KR101055984B1 - Premix Burner - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 가스 공급을 위해 개폐되는 가스 밸브; 송풍기로부터 공급되는 공기와 상기 가스 밸브를 통해 공급되는 가스가 혼합되는 공기-가스 혼합실; 상기 공기-가스 혼합실로부터 공급된 공기-가스 혼합기를 연소시키는 화염 형성부; 및 상기 가스 밸브를 통해 공급받은 가스를 공기-가스 혼합실로 공급하는 노즐 챔버를 각각 독립적으로 구비한 복수 개의 서브 예혼합 버너로 구성된 예혼합 가스 버너에 있어서, 상기 서브 예혼합 버너 각각에는 상기 송풍기로부터 상기 공기-가스 혼합실에 독립적으로 공기의 공급 또는 차단이 이루어지도록 급기 밸브부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.The present invention, the gas valve is opened and closed for gas supply; An air-gas mixing chamber in which air supplied from a blower and gas supplied through the gas valve are mixed; A flame forming unit combusting the air-gas mixer supplied from the air-gas mixing chamber; And a premixed gas burner comprising a plurality of subpremixed burners each independently having a nozzle chamber for supplying gas supplied through the gas valve to an air-gas mixing chamber, wherein each of the subpremixed burners is provided from the blower. The air-gas mixing chamber is characterized in that the air supply valve portion is further provided so that the supply or blocking of air is made independently.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 예혼합 버너에서는 복수의 서브 예혼합 버너를 구비하여 턴다운비가 향상됨과 아울러 과잉 공기의 공급이 차단되기 때문에 낮은 출력에서도 높은 연소 효율을 유지할 수 있게 되며, 질소산화물의 배출량도 저감되는 효과가 있다.In the premixed burner according to the present invention configured as described above, it is possible to maintain a high combustion efficiency even at a low output because the turndown ratio is improved by providing a plurality of sub premixed burners and the supply of excess air is blocked. Emissions are also reduced.
서브 예혼합 버너, 턴다운비, 열효율, 급기 밸브, 과잉 공기 Sub premix burner, turndown ratio, thermal efficiency, air supply valve, excess air
Description
본 발명은 가스 보일러 등에 사용되는 예혼합 버너에 관한 것으로서, 특히 턴다운비가 높고, 저출력에서도 높은 열효율을 가지며, 질소산화물의 배출량도 저감되는 예혼합 버너에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a premix burner for use in a gas boiler, and more particularly, to a premix burner having a high turndown ratio, a high thermal efficiency even at a low output, and a reduction in nitrogen oxide emissions.
일반적으로 가스 보일러에는 연료 가스를 연소시키기 위해 사용하는 버너로는 분젠 버너(Bunsen burner)와 예혼합 버너(Premix burner)가 있다.In general, a gas boiler includes a Bunsen burner and a premix burner as burners used to burn fuel gas.
분젠 버너는, 첨부도면 도 1a 및 도 1b에 개략적으로 예시된 바와 같이, 송풍기(11)로부터 공급되는 공기 중 일부인 1차 공기가 연료 가스 분사 노즐(12)로부터 분사되는 가스와 함께 혼합되어 화염 형성부(13)로 공급됨과 아울러, 공기 중 다른 일부인 2차 공기가 화염 형성부(13)들 사이의 공간으로 공급되어 연료 가스의 완전 연소를 유도하는 구조로 이루어져 있다. 이러한 분젠 버너는 구조가 간단하고 가격이 저렴하여 널리 사용되고 있으나, 턴다운비(Turn-Down Ratio) 즉 '최대 가스 소비량 : 최소 가스 소비량의 비'가 낮고, 과잉 공기량이 많아 열효율이 저하되며, 유해한 질소산화물의 배출량이 많다는 문제점이 있다.The Bunsen burner is flame-formed by mixing the primary air, which is part of the air supplied from the
종래 분젠 버너의 특성을 개선하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 가스공급관(14a,14b)을 복수 개로 함과 아울러 각각의 가스공급관(14a,14b)에 밸브(15a,15b)를 설치한 구조의 분젠 버너가 있다. 이것은 원하는 출력의 정도에 따라 필요한 부분의 밸브(15a,15b)만을 개방함으로써 턴다운비를 높일 수 있게 되는 장점이 있다. 그러나, 이렇게 개선된 분젠 버너에 있어서도 질소산화물의 배출량이 저감되지 못할 뿐 아니라, 밸브(15a,15b)의 개방 여부에 상관 없이 모든 화염 형성부(13a,13b)로 공기가 공급됨에 따라 낮은 출력이 요구되는 경우에도 불필요한 부분의 가스 공급관을 잠그더라도 과잉 공기량으로 인해 열효율이 저하되는 문제가 있다.In order to improve the characteristics of the conventional Bunsen burner, as shown in FIG. 2, a plurality of
