KR100786146B1 - 차량 가열 장치용 분무 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축열기(18)를 포함하는 연소실(24) 및 연료를 연소실로 분무하는 분무 장치(2)를 구비한 차량 가열 장치용 분무 버너에 관한 것이다. 그러한 분무 버너는 연소실(24)의 내부에 분무 장치(2)의 분무 지점(P)으로부터 연료의 분무 방향으로 연소실의 직경 또는 연소실 내로 연장되는 원통형 열 차단기(8)의 직경 보다 작은 거리에 축열기로서 작용하는 배플 판(18, 18A, 18B, 18C, 18D)이 마련되는 것을 그 특징으로 한다.

Description

차량 가열 장치용 분무 버너{ATOMIZING BURNER FOR A HEATING DEVICE OF A VEHICLE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 차량 가열 장치용 분무 버너에 관한 것이다.

화석 에너지 보유 매체에 잠재되어 있는 에너지를 열 에너지로 전환시킬 수 있는 분무 버너는 매우 다양한 분야에 이미 사용되고 있다(예컨대, WO 87/00605 또는 DE 39 01 126 A1을 참조하라). 그럼에도 불구하고, 차량 가열 장치의 분야에서는 10 ㎾ 미만의 출력 범위를 가진 분무 버너 또는 노즐 분무 버너는 일반적으로 사용되지 않고 있는데, 이 점은 낮은 출력에서 분무 특성이 충분하지 못한 것으로 여겨지고, 충분한 분무 특성을 얻으려면 높은 전력 소비를 필요로 하기 때문이다. 또한, 분무 버너는 부분 부하의 범위에서 불량한 연소 성능을 나타내며, 이 부분 부하의 범위에서는 분무 품질이 전 부하일 때 보다 좋지 못하다.

끝으로, 공지의 유형의 노즐 분무 버너는 열악한 상온 시동 성능을 나타내는데, 그것은 온도가 낮아질수록 연료의 점성이 증가하여 분무 특성을 떨어뜨리기 때문이다. 그 경우, 큰 연료 액적은 기화되지 않거나 단지 부분적으로만 기화된 채로 연소실을 빠져나가게 되며, 이것은 높은 시동 배출물의 원인으로 된다. 불량한 배기 가스 특성은 비록 시동 단계 동안만 그렇다 하더라도 오늘날 환경 문제의 관점에서 매우 민감하게 받아들이는 시장 상황을 감안할 때에 더 이상 감수될 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 부분 부하 범위에 있는 저출력 시에, 그리고 상온 시동 단계 동안 연소 성능을 양호하게 하고 배출물을 적게 할 수 있는 차량 가열 장치용 분무 버너를 제공하는 것이다.

그러한 목적은 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 구성은 종속 청구항들에 기재되어 있다.

축열기(accumulator)를 포함하는 연소실 및 연료를 연소실로 분무하는 분무 장치를 구비한 차량 가열 장치용 분무 버너가 설치되며, 이 분무 버너에서는 분무 장치의 분무 지점으로부터 연소실의 직경 또는 연소실 내로 연장되는 원통형 열 차단기(heat shield)의 직경 보다 작은 거리에 축열기로서 작용하는 배플 판(baffle plate)이 설치되어 있다. 축열기로서의 배플 판은 화염을 안정화시키는 작용을 하는데, 그러한 작용은 화염 소음의 감소 뿐만 아니라, 특히 버너의 출력이 낮거나 부분 부하의 범위에 있을 때에 연소의 개선에 유리한 영향을 미친다. 이 배플 판은 콤팩트한 액상 연료용 연소실을 구현하는데 특히 유리하게 작용한다. 그러한 배플 판에 의해, 그 배플 판을 구비한 버너는 연소 성능에 악영향을 미침이 없이 불량한 분무 특성까지도 처리할 수 있게 된다. 마찬가지로, 분무 특성이 전 부하 단계에서 보다 더 불량한 부분 부하 단계를 구현할 기회가 증대되게 된다.

또한, 상기 배플 판은 특히 원추형으로, 볼록하게, 또는 오목하게 될 수 있다. 이 배플 판을 화염 구역에 배치함으로써, 예컨대 연료 라인에서 기포로 인해 일어나는 바와 같은 화염 소화 후에 연료가 달궈진 배플 판에서 용이하게 재점화된다. 또한, 연소 과정의 종료 시에는 CO 및 HC가 달궈진 배플 판에서 반응하여 없어짐으로써 CO 배출물 및 HC 배출물이 감소될 수 있다.

