KR100864846B1 - 예혼합 연소 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버너 표면 전체에 균일한 혼합기가 공급되어 버너 표면에서 균일한 연소가 이루어지도록 하기 위한 것으로, 연료가스와 공기를 흡입하는 흡입구 및 흡입된 연료가스와 공기를 토출하는 토출구가 형성된 본체, 상기 연료가스 및 공기가 혼합된 혼합기를 토출구로 토출시키는 송풍수단, 상기 토출구로부터 토출된 혼합기가 통과하는 구멍이 동심원상으로 다수 형성된 분배판, 상기 본체의 토출구 쪽에 고정되는 버너 커버, 상기 버너 커버에 고정된 메탈 화이버와 상기 분배판을 본체에 안정되게 고정시키는 브라켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 분배판에 다수의 구멍이 형성됨으로써 혼합기를 보다 좋은 연소 조건으로 혼합시켜 주고, 메탈 화이버 전체에 균일한 혼합기가 공급되어 균일한 연소가 이루어지며, 연료와 공기를 혼합하는 별도의 혼합부를 형성하거나 장착할 필요가 없음은 물론 연소 효율을 향상시켜 일탄화탄소 및 질소산화물의 발생을 대폭 줄이게 되는 유용한 효과가 있다.

버너, 표면연소, 분배판, 구멍, 브라켓

Description

예혼합 연소 버너{Premixed Combustion Burner}

도1은 종래의 버너를 도시한 사시도.

도2a는 종래의 예혼합 메탈 화이버 버너를 도시한 사시도.

도2b는 종래의 예혼합 메탈 화이버 버너를 도시한 단면도.

도3a는 종래의 가스 연소장치를 도시한 분해 사시도.

도3b는 종래의 가스 연소장치를 도시한 단면도.

도4는 본 발명의 예혼합 표면연소 버너를 도시한 분해 사시도.

도5는 본 발명의 예혼합 표면연소 버너를 도시한 단면도.

도6은 본 발명의 예혼합 표면연소 버너를 도시한 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 본체 105: 단턱

300a: 분배판 320: 구멍

321: 제1구멍 322: 제2구멍

350: 브라켓 351: 고정부

400: 버너 커버 401: 화염구멍

410: 메탈 화이버

본 발명은 예혼합 표면연소 버너 및 이를 포함하는 열기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 가스와 공기를 최적으로 혼합시켜 완전 연소가 이루어지도록 하는 예혼합 표면연소 버너 및 이를 포함하는 열기기에 관한 것이다.

일반적으로 버너는 연료를 안전하고 효율이 좋게 연소시켜 열 또는 고온을 얻는 장치로서, 연료의 종류에 따라 가스 연소용의 가스 버너, 등유나 중유 등 액체 연료를 연소시키는 오일 버너, 석탄 등의 고체 연료를 연소시키는 미분탄 버너 등이 있다.

또한 연료와 공기를 혼합하는 방법에 따라 예혼합 버너와 확산형 버너로 분류된다. 가정용 또는 화학 실험용인 소형 버너는 연료와 공기를 미리 혼합하여 연소시키는 예혼합형이 사용되고, 공업용 대형 버너는 연료와 공기를 각각 연소기로 보내 연소기에서 혼합하여 연소시키는 확산형이 주로 사용된다.

이러한 예혼합형은 연료와 공기를 미리 혼합시킨 다음 연소시키므로 매연이 없는 고효율 연소가 이루어지는 반면, 불꽃이 버너 내부로 침입하는 역화 현상이 발생될 가능성이 높다.

아울러 부분 예혼합형의 대표적인 표면연소버너로는 분젠 버너가 있으며, 이는 가정용 및 산업용 가스 보일러에 적용되어 사용되는 것으로, 이를 도1에 도시하 였다.

도1은 종래의 버너를 도시한 사시도로서, 분젠 버너(1)는 상부에 다수의 염공(6)이 형성된 버너 헤드(5)를 구비한 디퓨저(2), 솔레노이드 밸브(도면상 미도시됨)에 의해 연료가 공급되는 가스연료 공급구(3), 가스 분출에 따라 공기 흡입을 효과적으로 하기 위한 벤튜리(4)로 이루어진다.

