KR101401960B1 - 압력분무 노즐을 이용한 하이브리드 석유버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석유난방기, 석유 온수보일러 등과 같은 석유 연소기기의 열원기로서 이용되는 하이브리드 석유버너에 관한 것이다.
본 발명에 의한 하이브리드 석유버너는, 측통부와 폐쇄벽이 형성된 버너포트, 압력분무노즐, 점화전극, 윈드터널, 예혼합가스 유출구멍이 형성된 측통부와 폐쇄벽을 가진 기화통을 포함한 버너에 있어서,
상기 버너포트는 그 측통부에 복수의 연소용 공기 유입구멍을 형성함과 더불어 저부에 연료분무유입구멍이 있고, 버너포트 저면은 주발모양(椀狀)의 형상을 가진 것이며,
상기 기화통 선단의 플랜지(35)와 상기 버너포트의 폐쇄벽을 통하여 기밀한 밀착(密着)에 의하여 연결되고, 상기 폐쇄벽의 연료분무유입구멍을 통하여 분사된 연료가 공기와 예혼합하여 기화된 가스가 기화통 내부를 순회한 후 버너포트로 분출되고, 기화통 내의 혼합가스 압력이 버너포트 내부와 접하는 기화통 측통부의 외주부 공기 압력보다 상승한 압력으로 버너포트 내에 분출하는 것이고, 기화통의 측통부 또는 측통부의 정부(頂部)에 연료와 공기의 혼합가스 유출구멍이 있고, 버너포트 측통부에 연소용 공기유입구멍과 저부에 연료분무유입구멍을 설치하고, 기화통에 혼합가스유출구멍을 설치하는 것을 특징으로 한다.

Description

압력분무 노즐을 이용한 하이브리드 석유버너{HYBRID OIL BURNER}

본 발명은 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원적외선 석유난방기, 석유난방기, 석유 온수보일러 등과 같은 석유 연소기기의 열원기로서 이용되는 하이브리드 석유버너에 관한 것이다.

원적외선 석유난방기, 석유 온수보일러는 석유 연소기의 열원기로서 제어성이 뛰어나고 보수 및 유지성이 양호하며, 구조가 간단하여 건타입 석유버너(gun type burner)를 많이 이용하고 있다. 하지만, 소규모 점포에서 주로 사용되는 원적외선 석유난방기 또는 가정용 바닥난방용으로 이용되는 원적외선 석유난방기나 가정용 바닥난방기로 사용되는 석유온수보일러로 그 난방부하에 비해 버너의 열출력이 과대해서 최근의 에너지 절약 측면에서 지극히 비경제적인 단점이 있었다. 이는 소용량의 노즐이나 소출력의 건타입 석유버너 제작이 곤란한 것에 기인 된다.

일반적으로, 건타입 석유버너의 열출력(고위발열량)은 10,000 ㎉/h가 하한인 대용량으로 되어 있으나, 판매시장에서 요구되는 것은 6,000~7,000 ㎉/h 이지만, 일반적인 건타입 석유버너에서는 실현이 곤란한 것이 현실이다.

한편, 석유온수보일러 등과 같은 석유연소기는 비연소 시에 열교환기가 방열기가 되는 것이므로, 온수가 외기에 방열되어 매우 비경제적이다. 이에 따라 시장의 요구를 충족시키기 위한 석유버너로서, 기화식 석유버너 및 포트식 석유버너 등이 있지만, 기화식 석유버너는 난방기기의 계절사용 즉, 하절기에는 사용하지 않는 원인으로 인하여 산화 열화 등이 생성되고, 이로 인한 불량이 많고, 유지관리가 용이하지 못하여 그 수요가 증가하지 않는 실정이다.

또한, 건타입 석유버너는 전자펌프의 토출압력 즉, 압력분무노즐로부터 공급되는 연료의 압력이 저하되면, 연료의 분무액적(液滴)이 커지고, 증발과정을 포함하는 연소속도가 분무액적의 입자경(粒子徑)인, 분무입경의 자승에 역비례하는 것이므로 일반적인 건타입 석유버너에서는 화염이 장염(긴 불꽃)이 될 뿐만 아니라, 보염기능에도 악영향을 주는 단점이 있었다.

이러한 점으로 인해, 종래의 건타입 석유버너가 시장의 요구를 실현하기에는 어려운 원인이 되었다.

