KR101291627B1 - 예혼합가스버너의 염공부 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제작방법이 비교적 쉬운 타공 플레이트를 복수로 적층 배치함으로써 여러 가지 형태의 염공형상을 입체적으로 구현할 수 있어 예혼합 가스 버너가 폭넓은 운전범위에서 안정적으로 화염을 유지할 수 있도록 함과 아울러 연소소음을 방지하며, 제작이 용이한 예혼합가스버너의 염공부 구조를 제공하고자 함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명은, 가스와 공기의 혼합가스가 분사되어 화염이 형성되는 다수의 염공이 구비된 예혼합가스버너의 염공부 구조에 있어서, 일정한 형상의 구멍들이 일정한 패턴으로 배열되도록 타공된 복수의 염공플레이트가 구비되고; 상기 복수의 염공플레이트가 적층되어 서로 다른 크기와 형상을 가진 염공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

예혼합가스버너의 염공부 구조{A FLAME UNIT STURCTURE OF PREMIXED GAS BURNER}

본 발명은 예혼합가스버너에 사용되는 염공부 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 크기와 형상의 구멍을 일정한 패턴으로 배열한 복수의 염공플레이트가 구비되고, 상기 염공플레이트들을 적층함으로써 다양한 크기와 형상의 염공이 형성되도록 하는 예혼합가스버너의 염공부 구조에 관한 것이다.

일반적으로 보일러나 온수기 등의 연소기기에 사용되는 가스 버너는 연소용 가스와 공기를 혼합하는 방식에 따라 분젠(Bunsen) 버너와 예혼합(Pre-mixed) 버너로 구분할 수 있다.

분젠 버너는 가스를 분사하는 노즐부에서 연소에 필요한 최소한의 1차 공기를 공급하고, 화염이 형성되는 부위에 과잉 2차 공기를 공급하여 완전연소를 실현시키는 버너로서, 버너의 화염안정성과 역화현상등이 발생할 위험성이 적다는 등의 장점이 있는 반면, 2차 공기에 의해 화염이 형성되므로 화염길이가 길고 화염온도가 높을 뿐만 아니라 연소에 필요한 공기량이 이론 공기량보다 훨씬 많은 양의 과잉공기를 필요로 하기 때문에 고온의 배기가스 배출로 인한 열손실량과 공해물질의 배출량이 많아서 가스연소기기의 효율 극대화와 공해물질 저감화 등을 달성하기에는 어느 정도 한계가 있는 단점이 있다.

한편 예혼합 버너는 연소용 가스와 공기를 혼합실에서 미리 혼합한 예혼합가스를 연소시키는 방식으로, 전체적인 화염의 길이를 줄여주는 동시에 화염의 온도를 낮추어서 동일면적에 대한 부하를 줄일 수 있게 되므로 일산화탄소 및 질소산화물 등의 공해물질의 발생을 최소한도로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

종래에는 분젠 버너를 주로 사용하였으나, 최근에는 공해물질의 발생을 줄이고 연소실을 소형화하기 위해 예혼합 버너를 주로 사용하고 있다.

도 1은 종래 예혼합 가스 버너의 염공부 구조의 일례를 보여주는 사시도, 도 2는 종래의 예혼합 가스 버너에 사용되는 스테인레스 타공판을 보여주는 평면도이다.

종래 예혼합 방식의 가스 버너(1)는, 송풍기(40)를 가동하면 공기흡입구(21)를 통해 유입된 공기와 가스흡입구(22)를 통해 유입된 가스가 흡기관(30)에서 혼합된 후 송풍기(40)를 거쳐 예혼합기실(50)에서 예혼합되어 버너의 상측에 구비된 버너 염공부(10)로 공급되는 구조로 이루어져 있다.

상기 버너 염공부(10)에는 염공플레이트가 구비되는데, 이러한 염공플레이트로는 스테인레스 타공판, 메탈화이버, 세라믹등이 사용되고 있다.

