KR101308922B1 - 연소기기용 듀얼 벤츄리 - Google Patents

연소기기용 듀얼 벤츄리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소기기용 듀얼 벤츄리(dual venturi)에 관한 것으로, 구체적으로는 온수기에 구비되는 버너에 가스 및 공기를 공급하는 양을 2단계로 제어하되, 모터와 댐퍼를 결합하여 모터의 구동에 의하여 댐퍼가 회전됨에 따라 댐퍼가 2차 공기 및 가스의 유입구를 동시에 개방 또는 차단하므로 효율적인 열량 제어가 가능한 연소기기용 듀얼 벤츄리에 관한 것이다.
상부 일측에 제1 가스입구 및 제2 가스입구가 형성되고, 내측이 격벽에 의해 구획되어 제1 통로 및 제2 통로가 형성되는 하우징 및 상기 하우징의 내측에 구비되며, 상부가 제2 가스입구와 연결되어 내측으로 가스가 유입되고, 하우징 외측에 구비되는 모터에 의해 댐퍼가 회전되어 상기 제2 통로를 폐쇄 또는 개방하여 공기 및 가스의 흐름을 제어하는 개폐수단을 포함한다.

Description

연소기기용 듀얼 벤츄리{DUAL VENTURI FOR BURNER}
본 발명은 연소기기용 듀얼 벤츄리(dual venturi)에 관한 것으로, 구체적으로는 온수기에 구비되는 버너측 가스 및 공기를 공급하는 양을 2단계로 제어하되, 모터와 댐퍼를 결합하여 모터의 구동에 의하여 댐퍼가 회전됨에 따라 댐퍼가 2차 공기 및 가스의 유입구를 동시에 개방 또는 차단하므로 효율적인 열량 제어가 가능한 연소기기용 듀얼 벤츄리에 관한 것이다.
일반적으로, 난방 및 온수사용을 목적으로 사용되는 보일러 및 온수기와 같은 연소기기는 공급받는 연료에 따라 기름보일러, 가스보일러, 전기보일러 및 온수기로 구분되며, 설치용도에 맞게 다양하게 개발되어 사용하고 있다.
이러한 연소기기들 중 특히, 가스보일러 및 온수기에서는 일반적으로 가스연료를 연소시키기 위해 분젠 버너(Bunsen Burner) 또는 예혼합 버너(Premixed Burner)를 사용하고 있으며, 이중 예혼합 버너(Premixed Burner)의 연소방식은 가스와 공기를 연소 최적 상태의 혼합비로 혼합 시킨 후 그 혼합기(공기+가스)를 염공부에 공급하여 연소시키게 된다.
또한, 연소기기의 성능은 턴다운비(Turn-Down Ratio;TDR)로 평가되어지는데, 턴다운비란, 가스의 양이 가변 조절되는 가스연소장치에 있어서 '최대가스소비량 대 최소 가스소비량의 비'를 말한다. 예를 들면 최대가스소비량이 24,OOOkcal/h이고 최소 가스소비량이 8,OOOkcal/h인 경우 턴다운비(TDR)는 3:1이 된다. 턴다운비(TDR)는 최소 가스 소비량 조건에서 얼마나 안정된 화염을 유지할 수 있는지 여부에 따라 제한된다.
가스보일러 및 온수기의 경우 턴다운비(TDR)가 클수록 난방 및 온수 사용시의 편리성이 증대된다. 즉, 턴다운비(TDR)가 작고(즉, 최소가스소비량이 높은 경 우) 난방 및 온수의 부하가 작은 영역에서 버너가 작동되는 경우에 연소기기는 잦은 온/오프(On/Off)가 발생하게 되므로 온도제어시의 편차가 커지고, 기기의 내구성이 저하된다. 따라서 이러한 문제를 개선하기 위하여 연소기기에 적용되는 버너의 턴다운비(TDR)를 향상시키기 위한 다양한 방법들이 개발되어 왔다.
이러한 비례 제어 방식의 버너에서 가스를 공급해 주는 밸브는 크게 전류값으로 제어 되는 전류 비례 제어 방식 밸브(electrical modulating gas valve)와, 공기 공급시 발생되는 차압으로 제어되는 공기 비례 제어 방식 밸브(pneumatic modulating gas valve)로 구분되어진다.