상기 솔레노이드 밸브를 통해 공급된 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG) 등의 연료가 분출될 때 연료 동압의 증가에 따른 정압의 감소로 주위 공기가 흡입되어 들어오게 되고, 이를 보다 촉진시키기 위해 벤튜리 형태의 흡입구가 형성된다.

아울러 연료와 공기를 최대한 균일하게 혼합시키기 위해 디퓨저(2)는 유로를 굴절시켜 연료와 공기의 혼합 시간을 최대한 확보하고, 유속을 균일하게 유지하면서 염공(6)을 통해 분젠 화염이 형성된다.

그런데, 이러한 분젠 버너(1)의 분젠 화염은 각각의 화염이 일정 간격으로 떨어져 있어 버너 상단의 온도 분포가 고르지 못한 단점이 있고, 예혼합 화염은 그 구조상 부분적으로 온도가 높은 이론 공연비에서 연소되는 부분 때문에 높은 화염 온도 영역이 존재함으로 인해 공해 배기가스인 질소산화물(NOx)의 배출이 증가하며, 공기 연료비의 변동에 따라 일산화탄소(CO)가 증가되는 문제점이 있었다.

한편, 대한민국 공개특허공보 제2003-48233호로 <예혼합 메탈 화이버 버너>가 개시되어 있으며, 이를 도2a 및 도2b에 도시하였다.

도2a는 종래의 예혼합 메탈 화이버 버너를 도시한 사시도이고, 도2b는 종래 의 예혼합 메탈 화이버 버너를 도시한 단면도이며, 이에 도시된 바와 같이, 상기 예혼합 메탈 화이버 버너는 연소용 공기를 공급하는 급기팬(18), 상기 급기팬(18)으로부터 공급되는 공기와 가스 노즐에서 공급되는 가스를 혼합하는 매니폴드(19), 유입되는 예혼합기를 연소시키는 버너가 구비된다.

이와 함께 상기 예혼합 메탈 화이버 버너는 버너 입구(15)로부터 유입되는 혼합기를 반경 방향으로 통과시키는 관통공(13)이 형성되며, 상단이 버너 플랜지에 고정되는 원통형의 외부 분배기(12), 상기 외부 분배기(12) 외측으로 밀착되어 관통공(13)이 형성된 외부 분배기(12)를 통과하는 혼합기를 연소시키는 메탈 화이버 매트(11) 및 상기 외부 분배기(12)와 메탈 화이버 매트(11) 끝단에 고정되어 버너 출구를 폐쇄시키는 앤드캡(16)이 구비된다.

그런데, 이와 같은 예혼합 메탈 화이버 버너는 메탈 화이버 매트(11), 급기팬(18), 매니폴드(19) 등이 크기가 큰 구조로 이루어져 버너의 전체 크기가 커지는 단점이 있으며, 이에 따라 크기가 작은 연소장치에는 적용시키기 어려운 문제점이 있었다.

한편 본 발명자에 의해 대한민국 특허출원 제2006-94365호로 <가스 연소장치>가 출원된 바 있으며, 이를 도3a 및 도3b에 도시하였다.

도3a는 종래의 가스 연소장치를 도시한 분해 사시도이고, 도3b는 종래의 가스 연소장치를 도시한 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 가스 연소장치는 연료가스 및 공기 흡입을 위한 흡입구(120)와 흡입된 연료가스와 공기를 토출하기 위한 토출구(130)가 형성된 본체(100), 상기 연료가스 및 공기를 상기 토출구(130)로 토출시 키는 송풍수단(200) 및 일면이 상기 연료가스 및 공기의 유동방향과 교차하는 방향으로 배열되어 상기 토출구(130)와 이격되게 결합되는 분배판(300)으로 구성된다.

아울러 상기 흡입구(120)에 설치되는 덮개(110)에는 공기를 흡입하는 공기 공급구(114)가 형성되고, 모터(220)에 의해 회전되는 송풍휠(210)을 구비한 송풍수단(200)이 흡입구(120)와 토출구(130) 사이에 설치된다.

또한 본체(100) 내부에는 스페이서(310)에 의해 분배판(300)이 고정되고, 버너 커버(400)에는 메탈 화이버(410)가 설치되며, 버너 커버(400)에는 점화장치(500)가 설치된다.

한편, 미설명 부호 420은 개스킷(gasket)으로 본체(100)와 버너 커버(400) 사이에 고정된다.