상기 배플 판은 연료의 분무 방향의 반대쪽으로 예컨대 약 2 ㎜의 높이로 된 칼라를 구비한 원판으로서 형성될 수 있고, 그에 따라 납작한 포트(pot)를 이루게 된다. 연소실 직경에 대한 배플 판 직경의 비는 0.6 내지 0.9인 것이 바람직하고, 연소실 직경에 대한 분무 지점으로부터 배플 판까지의 거리의 비는 0.3 내지 0.6인 것이 바람직하다. 배플 판의 치수를 적절하게 설정함으로써, 연소실의 압력 손실이 공기 역학적인 다른 조치를 취하는 것에 비해 단지 약간만 증가되는데, 예컨대 선회되면서 공급되는 연소 공기 흐름의 접선 성분은 단지 약간만 방해를 받게 되기 때문에, 연소 가스가 배플 판의 하류 측에서도 여전히 선회 성분을 동반한 채로 유동할 수 있다. 이 배플 판은 고정 브래킷에 의해 고정되는 것이 바람직하다.

이 배플 판에는 슬릿 및/또는 구멍의 형태의 개구부가 형성될 수 있는데, 그 개구부는 배플 판에 정해진 천공 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 배플 판은 중심 관통 구멍을 구비한 링으로서 형성될 수도 있다.

또한, 특히 바람직한 실시예에서는 예컨대 세라믹제의 예열 핀(glow pin)의 형태 또는 예열 플러그(glow plug)의 형태로 된 예열 장치가 그 내부로 돌출되는 챔버가 배플 판에 배치된다. 배플 판의 상류 측의 축열 흐름의 구역에 예열 장치 를 배치함으로써 버너의 시동 성능이 개선된다. 그 경우, 그러한 챔버는 그 내부로 예열 장치가 바로 돌출되어 예열 장치의 방사 에너지가 분무 장치의 하류 측에서 배플 판의 부품을 예열하는데 이용될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 그에 의해, 무엇보다도 그러한 버너의 시동 성능이 현저히 개선되게 된다. 특히, 배플 판은 연소실, 연소실 바닥, 또는 예컨대 연소 공기용 선회 장치와 같은 공기 역학적인 장착 장치에 고정될 수 있다.

상기 배플 판은 고합금강, 세라믹, 또는 세라믹 코팅된 강으로 이뤄질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특성 및 장점은 첨부 도면을 참조로 한 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 이후의 설명으로부터 명백하게 파악될 것이다. 첨부 도면 중에서,

도 1은 분무 버너의 단면도이고,

도 2는 연소 관 또는 화염 관을 구비한 연소실의 사시도이며,

도 3은 도 2에 따른 연소실의 단면도이고,

도 4는 도 2에 따른 연소실의 배플 판의 평면도이며,

도 5는 도 1에 대한 변형례으로서, 오목한 배플 판을 구비한 분무 버너를 나타낸 도면이고,

도 6은 도 1에 대한 다른 변형례으로서, 볼록한 배플 판을 구비한 분무 버너를 나타낸 도면이며,

도 7은 도 1에 대한 또 다른 변형례으로서, 원추형 배플 판을 구비한 분무 버너를 나타낸 도면이다.

도 1에는 분무 버너의 바람직한 실시예의 단면도가 도시되어 있다. 그러한 분무 버너는 도시된 실시예의 경우 분무 노즐(2)로 구성되며, 이 분무 노즐(2)에는 그 내부로 유입되는 연소 공기를 선회시키기 위한 공기 유도 장치(4)가 접속된다. 공기 유도 장치(4)의 전방에서 좌측으로는 분무 노즐(2)에서 분무될 연료가 공급되는 연료 공급 라인(6)을 찾아볼 수 있다. 이 분무 노즐(2)은 연소실(24)(도 5 참조)과 대면된 쪽에서 원통형 열 차단기(8)와 결합된다. 그러한 열 차단기(8)에는 2차 공기 구멍(10)이 형성될 수 있는데, 그 2차 공기 구멍(10)은 열 차단기(8)의 배후에 위치한 플랜지(12)에도 형성되어 있다. 이 플랜지(12)는 분무 노즐(2)을 연소실의 내부 또는 차량 가열 장치의 내부에 고정시키는 역할을 한다. 2차 공기 구멍(10)을 통해 빠져나간 2차 공기도 역시 공기 유도용 선회 장치(14)에 의해 선회 추진된다. 또한, 분무 버너는 바람직하게는 세라믹 재료로 이루어진 예열 핀이거나 예열 플러그일 수 있는 예열 장치(16)를 구비하고, 그 예열 장치(16)에 의해 분무된 연료 혼합기가 점화된다. 예열 장치(16) 이외에 분무 버너에서 통상적인 점화 스파크 생성용 점화 장치(도시를 생략)를 제공하는 것은 임의적 사항이다.

