KR101060440B1 - 배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치에 관한 것으로, 연료가스와 공기를 미리 혼합한 혼합가스를 연소시키는 예혼합 버너가 구비된 연소장치에 있어서, 상기 예혼합 버너에서 연소로 생성된 배기가스를 상기 혼합가스에 혼합하여, 상기 혼합가스의 분출속도를 높이도록 구성된다. 본 발명은 예혼합 버너의 최소출력을 최소화하기 위해, 연료가스와 공기를 줄여 공급할 때, 배기가스를 연료가스와 공기의 혼합가스에 추가적으로 혼합하여 분출속도의 저하를 방지하여, 역화 또는 적열의 발생이 없이 안정적으로 최소출력을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

예혼합 버너, 최소출력, 배기가스

Description

배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치{Combustion device having premixed burner which using exhaust gas}

본 발명은 배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료인 가스와 공기를 혼합할 때 배기가스를 함께 혼합하여 낮은 출력에서도 안정적인 연소가 이루어지는 배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료인 가스와 공기를 미리 혼합하여 연소시키는 예혼합 버너는 NOx의 발생량이 작고, 과잉공기량도 작아 친환경적이며 효율이 높은 장점을 가지고 있다.

이러한 예혼합 버너는 난방 또는 온수의 사용량에 따라 최고출력에서부터 최소출력에 이르기까지 안정적인 연소를 구현하도록 요구되어 진다. 그러나 이러한 예혼합 버너에서 최소출력을 낮추는 데는 한계가 있다.

즉, 버너의 최소출력을 낮춘다는 것은 안정적으로 연소가 이루어지는 가스와 공기의 혼합물의 공급량을 얼마나 낮게 줄일 수 있느냐의 문제로 귀결된다. 가스와 공기의 혼합물의 공급량을 줄이게 되면 버너에서 분출되는 가스와 공기의 혼합물의 속도가 느려지게 되어 화염이 버너측으로 타들어옴으로써 버너의 표면이 적열되거나, 역화가 발생하기도 한다.

이를 해결하기 위하여 제시된 방법으로 세라믹 재질 또는 메탈화이버 재질의 버너가 사용되고 있으나, 이는 매우 고가인 문제점이 있었다.

또한 이와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 상대적으로 가격이 저렴한 다공판 스테인레스 재질의 예혼합 버너의 최소출력을 낮추기 위한 여러 시도가 있었다.

그 중 한가지 방법으로 일본특개 평9-280514호에는 원형의 버너에서 버너의 염공 하부에 별도의 회전판을 밀착시켜, 이 회전판의 회전 정도에 의하여 연소가 이루어지는 염공의 수를 조절하는 구성이 기재되어 있다.

그러나 이와 같은 구조는 구조가 복잡하고 회전판에 의해 막힌 염공에서 누설이 발생하는 경우 버너의 적열에 의한 파손 및 역화의 우려가 있다.

또한, 일본특개 평5-302705에는 원뿔모양의 봉상조절체를 이용하여 염공의 크기를 직접 조절하는 구조가 공개되어 있다. 이는 봉상조절체의 위치에 따라 염공의 크기를 조절함으로써 최소출력을 낮출 수 있는 구조이나, 이 역시 구조가 복잡하고, 출력이 낮을 때에는 봉상 조절체의 상부가 과열에 의하여 소손될 우려가 있다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 보다 단순한 구조를 사용하여 예혼합 버너의 최소출력을 낮출 수 있는 배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 최소출력을 낮추면서도 혼합가스의 속도 저하를 방지하여 역화의 발생이 없으며, 장치의 소손 또는 파손의 염려가 없는 배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 연료가스와 공기를 미리 혼합한 혼합가스를 연소시키는 예혼합 버너가 구비된 연소장치에 있어서, 상기 예혼합 버너에서 연소로 생성된 배기가스를 상기 혼합가스에 혼합하여, 상기 혼합가스의 분출속도를 높이도록 구성된다.

본 발명은 예혼합 버너의 최소출력을 최소화하기 위해, 버너의 연소에 의해 발생한 배기가스를 연료가스와 공기의 혼합가스에 추가적으로 혼합함으로써, 가스와 공기 혼합물의 분출속도 저하를 방지하여, 역화 또는 적열의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 역화의 발생없이 안정적인 연소가 이루어지는 최소출력을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 간단한 구조를 사용하여 예혼합 버너의 최소출력을 줄일 수 있어, 설비비용을 절감하며 장치의 소손 또는 파손이 발생하는 것을 방지하여, 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 배기가스를 활용한 예혼합 버너의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스를 활용한 예혼합 버너의 바람직한 실시예의 구성도이다.