한편, 압력분무식 버너군(群) 중에서, 포트식 버너의 버너포트 내에 압력분무 노즐에서 연료 분무를 공급하는 건포트식 버너가 있고, 이러한 건포트식 버너는 기본적으로 증발식 버너의 일종으로 연료 분무를 가열된 물체에 접촉시켜 증발한 후에 공기와 혼합시켜 연소하는 방식으로, 건타입 석유버너와 같이 연료 분무의 압력에 의한 영향을 거의 받지 않는 버너이다.

하지만, 증발식 버너인 점에서 연료 분무를 증발시키기 위해 예열운전에 의한 가열이 필요하고, 이러한 예열운전은 통상, 과잉공기 연소를 통해 버너의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있지만, 배기가스 중의 악취나 발연, 기타, 버너포트의 매연 등에 의한 오염을 동반하는 것이므로, 원적외선 난방기와 같이 실내 배기형 연소기기에 사용하는 것은 제반의 문제점이 내재 됨을 알 수 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 연구개발한 것으로, 내산화 및 내열화 등유성 등을 확보함과 더불어, 판매 시장의 요구인 6,000~7,000 ㎉/h의 소출력을 구현하여 에너지 절약을 효과적으로 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 대출력의 용도로도 적합하고, NOx를 대폭 저감시키는 친환경적인 하이브리드 석유버너를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드 석유버너는,

측통부와 폐쇄벽이 형성된 버너포트, 압력분무노즐, 점화전극, 윈드터널, 예혼합가스 유출구멍이 형성된 측통부와 폐쇄벽을 가진 기화통을 포함한 버너에 있어서,

상기 버너포트는 그 측통부에 복수의 연소용 공기 유입구멍을 형성함과 더불어 저부에 연료분무유입구멍이 있고, 버너포트 저면은 주발모양(椀狀)의 형상을 가진 것이며,

상기 기화통 선단의 플랜지(35)와 상기 버너포트의 폐쇄벽을 통하여 기밀한 밀착(密着)에 의하여 연결되고, 상기 폐쇄벽의 연료분무유입구멍을 통하여 분사된 연료가 공기와 예혼합하여 기화된 가스가 기화통 내부를 순회한 후 버너포트로 분출되고, 기화통 내의 혼합가스 압력이 버너포트 내부와 접하는 기화통 측통부의 외주부 공기 압력보다 상승한 압력으로 버너포트 내에 분출하는 것이고, 기화통의 측통부 또는 측통부의 정부(頂部)에 연료와 공기의 혼합가스 유출구멍이 있고, 버너포트 측통부에 연소용 공기유입구멍과 저부에 연료분무유입구멍을 설치하고, 기화통에 혼합가스유출구멍을 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 기화통의 정부(頂部)는 버너포트의 최전열(最前列)의 연소용 공기구멍보다 돌출하여 설치되는 것을 특징으로 한다.

버너의 시동작동 시에 송풍기의 송풍에 의해 연소용 공기가 공급됨과 더불어 상기 점화전극의 방전에 의해 상기 압력분무노즐에서 분사되는 연료분무가 점화된 후에 상기 기화통의 온도가 일정온도로 상승할 때까지 방전시간을 연장함으로써 보염작용에 의해 기화통 내의 확산연소를 유지하여 예열운전하는 것을 특징으로 한다.

버너의 점화작동 시에 압력분무노즐에 연료를 공급하는 전자펌프의 토출압력을 단시간 동안(5초이내) 가변시키는 것을 특징으로 한다.

버너의 소화작동 시에 소화신호를 받은 후에 전자펌프의 토출압력을 버너의 점화작동 시의 전자펌프의 토출압력과 동일한 압력으로 저감시켜 단시간(5초이내) 동안 연장 운전한 후에 소화시키는 것을 특징으로 한다.

상기 기화통의 제1예혼합가스 유출구멍은 버너포트 최내측의 연소용 공기유입구멍보다 더 내측에 위치하고, 이와 동시에 기화통의 플랜지로부터 제1예혼합가스 유출구멍까지의 거리는 기화통의 플랜지로부터 버너포트의 연소용 공기 유입구멍까지의 거리 보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 버너포트 저부의 연료분무 유입공의 외측 주변에 유입혼합된 공기의 선회류(旋回流)를 주기 위하여 복수의 선회날개 또는 복수의 선회공을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 기화통의 측통부 형상은 유저통상형(有底筒狀 즉 동심원을 형성한 원통형)의 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 6,000~7,000 ㎉/h의 소출력을 용이하게 구현할 수 있고, 제어성의 장점 및 유지관리의 용이성, 내산화 열화 안정성 등을 구현하여 에너지 절약을 효과적으로 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 대출력의 용도로도 적합하고, NOx 저감 효과도 높으므로 친환경적인 장점이 있다.