한편, 예혼합 버너는, 도 3에 예시된 것처럼, 송풍기(21)에 의해 흡입되는 공기를 연료에 미리 혼합하여 연소시키는 구조를 가짐으로써, 질소산화물의 배출량을 감소시키고 과잉 공기비도 낮춰 열효율을 향상시킨 것이다. 그러나, 이러한 예혼합 버너도 턴다운비를 높이는 데 한계가 있으며, 버너의 재질도 메탈 파이버 또는 세라믹으로 구성됨으로 인해 제조원가가 높은 단점이 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 3, the premix burner has a structure in which the air sucked by the
도 4는 턴다운비를 높이기 위해 개선된 예혼합 버너를 예시한 것인데, 가스 유입관(31)에 가스 공급량을 조절할 수 있는 가스량 조절 오리피스(32)가 설치되고, 공기 흡입관(33)에는 공기 흡입량을 조절할 수 있는 공기량 조절 오리피스(34)가 설치된 구조로 이루어져 있다. 그런데, 이러한 예혼합 버너는 오리피스(32,34)의 개도량을 조절하기 위한 구동장치가 요구되어 구조가 복잡해지는 문제가 있으 며, 가격 또한 비싸지는 문제가 있다.Figure 4 illustrates an improved premix burner to increase the turndown ratio, the
도 5a 및 도 5b는 예혼합 버너의 다른 예를 나타낸 것이다. 이 예혼합 버너는 하나의 송풍기(41)에 복수 개의 가스 밸브(42a,42a')와 복수 개의 공기-가스 혼합실(42b,42b')이 구비된 구조의 것이다. 즉, 예혼합 버너 자체가 복수 개의 서브 예혼합 버너(42,42')들로 구성된 것으로서, 서브 예혼합 버너(42,42') 각각에 공기-가스 혼합실(42b,42b')이 구비되어 있다. 따라서, 높은 출력이 요구될 경우에는 모든 서브 예혼합 버너(42,42')에서 연소가 이루어지고, 낮은 출력이 요구될 경우에는 일부 서브 예혼합 버너(42,42')에서만 연소가 이루어지게 된다. 이러한 구조의 예혼합 버너는 전술한 도 4의 예혼합 버너에 비해 구조가 간단하고 가격이 저렴하면서도 질소산화물의 배출량이 적고, 턴다운비도 높일 수 있는 장점이 있다. 그러나, 이 예혼합 버너는 저출력의 상황에서 연소가 이루어지지 않는 서브 예혼합 버너에서도 공기가 계속 공급되기 때문에, 과잉 공기 공급으로 인해 열효율이 저하되는 문제가 있다.5A and 5B show another example of the premix burner. This premix burner has a structure in which one
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 분젠 버너 및 예혼합 버너가 갖는 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 턴다운비가 높고, 저출력에서도 높은 열효율을 가지며, 질소산화물의 배출량도 저감되는 예혼합 버너를 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to improve the problems of the conventional Bunsen burner and the pre-mixed burner as described above, to provide a pre-mixed burner having a high turndown ratio, high thermal efficiency at low power, and also reduces the emission of nitrogen oxides Has its purpose.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가스 공급을 위해 개폐되는 가스 밸브; 송풍기로부터 공급되는 공기와 상기 가스 밸브를 통해 공급되는 가스가 혼합되는 공기-가스 혼합실; 상기 공기-가스 혼합실로부터 공급된 공기-가스 혼합기를 연소시키는 화염 형성부; 및 상기 가스 밸브를 통해 공급받은 가스를 공기-가스 혼합실로 공급하는 노즐 챔버를 각각 독립적으로 구비한 복수 개의 서브 예혼합 버너로 구성된 예혼합 가스 버너에 있어서, 상기 서브 예혼합 버너 각각에는 상기 송풍기로부터 상기 공기-가스 혼합실에 독립적으로 공기의 공급 또는 차단이 이루어지도록 급기 밸브부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 예혼합 버너를 개시한다.The present invention for achieving the above object, the gas valve is opened and closed for gas supply; An air-gas mixing chamber in which air supplied from a blower and gas supplied through the gas valve are mixed; A flame forming unit combusting the air-gas mixer supplied from the air-gas mixing chamber; And a premixed gas burner comprising a plurality of subpremixed burners each independently having a nozzle chamber for supplying gas supplied through the gas valve to an air-gas mixing chamber, wherein each of the subpremixed burners is provided from the blower. Disclosed is a pre-mix burner, characterized in that the air supply valve portion is further provided to independently supply or block air to the air-gas mixing chamber.
