KR100851226B1 - 다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원통형 버너가 구비된 가스보일러에서 혼합기를 연소실로 균일하게 분배하는 분배판을 다단구조로 형성하고 이러한 다단구조의 분배판에 혼합기를 각각 독립적으로 공급하도록 함으로써 턴다운비를 향상시키고, 보일러에서 요구되는 난방부하에 따라 저부하에서 고부하까지 안정적으로 연소가 이루어질 수 있는 다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 송풍기에 의해 이송되어온 혼합기가 도입되는 입구측에서 복수의 경로로 분기되고 연소실 내측에서는 외측의 배관 내부에 혼합기가 통과할 수 있도록 소정의 간격만큼 이격된 상태로 내측의 배관이 설치되는 다수의 혼합기배관과, 상기 다수의 혼합기배관 각각의 끝단부에는 얇은 박판상에 다수의 구멍이 형성된 원통형 또는 테이퍼진 원통형이 상하적층구조로 설치되는 다수의 분배판으로 이루어진 분배유닛; 상기 다수의 분배판의 외측면과의 사이에 공간부를 형성하며 다수의 염공이 형성된 다공판;을 포함하여 이루어진다.
원통형 버너, 다단, 다공판, 분배판, 턴다운비

Description

다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치{COMBUSTION APPARATUS EQUIPPED WITH MULTI LAYER CYLINDRICAL BURNER}
본 발명은 다단구조의 원통형 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버너의 내부에 설치되어 혼합기를 균일하게 하는 분배판을 다단구조로 함으로써 턴다운비를 향상시킬 수 있는 다단구조의 원통형 버너에 관한 것이다.
일반적으로 가스보일러에 사용되는 버너는 버너의 형상에 따라 원통형 버너와 평판형 버너로 나눌 수 있는데, 그 중 원통형 버너는 안정된 열 흡수 분포를 가능하게 해 연소를 최적화ㆍ안정화시키는 것으로 알려져 있다.
도 1은 종래 원통형 버너가 적용된 가스보일러의 일례를 보여주는 개략도이다. 도 1(a)는 버너가 테이퍼진 원통형상으로 이루어진 것이고, 도 2(a)는 버너가 원통형상으로 이루어진 것을 보여주고 있다.
상기 가스보일러는 외부로부터 유입된 공기를 연료와 함께 버너로 공급하는 송풍기(10), 상기 송풍기(10)로부터 공급된 혼합기를 점화장치를 이용해 연소시키는 버너(20), 상기 버너(20)에 의해 혼합기가 연소되는 공간인 연소실(30), 상기 연소실(30)의 외벽에 설치되어 연소실(30)로부터 열이 전달되는 난방수로(41)와 온 수관(42)이 구비된다.
상기 버너(20)에는, 혼합기를 균일하게 분배하기 위해 원통형 또는 테이퍼진 원통형의 얇은 박판상에 다수의 구멍이 형성된 분배판(21)과, 상기 분배판(21)의 외측으로 소정 거리 이격 설치되어 원통형 또는 테이퍼진 원통형의 얇은 박판상에 다수의 염공(焰孔)이 천공되어 화염을 안정적으로 형성시키는 다공판(22)이 구비되고, 상기 다공판(22)의 외측으로 메탈화이버를 설치하여 사용하는 경우도 있다.
이와 같은 가스보일러에는 보일러에서 요구되는 난방부하에 따라 턴다운비(Turn-Down Ratio;TDR)가 설정된다. 턴다운비(TDR)란 가스의 양이 가변 조절되는 가스연소장치에 있어서 '최대가스소비량 대 최소가스소비량의 비'를 말한다. 예를 들면 최대가스소비량이 30,000kcal/h이고 최소가스소비량이 6,000kcal/h인 경우 턴다운비(TDR)는 5:1이 된다. 턴다운비(TDR)는 안정된 화염을 유지하기 위한 최소가스소비량을 얼마나 낮게 조절할 수 있는지 여부에 따라 제한된다.
가스보일러의 경우 턴다운비(TDR)가 클수록 보일러의 제어가 편리하게 된다.