또한, 본 발명은 '하이브리드 연소'가 이루어짐에 따라 기화통의 온도가 400~600℃ 정도의 고온이 됨에도 불구하고, 기화통 내외에서의 연소용 공기의 압력차(즉, 기화통 내의 연소용공기의 압력이 기화통 외측의 연소용 공기의 압력보다 높게 설정됨)에 의해 화염이 기화통 내로 역화되는 것을 방지되는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 기화통이 고온이 되므로 기화통 내에 부착되는 연료는 순간적으로 기화하여 타르나 카본 등이 발생하지 않고, 산화 열화한 연료에 대해서도 타르 생성 등의 문제가 일어나지 않으며, 경유 등의 사용도 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 석유버너를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이드브리드 석유버너의 기화통 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 하이브리드 석유버너에 대한 운전 타임차트를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 하이브리드 석유버너에 대한 완점화운전 타임차트를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이드브리드 석유버너의 기화통 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 화살표 A부분에서 바라본 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이드브리드 석유버너의 기화통 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 화살표 B부분에서 바라본 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

본 발명의 버너는 일반적인 건타입 버너와 같은 송유경로에 해당하는 압력분무노즐, 연료펌프, 전자펌프를 이용하고, 상기 전자펌프의 토출압력 즉 노즐의 공급압력을 3~5bar로 운전하고, 일반적인 건타입 석유버너의 연료 유압보다 낮게 설정하고, 버너의 열출력은 6,000~7,000 ㎉/h에 필요한 기름량을 유지하는 것을 기술내용으로 한다.

상기 버너의 열출력에 관한 것으로 유럽규격 CEN 293에 적합한 0.3GPH의 노즐을 적용할 경우, 버너의 열출력 값을 계산하여 살펴보면 아래 식과 같다. (등유연료)

* 버너 열출력= 정격분사량×3.785×기름비중×√실용유압/정격유압×고위 발열량(KCal/h)

1) 연료유압 10bar(CEN 규격정격)

버너 열출력= 0.30×3.785×0.8×√10/10×11060 ≒ 11047(KCal/h)

2) 연료유압 5bar

버너 열출력= 0.30×3.785×0.8×√5/10×11060 ≒ 7100(KCal/h)

3) 연료유압 3.5bar

버너 열출력= 0.30×3.785×0.8×√3.5/10×11060 ≒ 5944(KCal/h)

전자펌프의 토출압력 즉 압력분무노즐에 공급하는 연료 유압을 저하하면, 연료의 분무입경(噴霧粒徑)이 커지고, 증발을 포함하는 연소속도가 분무입경의 자승에 역비례하는 것이므로 일반적인 건타입 석유버너에서는 화염이 장염화(長炎化)이초래됨과 동시에 보염(保炎) 기능에도 악영향을 미쳐 부적합하다.

따라서, 상기와 같은 전자펌프의 토출압력에 의한 영향이 일반적인 건타입 석유버너에서 시장 요구의 실현을 곤란하게 하는 주원인이다.

한편, 압력분무식 버너군 중에서 포트식 버너의 버너포트 내에 압력분무 노즐에서 연료분무를 공급하는 건포트식 버너는 기본적으로 증발식 버너로서 연료분무를 가열한 물체에 접촉시켜 증발하는 것이며, 공기와 혼합해서 연소하는 건타입 버너와 같이 연료분무의 입경에 의한 영향은 거의 없으나, 증발식 버너임은 변함이 없는 것으로서, 연료분무를 증발시키기 위하여 물체를 접촉하여 가열이 필요하다.

예열운전은 통상 과잉공기연소로 버너의 온도를 신속하게 상승시키는 방법을 이용할 수 있지만, 배기가스 중의 악취나 발연 등의 기타, 버너포트의 매연에 의한 더러움을 수반하는 것이 많아서, 원적외선 난방기와 같이 실내 배기형의 기기에서는 문제가 될 수 있는 것이다.