이와 같은 종래의 가스 연소장치는 흡입구(120)로 흡입된 연료 및 공기의 혼합기를 송풍휠(210)의 회전에 의해 토출구(130)로 보내게 되고, 혼합기는 상기 토출구(130)로부터 떨어진 위치에 고정된 분배판(300)과 믹싱부(140) 사이를 지나 버너 커버(400)의 메탈 화이버(410)로 보내진다.

그러나, 이러한 가스 연소장치는 버너 커버에 설치되는 메탈 화이버를 안정된 상태로 설치하기 위해 버너 커버에 별도의 지지대(도면상 미도시됨) 등을 설치하여야 하는 불편함이 있었다.

또한, 혼합기는 토출구로부터 토출되어 분배판의 바깥쪽 유로를 따라 흐르므로 메탈 화이버 중앙 부분의 강한 기류를 바깥쪽으로 보내 화염의 균형을 유지하고자 하였으나 화염의 분포가 여전히 불균일한 문제점이 있었다.

즉, 분배판 및 상기 분배판을 고정하는 스페이서에 의해 혼합기의 흐름이 어느 정도 이상은 균일하게 분배될 수 없으며, 또한 스페이서, 체결 볼트 등의 부품이 추가됨으로써 조립 시간이 오래 걸리며, 부품의 추가로 인해 제조 비용이 상승되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 버너 표면 전체에 균일한 혼합기가 공급되어 버너 표면에서 균일한 연소가 이루어지는 예혼합 연소 버너를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 버너의 화염면을 형성하는 메탈 화이버 및 분배판을 간단한 구조로 안정되게 고정시키는 예혼합 연소 버너를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고정 브라켓의 내경을 버너 커버의 내경 보다 작게 하여 버너 커버로 화염의 고온이 전달되는 것을 차단시키는 예혼합 연소 버너를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 예혼합 연소 버너를 포함하는 열기기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예혼합 표면연소 버너는 연료가스와 공기를 흡입하는 흡입구 및 흡입된 연료가스와 공기를 토출하는 토출구가 형성된 본체, 상기 연료가스 및 공기가 혼합된 혼합기를 상기 토출구로 토출시키는 송풍수단, 상기 토출구로부터 토출된 혼합기가 통과하는 구멍이 다수 형성된 분배판, 상기 본체의 토출구 쪽에 고정되는 버너 커버, 상기 버너 커버에 고정된 메탈 화이버와 상기 분배판을 본체에 안정되게 고정시키는 브라켓을 포함하며, 상기 브라켓은 상기 분배판과 메탈 화이버 사이에 설치되고, 상기 브라켓의 일측에는 상기 메탈 화이버가 고정되며, 상기 브라켓의 타측에는 상기 분배판이 고정되는 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명은 상기 구멍은 직경이 큰 제1구멍, 상기 제1구멍 보다 직경이 작은 제2구멍으로 이루어지고, 상기 제2구멍은 상기 제1구멍 사이에 다수개 형성되는 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명은 상기 브라켓은 원통형으로 이루어지고, 그 일단은 안쪽으로 절곡되어 외주 직경 보다 작은 고정부가 형성되고, 상기 브라켓의 고정부는 상기 메탈 화이버의 화염이 상기 버너 커버에 닿지 않도록 상기 버너 커버의 화염구멍 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 상기 브라켓의 고정부는 상기 버너 커버의 화염구멍 보다 3~10㎜ 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 전술한 특징을 가지는 예혼합 연소 버너를 포함하는 열기기를 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도4는 본 발명의 예혼합 표면연소 버너를 도시한 분해 사시도이고, 도5는 본 발명의 예혼합 표면연소 버너를 도시한 단면도이며, 도6은 본 발명의 예혼합 표면연소 버너를 도시한 사시도이다.

다만, 전술한 종래기술과 동일한 구성에 대하여는 동일한 부호를 사용하며, 그 구체적인 설명은 생략한다.

도4 내지 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예혼합 표면연소 버너는 흡입구(120) 및 토출구(130)가 형성된 본체(100), 상기 본체(100) 내에 설치되는 분배판(300a), 메탈 화이버(410)가 고정되는 버너 커버(400), 상기 분배판(300a)과 메탈 화이버(410)를 안정되게 고정시키는 브라켓(350)으로 구성된다.