도 2에서는 스테인레스 타공판으로 이루어진 염공플레이트의 일례를 보여주고 있다. 이러한 염공플레이트(11)는 하나의 판재에 염공(11a)을 천공한 구조로 사용되었으나, 소음에 취약하거나 열응력에 의해 버너 연소면이 변형되거나 심한 경우에는 염공이 손상되어 불완전 연소와 역화가 유발되므로 연소부하범위가 좁아지는 문제점이 있다. 또한 스테인레스 타공판은 프레스 금형에 의해 염공형상을 만들게 되어 염공형상이 단순하고 입체적인 형상을 만들기 어려운 문제점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위해 금속섬유를 직조한 메탈화이버나 세라믹을 소결하여 제조한 세라믹플레이트 등을 소재로 사용한 버너 염공부 구조가 사용되었으나, 재료비용이 많이 소요되고 제작방법이 불편하여 제조원가가 높아지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 제작방법이 비교적 쉬운 타공 플레이트를 복수로 적층 배치함으로써 여러 가지 형태의 염공형상을 입체적으로 구현할 수 있어 예혼합 가스 버너가 폭넓은 운전범위에서 안정적으로 화염을 유지할 수 있도록 함과 아울러 연소소음을 방지하고, 제작이 용이한 예혼합가스버너의 염공부 구조를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 염공부 구조는, 가스와 공기의 혼합가스가 분사되어 화염이 형성되는 다수의 염공이 구비된 예혼합가스버너의 염공부 구조에 있어서, 일정한 형상의 구멍들이 일정한 패턴으로 배열되도록 타공된 복수의 염공플레이트가 구비되고; 상기 복수의 염공플레이트가 적층되어 서로 다른 크기와 형상을 가진 염공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 구멍들은 원형 또는 타원형으로 이루어진 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 각각의 염공플레이트에 형성된 구멍들은, 중심에 형성된 하나의 구멍 주위를 여섯개의 구멍들이 둘러싸며 육각형 형상을 이루는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 복수의 염공플레이트는 서로 다른 각도로 겹쳐지도록 적층된 것일 수 있다.

또한 상기 복수의 염공플레이트들이 서로 겹쳐진 경우 서로 다른 크기와 형상의 염공들이 일정한 패턴으로 배열되도록 형성되는 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 염공 플레이트는 평판형 플레이트, 곡면형 플레이트, 반구형 플레이트, 및 실린더형 플레이트 중 어느 하나로 이루어지는 것으로 구성될 수 있다.

본 발명의 예혼합가스버너의 염공부 구조에 의하면, 프레스 공법에 의해 제조되는 타공판 플레이트를 이용함으로써 제조가 용이하고, 이러한 플레이트를 서로 다른 각도로 다수 개 적층함으로써 다양한 크기와 형상을 갖는 염공들을 일정한 패턴으로 구현할 수 있어 폭넓은 운전범위에서 안정적으로 화염을 유지할 수 있으며, 한 장의 타공판 플레이트를 사용하는 경우에 비하여 연소시 발생하는 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 예혼합 가스 버너의 염공부 구조의 일례를 보여주는 사시도
도 2는 종래의 예혼합 가스 버너에 사용되는 스테인레스 타공판을 보여주는 평면도
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 원형의 타공 구멍이 일정한 형태로 배열된 염공플레이트를 보여주는 평면도
도 4는 도 3의 염공플레이트 2장을 서로 직각으로 적층한 상태를 보여주는 평면도
도 5는 도 3의 염공플레이트 2장 사이의 각도가 30도가 되도록 기울여 적층 배치한 상태를 보여주는 평면도
도 6은 도 3의 염공플레이트 3장 사이의 각도가 30도와 90도가 되도록 기울여 적층 배치한 상태를 보여주는 평면도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 타원형의 타공 구멍이 일정한 형태로 배열된 2장의 염공플레이트를 서로 직각으로 적층한 상태를 보여주는 평면도
도 8은 본 발명의 염공 플레이트를 적용한 다양한 버너 형상을 보여주는 도면

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 예혼합가스버너는, 송풍기(40)에 의하여 공기가 공기흡입구(21)를 통하여 흡입되고, 가스는 송풍기(40) 및 가스 압력에 의해 가스흡입구(22)를 통하여 흡입되어, 흡입된 공기와 가스는 흡기관(30) 및 송풍기(40)를 지나면서 혼합되어 예혼합기실(50)에 이르러 완전하게 혼합된 후, 혼합기가 염공플레이트의 염공을 통하여 분출되어 화염을 형성한다는 점에서는 도 1에 도시된 구조와 동일하다.