본 발명의 버너는 버너포트 측통부에 소경의 복수의 연소용 공기 유입구멍과, 저부에 연료분무유입구멍이 있고, 버너포트 저면은 주발모양(椀狀)의 형상을 가진 것이며,

상기 기화통 선단의 플랜지(35)와 폐쇄벽을 통하여 기밀한 밀착(密着)에 의하여 연결되고, 상기 폐쇄벽의 연료분무유입구멍을 통하여 분사된 연료가 공기와 예혼합하여 기화된 가스가 기화통 내부를 순회한 후 버너포트로 분출되고, 기화통 내의 혼합가스 압력이 버너포트 내부와 접하는 기화통 측통부의 외주부 공기 압력보다 상승한 압력으로 버너포트 내에 분출하는 것이고, 기화통의 측통부 또는 측통부의 정부(頂部)에 연료와 공기의 혼합가스 유출구멍이 있고, 버너포트 측통부에 연소용 공기유입구멍과 저부의 연료분무유입구멍을 설치하고, 기화통의 혼합가스유출구멍을 설치한 것이며, 상기 연료분무 유입구멍의 외측에 압력분무노즐과 점화전극이 마련되어 버너가 작동된다.

버너 시동시 압력분무노즐로부터 분사되는 연료분무는 점화전극의 방전불꽃에 의해 착화되어 연료분무의 유입구멍에서 연료와 함께 기화통 내에 공급되는 공기로 기화통 내에서 확산 연소하는 것이며, 상기 기화통 내에는 연소 과농(過濃)으로 인하여 화염과 함께 미연소 혼합가스가 기화통 안의 혼합가스의 유출구멍으로 부터 방출되어 버너포트의 연소용 공기 유입구멍으로부터 공급되는 공기와 연소하는 것이며, 이 상태를 가리켜 예열운전이라고 부르는 것이다.

상기 기화통의 정부가 버너포트의 연소용 공기 유입구멍의 위치보다 돌출된 것에 의하여 상기의 미연소 가스의 연소 화염이 급속하게 기화통의 온도를 상승시킨다.

이것에 의해 예열운전시간은 현저하게 단축시킬 수 있음과 동시에 기화통 내의 연료의 과농으로 연소 확산 진행을 방해할 수 있기 때문에 매연의 부착이 없고,악취나 발연 등의 문제점을 해소할 수 있다.

기화통의 온도가 충분히 상승한 상태에서 점화전극의 방전을 정지하면, 기화통 내의 확산화염은 보염수단을 잃어서 소멸한다.

그 다음 단계는 기화통은 연료분무의 기화와 기화가스와 공기의 혼합하는 것으로 예혼합가스 생성의 역할을 한다.

상기 예혼합가스는 기화통의 혼합가스 유출구멍으로 예혼합 화염을 형성함과 동시에 기화통 내의 예혼합가스가 연료 과농상태이므로, 예혼합 미연소가스도 버너포트 내에 유출되어 버너포트 측통부에 복수개의 연료용 공기 유입구멍부의 고속공기 유입으로 발생하는 연료과류에 의한 부분 예혼합연소화염과 확산연소화염이 혼재하여 연소하는 것, 즉 이는 상기의 예혼합연소와 확산연소가 혼성된 연소인 하이브리드 석유버너에 관한 것이다.

상기 하이브리드 석유버너는 연료의 기화부 즉 기화통의 온도가 400~600℃로 고온으로 상승함에도 불구하고, 상기의 연소용 공기의 압력차에 의하여 화염이 기화통 내에 역화되지 않는다.

또한, 기화통이 고온이기 때문에 기화통 내부에 부착되는 연료는 순간적으로 기화하여 찌꺼기 및 이물질이 발생하지 않기 때문에, 타르나 카본 등이 부착되지 않고, 내산화나 내열화 연료에서 대하여도 타르 생성 등의 문제를 발생하지 않는 버너이다.

통상의 기화식 버너의 기화기 온도는 그 방식에 약간의 변화는 있지만, 등유의 경우 그 분류의 기화온도는 180~250℃이며, 산화열화 등유에 대하여 타르가 생성되어 기화기의 막힘현상으로 사용이 곤란하다.

도 1은 본 발명에 의한 하이브리드 석유버너를 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하이브리드 석유버너(1)는 버너포트(2), 상기 버너포트(2)의 후방측에 배치된 압력분무노즐(4), 상기 압력분무노즐(4)에 인접하여 배치된 점화전극(5), 버너포트(2)의 외측에 배치된 윈드터널(6, wind tunnel), 버너포트(2)의 내측에 배치된 기화통(3)을 포함한다.

버너포트(2)는 측통부(21), 이 측통부(21)의 일단에 형성된 개구(22), 측통부(21)의 타단에 형성된 폐쇄벽(23)을 가진 사발 구조로 형성된다.