상기 공기 비례 제어 방식 밸브는 송풍기를 이용하여 버너에 연소시 필요한 공기 공급에 따라 발생되는 차압에 의하여 버너로 공급되는 가스량이 제어 되고, 이때 연소에 필요한 공기와 가스는 가스-공기 혼합장치(Gas-air mixer)에서 혼합되어 혼합기(공기+가스)형태로 버너에 공급되어진다.
이와 같은 공기 비례 제어 방식 밸브를 사용하는 가스버너의 가스-공기 혼합장치에서 턴다운 비(TDR)를 제한하는 기본적인 요소는 가스소비량(Q)과 차압(ΔP)과의 관계이며, 일반적인 유체의 차압과 유량과의 관계는 다음과 같다.
Figure 112012011973312-pat00001
즉, 위 관계식에서 알 수 있는 바와 같이 유체의 유량을 2배 증가시키기 위해서는 차압을 4배 상승시켜야 한다.
따라서 턴다운비(TDR)를 3:1로 하기 위해서는 차압의 비를 9:1로 해야 하며, 턴다운비(TDR)를 10:1로 하기 위해서는 차압의 비를 100:1로 해야 하는데, 이 때 가스의 공급 압력을 무한히 증가시키는 것은 불가능하다는 데 문제가 있다.
이와 같은 가스공급압력을 무한히 증가시킬 수 없는 문제점을 해결하기 위하 여, 공기 및 가스가 공급되는 경로를 각각 둘 이상의 영역으로 구획하고, 버너로 분사되는 각 가스의 통로를 개폐함으로써 가스버너의 턴다운비(TDR)를 높이는 방법이 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명된 것으로서, 복잡한 구조를 보다 단순화하여 장치를 소형화하면서도, 작동의 신뢰성이 높고, 제조가 용이하며, 제조비용를 절감할 수 있는 연소기기용 듀얼 벤츄리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 상부 일측에 제1 가스입구 및 제2 가스입구가 형성되고, 내측이 격벽에 의해 구획되어 제1 통로 및 제2 통로가 형성되는 하우징 및 상기 하우징의 내측에 구비되며, 상부가 제2 가스입구와 연결되어 내측으로 가스가 유입되고, 하우징 외측에 구비되는 모터에 의해 댐퍼가 회전되어 상기 제2 통로를 폐쇄 또는 개방하여 공기 및 가스의 흐름을 제어하는 개폐수단을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 개폐수단은, 내벽에 오목가이드가 하나 이상 형성되는 관형상의 가이드 튜브; 상기 오목가이드와 대응되도록 볼록가이드가 외벽에 형성되어 상기 가이드 튜브 내에서 가이드 튜브의 길이방향을 따라 이동하고, 끝단에 상기 제2 가스입구와 연통되는 가스출구가 형성되며, 외측면에 캠 형상의 이동체 캠이 형성되는 관형상의 이동체; 외측면에 상기 댐퍼가 형성되며, 상기 댐퍼의 측부에 가스출구가 형성되고, 내측부에 상기 이동체 캠과 대응되는 형상으로 형성되되 서로 맞물리도록 밸브체 캠이 형성되며, 상기 모터와 결합되는 밸브체; 상기 이동체 내부에 내장되어 상기 이동체를 탄성력으로 지지하는 스프링 및 상기 스프링을 지지하며 상기 가이드 튜브의 상부와 결합되는 캡을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 개폐수단은, 상기 모터가 회전을 하게 되면, 상기 이동체에 형성되는 이동체 캠이 회전되면서 상기 이동체 캠 및 밸브체 캠 각각의 첨단부가 서로 접하여 상기 이동체를 밀어 올리므로 상기 가스출구가 개방됨과 동시에, 상기 밸브체의 댐퍼가 회전되어 상기 제2 통로가 개방되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 밸브체는, 그 내측 하단을 밀폐하는 실링부재를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 모터는, 동기모터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성특징을 통해 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 온수기에서 저열량 또는 고열량의 열량을 필요에 따라 선택적으로 출력할 수 있으며, 사용자가 필요한 열량에 따라 저열량 또는 고열량의 열량을 제어할 수 있으므로 연료비를 절감할 수 있다.