즉, 연소 초기에는 빠른 시간내에 목표로 하는 난방온도에 도달하기 위해 최대한의 화력으로 연소를 수행하지만, 목표로 하는 난방온도에 가까이 도달하게 되면 점차 버너(20)에 공급하는 가스량을 줄여 연소를 수행한다.
이 경우 턴다운비(TDR)가 작으면(즉, 최소가스소비량이 높은 경우) 버너(20)의 출력을 줄이기 위해 가스량을 감소시켜 제어하기가 어려워진다.
따라서 종래부터 가스보일러에 적용되는 버너의 턴다운비(TDR)를 향상시키는 다양한 방법이 제시되어 왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 원통형 버너가 구비된 가스보일러에서 혼합기를 연소실로 균일하게 분배하는 분배판을 다단구조로 형성하고 이러한 다단구조의 분배판에 혼합기를 각각 독립적으로 공급하도록 함으로써 턴다운비를 향상시키고, 보일러에서 요구되는 난방부하에 따라 저부하에서 고부하까지 안정적으로 연소가 이루어질 수 있는 다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치는, 송풍기에 의해 이송되어온 혼합기가 도입되는 입구측에서 복수의 경로로 분기되고 연소실 내측에서는 외측의 배관 내부에 혼합기가 통과할 수 있도록 소정의 간격만큼 이격된 상태로 내측의 배관이 설치되는 다수의 혼합기배관과, 상기 다수의 혼합기배관 각각의 끝단부에는 얇은 박판상에 다수의 구멍이 형성된 원통형 또는 테이퍼진 원통형이 상하적층구조로 설치되는 다수의 분배판으로 이루어진 분배유닛; 상기 다수의 분배판의 외측면과의 사이에 공간부를 형성하며 다수의 염공이 형성된 다공판;을 포함하여 이루어진다.
이 경우 상기 공간부는 상기 복수의 분배판과 다공판 사이에 형성된 차단부재에 의해 상기 분배판에 대응되는 개수의 공간으로 분리되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 복수의 분배유닛중 하나 이상의 경로로 혼합기를 선택적으로 공 급제어하기 위한 제어밸브가 구비될 수 있다.
또한 상기 복수의 분배유닛의 혼합기배관에는 송풍기에 의해 공기가 이송되고, 상기 혼합기배관에서 분기되는 연료공급배관에는 상기 복수의 혼합기배관에 선택적으로 연료의 공급을 제어하는 제어밸브가 설치되는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치에 의하면, 턴다운비를 향상시켜 보일러에서 요구되는 난방부하에 따라 저부하에서 고부하까지 안정적으로 연소가 이루어질 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 원통형 버너를 구비한 연소장치를 보여주는 개략도, 도 3은 도 2의 원통형 버너의 각 부품을 보여주는 분해사시도이다.
연소를 위한 공기와 연료의 혼합기는 송풍기(100)에 의해 버너(200)로 이송된다. 도 2에서는 혼합기가 송풍기(100)에 유입되는 구조를 보여주고 있으나, 공기만이 송풍기(100)에 의해 이송되고 그 이송되는 공기에 연료를 혼합시키는 구조도 구성할 수 있다.
상기 송풍기(100)에 의해 이송되어온 혼합기는 제1분배유닛(210), 제2분배유닛(220), 제3분배유닛(230)으로 나뉘어져 이송된다.
본 실시예에서 상기 분배유닛은 3개로 구성되어 있으나, 난방부하에 따른 버 너의 출력을 조절하고자 하는 영역에 따라(즉, 설정하고자 하는 턴다운비에 따라) 2개 또는 4개 이상으로 구성할 수 있다. 즉, 상기 분배유닛의 개수가 증가할수록 턴다운비도 그에 비례하여 커지게 된다.
상기 제1분배유닛(210), 제2분배유닛(220), 제3분배유닛(230)에는 각각 하나의 혼합기배관(211,221,231)이 구성된다.
상기 3개의 혼합기배관(211,221,231) 중 2개의 혼합기 배관(221,231)에는 제어밸브(410,420)가 설치된다. 상기 제어밸브(410,420)는 난방부하에 따라 버너의 출력을 조절하고자 하는 경우 2개의 밸브(410,420)를 개폐함으로써 상기 3개의 분배유닛(210,220,230)중 하나 이상의 경로로 혼합기를 선택적으로 공급하게 된다.