측통부(21)에는 복수의 연소용 공기 유입구멍(2b, 2c, 2d)이 복수열로 형성되며, 저부(23b)는 연료분무 유입구멍(2a)이 형성된다. 연료분무 유입구멍(2a)은 폐쇄벽(23)의 중심부에 형성된다. 특히, 폐쇄벽(23)의 중심부에는 경사면 및 평탄부를 가진 돌출부(23a)가 형성되고, 이 돌출부(23a)의 평탄부(중심부)에는 연료분무 유입구멍(2a)이 형성된다.

압력분무노즐(4)은 노즐어댑터(11)에 설치되고, 압력분무노즐(4)에는 송유관(10a)을 통해 전자펌프(10)가 접속되어 있다.

압력분무노즐(4)의 선단은 버너포트(1)의 연료분무 유입구멍(2a)에 인접하여 배치되고, 압력분무노즐(4)의 선단과 버너포트(1)의 연료분무 유입구멍(2a) 사이의 거리는 연료의 분무에 적합하도록 최적화되어 설정된다.

점화전극(5)은 압력분무노즐(4)에 인접하여 배치되고, 압력분무노즐(4)에서 연료분무가 분사되면, 점화전극(5)의 방전불꽃에 의해 분사되는 연료분무를 착화시켜 보염시킨다. 점화전극(5)에는 고압코드(12a)를 통해 점화변압기(12)가 접속되어 있다.

윈드터널(6)은 버너포트(2)를 포위(감싸는)하는 구조로 버너포트(2)의 외측에 배치되고, 이 윈드터널(6)의 일측에는 개구(6a)가 형성되고, 이 개구(6a)를 통해 윈드박스(9)와 소통하도록 구성된다.

또한, 압력분무노즐(4)이 장착된 노즐어댑터(11)는 윈드박스(9, wind box) 내에 배치되고, 윈드박스(9)의 일측에는 연소용 공기를 송풍하는 송풍기(7)가 설치되며, 윈드박스(9)는 송풍기(7)로부터 공급되는 연소용 공기를 받아 공기흐름을 규제함과 동시에 동압(動壓)의 대부분을 정압(靜壓)으로 변환시켜, 송풍되는 공기흐름이 과류에서 일정한 분포 또는 대칭적인 흐름이 되도록 구성된다.

이러한 구성에 의해, 송풍기(7)에 의해 송풍되는 연소용 공기는 윈드박스(9) 및 원드터널(6)를 통과하여 버너포트(2)의 연소용 공기 유입구멍(2b, 2c, 2d)을 거쳐 기화통(3)의 내부로 유입되고, 일부의 연소용 공기는 원드박스(9)를 경유하여 버너포트(2)의 연료분무용 유입구멍(2a)에서 압력분무노즐(4)에서 분사되는 연료분무와 함께 기화통(3) 내로 공급된다.

기화통(3)은 버너포트(2)의 내부에 동심원 구조로 배치된다. 즉, 기화통(3)의 축심과 버너포트(2)의 축심이 서로 동일하게 배치된다.

기화통(3)의 예혼합가스 유출구멍은 제1예혼합가스 유출구멍(3a)과 폐쇄벽(33) 가장자리에 제2예혼합가스 유출구멍(3b)으로 구별할 수 있다.

기화통(3)은 측통부(31), 이 측통부(31)의 일단에 형성된 폐쇄벽(33), 측통부(31)의 타단에 형성된 개구부(32)를 가진다. 측통부(31)은 유저통상형(有底筒狀 즉 동심원을 형성한 원통형)의 구조로 구성되고, 측통부(31)에는 원주방향으로 이격된 복수의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)이 형성된다.

개구부(32)의 가장자리에는 플랜지(35)가 형성되고, 이 플랜지(35)가 버너포트(2)의 폐쇄벽(23)에 기밀하게 밀착되어 연결됨으로써 개구부(32)는 연료분무 유입구멍(2a)과 소통한다. 폐쇄벽(33)의 선단은 버너포트(2)의 개구(22)와 동일 선상에 위치하거나 버너포트(2)의 개구(22) 보다 내측에 위치한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 폐쇄벽(33)의 중심부에는 함몰부(34)가 내측으로 함몰되어 형성되어 있다. 폐쇄벽(33) 특히, 함몰부(34)에는 복수의 제2예혼합가스 유출구멍(3b)이 형성되고, 제2예혼합가스 유출구멍(3b)은 외측을 향해 개방되어 있다.

복수의 제2예혼합가스 유출구멍(3b)은 점화 시의 백연발생 방지 및 버너포트(2)의 부분적인 온도 과승을 방지하기 위한 것이다.