도 1을 참조하면 본 발명 배기가스를 활용한 예혼합 버너의 바람직한 실시예는, 공기와 연료가스를 혼합하여 혼합가스를 생성하며 상기 혼합가스에 배기가스를 혼합하는 혼합부(10)와, 상기 혼합부(10)에서 혼합된 연료가스 및 공기를 공급받아 연소시키는 버너(20)와, 상기 버너(20)에서 발생된 열과의 열교환을 통해 물을 가열하는 열교환기(30)와, 상기 열교환 후 냉각된 배기가스를 외부로 배출하는 배기부(40)와, 상기 배기부(40)에서 응축수를 외부로 배출하는 응축수 배출부(50)와, 상기 배기부(40)를 통과하는 배기가스의 일부를 상기 혼합부(10)에 공급하는 배기가스 혼합관(60)을 포함하여 구성된다.

연료가스 공급부(12)를 통해 공급되는 연료가스는 송풍기(11)에 의해 흡기되는 공기와 함께 혼합부(10) 내에서 연소에 적정한 비율로 혼합된다.

상기 연료가스와 공기가 혼합된 혼합가스는 상기 송풍기(11)에 의해 버너(20)로 공급 및 연소되어, 그 버너(20)에 포함된 스테인레스 다공판의 염공들에서 화염이 형성된다.

이와 같은 버너(20)의 연소열은 열교환기(30)에 전달되어, 그 열교환기(30)의 내측에 흐르는 물을 가열한다. 이 경우 상기 열교환기(30)는 현열열교환부와 잠열열교환부로 이루어진 콘덴싱 방식으로 구성될 수 있다. 이와 같이 콘덴싱 보일러에 적용되는 경우에는 상기 열교환기(30)의 표면에서 응축수가 발생하게 되는데, 이러한 응축수는 응축수 배출관(50)을 통해 배출된다.

상기 열교환기(30)에서 열교환 후 온도가 낮아진 배기가스는 배기부(40) 및 배기덕트(41)를 통해 외부로 배기된다.

이 경우 상기 버너(20)의 염공을 통해 분출되는 혼합가스의 분출속도를 높이기 위하여, 상기 배기덕트(41)로 흐르는 배기가스 중 일부를 배기가스 혼합관(60)을 통해 상기 혼합부(10)로 공급되도록 하여 배기가스가 상기 연료가스 및 공기와 함께 혼합된다.

이때 배기가스의 주성분은 질소와 이산화탄소이며, 소량의 산소와 수증기를 포함한다. 이러한 배기가스의 성분들은 연소에는 거의 영향을 미치지 않는 성분들이므로, 상기 연료가스 및 공기와 함께 혼합하더라도 연소 자체에는 영향을 주지 않는다.

이 경우 상기 연료가스 공급부(12)를 통해 공급되는 가스의 공급량을 측정하는 가스공급량측정부(70)와 상기 공급되는 공기의 공급량을 측정하는 공기공급량측정부(80)가 최적 연소의 구현을 위해 추가로 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 가스와 외부에서 유입되는 공기의 양을 측정하고 그 측정된 가스와 공기의 양이 최적 연소에서 벗어날 위험이 있는 경우에는 송풍기(11)의 회전속도를 조절하거나 연료가스의 공급량을 조절하여 최적연소가 이루어지도록 한다.

이와 같이 배기가스를 연료가스와 공기가 혼합되는 혼합부(10)로 공급하면, 버너(20)를 최소출력으로 연소시키기 위해 가스 및 공기량을 줄이는 경우에도 배기가스가 더 혼합된 혼합가스를 버너(20) 측으로 공급할 수 있게 된다. 그 결과 최소출력으로 연소시 버너(20)의 염공들을 통해 분출되는 혼합가스의 분출속도의 저하를 방지할 수 있게 된다.

상기 배기가스 혼합관(60)은 상기 혼합부(10)의 송풍기(11) 흡입구 측에 연결되도록 하고, 최소출력시 화염전파속도에 비하여 더 빠른 혼합가스의 배출속도를 유지할 수 있도록 미리 설정된 직경의 것으로 구비되는 것이 바람직하다.