상기 3개의 혼합기배관(211,221,231)에는 각각 독립적으로 혼합기 공급이 이루어질 수 있도록, 외측의 배관 내부로 소정의 간격만큼 이격된 상태로 내측의 배관이 삽입된다.
즉, 제1혼합기배관(211)은 제2혼합기배관(221)의 내부에 삽입된 상태로 설치되고, 제2혼합기배관(221)은 제3혼합기배관(231)의 내부에 삽입된 상태로 설치된다.
이 경우 상기 제1혼합기배관(211)의 외측면과 제2혼합기배관(221)의 내측면 사이, 제2혼합기배관(221)의 외측면과 제3혼합기배관(231)의 내측면 사이는 소정의 간격만큼 이격되어 있어, 상기 이격된 공간으로 혼합기가 유입되어 분배판(212,222,232)을 통해 연소실(300) 내부로 분출된다.
상기 제1혼합기배관(211)과 제2혼합기배관(221) 및 제3혼합기배관(231)의 상 단 끝단부에는 확관되는 형상으로 이루어지고 혼합기를 균일하게 분배하기 위한 제1분배판(212), 제2분배판(222), 제3분배판(232)이 각각 형성되어 있다.
상기 제1분배판(212), 제2분배판(222), 제3분배판(232)은 얇은 박판상의 테이퍼진 원통형 형상으로서 표면에는 다수의 구멍이 형성되어 있다. 상기 제1분배판(212)의 하단면 가장자리부는 제2분배판(222)의 상단면 가장자리부에 접하도록 설치되고, 상기 제2분배판(222)의 하단면 가장자리부는 제3분배판(232)의 상단면 가장자리부에 접하도록 설치되어 상하적층구조를 이룬다.
상기 제1분배판(212), 제2분배판(222), 제3분배판(232)의 외측으로는 얇은 박판상에 다수의 염공(焰孔)이 천공되어 화염을 안정적으로 형성시키는 다공판(240)이 설치된다.
상기 다공판(240)의 내측면과 제1분배판(212), 제2분배판(222), 제3분배판(232)의 외측면 사이는 소정 거리 이격되어 제1공간부(261), 제2공간부(262), 제3공간부(263)가 형성된다.
상기 제1공간부(261)와 제2공간부(262)는 차단부재(251)에 의해 분리되어 제1분배판(212)을 통과한 혼합기가 제2공간부(262)를 통해 연소실(300)로 분출되거나, 제2분배판(222)을 통과한 혼합기가 제1공간부(261)을 통해 연소실(300)로 분출되는 것을 방지하게 된다.
또한 제2공간부(262)와 제3공간부(263)는 차단부재(252)에 의해 분리되어 제2분배판(222)을 통과한 혼합기가 제3공간부(263)를 통해 연소실(300)로 분출되거나, 제3분배판(232)을 통과한 혼합기가 제2공간부(262)를 통해 연소실(300)로 분출 되는 것을 방지하게 된다.
상기 구성에 의한 연소장치에서 요구되는 부하량에 따른 작용에 대해 설명한다.
먼저, 저(低)부하영역으로 버너를 가동시키기 위해서는 2개의 제어밸브(410,420)를 모두 폐쇄한 상태에서 혼합기를 공급한다. 이 경우 혼합기는 제1혼합기배관(211)을 경유하여 제1분배판(212)을 통해 연소실(300)로 분출되고 점화장치(도면에 미도시)의 점화에 의해 연소가 이루어진다.
중(中)부하영역으로 버너를 가동시키기 위해서는 1개의 제어밸브(410)를 폐쇄하고 다른 제어밸브(420)를 개방시켜 혼합기가 제1혼합기배관(211) 및 제2혼합기배관(221)을 경유하여 제1분배판(212) 및 제2분배판(222)을 통해 연소실(300)로 분출되어 연소가 이루어지도록 한다.