이를 구체적으로 살펴보면 기화통(3)의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)의 압력손실을 저감하기 위해 버너포트(2)에서 예혼합 화염이 충염(衝炎)하지 않는 위치에서 제2예혼합가스 유출구멍(3b)을 형성함으로써 예혼합화염을 분산시키기 위한 것이다.

이와 같이, 본 발명은 버너포트(2)의 내에 기화통(3)이 배치되고, 기화통(3)의 측통부(31)에 형성된 제1예혼합가스 유출구멍(3a) 및 폐쇄벽(33)에 형성된 제2예혼합가스 유출구멍(3b)에 의해 기화통(3) 내의 연소용 공기의 압력은 기화통(3) 외측의 연소용 공기의 압력보다 높게 설정된다.

한편, 기화통(3)의 폐쇄벽(33)은 버너포트(2)의 연소용 공기 유입구멍(2b, 2c, 2d) 보다 더 외측으로 돌출되도록 구성된다. 특히, 기화통(3)의 폐쇄벽(33)은 연소용공기 유입구멍(2b, 2c, 2d) 중에서 최외측의 연소용 공기 유입구멍(2b) 보다 외측으로 돌출됨으로써 확산연소 화염에 의한 기화통(3)의 가열속도를 촉진할 수 있다.

이러한 가열속도의 촉진 구성에 의해, 예열운전 시간이 현저하게 단축됨과 더불어 기화통(3) 내의 연료과농으로 인한 연소의 확산 진행이 방해될 수 있으므로 매연 등의 부착이 없는 장점이 있다.

또한, 기화통(3)의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)은 버너포트(2)의 연소용 공기 유입구멍(2b, 2c, 2d) 중에서 최내측의 연소용 공기 유입구멍(2d) 보다 더 내측에 위치하고, 이와 동시에 기화통(3)의 플랜지(35)로부터 제1예혼합가스 유출구멍(3a)까지의 거리(d1)는 기화통(3)의 플랜지(35)로부터 버너포트(2)의 최내측의 연소용 공기 유입구멍(2d)까지의 거리(d2) 보다 짧게 형성되며, 기화통(3)의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)들 사이의 간격(t1)은 버너포트(2)의 연소용 공기 유입구멍(2b, 2c, 2d)들 사이의 간격(t2) 보다 크게 형성될 수 있다.

그리고, 연료분무 유입구멍(2a)의 외측 주변에는 도 5 및 도 6과 같이 복수의 선회날개(2f)가 형성되거나, 도 7 및 도 8과 같이 복수의 선회구멍(2g)이 형성됨으로써 윈드박스(9)를 통해 공급되는 연소용 공기의 선회류를 형성할 수도 있다.

이하에서, 이상과 같이 구성된 본 발명에 의한 압력분무식 버너의 작동을 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 3과 같이 버너 컨트롤러부터 점화신호를 송신받아 송풍기(7) 및 점화변압기(12)를 통전시키면, 송풍기(7)의 시동에 의해 연소용공기가 압력분무노즐(4) 측으로 공급됨과 동시에 점화전극(5)의 방전이 개시된다.

그리고, 프리퍼지 타임(t1)이 종료된 후에, 전자펌프(10)가 통전되어 시동하고, 연료를 압력분무노즐(4)에 가압하여 공급한다.

이에, 기화통(3) 내로 압력분사노즐(4)에서 분무되는 연료분무가 버너 포트(2)의 연료분무 유입구멍(2a)을 경유하여 공급되면, 점화전극(5)의 방전에 의해 압력분무노즐(4)에서 분사되는 연료 분무가 착화되고, 기화통(3) 내에서 '확산연소 화염'이 생성된다.

이때, 기화통(3)의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)으로부터 '확산연소 화염'의 일부와 미연소 혼합가스가 버너포트(2) 내로 유출되고, 이에 버너포트(2) 내에서 연소용 공기 유입구멍(2b)을 통해 도입되는 연소용 공기에 의해 연소됨으로써 기화통(3)이 급속하게 가열된다(이 공정이 '예열운전(t2)'에 해당된다).

이러한 예열운전(t2) 시에, 송풍기(7)의 송풍에 의해 연소용 공기가 공급됨과 더불어 상기 점화전극(5)의 방전에 의해 상기 압력분무노즐(4)에서 분사되는 연료분무가 점화된 후에 기화통(3)의 온도가 일정온도로 상승할 때까지 방전시간을 일정시간(t2)동안 연장함으로써 보염작용에 의해 기화통 내의 확산연소를 유지하여 예열운전함이 바람직하다.