둘째, 하우징의 내부를 격벽으로 나누어 제1 통로와 제2 통로를 형성하고, 제1 통로에는 1차 공기 및 1차 가스만 흐르고, 제2 통로에는 2차 공기 및 2차 가스만 흐르므로, 제2 통로측 공기 및 가스의 흐름을 제어하여 턴다운비를 용이하게 조절할 수 있다.
셋째, 밸브체의 회전에 의해 2차 가스출구를 개폐함과 동시에 제2 통로도 개폐하므로 구조가 매우 단순화된다.
도 1a는 본 발명의 연소기기용 듀얼 벤츄리의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A선 단면도이다.
도 2a는 도 1a의 B-B선 단면도이다.
도 2b는 도 2a에서 이동체가 상승된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3a 및 3b는 도 1b의 이동체의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1b의 밸브체의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5a 및 5b는 개폐수단의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5a의 C-C선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 연소기기용 듀얼 벤츄리에 구비되는 모터의 리미트 스위치와 모터 간의 위치관계를 나타낸 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 연소기기용 듀얼 벤츄리를 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 연소기기용 듀얼 벤츄리의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A선 단면도이며, 도 2a는 도 1a의 B-B선 단면도이고, 도 2b는 도 2a에서 이동체가 상승된 모습을 나타낸 도면이며, 도 3a 및 3b는 도 1b의 이동체의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 1b의 밸브체의 모습을 나타낸 사시도이며, 도 5a 및 5b는 개폐수단의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5a의 C-C선 단면도이며, 도 7은 본 발명의 연소기기용 듀얼 벤츄리에 구비되는 모터의 리미트 스위치와 모터 간의 위치관계를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 연소기기용 듀얼 벤츄리는, 상부 일측에 제1 가스입구(14) 및 제2 가스입구(15)가 형성되고, 내측이 격벽(13)에 의해 구획되어 제1 통로(11) 및 제2 통로(12)가 형성되는 원통형의 하우징(10)이 구비된다.
또한, 상기 하우징(10)의 배출구(16)에는 상기 제1 통로(11) 및 제2 통로(12)에서 유입되는 혼합기(가스+공기)를 버너로 공급하는 터보팬(미도시)이 결합된다.
한편, 하우징(10)의 내측 중앙부에는 상부가 제2 가스입구(15)와 연결되어 내측으로 가스가 유입되고, 하우징(10) 외측에 구비되는 모터(180)에 의해 댐퍼(142)가 회전되어 상기 제2 통로(12)를 폐쇄 또는 개방하여 공기 및 가스의 흐름을 제어하는 개폐수단(100)이 결합된다. 또한, 상기 모터(180)는 동기모터로 구성되는 것이 바람직하며, 이는 일반적으로 사용되는 저렴한 동기모터를 사용하므로 제조비용을 절감하기 위한 것이다.
상기 개폐수단(100)은, 내벽에 오목가이드(131)가 하나 이상 형성되는 관형상의 가이드 튜브(130)와, 상기 오목가이드(131)와 대응되도록 볼록가이드(122)가 외벽에 형성되어 상기 가이드 튜브(130) 내에서 가이드 튜브(130)의 길이방향을 따라 이동하고, 끝단에 상기 제2 가스입구(15)와 연통되는 가스출구(123)가 형성되며, 외측면에 캠 형상의 이동체 캠(121)이 형성되는 관형상의 이동체(120)가 구비된다. 상기 가이드 튜브(130)의 내측면 및 상기 이동체(120) 외측면은 서로 단턱지도록 형성되며, 상기 단턱이 서로 접하는 곳에는 실링링(146)이 개재되어 가스의 누출을 방지한다.
또한, 이동체(120)의 하부와 결합되고, 외측면에 상기 댐퍼(142)가 형성되며, 상기 댐퍼(142)의 측부에 가스출구(143)가 형성되고, 내측부에 상기 이동체 캠(121)과 대응되는 형상으로 형성되되 서로 맞물리도록 밸브체 캠(141)이 형성되며, 상기 모터(180)와 결합되는 밸브체(140)가 구비된다.
또한, 상기 이동체(120) 내부에는 상기 이동체(120)를 탄성력으로 지지하는 스프링(160)과, 상기 스프링(160)을 지지하며 상기 가이드 튜브(120)의 상부와 결합되는 캡(170)으로 구성된다.