여기서, 상기 급기 밸브부는 상기 노즐 챔버 내부의 압력 변동에 의해 개폐가 이루어지는 구조로 이루어질 수 있다.Here, the air supply valve portion may be made of a structure that is opened and closed by the pressure variation in the nozzle chamber.
특히, 상기 급기 밸브부는, 상기 송풍기로부터 상기 공기-가스 혼합실로 공기가 공급 또는 차단되도록 작동하는 밸브 바디와 이 밸브 바디가 안착되는 밸브 시트를 구비한 급기 밸브, 상기 급기 밸브가 닫히는 방향으로 탄성력을 부여하는 탄성부재, 상기 노즐 챔버 내부의 압력 변동에 따라 신축되어 상기 급기 밸브를 개폐하는 다이어프램을 포함하여 이루어질 수 있다.In particular, the air supply valve unit, an air supply valve having a valve body that operates to supply or shut off air from the blower to the air-gas mixing chamber, and a valve seat on which the valve body is seated, and the elastic force in the direction in which the air supply valve is closed. It may be made of an elastic member to be given, including a diaphragm that is expanded and contracted according to the pressure variation inside the nozzle chamber to open and close the air supply valve.
또한, 상기 급기 밸브는 상기 밸브 바디를 상기 다이어프램의 일측에서 지지하는 지지판과 이 지지판을 상기 밸브 바디에 연결하는 지지구를 더 구비하고, 상기 탄성부재는 상기 지지판과 밸브 시트 사이에 설치된 구조로 이루어질 수 있다.In addition, the air supply valve further comprises a support plate for supporting the valve body on one side of the diaphragm and a support for connecting the support plate to the valve body, the elastic member is made of a structure provided between the support plate and the valve seat Can be.
또한, 상기 급기밸브부는 솔레노이드에 의하여 개폐가 이루어지는 것으로 구성될 수 있다.In addition, the air supply valve portion may be configured to be opened and closed by the solenoid.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 예혼합 버너에서는 복수의 서브 예혼합 버너를 구비하여 턴다운비가 향상됨과 아울러 과잉 공기의 공급이 차단되기 때문에 낮은 출력에서도 높은 연소 효율을 유지할 수 있게 되며, 질소산화물의 배출량도 저감되는 효과가 있다.In the premixed burner according to the present invention configured as described above, it is possible to maintain a high combustion efficiency even at a low output because the turndown ratio is improved by providing a plurality of sub premixed burners and the supply of excess air is blocked. Emissions are also reduced.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 예혼합 버너를 개략적으로 나타낸 정면도이 고, 도 7a 및 도 7b는 각각 도 6의 예혼합 버너에서 급기 밸브부의 작동 상태를 나타낸 측면부 단면도이다.FIG. 6 is a front view schematically showing a premix burner according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 7A and 7B are side cross-sectional views illustrating an operating state of an air supply valve unit in the premix burner of FIG. 6, respectively.