계속해서 기화통(3)의 온도가 충분히 상승한 후에 점화변압기(12)의 전류가 차단되어 점화전극(5)의 방전이 정지되면, 기화통(3) 내의 확산연소 화염은 보염수단을 잃어 소멸하고, 기화통(3)에서는 연료분무의 기화에 의한 기화가스와 연료용공기의 혼합 즉, '예혼합가스'가 생성되고, 제1예혼합가스 유출구멍(3a)에서 예혼합 화염이 생성됨과 동시에 버너포트(2) 내로 '예혼합가스'를 유출한다.

이렇게 방출된 '예혼합가스'는 버너포트(2)의 연소용 공기 유입구멍(2b)을 통해 도입되는 고속의 공기류로 인해 생성된 과류(過流)에서 더욱 혼합되어 '부분 예혼합연소 화염'과 '확산연소 화염'이 혼재하여 연소되고, 이에 '예혼합화염의 청염(靑炎)'이 나오는 것으로 보인다.

즉, '부분 예혼합연소'과 '확산연소 화염'이 혼재하는 '하이브리드 연소'가 이루어진다(이 공정은 '정상연소(t3)'에 해당된다).

그런 다음, 소화신호를 받은 후에 일정시간 동안 포스트퍼지타임(t4)을 수행한다.

한편, 도 4는 도 3에 따른 타임차트에서 점화 시의 백연방지를 위하여 완전화타임(t5) 및 강압타임(t6)을 채택한 완점화운전용 타임차트를 예시한 도면이다.

완점화타임(t5)은 버너의 점화작동 시에 압력분무노즐(4)에 연료를 공급하는 전자펌프(10)의 토출압력을 단시간(5초이내) 동안 가변시키는 단계이다.

강압타임(t6)은 버너의 소화작동 시에 전자펌프(10)의 토출압력을 버너의 점화작동 시의 전자펌프의 토출압력과 동일한 압력으로 저감시켜 0.5~5초 동안 연장하여 운전한 후에 소화시키는 단계이다.

이상과 같은 본 발명은 '하이브리드 연소'가 이루어짐에 따라 기화통(3)의 온도가 400~600℃ 정도의 고온임에도 불구하고, 상술한 기화통(3) 내외에서의 연소용 공기의 압력차(즉, 기화통(3) 내의 연소용 공기의 압력이 기화통(3) 외측의 연소용 공기의 압력보다 높게 설정됨)에 의해 화염이 기화통(3) 내로 역화를 방지하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 기화통(3)이 고온이 되므로 기화통(3) 내에 부착되는 연료는 순간적으로 기화하여 타르나 카본 등이 발생하지 않고, 산화열화한 연료에 대해서도 타르 생성 등의 문제가 일어나지 않으며, 경유 등의 사용도 가능한 장점이 있다.

한편, 본 발명은 점화 시에 기화통(3) 내의 '확산연소 화염'이 미연소 혼합가스와 함께 기화통(3)의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)을 통해 유출되어 화염이 버너포트(2)의 연소용 공기 유입구멍(2b) 측으로 화염 이행이 원활하게 이루어질 필요가 있고, 이러한 화염 이행의 원활성이 결여되면, 백연이 발생될 우려가 있다.

이러한 화염 이행의 파라미터(parameter)로는 기화통(3)의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)에서의 압력손실과 압력분무노즐(4)의 분사량임을 실험으로 확인하였으며, 이러한 압력손실이 클 경우에는 백연이 발생할 우려가 높다.

이러한 압력손실의 가변하기 위해 기화통(3)의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)을 크게 할 경우 정상연소 시에 버너포트(2)의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)을 통해 유출되는 예혼합화염이 충염(衝炎)하여, 버너포트(2)의 온도가 과승하는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기화통(3)의 폐쇄벽(33) 가장자리에 제2예혼합가스 유출구멍(3b)을 형성함으로써 예혼합가스 화염의 분산을 구현하여 기화통(3)의 제1예혼합가스 유출구멍(3a)에서 유출되는 예혼합가스 화염을 크게 하지 않으면서도 제1예혼합가스 유출구멍(3a)에서의 압력손실을 가변할 수 있는 장점이 있다.

또한, 화염 이행의 파라미터의 하나인 압력분무노즐(4)의 분사량을 고려하여, 버너의 점화 시에 전자펌프(10)의 토출압력을 단시간 동안 적당히 강하시키거나 점화전극(5)의 방전시간을 저하시킴으로써 완점화방식의 효과를 높일 수도 있다.