아울러 본체(100) 및 송풍수단(200)은 전술한 종래의 가스 연소장치와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하되, 이하에서는 종래의 가스 연소장치와 다른 부분에 대하여 설명하기로 한다.

상기 분배판(300a)은 원판 형태로 이루어지고, 이 분배판(300a)의 바깥쪽 주변부에는 다수의 구멍(320)이 형성되는데, 직경이 큰 제1구멍(321)과 상기 제1구멍(321) 보다 직경이 작은 제2구멍(322)이 형성된다.

이들 구멍(320)은 분배판(300a)의 바깥쪽 주변부에 위치하는 동일한 동심원 상에 형성되며, 제2구멍(322)은 제1구멍(321)들 사이에 다수개 형성되는 것으로, 제1구멍(321) 사이에 반경 방향으로 2개 형성됨이 바람직하나 필요에 따라 증감 또는 다른 배치를 택할 수 있다.

이러한 구멍(320)은 토출구(130)에서 토출된 혼합기를 메탈 화이버(410)에 균일하게 공급하기 위한 것으로, 직경이 큰 제1구멍(321)으로는 다량의 혼합기가 통과됨과 함께 직경이 작은 제2구멍(322)으로는 소량의 혼합기가 통과된다.

아울러 제1구멍(321)을 통과한 혼합기와 제2구멍(322)을 통과한 혼합기는 서로 다른 크기의 와류가 인접한 상태에서 발생되어 상기 송풍수단(200)에 의해 혼합된 혼합기가 재차 혼합 되어진다.

이렇게 혼합된 혼합기는 연료와 공기의 혼합이 보다 양호하게 이루어지게 된다.

이와 함께 혼합기가 분배판(300a)의 바깥쪽이 아닌 구멍(320)을 통과하므로 토출구(130)로부터 토출된 혼합기가 메탈 화이버(410)의 보다 큰 면적에 접촉할 수 있도록 흐르게 된다.

즉, 분배판(300a)을 통과하는 혼합기가 토출구(130)로부터 메탈 화이버(410)로 흐를 때 혼합기는 메탈 화이버(410)의 주변부는 물론 중앙쪽으로도 균일하게 공급되게 되어 보다 큰 면적에서 접촉하게 되는 것이다.

또한 상기 브라켓(350)은 버너 커버(400)에 고정되어 있는 메탈 화이버(410)와 상기 분배판(300a) 사이에 위치하며, 이에 따라 상기 메탈 화이버(410)는 브라켓(350)과 버너 커버(400) 사이에서 고정되고, 상기 분배판(300a)은 브라켓(350)과 토출구(130) 사이에서 고정된다.

그리고, 버너 커버(400)에는 메탈 화이버(410)의 직경 보다 작은 직경으로 된 화염구멍(401)이 형성된다.

상기 브라켓(350)은 원통형으로 이루어지고, 그 일단은 안쪽으로 절곡되어 외주의 직경 보다 작은 직경의 고정부(351)가 형성된다. 이러한 브라켓(350)의 고정부(351)는 상기 버너 커버(400)의 화염구멍(401) 보다 작은 직경으로 형성된다.

이러한 브라켓(350)의 고정부(351)는 상기 버너 커버(400)의 화염구멍(401) 보다 대략 3~10㎜ 정도 작게 형성됨이 바람직하며, 상기 브라켓(350)의 고정부(351)은 메탈 화이버(410)의 화염면으로부터 형성되는 화염이 버너 커버(400)에 닿지 않는 정도이면 충분하다.

상기 고정부(351)가 안쪽으로 절곡되어 연장되는 길이는 메탈 화이버(410)의 화염면으로부터 형성되는 화염이 버너 커버(400)에 닿지 않는 선에서 결정되며, 바람직하게는 버너의 용량에 따라 차이가 있지만, 상기 브라켓(350)의 고정부(351)는 상기 버너 커버(400)의 화염구멍(401) 보다 대략 3~10㎜ 정도 작게 형성된다.

즉, 상기 고정부(351)의 내경과 화염구멍(401)의 직경 차이가 대략 3㎜ 미만이면, 화염은 높은 온도의 연소열이 버너 커버(400)에 전달되어 버너 커버(400)가 과열되는 문제가 생기며, 불필요한 열의 낭비로 인해 열효율도 떨어지게 된다.

