탄소나 질소산화물 등의 환경오염물질의 배출을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 내부가 비어 있고, 연료와 공기의 혼합기가 통기공이 있는 외주면을 통해서 방사상으로 배출될 수 있게 형성된 버너헤드부(10);

   상기 버너헤드부(10)의 내측에 혼합기를 공급할 있게 버너헤드부(10)의 하측부와 연통되게 설치되는 벤추리관(30,31,32,33); 및

   상기 벤추리관(30) 하단에 형성된 혼합기유입관(30a)에 설치되는 연료노즐(40); 을 포함하여 구성되고,

   상기 버너헤드부(10)는,

   상부와 하부가 개방되고 외주면에는 다수의 연료배출공(5a)이 형성된 원통형태의 다공판(5)과;

   상기 다공판(5)의 상부와 하부에 각각 결합되는 상부캡(1)과 하부캡(2); 및

   상기 다공판(5)의 외주면에 결합되어 혼합기를 배출할 수 있게 설치되는 다공성 화염형성매트(20); 를 포함하여 구성된 자연연소식 표면연소버너.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 화염형성매트(20)는 메탈화이버, 메탈폼, 세라믹화이버, 세라믹판, 세라믹폼, 스텐레스판 중 어느 하나의 다공성소재로 형성된 것을 특징으로 하는 자연연소식 표면연소버너.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 버너헤드부(10)의 하측부에 결합된 벤추리관(30,31)은 다수개가 구비된 것을 특징으로 하는 자연연소식 표면연소버너.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 버너헤드부(10)와 연통된 다수의 벤추리관(30,31)이 격리되게 내측에 수직격리판(15)을 설치한 것을 특징으로 하는 자연연소식 표면연소버너.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 버너헤드부(10)는 상부와 하부의 구역이 격리되게 내측에 수평격리판(16)을 구비하고,

   상기 벤추리관(32,33)은 상기 버너헤드부(10)의 상부구역과 하부구역에 각각 연통되게 복수로 설치되는 것을 특징으로 하는 자연연소식 표면연소버너.

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