예컨대, 전자펌프의 토출압력을 강하시키는 방법으로는 인가하는 전압을 변압기에 의해 적당히 조정하는 방식, 전원전압을 위상제어하는 방식, 전자펌프(10)의 코일에 직렬로 저항하는 접속하는 방식 등이 있을 수도 있다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

1: 하이브리드 석유버너 2: 버너포트
3: 기화통 4: 압력분무노즐
5: 점화전극 6: 윈드터널
7: 송풍기 9: 윈드박스
10: 전자펌프 12: 점화변압기

Claims (8)

1. 측통부와 폐쇄벽이 형성된 버너포트, 압력분무노즐, 점화전극, 윈드터널, 예혼합가스 유출구멍이 형성된 측통부와 폐쇄벽을 가진 기화통을 포함한 압력분무노즐을 이용한 버너에 있어서,
   상기 버너포트는 그 측통부에 복수의 연소용 공기 유입구멍을 형성함과 더불어 저부에 연료분무유입구멍이 있고, 버너포트 저면은 주발모양(椀)의 형상을 가진 것이며,
   상기 기화통 선단의 플랜지(35)와 상기 버너포트의 폐쇄벽을 통하여 기밀한 밀착(密着)에 의하여 연결되고, 상기 폐쇄벽의 중심부에는 경사면과 평탄부를 가진 것으로 연료분무유입구멍을 통하여 분사된 연료가 공기와 예혼합하여 기화된 가스가 기화통 내부를 순회한 후 버너포트로 분출되고, 기화통 내의 예혼합가스 압력이 버너포트 내부와 접하는 기화통 측통부의 외주부 공기 압력보다 상승한 압력으로 버너포트 내에 분출하는 것이고, 기화통의 측통부 또는 측통부의 정부(頂部)에 연료와 공기의 예혼합가스 유출구멍이 있고, 버너포트 측통부에 연소용 공기유입구멍과 저부에 연료분무유입구멍을 설치하고, 기화통에 예혼합가스 유출구멍을 설치하는 것이고,
   상기 기화통의 예혼합가스 유출구멍은 버너포트 최내측의 연소용 공기유입구멍보다 더 내측에 위치하고, 이와 동시에 기화통의 플랜지로부터 예혼합가스 유출구멍까지의 거리는 기화통의 플랜지로부터 버너포트의 연소용 공기 유입구멍까지의 거리 보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 압력분무 노즐을 이용한 하이브리드 석유버너.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기화통의 정부(頂部)는 버너포트의 최전열(最前列)의 연소용 공기유입구멍보다 돌출하여 설치되는 것을 특징으로 하는 압력분무 노즐을 이용한 하이브리드 석유버너.
3. 청구항 1에 있어서,
   버너의 시동작동 시에 송풍기의 송풍에 의해 연소용 공기가 공급됨과 더불어 상기 점화전극의 방전에 의해 상기 압력분무노즐에서 분사되는 연료분무가 점화된 후에 상기 기화통의 온도가 일정온도로 상승할 때까지 방전시간을 연장함으로써 보염작용에 의해 기화통 내의 확산연소를 유지하여 예열운전하는 것을 특징으로 하는 압력분무 노즐을 이용한 하이브리드 석유버너.
4. 청구항 1에 있어서,
   버너의 점화작동 시에 압력분무노즐에 연료를 공급하는 전자펌프의 토출압력을 단시간(5초이내) 동안 가변시키는 것을 특징으로 하는 압력분무 노즐을 이용한 하이브리드 석유버너.
5. 청구항 1에 있어서,
   버너의 소화작동 시에 소화신호를 받은 후에 전자펌프의 토출압력을 버너의 점화작동 시의 전자펌프의 토출압력과 동일한 압력으로 저감시켜 단시간(5초이내) 동안 연장 운전한 후에 소화시키는 것을 특징으로 하는 압력분무 노즐을 이용한 하이브리드 석유버너.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 버너포트의 폐쇄벽의 연료분무 유입구멍의 외측 주변에 유입혼합된 공기의 선회류(旋回流)를 주기 위하여 복수의 선회날개 또는 복수의 선회공을 형성하는 것을 특징으로 하는 압력분무 노즐을 이용한 하이브리드 석유버너.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 기화통의 측통부 형상은 유저통상형(有底筒狀 즉 동심원을 형성한 원통형)의 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력분무 노즐을 이용한 하이브리드 석유버너.
   

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