또한, 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 분무 버너의 열 차단기(8)에는 본 경우에 연소실(24)의 종방향 축에 대해 수직방향으로 배치되는 배플 판(18)의 형태의 축열기가 마련된다. 분무 노즐(2)에서 제대로 처리되지 못함으로써 연료 액적 의 형태로 나타날 수 있는 분무 연료는 평면형 배플 판(18)으로서 형성된 축열기에 충돌하여 거기에서 기화될 수 있다. 축열기 또는 배플 판(18)은 분무 버너의 화염 구역에 배치되고, 그에 의해 화염의 안정성을 개선시킨다. 또한, 배플 판(18)은 흐름을 전향시켜 화염을 안정화시키는 작용도 한다.

이 배플 판(18)은 고합금강으로 실시되는 것이 바람직하고, 분무 노즐(2)을 향하는 약 2 ㎜ 높이의 칼라(20)를 구비한다. 그에 대한 대안으로서, 이 배플 판(18)은 세라믹 재료 또는 세라믹 재료로 코팅된 고합금강으로 구성될 수도 있다. 또한, 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 배플 판(18)은 고정 브래킷(22)에 의해 열 차단기(8)에 고정된다.

도 2는 배플 판(18)을 구비한 연소실(24)의 사시도를 나타낸 것인데, 연소실(24)의 배면에는 화염 관(26)이 배치된다. 이 경우, 도시된 변형례에 있어서 중심 관통 구멍을 구비한 원판으로서 형성되는 배플 판(18D)은 고정 브래킷(22)에 의해 연소실(24) 내에 고정된다. 또한, 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 배플 판(18D)에는 전술된 예열 장치가 내부로 돌출될 수 있는 시동 챔버(28)가 배치된다. 그러한 시동 챔버(28)에 의해 배플 판의 구역이 "열점(hot spot)"으로서 사용되어 시동 챔버(28) 또는 배플 판(18D)을 가열하게 된다. 또한, 시동 챔버(28)는 안정화 구역으로서의 역할도 하는데, 그러한 안정화 구역에서는 분무된 연료의 기화를 가속화시켜 분무 버너의 시동 시에 신속하게 점화를 전개시키는 파일럿 화염(pilot flame)이 보다 더 신속하게 형성되게 된다.

알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 시동 챔버(28)는 배플 판(18D)의 가장자 리에 배치된다. 그러나, 그에 대한 대안으로서, 특히 배플 판(18)이 폐쇄된 채로 평탄하게 형성될 경우에는 시동 챔버(28)가 배플 판의 임의의 다른 지점에 고정되거나 그와 일체로 형성될 수도 있다. 시동 챔버(28)의 위치는 궁극적으로 예열 장치의 위치에 의해 결정된다.

도 3 및 도 4에는 도 2에 따른 실시예가 한편으로는 단면도로, 다른 한편으로는 배플 판(18)의 평면도로 도시되어 있다.

도 2 내지 도 4에 도시된 연소실은 바람직하게는 열 차단기(8)가 연소실(24)의 내부에 삽입되는 형식으로 도 1에 따른 분무 버너와 결합되는데, 그 경우에 배플 판(18)은 선택적으로 도 1에 도시된 것처럼 열 차단기(8)에 고정되거나 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼 연소실(24)에 고정될 수 있다. 열 차단기(8)가 연소실(24)에 고정될 수도 있는데, 그 경우에는 열 차단기(8)에 리세스가 마련되게 된다.

도 4에서는 배플 판(18)에 구멍(30) 및 슬릿(32)이 추가로 형성되어 있다. 그러한 구멍(30) 또는 슬릿(32)은 임의적으로 마련된다. 그 구멍(30) 또는 슬릿(32)은 하나 이상의 구멍(30) 또는 하나 이상의 슬릿(32)만을 구비하는 미리 결정된 천공 패턴으로서, 아니면 도시된 바와 같이 구멍(30)과 슬릿(32)이 조합되어 있는 미리 결정된 천공 패턴으로서 존재하게 된다.