종래 기술의 연소장치에서 발생하던 적열이나 역화는, 혼합가스의 분출속도에 비하여 화염전파속도가 더 빠를 때 발생하는 것이다. 본 발명에서는 최소출력을 낮추기 위하여 연료가스와 공기량을 줄여 공급할 때에도, 배기가스를 투입하여 혼합가스의 분출속도를 화염전파속도에 비해 더 빠르게 할 수 있어 그 적열이나 역화의 발생을 방지할 수 있게 된다.

본 발명은 종래 기술들과는 달리 최소출력으로 동작할 때에도 염공의 수나 크기에는 변화가 없으며, 기계적인 작동구조를 사용하지 않고도 최소출력을 대폭 낮출 수 있게 되어, 장치가 소손 또는 파손될 염려가 없어 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한 기계적인 마찰 구조를 사용하지 않는 간단한 구조를 사용하기 때문에 장치의 파손이나 소손에 대한 염려를 줄일 수 있으며, 장치의 제조비용을 절감하고, 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 구성도이다.

본 실시예에서는, 배기가스 혼합관(60)에는 혼합부(10)로 공급되는 배기가스의 양을 조절할 수 있는 조절부재(61)가 더 구비된다. 상기 조절부재(61)는 필요에 따라 상기 배기가스가 통과하는 배기가스 혼합관(60)의 내경을 조절하여 배기가스의 혼합량을 조절할 수 있는 것이면 어떠한 구조의 것이라도 사용할 수 있다.

이 경우 상기 조절부재(61)는 그 개폐량이 전기적인 신호에 의해 제어될 수 있는 밸브를 사용함이 바람직하다. 상기 조절부재(61)의 개폐량은 출력에 따라 조절될 수 있다. 즉, 고출력으로 연소되어 배기가스를 혼합부(10) 측으로 공급할 필요가 없는 경우에는 조절부재(61)를 완전히 닫도록 제어할 수도 있고, 최소출력에 가까울수록 조절부재(61)의 개방량을 조절하여 배기가스의 공급량을 조절하는 것으로 구성할 수 있다.

본 실시예의 경우에도 가스공급량측정부(70)와 공기공급량측정부(80)에서 가스의 공급량과 공기의 공급량을 측정하여 공연비가 최적이 되도록 송풍기(11)의 회전속도를 가변시키거나 연료가스의 공급량을 조절하도록 하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명 배기가스를 활용한 예혼합 버너의 바람직한 실시예에 따른 구성도,

도 2는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:혼합부 12:연료공급부

11:송풍기 20:버너

30:열교환기 40:배기부

41:배기덕트 50:응축수배출관

60:배기가스 혼합관 70:가스공급량 측정부

80:공기공급량 측정부

Claims (6)

1. 연료가스와 공기를 미리 혼합한 혼합가스를 연소시키는 예혼합 버너가 구비된 연소장치에 있어서,

   상기 예혼합 버너에서 연소로 생성된 배기가스를 외부로 배출하는 배기덕트;

   상기 연료가스와 공기를 혼합하는 혼합부;

   상기 배기덕트와 상기 혼합부 사이에 구비되어, 상기 배기덕트의 배기가스 일부를 상기 혼합부에 구비된 송풍기의 흡입구 측으로 공급하는 배기가스 혼합관; 및

   상기 배기가스 혼합관 내부에 구비되어, 상기 혼합부로 공급되는 배기가스의 양을 조절하는 조절부재;를 포함하되,

   상기 조절부재는, 상기 예혼합 버너의 출력값이 설정된 출력값을 초과하는 경우에는 닫혀 있고, 상기 예혼합 버너의 출력값이 설정된 출력값 이하인 경우에는 상기 예혼합 버너에서의 혼합가스의 분출속도가 화염전파속도보다 빨라지도록 상기 혼합부로 공급되는 배기가스의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 조절부재는 전기적인 신호에 의해 개폐량이 조절될 수 있는 밸브인 것을 특징으로 하는 배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,

   상기 연료가스의 공급량을 측정하는 가스공급량측정부와 상기 공기의 공급량을 측정하는 공기공급량측정부가 구비되고; 상기 가스공급량측정부와 공기공급량측정부에서 측정된 가스 및 공기의 공급량으로부터 연소를 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스를 활용한 예혼합 버너가 구비된 연소장치.

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