또한, 상기 고정부(351)의 내경과 화염구멍(401)의 직경 차이가 대략 10㎜ 초과이면, 연소 영역이 좁아져 이용하지 않는 메탈 화이버(410) 영역의 낭비가 이루어지고, 버너의 연소 용량도 줄어들게 된다.

즉, 브라켓(350)의 고정부(351)는 분배판(300a)을 통과한 혼합기가 버너 커버(400) 쪽으로 공급되는 것을 차단하여 줌으로써 결국 메탈 화이버(410)의 화염은 그 주변 테두리 부분에서 발생되지 않으므로 고온의 화염이 버너 커버(400)에 닿지 않게 된다.

한편, 상기 본체(100)의 토출구(130) 쪽의 내측 주연부에는 상기 분배판(300a)이 설치되는 단턱(105)이 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 단턱(105)은 분배판(300a)이 삽입되는 깊이를 결정하며, 분배판(300a)이 본체(100)와 브라켓(350)에 의해 견고하게 고정된 상태를 유지할 수 있게 된다.

전술한 본 발명의 예혼합 연소 버너는 가스 튀김기, 열풍기 등의 열기기에 설치되어 연소 효율을 높이는 데 사용될 수 있다.

이와 같은 본 발명은, 분배판에 다수의 구멍이 형성됨으로써 혼합기를 보다 좋은 연소 조건으로 혼합시켜 주고, 메탈 화이버 전체에 균일한 혼합기가 공급되어 균일한 연소가 이루어지며, 연료와 공기를 혼합하는 별도의 혼합부를 형성하거나 장착할 필요가 없음은 물론 연소 효율을 향상시켜 일탄화탄소 및 질소산화물의 발생을 대폭 줄이게 되는 유용한 효과가 있다.

또한 브라켓에 의해 분배판 및 메탈 화이버를 간단하면서도 견고하게 고정시키고, 부품수의 감소로 인해 제조 비용 및 조립 시간을 절감하며, 브라켓의 고정부가 버너 커버의 화염구멍 보다 작아 버너의 화염면에 형성된 화염이 버너 커버에 닿지 않게 됨은 물론 버너 외부로 불필요한 열이 전달됨을 줄여주어 버너의 열 효율을 높이게 되는 유용한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 연료가스와 공기를 흡입하는 흡입구 및 흡입된 연료가스와 공기를 토출하는 토출구가 형성된 본체,

   상기 연료가스 및 공기가 혼합된 혼합기를 상기 토출구로 토출시키는 송풍수단,

   상기 토출구로부터 토출된 혼합기가 통과하는 구멍이 다수 형성된 분배판,

   상기 본체의 토출구 쪽에 고정되는 버너 커버,

   상기 버너 커버에 고정된 메탈 화이버와 상기 분배판을 본체에 안정되게 고정시키는 브라켓을 포함하며,

   상기 브라켓은 상기 분배판과 메탈 화이버 사이에 설치되고, 상기 브라켓의 일측에는 상기 메탈 화이버가 고정되며, 상기 브라켓의 타측에는 상기 분배판이 고정되는 것을 특징으로 하는 예혼합 연소 버너.
2. 제1항에 있어서,

   상기 분배판에 형성된 구멍은 동심원상으로 형성되되, 직경이 큰 제1구멍과, 상기 제1구멍 보다 직경이 작은 제2구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 예혼합 연소 버너.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2구멍은 상기 제1구멍 사이에 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 예혼합 연소 버너.
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 브라켓은 원통형으로 이루어지고, 그 일단은 안쪽으로 절곡되어 외주 직경 보다 작은 고정부가 형성된 것을 특징으로 하는 예혼합 연소 버너.
6. 제5항에 있어서,

   상기 브라켓의 고정부는 상기 메탈 화이버의 화염이 상기 버너 커버에 닿지 않도록 상기 버너 커버의 화염구멍 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 예혼합 연소 버너.
7. 제6항에 있어서,

   상기 브라켓의 고정부는 상기 버너 커버의 화염구멍 직경 보다 3~10㎜ 작은 내경을 가지는 것을 특징으로 하는 예혼합 연소 버너.
8. 삭제

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