고(高)부하영역으로 버너를 가동시키기 위해서는 2개의 제어밸브(410,420)를 모두 개방시켜 혼합기가 제1,2,3혼합기배관(211,221,231)을 경유하여 제1,2,3분배판(212,222,232)을 통해 연소실(300)로 분출되어 연소가 이루어지도록 한다.
이와 같이 연소를 제어하게 되면, 저부하영역에서도 연소가 안정적으로 이루어지게 되어 높은 턴다운비를 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 버너를 구비한 연소장치를 보여주는 개략도이다.
도 2의 실시예는 다공판과 분배판의 형상이 테이퍼진 원통형을 예시하고 있으나, 본 실시예는 다공판(270)과 분배판(214,224,234)이 실린더(cylinder) 형상을 하고 있는 구조를 보여주고 있다. 미설명부호 213,223,233은 혼합기배관을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 원통형 버너를 구비한 연소장치의 연료도입부를 보여주는 개략도이다.
도 2의 실시예에서는 혼합기 유입을 제어밸브(410,420)를 통해 제어하는 구성을 보여주고 있으나, 도 5의 실시예에서는 공기(Air)는 송풍기(100)에 의해 공급되고 제어밸브(430,440)에서 연료(Fuel)의 공급여부를 제어하는 구성을 보여주고 있다.
즉, 혼합기배관(215,225,235)에는 송풍기(100)에 의해 공기가 이송되고, 상기 혼합기배관(215,225,235)에서 분기되는 연료공급배관(216,226,236)에는 상기 복수의 혼합기배관(215,225,235) 선택적으로 연료의 공급을 제어하는 제어밸브(430,440)가 설치되어 있다.
따라서 부하영역에 따라 상기 제어밸브(430,440)의 개폐를 제어하게 되면 저부하영역에서부터 고부하영역에까지 안정적인 연소가 이루어질 수 있어 큰 턴다운비의 구현이 가능해진다.
이상, 본 발명을 실시 예를 사용하여 설명하였으나 이들 실시예는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 원통형 버너가 적용된 가스보일러의 일례를 보여주는 개략도,
도 2는 본 발명의 일실시예인 원통형 버너를 구비한 연소장치를 보여주는 개략도,
도 3은 도 2의 원통형 버너의 각 부품을 보여주는 분해사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 버너를 구비한 연소장치를 보여주는 개략도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 원통형 버너를 구비한 연소장치의 연료도입부를 보여주는 개략도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 송풍기 200 : 버너
210 : 제1분배유닛 211 : 제1혼합기배관
212 : 제1분배판 220 : 제2분배유닛
221 : 제2혼합기배관 222 : 제2분배판
230 : 제3분배유닛 231 : 제3혼합기배관
232 : 제3분배판 240 : 다공판
251,252 : 차단부재 261 : 제1공간부
262 : 제2공간부 263 : 제3공간부
410,420 : 제어밸브

Claims (4)

  1. 송풍기에 의해 이송되어온 혼합기가 도입되는 입구측에서 복수의 경로로 분기되고 연소실 내측에서는 외측의 배관 내부에 혼합기가 통과할 수 있도록 소정의 간격만큼 이격된 상태로 내측의 배관이 설치되는 복수의 혼합기배관과, 상기 복수의 혼합기배관 각각의 끝단부에는 얇은 박판상에 다수의 구멍이 형성된 원통형 또는 테이퍼진 원통형이 상하적층구조로 설치되는 복수의 분배판으로 이루어진 분배유닛;
    상기 복수의 분배판의 외측면과의 사이에 공간부를 형성하며 다수의 염공이 형성된 다공판;
    을 포함하여 이루어진 다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공간부는 상기 복수의 분배판과 다공판 사이에 형성된 차단부재에 의해 상기 분배판에 대응되는 개수의 공간으로 분리되는 것을 특징으로 하는 다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 혼합기배관의 복수의 경로 중 하나 이상의 경로로 혼합기를 선택적으로 공급제어하기 위한 제어밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 혼합기배관에는 송풍기에 의해 공기가 이송되고, 상기 혼합기배관에서 분기되는 연료공급배관에는 상기 복수의 혼합기배관에 선택적으로 연료의 공급을 제어하는 제어밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 다단구조의 원통형 버너를 구비한 연소장치.
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