본 실시예의 예혼합 버너는, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 복수 개의 서브 예혼합 버너(110,120,130)들로 구성되어 있으며, 이 서브 예혼합 버너(110,120,130)들은 하나의 공통된 송풍기(140)와 연결되어 공기를 공급받는다. 본 실시예의 예혼합 버너를 구성하는 각각의 구성 요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.As shown in FIG. 6, the premix burner of the present embodiment includes a plurality of
도 7a를 보면 송풍기(140)와 연결되어 있는 하나의 서브 예혼합 버너(120)가 도시되어 있는데, 도시된 서브 예혼합 버너(120)와 도 7a에 나타나지 않은 나머지 서브 예혼합 버너(110,130)들은 모두 동일한 구조로 이루어져 있으며, 예시된 서브 예혼합 버너(120)는 다음과 같이 구성되어 있다. Referring to FIG. 7A, there is shown one
즉, 서브 예혼합 버너(120)의 내부에는 공기와 가스가 혼합되는 공기-가스 혼합실(121)이 형성되어 있으며, 서브 예혼합 버너(120)의 최상단부에는 공기-가스 혼합실(121)로부터 공급된 공기-가스 혼합기가 연소되는 화염 형성부(122)가 구비되어 있다. 또, 서브 예혼합 버너(120)의 일측에는 외부의 가스 공급원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 연료 가스가 공기-가스 혼합실(121)로 유입되도록 하거나 유입을 차단하기 위한 가스 밸브(123)가 구비되어 있다.That is, an air-
또한, 상기 가스 밸브(123) 측으로부터 공기-가스 혼합실(121)로 통하는 경로 상에는 가스 밸브(123)를 통해 공급받은 연료 가스를 공기-가스 혼합실(121)로 공급하기 위한 노즐 챔버(124)가 형성되어 있는데, 이 노즐 챔버(124)에는 연료 가 스를 공기-가스 혼합실(121)로 분사하는 노즐(124a)이 설치되어 있다.In addition, the
그리고, 송풍기(140)로부터 공기-가스 혼합실(121)에 이르는 경로와 상기 노즐 챔버(124) 사이에는 송풍기(140)로부터 공기-가스 혼합실(121)로 공기의 공급 또는 차단이 이루어지도록 하는 급기 밸브부(125)가 구비되어 있다. 이 급기 밸브부(125)는 급기 밸브(125a)와 탄성부재(125b) 및 다이어프램(125c)으로 구성되어 있다. In addition, between the
즉, 급기 밸브(125a)는 송풍기(140)로부터 공기-가스 혼합실(121)로 공기가 공급 또는 차단되도록 작동하는 밸브 바디(125aa)와, 이 밸브 바디(125aa)가 안착되는 밸브 시트(125ab)로 이루어져 있다. 또, 상기 탄성부재(125b)는 급기 밸브(125a)가 닫히는 방향으로 탄성력을 부여하는 요소로서, 압축 코일 스프링으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 다이어프램(125c)은 노즐 챔버(124) 내부의 압력 변동에 따라 신축됨으로써 상기 급기 밸브(125a)를 개폐하게 된다.That is, the
특히, 상기 급기 밸브(125a)는 밸브 바디(125aa)를 다이어프램(125c)의 일측에서 지지하는 지지판(125ac)과 이 지지판(125ac)을 밸브 바디(125aa)에 연결하는 지지구(125ad)를 더 구비하고 있으며, 상기 탄성부재(125b)는 지지판(125ac)과 밸브 시트(125ab)의 사이에 설치된다.In particular, the
따라서, 상기 급기 밸브부(125)는 노즐 챔버(124)의 압력 변동에 의해 개폐가 이루어지는데, 상기 가스 밸브(123)가 열리면 노즐 챔버(124) 내의 압력(P1)이 노즐 챔버(124) 외측에 위치한 공기-가스 혼합실(121)의 초입부 압력(P2) 보다 높아짐으로써, 급기 밸브(125a)가 열려서 송풍기(140)로부터 공기가 공기-가스 혼합 실(121)로 유입된다. Therefore, the
즉, 도 7b에 도시된 것처럼, 가스 밸브(123)의 개방에 따라 P1의 압력이 P2 보다 높아지면 다이어프램(125c)이 신장되면서 탄성부재(125b)를 압축시키게 되고, 지지판(125ac)에 의해 다이어프램(125c)에 지지되고 있는 급기 밸브(125a)의 밸브 바디(125aa)가 밸브 시트(125ab)로부터 이격되어 급기 밸브(125a)가 개방된다. 그리고, 송풍기(140)로부터 송풍되는 공기가 개방된 급기 밸브(125a)를 통해 공기-가스 혼합실(121)로 공급되고, 공급된 공기는 노즐 챔버(124)에 설치된 노즐(124a)로부터 분사되는 연료 가스와 혼합되어 화염 형성부(122)에서 공기-가스 혼합기의 연소가 이루어지게 된다.That is, as shown in FIG. 7B, when the pressure of P1 becomes higher than P2 as the
한편, 가스 밸브(123)가 닫히면 노즐 챔버(124) 내의 압력(P1)이 공기-가스 혼합실(121)의 초입부 압력(P2)과 동일하게 됨으로써, 탄성부재(125b)의 탄성 복원력에 의해 급기 밸브(125a)의 밸브 바디(125aa)가 밸브 시트(125ab)에 안착되어 급기 밸브(125a)가 폐쇄된다. 이에 따라, 송풍기(140)로부터 공기-가스 혼합실(121)로의 공기 공급이 차단되어 화염 형성부(122)에서 더 이상 공기-가스 혼합기의 연소가 이루어지지 않게 된다.On the other hand, when the
상기와 같은 급기 밸브부(125)는 다른 서브 예혼합 버너(110,130)에도 각각 설치되어 있어 하나의 송풍기(140)에서 공급된 공기는 각각의 서브 예혼합 버너(110,120,130)에 독립적으로 공급/차단된다. 따라서 종래 과잉 공기가 공급되어 열효율이 낮아지는 문제를 방지할 수 있다.The air