한편, 상기 밸브체(140)의 하부에는 연결부재(190)가 결합되며, 상기 연결부재(190)는 모터(180)의 회전축과 결합되어 모터(180)에서 발생되는 구동력을 밸브체(140)로 전달하는 역할을 한다. 또한, 밸브체(140)의 하단부에는 그 내측 하단을 밀폐하는 실링부재(145)가 삽입된다.
한편, 상기 하우징(10)의 외측에는, 회전축(181)이 상기 연결부재(190)와 결합되어 상기 결합부재(190)와 결합되는 밸브체(140)를 회전시키는 모터(180)가 더 구비된다. 상기 모터(180)는 상기 밸브체(140)에 회전력을 제공하며, 회전축(181)에는 90도 간격으로 돌기(182)가 형성되어 모터(180)의 회전에 따라 리미트 스위치(201)를 작동하여 밸브체(140)의 회전각도를 제어한다. 상기 리미트 스위치(201)는 스위치박스(200) 내측에 구비되며, 상기 스위치박스(200)는 상기 하우징(100)과 모터(180) 사이에 개재된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 연소기기용 듀얼 벤츄리의 작동상태에 대하여 살펴보기로 한다.
우선 온수기에서 1차 가스와 1차 공기만 공급되는 작동은, 도 2a 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 밸브체(140)의 댐퍼(142)가 제2 통로(12)의 공기 및 가스가 흐르는 방향에 대하여 수직으로 회전되어 제2 통로(12)가 차단되고, 동시에 이동체 캠(121)의 오목부와 밸브체 캠(141)의 볼록부, 이동체 캠(121)의 볼록부와 밸브체 캠(141)의 오목부가 서로 접하고 있어, 이동체(120)의 가스출구(123)가 실링부재(145)와 접하여 제2 가스통로가 차단된 상태가 유기됨과 아울러 상기 가스출구(143)도 차단된 상태가 유지된다.
따라서 상기 제1 가스입구(14) 및 제1 통로(11)만을 통하여 공기와 가스가 혼합된 혼합기가 터보팬으로 유입되므로, 연소기기를 저열량으로 구동시킬 수 있도록 되어 있다.
한편, 연소기기를 고열량으로 구동시키기 위해서는, 도 2b 및 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 모터(180)에 전원을 인가하여 상기 밸브체(140)를 90도로 회전시키면 댐퍼(142)가 상기 제2 통로(12)의 길이 방향과 일치하도록 회전된다.
동시에 상기 밸브체(140)가 회전되면서 내측에 형성되는 밸브체 캠(141)도 회전하므로 상기 밸브체 캠(141) 및 이동체 캠(121) 각각의 볼록부(첨단부)가 서로 접하게 되는 것으로, 상기 밸브체 캠(141)의 회전에 따라 이동체 캠(121)이 밀려서 상승하게 된다. 이때 상기 오목가이드(131)에 볼록가이드(122)가 삽입되어 있어 가이드 튜브(130) 내측에서 이동체(120)가 쉽게 상승하게 된다.
따라서 밸브체(140)가 제2 통로(12)의 길이방향과 일치하는 방향으로 회전되므로 제2 통로(12)가 개방되고, 동시에 도 2b 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 이동체(120)의 가스출구(123)가 하단부가 상기 실링부재(145)와 떨어지면서 가스출구(143)를 통하여 2차 가스가 유입되고, 이 2차 가스는 제2 통로(12)로 공기 및 가스가 유입되어 혼합되며, 이로 인하여 상기한 제1 통로(11) 및 제1 가스입구(14)를 통해서 유입되는 공기 및 가스와 합쳐져 더 많은 혼합기가 생성되어 터보팬으로 유입되므로 연소기기를 고열량으로 구동할 수 있게 된다.
이후 다시 연소기기를 저열량으로 구동하기 위해서는 상기 모터(180)를 다시 90도로 회전시키게 되면, 도 1b, 도 2a 및 도 5a에 도시된 상태로 되어 제2 통로(12) 및 가스출구(143)가 차단되어 연소기기가 저열량으로 구동되는 것이다. 여기서 상기 이동체(120)의 내측에는 스프링(160)이 내장되어 밸브체(140)가 회전되어 제2 통로(12)가 폐쇄될 시 이동체(120)의 복원력을 높이게 된다.
이하, 상기와 같이 연소기기를 저열량 또는 고열량으로 작동되도록 댐퍼를 구동시키는 모터(180)의 회전을 제어하는 리미트 스위치(201)에 대하여 살펴보기로 한다.