본 발명은 염공플레이트에 형성된 염공의 형상과 이러한 염공플레이트를 복수 개 적층 배치함으로써 다양한 형상의 염공을 용이하게 형성할 수 있다는 점에 특징이 있으므로, 이하 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 염공부 구조에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 원형의 타공 구멍이 일정한 형태로 배열된 염공플레이트를 보여주는 평면도이다.

본 발명의 염공플레이트(100)는, 평판 형상의 플레이트에 원형의 구멍(101~107)을 프레스 가공에 의해 타공한 것으로 구성될 수 있다.

상기 구멍들(101~107)은 일정한 방향성을 가지고 배열되어 있는 것이 바람직하며, 도 3에 도시된 바와 같이 중심에 형성된 하나의 구멍(101) 주위를 여섯 개의 구멍들(102,103,104,105,106,107)이 둘러싸며 육각형을 이루도록 배치되어, 상기 여섯 개의 구멍들(102,103,104,105,106,107)은 육각형의 꼭지점을 이루게 된다.

이와 같이 육각형의 꼭지점을 이루는 구멍들이 반복적으로 배치됨으로써, 상기 중심에 배치된 구멍(101)도 이웃하는 육각형의 한 꼭지점을 형성하게 된다.

상기 구멍들(101~107)의 크기는 지름이 0.5 ~ 3mm 정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.

도 3에서는 구멍들(101~107)이 원형으로 이루어진 것으로 예시하였으나, 타원형 또는 다른 형상의 도형으로도 구성할 수도 있다.

도 4는 도 3의 염공플레이트 2장을 서로 직각으로 적층한 상태를 보여주는 평면도이다.

도 4를 참조하면, 2장의 염공플레이트(100,200)가 서로 적층된 상태로 겹쳐지도록 배치되어 염공부를 형성하는데, 하나의 염공플레이트(100)는 가로 방향으로 다른 염공플레이트(200)는 세로 방향으로 각각 배치되어 서로 직각되는 방향으로 배치되는데, 그 중 중첩되는 부분으로 염공부를 형성하면 다양한 크기와 형상의 염공을 형성하는 것이 가능하다.

난방장치는 다양한 부하조건에서 운전되는데, 그러한 다양한 운전조건에 맞도록 공기와 가스의 혼합비와 혼합기의 유량이 변경되어져야 한다. 이 경우 혼합비와 혼합기의 유량이 변경되면 예혼합가스버너의 화염이 불안정하게 되어 연소성능이 저하되거나 연소소음이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명과 같이 복수의 염공플레이트를 서로 겹쳐 서로 다른 크기와 형상의 염공이 형성되면, 화염의 형상을 주화염과 보조화염으로 만들 수 있으므로 혼합비와 혼합기의 유량이 변경되더라도 화염을 안정적으로 유지할 수 있어 다양한 운전조건에서 안정적인 운전이 가능해진다.

도 4에서는 염공플레이트(100,200)의 구멍크기와 구멍들간의 간격을 조절하여 서로 다른 크기와 형상의 염공들이 일정한 패턴을 가지면서 반복형성되는 것으로 구현되어 있으나, 반드시 일정한 패턴이 아니더라도 불규칙한 패턴이 형성되는 것으로 구성할 수도 있다.

도 5는 도 3의 염공플레이트 2장 사이의 각도가 30도가 되도록 기울여 적층 배치한 상태를 보여주는 평면도이다.

도 5에서는 도 3에 도시된 염공플레이트 2장(100,200) 사이의 각도가 30도가 되도록 적층 배치함으로써 도 4와는 다른 형태의 염공 배열이 구현된 상태를 보여주고 있다.

도 5의 경우에도 2장의 염공플레이트(100,200)가 서로 겹쳐져 중첩되는 부분만이 염공부를 형성하게 되고, 서로 다른 크기와 형상의 염공들이 일정한 패턴을 가지면서 반복형성되는 것으로 구현되어 있으나, 반드시 일정한 패턴이 아니더라도 불규칙한 패턴이 형성되는 것으로 구성할 수도 있다.

도 6은 도 3의 염공플레이트 3장 사이의 각도가 30도와 90도가 되도록 기울여 적층 배치한 상태를 보여주는 평면도이다.

도 6에서는 도 3에 도시된 염공플레이트 3장(100,200,300) 사이가 직각, 30도의 각도가 되도록 적층 배치함으로써 또 다른 형태의 염공 배열이 구현된 상태를 보여주고 있다.