도 5에 도시된 변형례에서는 배플 판(18A)이 오목하게 형성된다. 또한, 도 5에는 외측에서 열 차단기(8)를 둘러싸는 연소실(24)이 도시되어 있다. 그러한 형식의 연소실(24)은 나머지 실시예에서도 마찬가지로 존재한다.

도 6에 도시된 변형례에서는 배플 판(18B)이 볼록하게, 즉 분무 노즐(2)의 반대쪽을 향한 만곡부를 동반한 채로 형성된다.

도 7에 도시된 변형례에서는 배플 판(18C)이 원추형으로 형성된다. 도시하지 않은 또 다른 변형례에서는 원추의 첨두부가 분무 노즐(2)의 반대쪽을 향할 수도 있다.

도시된 모든 실시예에서는 연소실 직경에 대한 분무 지점(P)(도 1을 참조)으로부터 배플 판(18, 18A, 18B, 18C, 18D)까지의 축 방향 거리의 비가 약 0.3 내지 0.6인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 모든 실시예에서는 연소실(24)의 직경 또는 그 연소실(24) 내에 배치된 열 차단기(8)의 직경에 대한 배플 판(18, 18A, 18B, 18C, 또는 18D)의 직경의 비가 0.6 내지 0.9인 것이 바람직하다. 실제로, 그러한 숫자의 비율에서 가장 양호한 연소 결과가 나타나는 것으로 판명되었다.

<도면 부호의 설명>

2 : 분무 장치(분무 노즐)

4 : 공기 유도 장치

6 : 연료 공급 라인

8 : 열 차단기

10 : 구멍

12 : 플랜지

14 : 선회 장치

16 : 예열 장치

18, 18A, 18B, 18C, 18D : 배플 판

20 : 칼라

22 : 고정 브래킷

24 : 연소실

26 : 화염 관

28 : 시동 챔버

30 : 구멍

32 : 슬릿

34 : 관통 구멍

Claims (13)

1. 축열기(18)를 포함하는 연소실(24) 및 연료를 연소실로 분무하는 분무 장치(2)를 구비한 차량 가열 장치용 분무 버너에 있어서,

   연소실(24)의 내부에는 분무 장치(2)의 분무 지점(P)으로부터 연료의 분무 방향으로 연소실의 직경 또는 연소실 내에서 연장되는 원통형 열 차단기(8)의 직경보다 작은 거리에 축열기로서 작용하는 배플 판(18, 18A, 18B, 18C, 18D)이 마련되는 것을 특징으로 하는 차량 가열 장치용 분무 버너.
2. 제1항에 있어서, 배플 판(18C)은 원추형인 것을 특징으로 하는 분무 버너.
3. 제1항에 있어서, 배플 판(18B)은 볼록한 것을 특징으로 하는 분무 버너.
4. 제1항에 있어서, 배플 판(18A)은 오목한 것을 특징으로 하는 분무 버너.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 배플 판(18, 18A, 18B, 18C, 18D)은 연료의 분무 방향의 반대쪽을 향한 칼라(20)를 구비한 원판으로서 형성되어 분무 장치(2) 쪽으로 개방된 포트(pot)를 형성하는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연소실(24)의 직경 또는 연소실(24) 내에 배치된 열 차단기(8)의 직경에 대한 배플 판(18)의 직경의 비는 0.6 내지 0.9인 것을 특징으로 하는 분무 버너.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연소실 직경에 대한 분무 지점(P)으로부터 배플 판(18)까지의 축 방향 거리의 비는 0.3 내지 0.6인 것을 특징으로 하는 분무 버너.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 배플 판(18)은 슬릿(32) 및 구멍(30) 중 어느 하나 또는 양자 모두의 형태를 가지는 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 배플 판(18D)은 링으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 배플 판(18, 18A, 18B, 18C, 18D)에는 예열 장치(16)가 내부로 돌출되는 챔버(28)가 배치되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 배플 판(18, 18A, 18B, 18C, 18D)은 고합금강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 배플 판(18, 18A, 18B, 18C, 18D)은 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 배플 판(18, 18A, 18B, 18C, 18D)은 세라믹으로 코팅된 고합금강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 분무 버너.

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