도 7을 참조하면, 상기 모터(180)의 회전축(181)의 외주면에는 돌기(182)가 90도 간격으로 돌출형성 되어있고, 상기 리미트 스위치(201)에도 가동돌기(202)가 상기 돌기(182)와 동일원주 상에 위치되도록 구성되어 있다. 상기 돌기(182)가 90도 간격으로 회전하면서 가동돌기(202)를 누르게 되면 리미트 스위치(201)는 전류가 단락되어 모터(180)의 회전이 멈추게 되는 것이다.
그러므로 연소기기를 구동하게 될 경우 상기 돌기(182)가 90도 회전하여 가동돌기(202)를 가압하게 되면 리미트 스위치(201)는 오프(off)가 되어 모터(180)의 구동이 정지되며 밸브체(140)도 정지되므로 제2 통로(12)를 개방 또는 폐쇄하게 되는 것이다.
이상에서 설명된 본 발명의 연소기기용 듀얼 벤츄리의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 하우징 11 : 제1 통로
12 : 제2 통로 13 : 격벽
14 : 제1 가스입구 15 : 제2 가스입구
100 : 개폐수단 120 : 이동체
121 : 이동체 캠 122 : 볼록 가이드
130 : 가이드 튜브 131 : 오목 가이드
140 : 밸브체 141 : 밸브체 캠
142 : 댐퍼 143 : 가스출구
145 : 실링부재 146 : 실링링
160 : 스프링 170 : 캡
180 : 모터 181 : 회전축
182 : 돌기 190 : 연결부재
200 : 스위치 케이스 201 : 리미트 스위치
202 : 가동돌기

Claims (5)

  1. 상부 일측에 제1 가스입구(14) 및 제2 가스입구(15)가 형성되고, 내측이 격벽(13)에 의해 구획되어 제1 통로(11) 및 제2 통로(12)가 형성되는 하우징(10) 및
    상기 하우징(10)의 내측에 구비되며, 상부가 제2 가스입구(15)와 연결되어 내측으로 가스가 유입되고, 하우징(10) 외측에 구비되는 모터(180)에 의해 댐퍼(142)가 회전되어 상기 제2 통로(12)를 폐쇄 또는 개방하여 공기 및 가스의 흐름을 제어하는 개폐수단(100)을 포함하여 이루어지되,
    상기 개폐수단(100)은,
    내벽에 오목가이드(131)가 하나 이상 형성되는 관형상의 가이드 튜브(130);
    상기 오목가이드(131)와 대응되도록 볼록가이드(122)가 외벽에 형성되어 상기 가이드 튜브(130) 내에서 가이드 튜브(130)의 길이방향을 따라 이동하고, 끝단에 상기 제2 가스입구(15)와 연통되는 가스출구(123)가 형성되며, 외측면에 캠 형상의 이동체 캠(121)이 형성되는 관형상의 이동체(120);
    외측면에 상기 댐퍼(142)가 형성되며, 상기 댐퍼(142)의 측부에 가스출구(143)가 형성되고, 내측부에 상기 이동체 캠(121)과 대응되는 형상으로 형성되되 서로 맞물리도록 밸브체 캠(141)이 형성되며, 상기 모터(180)와 결합되는 밸브체(140);
    상기 이동체(120) 내부에 내장되어 상기 이동체(120)를 탄성력으로 지지하는 스프링(160) 및
    상기 스프링(160)을 지지하며 상기 가이드 튜브(120)의 상부와 결합되는 캡(170)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기기용 듀얼 벤츄리.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 개폐수단(100)은,
    상기 모터(180)가 회전을 하게 되면, 상기 이동체(120)에 형성되는 이동체 캠(121)이 회전되면서 상기 이동체 캠(121) 및 밸브체 캠(141) 각각의 볼록부가 서로 접하여 상기 이동체(120)를 밀어 올리므로 상기 가스출구(143)가 개방됨과 동시에, 상기 밸브체(140)의 댐퍼(142)가 회전되어 상기 제2 통로(12)가 개방되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소기기용 듀얼 벤츄리.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브체(140)는,
    그 내측 하단을 밀폐하는 실링부재(145)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기기용 듀얼 벤츄리.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 모터(180)는,
    동기모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 벤츄리.
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