도 6의 경우에도 3장의 염공플레이트(100,200,300)가 서로 겹쳐져 중첩되는 부분(점선 영역)만이 염공부를 형성하게 되고, 서로 다른 크기와 형상의 염공들이 일정한 패턴을 가지면서 반복형성되는 것으로 구현되어 있으나, 반드시 일정한 패턴이 아니더라도 불규칙한 패턴이 형성되는 것으로 구성할 수도 있다.

이와 같이 복수의 염공플레이트(100,200,300)를 구성하게 되면 적층된 각 염공플레이트(100,200,300)에 형성된 구멍들의 위치가 서로 조금씩 어긋나도록 형성되어 도 6과 같은 평면도 상태에서는 염공의 크기와 형상이 서로 다르게 나타나게 되고, 이를 측방향에서 단면도 상태로 바라보게 되면 가스와 공기의 혼합기가 통과하는 유로가 상하 플레이트의 구멍들이 서로 어긋나도록 위치되어 염공이 입체적인 형상으로 형성된다. 따라서 소음의 발생을 줄일 수 있고, 열응력에 의해 연소면이 변형되거나 염공이 손상되는 것을 방지함으로써 불완전 연소와 역화가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 타원형의 타공 구멍이 일정한 형태로 배열된 2장의 염공플레이트를 서로 직각으로 적층한 상태를 보여주는 평면도이다.

도 4 내지 도 6에 나타난 염공플레이트는 각 플레이트에 형성된 구멍이 원형으로 이루어진 경우를 예시한 것이나, 도 7의 경우 2장의 염공플레이트(400,500)에는 타원형의 구멍들이 일정한 크기와 간격으로 형성되어 두 염공플레이트(400,500)를 서로 직각되는 방향으로 겹쳐 적층하게 되면, 서로 다른 크기와 형상의 염공이 일정한 패턴 또는 불규칙한 패턴으로 형성된다.

또한 상기에서는 각 플레이트를 서로 다른 각도로 적층하는 것으로 구성하였으나, 각 플레이트에 타공되는 구멍의 위치를 서로 다른 위치에 형성하게 되면 동일한 각도로 적층하더라도 서로 다른 크기와 형상의 염공을 구현하는 것이 가능하다.

도 8은 본 발명의 염공 플레이트를 적용한 다양한 버너 형상을 보여주는 도면이다.

염공플레이트를 복수 개 적층한 본 발명의 염공부 구조는 도 8에 도시된 바와 같이, 평판형, 곡면형, 반구형, 실린더형으로 각각 성형하여 사용할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 염공 플레이트는 프레스 가공에 의해 간단하게 제조가 가능하고, 이러한 플레이트를 다수 개 적층하면 다양한 크기와 형상의 염공이 구현되므로, 제조비용이 저렴하면서도 다양한 운전조건에 적합한 염공부 구조를 간단하게 구현할 수 있다.

1 : 버너 10 : 염공부
21 : 공기흡입구 22 : 가스흡입구
30 : 흡기관 40 : 송풍기
50 : 예혼합기실 100,200,300 : 원형 염공플레이트
400,500 : 타원형 염공플레이트

Claims (6)

1. 가스와 공기의 혼합가스가 분사되어 화염이 형성되는 다수의 염공이 구비된 예혼합가스버너의 염공부 구조에 있어서,
   일정한 형상의 구멍들이 일정한 패턴으로 배열되도록 타공된 복수의 염공플레이트가 구비되고;
   상기 복수의 염공플레이트가 서로 겹쳐진 경우 서로 다른 크기와 형상을 가진 염공들이 일정한 패턴으로 배열되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 예혼합가스버너의 염공부 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구멍들은 원형 또는 타원형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 예혼합가스버너의 염공부 구조.
3. 제1항에 있어서,
   상기 각각의 염공플레이트에 형성된 구멍들은, 중심에 형성된 하나의 구멍 주위를 여섯개의 구멍들이 둘러싸며 육각형 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 예혼합가스버너의 염공부 구조.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 복수의 염공플레이트는 서로 다른 각도로 겹쳐지도록 적층된 것을 특징으로 하는 예혼합가스버너의 염공부 구조.
5. 삭제
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 염공플레이트는 평판형 플레이트, 곡면형 플레이트, 반구형 플레이트, 및 실린더형 플레이트 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 예혼합가스버너의 염공부 구조.

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