본 발명의 예혼합 버너에서는 복수의 서브 예혼합 버너를 구비하여 턴다운비 가 향상됨과 아울러 과잉 공기의 공급이 차단되기 때문에 낮은 출력에서도 높은 연소 효율을 유지할 수 있게 되며, 질소산화물의 배출량도 저감된다.The premix burner of the present invention includes a plurality of sub premix burners to improve the turndown ratio and cut off the supply of excess air, thereby maintaining high combustion efficiency even at a low output, and also reducing nitrogen oxide emissions.
한편, 상기 급기 밸브부(125)는 전술한 실시예에서 설명한 밸브 이외에 솔레노이드 밸브 등으로 대체될 수 있다.On the other hand, the air
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.In the above described the present invention based on the preferred embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, various modifications by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention This is possible.
도 1a는 종래의 분젠 버너를 개략적으로 나타낸 정면부 단면도,Figure 1a is a front cross-sectional view schematically showing a conventional Bunsen burner,
도 1b는 도 1a의 분젠 버너를 개략적으로 나타낸 평면도,FIG. 1B is a plan view schematically illustrating the Bunsen burner of FIG. 1A;
도 2는 종래의 다른 분젠 버너를 개략적으로 나타낸 평면도,2 is a plan view schematically showing another conventional Bunsen burner,
도 3은 종래 예혼합 버너의 일례를 개략적으로 나타낸 도면,3 is a view schematically showing an example of a conventional premix burner,
도 4는 종래 예혼합 버너의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면,4 is a view schematically showing another example of a conventional premix burner,
도 5a는 종래 예혼합 버너의 또 다른 예를 개략적으로 나타낸 측면부 단면도,Figure 5a is a side cross-sectional view schematically showing another example of a conventional premix burner,
도 5b는 도 5a의 예혼합 버너에서 서브 예혼합 버너 부위를 전개하여 나타낸 정면부 단면도,FIG. 5B is a front sectional view showing the sub-mixing burner in a premixed burner of FIG. 5A;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 예혼합 버너를 개략적으로 나타낸 정면도,6 is a front view schematically showing a premix burner according to an embodiment of the present invention;
도 7a 및 도 7b는 각각 도 6의 예혼합 버너에서 급기 밸브부의 작동 상태를 나타낸 측면부 단면도.7A and 7B are side cross-sectional views each illustrating an operating state of the air supply valve unit in the premix burner of FIG. 6.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110,120,130 : 서브 예혼합 버너 121 : 공기-가스 혼합실110, 120, 130: sub premix burner 121: air-gas mixing chamber
122 : 화염 형성부 123 : 가스 밸브122: flame forming portion 123: gas valve
124 : 노즐 챔버 124a : 노즐124:
125 : 급기 밸브부 125a : 급기 밸브125: air
125aa : 밸브 바디 125ab : 밸브 시트125aa: valve body 125ab: valve seat
125ac : 지지판 125ad : 지지구125ac: support plate 125ad: support
125b : 탄성부재 125c : 다이어프램125b:
140 : 송풍기140: blower
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KR19990079750A (en) * | 1998-04-09 | 1999-11-05 | 한갑수 | Forced Convection-Diffusion Catalytic Combustor |
KR20010113188A (en) * | 2000-06-16 | 2001-12-28 | 손재익 | premixed fiber-mat catalytic burner |
KR20060040220A (en) * | 2004-11-04 | 2006-05-10 | 린나이코리아 주식회사 | Premix control device of air proportion of a boiler |
-
2008
- 2008-11-06 KR KR1020080109836A patent/KR101055984B1/en active IP Right Grant
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